Металлорежущие станки. Основы конструирования и расчета - Кучер И.М.

Автор: Кучер И.М.
Теги: формообразование со снятием стружки молоты и прессы разделительные операции без образования стружки, дробление и измельчение, обработка листового материала, изготовление резьбы инженерия машиностроение металлорежущие станки станки станкостроение
Год: 1970
Похожие
Металлорежущие станки
Немые кинематические схемы металлорежущих станков. Альбом
Фундаменты и установка металлорежущих станков
Металлорежущие станки
Текст
                    И М КУЧЕР
МЕТАЛЛО-
РЕЖУЩИЕ
СТАНКИ Щ
И. М. КУЧЕР
ПРОФЕССОР
МЕТАЛЛО-
РЕЖУЩИЕ
СТАНКИ
ОСНОВЫ
конструирования
И РАСЧЕТА
ИЗДАНИЕ 2-е
ПЕРЕРАБОТАННОЕ
И ДОПОЛНЕННОЕ
ИЗДАТЕЛЬСТВО «МАШИНОСТРОЕНИЕ» ЛЕНИНГРАД . 1970
УДК 621.9.06.001.2
Металлорежущие станки. Кучер И. М. Изд-во «Машиностроение», 1969. 720 стр. Табл. 17,
Илл. 481. Библ. 137 назв
В книге отражен опыт проектирования современных металло-
режущих станков, станков-автоматов и автоматических линий.
Рассмотрены общие вопросы конструирования и расчета станков:
методы образования на них поверхностей, общая компоновка раз-
личных типов станков, системы автоматического управления, до-
стижение точности н устойчивости станков, нх производитель-
ность. Приведены конструкции характерных узлов и механизмов
станков.
Второе издание книги дополнено новыми материалами: по
образованию поверхностей на станках; по оригинальным компо-
новкам станков, оснащенных системами цифрового программного
управления; компоновкам автоматических линий; кулачковым
механизмам; механизмам для автоматической смены инструментов
и др.
Книга предназначена для инженеров-конструкторов, рабо-
тающих в области станкостроении, и инженеров-технологов.
Она может быть полезна студентам вузов соответствующих спе-
циальностей.
Рецензент инж. Б. В. Кашу ров
3-13-4
90—09
ПРЕДИСЛОВИЕ
В Программе Коммунистической партии Советского
Союза, принятой XXII съездом КПСС, отмечено, что
для технического перевооружения всего народного хозяйства первосте-
пенное значение имеет развитие машиностроения. В свою очередь, разви-
тие машиностроения в значительной мере определяется совершенством
конструкции и количеством станков как наличного парка, так и выпу-
скаемых отечественной промышленностью.
По количеству станков наличного парка Советский Союз занимает
первое место в мире. В настоящее время в народном хозяйстве работает
более трех миллионов станков. Одной из важнейших задач в области
станкостроения становится дальнейшее совершенствование конструкций
выпускаемых металлорежущих станков.
Все вопросы совершенствования конструкции станков следует рас-
сматривать в связи с задачей значительного повышения производитель-
ности труда, поставленной Программой КПСС. Одним из важнейших
факторов повышения производительности труда является комплексная
автоматизация производственных процессов, которую намечено осуще-
ствить в массовых масштабах в течение ближайшего двадцатилетия.
Осуществление в массовых масштабах автоматизации в машинострое-
нии и приборостроении в значительной мере определяется возможностью
автоматизации процессов обработки на станках.
Широко распространенные универсальные и специальные станки-
автоматы и полуавтоматы, автоматизированные агрегатные станки, авто-
матические линии, участки и цехи ввиду необходимости больших затрат
на подготовку производства и наладку экономически эффективны в основ-
ном в условиях крупносерийного и массового производства, где достиг-
нуты значительные успехи в автоматизации производственных процессов.
Однако большинство машиностроительных и приборостроительных пред-
приятий выпускает продукцию небольшими сериями или в виде единичных
изделий. Применение указанных выше видов автоматического оборудова-
ния при обработке небольших партий деталей обычно не дает требуемого
экономического эффекта. Поэтому для осуществления в широких мас-
штабах автоматизации в машиностроении и приборостроении необхо-
димо создание и выпуск автоматизированных станков, экономически
•	3
эффективных в условиях обработки небольших партий деталей. Подобные
станки должны обладать универсальностью станков с ручным управле-
нием, используемых в настоящее время в условиях мелкосерийного про-
изводства, и иметь систему автоматического управления, позволяющую
перестраивать технологический процесс при переходе от обработки одной
партии деталей к другой при минимальных затратах времени и средств
как на подготовку производства, так и на процесс перестройки.
Все большую роль играют и вопросы точности станков, что связано
с расширением производства точных приборов, повышением быстроход-
ности и мощности машин, долговечность и надежность которых во многом
определяются точностью изготовления деталей. Промышленность требует
все большего числа станков высокой и особо высокой точности, увеличение
выпуска которых предусмотрено Директивами XXIII съезда КПСС по
пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1966—1970 годы.
Очевидно, что в этих условиях становится настоятельно необходимым
сочетание высокой точности и принципов автоматического управления
как важнейшей предпосылки повышения производительности труда на
участках производства точных деталей, где занята наиболее квалифици-
рованная рабочая сила.
Таким образом, автоматизация охватывает все большее и большее
число типов и моделей станков, в том числе и универсальных и точных,
которые в большей или меньшей мере должны вытеснить в производстве
станки с ручным управлением.
В этих условиях все вопросы конструктирования станков должны
рассматриваться в тесной связи с проблемами автоматизации.
В области теории проектирования станков в СССР и в других странах
социалистической системы выполнены фундаментальные теоретические
и экспериментальные исследования и создан ряд капитальных трудов.
Большое значение имеют работы Экспериментального научно-исследова-
тельского института металлорежущих станков по основным проблемам рас-
чета и конструирования станков. Эти работы, большинство из которых ука-
зано в перечне литературы, предназначены в первую очередь для высококва-
лифицированных специалистов в каждой узкой области станкостроения.
Цель данной книги — осветить с возможной полнотой те вопросы,
с которыми необходимо ознакомиться каждому специалисту в области
конструирования современных станков и каждому технологу-машино-
строителю независимо от их узкой специализации, и дать достаточное
представление о вопросах, которые могут быть решены только с привле-
чением узких специалистов, например таких вопросов, как расчет на
жесткость станин и корпусных деталей, расчет механизмов подач на плав-
ность и чувствительность и т. п. Для углубленного изучения подобных
вопросов потребуется обращение к специальной литературе, на которую
имеются соответствующие ссылки в тексте.
Книга разбита на четыре раздела: 1) основы разработки общей кон-
струкции станков; 2) конструкции и расчет механизмов кинематических
цепей и приводов металлорежущих станков; 3) системы и механизмы
4
ручного и автоматического управления станками; 4) конструкции харак-
терных узлов и элементов станков. Совершенство конструкции станка
во многом зависит от выбора метода образования поверхностей в процессе
обработки и общей компоновки станка. При этом выбор метода образова-
ния поверхностей в значительной мере предопределяет и возможные
варианты компоновки. Поэтому изучение общей конструкции станков
базируется на рассмотрении методов образования поверхностей и полу-
чения заданных размеров при обработке на станке, что позволяет выявить
в процессе проектирования методы, в наибольшей мере удовлетворяющие
требованиям точности, производительности, автоматизации и экономиче-
ской эффективности обработки на проектируемом станке.
Вопросы общей компоновки рассматриваются не применительно
к отдельным типам станков, автоматов и автоматических линий, а при-
менительно к характеру требующихся движений.
Обобщенное рассмотрение методов образования поверхностей и общей
компоновки станков расширяет кругозор конструктора и позволяет ему
в процессе проектирования оторваться от традиционных, сложившихся
применительно к отдельным типам станков методов образования поверх-
ностей и общих компоновок, и найти новые, более совершенные решения.
В первом разделе книги рассматривается также влияние различных
конструктивных решений на производительность и экономическую эффек-
тивность обработки, вопросы определения нагрузок, возникающих в ме-
ханизмах станка, вопросы точности, жесткости, устойчивости движения.
Второй раздел посвящен конструкциям и расчету элементов кинема-
тических цепей и приводов в целом, характерных для металлорежущих
станков. Значительное внимание уделено механизмам и аппаратам гидрав-
лических и пневматических приводов, обеспечивающим автоматическое
переключение в соответствии с заданными сигналами, поступающими
от системы автоматического управления.
Большое место занимает раздел, посвященный вопросам управления.
Поскольку в станках с ручным управлением все шире применяются ме-
ханизмы автоматического управления отдельными процессами: процес-
сами переключения скоростей и подач, процессами установочных пере-
мещений и др., то в главе «Ручное и дистанционное управление» рассматри-
ваются соответствующие механизмы и схемы автоматического управле-
ния подобными процессами. Значительное внимание уделено также раз-
личным отсчетным устройствам как для визуального отсчета, так и для
подачи сигналов обратной связи при автоматизации установочных пере-
мещений и ограничении рабочих ходов, совершенство конструкции кото-
рых имеет большое значение для точности получаемых размеров и повы-
шения производительности труда. Здесь же рассматриваются следящие
системы управления. Однако изучение методов расчета устойчивости
следящих систем выходит за рамки настоящей работы.
Специальная глава посвящена системам автоматического управления
станками, особенно новым системам—программно-путевому и цифровому
(числовому) программному управлению, внедрение которых создает
5
необходимые предпосылки для автоматизации станков, работающих
в условиях мелкосерийного и даже в ряде случаев единичного производства.
Системы цифрового программного управления создаются совместными
усилиями специалистов в области автоматики и телемеханики, электро-
ники, автоматического регулирования, конструирования станков и тех-
нологии машиностроения. Трудно быть специалистом во всех этих обла-
стях, однако для совместной работы с различными специалистами различ-
ных областей конструктор-станкостроитель должен разбираться в прин-
ципах действия тех устройств, в разработке которых он участвует. Па-
раграф, посвященный системам цифрового программного управления, имеет
целью ознакомление конструкторов станков и технологов-машинострои-
телей с принципами работы систем цифрового программного управления.
В последнем разделе излагаются материалы, знакомящие читателя
с характерными конструктивными формами корпусных деталей, направ-
ляющих, шпиндельных узлов, подвижных рабочих органов и т. п. Значи-
тельное внимание уделено автоматическим загрузочным устройствам и тран-
спортирующим механизмам станков-автоматов и автоматических линий.
Следует заметить, что книга не является справочным пособием и в нее
не включены различного рода нормали, справочные таблицы и т. п.
Изучение отдельных разделов книги должно вестись последовательно:
эпизодическое обращение к отдельным главам и параграфам не даст того
эффекта, который может быть получен при систематическом изучении всей
работы в целом.
Автор будет признателен читателям за все замечания и указания, кото-
рые они сочтут необходимым сделать.
Раздел первый
ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ
ОБЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ СТАНКОВ
ГЛАВА I ОБРАЗОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
ПРИ ОБРАБОТКЕ НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ
СТАНКАХ
1. ОБРАБАТЫВАЕМЫЕ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ
В элементарной геометрии поверхность определяется
как граница тела. Рассматривая границу тела раз-
личных деталей машин (рис. 1.1), нетрудно убедиться, что она состоит,
как правило, из отдельных участков, представляющих собой геометри-
Рис. 1.1. Характерные обрабатываемые поверхности деталей
типа тел вращения
чески правильные поверхности. В дальнейшем, говоря об обрабатываемой
поверхности, мы будем иметь в виду отдельные участки общей поверх-
ности детали, подвергающиеся механической обработке.
Виды поверхностей
Имеется ряд классификаций поверхностей. Для рассмотрения методов
образования поверхностей при обработке на металлорежущих станках
целесообразно разбить их на следующие виды: поверхности вращения,
7
Рис. 1.2. Характерные обрабатываемые поверхности корпусных
деталей
Рис. 1.3. Характерные контурно-сложные обрабатываемые поверхности
деталей
Рис. 1.4. Пространственно-сложная поверхность
8
плоскости, контурно-сложные линейчатые поверхности, винтовые поверх-
ности и пространственно-сложные поверхности.
К поверхностям вращения относятся: наружные и внутренние ци-
линдрические поверхности 3, 5 и 7 (рис. 1.1, а), 1, 4 и 6 (рис. 1.2, с); ко-
нические поверхности 1 и 8 (рис. 1.1, а); торцовые поверхности 2, 4, 6
и 9 (рис. 1.1, а), 2 (рис. 1.2, б); сферические поверхности 1 (рис. 1.1, 6);
тороидные поверхности 1 (рис. 1.1, в); поверхности с криволинейной обра-
зующей 1 (рис. 1.1, г).
К плоским поверхностям относятся поверхности 3 к 5 (рис. 1.2, а),
поверхности 1, 2, 3 и 4 (рис. 1.2, б). Совокупность поверхностей типа 3 и 4
может быть названа многогранной поверхностью.
На рис. 1.3 представлен ряд контурно-сложных линейчатых поверх-
ностей. Контурно-сложной линейчатой поверхностью является поверх-
ность 2 различных дисковых и плоских кулачков (рис. 1.3, а), поверх-
ность / некоторых видов лопаток турбин (рис. 1.3, б), поверхность /
зубьев прямозубых цилиндрических колес (рис. I. 3, в) и ряд других.
Значительно распространены в машиностроении винтовые поверх-
ности. Винтовые поверхности образуют витки резбы различных винтов,
червяков, цилиндрических шестерен с косым зубом.
В ряде отраслей машиностроения мы сталкиваемся с пространственно-
сложными поверхностями (рис. 1.4). Такие поверхности характерны для
различных прессформ, штампов, некоторых видов лопаток турбин и др.
Геометрия образования поверхностей
Ряд геометрических поверхностей может быть получен как след дви-
жения образующей линии по направляющей линии.
Поверхности вращения могут быть получены перемещением обра-
зующей линии / той или иной формы (рис. 1.5, а), расположенной
Рис. 1.5. Образование поверхностей
в осевой плоскости, по круговой линии 2, которая является направ-
ляющей.
Контурно-сложная линейчатая поверхность может быть получена при
перемещении образующей линии 1, остающейся параллельной своему
начальному положению, вдоль направляющей прямой линии 2 (рис. 1.5, б).
9
Если образующая линия 1 имеет форму прямой, то при ее перемещении
образуется плоскость. Контурно-сложная поверхность может быть также
получена при перемещении линии 1 (рис. 1.3), которая в этом случае
является образующей, по линии 2, имеющей ту или иную форму, которая
в этом случае служит направляющей. При этом прямолинейная образую-
щая должна быть перпендикулярной к плоскости, в которой расположена
направляющая линия. Поверхности, полученные таким образом, назы-
ваются в аналитической геометрии цилиндрическими поверхностями.
Рассматривая процесс образования поверхностей, мы предполагали,
что при образовании поверхностей вращения обращующая линия 1
(рис. 1.5, а) находится в осевой плоскости ОО1АА1, а при образовании
контурно-сложных линейчатых поверхностей (рис. 1.5, б) — в пло-
скости ABCD, перпендикулярной к направляющей линии 2. Однако
при образовании поверхностей в процессе обработки на станках образую-
щая линия может занимать и иное положение. Например, при образовании
поверхностей вращения она может быть расположена в плоскости ABCD,
параллельной осевой плоскости (рис. 1.5, в). Предположим, что обра-
зующая / является прямолинейной и наклонена под углом -у в пло-
скости ABCD. Рассмотрим вопрос о форме образующей линии 2 (распо-
ложенной в осевой плоскости), которую будем называть действи-
тельной образующей линией, в отличие от образующей /,
которую назовем производящей образующей линией.
Уравнение образующей линии 1
Р2 = z2 + xl
где р — радиус-вектор точки линии 1;
z = z0 + у tg у.
Тогда
Р= ^(zo + ytgyY + xl.
Уравнения поверхности, полученной при движении производящей
образующей линии 1, могут быть представлены в виде
х = / (z0 + У tg у)2 + xl sin <р;
z = ]/ (z0 + ytg у)2 + Xocos ф,
где ф — полярный угол.
Приведенные уравнения могут быть преобразованы:
x2 + z2=(zo + !/tgy)2 + 4
Решив данное уравнение совместно с уравнением осевой плоскости
х = 0, получим уравнение действительной образующей 2
z2= (z0 + t/tgy)2 + xo-
Как видно из уравнения, действительная образующая уже не является
прямой линией. Величина отклонения действительной образующей от
прямой зависит от смещения х0. В ряде случаев это отклонение не выхо-
лит за пределы, допустимые исходя из требований к точности обработки.
Углом наклона действительной образующей можно считать угол наклона
касательной к образующей в точке с ординатой у = ~.
Продифференцировав уравнение действительной образующей, получим
zdz = (z0 + у tg у) tg у dy.
10
Тогда
_ Zo + fftgT .
dy	г E T’
Подставив
3 =	z= z0 + ^-tgT,
найдем, что
dz . _
dT=tgv>
т. e. угол наклона касательной к образующей 2 в точке с ординатой у =
= равен углу наклона образующей 1.
Подобная же картина получается при обработке линейчатых поверх-
ностей (рис. 1.5, г). Располагая образующую 1 в плоскости ABCD, не
перпендикулярной к направляющей 3, мы получим искажение действи-
тельной образующей 2. Например, при образующей 1 в форме дуги окруж-
ности действительная образующая 2 будет дугой эллипса.
Вопрос об искажении действительной образующей подробно рассма-
тривается при проектировании фасонного режущего инструмента. Однако
этот вопрос имеет существенное значение и при других методах обработки,
поэтому при оценке точности получающихся поверхностей необходимо
обращать внимание на правильное расположение образующей линии
в соответствии с принятым процессом образования поверхности, опреде-
ляя величину получающихся отклонений на основе соответствующих
расчетов.
Винтовые поверхности (рис. 1.5, 5) также могут быть получены дви-
жением образующей линии 1 по винтовой направляющей линии 2. При
этом образующая линия 1 равномерно вращается, оставаясь в осевой
плоскости ОО1АА1, и одновременно перемещается в осевом направлении.
Величина перемещения t за один оборот называется шагом винтовой по-
верхности. В ряде случаев при составлении уравнений винтовой поверх-
ности удобнее пользоваться параметром р, который равен величине пере-
мещения при повороте на один радиан
Для образования обработанной поверхности детали необходимо знать
форму образующей и направляющей линий и размеры, определяющие
их положение относительно других поверхностей, точек и линий обра-
батываемой детали. Совокупность поверхностей, точек и линий, относи-
тельно которых задается положение образующих и направляющих линий,
является базой отсчета размеров.
Так, при обработке конической поверхности 1 (рис. 1.1, а) необходимо
знать либо угол наклона образующей -у, либо угол конуса и диаметр
направляющей линии (окружности) или D2, а также расстояние 1г
между торцовыми поверхностями 9 и 2. Следует заметить, что при задании
диаметра и угла базой отсчета является осевая линия поверхности вра-
щения.
При обработке цилиндрических поверхностей необходимо задать
диаметр, например (рис. 1.1, а), расстояние 13 от базы отсчета —
торца 9 и размер 12.
При обработке сферических поверхностей (рис. 1.1, б) должен быть
задан радиус г и величина /, определяющая положение центра образую-
щей вдоль оси. При обработке тороидных поверхностей необходимо, кроме
того, задать радиус R (рис. 1.1, в).
11
При образовании поверхностей вращения различного рода корпусных
деталей (рис. 1.2, а) должны быть также заданы координаты оси обраба-
тываемой поверхности х0 и у0, хг и уг и т. д.
Для фасонных поверхностей вращения должна быть известна форма
профиля образующей линии. Образующая линия может быть алгебраи-
ческой и тогда ее можно задать уравнением или кривой, построенной на
основе тех или иных эмпирических данных. В последнем случае профиль
задается координатами ряда точек профиля а—ап (рис. 1.1, г), взятых
с определенными интервалами х. Эти координаты называются коор-
динатами опорных точек профиля.
Задание профиля кривой уравнением имеет смысл в том случае, когда
конструкция станка позволяет воспроизвести форму образующей не-
посредственно путем соответствующей настройки станка, в ином случае
по уравнению определяются координаты опорных точек профиля.
При обработке плоскостей необходимо также задать координаты,
определяющие положение этих плоскостей относительно тех или иных баз.
Например, положение плоскости 3 (рис. 1.2, а) определяется координа-
той г, плоскости 5 — координатой у. Для плоскостей, расположенных
под углом (рис. 1.2, б), должны быть, кроме того, заданы углы наклона
у2, а также размеры, определяющие положение их относительно базовых
поверхностей. Так, размер а полностью определяет положение поверх-
ности 3 относительно базовой поверхности 1, а размер Ь — длину наклон-
ной образующей.
При обработке винтовых поверхностей необходимо задать профиль
образующей, внутренний Dx и наружный D2 диаметры винтовой поверх-
ности и шаг t.
При образовании контурно-сложных линейчатых поверхностей пере-
мещением прямолинейной образующей по криволинейной направляющей
(рис. I. 3) профиль направляющей задается либо уравнением, либо коорди-
натами опорных точек. В полярной системе координат (рис. 1.3, а) задаются
радиусы-векторы р—р„ точек а—ап, расположенных с интервалами у.
Пространственно-сложные поверхности также могут быть заданы
уравнениями или координатами опорных точек. При задании поверхности
координатами опорных точек берется ряд сечений пх—пг, . . ., пп—пп
(рис. 1.4), расположенных с интервалами у, и для каждого сечения за-
даются координаты опорных точек кривых, получающихся в результате
пересечения поверхности с секущей плоскостью.
2.	ОСНОВНЫЕ ДВИЖЕНИЯ
ПРИ ОБРАЗОВАНИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ НА СТАНКАХ
Классификация движений
Чтобы в процессе обработки на станках образовались поверхности
требуемой формы и размеров и соответствующим образом расположенные
относительно базы отсчета размеров, необходимо удалить припуск, имею-
щийся на этих поверхностях.
Удаление припуска — обработка осуществляется различными режу-
щими инструментами и абразивами, а также электрохимическими, элек-
трическими и другими методами. К последним относятся, например,
ультразвуковая и электроискровая обработка. Некоторые задачи меха-
нической обработки: получение фасонных отверстий в закаленных деталях,
прорезка очень узких щелей и др.—могут быть успешно решены только
на основе применения анодно-механической, электроискровой и ультра-
звуковой обработки, однако наибольшее распространение в настоящее
12
время получили методы обработки с помощью режущих инструментов
и абразивов.
Обрабатываемая деталь и режущий инструмент обычно жестко за-
крепляются на подвижных элементах рабочих органов станка, двигаясь
вместе с которыми, они перемещаются друг относительно друга по траек-
тории, необходимой для образования соответствующей поверхности.
Прежде чем перейти к основным движениям рабочих органов станков,
необходимо кратко остановиться на тех элементах, из которых склады-
вается процесс выполнения технологической операции на станке. В тех-
нологии машиностроения под операцией понимается часть техно-
логического процесса, выполняемая над деталью (или несколькими одно-
временно обрабатываемыми деталями) одним рабочим непрерывно на одном
рабочем месте. В зависимости от формы организации производства опе-
рацией может быть та или иная часть технологического процесса. Нас
будет интересовать та часть технологического процесса, которая выпол-
няется при одном закреплении детали, называемая в технологии машино-
строения установкой, поскольку после закрепления все относи-
тельные перемещения обрабатываемой детали и режущего инструмента
осуществляются при помощи основных движений станка. В дальнейшем,
говоря о технологической операции, мы будем иметь в виду операцию,
осуществляемую в одну установку.
Технологическая операция складывается из ряда переходов, каждый
из которых является частью технологической операции, выполняемой над
одним участком поверхности детали одним инструментом или над группой
участков группой одновременно работающих инструментов. Рассматривая
вопрос об основных движениях станка, необходимо иметь в виду, что при
выполнении различных переходов могут потребоваться различные инстру-
менты и при каждом переходе обрабатываемая деталь и режущий инстру-
мент могут занимать друг относительно друга различное положение
и совершать различные движения, обусловленные выбранным методом
образования поверхности.
Если придать режущей кромке инструмента форму производящей
образующей линии и, внедрив ее в материал обрабатываемой детали,
осуществить относительное движение обрабатываемой детали и режущего
инструмента по направляющей линии, можно получить поверхность за-
данной формы.
Режущая кромка, которая воспроизводит производящую образующую
линию, может быть реальной или воображаемой. Реальную
режущую кромку в форме криволинейной производящей образующей
линии имеют фасонные инструменты — резцы, фрезы, шлифовальные
круги, а в форме прямолинейной производящей образующей — широкие
резцы, цилиндрические фрезы и шлифовальные круги. При работе инстру-
ментом, реальная режущая кромка которого непосредственно воспроиз-
водит производящую образующую линию, форма обработанной поверх-
ности получается путем копирования реальной режущей кромки.
Воображаемая, профилирующая обрабатываемую поверхность, режу-
щая кромка получается либо как след движения материальной точки —
вершины режущего инструмента (рис. 1.6, а), либо как огибающая ряда
положений реальной режущей кромки, форма которой отличается от формы
производящей образующей линии.
Последний метод получения профилирующей воображаемой режущей
кромки представлен на рис. 1.6, б, где профилирующая воображаемая
режущая кромка в форме эвольвенты, очерчивающей профиль зуба
зубчатого колеса, получается как огибающая ряда последовательных
положений прямолинейной реальной режущей кромки.
13
В дальнейшем мы будем называть профилирующую воображаемую
режущую кромку просто воображаемой режущей кромкой.
При воспроизведении воображаемой режущей кромки как следа ма-
териальной точки подвижные элементы рабочих органов, несущие обра-
батываемую деталь и режущий инструмент, должны перемещаться таким
образом, чтобы вершина режущего инструмента оставалась касательной
к производящей образующей линии.
При воспроизведении воображаемой режущей кромки в форме оги-
бающей ряда последовательных положений реальной режущей кромки
подвижные элементы рабочих органов должны перемещаться таким обра-
зом, чтобы реальная режущая кромка оставалась при всех положениях
касательной к производящей образующей линии.
Движения подвижных элементов рабочих органов, необходимые для
воспроизведения воображаемой режущей кромки, мы будем называть
профилирующими движениями.
Рис. 1.6. Воспроизведение воображаемой режущей кромки: а—как
следа движения материальной точки; б — как огибающей ряда по-
следовательных положений материальной режущей кромки
Аналогично профилирующими движениями мы бу-
дем называть также движения подвижных элементов рабочих органов,
необходимые для относительного перемещения обрабатываемой детали
и режущего инструмента по направляющей линии.
В результате сочетания профилирующих движений осуществляется
относительное движение обрабатываемой детали и режущего инструмента
по траектории, необходимой для воспроизведения воображаемой режущей
кромки и перемещения этой кромки по направляющей линии.
Движение, в процессе которого происходит срезание припуска, назы-
вается движением резания или главным рабочим
движением. Главное рабочее движение является либо вращатель-
ным, либо прямолинейным и сообщается либо обрабатываемой детали,
либо режущему инструменту, а в отдельных случаях—обрабатываемой
детали и режущему инструменту одновременно.
Удаление припуска обычно осуществляется постепенно. Так, например,
при копировании реальной режущей кромки инструмента припуск уда-
ляется сразу по всей длине образующей линии при постепенном внедрении
режущей кромки в тело, вследствие чего припуск снимается слоями. При
воспроизведении воображаемой режущей кромки в виде следа материаль-
ной точки припуск может удаляться по всей глубине при постепенном
перемещении режущего инструмента вдоль производящей образующей
линии, вследствие чего припуск также снимается слоями. Движения,
которые обеспечивают постепенное удаление припуска, называют движе-
ниями подачи. Движения подачи также могут быть прямолинейными или
вращательными и сообщаются как режущему инструменту, так и обраба-
тываемой детали. В зависимости от метода образования поверхности в про-
цессе обработки осуществляется одно или несколько движений подачи.
14
Скорости главного рабочего движения и движения подачи назначаются
в соответствии с характером осуществляемого перехода. Так как на станке
в большинстве случаев выполняются различные переходы, то должна
быть предусмотрена возможность изменения скоростей главного рабочего
движения и движения подачи в соответствии с характером выполняемого
перехода.
Виды главного рабочего движения и движений подачи рассматриваются
ниже применительно к различным методам образования поверхностей.
Для получения обработанной поверхности не только заданной формы,
но и заданных размеров и соответствующим образом расположенной
относительно базы отсчета размеров обрабатываемая деталь и режущий
инструмент должны быть ориентированы и координи-
рованы друг относительно друга.
Под ориентацией мы понимаем достижение такого взаимного
расположения обрабатываемой заготовки и режущего инструмента, при
котором обеспечивается параллельность или перпендикулярность обра-
батываемой плоскости или оси обрабатываемой поверхности вращения
тем или иным ранее обработанным или черным поверхностям, осевым
линиям и т. п.
При координации достигается такое расположение соответ-
ствующих элементов режущей кромки инструмента относительно базы
отсчета, при котором получают заданные размеры обработанной поверх-
ности или размеры, определяющие положение обработанной поверхности
относительно базы отсчета.
Поскольку положение обработанных поверхностей определяется по-
ложением осей вращения и направлениями перемещений подвижных
элементов рабочих органов, то относительно этих же осей и направлений
должны быть ориентированы и координированы обрабатываемая деталь
и режущий инструмент. Таким образом, оси вращения и направления
прямолинейных перемещений подвижных элементов рабочих органов
образуют ту систему координат, относительно которой осуществляется
ориентация и координация заготовки. Эта система координат связана
со станком и может быть названа системой координат
станка.
При ориентации и координации обрабатываемой детали относительно
системы координат станка используется совокупность тех или иных по-
верхностей, линий и точек детали, называемая установочной
базой. Эта совокупность может отличаться от совокупности, принятой
при простановке размеров, и является технологической ба-
зой.
Базы являются предметом курса технологии машиностроения и мы
вынуждены коснуться этого вопроса только в связи с рассмотрением
характера основных движений станков.
При установке на станке деталь опирается теми или иными поверх-
ностями либо на поверхность рабочего органа, либо на соответствующие
поверхности приспособления, служащего для закрепления обрабатываемой
детали и жестко связанного с рабочим органом. Если при этом непосред-
ственно обеспечивается правильное положение обрабатываемой детали
относительно нескольких или одной из осей координат станка, то сово-
купность таких поверхностей называется опорной базой [108].
Установка по опорной базе не всегда обеспечивает полную ориентацию
и координацию обрабатываемой детали, тогда приходится прибегать
к другим видам баз.
Для дополнительной ориентации обрабатываемой детали исполь-
зуются, например, проверочные базы (см. стр. 46). При ориентации по
15
проверочным базам приходится осуществлять те или иные перемещения
подвижных элементов рабочих органов в направлении осей координат
станка. В ряде случаев для ориентации оказывается необходимой уста-
новка рабочих органов под углом относительно осей координат станка.
Для первоначальной координации положения обрабатываемой детали
и режущего инструмента друг относительно друга в соответствии с раз-
мерами, определяющими взаимное расположение поверхностей обрабаты-
ваемой детали, используются проверочные и измерительные базы
(см. стр. 46). В процессе координации необходимо осуществлять пере-
мещения тех или иных подвижных элементов рабочих органов станка.
Координация положения обрабатываемой детали и режущего инстру-
мента в соответствии с размерами, определяющими взаимное располо-
жение поверхностей, при переходе от обработки одной поверхности к обра-
ботке другой при одной установке детали осуществляется путем пере-
мещения соответствующих подвижных элементов рабочих органов.
Перемещения, с помощью которых достигается предварительная
установка обрабатываемой детали и режущего инструмента друг относи-
тельно друга, называются установочными перемеще-
ниями. В ряде случаев в качестве установочных перемещений могут
быть использованы те же перемещения, которые осуществляются в про-
цессе подачи или профилирования, в других случаях приходится вводить
специальные установочные перемещения. Отсутствие необходимых, уста-
новочных перемещений может значительно усложнить процесс настройки
станка и привести к снижению его производительности и точности.
Возможная точность установочных перемещений колеблется в зави-
симости от точности станка и назначения соответствующего установочного
перемещения в пределах от долей микрометра (микрона) до десятых долей
миллиметра.
Заметим, что при определенных условиях одно и то же движение по-
движного элемента рабочего органа может быть одновременно и профили-
рующим движением и главным рабочим движением, или дьижением по-
дачи и профилирующим движением, или движением подачи и установоч-
ным движением. Использование одного и того же перемещения для раз-
личных целей приводит к упрощению конструкции и кинематики станка.
Профилирующие движения
Если траектория относительного движения обрабатываемой детали
и режущего инструмента при воспроизведении воображаемой режущей
кромки или при перемещении режущей кромки по направляющей линии
представляет собой прямую линию или дугу окружности, то необходимое
движение может быть получено путем придания соответствующей гео-
метрической формы — прямолинейной или круговой — направляющим,
по которым перемещается соответствующий рабочий орган вместе с ре-
жущим инструментом или заготовкой.
Метод получения движения по заданной траектории путем придания
соответствующей геометрической формы направляющим поверхностям,
по которым перемещаются рабочие органы, будем называть методом
геометрического профилирования.
При использовании геометрических методов профилирования главное
рабочее движение и движение подачи могут быть вместе с тем и профили-
рующими движениями, так как и те и другие движения являются либо
прямолинейными, либо вращательными. Совмещение различных движе-
ний в большинстве случаев, как указывалось выше, приводит к упро-
щению конструкции и кинематики станка.
16
Рис. 1.7. Методы осуществления относительного дви-
жения по заданной траектории
Геохметрические методы профилирования обычно обеспечивают более
высокую точность перемещения по заданной траектории, чем другие
методы, при которых появляется ряд дополнительных источников погреш-
ностей. При совершенной конструкции направляющих кругового или
прямолинейного движения отклонения от заданной траектории изме-
ряются десятыми долями микрометра [11].
Поскольку у большинства обрабатываемых поверхностей образующая
и направляющая линии имеют форму прямой или окружности и могут
быть воспроизведены методом геометрического профилирования, а сам
метод обладает указанными преимуществами, то метод геометрического
профилирования широко
используется в современ-
ных металлорежущих стан-
ках.
Если траектория от-
носительного движения
режущего инструмента и
обрабатываемой заготовки
является криволинейной,
то она может быть полу-
чена путем сочетания двух
или нескольких функ-
ционально связан-
ных дуговых и прямо-
линейных перемещений
рабочих органов или их
подвижных элементов.
Для осуществления
функциональной связи мо-
гут быть использованы
копиры (рис. 1.7, а и б).
При перемещении рабочего
органа 1 (рис. 1.7, а) по
прямолинейным направляющим 2 в направлении оси X ролик 4, жестко
связанный с рабочим органом 3, скользит по пазу копира 5 и перемещает
рабочий орган 3 в направлении оси Y. Траектория движения определяется
формой копира.
При непосредственном перемещении рабочего органа с помощью ко-
пира на последний действуют значительные нагрузки, возникающие под
влиянием сил резания или замыкающих сил. Для восприятия указанных
нагрузок копир должен иметь достаточную ширину и высокую поверх-
ностную твердость, которая достигается соответствующей термической
обработкой. После термической обработки копир для обеспечения необ-
ходимой точности должен быть подвергнут сравнительно трудоемкой ме-
ханической обработке.
Таким образом, затраты на изготовление копира становятся зна-
чительными; кроме того, из-за действия больших нагрузок копир
сравнительно быстро изнашивается и требует замены или восстановления
точности. Высокая стоимость копира приводит к увеличению себестои-
мости обработки деталей при непосредственном использовании копира
для перемещения рабочего органа.
Деформации звеньев, связывающих рабочий орган с копи-
ром, и самого копира, возникающие в процессе работы под
нагрузкой, приводят к снижению точности перемещения по заданной
траектории.
17
Для устранения ряда из указанных недостатков в современных стан-
ках при профилировании по копиру применяются следящие системы
управления (следящие копировальные системы, рис. 1.7, б). При пере-
мещении рабочего органа 1 по прямолинейным направляющим 2 вместе
с ним движется копировальный (измерительный) прибор 6, жестко свя-
занный кронштейном 7 с рабочим органом 3. Щуп копировального прибора
находится в контакте с профилем копира. При перемещении рабочего
органа 1 копир 5 воздействует на щуп копировального прибора и вызывает
его смещение, вследствие чего копировальный прибор вырабатывает
сигнал управления, поступающий по связи 4 к управляемому приводу 8
рабочего органа 3. Привод сообщает движение рабочему органу 3 и копи-
ровальному прибору и перемещает их в направлении смещения щупа
копировального прибора до тех пор, пока возникшее отклонение щупа
не будет устранено. Этот процесс происходит непрерывно, обеспечивая
относительное движение режущего инструмента по заданной траектории.
При следящих копировальных системах на копир действуют лишь
незначительные нагрузки, возникающие под действием усилий, прижи-
мающих щуп копировального прибора. Вследствие этого отпадает необ-
ходимость термической и последующей механической обработки копира,
а долговечность копира повышается. Все это приводит к уменьшению
затрат на копиры, а соответственно и к снижению себестоимости обработки.
С применением следящей системы управления устраняется влияние де-
формаций звеньев, связывающих копир с рабочим органом, и самого
копира на точность перемещения по заданной траектории, однако возни-
кают ошибки, связанные с работой этой системы. У наиболее совершенных
систем эта ошибка не превышает ±0,01 мм [113].
Осуществление относительного перемещения режущего инструмента
и заготовки по заданной траектории с помощью копира может быть на-
звано методом профилирования по копиру.
Профилирование по копиру применяется не только при криволинейной
траектории относительного движения, но в ряде случаев также при дуго-
вой и прямолинейной траекториях. В последнем случае профилирование
по копиру используется тогда, когда прямолинейная траектория распо-
лагается под углом к той или иной оси координат станка. В настоящее
время профилирование по копиру при прямолинейной траектории находит
все более широкое применение при автоматизации обработки ступенчатых
поверхностей тел вращения, образующая которых представляет собой ряд
взаимно перпендикулярных прямых линий (см. гл. II, раздел третий).
Необходимая функциональная зависимость между перемещениями
в направлении двух координат может быть в ряде случаев получена также
благодаря наличию кинематической связи между приводами, осуществ-
ляющими перемещения в направлении каждой из координат (рис. 1.7, в).
Привод 6, осуществляющий перемещение рабочего органа 1 по прямоли-
нейным направляющим 2, кинематически связан через звено настройки 5
с приводом 4, осуществляющим перемещение рабочего органа 3. Характер
кинематической связи определяет форму траекторий в относительном
движении. С помощью звена настройки можно изменять те или иные
параметры траектории. Подобный метод обеспечения движения по
заданной траектории называется методом кинематиче-
ского профилирования.
Метод кинематического профилирования может быть использован
только для перемещения по траектории, которая описывается алгебраи-
ческим уравнением. В практике этот метод находит преимущественное
применение при траектории в форме винтовой линии, а также при прямо-
линейной траектории, расположенной под углом к той или иной из осей
18
координат станка. В отдельных случаях этот метод может быть исполь-
зован для получения траекторий более сложной формы (см. гл. VIII,
раздел второй).
Точность кинематического профилирования при траектории в форме
винтовой линии характеризуется ошибками в шаге, которые при совер-
шенной конструкции станка находятся в пределах 3—8 мкм [11 ].
Метод кинематического профилирования находит широкое применение
при воспроизведении воображаемой производящей линии как огибающей
ряда последовательных положений режущей кромки при обработке зубьев
зубчатых колес.
В практике современного станкостроения для осуществления функ-
ционально связанных перемещений рабочих органов все более широкое
применение находят системы управления с вычислительными устрой-
ствами или, как их принято называть, системы цифрового
(числового) программного управления. Метод профили-
рования, при котором применяются указанные системы управления, может
быть назван методом профилирования с использо-
ванием вычислительных устройств.
Рабочий орган / (рис. 7, г), перемещающийся по направляющим 2,
и рабочий орган 3 имеют независимые управляемые приводы 9 и 4, кото-
рыми управляет вычислительное устройство 7.
Вычислительное устройство в том или ином виде получает информацию
о форме траектории, вычисляет величины перемещений рабочих органов,
необходимые для получения заданной формы траектории, и подает по
связям 5 и 6 сигналы управления, которые вызывают перемещение рабо-
чих органов на заданную величину. Сигналы следуют с большой частотой,
и траектория практически является плавной линией.
Информация, необходимая для выработки вычислительным устройством
сигналов управления, может быть представлена в различном виде. Зна-
чительное распространение получил метод фиксации информации, или
программы работы станка, на перфокартах 8 или перфолен-
тах. На перфокартах и перфолентах информация фиксируется путем
пробивки отверстий в соответствующих точках. Информация, зафикси-
рованная на перфокарте или перфоленте, называемых также програм-
моносителями, считывается читающим устройством
и в виде соответствующих сигналов поступает к блокам вычислительного
устройства.
В качестве программоносителя могут быть использованы магнитные
ленты, киноленты и др. Программа может быть также зафиксирована
установкой переключателей или штеккеров на пульте управления и
другими способами (см. раздел третий).
При цифровом программном управлении может быть получена
весьма высокая точность перемещения по заданной траектории, дости-
гающая величины ±0,01 мм.
Затраты на подготовку программы сравнительно невелики, что создает
широкие перспективы внедрения данного метода профилирования для
обработки контурно- и пространственно-сложных поверхностей даже
в условиях единичного производства и для автоматизации обработки
небольших партий деталей, на чем мы подробнее остановимся ниже.
Для перемещения режущей кромки относительно обрабатываемой
детали по заданной траектории может быть использовано сочетание раз-
личных методов профилирования, например геометрическое и кинемати-
ческое профилирование, или профилирование по копиру и кинематиче-
ское профилирование. Примеры, иллюстрирующие сочетание различных
методов профилирования, будут приведены ниже.
19
Функционально связанные перемещения могут осуществляться не
только в прямоугольных, но и в полярных координатах.
Таким образом, в наиболее общем случае для образования на метал-
лорежущем станке обработанной поверхности того или иного вида и полу-
чения заданных размеров необходимо осуществить: главное рабочее
движение, профилирующие движения, движения подачи и установочные
перемещения. Характер основных движений, необходимых для полу-
чения обработанной поверхности заданной формы, и соответственно кон-
струкции и компоновка рабочих органов станка будут меняться в зави-
симости от вида применяемого режущего инструмента и методов профи-
лирования образующей и направляющей линий. Поэтому прежде всего
необходимо рассмотреть методы профилирования образующей и направ-
ляющей линий, применяемых при образовании характерных видов по-
верхностей, обрабатываемых различными режущими инструментами.
3.	ОБРАЗОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ
ПРИ ВОСПРОИЗВЕДЕНИИ ПРОИЗВОДЯЩЕЙ ОБРАЗУЮЩЕЙ ЛИНИИ
МЕТОДОМ КОПИРОВАНИЯ РЕАЛЬНОЙ РЕЖУЩЕЙ КРОМКИ
Круговая или прямолинейная направляющая линия
Производящая образующая линия может быть воспроизведена в форме
реальной режущей кромки при использовании различных видов режущего
инструмента: резцов, фрез, шлифовальных кругов, протяжек (рис. 1.8);
при обработке конических отверстий применяются конические зенкеры
и развертки.
При обработке резцом поверхностей вращения перемещение по круго-
вой направляющей линии является главным движением резания, при
этом вращение сообщается либо обрабатываемой детали, либо режущему
инструменту. Скорость v главного рабочего движения измеряется в м!мин.
Движение подачи направлено перпендикулярно оси поверхности враще-
ния; величина подачи s измеряется в мм/об.
При прямолинейной направляющей главное движение направлено
вдоль иее. Движение подачи направлено перпендикулярно плоскости,
в которой происходит главное рабочее движение, и его скорость изме-
ряется в мм/дв. ход.
Копирование режущей кромки резцов применяется при сравнительно
небольшой длине образующей, обычно не превышающей 60—80 мм.
С увеличением длины образующей повышаются нагрузки, действующие
на резец и обрабатываемую деталь, возникают вибрации, неблагоприятно
сказывающиеся на качестве обрабатываемой поверхности, а в ряде слу-
чаев нарушающие нормальный ход процесса резания.
Вместе с тем следует отметить, что стоимость изготовления и заточки
резцов с режущей кромкой в форме образующей линии довольно высока,
что приводит к увеличению стоимости обработки деталей.
Фрезы с режущей кромкой в форме образующей линии преимуще-
ственно применяются для обработки плоскостей и контурно-сложных
линейчатых поверхностей и лишь в редких случаях находят применение
для обработки поверхностей вращения.
Главным рабочим движением является вращение фрезы, скорость
которого v измеряется в м/мин.
При обработке поверхностей вращения по круговой направляющей
линии осуществляется движение подачи, величина которой s измеряется
в мм/мин. Наряду с вращательным движением подачи осуществляется
20
подача s„, обеспечивающая постепенное врезание фрезы; величина s„
измеряется в мм/об детали.
Фрезы с прямолинейной образующей широко используются для обра-
ботки плоскостей, а с криволинейной образующей — для обработки
контурно-сложных линейчатых поверхностей при большой длине направ-
ляющей линии. Движение подачи происходит вдоль направляющей линии,
и его скорость измеряется в мм/мин.
Шлифовальные круги с режущей кромкой в форме образующей линии
применяются как для обработки поверхностей вращения, так и плоско-
стей и контурно-сложных линейчатых поверхностей.
Рис. 1.8. Образование поверхностей при копировании режущей кромки
Главное рабочее движение сообщается шлифовальному кругу и изме-
ряется в м/сек.
При обработке поверхностей вращения по круговой направляющей ли-
нии происходит движение подачи, скорость os которого измеряется в м!мин.
Кроме того, имеется радиальное движение подачи (величина которой s,
измеряется в мм/об), направленное к оси круговой направляющей линии.
При обработке плоскостей и контурно-сложных линейчатых поверх-
ностей движение подачи vs происходит вдоль направляющей линии,
а движение подачи se в мм/дв. ход направлено перпендикулярно плоскости,
в которой происходит движение подачи os.
При обработке фасонных поверхностей требуемый профиль, соответ-
ствующий форме образующей линии, придается кругу путем заправки
его по копиру или фасонными шарошками.
Протяжки наиболее широко используются для обработки отверстий
как цилиндрических, так и фасонных. В этом случае образующей линией
21
является контур отверстия, а вдоль прямолинейной направляющей проис-
ходит главное рабочее движение, скорость которого измеряется в м/мин.
Движение подачи отсутствует, так как постепенное снятие припуска обеспе-
чивается благодаря увеличению радиальных размеров зубьев протяжки.
Протяжки применяются также для обработки плоскостей и линей-
чатых контурно-сложных поверхностей. '
Во всех рассмотренных случаях образующая линия воспроизводится
по методу копирования реальной кромки инструмента, а направляющая
линия — благодаря соответствующей геометрической форме направляю-
щих поверхностей, обеспечивающих перемещение рабочих органов по
заданной круговой или прямолинейной траектории.
При воспроизведении образующей линии по методу копирования
реальной режущей кромки инструмента в качестве направляющей линии
может быть использована та или иная плоская кривая. Наибольшее при-
менение подобный вариант находит при обработке контурно-сложных
линейчатых поверхностей при небольшой длине образующей линии,
которая в данном случае является прямой.
Направляющая линия в форме плоской кривой
Для обработки контурно-сложных линейчатых поверхностей при вос-
произведении образующей линии по методу копирования режущей кромки
могут быть использованы резцы, фрезы
и шлифовальные круги (рис. 1.9). Для
воспроизведения направляющей линии
могут быть применены различные методы
профилирования: кинематическое, по ко-
пиру и с использованием вычислитель-
ных устройств в системе управления.
Кинематическое профилирование.
Рассмотрим пример обработки кривой
а'б' (рис. 1.10), являющейся эквиди-
стантой спирали Архимеда аб. Обра-
ботка производится фрезой, имеющей
диаметр d. Относительное перемещение
Рис. 1.9. Образование кон-
турно-сложных поверхностен
при копировании линейной
режущей кромки
О
Рис. 1.10. Направляющая линия
в форме эквидистанты спирали
Архимеда
рабочих органов должно осуществляться в полярных координатах, т. е.
при повороте обрабатываемой кривой радиус-вектор р должен изменяться
в соответствии с заданным законом р = f (у).
22
Для спирали Архимеда равным углам поворота соответствуют равные
приращения радиуса-вектора:
Р = Ро + ay-	(1-2)
Если заданы р0> р„ и у0, то
Схема, обеспечивающая требующуюся функциональную зависимость
между углом поворота и приращением радиуса-вектора, изображена
на рис. 1.11, а.
Обрабатываемая деталь 2 закреплена на шпинделе 3, который вра-
щается в подшипниках подвижного рабочего органа 4, перемещающегося
по неподвижным направляющим 5. Ось фрезы 1 в процессе обработки
не меняет своего положения. Рабочий орган 4 получает движение от винта6.
Винт 6 связан сменными шестернями 7, являющимися звеном настройки,
Рис. 1.11. Методы профилирования при перемещении образующей
по замкнутой кривой направляющей линии
с червячной передачей 8, которая передает вращение шпинделю <3 с закреп-
ленной на нем обрабатываемой деталью.
При повороте шпинделя 3 на угол у рабочий орган 4 переместится
на величину Др, которая определится из следующего выражения:
Др = у i t
Ь	I J	л
Так как
Др
а = ——,
У
то из предыдущего уравнения
---Z-ц .	,
U ________ ЬСМ1Х.
Обозначив
k tx,
I х
получим
о kiCM,
выражение для подбора сменных шестерен звена настройки в соответ-
ствии с заданным параметром спирали Архимеда будет иметь вид:
=	(1-4)
Кинематическое профилирование может быть применено и для вос-
произведения других кривых, например кривых, обеспечивающих изме-
нение ускорения толкателя в кулачковом механизме по закону синусоиды,
косинусоиды и др.
23
Профилирование по копиру. При непосредственном профилировании
по копиру (рис. 1.11, 6) рабочий орган 3 свободно перемещается по на-
правляющим 4. На шпинделе 2, на котором закреплена обрабатываемая
деталь 1, сидит копир 5, который под действием груза 7 прижимается
к неподвижному ролику 6. При вращении обрабатываемой детали копир 5
заставляет перемещаться рабочий орган 3. Копир 5 имеет форму, обеспе-
чивающую изменение расстояния между осью шпинделя и фрезой в соот-
ветствии с заданным законом изменения радиуса-вектора обрабатываемой
кривой.
4.	ОБРАЗОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ
ПРИ ВОСПРОИЗВЕДЕНИИ ПРОИЗВОДЯЩЕЙ ОБРАЗУЮЩЕЙ ЛИНИИ
В ВИДЕ СЛЕДА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ
Образующая линия в виде следа материальной точки может быть
воспроизведена при работе различным режущим инструментом (рис. 1.12).
В качестве материальной точки можно рассматривать вершину резца
(рис. 1.12, а, б), точки А сверла и зенкера (рис. 1.12, в, е), вершину А
(рис. 1.12, <9) пальцевой фрезы, точку Л (рис. 1.12, з) шлифовального круга.
Рис. 1.12. Воспроизведение образующей линии как следа движения
материальной точки
В случаях, представленных на рис. 1.12, а, б, д и з, возможно вос-
произведение образующей линии как в виде прямой, так и в виде кривой
заданной формы.
Аналогичный принцип воспроизведения образующей линии исполь-
зуется при применении резцов, показанных на рис. 1.12, а, и шлифоваль-
ных кругов (рис. 1.12, ж), однако в этих случаях возможно воспроизве-
дение только прямолинейной образующей.
При работе торцовой фрезой (рис. 1.12, и) образующая линия также
воспроизводится вершиной режущего инструмента — зуба фрезы, при
этом она имеет форму дуги окружности, расположенной в плоскости
обрабатываемой поверхности. Подобная картина имеет место и при работе
чашечными кругами (рис. 1.12, к). Оба последних метода пригодны для
обработки плоскостей.
24
В случаях, изображенных на рис. 1.12, а, б, г, д, ж и з, для воспроиз-
ведения образующей линии необходимо обеспечить перемещение мате-
риальной точки, а соответственно и режущего инструмента относительно
обрабатываемой детали по заданной траектории.
Для воспроизведения воображаемой режущей кромки как следа дви-
жения материальной точки могут быть использованы различные методы
профилирования: геометрическое, кинематическое, по копиру, с исполь-
зованием вычислительных устройств в системе управления.
Геометрическое профилирование
Как указывалось выше, геометрическое профилирование осуществ-
ляется путем перемещения рабочих органов по направляющим поверх-
ностям, имеющим соответствующую геометрическую форму (рис. 1.13).
IX	Прямая, параллель-	Прямая, расположена	
21 «0 ST	ная оси Вращения	под углом к оси дра-	
ъ £	5	или плоскости по-	тения или плоскости	Дуга
|	ступательного пе-	поступательного пе-	окружности
Ь & а <£j Ci 5:	ремещения детали	ремещения Вешали	
Кривая, заданная
уравнением
или
координатами
ряда тонок
Рис. 1.13. Методы профилирования при воспроизведении образующей как следа
движения материальной точки
25
Рассмотрим методы геометрического профилирования применительно
к наиболее распространенным формам образующих линий.
При воспроизведении прямолинейной образующей (рис. 1.13, а и б)
рабочий орган перемещается по прямолинейным направляющим, уста-
новленным параллельно образующей линии. Если углы наклона образую-
щей могут иметь различные значения, то направляющие выполняют по-
воротными (рис. 1.13, б).
При воспроизведении образующей в форме дуги окружности рабочий
орган получает движение по дуге окружности, либо перемещаясь по дуго-
вым направляющим, либо поворачиваясь вместе с осью вращения, распо-
ложенной в подшипниках (рис. 1.13, в).
В зависимости от положения оси вращения при обработке получаются
либо сферические, либо тороидные поверхности.
Профилирование по копиру
При профилировании по копиру (рис. 1.13, г, д, е и ж) два рабочих
органа 1 и 2 перемещаются в двух взаимно перпендикулярных направле-
ниях или под утлом один к другому. Рабочий орган 2 получает от меха-
низмов привода подачу в продольном направлении, которая называется
задающей подачей. Рабочий орган 1 получает движение от ко-
пира 3. Это движение называется следящей подачей.
На рис. 1.13 показаны пазовые копиры, обеспечивающие кинематиче-
ское замыкание цепи привода рабочего органа 1. Однако копиры могут
быть выполнены открытыми, как это было показано выше; в этом случае
нужно применить силовое замыкание с помощью груза или пружины.
При прямолинейной образующей копир 3 (рис. 1.13, г и д) также
имеет прямолинейную форму. Для изменения угла наклона образующей
копир может быть выполнен поворотным (рис. 1.13, д').
При воспроизведении дуговых (рис. 1.13, ё) или криволинейных
(рис. 1.13, ж) образующих копиру придается соответствующая форма.
В данном случае может быть использовано как непосредственное копи-
рование, так и копирование со следящей системой.
Кинематическое профилирование
Метод кинематического профилирования применяется при воспроиз-
ведении наклонной прямолинейной образующей (рис. 1.13, з) и криволи-
нейных образующих, заданных уравнением (рис. 1.13, и).
При профилировании наклонной прямолинейной образующей ходовой
винт 3 (рис. 1.13, з), сообщающий движение рабочему органу 2, связывается
через сменные шестерни 4 и коническую передачу 5 с ходовым винтом 6,
сообщающим движение рабочему органу 1.
Для воспроизведения наклонной образующей с углом наклона должна
существовать определенная зависимость между перемещениями рабочих
органов / и 2, а именно: при перемещении рабочего органа 2 на вели-
чину /2 рабочий орган / должен переместиться на величину = Z2tgy.
Зависимость между перемещениями рабочих органов 2 и 1, определя-
ющаяся кинематической связью, выразится уравнением
_г /	/	-- /
f lCMlnocmlxl —
lx?
Подставляя выражение для Zx, получим
~7 ^tJnocm^xl = tg У-
26
Решая полученное уравнение относительно iCM, найдем формулу для
подбора передаточного отношения сменных зубчатых колес
iCM = ktgy,	(1.5)
где
k =	1x2
txiSnccm
При воспроизведении криволинейных образующих используются более
сложные кинематические связи, рассмотренные в гл. VIII второго раздела.
Профилирование с использованием вычислительных устройств
в системе управления
В данном случае используется рассмотренный выше (см. стр. 19) прин-
цип применения вычислительных устройств для управления перемеще-
ниями двух рабочих органов при наличии функциональной связи между
этими перемещениями. Указанный принцип профилирования может быть
применен для воспроизведения образующих различной формы: прямоли-
нейных (рис. 1.13, кил), в форме дуги окружности (рис. 1.13, м), криволи-
нейных (рис. 1.13, н).
Форма образующей определяется характером программы, которая
вводится в вычислительное устройство В, которое управляет приводами
X и У, осуществляющими перемещение рабочих органов 1 и 2.
Комбинированные методы профилирования
В ряде случаев для воспроизведения образующей заданной формы целе-
сообразно использовать комбинированные методы профилирования. На-
пример, для профилирования наклонной прямолинейной образующей
Рис. 1.14. Комбинированные методы профилирования
применяется сочетание геометрического и кинематического профилирова-
ния (рис. 1.14, а) или сочетание кинематического профилирования и про-
филирования по копиру (рис. 1.14, б). Использование комбинированных
методов профилирования обусловлено тем, что по конструктивным сооб-
ражениям невозможно получить большие углы наклона за счет поворота
направляющих или копира, а кинематическое профилирование требует
применения большего набора сменных шестерен для получения любых
значений углов. При комбинированном профилировании можно ограни-
читься небольшим набором сменных шестерен, который позволяет полу-
чить ряд значений углов наклона с определенными интервалами, а внутри
27
интервалов необходимые значения углов настраиваются установкой на-
правляющих или копира.
При сочетании кинематического и геометрического профилирования
(рис. 1.14, а) рабочий орган 1 перемещается по направляющим 3, уста-
новленным под углом ух. Ходовой винт 4, сообщающий движение рабочему
органу /, как обычно, связан через сменные шестерни и постоянную пере-
дачу с винтом 5, сообщающим движение рабочему органу 2.
Угол наклона образующей у представляет собой сумму двух углов.
При перемещении рабочего органа 1 на величину I вдоль направляющих 3
рабочий орган 2 переместится благодаря наклону направляющих на вели-
чину /х, а благодаря кинематической связи — на величину 1г и соответ-
ственно угол наклона будет равен
7 = 71 + Та-
Исходя из имеющегося набора сменных шестерен можно подобрать
значение угла уг> близкое к углу у. Значение угла ух может быть найдено
следующим образом:
tc У = ts (Т1 -+- У2) = —.
ь v t> m — w 1 zp tg у, tg у2 ’
преобразовав приведенное выражение, получим
te v = ЧУ + ^У*	a
& Vi 1 ± tgytg у2‘	' ’ ’
При сочетании кинематического профилирования и профилирования
по копиру (рис. 1.14, б) винт 2, сообщающий движение рабочему органу /,
вращается в подшипнике колодки 4. Вместе с колодкой 4 винт 2 может
перемещаться вдоль своей оси. Колодка 4 связана цапфой с ползуном 5,
перемещающимся по копиру 3. Таким образом, при движении рабочего
органа 6 рабочий орган 1 перемещается благодаря не только вращению
винта 2, но и перемещению его в осевом направлении вследствие скольже-
ния колодки 5 по копиру.
При перемещении рабочего органа 6 на величину I рабочий орган 1
переместится на величину /х + /2- Величина /х = I tg ух, а величина /2 =
— I tg Та> где угол у 2 определяется из условий подбора сменных шестерен
цепи кинематической настройки. Отсюда
tgv_ < tg у, + г tg у2
и
tg 7 = tgyx + tg уг.	(1.7)
Из последнего выражения находим угол ух установки копира.
Рассмотренные методы воспроизведения образующей линии широко
используются при обработке резцом и шлифовальным кругом поверхно-
стей вращения как деталей типа тел вращения, так и корпусных деталей,
плоскостей, многогранных поверхностей, контурно-сложных линейчатых
поверхностей. При обработке поверхностей вращения профилирующее
движение по направляющей линии совпадает с главным вращательным
движением; при обработке плоскостей, многогранных и линейчатых поверх-
ностей профилирующее движение совпадает с главным прямолинейным
движением.
Образование пространственно-сложных поверхностей
Как было показано выше, пространственно-сложная поверхность
задается рядом кривых линий, расположенных в нескольких парал-
лельных сечениях (рис. 1.4). В каждом из этих сечений может быть воспро-
28
изведена контурно-сложная поверхность. Если сечения, в которых воспро-
изводятся контурно-сложные поверхности, будут расположены доста-
точно близко, то они образуют заданную пространственно-сложную
поверхность. Таким образом, задача воспроизведения пространст-
венно-сложных поверхностей сводится к воспроизведению ряда кон-
турно-сложных поверхностей, расположенных в близких друг к другу
сечениях.
Для воспроизведения пространственно-сложных поверхностей преиму-
щественно применяются методы профилирования по копиру и методы про-
филирования с использованием вычислительных устройств в системе
управления.
Для воспроизведения
контурно-сложных по-
верхностей в отдельных
сечениях пространствен-
но-сложной поверхности
обычно применяется инст-
румент, при работе кото-
рого образующая линия
получается как след дви-
жения материальной точ-
ки. Принцип воспроизве-
дения пространственно-
сложной поверхности при
профилировании по копи-
ру может быть рассмотрен
на основе схемы, предста-
вленной на рис. 1.15.
Обработка детали 2
осуществляется пальцевой
фрезой 1 по объемному
Рис. 1.15. Образование пространственно-сложных по-
верхностей
копиру 4, который воздействует на щуп 3 копировального прибора 7.
Обрабатываемая деталь и копир закрепляются на стойке 5, установленной
на столе 17. В процессе обработки контурно-сложной поверхности в оче-
редном сечении бабка 14 вместе с салазками 13 получает перемещение по
направляющим колонны 12 и поперечное перемещение вдоль оси фре-
зерного шпинделя по направляющим салазок 13. Салазки 13 приводятся
в движение от регулируемого привода 10, сообщающего движение винту 11,
а шпиндельная бабка — от регулируемого привода 16, сообщающего
вращение винту 15. Регулируемые приводы получают сигналы управле-
ния от копировального прибора по связям 8 и 9. По окончании обработки
контурно-сложной поверхности в одном из сечений, называемом строч-
кой, стол 17 смещается на величину интервала между смежными
сечениями. Перемещение стола 17 называется строчечной по-
дачей.
При рассмотренной схеме движений обработка осуществляется верти-
кальными строчками. Возможна обработка горизонтальными строчками.
В этом случае функциональная связь существует между перемещениями
стола 17, получающего движение от регулируемого привода 19, сообща-
ющего вращение винту 18, и перемещениями шпиндельной бабки 14.
Строчечная подача сообщается салазкам 13. Сигналы управления посту-
пают к приводу 19 по связи 6.
При использовании вычислительных устройств сигналы управления,
вырабатываемые вычислительным устройством на основе программы, по-
ступают к управляемым приводам.
29
5.	ОБРАЗОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ
ПРИ ВОСПРОИЗВЕДЕНИИ ПРОИЗВОДЯЩЕЙ ОБРАЗУЮЩЕЙ ЛИНИИ
В ФОРМЕ ОГИБАЮЩЕЙ
Принципы воспроизведения образующей линии
как огибающей последовательных положений режущей кромки
Как известно, огибающей семейства линий называется такая линия,
которая в каждой своей точке касается одной из линий семейства. Прн рас-
сматриваемом методе воспроизведения образующей линии семейством линий
является ряд последовательных положений реальной режущей кромки.
В частном случае таким семейством может быть семейство касательных
t±—tn к образующей линии (рис. 1.16, а). В этом случае при использовании
режущего инструмента с прямолинейной режущей кромкой можно вос-
произвести воображаемую криволинейную образующую линию. Для этого
Рис. 1.16. Воспроизведение воображаемой режущей кромки по методу
огибания
в процессе обработки необходимо перемещать деталь с обрабатываемым
профилем АВ и режущий инструмент так, чтобы режущая кромка зани-
мала ряд последовательных положений tx—tlt t2—t2 и т. д.
Из курса кинематики механизмов известно, что всякое непрерывное
движение линии или фигуры в плоскости можно получить качением кри-
вой, связанной с данной линией, по другой неподвижной кривой. Данные
кривые называются центроидами. В процессе воспроизведения образующей
линии АВ (обрабатываемый профиль) с подвижной центроидой СС[ свя-
зана прямая t—t, а с неподвижной центроидой СО, — обрабатываемый
профиль АВ. Следует отметить, что двигаться могут обе центроиды, пере-
катываясь друг по другу без скольжения.
Если заданы профили образующей линии и режущей кромки инстру-
мента, то центроиды должны иметь вполне определенную форму. При пере-
катывании без скольжения криволинейных некруглых центроид рабочие
органы станка должны совершать весьма сложные движения, что приводит
к усложнению конструкции и кинематики станка. Поэтому криволинейные
центроиды используются весьма редко, главным образом при обработке
некруглых зубчатых колес. В этом случае необходимые движения рабочих
органов осуществляются с помощью копиров или вычислительных
устройств.
Чаще применяются центроиды простейшей формы в виде окружности
или прямой линии, при этом перекатывание без скольжения обеспечивается
введением простейших кинематических связей.
30
Обе центроиды могут иметь форму окружности (рис. 1.16, б). При пово-
роте центроиды 1 на один оборот точка центроиды пройдет путь
= nD±;
точка центроиды 2 должна пройти такой же путь, так как центроиды
перекатываются без скольжения. За одни оборот центроиды 1 центроида 2
повернется на угол
• ф = 1 об iCM -I*-.
11 гч2
Путь точки центроиды 2 равен
S2 = флО2.
Так как = S2, то
nDi = iCM hD2.
1	/1 см гч2
Необходимое соотношение чисел оборотов центроид достигается путем
подбора соответствующего передаточного отношения сменных шестерен 1СЛ1.
Обозначив
k = г<12 6
h гч1
получим
=	(1-8)
Одна из центроид может быть окружностью, а вторая — прямой линией
(рис. 1.16, в). В этом случае при повороте центроиды 1 на один оборот пря-
молинейная центроида должна переместиться на величину ciD.
При повороте центроиды 1 на один оборот центроида 2 перемещается
на величину
s = 1 об iCMtx = лО.
Решив полученное выражение относительно iCM и подставив
получим
1СЯ = kD.	(1.9)
При заданной заранее форме центроид профиль инструмента должен
быть построен в соответствии с профилем образующей линии, при этом,
естественно, он в общем случае не будет прямолинейным, а будет иметь
форму той или иной кривой.
Прямолинейный профиль режущей кромки инструмента, сопряженный
с прямолинейной центроидой, широко используется при обработке зуб-
чатых колес, так как при перекатывании прямолинейной центроиды по
окружности прямолинейная кромка режущего инструмента воспроиз-
водит образующую в форме эвольвенты.
Несмотря на то, что применение инструмента с прямолинейным про-
филем режущей кромки ограничено указанным случаем воспроизведения
эвольвенты, метод огибания находит применение и для выполнения других
работ, при которых используется инструмент с соответствующим более
сложным профилем.
31
Образование поверхностей
При воспроизведении воображаемой образующей линии по методу оги-
бания обработка осуществляется строганием, фрезерованием, точением,
шлифованием.
Строгание осуществляется либо режущей зубчатой рейкой
(рис. 1.17, а), либо режущей шестерней-долбяком (рис. 1.17, 5). Зубчатая
рейка имеет прямобочный профиль режущей кромки, связанный с прямо-
линейной центроидой. В процессе снятия стружки рейка получает глав-
ное рабочее движение вдоль направляющей линии, скорость которого v
измеряется в м!мин. Движением подачи является качение центроид.
Скорость подачи измеряется в мм!дв. ход рейки. В большинстве случаев
Рис. 1.17. Методы образования поверхностей при воспроизведении воображаемой режущей
кромки по методу огибания
рейка имеет небольшую длину и может обработать без перестановки один-
два зуба. После обработки указанного числа зубьев рейка и заготовка
возвращаются в исходное положение и происходит делительный поворот
заготовки для обработки последующих зубьев.
Благодаря простой форме режущего инструмента его можно изгото,-
вить с высокой точностью, однако точность обработки снижается вслед-
ствие дополнительного делительного перемещения. Длинные рейки,
позволяющие осуществить обработку всех зубьев шестерни без деления,
применяются в приборостроении для нарезания высокоточных шестерен
с малым модулем.
Аналогичный принцип применяется при шлифовании зубчатых колес
(рис. 1.17, в). Шлифовальный круг в диаметральном сечении представляет
собой зуб рейки. Движение огибания осуществляется благодаря враща-
тельному движению заготовки в направлении стрелки А и поступатель-
ному — в направлении стрелки В.
Непрерывность процесса обработки обеспечивается при использова-
нии червячных фрез (рис. 1.17, б). Червячная фреза в сечении, нормальном
к виткам, имеет профиль зубчатой рейки. При вращении фрезы профиль
зубчатой рейки, расположенной на винтовой поверхности, перемещается
вдоль оси, чем и обеспечивается движение профиля вместе с прямолиней-
ной центроидой. При одном обороте профиль перемещается на величину
32
шага фрезы. Круговая центроида получает движение при вращении заго-
товки. Движение подачи происходит вдоль направляющей линии; скорость
подачи измеряется в мм!об заготовки.
Фрезерование червячной фрезой применяется также для обработки
шлицевых валиков (рис. 1.17, г).
При работе долбяком (рис. 1.17, 5) обе центроиды являются окружно-
стями. При обработке эвольвентных зубчатых колес долбяки также имеют
эвольвентный профиль. Главным рабочим движением является возвратно-
поступательное движение долбяка, движением подачи — движение по
центроиде. Скорость подачи измеряется в мм/дв. ход долбяка.
В ряде случаев долбяки применяют для обработки контурно-сложных
поверхностей, при этом профиль долбяка строится в соответствии с формой
обрабатываемого профиля.
При точении (рис. 1.17, е) обработка осуществляется специальным
чашечным резцом. Профиль чашечного резца связан с круговой центрои-
дой, которая катится по прямолинейной центроиде, связанной с профилем
обтачиваемой детали. В процессе огибания резец вращается вокруг своей
оси и перемещается вдоль оси обрабатываемой детали. Главным движением
является вращение обрабатываемой детали. Подача происходит в процессе
перекатывания центроид и измеряется в мм!об детали. В отличие от обра-
ботки фасонными резцами при копировании режущей кромки в данном
случае стружка снимается только на небольшом участке профиля, что
обеспечивает высокую чистоту обрабатываемой поверхности. Однако
трудности изготовления инструмента оказались серьезным препятствием
для внедрения данного метода в производство.
Блок-схемы кинематических цепей
для воспроизведения образующей линии по методу огибания
Поскольку при воспроизведении образующей линии по методу огиба
ния между перемещениями рабочих органов должна существовать опре
деленная функциональная зави-
симость, в этом случае исполь-
зуется метод кинематического
профилирования. При нареза-
нии некруглых зубчатых колес
применяется сочетание методов
профилирования по копиру и
кинематического профилирова-
ния. Появились опытные образ-
цы станков для нарезания ци-
линдрических зубчатых колес,
в \ которых функциональная
свяДь между перемещениями
рабочих органов обеспечивается
вычислительными устройствами
системы управления.
Нарезание рейкой. Главное
рабочее движение рейка полу-
Рис. 1.18. Основные движения-и кинематические
связи при воспроизведении воображаемой режу-
щей кромки по методу огибания
чает при перемещении ползуна
1 (рис. 1.18, а). Движение вдоль
прямолинейной центроиды про-
исходит при перемещении сала-
зок 2, получающих движение от винта. Через сменные шестерни и червяч-
ную передачу винт связан с заготовкой, имеющей гк зубьев. Данная схема
2
И. М. Кучер 417
33
полностью соответствует принципиальной схеме, представленной на
рис. 1.16, в, поэтому остается справедливой формула (1.9). Выразим
диаметр центроиды через число зубьев и модуль, тогда формула (1.9)
примет вид
iCM=kzHm.	(1.10)
Нарезание долбяком. Долбяк (рис. 1.18, в) связан через червячную
передачу, сменные шестерни и вторую червячную передачу с нарезаемой
заготовкой. Данная схема полностью соответствует принципиальной
схеме, представленной на рис. 1.16, б, и для подбора сменных шестерен
остается справедливой формула (1.8). Выразим диаметры центроид режу-
щего инструмента и нарезаемой шестерни через числа зубьев и модуль,
тогда формула (1.8) примет вид
iCM=k^-.	(1.11)
Нарезание червячной фрезой. При работе червячной фрезой переме-
щение прямолинейной центроиды происходит благодаря тому, что профиль
режущей кромки расположен на винтовой поверхности червячной фрезы.
Таким образом, за один оборот фрезы центроида переместится на величину
шага винтовой поверхности в плоскости, нормальной к виткам. Так как
в этой плоскости профиль фрезы соответствует профилю рейки, то шаг
равен шагу колеса. При этом нарезае,мое колесо повернется на один зуб,
если число заходов /ф червячной фрезы равно единице. Уравнение кине-
матической связи между вращением фрезы и нарезаемого колеса
(рис. 1.18, б) принимает вид
1 об. фр1см-±- = ±-.
z4 ZH
Решив уравнение относительно iCM и подставив k —	, получим
ь
(1-12)
ZH
Фасонное точение. Рабочий орган 2, несущий шпиндель с чашечным
резцом 1 (рис. 1.18, г), получает движение от винта, связанного через смен-
ные шестерни и червячную передачу со шпинделем чашечного резца. При
перемещении рабочего органа на величину S чашечный резец должен по-
вернуться на угол
S
где D — диаметр начальной окружности.
Тогда уравнение кинематической связи
S . j S
tx tcM лО '
И t
Решив относительно iCM и подставив k —	> получим
ь
iCM = ~(1-13)
6. ОБРАЗОВАНИЕ ВИНТОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
При образовании винтовых поверхностей образующая линия воспро-
изводится обычно либо по методу копирования режущей кромки, либо по
методу огибания, а винтовая направляющая линия — по методу копиро-
34
вания, геометрического и кинематического профилирования. Применение
того или иного метода профилирования как образующей, так и направляю-
щей линий обусловливается формой обрабатываемой винтовой поверхности.
Формы винтовых поверхностей
Остановимся только на двух наиболее распространенных формах
винтовых поверхностей: архимедовой винтовой поверхности и эвольвент-
ной винтовой поверхности. Первая называется также закрытой винтовой
поверхностью, а вторая — открытой.
Архимедова винтовая поверхность образуется прямой линией 1
(рис. 1.19, а), расположенной под углом а в осевой плоскости, проходящей
через ось вращения 00г. При вращении вокруг оси 00 и одновременном
перемещении с равномерной скоростью вдоль оси линия 1 образует винто-
вую поверхность 2 с шагом t. В сечении плоскостью, перпендикулярной
к оси, винтовая поверхность дает след 3, представляющий собой спираль
Архимеда.
Линия 1 является образующей линией архимедовой винтовой поверх-
ности; так как эта линия прямая, то ее легко воспроизвести по методу копи-
рования режущей кромки инструмента. Однако по условиям процесса реза-
ния режущую кромку нередко приходится располагать в плоскости, пер-
пендикулярной касательной к винтовой линии, расположенной на ци-
линдре, диаметр которого равен среднему диаметру резьбы. След с—d
рассматриваемой плоскости (рис. 1.19, в) на плоскости YZ образует
с осью Z угол у, равный углу подъема винтовой линии.
Определим форму кривой, которая получается в сечении архимедовой
винтовой поверхности плоскостью, расположенной под углом у. Эта кри-
вая является производящей образующей линией. Составим уравнение
архимедовой винтовой поверхности. В момент начала отсчета координат
прямая АВ располагается в плоскости XZ и составляет с осью X угол а.
Определим координаты точки п винтовой поверхности в плоскости аа'ЬЬ',
проходящей через ось Z и расположенной под углом ср к оси X. В рассма-
триваемой плоскости через точку п проходит образующая А1В1. При на-
чальном положении образующей координата г точки п определялась
выражением z = (Я — р) tg ос; при повороте образующей на угол ср она
переместится в направлении оси Z на величину рср, где р — параметр вин-
товой поверхности (см. стр. 11). Тогда координата z точки п, расположен-
ной на образующей AtBlt
z = (Я — р) tg а + рср.	(1.14)
Полученное уравнение представляет собой уравнение архимедовой вин-
товой поверхности. Координаты х и у точки п определяются выражениями
х = р cos ср;	(1.15)
у = р sin <р,	(116)
откуда
р = У?2 + у"’, tg <р =
Подставив полученные выражения в уравнение (1.14), представим его
в виде
z = (R — Ух2 + г/2) tg а + р arctg	(1.17)
Уравнение плоскости, расположенной под углом у к плоскости YZ:
г = —yctgy,	(1.18)
*	35
Ряс. 1.19. Винтовые поверхности
откуда
» ctgy '
Подставив полученное выражение в уравнение (1.17), найдем урав-
нение линии, получающейся в сечении архимедовой винтовой поверхности
плоскостью, расположенной под углом у:
2 =	+ parctg (-	(1.19)
Данное уравнение не является уравнением прямой линии и, следова-
тельно, производящая образующая и режущая кромка инструмента имеют
криволинейную форму.
Вопросы профилирования режущего инструмента рассматриваются
в соответствующей литературе. Здесь же заметим, что величина отклоне-
ния производящей образующей линии зависит от величины угла у, пара-
метра р и других факторов. При малых угле у и параметре р отклонение
от прямой столь мало, что инструмент может быть выполнен с прямолиней-
ной режущей кромкой. С увеличением у и р отклонения возрастают, что
вызывает необходимость применения инструмента с криволинейной режу-
щей кромкой, стоимость которого значительно возрастает. Указанные об-
стоятельства необходимо учитывать при выборе методов профилирования.
Эвольвентная винтовая поверхность (рис. 1.19, б) образуется как
след движения прямой /, расположенной в плоскости, проходящей парал-
лельно осевой линии на расстоянии г. При вращении прямой плоскость,
в которой расположена образующая, остается все время касательной
к цилиндру радиуса г. Этот цилиндр называется основным цилиндром.
Эвольвентная винтовая поверхность получается в том случае, когда угол
наклона образующей а равен углу подъема винтовой линии на основном
цилиндре.
В сечении осевой плоскостью эвольвентная винтовая поверхность
оставляет след в виде кривой линии 2.
Уравнение эвольвентной винтовой поверхности в цилиндрических
координатах имеет вид
<P = ]/(-^)2-l-arctg|/(-P-)2(1.20)
где р — радиус-вектор;
г — радиус основного цилиндра;
р — параметр.
Решив это уравнение совместно с уравнением осевой плоскости <р = 0
и заметив, что в осевой плоскости р = х, найдем уравнение образующей
в диаметральной плоскости
Z = P[1 ("Т")2- 1	(~г) ~ !]-	С-21)
Эвольвентная винтовая поверхность называется открытой, так как
в пределах основного цилиндра винтовая поверхность не образуется.
Существенное различие между архимедовой и эвольвентной винтовой
поверхностями заключается в том, что к архимедовой винтовой поверх-
ности нельзя провести касательную плоскость, а к эвольвентной винтовой
поверхности можно. Поэтому архимедову винтовую поверхность
нельзя обрабатывать инструментом, который контактирует с ней пло-
скостью, а эвольвентную винтовую поверхность можно обрабатывать подоб-
ным инструментом. Благодаря указанному обстоятельству оказывается
37
возможным шлифовать эвольвентную винтовую поверхность торцом та-
рельчатого круга.
Архимедову винтовую поверхность имеют резьбы крепежных деталей,
ходовых винтов, червяков червячных передач; резьбы многозаходных чер-
вяков обычно выполняют с эвольвентной винтовой поверхностью.
В ряде случаев применяют резьбы с переменным шагом, например
винтовые поверхности подающих шнеков и другие, более сложные виды
винтовых поверхностей.
Образование винтовых поверхностей
при воспроизведении производящей образующей линии
по методу копирования режущей кромки
Для воспроизведения образующей по методу копирования режущей
кромки применяются различные инструменты: резцы, дисковые и пальце-
вые фрезы, дисковые и пальцевые шлифовальные круги (рис. 1.20).
Рис. 1.20. Методы образования винтовых по-
верхностей
При работе резцами режущая
кромка может располагаться
в осевой плоскости (рис. 1.20, а),
при этом либо каждая из кро-
мок резца 1 имеет свой перед-
ний угол, либо для каждой
стороны витка используется
свой инструмент. Таким образом
получается теоретически пра-
вильная винтовая поверхность.
Однако создание необходимой
геометрии режущей части резца
представляется затруднитель-
ным, поэтому в большинстве
случаев пользуются вторым ва-
риантом установки резца 2. Пря-
молинейные режущие кромки
резца располагаются в плоско-
сти, перпендикулярной винто-
вой линии, вследствие чего
форма образующей в осевой пло-
скости оказывается искаженной.
При фрезеровании резьбы
дисковой фрезой (рис. 1.20, б)
последнюю нужно установить
под углом подъема витков р. В
этом случае прямолинейные ре-
жущие кромки фрезы также
располагаются в плоскости, на-
клоненной под углом р, и истин-
ная форма архимедовой винто-
вой поверхности искажается. Аналогичное явление имеет место при шли-
фовании резьбы дисковым кругом (рис. 1.20, в). При малых углах подъема
указанное искажение не имеет практического значения, однако с уве-
личением угла подъема и глубины профиля искажение может выйти за
пределы допустимого.
При воспроизведении направляющей винтовой линии используется
профилирование по копиру и кинематическое профилирование.
В случае профилирования по копиру винтовой копир 1 (рис. 1.21, а),
сообщающий движение.рабочему органу 2, получает вращение либо непо-
средственно от шпинделя, либо через промежуточную зубчатую передачу.
Если копир непосредственно связан со шпинделем, то его шаг равен шагу
нарезаемой резьбы. При наличии промежуточной зубчатой передачи шаг
копира определяется из уравнения кинематической связи
1 об. шп iatK — tH,
откуда
tK = -T-	d-22)
Наиболее широко применяется метод кинематического профилирова-
ния (рис. 1.21, б). Рабочий орган 2, перемещающий режущий инструмент,
Рис. 1.21. Основные движения и кинематические связи при копировании
режущей кромки в процессе образования винтовых поверхностей
получает движение от шпинделя 1 через сменные зубчатые колеса, от кото-
рых вращение передается ходовому винту. В этом случае уравнение кине-
матической связи имеет вид
1 об. шп iCMtx — tH,
откуда
(1-23)
Образование винтовых поверхностей
при воспроизведении производящей образующей линии
по методу огибания
Воспроизведение образующей по методу огибания имеет место при
обработке винтовых поверхностей зубьев зубчатых колес, винтовых по-
верхностей резьб, нарезаемых долбяками. Винтовая направляющая линия
воспроизводится при этом по методу геометрического профилирова-
ния, профилирования по копиру и кинематического профилирования
(рис. 1.22).
Геометрическое профилирование винтовой направляющей линии осу-
ществляется при работе зубчатой рейкой (рис. 1.22, а). Направляющие
рабочего органа 1, по которым зубчатая рейка перемещается, совершая
главное рабочее движение, устанавливаются под углом наклона зуба |3.
Перекатывание круговой центроиды, связанной с заготовкой, по неподвиж-
ной прямолинейной центроиде, связанной с режущей рейкой, осуще-
ствляется вращением заготовки 2 и перемещением рабочего органа 3 по
прямолинейным направляющим. В данном случае остается справедливой
формула (1.10) для подбора сменных шестерен, в которую подставляется
торцовый модуль нарезаемого колеса.
Метод профилирования по копиру используется при нарезании винто-
вых зубьев долбяком (рис. 1.22, б). Долбяк в этом случае выполняют с вин-
товыми режущими зубьями. Со шпинделем долбяка связан винтовой ко-
пир 1, в паз которого заходит ролик 2, связанный с червячным колесом 3,
сообщающим движение долбяку в процессе огибания. При возвратно-
39
поступательном движении долбяка вместе с ним движется винтовой
копир, благодаря чему долбяк совершает винтовое движение. Кине-
матическая цепь движения огибания настраивается обычным способом
(см. стр. 34).
Кинематическое профилирование винтовой направляющей линии осу-
ществляется при фрезеровании косозубых цилиндрических колес червяч-
ной фрезой (рис. 1.22. в) по методу огибания. Червячная фреза 1 устанав-
ливается под углом так, чтобы касательная к средней винтовой линии
фрезы располагалась под углом наклона зуба к оси заготовки 10. Для
образования винтовой линии необходимо, чтобы при перемещении фрезы,
Рис. 1.22. Основные движения и кинематические связи
при воспроизведении воображаемой режущей кромки
по методу огибания в процессе образования винтовых
поверхностей
а следовательно, и суп-
порта 2 на величину шага
Т винтовой линии зуба
заготовка повернулась на
один оборот. Таким обра-
зом, перемещение суппорта
2 должно быть кинемати-
чески связано с вращением
заготовки. С другой сторо-
ны, для образования эволь-
вентного профиля зуба
вращение заготовки долж-
но быть кинематически
связано с вращением чер-
вячной фрезы. Подобная
двойная кинематическая
связь может быть осуще-
ствлена при наличии в
кинематической цепи диф-
ференциала (состоящего из
конических колес 5, 6 и 7),
который позволяет сумми-
ровать движения, поступа-
ющие от двух источников.
С одним источником дви-
жения связана шестерня
5, с другим — шестерня 7. Движение передается Т-образному валику 9,
на водиле которого свободно сидят сателлиты 6. Движение, по-
ступающее от шестерен 5 и 7, суммируется на валике 9. Таким
образом, каждая из кинематических цепей, связывающая заготовку
10 с суппортом 2 и червячной фрезой 1, настраивается самостоя-
тельно.
Червячная фреза 1 связана с заготовкой через сменные шестерни iCMl.
Сменная шестерня 4 сидит на общей втулке с конической шестерней диф-
ференциала 5, от которой вращение передается через сателлиты 6 Т-образ-
ному валику 9 и далее через червячную передачу заготовке 10. Уравнение
кинематической связи имеет такой же вид, как при нарезании цилиндпиче-
ских шестерен с прямым зубом; при составлении уравнения необходимо
учитывать передаточное отношение дифференциала, которое в данном
случае равно У2.
Кинематическая цепь, связывающая перемещения суппорта 2 и заго-
товки 10, состоит из винта 3, сменных шестерен iCMi, конической передачи,
шестерен дифференциала, Т-образного валика 9 и червячной передачи.
Конические шестерни 8 и 7 связаны общей втулкой, свободно сидящей
на валу 9.
40
При перемещении суппорта на величину шага Т число оборотов винта 5
т
будет равно — , где t — шаг винта. Тогда уравнение кинематической
связи будет иметь вид
-Т	= I об. заг.	(1.24)
Решив полученное выражение относительно iCM2, найдем передаточное
отношение сменных шестерен.
Кинематическое профилирование винтовой направляющей линии осу-
ществляется также при нарезании резьбы долбяками (рис. 1.23). При наре-
зании резьбы воспроизводится зацепление червяка с шестерней, при этом
за один оборот заготовки долбяк
in
должен повернуться на угол
где гд— число зубьев долбяка;
/и — число заходов нарезаемой
резьбы. Для того чтобы резьба
была образована на протяжении
всей длины обрабатываемой детали,
необходимо перекатывать долбяк
по прямолинейной центроиде рей-
ки, образованной профилем резьбы
в диаметральной плоскости.
Долбяк 2 (рис. 1.22, г) может
вращаться вокруг своей оси и
перемещаться вместе с суппор-
том «3 вдоль оси нарезаемой за-
готовки 1. Вращение долбяка
должно быть кинематически свя-
зано как с вращением заготовки
Рис. 1.23. Образование винтовой поверхности
прн воспроизведении воображаемой режущей
кромки по методу огибания
1, так и с перемещением суппорта 3.
Кинематическая связь заготовки с долбяком осуществляется через
сменные шестерни iCM1, дифференциал, Т-образный валик 4 и червячную
передачу.
Напишем уравнение кинематической связи
1 об. заг 1СМ. ~	.
CAtl 2 г, г,?
(1.25)
Кинематическая связь между перемещением суппорта 3 и вращением
долбяка осуществляется через винт 5, сменные шестерни 1СМ2, дифферен-
циал, Т-образный валик 4 и червячную передачу. Совместное вращение
и продольное перемещение долбяка вместе с суппортом 3 должно обеспе-
чивать перекатывание центроиды долбяка без скольжения по прямолиней-
ной центроиде заготовки /, т. е. при перемещении суппорта на величину 5
S
долбяк должен повернуться иа угол , где D — диаметр начальной
окружности долбяка.
Уравнение кинематической связи принимает вид
1 об. винта iCM2
При нарезании резьбы долбяками можно обрабатывать в один проход
многозаходные резьбы, вести обработку с малыми сечениями стружки при
высоких скоростях резания, что обеспечивает высокое качество обрабо-
танной поверхности. Недостатком данного метода является сложность
режущего инструмента.
41
7.	НЕРОВНОСТИ ОБРАБОТАННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
И СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОТДЕЛОЧНОЙ ОБРАБОТКИ
Неровности обработанных поверхностей
Рассмотренные методы образования поверхностей позволяют получить
поверхности, близкие по своим формам и размерам к идеальным геоме-
трическим. Однако даже при чистовых методах обработки (тонком точе-
нии, развертывании, протягивании, шлифовании) на поверхностях
' остаются неровности, как это видно на рис. 1.24, а.
Микронеровности, как известно, появляются в результате воздействия
а)
---f—
суммы различных причин: взаимного перемещения режущей кромки и об-
работанной поверхности; пла-
стических явлений при захва-
тывании и отрыве отдельных
слоев металла; действия тре-
ния между задней поверх-
ностью режущего инстру-
мента и обработанной поверх-
ностью; вибраций, возникаю-
щих в процессе резания.
При воспроизведении об-
разующей линии в форме
следа движения материаль-
ной точки (рис. 1.24, б) —
вершины режущего инст-
__..........................................румента — профиль по-
жЖж/ЖЖЖшшЖ верхности практически
представляет собой ряд
Рис. 1.24. Неровности реальной обработанной поверх- криволинейных элементов
нести.......................................ah, Ьс и т. д., каждый из
которых является следом
вершины режущего инструмента и получается при перемещении режущего
инструмента вдоль образующей линии на величину подачи s (в мм!об при
точении и в мм/дв. ход при строгании и т. д.).
Если принять, что вершина очерчена радиусом г, то величина неров-
ностей h определится из чертежа:
При фрезеровании в приведенную формулу вместо радиуса г надо
подставить половину диаметра цилиндрической фрезы D : 2, а вместо
подачи s в мм!об — подачу sz в мм!зуб. Однако фактически образующиеся
неровности даже при чистовой обработке в несколько раз превосходят
неровности, определяемые по приведенному выше геометрическому
расчету.
Для получения поверхностей с минимальными микронеровкостями
применяют различные методы отделки поверхностей. Эти методы одно-
временно обеспечивают получение соответствующих физико-механических
свойств поверхностных слоев металла: твердости, микроструктуры, оста-
точных напряжений и др. К числу таких методов относятся: совместная
приработка сопряженных деталей, совместная притирка сопряженных
деталей, доводка с помощью притиров и абразивных зерен, хонингование,
суперфиниширование, полирование, раскатка.
42
Методы обработки
Рис. 1.25. Основные
движения лри доводке
поверхностей
При совместной приработке сопряженные детали совершают под
нагрузкой движения, аналогичные движениям, происходящим в процессе
их работы в машине. Для приработки некоторых видов деталей, главным
образом зубчатых колес, применяют специальные станки. Прирабатывае-
мые зубчатые колеса устанавливаются с заданным межосевым расстоянием
и в процессе приработки получают вращение. Приработка осуществляется
с подачей смазки. Приработка обеспечивает выравнивание и сглаживание
шероховатостей.
Совместная притирка сопряженных деталей производится с нанесе-
нием абразивной пасты на притираемые поверхности. В процессе притирки
сопрягаемые поверхности получают относительное
перемещение. Так, в процессе притирки поверхно-
стей вращения осуществляется относительное вра-
щательное и поступательное перемещение. При этом
достигается повышение чистоты сопряженных по-
верхностей, некоторое улучшение геометрической
формы и получение нужного зазора в сопряжении.
Доводка производится с помощью специальных
притиров, изготовляемых из различных материалов:
чугуна, стали, стекла, цветных металлов и др. В ряде
случаев притир шаржируется зернами абразива,
в других случаях на поверхность притира наносится
абразивная паста или в зону обработки подается
абразивная жидкость.
В процессе доводки либо копируется форма
притира, либо притир при своем движении воспро-
изводит образующую линию обрабатываемой поверх-
ности.
Копирование формы притира происходит при
доводке внутренних цилиндрических поверхностей
с помощью разжимных цилиндрических притиров,
при доводке наружных цилиндрических поверхностей с помощью
кольцевых притиров, при доводке резьбовых калибров с помощью резьбо-
вого кольца. Сам притир в этом случае должен иметь высокую точность.
В процессе притирки обрабатываемая поверхность и притир перемещаются
относительно друга друга.
При воспроизведении образующей линии притир имеет более простую
форму. Значительное распространение получили кольцевые притиры,
работающие торцом (рис. 1.25). Обрабатываемые детали 4 размещаются
в прорезях сепаратора 2 между вращающимися притирами / и 3. При-
тиры 1 и 3 вращаются в разные стороны с различным числом оборотов.
Ось свободно вращающегося сепаратора смещена относительно осей
притиров на величину е. Вращение сепаратора происходит вследствие
разности скоростей и Имея в виду, что точка а — мгновенный
центр скоростей, найдем окружную скорость сепаратора:
V =
г-'г—Qi
2
Благодаря эксцентричному расположению сепаратора детали получают
радиальное перемещение относительно притиров. Сочетание всех указан-
ных перемещений обеспечивает получение высокого качества поверхности.
Имеется ряд модификаций данного метода с иным сочетанием движе-
ний. В ряде случаев вместо притиров применяются абразивные круги.
43
При хонинговании обработка осуществляется с помощью абразивных
брусков 3 (рис. 1.26), установленных в хонинговальной головке 2. Хонин-
говальная головка получает вращательное движение вокруг оси и воз-
вратно-поступательное перемещение в продольном направлении вместе
с подвижной кареткой /. Абразивным брускам сообщается подача в ра-
Рис. 1.26. Основные
движения при хонин-
говании поверхностей
Рис. 1.27. Основные движения
при суперфинишировании по-
верхностей
диальном направлении.
Хонингование может быть применено для отделки
наружных поверхностей. При этом незначительно
также исправляется геометрическая форма обраба-
тываемых поверхностей.
Особо высокое качество поверхности достигается
при суперфинишировании (рис. 1.27) с помощью
абразивных брусков 3. В данном случае в отличие
от хонингования абразивный брусок совершает бы-
стрые короткие переме-
щения в направлении
продольной оси обраба-
тываемой детали вместе
с кареткой 2, которые
называются осциллиру-
ющим движением (оосц).
Кроме того, каретка 2
перемещается вместе с
кареткой 1 со сравни-
тельно небольшой ско-
ростью подачи s. Обра-
батываемая деталь 4
получает вращательное
движение. Обработка ведется при небольших удельных давлениях.
Суперфиниширование применяется также для обработки внутренних
поверхностей вращения и различных плоскостей.
Геометрическая форма детали при суперфинишировании практически
не изменяется, а размеры изменяются в очень незначительных пределах.
Полирование в основном осуществляется в декоративных целях и для
подготовки поверхности к электролитическому покрытию. При полиро-
вании мягкими кругами с наклеенным абразивом или абразивными лен-
тами уменьшаются микронеровности и появляется блеск. Полирование
способствует также улучшению протекания жидкостей и газов, соприка-
сающихся с поверхностями.
8.	ОБРАЗОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ
ПРИ ЭЛЕКТРО- И УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКЕ
Наряду с обработкой резанием в настоящее время находят применение
методы электро- и ультразвуковой обработки, которые позволяют решить
ряд сложных технологических задач.
Электрообработка
К наиболее распространенным методам электрообработки относится
электроискровая обработка (рис. 1.28, а, б). К обрабатываемой детали 1
и электроду 2, помещенным в ванне, подводится напряжение. При сбли-
жении электрода и обрабатываемой детали между ними проскакивает
искра и происходит выбрасывание металла. В процессе обработки элек-
трод перемещается вместе с кареткой 3 и искрообразование непрерывно
44
повторяется. К приводу 4 по связи 5 поступают сигналы управления
в функции искрового напряжения.
Электроискровой метод позволяет вести обработку материалов любой
твердости и получать поверхности любой сложности (рис. 1.28, в). Этот
метод может быть также использован для получения пространственно-
сложных поверхностей.
При использовании в качестве электрода тончайшей проволоки /
(рис. 1.28, г), перематываемой с одного барабана на другой, электро-
Рис. !.28. Образование поверхностей при электроискровой
обработке
искровой метод может быть применен для одновременного вырезания
матрицы и пуансона. Перемещение вдоль криволинейной направляющей
линии производится методом профилирования по копиру или с помощью
вычислительных устройств.
К числу электрических методов обработки относится и так называемый
анодно-механический метод. К обрабатываемой детали и инструменту
подводится напряжение от источника постоянного тока и в зону обработки
подается смачивающая жидкость. Инструмент и обрабатываемая деталь
перемещаются относительно друг друга со значительной скоростью, при
этом частицы оплавляющегося металла удаляются из зоны обработки.
Этот метод позволяет вести обработку материалов любой твердости.
В частности, он находит применение для доводки твердосплавного инстру-
мента с помощью вращающегося металлического диска, для разрезки
металла вращающимся диском и ряда других работ.
Ультразвуковая обработка
Процесс ультразвуковой обработки внешне напоми-
нает процесс электроискровой обработки. Обрабатывае-
мая деталь 4 (рис. 1.29) и инструмент 3 помещаются
в ванне с абразивной жидкостью. Инструмент вибри-
рует в направлении вертикальной оси с ультразвуковой
частотой. Вибрирующее движение инструмент получает
от специального магнитострикционного привода 2, рас-
положенного в подвижной каретке 1. При вибрирова-
нии инструмент сообщает движение абразивным зернам,
имеющимся в абразивной жидкости, и зерна, ударяясь
Рис. 1.29. Образо-
вание поверхностен
при ультразвуко-
вой обработке
45
об обрабатываемую поверхность, вырывают частицы металла. Процесс
обработки сходен с процессом, представленным на рис. 1.28, б.
Ультразвуковая обработка может быть использована при любой твер-
дости обрабатываемого материала.
Рассмотренные методы обработки позволяют получить высокие точ-
ность и качество обработанной поверхности.
9.	ПОЛУЧЕНИЕ ЗАДАННЫХ РАЗМЕРОВ
В ПРОЦЕССЕ ОБРАЗОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Принципы ориентации; установочные перемещения
при ориентации и координации
В качестве опорной базы широко используются центровые
углубления. Например, при обработке поверхностей вращения деталей
класса валов последние устанавливают между центрами 1 и 3 (рис I. 30, а)
шпиндельной и задней бабок, на которые они опираются центровыми
углублениями. Ось X системы координат станка в этом случае совпадает
с осью центров станка. Таким образом, установка в центрах обеспечивает
совмещение оси обрабатываемой поверхности вращения с осью X и центро-
вые углубления являются опорной базой. Так как центровые углубления
могут отличаться по своим размерам, то положение левого торца детали
не является вполне определенным, а координата х0, отсчитываемая от того
или иного начала координат, изменяется.
При установке детали 2 (рис. 1.30, б) в самоцентрирующем патроне 1
опорными поверхностями являются наружная поверхность и торец детали.
При этом обеспечивается как совмещение оси обрабатываемой поверх-
ности вращения с осью шпинделя, так и постоянство положения детали
в направлении оси X, т. е. постоянство координаты х0.
Если установка по опорным базам не обеспечивает необходимой ориен-
тации детали, то используют другие виды баз, в частности прове-
рочные базы.
При установке детали 9 (рис. 1.30, г) на столе 4 установка на опорную
базу — нижнюю поверхность детали — обеспечивает только параллель-
ность дна паза 8 нижней поверхности, но не обеспечивает параллельности
боковой стенки паза поверхности <3 прилива. Для дальнейшей ориентации
используется в качестве проверочной базы поверхность 3 прилива. После
предварительного закрепления детали, пользуясь установочным переме-
щением стола 4, доводят поверхность 3 до соприкосновения с оправкой 2,
закрепленной в шпинделе 1. Перемещают стол 5 так, чтобы оправка заняла
относительно детали положение, показанное штриховой линией, и, посту-
кивая по детали, вновь доводят поверхность 3 до соприкосновения с оправ-
кой. После этого повторяют первоначальную проверку.
При установке детали 3 (рис. I. 30, в) на столе 4 база обеспечивает
перпендикулярность оси обрабатываемой поверхности вращения к опорной
базе. Для совмещения оси поверхности вращения с осью шпинделя
используют в качестве проверочной базы предварительно обработанную
поверхность вращения. Для этого на шпинделе / закрепляется приспо-
собление с индикатором 2, который устанавливается в радиальном на-
правлении в соответствии с радиусом предварительно обработанной
поверхности вращения. Вращая шпиндель 1 и перемещая стол 4 и салазки 5
в двух взаимно перпендикулярных направлениях, добиваются минималь-
ных отклонений индикатора 2. При перемещении детали можно пользо-
ваться отсчетными устройствами 6 и 7.
46
Рис. 1.30. Ориентация и установочные перемещения при координации
47
При координации положения детали пользуются также измери-
тельными базами (рис. 1.30, г). Поверхность 3 используется
в данном случае в качестве измерительной базы. Доведя поверхность 3
до соприкосновения с оправкой, отводят салазки 5 и перемещают стол 4
на величину х, которая определяется как сумма расстояний от поверх-
ности 3 др оси паза и половины диаметра оправки 2. Отсчет величины
перемещения осуществляется с помощью лимба 7.
В ряде станков установочные перемещения производятся в полярной
системе координат. При обработке отверстий 2 и 6 (рис. 1.30, д') в дисковой
детали 1 их положение задается полярным углом ср и ради усом-вектором р.
Для совмещения оси шпинделя 3 рабочего органа 4 с осью обрабатываемой
поверхности вращения деталь 1 поворачивается на угол вместе со сто-
лом 7, а шпиндель 3 перемещается вместе с салазками 5, движущимися
по направляющим, в диаметральной плоскости XZ.
При других схемах установки в полярных координатах (рис. 1.30, е)
ось шпинделя 5 рабочего органа 4 совмещается с осью обрабатываемой
поверхности путем поворота на угол <р направляющих 2 около оси Z
стойки / и перемещения салазок 3 по направляющим 2.
Представление об установочных перемещениях, осуществляемых в про-
цессе ориентации путем поворота рабочих органов, дают рис. 1.20 и 1.22. з.
Получение заданных размеров
обработанных поверхностей и установочные перемещения
Получение заданных размеров обеспечивается как координацией взаим-
ного положения обрабатываемой детали и режущего инструмента при
предварительных установочных перемещениях, так и ограничением рабо-
чих ходов.
Например, при обработке уступа диаметром d (рис. 1.31, а) необхо-
димо установить вершину резца в направлении оси Y в положение, опре-
деляемое координатой у, и выключить подачу в направлении оси X в тот
момент, когда положение резца будет определяться координатой х. Коор-
дината х = хе + I, где х0 — расстояние от принятого начала координат
до опорной базы обрабатываемой детали, которая в данном случае яв-
ляется также базой отсчета размера I. За начало отсчета может быть
принят также базовый торец детали, тогда х0 = 0.
Установка координаты у производится либо по промерам, либо по
шаблонам. При установке по промерам уступ протачивается на неболь-
шую величину и полученный диаметр d’ измеряется с помощью соответ-
48
ствующего мерительного инструмента. Величина необходимого устано-
вочного перемещения определяется как полуразность диаметров d' и d,
и рабочий орган 2 перемещается на эту величину. Отсчет перемещения
производится с помощью отсчетного устройства 3.
При установке по шаблону между центрами ставится валик, имеющий
точно выдержанный диаметр d, и вершина резца доводится до соприкосно-
вения с валиком.
Размер I также выдерживается с помощью промеров. В конце рабочего
хода подача выключается заблаговременно и измеряется размер от опор-
ного торца, после чего рабочий орган 4 дополнительно перемещается на
требующуюся величину с помощью отсчетного устройства 5.
Для получения заданных размеров при шлифовании требуется только
ограничение рабочего хода шлифовальной бабки 2 (рис. 1.31, б) по напра-
вляющим салазкам 1. Ограничение рабочего хода производится на основе
промеров.
При фрезеровании плоскости, показанной на рис. 1.31, в, требуется
только одно установочное перемещение в направлении оси Y, обеспечи-
вающее получение задан-
ного размера у.
Радиальные установочные
перемещения
при получении
заданных размеров
Установочные переме-
щения инструментов, полу-
чающих вращательное дви-
жение. Радиальным уста-
новочным перемещением
резца, закрепленного во
вращающемся шпинделе 2
(рис. 1.32,«), определяется
радиус р обрабатываемой
поверхности вращения. Ра-
диальное установочное пе-
ремещение может быть
сообщено либо непосредст-
венно резцу, либо радиаль-
но-подвижному элементу 2,
расположенному в шпин-
деле.
Радиальное установоч-
ное перемещение может
быть сообщено радиально-
му суппорту 2 (рис. 1.32, б),
который перемещается по
направляющим вращаю-
щейся планшайбы 1.
Рис. 1.32. Радиальные уста-
новочные перемещения инст-
румента при вращательном
движении рабочих органов,
несущих инструмент
Необходимость радиального перемещения режущего инструмента воз-
никает также при шлифовании поверхностей вращения, фрезеровании
резьб деталей, остающихся неподвижными в процессе обработки.
При шлифовании внутренней поверхности (рис. 1.32, в) шпиндель
шлифовального круга 5 располагается внутри барабана 3, вращающегося.
49
7
Рис. 1.33. Установочные переме-
щения при обработке сфериче-
ских и тороидных поверхностей
в свою очередь, в отверстии корпуса 2. Ось барабана совмещается с осью
обрабатываемой поверхности вращения 1. В процессе вращения барабана 3
осуществляется круговая подача.
Поскольку для шлифования поверхностей различного диаметра и для
подачи на глубину резания необходимо радиальное перемещение шлифо-
вального круга, его шпиндель смонтирован в подшипниках вращающегося
барабана 4. Ось О2О2 шпинделя расположена эксцентрично относительно
оси 0101 барабана, благодаря чему при повороте барабана 4 меняется
расстояние между осями 00 и 0202.
Радиус шлифуемой поверхности равен
R = 2pcos-^- + г.
Рассмотренная форма вращательного дви-
жения называется «планетарной».
Планетарное движение осуществляется в ря-
де моделей шлифовальных станков для обра-
ботки цилиндров, в резьбофрезерных, шпо-
ночно-фрезерных станках. В последнем слу-
чае планетарное движение сообщается фрезе
с целью получения паза заданной ширины
при работе фрезой меньшего диаметра. Этот
метод обеспечивает получение пазов более
высокой точности, нежели фрезерование
мерной фрезой.
Установочные перемещения при обработ-
ке тороидных и сферических поверхностей.
При обработке тороидных поверхностей
(рис. 1.33) необходимо совместить ось 3 (около которой поворачивается
рабочий орган 2 в процессе воспроизведения круговой образующей линии)
с осью 00, проходящей через центр окружности, описывающей тороид-
ную поверхность, установив ось 3 на расстоянии S от оси шпинделя. При
совмещении осей каретка 5 перемещается по направляющим 4 в напра-
влении оси Y.
Второе установочное перемещение необходимо для воспроизведения
образующей с заданным радиусом г. Для этого рабочий орган 1 переме-
щается в радиальном направлении по направляющим поворотного рабо-
чего органа 2.
10.	ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССА
ОБРАЗОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ И ПОЛУЧЕНИЯ ЗАДАННЫХ РАЗМЕРОВ
Как указывалось выше, операция в большинстве случаев склады-
вается из нескольких переходов.
В случае обработки одной поверхности удаление припуска обычно
разбивается на несколько этапов: при первом переходе производится
черновая обработка, в процессе которой удаляется основная часть при-
пуска, а вслед затем следует один или несколько чистовых переходов,
обеспечивающих получение поверхности требующегося качества и задан-
ных размеров. При этом различные переходы могут выполняться различ-
ными инструментами.
Если обрабатываемая деталь имеет несколько поверхностей, обраба-
тываемых в одну установку, то для обработки каждой из поверхностей
может потребоваться свой состав переходов и применение соответствую-
щих режущих инструментов.
50
При вводе в работу каждого из режущих инструментов, используемых
в процессе выполнения технологической операции, необходимо осущест-
вить координацию взаимного расположения обрабатываемой детали
и режущего инструмента.
В процессе обработки единичной детали инструмент заменяется вруч-
ную, а при координации используются измерительные базы, снимаются
пробные стружки и производятся ручные установочные перемещения;
ограничение рабочих ходов осуществляется по промерам. Выполнение
этих приемов требует значительных затрат времени.
Если обрабатывается партия одинаковых деталей и базировка детали
обеспечивает полную ориентацию и координацию, то в процессе обра-
ботки первой детали выявляется положение рабочих органов относи-
тельно координат станка, при котором обеспечивается необходимая
координация режущего инструмента относительно обрабатываемой детали.
Так, например, если установлено, что при образовании поверхности
с диаметром d' (рис. 1.31, а) рабочий орган 2 занимает положение, опре-
деляемое координатой у', то, сохраняя постоянным вылет резца относи-
тельно рабочего органа и устанавливая при обработке каждой очередной
детали рабочий орган в положение, определяемое координатой уг, можно
получать диаметр d' без снятия пробных стружек и промеров. Аналогично,
если установлено, что при получении размера I положение рабочего
органа 4 определяется координатой х', то, сохраняя постоянным поло-
жение резца относительно рабочего органа и выключая подачу в тот
момент, когда положение рабочего органа 4 будет определяться коорди-
натой х', можно получить размер I без промеров.
Таким образом, при обработке партии одинаковых деталей возникает
возможность резко сократить затраты времени на осуществление коорди-
нации путем усовершенствования методов ограничения установочных
перемещений и рабочих ходов, что может привести к существенному
повышению производительности станка.
При решении этой задачи могут быть использованы две характерные
формы построения технологического процесса: первая форма базируется
на дифференциации, вторая — на концентрации операций и переходов.
При дифференциации операций при одной установке выполняется
только один переход. Эго позволяет по окончании перехода сохранить
неизменным положение инструмента, достигнутое при установочных
перемещениях в процессе обработки первой детали, и вести обработку
всех последующих. деталей при этом же положении инструмента вплоть
до его затупления. После того как очередной переход будет выполнен
у всех деталей партии, производится в случае необходимости замена
инструмента и настройка для выполнения следующего перехода, который
осуществляется при новой установке каждой детали. Таким образом,
число установок равно в этом случае числу переходов.
Дифференциация операций приводит, с одной стороны, к сокращению
затрат времени на приемы, связанные с установочными перемещениями,
но, с другой — вызывает увеличение затрат времени вследствие много-
кратного повторения приемов установки и закрепления обрабатываемой
детали. Эффективность применения данного процесса, как и всякого дру-
гого, должна быть выявлена в каждом конкретном случае на основе
соответствующих расчетов.
Следует попутно заметить, что при возврате режущего инструмента
в исходное положение при неизменной настройке он может оставлять
риски на обработанной поверхности, что не всегда допустимо.
При концентрации переходов то или иное число переходов выпол-
няется при одной установке. Инструменты, необходимые для выполнения
51
различных переходов, заранее закрепляют в инструментальных державках
рабочих органов станка и по мере надобности используют для выполнения
различных переходов. Подобные наладки называются многоинструмент-
ными.
Особенности получения размеров
при параллельной многоинструментной обработке
В процессе параллельной многоинструментной обработки при одной
установке одновременно обрабатывается несколько поверхностей и для
обработки каждой поверхности используется свой инструмент (рис. 1.34).
При обработке диска 3 (рис. 1.34, а) резец /, закрепленный на по-
движном рабочем органе, перемещающемся в направлении оси X, обта-
чивает наружную поверхность, а резей 2
Рис. 1.34. Координация взаимного расположения
режущего инструмента и обрабатываемой детали
при многоинструментных наладках
закрепленный на подвижном
рабочем органе, перемещаю-
щемся в направлении оси Y,
обрабатывает передний торен.
Резцы 1 и 2 (рис. 1.34, б),
закрепленные на подвижном
рабочем органе, перемещаю-
щемся в направлении оси X,
обрабатывают два уступа сту-
пенчатого валика. Фрезы 2 и
3 (рис. 1.34, в), закрепленные
на шпинделях рабочих орга-
нов 1 и 4, имеющих устано-
вочные перемещения в напра-
влении оси X, обрабатывают
одновременно два прилива
детали. Эта же операция мо-
жет быть выполнена фрезами
1 и 2 (рис. 1.34, в), закре-
пленными на одном шпинделе.
Во всех случаях исполь-
зуется принцип получения
размеров при неизменном положении инструмента в процессе обработки
всех деталей партии, применяемый при дифференцированном процессе.
В отличие от дифференцированного процесса обработки одним инструмен-
том многоинструментная параллельная обработка позволяет выполнить
в одну установку ряд переходов, исключая переходы, которые должны
протекать последовательно один после другого, например черновой и
чистовой переходы.
Поверхности, параллельно обрабатываемые инструментами, закреплен-
ными на одном рабочем органе, как правило, должны иметь параллельные
образующие, или направляющие линии. К их числу относятся соосные
цилиндрические поверхности, поверхности отверстий с параллельными
осями, параллельные и перпендикулярные плоскости, многогранные
поверхности.
Настройка инструментов при параллельной многоинструментной обра-
ботке имеет свою специфику.
При многоинструментных наладках (рис. 1.34) должно быть скоорди-
нировано положение каждого инструмента относительно обрабатываемой
детали. При этом координацию можно осуществить только путем переме-
щения режущего инструмента. Если каждый инструмент устанавливается
на рабочем органе, имеющем необходимые установочные перемещения,
52
то координация осуществляется рассмотренными выше методами и не
представляет трудностей. В иных случаях координация становится более
или менее трудоемкой. При установке резцов / и 2 (рис. 1.34, а), из кото-
рых первый обрабатывает наружную, а второй — торцовую поверхность
диска 3, на независимых суппортах координация осуществляется за счет
установочных перемещений этих суппортов. При установке резцов 1 и 2
(рие. 1.34, б), обрабатывающих две цилиндрические поверхности разного
диаметра, на одном суппорте необходимо выдержать размер I между
режущими кромками этих резцов и размер у2—между вершинами этих
резцов, а затем один из резцов координировать относительно обрабаты-
ваемой детали. Взаимная координация резцов достигается перемещением
резцов в резцедержателе. При установке резцов могут быть использованы
шаблоны.
Если фрезы 2 и 3 (рис. 1.34, в) установлены на шпинделях независи-
мых шпиндельных бабок 1 и 4, то координация их в соответствии с раз-
мерами I и /j осуществляется за счет установочных перемещений этих
бабок. При установке фрез / и 2 (рис. 1.34, г) на общей оправке их коор-
динация осуществляется путем установки соответствующего набора рас-
порных колец между фрезами. После очередной переточки фрез набор
распорных колец должен меняться.
Правильно построенная параллельная многоинструментная обработка
приводит вследствие совмещения переходов к сокращению времени обра-
ботки, однако при некоторых видах многоинструментных наладок затраты
времени на координацию режущего инструмента могут возрасти настолько,
что подобная наладка окажется неэффективной. Поэтому при проектиро-
вании станков с многоинструментными наладками необходимо уделять
большое внимание установочным перемещениям с целью упрощения
процессов координации режущего инструмента.
Особенности получения размеров при последовательной обработке
постоянно координированными инструментами револьверной головки
Для последовательного выполнения ряда переходов в условиях кон-
центрации операций значительное применение находят револьверные
головки, представляющие собой многопозиционные резцедержатели. По-
добная шестипозиционная револьверная головка 6 изображена на рис. 1.35.
Головка может перемещаться в направлении оси X. В шести гнездах
головки может быть закреплено шесть различных державок для режущего
инструмента. В каждой державке закрепляется один или несколько
инструментов для выполнения соответствующего перехода. На рис. 1.35
представлено шесть одинаковых державок, в которых закреплены резцы
для обработки поверхностей /, 2 и 3 ступенчатого валика. Резец 12 служит
для черновой обработки валика по всей длине с оставлением припуска
для окончательной обработки поверхности 1. Резцы 4 и 5 производят
предварительную обработку поверхностей 2 и 3. Резцы 7, 8 и 9 производят
окончательную обработку поверхностей 1, 2 и 3.
Каждый из чистовых резцов работает независимо от других, так как
при совместной работе резец, начавший работу ранее других, изменяет
свое положение относительно детали в момент вступления в работу после-
дующего резца, что при высоких требованиях к точности не всегда может
быть допущено.
Резцы 10 и 11 снимают фаски.
Все резцы должны быть координированы относительно детали в ра-
диальном направлении. Резцы 4 и 5, а также 10 и 11 требуют, кроме
того, и координации в продольном направлении. Координация обычно
53
осуществляется непосредственным перемещением самих резцов по пробным
стружкам и требует значительных затрат времени.
Поворотом револьверной головки резцы поочередно вводят в работу
и при одной установке детали выполняют все переходы. Для проточки
канавок необходимо иметь еще один
Рис. 1.35. Координация взаимного располо-
жения режущего инструмента и обрабатывае-
мой детали при револьверной обработке
подвижной орган, перемещающийся
в радиальном направлении и не-
сущий прорезные резцы.
Револьверные головки с вра-
щающимися шпинделями могут
быть успешно использованы при
обработке отверстий различных
корпусных деталей. Шестипози-
ционная головка 18 (рис. 1.35)
имеет шесть вращающихся шпин-
делей 16. Головка может переме-
щаться в направлении оси Z. В
каждом из шпинделей может быть
установлен тот или иной инстру-
мент, необходимый для выполне-
ния соответствующего перехода.
На рис. 1.35 представлена настрой-
ка головки для обработки поверх-
ностей 13, 14 и 24 отверстия кор-
пусной детали 22. Сверло 21 служит
для предварительной обработки
поверхности 14, а сверло 19—для
окончательной обработки поверх-
ности 24. Зенкерами 20 и 17 про-
изводится получистовая обработка
поверхностей 14 и 13. Окончатель-
ная обработка этих поверхностей
производится развертками 15 и 23.
Поскольку обработка произво-
дится мерным инструментом, то
настройка оказывается менее тру-
доемкой, чем в предыдущем случае.
Револьверные головки с враща-
ющимися шпинделями находят
в настоящее время значительное
распространение на станках с программным управлением.
В процессе выполнения технологической операции подвижной рабочий
орган, несущий револьверную головку, совершает многократные переме-
щения в направлении оси X или Z. Для получения заданных размеров
в направлении оси X или Z ход при каждом очередном перемещении
должен быть ограничен в соответствии с условиями получения этих раз-
меров.
Особенности получения размеров
при последовательной обработке инструментами револьверной головки
с многократно изменяющейся координацией
Револьверная головка 5 (рис. 1.36), поворачивающаяся вокруг оси 00
и несущая ряд режущих инструментов 4, 8, 9, может перемещаться
в направлении оси X совместно с продольными салазками 7, а в напра-
влении оси Y — вместе с поперечными салазками 6. Такая система пере-
54
Рис. 1.36. Коорди-
нация взаимного
расположения ре
жущего инструмен-
та и обрабатывае-
мой детали при мно-
гокоординатном пе-
ремещении револь-
верной головки
мещении позволяет использовать один и тот же инструмент для выпол-
нения одинаковых переходов при обработке однотипных поверхностей.
Резец 4 предназначается для предварительной обработки поверхно-
стей 1, 2 и 3. Перемещая салазки 6, устанавливают вершину резца 4
в положение, необходимое для снятия припуска с поверхности 1, и вклю-
чают движение салазок 7. Закончив снятие припуска с поверхности /, воз-
вращают салазки 7 в исходное положение и, перемещая салазки 6,
устанавливают вершину резца в положение, соответствующее снятию
припуска с поверхности 3, и выполняют данный переход. Аналогично
производится снятие припуска с поверхности 2.
Поворачивая револьверную головку, ставят в рабочее положение
резец 9 для чистовой обработки, который перемещением салазок 6 после-
довательно настраивается
для обработки поверхно-
стей 1, 2 и 3.
Устанавливая поворо-
том револьверной головки
в рабочее положение резец
8, совмещают его переме-
щением салазок 7 с торцом
поверхности 2 и, сообщая
движение салазкам 6, про-
резают первую канавку.
Аналогично прорезаются и
остальные канавки.
По окончании прорезки
канавок поворотом револь-
верной головки вводится
в работу резец для обработки фасок и путем соответствующих
перемещений салазок 7 и 6 осуществляется снятие фасок.
В отличие от ранее рассмотренных вариантов, в данном случае воз-
никает необходимость многократного ограничения установочных переме-
щений как салазок 6, так и салазок 7. Вместе с тем резко упрощается
настройка резцов, так как правильная координация достигается не пере-
мещением самих резцов, а с помощью устройств, ограничивающих уста-
новочные перемещения.
Перемещая относительно револьверной головки с вращающимися
шпинделями (рис. 1.35) обрабатываемую деталь в двух взаимно пер-
пендикулярных направлениях X и У, можно с одной установки
обрабатывать несколько отверстий детали, а при наличии рабочих
ходов в указанных направлениях производить также и фрезерные
операции.
Многократная координация так же, как в предыдущем случае, произ-
водится с помощью ограничения установочных перемещений.
Использование этого метода получения размеров при обработке отвер-
стий дает возможность отказаться от применения кондукторов. При выпол-
нении фрезерных операций данный метод позволяет осуществить за одну
установку ряд переходов. Например, многогранная поверхность 25
(рис. 1.35) может быть обработана одной торцовой фрезой, занимающей
последовательно три показанных на чертеже положения. При необхо-
димости обработка может быть произведена двумя фрезами — черновой
и чистовой, в два прохода.
Возможность выполнять сравнительно сложные технологические опе-
рации простым инструментом, малые затраты времени на настройку инстру-
мента являются важными преимуществами данного метода.
55
Точность получения размеров и время настройки, а соответственно
и эффективность применения рассматриваемых методов получения раз-
меров определяются совершенством способов ограничения ходов.
Получение размеров
при параллельно-последовательной многопозиционной обработке
Принцип параллельно-последовательной многопозиционной обработки
рассмотрим на конкретных примерах.
Деталь 3 (рис. 1.37) подвергается токарной обработке. Одновременно
обрабатывается три детали 3, закрепленные в шпинделях 2, 7 и 9. Все три
детали находятся в разных
стадиях обработки. Напри-
мер, деталь, закрепленная
в шпинделе 2, подвергает-
ся чистовой обточке резцом
4, деталь, закрепленная
в шпинделе 7, обтачивает-
ся предварительно резцом
6, а деталь, закрепленная
в шпинделе 9, сверлится
сверлом 8. Державки рез-
цов и сверла закреплены
на ползуне 5, получающем
перемещение в направле-
нии оси X.
Во время обработки
деталей, закрепленных в
шпинделях 2, 7 и 9, обра-
ботанная деталь, закре-
пленная в шпинделе 10,
освобождается и заменяет-
ся заготовкой.
Все шпиндели смонти-
рованы в поворотном ба-
рабане 1. По окончании
обработки всех деталей
барабан 1 поворачивается
на 90° и шпиндель 10,
находившийся в позиции/,
вместе с заготовкой пере-
ходит в позицию //, где
заготовка подвергается
сверлению. Шпиндель 9
переходит в позицию ///,
где просверленная в пози-
ции II заготовка обтачи-
Рис. 1.37. Координация взаимного расположения ре-
жущего инструмента и обрабатываемой детали при
многопозиционной обработке
вается предварительно. Шпиндель 7 переходит в позицию IV, где про-
сверленная и обточенная ранее деталь подвергается окончательной
обработке. Шпиндель 2 с окончательно обработанной деталью переходит
в позицию /.
Таким образом, при параллельно-последовательном методе происходит
совмещение последовательных переходов при параллельной обработке
нескольких деталей. Совмещение переходов обеспечивает значительное
сокращение времени обработки. В каждой позиции может быть осущест-
56
влена многоинструментная обработка несколькими инструментами пол-
зуна 5, а также обработка инструментами рабочих органов, получающих
перемещение в радиальном направлении.
Координация инструмента обычно производится непосредственно пере-
мещением самих инструментов и при большом числе инструментов является
весьма трудоемкой.
Для получения заданных размеров необходимо также ограничение
ходов ползуна 5 и радиально перемещающихся рабочих органов.
Рассмотренные методы образования поверхностей деталей, представ-
ляющих собой тела вращения, могут быть положены в основу универ-
сальных переналаживаемых станков.
Параллельно-последовательная многопозиционная обработка корпус-
ных деталей 14 (рис. 1.37), закрепленных на четырехпозиционном столе 21,
осуществляется инструментами, установленными в шпинделях специаль-
ных шпиндельных головок. В позиции 1 производится снятие готовой
детали и установка заготовки. В позиции //сверлами 12 и 13 подвижной
головки 11 осуществляется сверление, в позиции /// зенкерами 15 и 17
подвижной головки 16 — зенкерование и в позиции IV развертками 18
и 20 подвижной головки 19 — окончательное развертывание.
Станки, основанные на подобном методе образования поверхностей,
являются специальными. На станках этого типа может быть использо-
вано большое число шпиндельных головок, в том числе и фрезерные,
десятки и сотни режущих инструментов.
Для получения заданных размеров необходимо ограничение ходов
шпиндельных головок.
Таким образом, все формы построения технологического процесса
и методы получения заданных размеров, применяемые в условиях обра-
ботки партии одинаковых деталей, за исключением метода с многократно
изменяющейся координацией, базируются на сохранении постоянного
положения режущего инструмента. Благодаря этому полностью исклю-
чается необходимость выполнять и соответственно ограничивать устано-
вочные перемещения в процессе автоматизации обработки. Вместе с тем
и рабочий ход при большинстве методов ограничивается только при одном
положении рабочего органа. Исключение составляет метод последова-
тельной обработки постоянно координированными инструментами револь-
верной головки, при котором требуется ограничение рабочего хода
в нескольких положениях, т. е. многократное ограничение рабочего
хода.
Полное устранение установочных перемещений, осуществляемых в про-
цессе обработки, позволяет ограничиться одним подвижным элементом
у каждого рабочего органа, что приводит к упрощению конструкции
рабочих органов, хотя и требует увеличения их числа. В целом это упро-
щает конструкцию и кинематику станка. При однократном ограни-
чении рабочих ходов упрощается также система автоматического упра-
вления.
Указанные обстоятельства способствуют широкому использованию
рассмотренных форм построения технологического процесса как базы для
проектирования станков, предназначенных для обработки деталей в усло-
виях серийного производства.
Вместе с тем настройка инструмента, работающего при постоянной
координации, как правило, осуществляется непосредственным перемеще-
нием самого инструмента, что обусловлено трудностями введения каких-
либо других более совершенных систем координации.
В последние годы стали внедрять методы координации режущего
инструмента вне станка. При этом державки помещают на установочном
57
стенде. Стенд имеет поверхности для базирования державки, аналогичные
базирующим поверхностям станка, и индикаторное или оптическое
устройство, с которым в процессе настройки должна быть совмещена вер-
шина режущего инструмента. При использовании подобных приспособ-
лений возрастает время полезной работы станка. Однако затраты, связан-
ные с настройкой инструмента вне станка, должны быть учтены при опре-
делении себестоимости технологической операции. Поэтому экономиче-
ский эффект от настройки вне станка может оказаться менее существенным
по сравнению с ожидаемым.
Вследствие значительных затрат на настройку указанные методы
находят преимущественное применение для обработки более или менее зна-
чительных партий деталей, при которых затраты на настройку уже не ска-
зываются существенно на себестоимости технологической операции.
Метод получения размеров с многократной координацией инструмен-
тов револьверной головки требует применения рабочих органов с двумя
подвижными элементами, что приводит к некоторому усложнению кон-
струкции и кинематики станка, несмотря на возможность уменьшить при
этом число необходимых рабочих органов.
Как отмечалось выше, использование данного метода позволяет суще-
ственно снизить затраты времени на настройку инструментов, что создает
предпосылки применения этого метода для обработки сравнительно неболь-
ших партий деталей при условии использования методов многократной
координации, не требующих значительных затрат на подготовку произ-
водства и настройку станка.
Принципы автоматизации ограничения установочных перемещений
и рабочих ходов
Элементы автоматизма при ограничении установочных перемещений
и рабочих ходов находят применение и при ручном управлении станком
в условиях обработки партии деталей. В первую очередь для этой цели
используются отсчетные устройства. Рабочий запоминает те деления
отсчетных устройств, которые должны быть совмещены с указателем
отсчета при выполнении каждого из переходов. Это требует напряженного
внимания рабочего, необходимого как для удержания в памяти много-
численных показаний отсчетных устройств, так и для совмещения соот-
ветствующих делений с указателем. Задача несколько упрощается при
использовании в отсчетных устройствах дополнительных переставных
указателей (см. стр. 456). Однако этот метод нельзя признать совер-
шенным.
Эффективно применение ограничителей ходов в виде жестких упоров
(рис. 1.31, а). Установочное перемещение каретки 2 ограничивается жест-
ким упором 6, а рабочего хода салазок 4 — упором /. В последнем случае
подача должна быть выключена заранее и рабочий орган доводится до упора
вручную.
Дальнейшее усовершенствование методов ограничения рабочих ходов
заключается в автоматизации процесса выключения подачи при заданном
положении рабочего органа. Методы, которые могут быть использованы
при автоматизации выключения подачи, зависят от вида привода, осущест-
вляющего движение подачи.
Рабочие органы могут получать движение подачи от кулачковых
механизмов, кривошипных и кривошипно-кулисных механизмов, от меха-
нических, гидравлических и пневматических приводов.
Приводы с кулачковыми, кривошипными и кривошипно-кулисными
механизмами будем называть циклически работающими
58
приводами. При использовании этих приводов необходимость отклю-
чения привода для остановки рабочего органа в заданном положении
отпадает, так как в силу кинематических особенностей этих приводов
рабочий орган, достигнув крайнего положения, начинает двигаться в об-
ратном направлении, при этом кулачковые механизмы обеспечивают также
в случае необходимости и остановку.
Остальные виды приводов должны иметь схему и конструкцию, обеспе-
чивающие автоматическое выключение подачи при заданном положении
рабочего органа. Такие приводы могут быть названы управляемыми.
Для автоматического выключения подачи прежде всего должна быть
получена информация о том, что рабочий орган достиг заданного поло-
жения. Для этой цели могут быть использованы ограничители ходов
в виде упоров, которые в соответствии с принципом их действия подраз-
деляются на ж е с т к и е, выключающие и сигнальные.
Жесткий ограничитель препятствует дальнейшему движению рабочего
органа. При механическом приводе возрастают крутящие моменты, при-
ложенные к звеньям привода, и срабатывает специальное звено, реаги-
рующее на повышение крутящего момента, в результате чего привод
выключается.
При гидравлическом или пневматическом приводе рабочий орган
остается прижатым к жесткому упору под давлением масла или сжа-
того воздуха, приводящих в действие привод. Информация о дости-
жении рабочим органом заданного положения вырабатывается вследствие
возникающего при остановке повышения давления в системе.
Если ограничитель является переключающим, он к моменту остановки
приходит в контакт с последним звеном механизма, осуществляющего
необходимые переключения либо в механическом приводе, либо в аппа-
ратуре управления гидравлического или пневматического привода. Огра-
ничитель, продолжая перемещаться, приводит в движение весь механизм
переключения и выключает привод.
Сигнальный ограничитель воздействует на электрическую аппаратуру,
которая вырабатывает электрический сигнал, преобразуемый в конечном
итоге в команды, вызывающие необходимые переключения.
Для многократного ограничения установочных перемещений и
рабочих ходов применяются многорядные или многопозиционные огра-
ничители.
Рабочий орган (рис. 1.38) имеет продольные подвижные салазки 6
и поперечную каретку 5, получающие движение от привода 7. Как про-
дольное, так и поперечное движение могут включаться поочередно
с помощью механизмов привода 7. Продольные и поперечные перемещения
ограничиваются с помощью многорядных ограничителей 4 и 8, которые
выполняются в виде жестких, сигнальных и переключающих упоров.
В последнем случае упоры воздействуют на датчики электрических сигна-
лов 3 и 9. Сигналы направляются по каналам 1 и 2 к аппаратуре, которая
подает команды переключения приводу 7.
Заметим, что системы автоматического управления при многократном
ограничении ходов, базирующиеся на применении ограничителей ходов,
будем называть системами программно-путевого упра-
вления.
Число перемещений, которое может быть осуществлено за одну уста-
новку детали, лимитируется возможностями размещения ограничителей
и обычно сравнительно невелико, что сужает технологические возмож-
ности станка.
Точность ограничения перемещений определяется точностью настройки
ограничителей. При этом затраты времени на настройку возрастают
59
с повышением точности. При обработке повторяющейся партии деталей
настройка каждый раз должна производиться заново, таким образом
затраты на настройку раскладываются только на детали единовременно
запускаемой партии, что повышает себестоимость операции.
Многократное ограничение ходов с упорами широко применяется на
револьверных станках с ручным управлением, на револьверных полу-
автоматах и автоматах, предназначенных для использования в условиях
мелкосерийного производства, на токарных копировальных полуавтома-
тах, на некоторых моделях карусельных, фрезерных и расточных автома-
тизированных станков.
Рис. 1.38. Принципы автоматического ограничения установочных перемещений и рабочих
ходов при многокоординатном перемещении рабочего органа
В токарных копировальных полуавтоматах ограничение установочных
перемещений и рабочих ходов осуществляется с помощью копира 15
(рис. 1.38). С поперечной кареткой 5 жестко связан копировальный при-
бор 12, щуп которого скользит по копиру 15. Копировальный прибор
управляет приводами 14 и 10, сообщающими движение поперечной ка-
ретке 5 и продольным салазкам 6. В процессе обработки щуп прибора 12,
двигающегося в продольном направлении вместе с салазками 6, доходит
до уступа копира. Под воздействием уступа прибор 12 вырабатывает сиг-
налы, один из которых по каналу 11 поступает к приводу 10 и вызывает
выключение продольной подачи, а второй по каналу 13 поступает к при-
воду 14 и вызывает включение поперечной подачи. Поперечная подача
продолжается до тех пор, пока щуп не выйдет на горизонтальную полку
копира, тогда поперечная подача выключается, а продольная включается.
По копиру могут быть также обработаны фаски и неглубокие канавки,
60
для чего используется тот же резец, которым производится обточка.
Это позволяет обойтись значительно меньшим числом инструментов для
обработки детали, а во многих случаях выполнить всю обработку одним
резцом.
Используя совместно с копиром многократные ограничители ходов,
последние применяют для предварительных проходов, а окончательную
обработку производят по копиру. При этом достигают точности по диа-
метру в пределах 0,02—0,03 мм.
Данный метод ограничения установочных перемещений и рабочих
ходов эффективен уже при обработке сравнительно небольших партий
деталей. Эффективность его применения зависит от затрат на изготовление
копира. Затраты раскладываются на все количество деталей, подлежащих
обработке по данному копиру.
Для ограничения установочных перемещений и рабочих ходов может
быть использована упоминавшаяся ранее система цифрового программ-
ного управления. Сигналы программы 16 (рис. 1.38) поступают на привод 7,
который в соответствии с программой поочередно перемещает в заданное
положение салазки 6 и каретку 5. Точность перемещения в зависимости
от конструкции рабочих органов и конкретного варианта системы управ-
ления может достигать долей микрометра. Затраты на подготовку про-
граммы раскладываются на все число деталей, которые предполагается
обработать на основе данной программы. Время смены программы при
переходе от одной партии деталей к другой составляет несколько
минут.
Сочетание данного метода ограничения установочных перемещений
и рабочих ходов с методом обработки с помощью многократно координи-
руемого инструмента, закрепленного в револьверной головке, позволяет
создать автоматизированные станки с цифровым программным управле-
нием, экономически эффективные в условиях обработки даже небольших
партий деталей.
Если при одной установке детали необходимо использовать большое
число инструментов, то вместо револьверных головок применяются устрой-
ства для автоматической смены инструмента, что позволяет использовать
десятки различных инструментов и производить при одной установке
самые разнообразные операции: сверление, зенкерование, развертывание,
расточку, нарезание резьбы, фрезерование и др.
Выполнение операций с одной установки повышает точность обработки
и позволяет избежать применения большого числа приспособлений.
Подобные широко универсальные многооперационные станки приоб-
рели за рубежом название «machining centre» («обрабатывающий центр»),
до известной степени подчеркивающее сродство этой высшей формы авто-
матизации с вычислительным центром.
В ряде случаев на шлифовальных станках ограничение рабочих ходов
осуществляется при достижении обрабатываемой деталью 17 (рис. 1.38)
заданного размера.
Размер детали изменяется постепенно по мере подачи каретки 5 (несу-
щей шлифовальный круг 18), происходящей после каждого двойного хода
салазок 6. Размер детали 17 непрерывно контролируется измеритель-
ным прибором 19.
Когда будет достигнут заданный размер, прибор 19 выработает сиг-
нал, поступающий по каналу 20 к приводу 14, и движение подачи пре-
кратится.
При таком методе ограничения ходов исключается влияние на точ-
ность всех факторов, искажающих заданное взаимное расположение ин-
струмента и обрабатываемой детали.
61
ГЛАВА II ОСНОВНЫЕ РАБОЧИЕ ОРГАНЫ СТАНКОВ,
АВТОМАТОВ И АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ,
ИХ ДВИЖЕНИЯ И компоновки
Металлорежущий станок состоит из ряда жестко свя-
занных между собой корпусных деталей, образующих
остов станка, и подвижных рабочих органов,
перемещающихся по направляющим корпусных деталей остова станка.
К типичным корпусным деталям относятся: основания, плиты, тумбы,
станины, стойки, коробчатые детали.
Основание непосредственно опирается на фундамент и, в свою
очередь, служит опорой для остальных частей станка. Основание не имеет
направляющих для перемещения подвижных рабочих органов.
Плиты имеют то же назначение, что и основания, и отличаются
от них небольшой высотой.
В ряде случаев вместо сплошного основания используют отдельные
тумбы.
Станины снабжают направляющими для перемещения подвижных
рабочих органов в горизонтальной плоскости. Обычно они развиты в про-
дольном направлении. Направляющие станин в большинстве случаев
располагаются в горизонтальной плоскости, как это имеет место у станин
токарных, расточных, продольнофрезерных станков. Наряду с этим встре-
чаются станины с вертикальным или наклонным расположением направ-
ляющих, предназначенных для перемещения подвижных рабочих органов
в горизонтальной плоскости (см. рис. 1.41, б, г).
Станины станков могут иметь также круговые направляющие, напри-
мер станины карусельных станков.
Станины опираются либо непосредственно на фундамент, либо на тумбы
или основания.
Стойки обычно служат для перемещения рабочих органов в вер-
тикальном направлении и снабжают направляющими, расположенными
в вертикальной плоскости. Стойки, как правило, имеют большую высоту
по сравнению с поперечным сечением. Характерные формы имеют стойки
продольнострогальных и продольнофрезерных, карусельных и расточных
станков.
По общности конфигурации и характеру нагружения к числу стоек
следует отне’сти так называемые станины консольнсфрезерных станков.
К коробчатым деталям остова относят корпуса неподвиж-
ных шпиндельных бабок, коробок подач и т. п. детали.
К деталям остова станка могут быть также отнесены и некоторые
подвижные корпусные детали, которые перемещаются обычно только при
установочном перемещении, а в процессе выполнения требующихся тех-
нологических операций жестко связаны с неподвижными деталями остова:
подвижные стойки, подвижные порталы, траверы.
К подвижным рабочим органам относятся: столы, суппорты, ползуны,
подвижные рабочие органы, несущие шпиндельные узлы — шпиндельные
бабки, шпиндельные суппорты, шпиндельные гильзы и скалки, план-
шайбы, поворотные столы, револьверные головки, многопозиционные
столы и барабаны.
Выбор формы и взаимного расположения корпусных деталей, обра-
зующих остов станка, и характера и числа подвижных рабочих органов
является той задачей, которую приходится решать в процессе разработки
общей компоновки станка.
Выбор общей компоновки определяется формой и размерами обраба-
тываемой детали, формой и размерами обрабатываемых поверхностей,
62
технологическими требованиями. Все эти факторы, с одной стороны,
определяют выбор метода образования обрабатываемой поверхности,
который, в свою очередь, в известной мере предопределяет выбор общей
компоновки; с другой стороны, непосредственно сказываются на выборе
компоновки, так как компоновкой определяется удобство загрузки и сня-
тия обрабатываемой детали, удобство обслуживания станка, жесткость
станка, которая непосредственно связана с точностью, и др.
При выборе общей компоновки необходимо также учитывать ее влияние
на площадь, занимаемую станком, и на металлоемкость станка. Металло-
емкость станка в значительной мере определяется металлоемкостью
корпусных деталей, вес которых составляет около 85% веса станка, размеры
же этих деталей во многом зависят от выбранной общей компоновки.
Существенное влияние на выбор общей компоновки оказывает степень
универсальности станка, которая определяется формой, номенклатурой
и серийностью деталей, подлежащих обработке на станке.
Деталь может иметь ряд поверхностей различного вида, подвергаю-
щихся механической обработке. Различные виды поверхностей, как
правило, обрабатывают на станках различного типа. На станке опреде-
ленного типа осуществляется обработка ограниченного числа видов
поверхностей или даже поверхностей одного вида, ограниченного числа
классов деталей. Размеры деталей, которые могут быть обработаны на
станке определенного типоразмера, также ограничены.
Чем больше число видов поверхностей, которые могут быть обработаны
на станке, тем больше число видов профилирующих движений и движений
подачи, а также установочных перемещений рабочих органов станка,
тем шире пределы изменений скоростей главного рабочего движения
и движений подачи, тем сложнее его конструкция. Таким образом, расши-
рение универсальности станка приводит к усложнению его конструкции
и повышению стоимости, что, в свою очередь, вызывает повышение себе-
стоимости операции, выполняемой на станке. С другой стороны, ограни-
чение универсальности станка может привести к его недогрузке. Поэтому
правильный выбор степени универсальности станка применительно к кон-
кретным производственным условиям, для работы в которых он предназна-
чается, имеет весьма существенное значение.
По степени универсальности станки могут быть разбиты на ряд групп:
1) универсальные станки широкого назначения; 2) универсальные станки
суженного назначения; 3) специализированные станки; 4) специальные
станки.
Универсальные станки широкого назначения
предназначаются для обработки ряда видов поверхностей нескольких
классов деталей, размеры которых могут изменяться в более или менее
значительных пределах.
К универсальным станкам широкого назначения относятся; универ-
сальные токарно-винторезные станки, на которых можно обрабатывать
наружные и внутренние поверхности вращения, торцовые поверхности,
винтовые поверхности деталей в форме тел вращения; горизонтальные
и вертикальные консольнофрезерные станки, пригодные для выполнения
любых фрезерных операций; горизонтальнорасточные станки, предназна-
ченные для обработки внутренних поверхностей вращения, корпусных
деталей любыми инструментами и фрезерования плоскостей; вертикальные
и радиальносверлильные станки и др.
На универсальных станках широкого назначения выполняют как
черновые, так и чистовые операции.
Станки этой группы имеют более или менее значительное число
рабочих органов, которые перемещаются в направлении нескольких
63
координатных осей, чем обеспечивается выполнение различных профили-
рующих движений, движений подачи и установочных перемещений. Ско-
рости главного рабочего движения и движений подачи изменяются в ши-
роких пределах, необходимых для выполнения различных операций.
' Станки широкого назначения применяют в основном в условиях
мелкосерийного и индивидуального производства. Исключение состав-
ляют револьверные станки и токарные автоматы и полуавтоматы, которые,
являясь универсальными станками широкого назначения, используются
в условиях серийного и массового производства.
Универсальные станки суженного назначения
в отличие от станков широкого назначения предназначаются для обра-
ботки меньшего числа видов поверхностей в условиях серийного произ-
водства. Соответственно они имеют меньший диапазон регулирования
скоростей и подач, меньшее число установочных перемещений и движений
подачи и более простую конструкцию. Благодаря более простой конст-
рукции, меньшему числу подвижных органов они могут быть выполнены
более жесткими и пригодны для работы при повышенных режимах.
В эту группу станков входят: токарные станки без ходовых винтов,
с упрощенной коробкой подач, без верхних суппортов; консольнофрезер-
ные станки без поперечных салазок и т. п.
Станки этого типа называются также продукционными станками.
Специализированные станки предназначаются для вы-
полнения определенных операций по обработке деталей однозначно задан-
ной конфигурации, размеры которых изменяются в определенном интер-
вале. К ним относятся станки для шлифования желобов колец шарико-
подшипников, станки для фрезерования канавок сверл и др.
Специальные станки предназначаются для выполнения
определенных операций при обработке деталей однозначно заданной
конфигурации и размеров. К ним относятся различные многошпиндель-
ные сверлильные, расточные, фрезерные станки с постоянным расположе-
нием шпинделей, станки для обработки шеек коленчатььх валов автомо-
бильных двигателей и т. п.
В соответствии с назначением станка его рабочие органы должны
совершать главное рабочее движение, профилирующие движения, движе-
ния подачи и установочные перемещения.
Установив круг операций, для выполнения которых предназначается
станок, необходимо выбрать с учетом требований к точности и произво-
дительности методы обработки и профилирования, которыми, как указы-
валось выше, определяется характер движений рабочих органов станков,
их компоновка, а также в значительной мере и общая компоновка станка.
При одних методах обработки и профилирования можно использовать
одни и те же движения подвижных элементов рабочих органов станка
для одновременного или попеременного выполнения различных функций,
благодаря чему уменьшается число подвижных элементов и упрощается
конструкция станка, при других — приходится вводить дополнительные
подвижные элементы или специальные рабочие органы, что вызывает
усложнение конструкции. Например, в случае геометрического профили-
рования образующей в форме дуги окружности при обработке тороидных
поверхностей на продольном суппорте устанавливается большое число
подвижных элементов (рис 1.32), необходимых для выполнения профили-
рующего движения и установочных перемещений. При профилировании
по копиру рабочий орган может состоять всего из двух подвижных элемен-
тов, перемещающихся в продольном и поперечном направлениях, однако
возникает необходимость в дополнительных элементах для установки
копира.
64
Относительное перемещение обрабатываемой детали и режущего
инструмента в направлении нескольких координат можно осуществить,
используя либо один рабочий орган с несколькими подвижными элемен-
тами, перемещающимися в направлении соответствующих координат,
либо несколько рабочих органов, имеющих меньшее число подвижных
элементов. Выбор того или иного решения оказывает существенное влия-
ние как на конструкцию отдельных рабочих органов, так и на общую
компоновку станка.
Чем меньше число подвижных элементов рабочего органа, тем проще
конструкция рабочего органа и передач, осуществляющих перемещение
подвижных элементов.
При разработке компоновки рабочих органов и общей компоновки
станка необходимо уделять большое внимание установочным перемеще-
ниям, так как отсутствие необходимых установочных перемещений и соот-
ветствующих отсчетных устройств приводит к значительному увеличению
затрат времени на настройку станка. В процессе настройки станка тре-
буются как грубые, так и точные установочные перемещения. Г р у б ы е
установочные перемещения используются для предвари-
гсльного сближения детали и режущего инструмента в соответствии
с габаритами обрабатываемой детали, точные — для точной коорди-
нации взаимного расположения обрабатываемой детали и режущей кромки
инструмента. Грубые и точные установочные перемещения могут осуще-
ствляться при передвижении одних и тех же элементов рабочих органов.
Однако в ряде случаев приходится вводить специальные подвижные
элементы либо для грубых, либо для точных установочных перемещений.
Для каждого конкретного технологического задания необходимо
рассмотреть на основе принятых методов профилирования и обработки
различные варианты компоновки рабочих органов и общей компоновки
станка, сравнив их с точки зрения производительности, точности, удоб-
ства обслуживания, стоимости, занимаемой площади пола, металлоемкости,
себестоимости операции, и выбрать оптимальный из возможных вариантов.
Так как варианты компоновок определяются конфигурацией обрабаты-
ваемых деталей, видом обрабатываемых поверхностей, принятым методом
образования поверхностей, то рассмотреть в данной главе все многообразие
встречающихся компоновок не представляется возможным. Однако можно
выделить наиболее характерные варианты компоновок и присущих им
сочетаний движений рабочих органов, являющиеся общими для различ-
ных типов станков. Изучение этих вариантов создаст необходимые пред-
посылки для разработки различных специальных вариантов компоновок
применительно к конкретным технологическим задачам.
При рассмотрении характерных вариантов компоновок и движений
рабочих органов компоновки могут быть разбиты на ряд групп:
1)	с двухкоординатным прямолинейным перемещением рабочих ор-
ганов;
2)	с трехкоординатным прямолинейным перемещением рабочих орга-
нов;
3)	с револьверными головками;
4)	для многосторонней обработки деталей;
5)	для многопозиционной обработки деталей;
6)	для непрерывной обработки деталей.
Первая и вторая компоновки объединяют в одну группу станки в соответ-
ствии с числом координатных осей, в направлении которых происходят
прямолинейные перемещения рабочих органов, так как именно число
и направление прямолинейных перемещений в значительной мере опреде-
ляют общую компоновку станка.
3 И. М. Кучер 4i7
65
11.	КОМПОНОВКИ И ДВИЖЕНИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ СТАНКОВ
Компоновки и движения при двухкоординатных перемещениях
Схемы с двухкоординатным перемещением рабочих органов исполь-
зуются при выполнении различных видов работ (рис. 1.39). К таким
работам относятся: обработка поверхностей вращения тел вращения
(рис. 1.39, а и б); обработка винтовых поверхностей деталей в виде тел
вращения различными инструментами (рис. 1.39, в); обработка зубьев
по методу копирования режущей кромки инструмента или по методу
огибания фрезами и шлифовальными кругами (рис. 1.39, г); обработка
Рис. 1.39. Схемы двухкоординатных перемещений
зубьев по методу огибания долбяками (рис. 1.39, д); фрезерование шпо-
ночных пазов концевыми фрезами (рис. 1.39, е).
При двухкоординатных перемещениях производится также обработка
плоскостей торцовыми фрезами и чашечными кругами при круговом
(рис. 1.39, ж) и прямолинейном (рис. 1.39, з) движениях подачи.
На рис. 1.39 направления движений подачи и установочных переме-
щений указаны стрелками и обозначены координатами с соответствующими
индексами. Индексы указывают на характер перемещения: у — устано-
вочное перемещение, s — движение подачи, г — главное рабочее движе-
ние, п — профилирующее движение. Наличие двух индексов свидетель-
ствует о том, что в одном и том же направлении совершается в зависимости
от характера выполняемого перехода либо установочное движение, либо
движение подачи.
Движения в направлении обеих координат могут совершать либо
подвижные элементы одного рабочего органа, либо два различных рабочих
органа. Оси координат могут располагаться как в горизонтальной, так
и в вертикальной плоскости.
66
Широкое распространение получила компоновка с горизонтальным
расположением осей координат (рис. 1.40).
Компоновка, представленная на рис. 1.40, а, характерна для токарных
и резьбофрезерных станков; в основном эта компоновка сохраняется
и для токарно-револьверных станков.
Обрабатываемая деталь устанавливается между центрами передней 1
и задней 6 бабок. Перемещения в направлении двух координат получает
режущий инструмент, устанавливаемый на суппорте. Суппорт состоит
из продольных салазок 3, движущихся по направляющим станины 2,
и поперечных салазок 4, перемещающихся по направляющим салазок 3.
Если работа ведется резцом, то он может быть непосредственно закреплен
на салазках 4. При фрезеровании резьбы на поперечных салазках 4 уста-
навливается поворотная фрезерная головка 5. Поворотная головка служит
для установки шпинделя фрезы под углом подъема обрабатываемой вин-
товой поверхности. При нарезании резьбы резцом или при фрезеровании
дисковой фрезой вращение шпинделя бабки 1 и движение продольных
салазок 3 связаны профилирующей кинематической цепью.
Компоновка, представленная на рис. 1.40, б, отличается тем, что на-
правляющие 5, по которым рабочий орган перемещается в продольном
направлении, вынесены за линию центров станка. Такая компоновка
позволяет развить размеры подвижных элементов. Она характерна для
зубофрезерных станков тяжелого типа, предназначенных для нарезания
зубчатых колес, выполненных заодно с валом, для круглошлифовальных
67
станков с большим расстоянием между центрами, для шпоночнофрезер-
ных станков.
Обрабатываемая деталь устанавливается между центрами передней
и задней бабок. Задняя бабка 6 перемещается по направляющим 4. Подвиж-
ной рабочий орган состоит из продольных салазок 3, перемещающихся
по направляющим 5, и поперечных салазок 2. У зубофрезерных станков
на поперечных салазках устанавливается поворотная шпиндельная го-
ловка 1, у шпоночнофрезерных станков — шпиндельная бабка со шпин-
делем, расположенным перпендикулярно линии центров. На шлифоваль-
ных станках ось шпинделя шпиндельной бабки 7 параллельна оси центров.
Рис. 1.41. Схемы компоновок при двухкоординатных перемещениях в вертикальной
плоскости
Ряд станков с двухкоординатным ’перемещением рабочих органов
в горизонтальной плоскости имеет два подвижных органа, каждый из
которых перемещается в направлении одной из координат (рис. 1.40, в).
Подобная компоновка характерна для круглошлифовальных станков,
резьбофрезерных для фрезерования червяков, резьбошлифовальных, неко-
торых моделей зубофрезерных, шпоночнофрезерных станков. Продольное
перемещение получает стол 2 с установленными на нем шпиндельной /
и задней 5 бабками. Стол перемещается по направляющим станины 6.
Поперечное перемещение получают салазки 4 по поперечным направляю-
щим станины 6. У резьбофрезерных и зубофрезерных станков на попереч-
ных салазках установлена поворотная фрезерная головка 3, у шлифоваль-
ных — шлифовальная бабка 7.
При данной компоновке обеспечивается высокая жесткость рабочего
органа, перемещающегося в направлении оси У, но возрастают габариты
станка в направлении оси X.
Компоновки с вертикальным положением координатной плоскости
представлены на рис. 1.41.
Компоновка с подвижным столом 1 (рис. 1.41, а) и шпиндельной
бабкой 2, перемещающейся по направляющим стойки 3, используется
в станках для шлифования зубчатых колес по методу копирования режу-
68
щей кромки, в станках для шлифования шлицевых валиков, в некоторых
модификациях зубофрезерных станков, в станках для заточки червячных
фрез.
Компоновка, представленная на рис. 1.41, б, применяется в новых
моделях токарных станков, в частности в гидрокопировальных полуавто-
матах. Рабочий орган, несущий резец, перемещается в двух взаимно пер-
пендикулярных направлениях, продольные салазки 2 движутся по направ-
ляющим балки 1, поперечные 3 — по направляющим продольных салазок.
Такой вариант компоновки обеспечивает значительно лучший отвод
стружки.
В вертикальной плоскости происходит перемещение рабочих органов
карусельных станков (рис. 1.41, в). Ось вращающейся планшайбы 1,
на которой закрепляется обрабатываемая деталь, располагается верти-
кально. Режущий инструмент может закрепляться либо на вертикальном,
либо на боковом суппорте. Вертикальный суппорт 4 перемещается по
направляющим салазок 3, которые, в свою очередь, перемещаются по
направляющим траверсы 2. Траверса 2 также может перемещаться в вер-
тикальном направлении по направляющим стойки 5. Траверса совершает
грубые установочные перемещения.
Вертикальный суппорт служит для обработки торцовых поверхностей
и внутренних поверхностей вращения. Обработка наружных поверхностей
вращения осуществляется режущим инструментом бокового суппорта.
Салазки 7 бокового суппорта перемещаются по направляющим стойки 5.
Ползун 6 с режущим инструментом получает перемещение в горизонталь-
ном направлении по направляющим салазок 7.
Вертикальное расположение оси шпинделя обрабатываемой детали
характерно также для ряда моделей зубодолбежных станков (рис. 1.41, г).
Обрабатываемая деталь устанавливается на вращающемся столе 4. Дол-
бяк 5, связанный профилирующей кинематической цепью с обрабатывае-
мой деталью, получает возвратно-поступательное движение вместе со
скалкой 3. При установочном перемещении в соответствии с диаметром
обрабатываемой заготовки и высотой зуба бабка 1 движется по направ-
ляющим 2 станины.
В зубофрезерных станках с вертикальным расположением оси заго-
товки (рис. 1.41, д) рабочие органы также перемещаются в вертикальной
плоскости. Вращающийся стол 2, на котором закрепляется обрабатывае-
мая заготовка, устанавливается на поперечных салазках 1, перемещаю-
щихся по направляющим <3 станины. Стол 2 связан профилирующей кине-
матической цепью с червячной фрезой, установленной на шпинделе по-
воротной фрезерной головки 4. Поворотная фрезерная головка, установ-
ленная на салазках 5, может перемещаться вместе с салазками по направ-
ляющим стойки 6. Перемещение салазок 1 является установочным, а са-
лазок 5 — движением подачи. В некоторых моделях вместо салазок 1
поперечное перемещение получает стойка 6.
Компоновка плоскошлифовальных станков, работающих торцем круга,
представлена на рис. 1.41, е. Подвижной стол 1 перемещается по направ-
ляющим основания 2, а шпиндельная бабка 3 — по направляющим
стойки 4.
Компоновки и движения при трехкоординатных перемещениях
Трехкоординатное перемещение рабочих органов необходимо при
обработке поверхностей вращения невращающихся деталей, фрезеровании,
шлифовании и строгании поверхностей и выполнении некоторых других
операций (рис. 1.42).
69
При обработке зенкером 2 отверстия 1 (рис. 1.42, а) или растачивании
отверстия 5 резцом 3, закрепленным в оправке 4, необходимы установоч-
ные перемещения в направлении осей X и Y и движение подачи в направ-
лении оси Z. При обработке отверстия 6 потребуются установочные пере-
мещения в направлении осей Z и X и движение подачи в направлении оси Y.
Для фрезерования плоскости 1 фрезой 4 (рис. 1.42, б) требуются:
грубое установочное перемещение в направлении оси Y, точное установоч-
ное перемещение в направлении оси Z и движение подачи в направлении
оси X. При фрезеровании паза 3 фрезой 2 необходимы точные установоч-
Рис. 1.42. Схемы трехкоординатных перемещений
ные перемещения в направлении осей Z и X и движение подачи в направ-
лении оси Y. Другие примеры, показанные на рис. 1.42, б, понятны без
дополнительных пояснений.
При шлифовании плоскости периферией круга (рис. 1.42, в) необходимо
движение подачи в направлении всех трех координатных осей.
При строгании (рис. 1.42, г) в направлении ochZ осуществляется уста-
новочное перемещение, в направлении оси Y — движение подачи, в на-
правлении оси X — главное рабочее движение.
При трехкоординатном перемещении один рабочий орган может совер-
шать движения в направлении всех трех координатных осей, или один
из рабочих органов совершает перемещения в направлении двух коорди-
натных осей, а другой — в направлении одной оси.
Трехкоординатные компоновки можно разбить на три характерные
группы: компоновки с вертикальноподвижными консольными столами,
компоновки с вертикальноподвижными шпиндельными бабками или
суппортами и компоновки с траверсами.
Вертикальноподвижные консольные столы характерны для вертикаль-
носверлильных, консольнофрезерных, поперечнострогальных станков
(рис. 1.43, а, б, в и г).
70
На вертикальносверлильных станках (рис. 1.43, а) консольный стол 3
получает грубое установочное перемещение по направляющим стойки 4.
Грубое установочное перемещение получает также шпиндельная бабка 1.
Движение подачи сообщается шпиндельной гильзе 2, в подшипниках
которой вращается шпиндель. Установочные перемещения в направлении
осей X и Y осуществляются перемещением детали по плоскости консоль-
ного стола. Ось шпинделя совмещается с осью обрабатываемой детали
либо по накерненным центрам, либо с помощью кондукторных втулок
сверлильного приспособления.
У консолыюфрезерных станков (рис. I. 43, б и в) стол перемещается
в направлении всех трех координат. Собственно консоль 4 получает вер-
тикальное перемещение по направляющим стойки 5, которое может быть
как установочным, так и движением подачи. По направляющим консоли
перемещаются поперечные салазки 3, снабженные, в свою очередь, направ-
ляющими для перемещения продольного стола 2, на поверхности которого
устанавливается обрабатываемая деталь. В ряде случаев шпиндель мон-
тируется в гильзе 1, которая совершает точные установочные перемеще-
ния в вертикальном направлении.
Компоновка, представленная на рис. 1.43, в, отличается от предыдущей
только горизонтальным расположением шпинделя.
Поперечнострогальные станки (рис. 1.43, г) также выполняются с кон-
сольными столами. В вертикальном направлении по направляющим ста-
нины 2 перемещается поперечина 4, снабженная направляющими для
перемещения стола 5 в направлении оси X. Ползун 1 станка с суппортом 3
получает главное рабочее движение в направлении оси Y. Перемещение
вертикального суппорта используется либо как установочное, либо как
движение подачи.
Консольное расположение стола, повышая универсальность станка,
снижает его жесткость.
Компоновки с вертикальноподвижными бабками находят применение
в станках различных типов.
Вариант с вертикальноподвижной шпиндельной бабкой (рис. 1.43, 5)
применяется на вертикальнофрезерных и координатнорасточных станках.
Шпиндельная бабка 2 получает установочное перемещение или движение
подачи по направляющим стойки 1. Стол 4 перемещается в направлении
оси X по направляющим салазок 5, а салазки — в направлении оси Y
71
по направляющим станины 6. Как то, так и другое перемещение стола
может быть либо установочным, либо движением подачи. В ряде случаев
перемещение в направлении оси Z получает гильза шпинделя 3.
Вариант компоновки, представленный на рис. I. 43, е, отличается тем,
что стол 5 получает только продольное перемещение по направляющим
станины 6. Вертикальное и поперечное перемещения получает шпиндель-
ная бабка 3. В вертикальном направлении шпиндельная бабка передви-
гается по направляющим ползуна 2, который в поперечном направлении
движется по направляющим станины 1. Возможен также вариант с верти-
кально перемещающейся шпиндельной гильзой 4. Компоновка этого типа,
так же как и предыдущая, используется в вертикальных бесконсольно-
фрезерных и координатнорасточных станках.
Горизонтальнорасточные станки имеют компоновку, представленную
на рис. 1. 43, ж. Вертикальное перемещение имеет шпиндельная бабка 2,
Рис. 1.44. Схемы компоновок с траверсой при трехкоординатном перемещении
передвигающаяся по направляющим стойки 1. В направлении оси V
получает движение скалка 3, которая перемещается внутри шпинделя.
Стол 6 станка получает движение подачи или установочное перемещение
в направлении оси X по направляющим салазок 5 и в направлении оси Y
вместе с салазками 5, которые двигаются по направляющим станины 4.
Расточные станки более крупных размеров имеют стол, неподвижный
в продольном направлении (рис. I. 43, з). В этом случае перемещение
в направлении оси Y может быть сообщено стойке /. Особенно крупные
детали при выполнении расточных операций устанавливаются на непо-
движной плите. В этом случае стойка 1 перемещается также в направле-
нии оси X.
Аналогичная компоновка используется также на фрезерных станках,
которые выполняются со столом 4, перемещающимся по направляющим
станины 5 в направлении оси X. В направлении оси V перемещается либо
шпиндельная гильза 3, либо шпиндельная бабка 2, движущаяся по направ-
ляющим специальных салазок, в свою очередь, перемещающихся по
стойке 1. Перемещение гильзы используется как установочное, а шпин-
дельной бабки 2 — так же, как и движение подачи.
Компоновки с вертикальноподвижными траверсами применяются в тех
случаях, когда рабочий орган должен перемещаться на большую вели-
чину как в направлении оси Y, так и в направлении оси Z (рис. 1.44).
В зависимости от характера выполняемой работы траверса может быть
консольной (рис. 1.44, а и б) или перемещаться по направляющим двух
стоек (рис. 1.44, в).
Консольные траверсы широко применяются на радиальносверлильных
станках (рис. I. 44, а). Траверса 2 совершает грубые установочные пере-
72
мещения по цилиндрической поверхности круглой колонны 1. Вместе
с колонной траверса поворачивается около оси колонны. По направляю-
щим траверсы перемещается шпиндельная бабка 3 с подвижной гильзой 4
шпинделя. Установочные перемещения происходят в полярной системе
координат, угол <р устанавливается поворотом траверсы вместе с колон-
ной, радиус-вектор р — перемещением шпиндельной бабки по направляю-
щим траверсы (см. рис. 1.30, е).
Вместо колонны в некоторых моделях радиальносверлильных станков
используется поворотная стойка.
Компоновка с консольной траверсой находит также применение для
строгальных, фрезерных и шлифовальных станков (рис. 1.44, б). В этом
случае на траверсе 2, перемещающейся по направляющим стойки 3,
устанавливается либо фрезерная или шлифовальная шпиндельная бабка 4,
либо суппорт строгального станка. Шпиндельная бабка фрезерного станка
имеет подвижную гильзу 5 для точных установочных перемещений. Шли-
фовальная бабка перемещается по вертикальным направляющим салазок,
движущихся по направляющим траверсы.
Станки с консольной траверсой, называемые одностоечными станками,
в ряде случаев имеют боковую шпиндельную бабку 1 или боковой суппорт.
Характерной особенностью одностоечных станков является возможность
производить обработку деталей, ширина которых превышает ширину
стола 6, перемещающегося по направляющим станины 7. Их недоста-
ток — невысокая жесткость.
Станки, имеющие двухстоечную компоновку (рис. 1.44, в), отличаются
высокой жесткостью. Траверса 2 перемещается по направляющим двух
стоек 3. На направляющих траверсы располагаются одна-две шпиндель-
ные бабки или строгальный суппорт. На стойках помещаются боковые
шпиндельные бабки 1 или строгальные суппорты. Шпиндельные бабки
фрезерных станков имеют подвижные гильзы 5 для точных установочных
перемещений. Шлифовальные шпиндельные бабки перемещаются по на-
правляющим салазок. Стол 6 станка перемещается по направляющим ста-
нины 7. В зависимости от назначения станка он совершает либо движение
подачи, либо главное рабочее движение.
Двухстоечная компоновка находит также применение для координатно-
расточных станков. В этом случае перемещения стола 6 и шпиндельной
бабки 4 являются установочными и служат для совмещения оси обрабаты-
ваемой поверхности вращения с осью шпинделя. Движение подачи полу-
чает гильза шпинделя.
Много общего с рассмотренной компоновкой имеет компоновка двух-
стоечных карусельных станков, которая отличается тем, что вместо посту-
пательно движущегося стола 6 станок имеет вращающуюся планшайбу.
На траверсе и стойках станка установлены суппорты для закрепления
резцов и другого режущего инструмента.
Компоновки рабочих органов, устанавливаемых под углом
На многих универсальных стайках, на которых обрабатываются кони-
ческие поверхности, наклонные плоскости и выполняются другие работы,
требующие взаимного перемещения обрабатываемой детали и инстру-
мента под углом к осям координат станка, используются рабочие органы,
устанавливаемые под углом к той или иной координатной плоскости:
поворотные суппорты, шпиндельные бабки и головки, столы и др.
Для перемещения под углом к оси координат резцов на токарных и
строгальных станках применяют поворотные суппорты. Поворотным мо-
жет быть как основной (рис. 1.45, а), так и дополнительный (рис. 1.45, б)
73
суппорты. Для установки под углом основного суппорта 2 используется
поворотное основание / с направляющими для перемещения основного
суппорта. Поворотное основание устанавливается под углом относительно
поперечных салазок <3. Подобную конструкцию имеют суппорты кару-
сельных, продольнострогальных и поперечнострогальных станков.
На токарных станках, как правило, под углом устанавливается до-
полнительный суппорт (рис. 1.45, б). В направлении осей координат
станка перемещаются продольные 1 и поперечные салазки 2. На попереч-
ных салазках установлено поворотное основание 3, по направляющим ко-
торого перемещается верхний суппорт 4 с резцедержателем 5.
Рис. 1.45. Компоновки рабочих органов, устанавливаемых под углом при воспроиз-
ведении наклонной образующей
На шлифовальных станках для воспроизведения наклонной образу-
ющей под углом устанавливается либо шпиндельная бабка (рис. I. 45, в),
либо стол (рис. 1.45, г). При воспроизведении образующей по методу копи-
рования режущей кромки шлифовального круга под углом поворачи-
вается основание 2 (рис. 1.45, в) с направляющими 3, по которым переме-
щается шпиндельная бабка 4. При воспроизведении образующей по методу
геометрического профилирования под углом поворачиваются направля-
ющие /, по которым шпиндельная бабка перемещается вдоль образующей.
При шлифовании цилиндрических поверхностей перемещение вдоль
образующей происходит, как обычно, благодаря движению стола.
При шлифовании поверхностей с небольшим углом наклона и большой
длиной образующей линии (рис. 1.45, г) под углом устанавливается пово-
ротный стол 2, закрепляемый на основном столе 1, перемещающемся по
направляющим станины.
Если последний вариант (рис. 1.45, г) применим для воспроизведения
образующей при обработке поверхностей вращения, то первый (рис. 1.45, ё)
может быть использован при обработке как поверхностей вращения,
так и плоскостей.
74
При фрезеровании плоскостей торцовой фрезой применяется поворот-
ная шпиндельная бабка, представленная на рис. 1.45, д.
Поворотные шпиндельные бабки и головки применяют как на кон-
сольно-, так и на продольнофрезерных станках.
В ряде случаев поворотные шпиндельные головки устанавливаются
под углом в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 1.45, е).
Фрезерная головка 1 поворачивается вокруг оси X относительно корпуса 2,
а корпус 2, в свою очередь, поворачивается вокруг оси Y.
Поворотные шпиндельные бабки устанавливают также на некоторых
моделях радиальносверлильных и расточных станков, предназначенных
для обработки тяжелых деталей, так как установка под углом самой
обрабатываемой детали представляет в этом случае большие трудности.
Характерные компоновки рабочих органов радиальносверлильных и
расточных станков, устанавливаемых под углом, представлены на
рис. 1.46.
Рис. 1.46. Компоновки рабочих органов, устанавливаемых под углом в несколь-
ких плоскостях
При компоновке, представленной на рис. 1.46, а, под углом устанавли-
вается шпиндельная бабка 5 и траверса 3. Шпиндельная бабка поворачи-
вается вокруг оси X и закрепляется на салазках 4, перемещающихся
по направляющим траверсы. Траверса 3 поворачивается вокруг оси Y
и закрепляется на салазках 2, перемещающихся по направляющим пово-
ротной стойки 1.
При компоновке, представленной на рис. 1.46, б, траверса состоит
из двух щек, охватывающих с двух сторон ползушку 2. Щеки 1 переме-
щаются по направляющим ползушки 2 в направлении оси Y. Между
щеками расположено поворотное основание 4, которое поворачивается
вокруг оси X. В свою очередь, шпиндельная бабка 5, расположенная на
основании 4, может поворачиваться вокруг оси Y.
Ползушка 2 перемещается в направлении оси Z по колонне 3, повора-
чивающейся вокруг оси Z.
Расточные колонки также в ряде случаев имеют поворотные шпиндель-
ные бабки (рис. 1.46, в) Шпиндельная бабка 2 может поворачиваться
вокруг оси X относительно салазок 3, перемещающихся по направляющим
стойки 1. Стойка 1 также может быть выполнена поворотной, при этом она
поворачивается вокруг оси Z относительно подвижных салазок 4, переме-
щающихся по направляющим основания 5.
Необходимость в установке шпинделей под углом возникает также
при обработке винтовых поверхностей фрезами, шлифовальными кру-
гами, при фрезеровании зубчатых колес червячными фрезами. В этом
75
случае (рис. 1.47, а) шпиндель 2 монтируется в подшипниках поворотного
корпуса 3, который устанавливается под углом относительно подвижных
салазок 1.
Для обработки винтовых поверхностей дисковыми фрезами 4
(рис. 1.47, б) на консольнофрезерных станках под углом поворачиваются
дополнительные салазки 3 стола 2, на котором установлена делительная
головка 1, сообщающая вращение заготовке 5. Движение стола и вращение
заготовки связаны профилирующей кинематической цепью.
Компоновки и движения станков с револьверными головками
Револьверные головки с неподвижно закрепленным инструментом нахо-
дят применение на станках токарной группы, револьверные головки с вра-
Рис. 1.48. Компоновки станков токарной группы с револьверными головками
щающимися шпинделями — на широкоуниверсальных сверлильно-рас-
точных фрезерных станках, называемых «обрабатывающими центрами».
Токарно-револьверные станки (рис. 1.48) имеют компоновку, харак-
терную для обычных токарных станков. Обрабатываемая деталь закреп-
76
ляется в шпинделе бабки 1. Кроме суппорта 2, совершающего движения
в направлении осей X и Y, на станке имеется револьверный суппорт 4,
несущий револьверную головку 3. В большинстве выпускаемых моделей
станков этот суппорт совершает только движение в направлении оси X
и работает инструментом с постоянной координацией. Револьверная
головка 3 с вертикальной осью может иметь цилиндрическую форму, форму
многогранной призмы или форму диска 6. При цилиндрической форме
головки державки для инструмента закрепляются своими хвостами в от-
верстиях головки. Если головка имеет форму многогранной призмы,
то державки могут закрепляться как в отверстиях, так и на поверхности
граней. На станках больших размеров последний способ обеспечивает
более высокую жесткость крепления. При головках в форме диска дер-
жавки базируются с помощью радиальных пазов и крепятся к торцовой
поверхности диска. Головки в форме диска позволяют закреплять самые
разнообразные многоинструментные державки; такие головки преиму-
щественно применяют на станках больших размеров. Встречаются отдель-
ные модели, у которых револьверная головка устанавливается на попе-
речных салазках 5, перемещающихся в направлении оси Y по направля-
ющим продольных салазок 4. Станки с поперечноподвижной головкой
могут не иметь суппорта 2.
У станков меньших размеров салазки суппорта 4 служат только для
грубых установочных перемещений, а рабочее перемещение получает
ползун 7, что вызывается условиями размещения в салазках суппорта 4
механизмов автоматического поворота головки при обратном ходе.
Наряду с револьверными головками, имеющими вертикальную ось,
значительное применение находят различные модификации головок с гори-
зонтальной осью.
Револьверная головка 8 имеет горизонтальную ось, перпендикуляр-
ную оси шпинделя. Сама ось, вместе с которой осуществляется поворот
револьверной головки, может быть сделана более солидной, чем при
вертикальном расположении оси, что повышает жесткость головки и точ-
ность обработки. Однако данный вариант удобен при сравнительно неболь-
шом диаметре головки и малом вылете державок, так как с увеличением
размеров затрудняется проход инструмента над станиной. Поэтому такой
вариант применяется в основном на токарно-револьверных прутковых
автоматах, предназначенных для обработки деталей небольших размеров.
Револьверная головка с горизонтальной осью 14 находит значительное
применение на ряде моделей револьверных станков. Головка, выполнен-
ная в форме диска с торцовыми отверстиями 12 для закрепления державок,
имеет длинную ось, расположенную на подшипниках продольных сала-
зок 15. Поворот головки используется как для перемещения в рабочее
положение очередного инструмента, так и для осуществления радиальной
подачи при отрезке или других переходах. При отрезке обрабатываемая де-
таль проходит через паз 13. Таким образом, данный вариант конструкции
исключает необходимость в поперечном суппорте или в поперечных салазках
револьверной головки, что упрощает конструкцию станка. Головка обла-
дает высокой жесткостью и позволяет разместить большое число державок,
конструкция которых в этом случае отличается простотой. Все это является
существенным преимуществом данной головки. К недостаткам относится
резкое сокращение возможностей установки инструментов при обработке
дисков, так как при работе одного из инструментов все смежные отверстия,
перекрытые обрабатываемым диском, не могут быть использованы для
размещения инструментов.
Револьверная головка 11 с горизонтальной осью поворота отличается
от предыдущей тем, что головка по всей длине имеет одинаковый диаметр
77
и поворачивается и перемещается в одних и тех же направляющих. Это
‘приводит к дальнейшему упрощению конструкции, но неблагоприятно
сказывается на точности. Головки этого типа находят некоторое примене-
ние в одношпиндельных токарных автоматах. Следует заметить, что в усло-
виях автоматической работы дополнительным недостатком данной компо-
новки является большой момент инерции, что приводит к увеличению
затрат времени на поворот и снижению производительности.
^Модификация револьверной головки 9 отличается от предыдущей тем,
что продольное перемещение сообщается инструментальным шпинделям 10,
которые в случае необходимости могут также получать главное рабочее
движение. Этот вариант приводит к усложнению конструкции и снижению
жесткости. Недостатки, связанные с большим моментом инерции, присущи
и этому варианту.
Применение на токарных станках систем цифрового программного
управления вызвало появление ряда новых компоновок с револьверными
головками, работающими инструментами с многократно изменяющейся ко-
ординацией.
Револьверная головка 18 располагается на вертикальных салазках 17,
перемещающихся по направляющим продольных салазок 19, движущихся
по вертикальным направляющим 16. При данной компоновке головки
подход инструмента к участкам поверхности, расположенным вблизи
шпинделя и задней бабки, возможен только при большом вылете инстру-
мента, что снижает жесткость системы.
Вариант головки 20 с горизонтальной осью вращения, параллельной
оси шпинделя, обеспечивает возможность подхода при малом вылете ин-
струмента.
Общая компоновка станка обеспечивает хороший отвод стружки, что
имеет большое значение в условиях автоматизации обработки.
Специфическую форму имеет компоновка токарно-револьверного полу-
автомата 27. Револьверная головка 22 выполнена в форме мощного вала,
снабженного гранями для крепления режущего инструмента. Очередной
инструмент устанавливается в рабочее положение поворотом вала вокруг
оси; подача осуществляется перемещением вала вдоль оси. Станок имеет
один-два поперечных суппорта 26. Револьверная головка располагается
над шпинделем 21, что улучшает условия отвода стружки.
На некоторых моделях полуавтоматов применяется модификация опи-
санной револьверной головки, отличающаяся тем, что полая шестигран-
ная револьверная головка 24 располагается на валу 25, правый конец
которого поддерживается дополнительной опорой, что повышает жесткость.
При подаче инструмента перемещаются салазки 23, находящиеся в данный
момент в рабочей позиции, что обеспечивает более высокую точность
перемещения.
Револьверные головки используются также на одностоечных карусель-
ных станках. При этом общая компоновка станка (рис. 1.41, в) полностью
сохраняется, а на ползун 4 устанавливается многогранная головка.
На базе варианта с револьверной головкой 22 выпускаются станки
с цифровым программным управлением. В этом случае поворот головки
вокруг оси используется также для радиальной подачи.
Компоновки станков с револьверными головками, несущими вращаю-
щиеся шпиндели, представлены на рис. 1.49.
Револьверная головка 4 сверлильно-расточного фрезерного станка
располагается на салазках 3, получающих вертикальное движение подачи.
Во вращающихся шпинделях 5 могут быть закреплены различные инстру-
менты: сверла, фрезы, зенкеры, развертки, оправки с расточными рез-
цами и др. Обрабатываемая деталь устанавливается на столе 2, который
78
перемещается по направляющим салазок 1 в продольном, а вместе с салаз-
ками 1 — в поперечном направлении.
Револьверная головка может быть также расположена на корпусе 6
подвижной шпиндельной бабки, устанавливаемой на месте салазок 3.
Сама головка 7 может быть выполнена с веерообразным расположением
шпинделей 8, что должно обеспечить передачу усилий непосредственно
на корпус.
Станки, имеющие рассмотренную компоновку и оснащенные системой
цифрового программного управления, широко применяются для автомати-
зации обработки различных корпусных деталей в условиях мелкосерий-
ного производства.
Рис. 1.49. Компоновки сверлильно-расточных и фрезерных станков с револьвер-
ной головкой
Модификация станка с трехкоординатным перемещением револьверной
головки 12 применяется для сверления отверстий в плоских деталях боль-
шой длины. Вдоль стола 13, служащего для закрепления обрабатываемой
детали, перемещаются салазки 9, по направляющим которых ходит пол-
зун 10, несущий револьверную головку. При подаче головка перемещается
вместе с ползуном И. Станок имеет систему цифрового программного
управления.
На фрезерных станках револьверные головки, несущие вращающиеся
шпиндели, применяются как при вертикальной, так и при горизонтальной
компоновке станка. Так, шпиндель 15 револьверной головки 14, находясь
в рабочей позиции, занимает вертикальное положение, а шпиндель 17
головки 16, находясь в рабочей позиции, занимает горизонтальное поло-
жение. В последнем случае на продольном столе располагается автомати-
ческий поворотный стол 18, что обеспечивает возможность обработки
детали с четырех сторон.
На фрезерных станках с револьверными головками могут
выполняться также любые операции по обработке отверстий. На
станках этого типа используется система цифрового программного упра-
вления.
79
Принципы агрегатирования станков
Рассматриваемые ниже станки для многосторонней обработки и много-
позиционные станки во многих случаях являются специальными станками
и предназначаются для обработки деталей неизменной конфигурации и
размеров. Для проектирования и изготовления в каждом конкретном слу-
чае специального станка требуются значительные затраты средств и вре-
мени. При внесении в конструкцию обрабатываемых деталей тех или иных
изменений и при замене объекта производства подобные специальные
станки уже не могут быть использованы в производственном процессе
и практически должны быть сданы в лом.
Для сокращения затрат времени и средств на проектирование и изго-
товление специальных станков и для обеспечения возможности исполь-
зования основных узлов станка в случае изменения конструкции обраба-
тываемой детали или объекта производства применяется метод проекти-
рования и изготовления станков на базе нормализованных узлов, назы-
ваемый методом агрегатирования станков. Станки, собранные
из нормализованных узлов, называются агрегатными [36, 83].
Рис. 1.50. Агрегатные головки
Наиболее широко принцип агрегатирования используется при проекти-
ровании станков для обработки отверстий. Основными узлами агрегатных
станков для обработки отверстий являются агрегатные головки,
которые служат для сообщения главного рабочего движения и движения
подачи режущему инструменту, станины и стойки, многопозиционные
столы и барабаны. Агрегатные головки сверлильных станков используются
также для выполнения фрезерных операций.
Агрегатные головки выполняются как самодействующими, так и неса-
модействующими. Самодействующие агрегатные головки имеют собствен-
ный привод для осуществления движений подачи, несамодействующие
получают движение подачи от внешнего привода, который может быть
общим для нескольких агрегатных узлов. Наибольшее распространение
получили самодействующие агрегатные головки.
Несмотря на многообразие конструкций самодействующих агрегатных
головок, они могут быть разбиты на две основные группы: головки с под-
вижными корпусами (рис. 1.50, а) и головки с подвижными гильзами
(рис. 1.50, б).
Агрегатные головки с подвижными корпусами состоят из подвижного
корпуса 2 (рис. 1.50, а), перемещающегося по направляющим плиты 4.
Головка имеет независимый электродвигатель 1. Внутри корпуса распо-
лагаются механизмы, передающие вращение выходному валу 5 привода
главного движения, и механизмы подачи. Механизмы подачи обеспечивают
возможность изменения скорости подачи, получение быстрого прямого
и обратного хода для подвода и отвода режущего инструмента. Головка
имеет также механизмы управления, обеспечивающие выполнение необхо-
димых перемещений в требующейся последовательности и с заданной дли-
ной хода.
На торцовой поверхности корпуса 2 агрегатной головки закрепляется
многошпиндельная насадка 3. Шпиндельная насадка проектируется спе-
80
циально, применительно к конкретной форме и размерам обрабатываемой
детали, а также характеру выполняемой операции. В случае изменения
объекта производства заменяется только шпиндельная насадка, а агрегат-
ная головка может быть целиком использована.
Головки с подвижной гильзой (рис. 1.50, б) имеют неподвижный 2 или
перемещающийся в процессе настройки корпус. Движение подачи получает
подвижная гильза 3 шпинделя 4. Режущий инструмент может быть закреп-
лен либо непосредственно в шпинделе 4, либо в шпинделях многошпиндель-
ной насадки, которая устанавливается на конце гильзы 3 и получает дви-
жение от шпинделя 4. Привод главного движения, а в ряде случаев и при-
вод подачи получает вращение от электродвигателя 1.
Головки с подвижными корпусами применяют для выполнения тяже-
лых работ при большом расстоянии между шпинделями многошпиндель-
ных насадок. Головки с подвижными гильзами — для выполнения сравни-
тельно легких работ при небольшом расстоянии между шпинделями много-
шпиндельных насадок.
В агрегатных головках используются различные приводы подач:
управляемые механические, гидравлические, пневмогидравлические при-
воды и приводы с кулачковыми механизмами.
Каждая из моделей агрегатных головок выполняется нескольких
размеров, отличающихся также по мощности. Применительно к конкрет-
ному технологическому процессу можно выбрать наиболее подходящий
типоразмер головки.
Принципы агрегатирования находят известное применение также при
создании специальных токарных и шлифовальных станков. Самодей-
ствующими узлами токарных станков являются суппорты, а шлифоваль-
ных — шлифовальные бабки.
Использование принципов агрегатирования обусловливает ряд суще-
ственных преимуществ, которые позволяют значительно расширить при-
менение высокопроизводительных специальных станков. К числу основных
преимуществ относятся следующие.
1.	Резкое сокращение сроков и стоимости проектирования, так как
проектно-конструкторские работы сводятся к разработке общей компо-
новки станка, специальных шпиндельных насадок, зажимных приспособле-
ний, схемы управления и некоторых других элементов.
2.	Резкое сокращение сроков и стоимости изготовления станка, так как
станки в основном монтируются из серийно изготовляемых узлов.
3.	Повышение надежности станка и сокращение сроков его освоения,
так как станок монтируется из хорошо проверенных узлов.
4.	При изменении объекта производства основные узлы имеющихся
в наличии станков могут быть использованы для монтажа новых вариантов
станков.
Все отмеченные преимущества привели к широкому внедрению агре-
гатных станков в крупносерийном и массовом производстве. В последнее
время на основе методов групповой обработки агрегатные станки начинают
находить применение для обработки сравнительно небольших партий
деталей. В этом случае агрегатный станок проектируется с учетом обра-
ботки всех деталей, входящих в группу.
Компоновки и движения станков для многосторонней обработки
Станки для многосторонней обработки имеют несколько независимых
подвижных рабочих органов, каждый из которых сообщает движение
одному или нескольким режущим инструментам. Все инструменты, как
правило, работают параллельно (одновременно).
81
Некоторые из рассмотренных выше компоновок предусматривают воз-
можность многосторонней обработки. На одностоечных карусельных
станках имеются вертикальный и боковой суппорты (рис. 1.41, в), которые
могут работать одновременно, при этом боковым суппортом можно вести
обработку наружной цилиндрической, а вертикальным — торцовой
поверхности. Несколько суппортов имеют также продольнострогаль-
ные станки, несколько шпиндельных бабок — продольнофрезерные
станки.
Многосторонняя обработка осуществляется также на токарно-револь-
верных станках и автоматах, имеющих поперечные суппорты и револьвер-
Рис. 1.51. Компоновки станков для многосторонней
обработки деталей типа тел вращения
ные головки.
Для многосторонней обра-
ботки предназначаются так-
же многорезцовые токарные
станки и полуавтоматы (рис.
1.51, а и б). Многорезцовые
токарные станки отличаются
наличием двух независимых
суппортов, из которых перед-
ний 2 (рис. 1.51, а) предна-
значается для обработки ци-
линдрических, а задний 1 —
торцовых поверхностей и
поверхностей, получаемых
методом копирования режу-
щей кромки. Передний суп-
порт 2 имеет движение подачи
в направлении оси X. В на-
правлении оси У поперечные
салазки получают либо уста-
новочное движение, либо дви-
жение подачи, необходимое
для предварительного вреза-
ния резцов. Задний суппорт получает движение подачи в направлении
оси У и установочное перемещение — в направлении оси X.
При вертикальной компоновке передний суппорт / и задний суппорт 2
(рис. 1.51, б) перемещаются по вертикальным направляющим стойки 3.
Вертикальная компоновка удобна при небольшой длине обрабатываемых
деталей и позволяет использовать меньшую площадь для установки станка.
Многосторонняя обработка возможна также на шлифовальных станках,
которые в этой случае, как правило, являются специальными. Подобные
станки имеют несколько шпиндельных бабок, каждая из которых пред-
назначена для шлифования одной из поверхностей. Станок, предназна-
ченный для шлифования двух конических поверхностей (рис. 1.51, в),
имеет две шпиндельные бабки 1 и 2 с независимой подачей, из которых
каждая установлена под соответствующим углом. Обработка ведется
по методу копирования режущей кромки инструмента.
Особенно широкое распространение получили агрегатные станки для
многосторонней обработки, предназначенные для выполнения сверлиль-
ных, расточных, резьбонарезных и фрезерных операций.
Большое число деталей в машиностроении имеют многочисленные
отверстия, расположенные в различных координатных плоскостях, пло-
ские обработанные поверхности, для обработки которых требуется много-
кратная перестановка деталей, смена инструмента, настройка станка.
В условиях крупносерийного и массового производства параллельная
82
плоскости, перпендикулярной чертежу, приме-
Рис. 1.52. Компоновки станков для многосторонней обра-
ботки неподвижных деталей
обработка этих поверхностей на многосторонних станках приводит к рез-
кому повышению производительности труда.
Все операции по обработке детали 7 (рис. 1.52, а) могут быть выполнены
на трехстороннем станке с подвижными шпиндельными бабками. Двух-
шпиндельная бабка 6, получающая движение подачи в направлении оси X,
предназначена для сверления отверстий 1 и 2; аналогичная шпиндельная
бабка, расположенная в
няется для сверления
отверстий 4 и 5; шпин-
дельная бабка 8 пред-
назначена для фрезе-
рования плоскости 3.
Работа всех трех шпин-
дельных бабок выпол-
няется параллельно.
В рассмотренном
примере каждая из
шпиндельных бабок
имеет однокоординатное
перемещение; при ком-
поновке станков для
многосторонней обра-
ботки могут быть .также
использованы бабки с
двух- и трехкоординат-
ными перемещениями.
Например, при фрезеро-
вании- закрытого паза
концевой фрезой 4 (рис.
1.52, б) шпиндельная
бабка 3 получает дви-
жение подачи в напра-
влении оси X для вре-
зания на глубину паза.
По достижении задан-
ной глубины движение
бабки 3 прекращается,
а салазки 2, на которых установлена бабка 3, получают движение
подачи в направлении оси Y по направляющим станины 1.
Шпиндельные бабки могут быть расположены под любым углом отно-
сительно осей координат станка (бабка 5, рис. 1.52, б).
Станки для многосторонней обработки деталей имеют сравнительно
ограниченные технологические возможности, так как каждая поверх-
ность может быть обработана только в один проход. Во многих случаях
для получения заданной точности и качества поверхности необходима
обработка в несколько проходов; эта задача может быть решена при исполь-
зовании многопозиционных станков, ряд модификаций которых обеспе-
чивает многостороннюю обработку в несколько проходов.
Компоновки и движения многопозициоиных станков
На многопозиционных станках обрабатываемая деталь закрепляется
на специальном подвижном рабочем органе, при перемещении которого
деталь переносится из одной рабочей позиции в другую. В большинстве
случаев подвижной рабочий орган выполняется в форме стола нли
83
барабана, который при переносе детали из позиции в позицию поворачи-
вается на заданный угол.
Многопозиционные станки для выполнения сверлильных, расточных,
резьбонарезных, фрезерных операций. Многопозиционные станки для вы-
полнения перечисленных операций имеют следующие специфические ком-
поновки: с круглым столом и одной подвижной шпиндельной бабкой
(рис. 1.53, а), с центральным круглым столом и несколькими подвижными
шпиндельными бабками (рис. 1.53, б), с кольцевым столом и центральной
колонной (рис. 1.53, в) и с поворотным барабаном (рис. 1.54).
Следует отметить, что при многопозиционной обработке возрастают
затраты на подготовку производства, так как для закрепления обрабаты-
ваемых деталей требуется вместо одного несколько приспособлений.
Круглый стол 3 (рис. 1.53, а) имеет несколько позиций для установки
обрабатываемых деталей. Обработка деталей производится с помощью
инструментов, закрепленных в шпинделях 2 подвижной шпиндельной
бабки 1. При четырехпозиционном столе шпиндельная бабка имеет три
шпинделя. В каждой позиции может работать несколько шпинделей.
В отдельных позициях могут быть расположены также горизонтальные
и наклонные шпиндельные головки.
Технологические возможности подобной компоновки ограничены, так
как все инструменты вертикальной шпиндельной бабки работают с общей
подачей, а стол станка может иметь сравнительно небольшие размеры.
Большие технологические возможности имеет компоновка с централь-
ным столом 3 (рис. 1.53, б). В этом случае могут быть использованы неза-
висимые вертикальные головки / и 2, работающие каждая со своей пода-
чей, горизонтальные головки 4 и головки, расположенные под углом.
84
Размеры стола ограничены общими габаритами станка. Обычно в каждой
позиции используется либо вертикальная, либо горизонтальная или на-
клонная головка, что приводит к увеличению числа позиций и габаритов
станка. Возможно размещение в одной позиции и вертикальной, и гори-
зонтальной головок. В этом случае стойка вертикальной головки монти-
руется на арочном основании, через которое проходит горизонтальная
головка. Такой монтаж приводит к увеличению места, необходимого
для размещения головок, а следовательно, и габаритов станка.
Подход к инструменту и наблюдение за работой при данной компоновке
менее удобны, чем при компоновке с кольцевым столом и центральной
колонной (рис. 1.53, в).
При компоновке с кольцевым столом (рис. 1.53, в) в каждой позиции
могут работать две головки. Через отверстие кольцевого стола 6 проходит
неподвижная колонна 3. По направляющим, расположенным на гранях
Рис. 1.54. Компоновка многопозиционного станка с поворотным барабаном
колонны, перемещаются подвижные шпиндельные бабки 2, 4 и т. д. Бабки
могут быть использованы для выполнения как сверлильных (2), так и фре-
зерных (4) операций. Вокруг стола располагаются горизонтальные 1 и
наклонные 5 шпиндельные бабки.
Многопозиционные станки с центральным и кольцевым столом позво-
ляют вести обработку детали с двух сторон. Станки с поворотным бараба-
ном допускают обработку одновременно с трех сторон (рис. I. 54). Обра-
батываемые детали устанавливаются на гранях поворотного барабана 5,
расположенного между двумя стойками 2 и 6‘. Обработка с двух сторон
производится инструментами, закрепленными в шпинделях подвижных
шпиндельных бабок 1 и 7. Шпиндели проходят через отверстия стоек 2 и 6.
Для обработки детали с третьей стороны служит шпиндельная бабка 4,
перемещающаяся по направляющим вертикальной стойки 3.
Многопозиционные станки рассмотренного типа в основном изготовляют
как специальные станки, поэтому они обычно проектируются на базе
агрегатных головок. При этом многопозиционные столы и барабаны также
являются нормализованными узлами агрегатных станков.
Многопозиционные станки для обработки деталей типа тел вращения.
Детали рассматриваемого типа в процессе обработки получают вращательное
движение вместе со шпинделем станка. Поэтому в данном случае из позиции в
позицию должен перемещаться вращающийся шпиндель. Вращающиеся
шпиндели многопозиционных станков монтируются либо в поворотных
шпиндельных блоках (рис. 1.55, а), либо в поворотных столах (рис. 1.55, б).
85
В поворотном шпиндельном блоке 1 (рис. 1.55, а) расположено четыре
шпинделя 2. Державки для закрепления инструмента устанавливают на
гранях продольного суппорта 3 и на поперечных суппортах 4.
Многопозиционный станок, представленный на рис. 1.55, б, имеет
вертикальную компоновку. Вращающиеся шпиндели 2 монтируются
IV III
Рис. 1.5Ь. Компоновки многопозиционных станков для
обработки вращающихся деталей
в поворотном кольцевом
столе /. На гранях цен-
тральной колонны 4 рас-
полагаются подвижные
суппорты 3 для закрепле-
ния режущего инструмен-
та — резцов, сверл, зенке-
ров и др. Суппорты -могут
иметь одно- и двухкоорди-
натное перемещения. При
периодическом повороте
кольцевого стола шпинде-
ли перемещаются из пози-
ции в позицию.
Рассмотренные компо-
новки характерны для
универсальных много-
шпиндельных токарных
автоматов и полуавтома-
тов. В отдельных случаях
они используются и для
некоторых других станков.
Линейное перемещение деталей из позиции в позицию на многопози-
ционных станках практически не применяется. Такой вид позиционного
перемещения характерен для автоматических линий.
Компоновки и движения станков для непрерывной обработки
При обработке деталей на станках, компоновки которых рассмотрены
в предыдущих параграфах, требовался ряд последовательных перемещений
рабочих органов в направлении различных координат. Некоторые, как
правило, простейшие операции могут быть выполнены при непрерывном
движении рабочих органов станка. К числу таких операций относятся
фрезерование, шлифование и протягивание плоскостей некоторых видов
деталей.
Непрерывное фрезерование и шлифование может быть осуществлено
на карусельных (рис. 1.56, а) и барабанных (рис. 1.56, 6) станках.
Обрабатываемые детали устанавливают на непрерывно вращающемся
круглом столе 1 (рис. 1.56, а). По мере вращения стола детали подводятся
к фрезе, установленной на шпинделе фрезерной бабки 2. Фрезерная бабка
может быть выполнена также двухшпиндельной, с тем чтобы первая фреза
по ходу движения стола производила черновую, а вторая — чистовую
обработку. После выхода из зоны фрезерования обрабатываемая деталь
попадает в зону загрузки, где обработанная деталь снимается, а заготовка
устанавливается на ходу стола. Таким образом, при непрерывной обра-
ботке время резания совмещается со временем установки заготовки и сня-
тия обработанной детали.
В данном случае, как и при многопозициоиной обработке, на столе
должно быть установлено несколько приспособлений для закрепления
детали, что повышает затраты на подготовку производства.
86
Перемещения стола шпиндельной бабки по направляющим являются
установочными.
Аналогичная компоновка применяется для карусельно-шлифовальных
станков, на которых весь припуск снимается за один проход. Конструкция
магнитного стола обеспечивает отключение электромагнитов в зоне за-
грузки.
Барабанные станки
(рис. 1.56, б) обеспечивают
возможность обработки де-
тали с двух сторон. Обра-
батываемые детали уста-
навливаются на гранях
непрерывно вращающегося
барабана 3. Первая пара
головок 2 и 4 служит для
предварительной, а вторая
пара 1 и 5 — для оконча-
тельной обработки. Голов-
ки имеют установочное
перемещение в направле-
нии оси Y по направля-
ющим стоек, а гильзы
шпинделей—установочное
перемещение в направле-
нии оси X.
При непрерывном про-
Рис. 1.56. Компоновки станков для непрерывной обра-
ботки
тягивании применяется
как круговое (рис. 1.56, а), так и линейное перемещение (рис. 1.56, г) детали.
При круговом движении деталей они закрепляются на непрерывно
вращающемся столе 1 и по мере вращения стола поступают под протяжку 2
(рис. 1.56, в), имеющую дуговую форму. Протяжные станки этого типа
называются ротационно-протяжными станками.
При линейном перемещении (рис.
1.56, г) детали транспортируются спе-
циальной цепью 1 и проходят под про-
тяжкой 2. При таком методе обработки
возможно получение более сложных
поверхностей.
К станкам непрерывного действия
относятся также роторные станки (рис.
1.57). На роторных станках могут вы-
полняться различные операции: точение,
сверление, фрезерование и др.
Токарный роторный станок (рис.
1.57, а) состоит из стола 1, в котором
смонтированы вращающиеся шпиндели
2; стол 1 жестко связан с полой колон-
Рис. 1.57. Компоновки роторных стан-
ков 
ной 4. По направляющим, расположенным на гранях колонны, пере-
мещаются суппорты 3. Стол 1 вместе с полой колонной 4 непрерывно вра-
щается вокруг неподвижной центральной колонны. За время одного
оборота ротора, состоящего из стола и полой колонны, суппорт совершает
все движения, необходимые для обработки детали. К моменту выхода
очередного шпинделя в зону загрузки обработка детали закончена. В зоне
загрузки готовая деталь снимается, а на ее место устанавливается заго-
товка.
87
На роторных станках детали, закрепленные в каждом из шпинделей,
проходят одну и ту же операцию. Таким образом, роторный станок пред-
ставляет собой как бы группу одинаковых станков, установленных на
непрерывно вращающейся карусели.
Производительность роторных станков весьма высока, однако для
выполнения более или менее сложных технологических операций тре-
буется большое число роторных станков, из которых каждый настраи-
вается на свою операцию. Роторные станки имеют недостаточно высокую
Рис. 1.58. Компоновки бесцентровошлифоваль
них станков и сквозных плоскошлифовальных
станков непрерывного действия
жесткость, что делает их малопригодными для выполнения точных опе-
раций.
Сверлильнороторный станок (рис. 1.57, б) отличается тем, что ротор
состоит из жестко связанных между собой стола 1, полой колонны 2
и шпиндельного барабана 4, непрерывно вращающихся вокруг централь-
ной неподвижной колонны. На
столе 1 неподвижно закрепляют
обрабатываемые детали, а шпин-
дели 3 получают в процессе
вращения ротора поступатель-
ное перемещение.
Роторные станки по сущест-
ву являются станками непре-
рывно-циклическими, так как
процесс работы станка в целом
протекает непрерывно, а про-
цесс обработки детали является
циклическим.
Непрерывный процесс обра-
ботки осуществляется также
на бесцентровошлифовальных
станках (рис. 1.58, а). Обраба-
тываемые детали 2, поступаю-
щие по наклонному желобу или
подаваемые принудительно, проходят между шлифовальными кругами 1
и 3. В процессе движения детали опираются на нож 6, при этом ось
детали располагается выше оси кругов на величину Н. Круг 1 является
шлифующим и вращается со скоростью, соответствующей скорости реза-
ния. Круг 3 называется регулирующим, или ведущим кругом, и регу-

лирует скорость подачи.
Круг 1 стремится увлечь деталь в своем вращении, однако коэффициент
трения между регулирующим кругом и деталью больше, чем коэффициент
трения между шлифующим кругом и деталью, и скорость вращения детали
определяется окружной скоростью регулирующего круга vKp.
Регулирующий круг устанавливается под углом а, благодаря чему
обрабатываемая деталь получает не только вращательное движение, но
и поступательное в направлении оси X.
Теоретическая зависимость между окружной скоростью круга и ско-
ростями детали определяется формулами:
Ц. = vKp cos a; v&np = vKp sin а.
С целью обеспечения линейного контакта деталей и регулирующего
круга последний имеет прямолинейную образующую в плоскости кон-
такта. В диаметральной плоскости образующая имеет криволинейную
форму. Необходимая форма обеспечивается соответствующей заправкой
круга.
88
Регулирующий круг устанавливается под требующимся углом поворо-
том шпиндельной головки 4. Шпиндельная бабка 5 может перемещаться
по направляющим станины для настройки станка в соответствии с диамет-
ром обрабатываемой -детали.
Бесцентровое вращение детали может быть также использовано и при
шлифовании внутренних поверхностей (рис. 1.58, б). Деталь распола-
гается между роликами /, 2 и 5, из которых ролик 5 является ведущим.
Шлифование детали 3 осуществляется кругом 4. Однако бесцентровошли-
фовальный станок для внутреннего шлифования не является станком
непрерывного действия.
Непрерывное сквозное шлифование дисковых деталей осуществляется
двумя кольцевыми кругами (рис. 1.58, в). Детали 3 поступают по закры-
тому желобу 2 в зазор между кольцевыми кругами 1и4, где осуществляется
шлифование деталей с двух сторон. Станки этого типа применяют для шли-
фования поршневых колец.
12.	КОМПОНОВКИ И ДВИЖЕНИЯ СТАНКОВ-АВТОМАТОВ
И АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
Станки-автоматы
Прежде чем перейти к основным движениям станков-автоматов, необ-
ходимо рассмотреть элементы, из которых складывается процесс выполне-
ния определенной технологической операции на станке. Собственно обра-
ботке предшествует установка и закрепление заготовки. Процесс обра-
ботки, как указывалось выше, складывается из ряда переходов.
При выполнении каждого перехода необходимо настроить привод
главного рабочего движения и подачи в соответствии с требующимися
скоростями, скоординировать взаимное расположение режущего инстру-
мента и обрабатываемой детали в соответствии с заданными размерами
обрабатываемой поверхности, включить главное рабочее движение и дви-
жение подачи, выключить движение подачи по достижении заданного раз-
мера и др.
Таким образом, процесс выполнения на станке определенной техноло-
гической операции складывается из следующих элементов.
I.	Подача и установка заготовки в зажимном приспособлении.
II.	Зажим заготовки.
III.	Выполнение переходов, которые состоят:
1)	из настройки приводов главного рабочего движения и подачи в соот-
ветствии с заданным режимом работы;
2)	включения привода установочных перемещений, необходимых для
координации взаимного расположения режущего инструмента и обрабаты-
ваемой детали в соответствии с заданными размерами обрабатываемой
поверхности; выключения приводов установочных перемещений по дости-
жении заданного положения;
3)	включения главного рабочего движения и подачи;
4)	выключения движения подачи по достижении заданных размеров.
IV.	Включение приводов быстрых ходов и возврат рабочих органов
в исходное положение.
V.	Выключение приводов быстрых ходов и привода главного рабочего
движения.
VI.	Освобождение и снятие заготовки.
В зависимости от конкретного содержания технологической операции
и системы управления те или иные приемы могут отпасть, например на-
стройка в соответствии с заданным режимом и т. д.
89
Станок, на котором все перечисленные процессы и движения осуще-
ствляются в заданной последовательности, с заданной скоростью и в пре-
делах заданной длины хода без всякого участия рабочего, называется стан-
ком-автоматом.
Все перемещения рабочих органов автомата, в процессе которых не
производится обработка детали, называются холостыми ходами.
Рабочие органы станков-автоматов могут быть разбиты на две группы:
основные и вспомогательные. Основные рабочие органы
совершают как рабочие, так и холостые ходы, вспомогательные — только
холостые.
К вспомогательным рабочим органам относятся устройства для по-
дачи заготовки, зажимные приспособления для закрепления заготовки
на станке, устройства для снятия обрабатываемой детали и др.
Заготовки, обрабатываемые на станках-автоматах, могут быть под-
разделены на две группы: непрерывные заготовки и штуч-
ные заготовки.
а) /
Рис. 1.59. Компоновки прутковых автоматов
Непрерывными заготовками являются: прутки различного профиля;
проволока, катанка, лента, свернутые в бухту. При использовании непре-
рывной заготовки конец ее вводится в рабочую зону станка. В процессе
автоматического осуществления движений рабочих органов станка концу
заготовки придается форма готовой детали, которая вслед затем отрезается
от непрерывной заготовки, а заготовка получает необходимое перемеще-
ние для ввода в рабочую зону следующего участка, который подвергается
обработке.
Возможен также другой вариант получения детали из непрерывной
заготовки. Конец непрерывной заготовки вводится в рабочую зону станка
и от него отрезается штучная заготовка, которая и подвергается соответ-
ствующей обработке.
При непрерывной заготовке механизм подачи должен осуществлять
периодическое перемещение заготовки для ввода ее конца в рабочую зону.
Компоновка станков-автоматов, предназначенных для изготовления
деталей из непрерывной заготовки, имеет некоторые специфические осо-
бенности [128].
Непрерывная заготовка широко применяется на токарных автоматах
различного типа. При использовании в качестве непрерывной заготовки
прутка последний в процессе обработки получает главное вращательное
движение. Пруток пропускается через полый шпиндель станка, а его
конец выступает наружу (рис. 1.59).
Наиболее широко распространены компоновки с горизонтальным рас-
положением шпинделя. У одношпиндельных автоматов пруток распола-
90
гается в неподвижной трубе 1 (рис. 1.59, а), у многошпиндельных, много-
позиционных автоматов трубы 1 (рис. 1.59,6) связаны с поворотным бара-
баном и при повороте барабана перемещаются вместе с ним. Одношпин-
дельные автоматы имеют несколько радиально перемещающихся суппор-
тов, из них два поперечных и один вертикальный (или два наклонных)
и продольный суппорт с револьверной головкой или без нее.
Характерную компоновку имеет токарный автомат продольного точе-
ния (рис. 1.60). Обрабатываемый пруток получает движение подачи, пере-
мещаясь в продольном направлении вместе со шпиндельной бабкой 7.
Конец прутка проходит через люнетную втулку 9 стойки 4. На стойке рас-
Рис. 1.60. Компоновка токарного пруткового автомата продольного
точения
положен качающийся балансир 1 с двумя суппортами 2 и 6 и два радиаль-
ных суппорта 3 и 5. Поворотом балансира производится радиальное пере-
мещение резцов суппортов 2 и 6. Устанавливая тот или иной резец одного
из радиальных суппортов в заданное положение и подавая пруток в про-
дольном направлении, производят обточку соответствующего участка
поверхности. Так как резец работает все время около люнета, то исклю-
чается влияние переменности вылета на деформации детали и точность
обработки. Вместе с тем повышается жесткость системы. Отмеченные
особенности процесса обеспечивают полу-
чение весьма высокой точности обработки
на станке.
На станке имеется также одно- или
трехшпиндельная бабка 8 для сверления
и нарезания резьбы.
Горизонтальная компоновка удобнее
для загрузки прутков. При наклонной
или вертикальной компоновке (рис. 1.59, в
1 2	3
Рис. 1.61. Компоновка автомата
для обработки деталей из бунта
и г) автомат занимает меньшую площадь, однако загрузка прутков услож-
няется и в ряде случаев для загрузки приходится устраивать специаль-
ную эстакаду.
При бунтовой заготовке бунт проволоки или катанки помещается
на свободно вращающейся катушке 1 (рис. 1.61). Материал 2, разматывае-
мый с катушки с помощью подающего устройства, проходит через пра-
вйльный аппарат 3. Выправленный материал подается через полый шпин-
дель в рабочую зону. Так как обрабатываемый материал остается в про-
цессе обработки неподвижным, то резцы устанавливаются на радиально
перемещающихся суппортах вращающейся планшайбы и обработка в боль-
шинстве случаев производится по методу копирования режущей кромки
инструмента. Технологические возможности подобных станков ограничены,
эти станки применяются для обработки сравнительно несложных деталей.
91
В последнее время появились автоматы для изготовления деталей из
бунта, на которых заготовка в процессе обработки получает продольное
перемещение, а резцы — радиальное, чем обеспечивается возможность
изготовления деталей сложной конфигурации. На подобных автоматах
достигается также высокая точность обработки.
Если от непрерывной заготовки предварительно отрезается штучная
заготовка, то станки, работающие по этому принципу, в большинстве
случаев являются многопозиционными. В одной позиции отрезанная заго-
товка поступает в зажимное приспособление многопозиционного стола,
а в других осуществляется обработка; при этом в процессе обработки
могут быть выполнены различные операции: фрезерование, сверление,
нарезание резьбы и др. Станки такого типа используются для обработки
некрупных деталей в приборостроении.
В качестве штучных используются литые, штампованные и предвари-
тельно механически обработанные заготовки. Для подачи штучных заго-
товок применяются автоматические загрузочные устройства.
Автоматическое загрузочное устройство состоит из накопителя
заготовок и автооператора. В накопителе размещается
запас заготовок, необходимый для работы станка в течение определенного
периода времени. Накопитель обеспечивает правильную ориентацию и
поштучную выдачу заготовок. Автооператор должен получить заготовку
из накопителя, перенести ее к зажимному приспособлению и установить
в последнем. В зависимости от местоположения накопителя, конфигура-
ции заготовок, конструкции зажимного приспособления автооператор
совершает однокоординатные или многокоординатные перемещения.
Автоматические загрузочные устройства могут быть использованы для
загрузки металлорежущих станков, имеющих любую из рассмотренных
выше компоновок: токарных, сверлильных, фрезерных, шлифовальных,
протяжных, многопозиционных станков, станков непрерывного действия
и др., при этом компоновка самих станков может остаться без изменений.
В ряде случаев в целях удобства загрузки применяется компоновка,
отличная от обычной.
Рабочие органы станка-автомата получают движение от управляемых
или циклически работающих приводов. Управляемые приводы основных
рабочих органов должны обеспечивать возможность настройки одной или
нескольких автоматически сменяемых подач, включения рабочих и бы-
стрых ходов в обоих направлениях, выключения рабочих и быстрых ходов.
Управляемые приводы вспомогательных рабочих органов должны
обеспечивать возможность включения и выключения быстрых ходов
в обоих направлениях.
Необходимая последовательность перемещений рабочих органов с за-
данной скоростью и в пределах заданной длины ходов достигается либо
благодаря соответствующей структуре циклически работающего привода,
либо благодаря системе управления, которая подает сигналы управления
механизмам переключения управляемых приводов рабочих органов.
Совокупность всех перемещений рабочих органов станка, которые
осуществляются автоматически в определенной последовательности с за-
данной скоростью в пределах установленной длины ходов за период обра-
ботки одной заготовки, называется автоматическим циклом работы
станка.
Если при автоматическом цикле работы станка установка заготовки
и снятие обработанной детали производится вручную, то станок является
полуавтоматом.
Автоматический цикл работы автомата складывается из автоматиче-
ских циклов отдельных рабочих органов, которые могут быть одно-
92
Есщи Быстро 6перед
РаБочая подача
УЛ'^'Л быстро назад
।____। Выстой
Рис. 1.62. Виды циклограмм
и многокоординатными. Последние, в свою очередь, складываются
из однокоординатных циклов перемещений отдельных подвижных эле-
ментов.
Автоматические циклы изображают графически с помощью циклограмм.
Различные формы циклограмм однокоординатных циклов представлены
на рис. 1.62. На плоских циклограммах (рис. 1.62, а и б) по оси t отклады-
вается время, затрачиваемое на осуществление отдельных элементов
цикла, либо в абсолютных величинах, либо в процентах к общей длитель-
ности цикла. Для представления на циклограмме каждого из элементов
цикла используется то или иное условное обозначение. На циклограмме,
изображенной на рис. 1.62, а, быстрому холостому перемещению соответ-
ствуют крутые наклонные линии, а рабочему — пологие наклонные
линии. При этом величина подъема не отражает величины хода рабочего
органа. На циклограммах, представленных на рис. 1.62, б и в, характер
перемещения, соответствующий тому
или иному элементу цикла, изобра-
жается штриховкой различного вида.
На круговых циклограммах откла-
дывается время в процентах от общей
длительности цикла, при этом 100%
соответствуют углу 360 ’.
Наибольшей наглядностью обла-
дают циклограммы, имеющие форму,
изображенную на рис. 1.62, а.
Ряд циклограмм характерных
одиокоординатных циклов предста-
влен на рис. 1.63 и 1.64. Простей-
ший однокоординатный цикл складывается из рабочего хода вперед и
быстрого хода назад (рис. 1.63, а, циклограмма 1). Чаще используется
вариант, представленный на циклограмме 2, который складывается из
быстрого хода вперед, рабочей подачи и быстрого хода назад. В этом слу-
чае по окончании обработки обеспечивается отвод режущего инструмента
от обработанной детали, чем достигается удобство загрузки заготовки.
В ряде случаев, например, при последовательной черновой и чистовой
обработке (рис. 1.63, б) двумя инструментами в процессе осуществления
автоматического цикла происходит изменение подачи. Для некоторых
видов работ — подрезки торцов пластинами (рис. 1.63, в), шлифования —
характерна остановка в конце рабочего хода. При подрезке торцов оста-
новка необходима для зачистки, при шлифовании —для осуществления
так называемого выхаживания.
При обработке прерывистых поверхностей (рис. 1.64, а) рабочий ход
чередуется с быстрым движением вперед. Такой цикл часто называется
скачкообразным.
Характерна структура так называемого маятникового цикла
(рис. 1.64, б). При рабочем ходе вправо обрабатывается деталь 2. Во время
обработки детали 2 снимается обработанная деталь / и на ее место уста-
навливается заготовка. По окончании обработки детали 2 происходит
быстрый ход влево до сближения инструмента с заготовкой 1, после чего
включается рабочий ход влево. В это время снимается обработанная
деталь 2 и на ее место устанавливается заготовка. По окончании обработки
детали 1 происходит быстрый ход вправо до сближения инструмента
с заготовкой 2 и т. д. Подобный цикл позволяет совместить время установки
заготовки и снятия обработанной детали со временем резания.
При некоторых видах работ однокоординатный цикл многократно
повторяется. Повторяющийся однокоординатный
93
цикл с постоянной длиной хода применяется при выполнении различного
рода делительных работ: при фрезеровании зубьев (рис. 1.64, в), при
сверлении отверстий в дисках, барабанах, при равных интервалах между
осями и т. п. Повторяющийся однокоординатный цикл с переменной длиной
хода используется на станках с револьверной головкой (рис. 1.64, г).
Длина хода и скорость перемещения при каждом положении револьверной
головки определяются характером выполняемой операции.
Рис. L63. Циклограммы однокоординатных циклов
Для выполнения ряда операций необходимо применение многокоорди-
натных автоматических циклов рабочих органов. Например, при высоких
требованиях к качеству обработанной поверхности инструмент при обрат-
ном ходе не должен касаться обработанной поверхности. В этом случае
автоматический цикл складывается из следующих элементов (рис. I. 65, а).
В начале цикла (циклограмма 1) происходит быстрое перемещение рабочего
органа в направлении оси Y, затем — быстрый продольный ход, по окон-
чании которого включается рабочая подача. По окончании рабочего хода
происходит быстрое обратное перемещение рабочего органа в направле-
нии оси Y, что обеспечивает образование необходимого зазора между
94
обработанной поверхностью и режущим инструментом, после чего вклю-
чается быстрый ход в направлении оси X.
Аналогичный многокоординатный цикл используется для обработки
в два прохода (циклограмма 2); перемещение у2 при втором проходе
больше перемещения уу при первом проходе.
Как уже указывалось выше, автоматический цикл станка склады-
вается из автоматических циклов отдельных рабочих органов. Например,
Рис. 1.64. Циклограммы одиокоордиватных циклов
автоматический цикл станка, имеющего два рабочих органа, может быть
представлен циклограммой, приведенной на рис. 1.65, б. В интервале 0—1
автооператор подает заготовку в зажимное приспособление. На этапе 1—2
осуществляется зажим заготовки, после чего автооператор возвращается
в исходное положение (этап 2—3). На этапе 3—4 происходит работа пер-
вого рабочего органа, а на этапе 4—5 — работа второго рабочего органа.
По окончании обработки зажимное приспособление освобождает деталь
(этап 5—6). Автоматический цикл работы обоих рабочих органов является
однокоординатным.
Автоматическое загрузочное устройство, работа которого представлена
на рассмотренной циклограмме, имеет простой однокоординатный цикл
95
движений автооператора. На практике приходится сталкиваться со зна-
чительно более сложными циклами работы загрузочных устройств.
Однокоординатные циклы перемещений рабочих органов могут быть
получены при сравнительно несложной конструкции привода и системы
автоматического управления; при многокоординатных циклах привод
и система управления значительно усложняются. Поэтому большинство
рабочих органов станков-автоматов и полуавтоматов имеет однокоорди-
натный цикл движений. Однако при однокоординатных циклах движений
резко сужаются технологические возможности при выполнении каждого
перехода. Каждый из инструментов, как правило, может обработать
только одну поверхность и при этом в один проход. Исключение
составляет обработка последовательно движущимися инструментами
(рис. 1.63, б), но ее применение весьма ограничено.
Рис. 1.65. Циклограммы двухкоордииаткы.х циклов и цикла работы станка
Всего один рабочий орган с однокоординатиым автоматическим циклом
движений имеют универсальные и специальные продольнофрезерные и
консольнофрезерные станки, у которых автоматические движения сооб-
щаются только продольному столу, вертикальносверлильные, специальные
и агрегатные сверлильные и расточные станки, алмазнорасточные станки
и др.
Для выполнения более сложных операций станок-автомат или полу-
автомат должен иметь несколько соответствующим образом расположен-
ных подвижных рабочих органов. В этом случае используются рассмотрен-
ные выше компоновки станков для многосторонней обработки: многорез-
цовых токарных и многошпнндельных. Несколько подвижных рабочих
органов с однокоординатным циклом имеют также горизонтальные и верти-
кальные протяжные полуавтоматы и автоматы.
Многокоординатные циклы с многократным ограничением установоч-
ных перемещений и рабочих ходов нашли широкое применение в связи
с появлением систем программно-путевого и цифрового программного
управления на станках, предназначенных для автоматизации процессов
обработки в условиях мелкосерийного производства.
Автоматизированные на основе этих систем токарные, револьверные,
карусельные, фрезерные, горизонтально- и координатнорасточные станки
имеют обычную, рассмотренную выше компоновку.
Вместе с тем внедрение систем цифрового и программно-путевого
управления вызвало появление новых компоновок станков, обладающих
более широкими технологическими возможностями. К этим станкам отно-
сятся токарные, фрезерные и сверлильные станки, оснащенные револьвер-
ными головками, рассмотренные в предыдущем параграфе.
96
С другой стороны, внедрение систем цифрового программного управ-
ления привело к развитию методов автоматической смены инструментов,
которые позволяют значительно расширить технологические возможности
автоматизированных станков, имеющих обычную компоновку. Автомати-
ческая смена инструментов наиболее широко применяется на консольно-
фрезерных, на одностоечных вертикальнофрезерпых и горизонтально-
расточных станках.
Следует отметить, что как на автоматах, так и на полуавтоматах в ряде
случаев в процессе обработки осуществляется автоматическое кантование
детали. Для кантования детали могут быть использованы поворотные
рабочие органы (см. поворотный стол 18 рис. 1.49) или автооператоры.
В последнем случае после окончания обработки детали с одной стороны
она автоматически передается из зажимного приспособления в автоопе-
ратор, который поворачивает ее и вновь передает в зажимное приспособле-
ние. Автоматическое кантование значительно расширяет технологические
возможности станка.
Заканчивая рассмотрение компоновок и основных движений автоматов
и полуавтоматов, заметим, что станки для непрерывной обработки по суще-
ству являются полуавтоматами. При использовании автоматических загру-
зочных устройств они превращаются в автоматы.
Автоматические линии
Возможности концентрации операций и переходов на современных
станках-автоматах, предназначенных для работы в условиях крупносе-
рийного и массового производства, сравнительно ограничены. Даже обла-
дающие наибольшими технологическими возможностями многопозицион-
иые станки с числом позиций, в отдельных случаях превышающим 20,
позволяют выполнять с одной установки ограниченное число операций и
переходов. Вместе с тем выполнение некоторых операций на многопози-
ционных станках вызывает значительные, нередко непреодолимые трудно-
сти, например обработка в центрах валиков, шлифование, зубонарезание
и др.
При больших -размерах обрабатываемых деталей размеры многопози-
ционных станков с большим числом позиций становятся практически
неп р иемлемыми.
Стремление к автоматизации комплекса различных технологических
операций привело к появлению автоматических линий и комплексных
автоматизированных производств, в том числе целых автоматических
заводов [16].
Автоматическая линия состоит из ряда последовательно установленных
станков и машин-автоматов, в некоторых случаях многопозиционных, свя-
занных общей транспортной системой, автоматически перемещающей обра-
батываемые детали от станка к станку.
В соответствии с характером движения обрабатываемых деталей от
станка к станку автоматические линии могут быть разбиты на две группы:
линии со сквозной трассой и линии с ветвящейся трассой транспортирова-
ния деталей.
При сквозной трассе транспортирования
(рис. 1.66, а, б ив) деталь, прежде чем попасть на последующий станок,
обязательно должна пройти через рабочую зону предыдущего станка.
При этих условиях время обработки на линии определяется временем
наиболее длительной, лимитирующей операции, из-за чего все станки
автоматической линии, время обработки на которых меньше времени лими-
тирующей операции, должны простаивать в ожидании окончания этой
4
И. М. Кучер 417
97
операции. С целью устранения указанного недостатка технологический
процесс строится таким образом, чтобы время обработки на различных
станках было по возможности одинаковым, что практически не всегда осу-
ществимо.
При ветвящейся трассе транспортирования
(рис. 1.66, гид) деталь может быть направлена с помощью распределитель-
ных устройств транспортирующей системы к тому или иному станку, ми-
нуя рабочую зону предыдущего станка. При этих условиях для выполне-
ния одной или нескольких операций с большой длительностью времени
обработки можно использовать несколько станков. Детали, поступающие
от предыдущего, более производительного станка, направляются в опре-
98
деленной последовательности к одному из группы одинаковых станков,
выполняющих более длительную операцию.
Остановка одного из станков автоматической линии как со сквозной,
так и с ветвящейся трассой по той или иной причине (поломка режущего
инструмента, отказ тех или иных механизмов станка или системы автома-
тического управления) вызывает простой всей линии. С увеличением
числа станков в линии возрастает вероятность простоев, что резко снижает
производительность линии. С целью уменьшения времени простоев авто-
матические линии при большом числе станков разбивают на ряд секций,
между которыми устанавливают промежуточные накопители. При оста-
новке одной из секций детали, обрабатываемые на предыдущей секции,
поступают в накопитель, установленный в начале остановившейся секции,
а последующая секция питается за счет запаса деталей, имеющихся в нако-
пителе, установленном в конце остановившейся секции.
Методы транспортирования деталей на автоматических линиях весьма
многообразны и зависят от размеров и конфигурации обрабатываемых
деталей, от конструкции станков, из которых комплектуется автоматиче-
ская линия, и ряда других факторов.
При сквозной трассе транспортирования значительное распростране-
ние находит сквозной транспортер (рис. 1.66, а). Сквозной транспортер 1
проходит через рабочие зоны всех станков 2—5 автоматической линии.
В процессе транспортирования транспортер непосредственно вводит деталь
в приспособление и снимает ее с приспособления. Такая форма транспор-
тера в конструктивном отношении является наиболее простой, однако
она применима только в тех случаях, когда возможно размещение транс-
портера в рабочей зоне станка. Вместе с тем обрабатываемая деталь
должна иметь такую конфигурацию, которая обеспечивала бы ей вполне
устойчивое положение в процессе транспортирования, а базовые поверхно-
сти детали должны надежно фиксировать ее положение в приспособлении.
В ряде случаев для обработки на автоматической линии деталей, не
удовлетворяющих указанным требованиям, применяют приспособ-
ления-спутники. Деталь до поступления на транспортер закреп-
ляется в зажимном приспособлении, вместе с которым она перемещается
от станка к станку. По окончании обработки приспособление-спутник
освобождается от обрабатываемой детали и возвращается к месту за-
грузки.
Рассмотренная форма транспортера находит наибольшее применение
на линиях, скомпонованных из агрегатных станков, так как при этом легко
обеспечивается проход транспортера через рабочую зону. Линии этого типа
преимущественно используются для обработки крупных литых деталей,
которые непосредственно транспортируются сквозным транспортером,
либо для обработки литых и штампованных деталей, которые транспорти-
руются вместе с приспособлением-спутником. Движение сквозного транс-
портера может начаться только после окончания работы всех станков.
Вместо сквозного транспортера могут быть использованы индивидуаль-
ные межстаночные транспортеры (рис. 1.66, б), допускающие различные
схемы транспортирования деталей. Индивидуальный транспортер 1 подает
заготовку к первому рабочему месту, где автооператор 2 передает ее в за-
жимное приспособление станка. От первого рабочего места полуфабрикат
поступает по транспортирующему устройству 3 в накопитель 4, откуда
транспортер 5 передает полуфабрикат ко второму рабочему месту и т. д.
В ряде случаев загрузка может осуществляться без помощи автоопе-
ратора. Тогда индивидуальный транспортер 6 подает заготовку непосред-
ственно к зажимному приспособлению или в рабочую зону станка (напри-
мер, бесцентровошлифовального станка), а ко второму рабочему месту
99
деталь непосредственно передается транспортером 7. Установка межста-
ночных накопителей также не является во всех случаях необходимой.
Подобная система транспортирования преимущественно применяется
при обработке сравнительно небольших по размерам деталей относительно
простой конфигурации.
Одной из модификаций сквозного транспортера является транспортер
с транспортирующими автооператорами (рис. 1.66, в). Транспортирующие
автооператоры 1 связаны со сквозным транспортером 2. В начале цикла
транспортирования автооператоры опускаются вниз, первый автооператор
забирает заготовку, находящуюся на загрузочной позиции, а остальные —
полуфабрикат, находящийся на рабочих местах. Вслед затем зажимные
приспособления освобождаются и автооператоры перемещаются верти-
кально вверх, после чего транспортер 2 перемещает все автооператоры
вправо. В новом положении автооператоры, опускаясь вниз, подают заго-
товку и полуфабрикат в зажимные приспособления. Последний автоопера-
тор выдает готовую деталь в приемник. После зажима заготовки и полу-
фабриката автооператоры вновь поднимаются и вместе с транспортером 2
возвращаются в исходное положение.
Для передачи заготовки и полуфабрикатов могут быть использованы
межстаночные, например качающиеся, транспортирующие автооператоры,
не связанные с общим транспортером, работа которых синхронизирована.
Транспортирующие автооператоры особенно удобны для перемещения
заготовок типа ступенчатых валов, так как при этом легко обеспечивается
правильное положение заготовки относительно линии центров.
При ветвящейся трассе транспортирования деталь перемещается по
общему транспортеру 1 (рис. 1.66, г), имеющему ряд ответвлений 2. Распре-
делительное устройство либо пропускает деталь по общему транспортеру,
либо направляет ее в соответствующее ответвление. По ответвлению 2 де-
таль поступает в накопитель 3 и далее подается автооператором 4 в зажим-
ное приспособление станка. После обработки деталь подается элеватором 5
на главный транспортер 1.
При использовании двух одинаковых станков 6 и 8, выполняющих
одну и ту же операцию, распределительное устройство направляет полу-
фабрикат к накопителю либо одного, либо другого станка в зависимости от
степени их заполнения. После обработки полуфабрикат поступает по транс-
портерам 7 и 9 к элеватору 10, который подает его на главный транспор-
тер 1.
При ветвящейся трассе транспортирования может быть также исполь-
зован общий транспортер 1 (рис. 1.66, д), с которого обрабатываемые
детали непосредственно передаются автооператорами 2 в зажимные при-
способления станков. Не рассматривая этот вопрос более подробно
(см. гл. VI, раздел четвертый), заметим, что данная форма транспортера
также позволяет производить загрузку параллельно работающих стан-
ков, выполняющих одинаковые операции.
Специфические методы транспортирования применяют на автоматиче-
ских линиях, состоящих из роторных станков и называемых ротор-
ными автоматическими линиями. Так как вращение
роторов станков 6 и 10 (рис. 1.66, е) происходит непрерывно (см. стр. 87),
то транспортные роторы 4 также находятся в непрерывном вращении.
Заготовки 2 поступают из накопителя 1 в автооператор 3 ротора. При сов-
мещении автооператора с гнездом 5 станка 6 заготовка передается в зажим-
ное приспособление станка. По мере поворота ротора станка 6 происходит
обработка заготовки. В положении/ полуфабрикат передается автооперато-
ру 8 второго транспортного ротора, который по мере поворота переносит его
в положение 9 и передает зажимному приспособлению станка 10 и т. д.
100
Разность в длительности отдельных операций компенсируется измене-
нием числа рабочих позиций роторных станков.
Роторные линии могут давать весьма высокую производительность.
Однако использование роторных линий для выполнения более или менее
сложных технологических операций обработки резанием представляет
значительные трудности: поскольку каждый из роторных станков может
выполнять сравнительно простые операции, то число станков в линии
должно значительно возрасти. Вместе с тем роторные станки для обработки
крупных деталей приобрета-
ют практически неприемле
мые габариты.
Следует заметить, что на
различных участках линии
могут быть использованы раз-
личные виды транспортеров,
в наибольшей мере удовлет-
воряющие конструкции стан-
ков и выбранной трассе тран-
спортирования.
Компоновки автоматиче-
ских линий отличаются боль-
шим многообразием, поэтому
ограничимся рассмотрением
нескольких характерных при-
меров.
Значительное распростра-
нение получили линии, ском-
понованные из агрегатных
станков, которые, как ука-
зывалось выше, широко при-
меняют для обработки литых
корпусных деталей 2 (рис.
1.67, а) в автотракторострое-
нии. Вдоль трассы сквозного
транспортера 1 расположены
многосторонние агрегатные
станки, скомпонованные из
агрегатных узлов.
Число и расположение головок <3 каждого агрегатного станка, входя-
щего в линию, так же как число и расположение шпинделей каждой агре-
гатной головки, определяется характером производимой операции. Могут
быть использованы сверлильные, расточные, резьбонарезные, фрезерные
головки, с помощью которых производится обработка детали с разных
сторон. На линии можно установить кантователь для поворота детали, что
позволяет обработать деталь также и с тех сторон, которые были недо-
ступны при первоначальной’ установке.
На современных автоматических линиях этого типа используется
до 1000 одновременно работающих режущих инструментов.
При транспортировании обрабатываемых деталей вместе с приспособ-
лениями-спутниками для возврата спутников используются специальные
транспортеры. Эти транспортеры могут располагаться над линией станков,
ниже основного транспортера или параллельно линии станков. Нижнее
расположение транспортера возврата не всегда удобно, так как возможно
его засорение стружкой, вместе с тем эта зона используется для стружеч-
ных транспортеров.
101
При верхнем расположении транспортера для возврата спутников (рис.
1.67, б) они поднимаются подъемником 3 до уровня эстакады 2, по которой
перемещаются к подъемнику 1, опускающему спутник на уровень загрузки.
Недостатком бокового расположения транспортера для возврата спут-
ников является увеличение площади, занимаемой линией.
Необходимость в специальном транспорте для возврата спутников
устраняется при П-образной компоновке линии, однако при этом услож-
няется конструкция основного транспортера, который должен состоять из
трех частей.
В тех случаях, когда время обработки на линии достаточно велико,
спутник возвращается к месту загрузки вместе с обработанной деталью
и один рабочий снимает обработанную деталь и устанавливает заготовку.
В ином случае обработанную деталь снимает второй рабочий на конце ли-
нии, и спутник возвращается без детали.
С целью уменьшения числа спутников скорость их возврата может зна-
чительно превышать скорость рабочего транспортера.
Индивидуальные межстаночные транспортеры и накопители исполь-
зуются, как это указывалось выше, преимущественно при обработке мел-
ких деталей. По такой схеме скомпонована из автоматизированных стан-
ков наличного парка оборудования линия для обработки втулок, предста-
вленная на рис. 1.68, а. Полые заготовки втулок помещаются в спиральном
лотке-накопителе 1, откуда они под действием силы тяжести поступают
к элеватору (подъемнику) 2. От элеватора заготовки под действием силы
тяжести следуют по наклонному лотку к накопителю 3 многорезцового
автомата 5. Подача заготовок от накопителя и передача полуфабриката
в лоток осуществляется автооператором 4. Полуфабрикат, движущийся
по лотку под действием силы тяжести, поднимается элеватором 6 и направ-
ляется к автооператору 7, подающему полуфабрикат к зажимному приспо-
соблению автоматизированного вертикальносверлильного станка 8, где
производится предварительная обработка отверстия. Аналогичным обра-
зом полуфабрикат транспортируется к вертикальносверлильному станку 9,
где производится окончательная обработка отверстия, и к автомату 10 для
закалки токами высокой частоты. Транспортно-загрузочные устройства
многорезцового автомата 11 аналогичны таким же устройствам автомата 5.
Готовая деталь поступает в сборник 12.
Схема линии с транспортирующими автооператорами представлена
на рис. 1.68, б. Линия предназначена для обработки валов. На токарных
станках 3 и 5 производится обтачивание двух концов вала,.а на шлифо-
вальных 7 и 9 — шлифование двух шеек. Автооператор 1 забирает заго-
товку из накопителя 2, автооператоры 4, 6, 8 и 10 — с соответствующих
станков. При продольном перемещении автооператоров происходит транс-
портирование деталей. Автооператоры 4 и 8 в процессе продольного пере-
мещения поворачиваются вокруг оси и кантуют деталь.
При рассмотренной компоновке для транспортирующих механизмов
не требуется дополнительной площади, конструкция механизмов сравни-
тельно проста.
Следует заметить, что транспортные и технологические операции про-
текают на линии последовательно. При транспортировании деталь пере-
мещается на значительное расстояние, на что затрачивается сравнительно
большое время. Это время входит в состав времени обработки на линии,
в результате чего производительность линии снижается, что является
существенным недостатком данной компоновки.
При компоновке с фронтальным расположением станков и верхним
расположением транспортера (рис. 1.69) транспортные механизмы также
не занимают дополнительной площади.
102
Рис. 1.68. Схемы компоновок
автоматических линий со сквоз-
ной трассой транспортирования:
а — с индивидуальными межста-
ночными транспортерами; б —
с транспортирующими автоопе-
раторами
£
Рис, 1.69, Схема компоновки автоматической линии со сквозной трассой транспортирования, расположенной над станками, и авто-
операторами, передающими деталь с транспортера на рабочее место
Рис. 1.70. Схема компоновки авто-
матической линии со сквозной трас-
сой транспортирования, межстаноч-
ными транспортерами-накопителя-
ми и автооператорами, передающи-
ми деталь с транспортера на рабо-
чее место
Из магазина 10, расположенного позади станка перпендикулярно
к линии центров, заготовка подается автооператором 9 к станку 7. По
окончании обработки вертикальный оператор 8 поднимает деталь на уро-
вень лотка 3. По лотку деталь транспортируется штангой 5 с захватами 4,
совершающей возвратно-поступательное движение. Двигаясь по направле-
нию к станку 1, деталь попадает в кантователь 6, который, поворачиваясь
вокруг вертикальной оси, поворачивает деталь на 180°. Перемещаясь
дальше, деталь попадает к вертикально перемещающемуся автооператору 2.
По окончании операции, выполняемой на втором станке 1, автоопера-
тор 2 опускается, захватывает обработанную деталь и поднимает ее на
уровень лотка. Транспортер 5, переме-
щаясь влево, проталкивает обработанную
деталь дальше и подает на ее место деталь,
поступившую от станка 7. Автооператор 2
подает вновь поступившую деталь на ста-
нок 1, где она и подвергается дальнейшей
обработке.
Как видно, последовательно с обработ-
кой происходит транспортирование детали
только на небольшую величину, равную
длине обрабатываемой детали, что приво-
дит к сокращению времени, затрачиваемого
на транспортирование, а соответственно и
общего времени обработки.
Для создания заделов при рассмотрен-
ных компоновках необходимо вводить в со-
став линии специальные промежуточные
накопители. При использовании транспор-
теров-накопителей промежуточные заделы
могут быть созданы между каждой парой
смежных станков. Автоматическая линия
с промежуточными транспортерами-нако-
пителями (рис. 1.70) разработана ЭНИМСом
для обработки шпилек для дизелей. Транс-
портеры 1, 3 и т. д. располагаются параллельно линии станков и раз-
мещаются между каждой парой смежных станков. Между транспортерами
помещается поворотный автооператор 2 с двумя захватами 4 и 5 [48].
Детали 6 перемещаются транспортером (см. стр. 682) к автооператору.
Захват 4 перемещается в направлении оси X, а захват 5 — в направлении
оси Y. Захват 4 берет деталь, лежащую на транспортере 1, а захват 5 —
деталь, обработанную на станке. Затем захваты автооператора возвра-
щаются вместе с деталями в исходное положение и автооператор поворачи -
вается на 90°. Захваты вновь выдвигаются, и деталь, поступившая с транс-
портера 1, устанавливается на станок, а деталь, снятая со станка, посту-
пает на транспортер 3.
Кантование детали может производиться поворотом захвата в провес се
поворота автооператора.
Конструкция транспортера-накопителя обеспечивает быстрое прод ви-
жение детали к зоне выдачи или, как говорят, «дожатие» деталей, что н еоб-
ходимо для устранения перерыва в процессе питания второго станка при
возобновлении работы первого станка после остановки.
Транспортно-загрузочные устройства при данной компоновке сложнее,
чем при предыдущей, и занимают дополнительную площадь, , затруднен
также доступ к станкам. Однако существенным достоинством является
наличие транспортеров-накопителей у каждого станка, что обеспечивает
105
возможность подналадки или небольшого ремонта любого станка без
остановки всей линии.
Промежуточные транспортеры-накопители между каждой парой смеж-
ных станков применяются также при поперечном расположении станков
(рис. 1.71). Транспортеры-накопители 1 и 7 располагаются у переднего
торца станков. Для передачи деталей к станку используются двухзахват-
ные транспортирующие автооператоры 4, перемещающиеся по траверсе 5.
Захват 2 берет с транспортера заготовку и, двигаясь по траверсе 5, пере-
носит ее в рабочую зону станка. Здесь захват 3 снимает со станка 6 обрабо-
танную деталь, а захват 2 устанавливает деталь, подлежащую обработке,
после чего автооператор возвращается в исходное положение, в котором
захват 3 кладет деталь на транспортер 7. В промежутке между станками
6 и 9 может быть установлен кантователь 8, который, подымаясь вверх,
снимает деталь с транспортера, поворачивает ее на 180° и вновь опускает
на транспортер.
Рис. 1.71. Схема компоновки автоматической линии с двухкоординатным транспор-
тированием деталей, с транспортирующими автооператорами и межстаночными транс-
портерами-накопителями
При данной компоновке имеет место дальнейшее усложнение конструк-
ции транспортно-загрузочных устройств. Единственным ее преимуществом
является улучшение доступа к станку при наладке и ремонте.
Транспортеры-накопители используются также при разветвленной
трассе транспортирования. Транспортер-накопитель с циркулирующим
потоком деталей (рис. 1.72) широко используется на различных автомати-
ческих линиях, спроектированных ЭНИМСом для шарикоподшипниковой
промышленности.
Детали 2, подлежащие обработке, поступают по лотку 1 либо из пита-
ющего накопителя, либо от предыдущего станка. Запас деталей 2 цирку-
лирует по замкнутой траектории в канале горизонтального лотка. От гори-
зонтального лотка ответвляются вертикальные лотки 3 и 5, по которым де-
тали поступают к станкам, в данном конкретном случае к многошпиндель-
ным автоматам 4 и 6. Если тот или иной из вертикальных лотков не запол-
нен, то при прохождении деталей 2 мимо этого свободного лотка они про-
валиваются в лоток, в ином случае детали проходят мимо лотка, перекры-
того заслонкой. Таким образом весьма просто обеспечивается разветвление
потока деталей.
Детали, поступившие по вертикальным лоткам, подаются в зажимное
приспособление шпинделя станка автооператором (см. стр. 668), который
также снимает обработанную деталь и сбрасывает ее в соответствующий
лоток 9 или 10, по которым детали поступают к отводящему транспортеру 8,
имеющему такую же конструкцию, как питающий транспортер-накопитель.
Детали, поступившие к транспортеру 8, поднимаются элеватором 7
(см. стр. 681) и подаются к следующей секции питающего транспортера.
106
Системы с ветвящейся трассой транспортирования и непосредственной
передачей деталей с транспортера на рабочее место с помощью автоопе-
раторов используются на типовых переналаживаемых линиях ЭНИМСа
для групповой обработки валов и зубчатых колес.
Схема компоновки линии для обработки вала представлена на
рис. 1.73, а. Заготовки поступают из накопителя 1. Транспортирование
заготовок осуществляется с помощью штанги 2, проходящей вдоль всей
линии станков. При возвратно-поступательном движении штанги собачки 3
захватывают заготовки, находящиеся в желобах 4, и перемещают их вдоль
линии станков.
Линия состоит из следующих станков: 6 — для фрезерования торцов
заготовок, 9 — центровальный, 11 — токарный гидрокопировальный
Рис. 1.72. Схема компоновки автоматической линии с разветвлен-
ной трассой транспортирования и общим транспортером-накопи-
телем
для обработки первого конца вала, 13 — токарный гидрокопировальный
для обработки второго конца вала, 14 — круглошлифовальный. Все
станки оборудованы двухзахватными автооператорами; один из захватов
служит для снятия обработанной детали, второй — для установки, что
приводит к сокращению времени загрузки и повышению производитель-
ности линии. Заготовка поступает по наклонному желобу 4 к нижнему
захвату автооператора 7; верхний захват автооператора 7 снимает обрабо-
танную заготовку, которая с помощью транспортирующей штанги 2 пере-
мещается в желоб 8.
Торцефрезерный станок оборудован подвижными шпиндельными баб-
ками 5, перемещающимися в направлении, перпендикулярном оси обраба-
тываемого вала. Кроме того, шпиндельные бабки имеют установочное
перемещение в направлении оси вала.
Подвижные шпиндельные бабки центровального станка 9 получают
движение подачи в направлении оси вала. Подача и съем заготовки осуще-
ствляются автооператором 10.
На гидрокопировальных станках обработка ступенчатых поверхностей
осуществляется с помощью гидрокопировальных суппортов (см. стр. 481).
Для прорезки канавок каждый станок имеет второй суппорт, расположен-
ный снизу. Между гидрокопировальными токарными станками располо-
жен кантователь 12. Кантователь поворачивается вокруг вертикальной
оси, и заготовка, повернутая на 180°, поступает из кантователя на желоб
транспортера.
107
о
00
Рис. 1.73. Схемы компоновок линий с ветвящейся трассой транспортирования при непосредственной передаче заготовок автооперато-
ром с транспортера на рабочее место: а—для обработки валов; б — для обработки зубчатых колес
Врезной круглошлифовальный станок работает по методу копирования
режущей кромки инструмента.
Если в линии установлены параллельно работающие станки, то рас-
пределитель соединяет два соседних желоба, и заготовка, предназначен-
ная для обработки на втором станке, проходит из первого желоба непо-
средственно во второй желоб, минуя автооператор загрузки первого
станка.
Подобные схемы компоновки использованы в линиях для обработки
валов роторов электродвигателей, для обработки шлицевых валов. В ли-
нию, предназначенную для обработки шлицевых валов 13 наименований,
входит 11 станков: торцефрезерный, центровальный, три гидрокопироваль-
ных, четыре врезных круглошлифовальных и два шлицестрогальных.
Линия разбита на два участка, между которыми установлен промежуточ-
ный накопитель.
Конструктивное решение основных элементов линии обеспечивает
возможность быстрой переналадки линии. Все элементы транспортно-
загрузочной системы являются типовыми и могут быть использованы
при проектировании других автоматических линий аналогичного назна-
чения.
На рис. 1.73, б представлена часть линии для обработки одновенцовых
зубчатых колес десяти наименований. В линию входят вертикальные то-
карные полуавтоматы 9, 13 и 16, вертикальный протяжный станок 14,
два зубофрезерных станка 19, зубозакругляющий и шевинговальный
станки, не показанные на схеме.
Вертикальные токарные полуавтоматы оригинальной конструкции
имеют два суппорта 8, один из которых служит для многорезцовой обра-
ботки цилиндрических, а второй — торцовых поверхностей. В скалке 10
шпиндельной бабки устанавливают инструменты, предназначенные для
обработки отверстия.
На станке 9 производится обработка зажатой в патроне заготовки
с одной стороны и обработка отверстия, на станке 13 — обработка заго-
товки с другой стороны и получистовая обработка отверстия. На протяж-
ном станке 14 осуществляется протягивание отверстия и шлицев протяж-
кой 15. На токарном станке 16 заготовка проходит чистовую обработку на
оправке. Запрессовка детали на оправку производится скалкой 17.
Для фрезерования зубьев используются зубофрезерные станки ориги-
нальной конструкции с вертикальноподвижным столом для закрепления
заготовки.
Таким образом, автоматическая линия для обработки одновенцовых
зубчатых колес спроектирована на базе специально сконструированных
станков. Однако эти станки являются не специальными, а универсаль-
ными. Конструкция станков разработана с учетом удобства встраивания
в автоматические линии и возможности использования каждого станка
в отдельности в обычных производственных условиях.
Появление новых моделей станков, обладающих указанными особен-
ностями, создает благоприятные условия для широкого внедрения авто-
матических линий не только в массовом и крупносерийном производ-
стве, но и при обработке деталей, выпускаемых сравнительно небольшими
партиями, поскольку станки, являясь универсальными, допускают пере-
наладку, а при изменении технологического процесса — перекомпоновку
линий.
Обрабатываемые заготовки 3 транспортируются по лотку 6 с помощью
собачек 7 штанги 5, совершающей возвратно-поступательное движение.
Штанга проходит вдоль всей линии станков. С лотка детали передаются
к станкам автооператорами 11 (см. стр. 684).
109
В головной части линии расположен накопитель заготовок. Заготовки 3
надеваются на штырь 4. Автооператор передает заготовку из накопителя
на лоток 6. Автооператор состоит из патрона 2, захватывающего заготовки,
который может перемещаться в вертикальном направлении, и поворотной
колонны 1. Патрон 2 при своем движении вниз захватывает очередную
заготовку и поднимает ее вверх, после чего колонна вместе с патроном 2 пово-
рачивается и патрон 2, опускаясь вниз, укладывает заготовку на лоток 6.
В промежутке между первым и вторым станком линии установлен кан-
тователь 12, который переворачивает заготовку при передаче ее по лотку
(см. рис. IV. 93, а).
Автоматическая линия разбита на два участка, между которыми уста-
новлен промежуточный штыревой накопитель заготовок 18. При нормаль-
ной работе заготовки поступают с одного участка линии на другой, минуя
промежуточный накопитель. Накопитель включается в работу только при
остановке того или иного участка линии.
Автоматические линии могут быть построены на базе агрегатных стан-
ков, специальных станков, спроектированных применительно к данной
конкретной автоматической линии и выполняемой технологической опера-
ции, из универсальных станков специальной конструкции, приспособлен-
ной для встраивания в автоматические линии, и из универсальных автома-
тизированных станков наличного парка оборудования.
Выбор системы транспортирования обрабатываемых деталей, общей
компоновки автоматической линии и станков, используемых для выполне-
ния отдельных операций, определяется размерами и конфигурацией обра-
батываемых деталей, характером выполняемых технологических операций,
а также программой выпуска деталей.
Для выполнения сверлильных, расточных, резьбонарезных и фрезер-
ных операций при обработке корпусных деталей значительных размеров,
а также различных литых и штампованных деталей более или менее слож-
ной конфигурации и небольших размеров наиболее целесообразно исполь-
зовать линии из агрегатных станков со сквозным транспортером.
Для обработки деталей типа валов и дисков, особенно при небольших
партиях, наиболее перспективным представляется применение типовых
автоматических переналаживаемых линий ЭНИМС.
При обработке деталей средних размеров, конфигурация которых
позволяет использовать простые транспортные устройства, например
кольца подшипников качения, целесообразно применение линий с парал-
лельной трассой транспортирования и разветвленным транспортером.
Для обработки мелких деталей наиболее подходящими могут оказаться
автоматические линии со сквозной трассой транспортирования и индиви-
дуальными межстаночными транспортерами и накопителями.
При любой системе транспортирования и компоновке автоматической
линии, за исключением компоновок, при которых используются индиви-
дуальные накопители у каждого станка, линию следует разбивать на уча-
стки, между которыми устанавливаются промежуточные накопители.
В настоящее время в промышленности все более широкое применение
находят автоматические линии для выполнения комплекса технологических
операций, включающие не только операции механической обработки, но
и другие виды операций, например термическую обработку, сборочные
операции, контроль, упаковку и т. п.
На базе связанных между собой автоматических линий создаются авто-
матические цехи и заводы. В качестве примера можно указать на автома-
тический цех для производства подшипников качения на 1-м ГПЗ, на завод-
автомат для производства поршней автомобильных двигателей, спроекти-
рованный ЭНИМС.
110
В автоматическом цехе по производству подшипников выполняется
механическая обработка всех деталей подшипника, термическая обра-
ботка, контроль, сборка и упаковка готовых подшипников.
На заводе по производству поршней автоматически производится
отливка, механическая обработка, контроль, подгонка по весу и упаковка
поршней.
Серьезное внимание в настоящее время уделяется созданию автомати-
ческих линий для обработки небольших партий деталей. Благоприятные
условия для проектирования таких линий возникли в связи с появлением
станков с цифровым программным управлением, при котором в течение
нескольких минут может быть произведена переналадка станков. Вместе
с тем широкие технологические возможности станков с цифровым про-
граммным управлением, обеспечивающие выполнение с одной установки
большого числа различных переходов, позволяют компоновать автомати-
ческие линии для сложных технологических операций из небольшого
числа станков, входящих в линию, что создает ряд существенных преиму-
ществ: увеличивается загрузка линии вследствие большей длительности
сложных технологических операций; уменьшаются площади, занимаемые
линией; упрощаются конструкции и системы управления, что повышает
надежность работы и др. Например, на базе токарных станков с цифровым
программным управлением может быть создана линия, состоящая всего
из двух станков, обеспечивающая полную как черновую, так и чистовую
обработку обоих концов вала. Благодаря высокой точности обработки на
станках с цифровым программным управлением в ряде случаев можно
исключить из состава технологического процесса шлифовальные опе-
рации.
Как автоматические линии, так и комплексные автоматические произ-
водства имеют системы автоматического управления, обеспечивающие
необходимую синхронизацию работы станков, транспортно-загрузочных
устройств и других элементов, выполняющих циклические движения при
осуществлении настроенного производственного процесса.
При компоновке автоматической линии необходимо уделять большое
внимание вопросам удаления стружки, попадание которой в те или иные
звенья автоматической линии может нарушить нормальный ход производ-
ственного процесса.
Разработка общей компоновки должна вестись с учетом требований тех-
нической эстетики, сформулированных в специальной литературе. Техниче-
ская эстектика предъявляет определенные требования к форме основных
деталей остова станка, к их пропорциям, к окраске станка. Естественно,
что удовлетворение требований технической эстетики не должно приводить
к снижению технологичности конструкции и повышению ее стоимости.
ГЛАВА III ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
ПРОЕКТИРУЕМОГО СТАНКА
И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕГО
ОСНОВНОЙ ТЕХНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Как указывалось выше, выбор того или иного метода
образования поверхностей и общей компоновки оказы-
вает существенное влияние на точность и качество обработанной поверх-
ности, на производительность и себестоимость обработки, на металло-
емкость станка, на размеры занимаемой им площади, на технологичность
конструкции и стоимость станка. При условии обеспечения необходимой
111
точности и качества обработанной поверхности наиболее существенными
критериями для сравнения вариантов станков являются их производи-
тельность и себестоимость обрабатываемой продукции.
13.	ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
Под производительностью станка следует понимать количество дета-
лей, обрабатываемых в единицу времени. Для универсальных станков
необходимо разработать чертежи эталонных деталей, имеющих опреде-
ленную форму и размеры, применительно к которым и определять штучную
производительность.
Штучная производительность равна
Q =	(1-26)
1шт
где 1шт — штучное время обработки детали на станке.
Однако для себестоимости продукции имеет значение не только произ-
водительность станка, но и труда. При одной и той же производительности
станка производительность труда будет зависеть от количества станков
обслуживаемых одним рабочим, а в отдельных случаях — от количества
рабочих, обслуживающих один станок.
Как производительность, так и себестоимость определяются на
основе нормы времени. Вопросы нормирования рассматриваются в спе-
циальной литературе. Однако предварительное ознакомление с основными
составляющими нормы времени является необходимым условием пра-
вильного решения при выборе типа проектируемого станка.
Норма времени
В состав штучного времени входят следующие элементы:
ttum А? + 4 об ^о. об Т
где t0 — основное время;
t„ — вспомогательное время;
tm. об — время на техническое обслуживание станка;
t0. об — время организационного обслуживания станка;
— время на физические надобности.
Для станков-полуавтоматов
tmm t^ -J- te -}- tm^	-f- 1ф,
для станков-автоматов
tium t^ Ч" ttn tOt -ф /ф,
где /ц — время автоматического цикла.
Основное время — это время резания.
to ~ Zj toj,
где toi — время резания для каждого из несовмещенных переходов.
При точении, растачивании, сверлении, зенкеровании, развертывании
= <Г31>
где I, — путь режущего инструмента в мм, который складывается из пути
медленного подвода (0,5—2 мм), пути врезания и пути переме-
щения в процессе обработки;
fij — число оборотов в минуту при выполнении данного перехода;
Sj — подача в мм!об при выполнении данного перехода.
(1-27)
(1.28)
(1.29)
(1.30)
112
При строгании вместо числа оборотов подставляется число двойных
ходов в минуту.
При фрезеровании
где 5лгив — подача в mmImuh. При круглом шлифовании	=	(1-32) ^мин (1.33)
где д, — радиальная подача на один двойной или одинарный ход стола
в мм.
Число двойных или одинарных ходов при шлифовании равно
=	(1.34)
где L — длина хода в м;,,
ц. — скорость продольной подачи при шлифовании в м!мин.
Аналогичными методами определяется основное время и при других
видах обработки.
Состав вспомогательного времени зависит от построения технологиче-
ского процесса обработки. Независимо от построения технологического
процесса в состав вспомогательного времени входит время на установку,
закрепление и снятие заготовки, включение и выключение главного рабо-
чего движения и движения подачи. При наличии автоматического выключе-
ния подачи время на выключение подачи отпадает.
При выполнении с одной установки нескольких переходов в состав
вспомогательного времени входит: время на настройку скорости главного
рабочего движения и движения подачи для каждого перехода, время на
смену инструмента при выполнении тех или иных из переходов, время
на установочные перемещения, необходимые для координации взаимного
расположения режущего инструмента и обрабатываемой детали в соответ-
ствии с заданными размерами.
При дифференцированном процессе скорости главного рабочего движе-
ния и подачи во многих случаях настраиваются один раз на всю партию об-
рабатываемых деталей, а вся обработка производится без смены инстру-
мента. Поэтому время, затрачиваемое на эти операции, должно быть отне-
сено к подготовительно-заключительному времени.
При работе на полуавтоматах в состав вспомогательного времени входит
только время на установку, закрепление и снятие заготовки. При работе
на автоматах вспомогательное время отпадает.
Затраты на вспомогательное время определяются на основе данных,
приведенных в соответствующих справочниках.
Время технического обслуживания затрачивается на подналадку
станка, регулировку и замену затупившегося инструмента, на удаление
стружки. Время на техническое обслуживание станка берется в процентах
от основного времени на основе справочных данных.
Время на организационное обслуживание станка затрачивается на
смазку, чистку станка и принимается в процентах от суммы основного
и вспомогательного времени также на основе справочных данных.
При определении себестоимости обработки необходимо знать кальку-
ляционное время
=	+	(1-35)
где з — подготовительно-заключительное время;
i — количество одновременно запускаемых в обработку деталей
в партии.
113
Подготовительно-заключительное время затрачивается на получение
задания, ознакомление с чертежом, получение необходимых инструмен-
тов и приспособлений, на настройку станка. Время на настройку станка
может изменяться в очень широких пределах в зависимости от вида обору-
дования, характера и сложности выполняемой операции, совершенства
конструкции станка и приспособлений для закрепления обрабатываемой
детали и режущего инструмента и определяется также на основе соответ-
ствующих справочных данных.
Себестоимость обработки
и экономическая эффективность
Себестоимость обработки, выполняемой на данном станке, представляет
собой денежное выражение затрат общественного труда на ее осуществле-
ние, которые складываются:
I)	из затрат прошлого труда, овеществленного в используемых сред-
ствах производства (затраты на амортизацию оборудования и оснастки,
электроэнергию и т. д.);
2)	из затрат живого труда, эквивалентного заработной плате работни-
ков, принимающих участие в производственном процессе.
В развернутом виде себестоимость может быть представлена следую-
щим выражением:
Ст = С3 + Са + Ср + Сэ + с„ + Сп + си. р + си.м + ск + Сн,
(1.36)
где С3 — заработная плата производственных рабочих с начислением
в фонд соцстраха и учетом дополнительной заработной платы
за отпуск;
Са — амортизационные отчисления от стоимости станка;
Ср — затраты на ремонт станка;
Сэ — затраты на электроэнергию;
Св — затраты на вспомогательные материалы;
Сп — отчисления на амортизацию и ремонт приспособлений;
Са. р — отчисления на амортизацию, ремонт и заточку режущего
инструмента;
Си, м — отчисления на амортизацию и ремонт мерительного инстру-
мента;
Ск — затраты, связанные с использованием помещения;
Сн — прочие цеховые расходы.
Заработная плата производственных рабочих, в свою очередь, склады-
вается из ряда элементов
Сэ — С3. с + Сэ. н + С3.т,	(1-37)
где С3. с — заработная плата станочников;
Cs.h — заработная плата наладчиков, закрепленных за станком или
группой станков;
Са.т — заработная плата транспортных и подсобных рабочих, закреп-
ленных за станком или группой станков.
Заработная плата станочников определяется с учетом многостаночного
обслуживания.
Прочие накладные расходы складываются из заработной платы инже-
нерно-технических работников, административного персонала, вспомо-
гательных и транспортных рабочих, не закрепленных за станками, рас-
ходов на охрану труда, хозяйственный инвентарь, санитарную технику
и др. Величина прочих накладных расходов определяется в процентах
114
от основной заработной платы на основании справочных данных. Однако
в ряде случаев заработную плату инженерно-технических работников
необходимо учитывать дифференцированно, так как внедрение новых видов
оборудования вызывает необходимость в специальных инженерно-техни-
ческих работниках, предназначенных для обслуживания этого оборудова-
ния. Так, при использовании станков с цифровым программным упра-
влением в штат должны быть введены специалисты по подготовке про-
грамм.
При сравнении различных вариантов проектируемого станка необхо-
димо также учитывать срок окупаемости дополнительных капитальных
затрат, который определяется выражением
ToK = ^^tK,	(1-38)
где Кг, К2 — капитальные затраты по сравниваемым вариантам;
Cj, С2 — себестоимость операции при сравниваемых вариантах.
При определении капитальных затрат должны быть также учтены
затраты на проектирование. Особенно важно учитывать эти затраты при
проектировании единичных станков и станков, выпускаемых небольшими
сериями.
Очевидно, что повышения производительности станка можно добиться
только путем уменьшения нормы штучного времени, которое достигается
главным образом сокращением основного и вспомогательного времени.
Однако сокращение нормы штучного времени далеко не всегда приводит
к повышению производительности труда. Если уменьшение нормы штуч-
ного времени сопровождается увеличением подготовительно-заключитель-
ного времени, то при обработке небольших партий деталей штучно-кальку-
ляционное время может возрасти. Поэтому при сравнении различных ва-
риантов анализ необходимо вести на основе штучно-калькуляционного
времени. Необходимо также учитывать расходы на заработную плату про-
изводственных рабочих и инженерно-технических работников, амортиза-
ционные отчисления, затраты на ремонт станков, оборудования и инстру-
мента. В настоящее время все большее применение находят методы на-
стройки инструментов вне станка. При определении себестоимости следует
учитывать как заработную плату лиц, производящих наладку, так и амор-
тизацию наладочных приспособлений. Таким образом, при сравнении раз-
личных вариантов окончательные выводы могут быть сделаны только на
основе анализа экономической эффективности.
14.	ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЕКТИРУЕМЫХ СТАНКОВ
Сокращение основного времени
Сокращение основного времени может быть достигнуто, с одной сто-
роны, за счет повышения режимов резания, с другой — за счет совмещения
переходов и операций.
Повышение режимов резания. Предпосылки для повышения режимов
резания (скоростей главного рабочего движения и подач) создаются
в связи с появлением новых материалов для изготовления режущего
инструмента (новых марок твердых сплавов, быстрорежущих сталей,
минералокерамических материалов) и усовершенствованием конструкции
и геометрии режущих инструментов. Для полного использования возмож-
ностей современного режущего инструмента проектируемые станки должны
обладать достаточной быстроходностью и мощностью.
115
Повышение быстроходности и мощности требует усовершенствования
конструкции приводов, шпиндельных узлов, направляющих подвижных
рабочих органов, повышения жесткости отдельных узлов и станка в целом.
Все это приводит к известному усложнению конструкции станка и повыше-
нию его стоимости. Поэтому представляется необходимым рассмотреть
вопрос об эффективности повышения быстроходности станков.
Повышение быстроходности сопровождается сокращением основного
времени, однако производительность станка растет не пропорционально
сокращению основного времени.
Рассмотрим зависимость между ростом производительности и сокра-
щением основного времени.
Примем, что при исходном числе оборотов шпинделя п основное время
t0 = k' tK. Представим производительность станка в виде
О —________I_______
4	(1 -k')tK + k'tK-
Предположим, что в первом приближении при повышении числа обо-
ротов до п' и соответствующем увеличении мощности основное время
сокращается обратно пропорционально повышению быстроходности
п
Ч=~-
Тогда производительность станка при
повышении быстроходности в q раз
будет
равна
<?'=
или
Q'=
1 
Соответственно повышение произво-
дительности определится выражением
е =	=~тт. (1-39)

Произведя расчет нормы времени при каком-то исходном значении п,
можно построить кривую изменения производительности при изменении
q в пределах от qx < 1 до q > 1. На рис. 1.74 представлены подобные кри-
вые для различных значений k'.
Как видно из представленных кривых, при прочих равных условиях
повышение быстроходности дает заметное повышение производительности
только в определенных пределах, которые зависят от величины k'. Даль-
нейшее повышение быстроходности, не давая существенного повышения
производительности, приводит к усложнению конструкции станка.
Верхний предел повышения быстроходности ограничен режимами реза-
ния, допускаемыми режущим инструментом.
Следует заметить, что повышение быстроходности тем эффективнее, чем
больше величина k' при прочих равных условиях.
В табл. 1.1 приведено распределение затрат времени в процентах по
отдельным составляющим нормы времени, полученное в результате иссле-
дований, проведенных ЭНИМСом. Как видно, в условиях мелкосерийного
производства величина k' = 0,01с (где с — время резания в %) сравни-
116
Таблица 1.1
Распределение затрат рабочего времени (в %) в течение смены (480 мин)
Тип станка	Тип производства										
	индивидуальное и мелкосерий- ное					крупносерийное и массовое					
	Время резания	Вспомогательное время	Время технического обслужи- вания рабочего места	Подготовительно-заключитель- ное время	Время, затрачиваемое по орга- низационным и организацион- но-техническим причинам	Время резания	Вспомогательное время	Время технического обслужи- вания	Подготовительно-заключитель- ное время	Время восстановления работо- способности стайка	Время, затрачиваемое по орга- низационно-техническим при- чинам
Токарный	26,0	24	5,0	16,0	29	—	—	—	—	—	—
Токарно-револьвер- ный	35,0	25	7,0	11,0	22	60,5	18	6	2,5	3,0	10
Круглошлпфова ль- ный	36,5	25	16,5	6,0	16	56,6	20	10	2,5	1,5	9,5
Горнзонтальнорас- точной (крупный)	18,0	26	14,0	7,0	35	—	—	—	—	—	—
Вертикальносвер- лильный	44,6	23	9,9	6,5	16	64,7	15	5	3,0	1,5	10,8
Радиальносверлиль- ный	32,5	17	11,5	17,0	22,0	57,0	18	4	5,0	1,0	15
Одношпиндельный многорезцовый полу-	—	—	—	—	—	55,5	19	10	1,5	5,0	9,5
автомат											
Вертикальный мно- гошпиндельный авто-	—	—	—	—	—	53,0	14	14	1,0	10,0	7
мат											
Одношпиндельный прутковый автомат	—	—	—	—	—	66,0	13	6	—	4,0	11
Многошпиндельный прутковый автомат	—	—	—	—	—	69.5	11	5	—	4,5	10
тельно невелика и дальнейшее повышение быстроходности универсальных
станков не должно дать значительного эффекта до тех пор, пока не будет
достигнуто существенное сокращение остальных составляющих нормы
времени. Исследование использования быстроходности и мощности ряда
станков, результаты которого приведены ниже [92], также подтверждает,
что дальнейшее повышение быстроходности и мощности универсальных
станков на данном этапе неактуально.
Для универсальных станков исследование влияния повышения быстро-
ходности на производительность следует вести на основе анализа техноло-
гических процессов обработки эталонных деталей, для специализирован-
117
ных и специальных станков — на основе анализа конкретных технологиче-
ских процессов.
Совмещение переходов и операций. При совмещении переходов и опе-
раций обработка ведется параллельно группой инструментов. Совместная
работа инструментов может носить различный характер в зависимости от
вида выполняемых операций, переходов и конструкции станка и не всегда
дает сокращение времени обработки. Работа всех инструментов может про-
текать при одном и том же числе оборотов и при одной подаче (рис. 1.75, а).
При этих условиях определяется число оборотов и подачи, допустимые по
условиям работы каждого из инструментов, и назначается наименьшее
Рис. 1.75. Совмещение операций и пере-
ходов
Возможен вариант (рис. 1.65, в),
работает при своем числе оборотов, 1
из найденных число оборотов и наи-
меньшая подача. Предположим, на-
пример, что при выполнении пере-
ходов, представленных на рис. 1.75, а,
число оборотов должно быть выбрано
по условиям наружной обточки, а
подача — по условиям сверления.
Основное время будет равно
f — йпах
при этом может оказаться, что время
совмещенных операций будет больше
суммарного времени, затрачиваемого
при их раздельном выполнении.
Аналогичная картина может иметь
место при работе набором фрез (рис.
1.75, б), так как число оборотов огра-
ничивается скоростью резания при
фрезеровании дисковыми фрезами
большего диаметра, а снижение чи-
сла оборотов приведет к снижению
минутной подачи.
при котором каждый из инструментов
ю с одинаковой подачей. В этом случае
для каждого из инструментов определяется допустимая минутная подача
и из всех полученных значений назначается минимальная. При этом также
может оказаться, что время совмещенных операций будет больше суммар-
ного времени, затрачиваемого при их раздельном выполнении.
Таким образом, при выполнении совмещенных операций при общих
для ряда инструментов числах оборотов и подачах необходимо в каждом
отдельном случае проверить получающиеся результаты.
При работе каждого из инструментов или соответственно подобранных
групп инструментов при независимо настраиваемых числе оборотов и по-
даче время совмещенных операций или переходов меньше суммарного вре-
мени, затрачиваемого при их раздельном выполнении.
Однако в последнем случае усложняется конструкция станка либо за счет
увеличения числа подвижных рабочих органов, либо числа позиций и др.
В ряде случаев к совмещению операций прибегают независимо от того,
что это приводит к некоторому увеличению основного времени, так как
при этом сокращается число установок и уменьшаются затраты времени
на закрепление и снятие заготовки, что в конечном итоге ведет к повыше-
нию производительности.
Таким образом, прибегая к совмещению переходов и операций, надо
тщательно проанализировать получаемый эффект.
Н8
Сокращение остальных составляющих нормы времени
Установка, закрепление и снятие обрабатываемой детали. Вопросы
установки и снятия обрабатываемой детали решаются в зависимости от ее
веса. При небольшом весе заготовки установка и снятие детали в условиях
единичного и мелкосерийного производства производится вручную,
а в условиях крупносерийного и массового — с помощью автоматических
загрузочных устройств. При значительном весе заготовки установка вруч-
ную становится трудоемкой, а во многих случаях просто невозможной.
Следует заметить, что большой вес имеют даже сравнительно небольшие
заготовки, так заготовка валика размером 60 X 500 мм весит около 11 кг.
При установке такого валика в центрах его необходимо поддерживать од-
ной рукой на весу, а другой подводить задний центр, что быстро утомляет
рабочего при обработке партии подобных деталей. Поэтому при проектиро-
вании станков, предназначенных для обработки деталей более или менее
значительного веса, необходимо предусматривать местные подъемно-транс-
портные устройства, например в виде консольной поворотной балки с пнев-
матическим подъемником и т. п.
Вопросы выверки, целью которой является соответствующая ориента-
ция обрабатываемой детали, были затронуты выше (см. стр. 46). В условиях
крупносерийного и массового производства необходимость выверки исклю-
чается благодаря применению соответствующих приспособлений. В усло-
виях единичного и мелкосерийного производства затраты на приспособле-
ния могут привести к повышению себестоимости обработки. Во многих
случаях необходимые условия для применения приспособлений в мелко-
серийном производстве могут быть созданы на основе внедрения группо-
вого метода обработки, при котором для группы деталей различных наиме-
нований, имеющих общие технологические признаки, создается групповое
зажимное приспособление.
Сокращение затрат времени на закрепление обрабатываемой детали
также достигается на основе применения приспособлений. Наилучшие
результаты получаются при использовании приспособлений с пневмати-
ческими, гидравлическими, пневмогидравлическими, электромеханиче-
скими и другими приводами. Возможность установки приспособлений
с подобными приводами следует предусматривать заранее при проектиро-
вании станка, встраивая в станок всю необходимую пуско-регулирующую
аппаратуру, или, как минимум, предусматривая необходимые места для
крепления и размещения этой аппаратуры.
В отдельных случаях затраты времени на закрепление обрабатываемой
детали связаны с конструкцией рабочих органов станка. Так, для сокра-
щения затрат времени на закрепление детали в центрах токарного станка
скалку задней бабки снабжают пневматическим или гидравлическим при-
водом.
Сокращение времени установки, выверки, закрепления и снятия обра-
батываемой детали может быть достигнуто за счет совмещения этого вре-
мени с основным временем. Подобное совмещение может быть осуществлено
при использовании маятникового цикла движений (см. стр. 95), двухпо-
зиционных и многопозиционных столов, методов непрерывной обработки
(см. стр. 84—89). Во всех упомянутых случаях увеличивается количество
используемых приспособлений, а соответственно возрастают и затраты на
их изготовление, что неизбежно отражается на себестоимости операции.
Поэтому данные методы преимущественно применяют в крупносерийном
и массовом производстве. Применение групповой технологии создает пер-
спективы внедрения подобных методов и в мелкосерийное производство,
при этом многопозиционные станки должны проектироваться с учетом
119
технологии обработки всех деталей, входящих в группу. Такие станки
могут иметь те или иные рабочие органы, которые будут использованы
при обработке только некоторых деталей, входящих в группу, и ряд рабо-
чих органов, используемых при обработке всех деталей, входящих в группу.
Таким образом, применение групповой технологии создает перспективы
для внедрения высокопроизводительных специализированных и агрегат-
ных станков в мелкосерийное производство.
Установка, выверка и закрепление режущего инструмента. Влияние
затрат времени на установку, выверку и закрепление режущего инстру-
мента на величину нормы времени зависит от характера технологического
процесса. При дифференцированном процессе, когда установка и закреп-
ление производятся один раз на партию, влияние рассматриваемых затрат
времени невелико. Однако и в этом случае имеется стремление сократить
затраты времени. Например, на отдельных моделях станков появляются
специальные приводы для вращения или осевого перемещения затяжных
болтов для закрепления оправок.
При концентрации переходов и операций эти затраты могли бы ока-
заться весьма значительными, поэтому в данном случае необходимо исполь-
зовать конструктивные решения, позволяющие сократить указанные за-
траты.
При использовании последовательно работающих инструментов приме-
няют различного рода быстросменные державки и патроны с предвари-
тельно настроенными инструментами, многопозиционные резцедержатели
и револьверные головки.
При автоматизации станков, на которых в процессе обработки при-
ходится использовать большое число различных инструментов, например
горизонтально- и координатнорасточных, применяют автооператоры,
аналогичные автооператорам, используемым для загрузки заготовок.
Комплект инструмента помещается в магазине, откуда он с помощью авто-
оператора подается к устройству для закрепления инструмента. Инстру-
мент, выполнивший свою работу, снимается автооператором и подается
в магазин. Устройство для закрепления инструмента также при этом авто-
матизируется.
Как указывалось выше, при параллельной работе нескольких инстру-
ментов, связанных с одним рабочим органом, взаимная координация обра-
батываемой детали и режущего инструмента осуществляется за счет коор-
динации режущих инструментов относительно друг друга и координации
рабочего органа относительно обрабатываемой детали. Координация поло-
жения режущих инструментов друг относительно друга часто должна
производиться с высокой точностью, что делает этот процесс весьма тру-
доемким. Поэтому при конструировании инструментодержателей необхо-
димо предусматривать регулировочные устройства для перемещения режу-
щего инструмента в процессе настройки, шаблоны и индикаторные устрой-
ства для установки инструмента, съемные инструментодержатели, уста-
новка инструментов в которых производится вне станка с помощью шабло-
нов или индикаторных устройств.
Если координация положения каждого из инструментов относительно
обрабатываемой детали осуществляется за счет соответствующих устано-
вочных перемещений рабочих органов станка, то затраты времени на вы-
верку режущего инструмента сокращаются.
В зависимости от характера построения технологического процесса
затраты времени на установку, выверку и закрепление режущего инстру-
мента могут быть отнесены к различным элементам нормы времени. При
обработке единичных деталей все затраты могут быть отнесены к вспомога-
тельному времени; при обработке партии деталей на настроенном станке
120
затраты времени на поворот многопозиционных инструментодержателей
относят к вспомогательному времени, а на установку и выверку инструмен-
тов при их затуплении — ко времени технического обслуживания.
Настройка станка в соответствии с конфигурацией и размерами обра-
батываемой детали и холостые перемещения. Настройка станка в соот-
ветствии с конфигурацией и размерами обрабатываемой детали осуще-
ствляется путем грубых и точных установочных перемещений рабочих
органов, а на станках с автоматическим управлением — также путем на-
стройки тех или иных механизмов системы автоматического управления.
Как уже указывалось выше, в ряде случаев для настройки станка в соот-
ветствии с конфигурацией и размерами обрабатываемой детали оказывается
также необходима непосредственная регулировка режущих инструментов
в инструментодержателях.
Грубые установочные перемещения производятся как в процессе подго-
товки станка для обработки партии деталей, так и в процессе обработки
каждой из деталей партии. К первым, например, относятся установка тра-
версы и шпиндельных бабок продольнофрезерного станка, предваритель-
ная установка стола и шпиндельной бабки расточного станка и т. п.
Время, затрачиваемое на эти установочные перемещения, должно быть от-
несено к подготовительно-заключительному времени. Ко вторым относятся,
например, быстрое перемещение стола фрезерного станка при подводе
детали к фрезам, быстрый обратный ход стола, перемещения стола и шпин-
дельной бабки расточного станка при переходе от обработки одного отвер-
стия к обработке другого. Время, затрачиваемое на эти перемещения,
должно быть отнесено к вспомогательному времени.
Сокращение времени, затрачиваемого на грубые установочные переме-
щения, достигается при использовании специальных приводов для быстрых
перемещений указанных рабочих органов, которые должны быть преду-
смотрены в конструкции станка.
Точные установочные перемещения на станках, не имеющих системы
автоматического управления, в большинстве случаев осуществляются
с помощью ручных приводов. Продолжительность времени, затрачивае-
мого на точные установочные перемещения, в значительной мере зависит
от совершенства отсчетных устройств, применяемых для отсчета величины
точных установочных перемещений. Поэтому конструкции отсчетных
устройств должно быть уделено самое серьезное внимание.
Для сокращения затрат времени на повторяющиеся установочные
перемещения при обработке партии одинаковых деталей отсчетные устрой-
ства могут снабжаться дополнительными указателями или вместо отсчет-
ных устройств могут быть использованы ограничители установочных пере-
мещений рабочих органов.
В отдельных моделях станков точные установочные перемещения осу-
ществляются на автоматическом ходу; для остановки рабочего органа
в заданном положении используются либо ограничители установочных
перемещений, либо та или иная система цифрового программного управле-
ния. Такого рода решения применяются, например, на горизонтально-
и координатнорасточных станках, где этим обеспечивается значительное
сокращение затрат времени на установочные перемещения. Станки с огра-
ничителями установочных перемещений могут быть использованы при
обработке большей или меньшей партии одинаковых деталей, при этом
следует учитывать, что возрастают затраты времени на настройку станка.
Станки с цифровым программным управлением для установочных переме-
щений требуют значительно меньших затрат времени на настройку и могут
быть использованы как при обработке партии, так и единичных деталей.
В ряде случаев при использовании ограничителей или системы цифрового
121
программного управления для установочных перемещений можно отка-
заться от применения приспособлений, что приводит к существенному сни-
жению себестоимости обработки.
Настройка станка в соответствии с заданными режимами работы и
управление станком. При настройке станка в соответствии с заданными
режимами работы устанавливается необходимая скорость главного рабо-
чего движения и движения подачи. При дифференцированном процессе ско-
рость и подача могут настраиваться один раз на всю партию и в этом случае
время, затрачиваемое на установку скорости и подачи, входит в состав
подготовительно-заключительного времени и не играет существенной роли.
При концентрации переходов и операций установка скорости и подачи
может происходить многократно при выполнении каждого перехода
и в этом случае затраты времени, которое входит в состав вспомогатель-
ного времени, существенно отражаются на норме времени. Затраты вре-
мени зависят от совершенства конструкции органов переключения скоро-
стей и подач.
Органы переключения скоростей и подач могут иметь различную кон-
струкцию, которая во многом определяется системой привода, однако
независимо от конструкции механизмов переключения само переключение
осуществляется с помощью большего или меньшего числа рукояток или
в отдельных случаях кнопок. Чем больше число рукояток, тем больше
времени затрачивается на переключение скоростей и подач. Некоторого
сокращения времени можно достигнуть за счет усовершенствования таблиц
(см. стр. 441), в соответствии с которыми производится установка рукоя-
ток. Однако значительно большие результаты могут быть получены при
использовании однорукояточных механизмов переключения соответству-
ющей конструкции и механизмов с предварительным набором скоростей
и подач. При однорукояточных механизмах любая скорость устанавли-
вается поворотом одной рукоятки. Механизмы с предварительным набором
скоростей и подач также являются однорукояточными, однако они отли-
чаются тем, что скорость, необходимая для выполнения следующего пере-
хода,набирается в то время, когда станок работает на ранее установленной
скорости. По окончании предыдущего перехода ранее набранная скорость
включается одним нажимом рукоятки. При данной конструкции механиз-
мов переключения время набора скорости совмещается с основным време-
нем. Несмотря на те, что однорукояточные механизмы переключения
и механизмы с предварительным набором скоростей имеют сложную кон-
струкцию, их широко применяют на станках самых различных типов:
токарных, фрезерных, горизонтальнорасточных, револьверных, радиально-
сверлильных и др., обеспечивая существенное сокращение затрат вспомо-
гательного времени.
В последнее время начали применяться механизмы переключения
скоростей и подач с программным управлением. В этом случае заранее,
в соответствии с заданным технологическим процессом, устанавливается
с помощью тех или иных устройств программа переключения скоростей
и подач. По окончании очередного перехода автоматически включается
скорость и подача, требующиеся для следующего перехода. Такая кон-
струкция не только дает сокращение соответствующих затрат времени, но
и обеспечивает выполнение каждого перехода при установленных техноло-
гом скоростях и подачах.
В процессе управления станком осуществляется включение, выклю-
чение и реверсирование различных приводов: главного рабочего движения
и подачи, установочных перемещений, зажимных приспособлений и др.
Включение и выключение также осуществляются с помощью рукояток
и кнопок. В данном случае сокращение затрат времени достигается умень-
122
шением числа органов управления путем целесообразного совмещения
различных функций в одной рукоятке.
Существенное влияние на уменьшение затрат времени на настройку
в соответствии с заданными режимами работы и управление станком оказы-
вает размещение рукояток и других органов управления. Все рукоятки
и органы управления должны быть сконцентрированы вблизи местопребы-
вания рабочего. Если в процессе работы рабочий может находиться в раз-
личных местах, то наиболее часто используемые органы рекомендуется
дублировать. Рукоятки и другие органы управления следует располагать
по высоте и по фронту так, чтобы рабочий при пользовании ими занимал
бы удобное положение. Сама форма рукояток должна быть удобной для
захвата их рукой.
Форма органов управления и их расположение должны исключать
возможность случайного включения тех или иных движений рабочих
органов, а органы выключения должны быть легко доступны и ярко окра-
шены с тем, чтобы в случае аварии рабочий мог бы быстро выключить станок.
Значительные затраты времени вызывает выключение подачи рабочих
органов при достижении заданных размеров, так как при этом во многих
случаях возникает необходимость в промерах. Для сокращения этих затрат
применяются отсчетные и измерительные устройства, позволяющие на
ходу вести наблюдение за величиной перемещения рабочего органа, и огра-
ничители рабочих ходов, работающие совместно с механизмами автомати-
ческого останова.
Наличие механизмов автоматического останова является также одним
из необходимых условий внедрения многостаночного обслуживания.
В станках-полуавтоматах и автоматах все необходимые переключения
осуществляются автоматически, в соответствии с сигналами, подаваемыми
системой автоматического управления. При этом достигается значительное
сокращение затрат времени на все рассмотренные процессы, однако, как
отмечалось выше, возврастают затраты подготовительно-заключительного
времени на настройку механизмов системы автоматического управления,
а в ряде случаев и затраты средств на подготовку носителей программы.
Техническое и организационное обслуживание станка. Одним из су-
щественных элементов затрат времени на техническое обслуживание
станка является время на смену и регулировку инструмента при его смене
и на регулировку инструмента при подналадке. Вопросы сокращения за-
трат времени на смену инструмента затронуты выше. Сокращение затрат
времени на регулировку инструмента при подналадке достигается путем
введения системы автоматической подналадки. Однако системы автомати-
ческой подналадки сравнительно сложны и для каждого рабочего органа,
несущего инструмент, требуется независимая система автоматической под-
наладки. Поэтому системы автоматической подналадки находят пока лишь
ограниченное применение в тех случаях, когда требуется лишь подна-
ладка одного инструмента.
Сокращение затрат времени на уборку стружки, которое также входит
в состав времени на техническое обслуживание станка, достигается путем
придания рациональной формы стружкосборникам, применением выдвиж-
ных стружкосборников и механизмов автоматического удаления стружки,
транспортирующих стружку от станка к тем или иным стружкоприемни-
кам. Весьма важную роль играет при этом использование соответствую-
щей конструкции режущих инструментов, обеспечивающих дробление
стружки. В состав времени, затрачиваемого на организационное обслу-
живание станка, входит время, затрачиваемое на смазку и чистку станка.
Сокращение этих затрат может быть достигнуто путем введения центра-
лизованной системы смазки.
123
Подготовительно-заключительное время. Из элементов подготови-
тельно-заключительного времени с конструкцией станка связано только
время, затрачиваемое на предварительную настройку станка. Обычно это
время приобретает существенное значение при настройке станков-автома-
тов и полуавтоматов. Затраты времени зависят от системы автоматического
управления и характера инструментальной настройки станка и колеблется,
по данным ЭНИМСа, для распространенных конструкций в указанных
ниже пределах (в ч):
Многорезцовые одношпиндельные токарные полуавтоматы......... 2—3,5
Токарно-револьверные автоматы ............................ 4—8,0
Автоматы продольнофасонного точения ........................ 3—6,5
Многошпиндельные прутковые токарные автоматы:
со сменными кулачками...................................8,5—12,0
с постоянными кулачками................................ 4—6,5
Вертикальные многошпиндельные полуавтоматы.................. 20—34,0
При обработке на полуавтоматах и автоматах небольших партий
деталей сокращение основного и вспомогательного времени не компенси-
рует увеличения доли подготовительно-заключительного времени, что
в результате приводит к увеличению штучно-калькуляционного времени.
Во многих случаях необходимы также дополнительные затраты на
изготовление специальных кулачков. Вследствие указанных обстоя-
тельств обработка небольших партий деталей на автоматах и полу-
автоматах общеизвестной конструкции является экономически неэффек-
тивной.
В ряде случаев применение групповых методов позволяет эффективно
использовать полуавтоматы и автоматы для обработки небольших партий
деталей, так как при этом сокращается время переналадки при переходе
от обработки одной партии к другой и отпадает необходимость в изготовле-
нии специальных кулачков для каждого из наименований деталей, вхо-
дящих в группу. Широкое внедрение полуавтоматов и автоматов в мелко-
серийное производство базируется на внедрении рассмотренных выше
(см. стр. 54—56) принципов образования поверхностей и получения задан-
ных размеров при многократной координации и использовании систем
программного управления (см. стр. 513).
Окончательный выбор типа проектируемого станка должен бази-
роваться на тщательном анализе всех рассмотренных выше факто-
ров, определяющих его производительность и экономическую эффектив-
ность.
Для фактической производительности станка в процессе эксплуатации
существенное значение имеет правильный выбор основной технической
характеристики: скорости главного рабочего движения и подачи, мощ-
ности приводов главного рабочего движения и подачи. Для специальных
станков основная техническая характеристика определяется на основе
конкретных технологических процессов; сложнее обстоит дело с опреде-
лением основной технической характеристики универсальных и специали-
зированных станков.
Правильное определение основной технической характеристики имеет
также существенное значение для конструкции станка в целом, так как
пределами изменения скоростей и подач, мощностью приводов опреде-
ляется их кинематика и конструкция, а также конструкция ряда основ-
ных узлов станка. Поэтому определению основной технической характе-
ристики станка должно быть уделено серьезное внимание.
124
15.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ИЗМЕНЕНИЯ ЧИСЕЛ ОБОРОТОВ,
СКОРОСТЕЙ И ПОДАЧ РАБОЧИХ ОРГАНОВ
Главное рабочее движение
Число оборотов в минуту шпинделя или планшайбы, совершающих
главное рабочее движение, определяется выражением
10Q0t>
nd
п =
(1.40)
где v — скорость резания в м! мин;
d — диаметр обрабатываемой поверхности или режущего инстру-
мента в мм;
п — число оборотов в минуту.
Скорость резания, которая может быть использована при выполнении
конкретной технологической операции, зависит от ряда факторов. К основ-
ным факторам относятся: материал обрабатываемой детали, материал
режущего инструмента, геометрия режущего инструмента, состояние обра-
батываемой поверхности (литая поверхность с коркой, кованая, штампо-
ванная), глубина резания и подачи. В свою очередь, глубину резания
и подачу выбирают в зависимости от характера выполняемой операции
(черновая или чистовая обработка) и формы заготовки, требований к ка-
честву обработанной поверхности, общей конфигурации обрабатываемой
детали, состояния станка и др.
Имея перечисленные исходные данные, скорость резания можно опре-
делить на основе формул теории резания металлов.
На универсальных станках обрабатывают детали различного диаметра,
из различных материалов, различными режущими инструментами, при
этом выполняются различные технологические операции. В зависимости
от сочетания указанных факторов могут потребоваться различные числа
оборотов в минуту шпинделя или планшайбы. Наибольшее и наи-
меньшее пт1п числа оборотов в минуту шпинделя, получение которых
обеспечивает привод, называются пределами чисел оборотов, а их отно-
шение
(1-41)
П Пт1п
диапазоном, или областью изменения чисел обо-
ротов в минуту.
Диапазон изменения чисел оборотов универсального станка должен
обеспечивать возможность выполнения на станке с рациональными режи-
мами резания всех тех операций, для которых станок предназначен.
Определение обоснованных пределов чисел оборотов при проектировании
универсальных станков представляется достаточно сложной задачей.
При определении пределов чисел оборотов
должны быть установлены: номенклатура выполняемых операций, пре-
дельные размеры обрабатываемых поверхностей и режущих инструментов
для различных операций, номенклатура обрабатываемых материалов
и материалов режущих инструментов.
Номенклатура выполняемых операций определяется типом проекти-
руемого станка. Так, например, горизонтальнорасточной станок предназ-
начается для сверления, обработки зенкером, разверткой, растачивания
отверстий, нарезания резьб, подрезания торцов и фрезерования; токарный
станок — для токарной обработки наружных внутренних и торцовых
поверхностей и т. п.
125
Предельные размеры обрабатываемых поверхностей в известной мере
определяются основными размерами станка. К основным размерам отно-
сятся: для токарного станка — высота центров и расстояние между цен-
трами, для фрезерных — длина и ширина стола, для сверлильных —
наибольший диаметр сверления, для расточных — диаметр скалки шпин-
деля. Основные размеры универсальных станков определяются размер-
ными рядами. Например, токарные станки выпускают с высотой центров
100, 125, 150, 200, 300, 400 мм. Размерные ряды сложились в основном
на базе опыта. ЭНИМСом разработаны размерные ряды для станков, выпу-
скаемых отечественной промышленностью. Достаточно обоснованная мето-
дика построения размерных рядов станков в настоящее время еще только
разрабатывается, хотя создание рядов, удовлетворяющих нуждам про-
мышленности, имеет большое технико-экономическое значение.
Рис. 1.76. К определению наи-
большего диаметра детали,
обрабатываемой на токарном
станке
Основные размеры станка определяют пре-
дельные размеры обрабатываемых поверхностей
или режущего инструмента. Так, например, для
сверлильного станка основной размер однознач-
но определяет наибольший диаметр сверления.
Однако наибольший диаметр отверстия, обра-
батываемого зенкером, и наименьший диаметр
сверления должны быть определены на основа-
нии дополнительных требований: можно при-
нять, что наибольший диаметр отверстия, обра-
батываемого зенкером, следует взять больше
диаметра сверления на величину припуска,
оставляемого на зенкерование. Наименьший
диаметр сверления, принимаемый в расчет при
проектировании станка, должен быть несколько меньше наибольшего
диаметра сверления на станке, занимающем следующее место в размер-
ном ряду.
На токарном станке с высотой центров Н можно обрабатывать детали
с наибольшим диаметром £>max = 2Н. Однако определять предельное
число оборотов применительно к этому диаметру представляется нецеле-
сообразным, так как вследствие невозможности жесткого крепления
инструмента (рис. 1.76) обработка деталей такого диаметра будет неэф-
фективной и их следует обрабатывать на станке с большими основными
размерами. Можно принять, что на станке должна быть обеспечена эффек-
тивная обработка деталей с наибольшим диаметром £>тах = (0,6-^0,7) 2Н,
который ограничивается условиями прохода детали над поперечными
салазками. Наименьший диаметр обрабатываемой детали целесообразно
связать с наибольшим. Ориентировочно может быть принято соотношение
Ап1п = (0,1ч-0,12)Отах.
Еще более затруднительным оказывается определение предельных
размеров обрабатываемых поверхностей для расточных станков.
Достаточно надежные данные могут быть получены только на основе
широкого статистического обследования большого числа машинострои-
тельных и приборостроительных предприятий.
При установлении номенклатуры обрабатываемых материалов обычно
исходят из того, что станок предназначается либо для обработки черных,
либо цветных металлов.
Номенклатура материалов режущих инструментов устанавливается на
основе рекомендаций справочных руководств применительно к выпол-
няемым на станке операциям.
126
Имея перечисленные исходные данные, определяют скорости резания
и числа оборотов для чистовых операций — при наименьших предельных
размерах обрабатываемых поверхностей или режущих инструментов.
При этом следует учитывать, что наибольшие скорости резания, а соот-
ветственно и числа оборотов будут иметь место при обработке легкообра-
батываемых, а наименьшие — труднообрабатываемых материалов.
Рассмотрим в качестве примера методики расчета этот вопрос приме-
нительно к токарному станку, для которого наибольший диаметр обра-
ботки над поперечным суппортом равен 250 мм. Соответственно наимень-
ший диаметр обработки примем равным 30 мм. Для выбора подач, глубины
резания, материала режущего инструмента и определения скорости реза-
ния воспользуемся справочником «Режимы резания черных металлов
инструментом, оснащенным твердым сплавом», Машгиз, 1958 г., состав-
ленным научно-исследовательским бюро технических нормативов Глав-
НИИпроекта при Госплане СССР. Примем глубину резания при черновой
обработке 6—9 мм. Рекомендуемые подачи при диаметре 250 мм при обра-
ботке стали 1,8—2,8 мм!об, чугуна — 1,8—3,2 мм!об. Примем ближайшие
имеющиеся в расчетных таблицах значения: для стали — 1,65 мм!об, для
чугуна — 1,8 мм!об, для стали ЭИ673, относящейся к числу труднообра-
батываемых, — 1 мм!об.
Приведенные в табл. 1.2 скорости резания определены при работе
резцом с углом в плане 45°, при стойкости 60 мин.
Таблица 1.2
К определению предельных чисел оборотов в минуту
Характер обработки	Обрабатываемый материал	Материал ре- жущего ин- струмента	Глубина ре- зания В ЖА4	Подача в мм/об	V в м/мин	D в мм	е
Черновая обра- ботка по корке	Сталь (ов=90<-100кГ/лл12) Чугун (НВ 242—265) Сталь ЭИ673	Т5К10 ВК6 Т15К6	8 9,0 6,5	1,65 1,8 1,0	42 41 32	250 250 250	54 52 41
Чистовая обра- ботка	Стэль (аа=44-г-49 кПмм2)	Т15К6	1,4	0,25	417	30	4420
Как видно из таблицы, нижний предел чисел оборотов 41 об!мин тре-
буется при обработке стали ЭИ673. Низкие скорости необходимы также
при нарезании резьбы. По данным указанного справочника, при нареза-
нии резьбы резцами, оснащенными твердым сплавом, могут потребоваться
минимальные скорости порядка 25 м/мин. Если принять найденный выше
нижний предел чисел оборотов, то при скорости 25 м!мин можно будет
нарезать резьбы с наибольшим диаметром около 200 мм. Практически
диаметры резьб, нарезаемых на станках данного размера, меньше. Таким
образом, нижний предел чисел оборотов обеспечивает выполнение необ-
ходимых операций.
Верхний предел чисел оборотов 4420 об!мин значительно превышает
значения чисел оборотов, встречающихся в практике.
Для оценки полученных расчетом пределов чисел оборотов сравним
их с результатами исследования, проведенного в ЭНИМСе инж. Р. М. Пра-
тусевичем [92] с целью анализа использования станков по скорости.
Исследование было проведено с помощью регистрирующих приборов,
127
которые фиксировали время использования станков при различных числах
оборотов в минуту. По группе токарных станков 1К62, установленных
на различных предприятиях, были получены результаты, представленные
на рис. 1.77. Как видно, станки в основном используются в интервале
63—1250 об/мин, в то время как пределы чисел оборотов шпинделя станка
равны 12,5—2000 об/мин. Таким образом, нижняя и верхняя части диапа-
зона не используются.
Аналогичные результаты получены и в отношении фрезерных станков.
Поскольку изучение проводилось в широких масштабах, то получен-
ные результаты нельзя отнести за счет нерационального использования
станков. Следовательно, для установления обоснованных пределов изме-
нения чисел оборотов необходимы серьезные статистические исследования.
При прямолинейном главном рабочем движении необходимо изменять
скорость прямого рабочего хода. Если скорость обратного хода не зависит
4
12.5 20 31.5 50	80 125 200 3/5 500 №0 1250 П,о5/мш
16 25 W 63 Ю0 160	250 W0 630 /ООО
Рис. 1.77. Использование ступеней чисел оборотов токарного
станка 1К62 по экспериментальным данным
от скорости прямого хода, то главное рабочее движение характеризуется
пределами изменения скорости о[пах и i>mln и диапазоном изменения
скоростей
JJrnax.	(1.42)
Если скорость быстрого обратного хода зависит от скорости прямого
рабочего хода, т. е.
об — kv,
(1-43)
то привод главного движения характеризуется пределами чисел двойных
ходов.
Обозначим L длину рабочего хода в м. Тогда время рабочего хода
время быстрого обратного хода
общее время одного двойного хода
1 +k
Число двойных ходов в минуту
Пределы чисел двойных ходов в минуту зависят от наибольшей и наи-
меньшей длины хода.
128
Рассмотренная зависимость (1.43) между скоростью прямого и обрат-
ного ходов характерна для приводов с кривошипно-кулисным механизмом,
для которых фигурирующие в формулах скорости являются средними
(см. стр. 281).
Движение подачи
Переходя к вопросу о пределах величины подач, следует напомнить,
что в зависимости от метода обработки подачи измеряются либо в мм
на оборот, либо в мм!мин. Величины подач, которые могут потребоваться
на станке, зависят от характера выполняемых работ, применяемых режу-
щих инструментов, методов крепления обрабатываемой детали, требова-
ний к качеству обрабатываемой поверхности и др.
Диапазон изменения величины подач определяется как отношение
наибольшей и наименьшей подач; при подачах, задаваемых:
в мм! об
в мм!мин
smuh max
$мин mln
(1-45)
(1.46)
Необходимо заметить, что вопрос о диапазоне изменения величины
подач при задании подач в мм!об связан со структурой привода подач.
Если привод подач получает движение от шпинделя 1 (рис. 1.78, п), то
величина подачи на один оборот шпинделя определяется из уравнения
s = 1 об. шп ioinSn,	(1-47)
где 1о — общее передаточное отношение постоянных передач привода;
i„ — переменное передаточное отношение, которое настраивается
с помощью звена 2 привода;
Sa — величина перемещения рабочего органа 4 на один оборот вала 3
привода.
Минимальной подаче smln соответствует передаточное отношение in mln,
максимальной sr„ax — передаточное отношение inmax. Число оборотов
последнего вала 3 привода подач, соответствующее одному обороту шпин-
деля при максимальной и минимальной подаче, равно:
Нц-.ax 1 Об. ШП loin max»
«mm = 1 об. шп ioin mln,
а диапазон изменения чисел оборотов равен
Г) 1п тпах   $гпах
*чг —‘ г	— с •
min	длил
5
И. М. Кучер 417
129
При независимом приводе подач (рис. 1.78, б) величина подачи рабо-
чего органа 2, настраиваемая с помощью привода 1, должна измеряться
в мм!мин. Требующаяся при заданном числе оборотов шпинделя п и подаче
на оборот s минутная подача определяется по формуле

(1.48)
Диапазон изменения минутных подач, получаемый с помощью привода /,
должен обеспечить как минимальные, так и максимальные значения
минутных подач, получаемых в результате сочетания различных, реально
требующихся чисел оборотов и подач на оборот.
Определение максимальной и минимальной минутных подач по фор-
мулам SMltH п1ак ^тах^шах И $мин тШ ^nUn^mln ПРИВОДИТ К необоснован-
ному расширению диапазона
подач. Если принять приве-
денные в табл. 1.2. макси-
мальные и минимальные зна-
чения чисел оборотов и
подач, то соответствующие
значения минутных подач бу-
дут равны sMUH mlQ = 41 • 0,25 =
= 10,25 мм!мин и sMUH max =
= 4420-1,8 = 7950 мм/мин,
что явно нереально, так как
при максимальных числах
оборотов не могут быть ис-
пользованы максимальные
20 м 60 во too 120 м 160 iso 200220 2ьо260	подачи; аналогично при обра-
„ ,Л	ботке на малых подачах де-
Рис. 1.79. График минутных подач	талей наибольшего диаметра
числа оборотов шпинделя
будут значительно выше полученных из приведенного расчета. Для опреде-
ления пределов минутных подач следует построить графики минутных подач
для ряда различных режимов в функции диаметра обрабатываемой поверх-
ности. Подобные графики для ряда режимов, часть из которых соответ-
ствует данным, приведенным в табл. 1.2, изображены на рис. 1.79. Как
видно, минимальная минутная подача получается при обработке
стали ЭИ673 и диаметре обрабатываемой поверхности 250 мм. Максималь-
ные минутные подачи получаются при обработке стали с ов = 44^-49 кПмм?
при глубине резания 4 мм и подаче 1,65 мм!об. Однако возможность обра-
ботки с этим режимом деталей диаметром 30 мм обычно ограничивается
в связи с деформациями системы станок — приспособле-
ние — инструмент — деталь (СПИД). Если принять макси-
мальное значение минутной подачи, равное 1200 мм/мин, то будет обеспе-
чена возможность работы с режимом t = 4 мм ns— 1,65 мм!об, начиная
с диаметра 50 мм, что вполне достаточно. Таким образом, представляется
возможным остановиться на максимальной минутной подаче 1200 мм!мин.
Соответственно для нашего примера диапазон изменения минутных подач
будет
Р ______ 1200   О Л
"SMUH  4Q  
При независимом приводе подач значительно упрощается кинематиче-
ская схема и конструкция привода, так как при этом отпадают промежу-
точные передачи, связывающие шпиндель с приводом подач. Однако созда-
ние независимого привода подач с широким диапазоном изменения подач
130
(R Г> 100) связано с появлением других трудностей. Независимый привод
подач со средним диапазоном изменения подач (10 <; R <: 100) может
быть осуществлен без особых затруднений. Поэтому правильное опреде-
ление необходимого диапазона изменения минутных подач играет боль-
шую роль.
16.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТРЕБНОЙ МОЩНОСТИ ПРИВОДА
При проектировании станка существенное значение имеет определение
требующейся мощности привода.
Обычно мощность привода машины принимается равной
=	(1-49)
где Nj — эффективная мощность, необходимая для выполнения полезной
работы;
т) — коэффициент полезного действия передачи, связывающей источ-
ник энергии с рабочими органами машины.
Коэффициент полезного действия передачи представляет собой произ-
ведение к. п. д. отдельных звеньев передачи. Средние значения к. п. д.
некоторых характерных звеньев:
Ременная передача:
без натяжного ролика...............................0,98
с натяжным роликом .........................-	.	- 0,97
Клиноременная передача..................................0,96
Цилиндрические зубчатые колеса:
со шлифованными зубьями............................0,99
с нарезанными зубьями .............................0,98
Конические зубчатые колеса..............................0,97
Цепная передача ........................................0,96
Подшипники качения (один вал)..........................0,995
Подшипники скольжения:
при очень хорошей смазке...........................0,98
» нормальной смазке ............................ 0,97
К- п. д. реальных звеньев может в большей или меньшей степени
отклоняться от приведенных средних значений. Например, если диаметр
зубчатого колеса и подшипника близки друг к другу, то к. п. д. под-
шипника резко падает. В таких случаях необходим обстоятельный расчет
потерь на трение.
Однако для современных быстроходных станков определение мощности
привода на основании формулы (1.49) дает результаты, значительно отли-
чающиеся от фактически требующейся мощности, что связано с большой
величиной мощности холостого хода быстроходных металлорежущих
станков.
Понятие о мощности холостого хода
Мощностью холостого хода называется мощность, затрачиваемая
источником энергии на вращение привода при отсутствии полезной на-
грузки. Эта мощность затрачивается:
1)	на работу сил трения в опорах, возникающих под действием:
а)	веса движущихся частей;
б)	предварительного натяжения ременных передач и подшипников;
в)	различного рода перекосов валов в подшипниках, являющихся
результатом неизбежных отклонений при обработке и сборке деталей
привода;
г)	центробежных сил, появляющихся вследствие дисбаланса быстро-
вращающихся деталей;
131
д)	динамических нагрузок, возникающих из-за ошибок изготовления
зубчатых колес и других элементов;
2)	на работу сил трения, возникающих в уплотнениях подшипников
и других элементов;
3)	на работу сил трения в зубчатых колесах, возникающих вследствие
ошибок изготовления зубчатых колес и других причин;
4)	на работу сил трения, возникающих между дисками расцепленных
фрикционных муфт;
5)	на перемешивание масла в масляной ванне;
6)	на аэродинамические потери в подшипниках качения и быстровра-
вдающихся деталях.
Мощность холостого хода
металлорежущих станков до-
стигает значительной вели-
60 80 Н2 №2 ISO 250 320 US 600 75010101500 при 0^1660 оЪ/ншн
53 l\ №0 126 168 225 285 *00 535 BBS SOO 12?0 при оЬ/нин
SO Ш 56 71 S5 125 160 22* 300 375 505 6SO при Ппр* 830 сЪ/нин
Число оБоротоб шпинделя станка /?, 65/нин
Рис. 1.80. График мощности холостого хода ре-
вольверного станка 1М36 при различных числах
оборотов первого вала коробки скоростей
Рис. 1.81. График мощности хо-
лостого хода шпинделя станка
1М36
чины. На рис. 1.80 приведены графики зависимости мощности холостого
хода привода от числа оборотов шпинделя револьверного станка 1М36,
построенные на основании результатов исследований Г. А. Левита [661.
Графики получены при различных числах оборотов первого вала коробки
скоростей. Шкалы чисел оборотов смещены таким образом, чтобы на
одной вертикальной линии располагались значения мощности, соответ-
ствующие одинаковым передаточным отношениям в коробке скоростей.
Из графиков видно, что с повышением числа оборотов шпинделя в ми-
нуту путем изменения передаточных отношений в коробке скоростей при
одном и том же числе оборотов первого вала мощность холостого хода
возрастает. При этом между числом оборотов шпинделя и мощностью
холостого хода существует нелинейная зависимость. Нелинейная зависи-
мость между повышением числа оборотов первого вала и мощностью холо-
стого хода заметна при высоких скоростях шпинделя.
Нелинейная зависимость возрастания мощности холостого хода обусло-
вливается тем, что ряд потерь холостого хода возрастает пропорционально
квадрату скорости. Например, пропорционально квадрату скорости воз-
растают силы трения, возникающие под действием центробежных сил,
силы трения между дисками расцепленных фрикционных муфт, аэроди-
намические потери.
132
Нелинейная зависимость между потерями и числом оборотов хорошо
заметна на кривой мощности холостого хода шпинделя станка 1М36
(рис. 1.81). Сравнение общей мощности холостого хода привода и мощ-
ности холостого хода шпинделя свидетельствуют о том, что значительная
часть мощности холостого хода затрачивается на вращение шпинделя.
Такое положение характерно для значительной части станков.
Значительная мощность холостого хода расходуется на трение между
дисками расцепленных фрикционных муфт, на перемешивание масла
в масляной ванне (рис. 1.82).
Для снижения мощности
холостого хода быстроходных
станков следует избегать при-
менения подшипников скольже-
ния, конических роликовых
подшипников, к. п. д. которых
ниже шариковых, войлочных
уплотнений, фрикционных муфт
для переключения передач. С
этой же целью масляную ванну
следует заменять циркуляцион-
ной смазкой. К качеству изго-
товления деталей приводов
Рис. 1.82. График мощности, затрачиваемой на
перемешивание масла в ванне в зависимости от
уровня масла
хода при высоких скоростях может быть
необходимо предъявлять повы-
шенные требования, а быстро-
вращающиеся детали подвер-
гать балансировке.
Снижение мощности холостого
достигнуто при использовании так называемого разделенного
привода, рассматриваемого ниже.
Однако даже при совершенной конструкции привода мощность холо-
стого хода остается значительной и ее необходимо учитывать при опре-
делении мощности приводного электродвигателя.
Практически мощность холостого хода может быть измерена только
при отсутствии полезной нагрузки. Однако действие рассмотренных выше
факторов сказывается в той или иной степени и при работе станка под
нагрузкой. Их влияние может изменяться вследствие того, что силы веса
уравновешиваются движущими силами, меняется характер перекосов
и т. п. В первом приближении можно принять, что мощность холостого
хода суммируется с мощностью, необходимой для выполнения полезной
работы, которую можно определять по формуле (1.49).
Определение мощности привода
Если от одного привода осуществляется главное рабочее движение
и движение подачи, то необходимо также учесть затраты мощности на дви-
жение подачи. Тогда необходимая мощность двигателя определяется
выражением

(1.50)
где N3 — эффективная мощность, затрачиваемая на резание;
Nx — мощность холостого хода;
т]р — расчетный к. п. д. привода;
N,, — мощность, затрачиваемая на подачу.
133
Без учета мощности, затрачиваемой на подачу, мощность привода глав-
ного движения может быть определена как
Nd=-^ + Nx,	(1.51)
а к. п. д. привода — как отношение эффективной мощности к мощности
электродви гателя
V]cm~ 1^°
Пр
. , Nx
V+-N^P
(1-52)
Как видно из графиков (рис. 1.80), мощность холостого хода имеет
различное значение при различных скоростях шпинделя, соответственно
будет меняться и к. п. д. привода.
Зигзагообразный характер графика обусловливается тем, что переход
от одной группы скоростей к другой сопровождается падением скоростей
ряда промежуточных валиков.
Точное расчетное определение мощности холостого хода при различ-
ных скоростях шпинделя представляется весьма затруднительным не
только в связи с трудоемкостью расчета, но и вследствие отсутствия
ряда исходных данных, например зависимости потерь от неточности сборки,
величины дисбаланса и др.
Для приближенных расчетов можно воспользоваться формулой, пред-
ложенной Г. А. Левитом на основе исследований, проведенных в ЭНИМСе,
™ dcP Пшп
(1.53)
кет,
^х—	105
где	ktl — коэффициент, характеризующий конструкцию элементов
привода и качество изготовления, принимаемый равным
3—6; меньшие значения соответствуют более простым,
а большие — более сложным схемам;
К], . . ., tij—числа оборотов промежуточных валов приводов, соот-
ветствующие настроенной скорости шпинделя;
dcp — средний диаметр всех промежуточных валов привода
в см;
d-шп — диаметр шпинделя в передней опоре в см;
Кип — коэффициент, учитывающий дополнительные потери
в шпиндельном узле; при подшипниках скольжения при-
нимается равным 2, при подшипниках качения — 1,5.
При увеличении числа оборотов первого ведущего вала привода числа
оборотов всех валов, а соответственно и мощность холостого хода воз-
растают прямо пропорционально возрастанию числа оборотов ведущего
вала. Таким образом, данная формула дает линейную зависимость, в то
время как экспериментально установленная зависимость является нели-
нейной.
Формула (1.53) может быть использована для расчета потерь в при-
водах главного движения с коробкой скоростей, переключаемой подвиж-
ными шестернями, от которой вращение передается шпинделю зубчатыми
передачами, а также потерь в коробках подач.
При наличии в коробке скоростей электромагнитных муфт необходимо
также учесть потери в муфтах, которые определяются величиной оста-
точного момента, указываемого в каталогах, и числом оборотов дисков
муфты в относительном движении.
134
Следует также дополнительно учитывать потери холостого хода в ре-
менных передачах. Потери в клиноременных передачах без натяжного
ролика могут быть определены по формуле
N*- Р = Copzvp 4- -2-),
где vp — скорость ремня в м!сек;
z — число ремней;
cfj, d2 — диаметры шкивов в см.
При ремне профиля А
Сор = 0,25 + 0,015ор;
при ремне профиля Б
Сор = 0,72 + 0,01 lvp.
Потери, возникающие в подшипниках вследствие предварительного
натяжения ременной передачи, определяют исходя из момента трения
в подшипниках, появляющегося под действием предварительного натя-
жения.
Значительные потери возникают в ременных передачах, связывающих
коробку скоростей со шпинделем при разделенном приводе (см. стр. 253).
При разделенном приводе мощность холостого хода коробки скоростей
определяется по формуле
Nx —	+ «п+‘-‘+ «/)>	(1.53а)
а мощность холостого хода шпинделя — по формуле
=	(Ь53б)
Для определения полной мощности холостого хода добавляется мощ-
ность холостого хода ременных передач и электромагнитных муфт.
Мощность холостого хода коробок подач может быть определена по
формуле (1.53а).
Точные значения мощности холостого хода могут быть установлены
при экспериментальном исследовании опытного образца серийного станка.
Эффективная мощность может быть определена по формулам теории
резания металлов. Поскольку для выполнения различных операций тре-
буется различная мощность, то для выявления наибольшей эффективной
мощности необходимо определить мощность для ряда характерных опе-
раций. Следует заметить, что наибольшая мощность обычно требуется для
выполнения черновых операций при обработке легкообрабатываемых ста-
лей. Так, например, для рассмотренного выше токарного станка, примени-
тельно к которому определялись пределы чисел оборотов, наибольшая
мощность может потребоваться при обработке стали с сга = 44 4-49 кПмм2.
При принятых выше (табл. 1.2) значениях глубины резания и подачи
(t = 8 мм; s = 1,65 мм/об) эффективная мощность, согласно данным
упомянутого выше справочника, будет равна 25 кет.
Однако, как показывает практика эксплуатации станков, универсаль-
ные станки значительную часть общего времени работают при сравни-
тельно небольшой мощности.
На рис. 1.83 приведен график использования станков по мощности, по-
строенный на основе обширных статистических исследований, проведен-
ных Р. М. Пратусевичем в ЭНИМСе. Как видно из графика, большую
1-35
часть времени станки работают с недогрузкой. При мощности, меньшей
0,75 номинальной мощности установленного двигателя, станки работают
в течение 0,93 общего времени и только 0,07 общего времени при мощ-
ности, находящейся в пределах от 0,75 до 2,0 установленной мощ-
ности.
Поскольку число работ, выполняемых при повышенной мощности,
невелико, то без ущерба для экономики производства можно допустить
выполнение этих работ при пониженных режимах или в случае необхо-
димости перенести их на станок больших размеров, имеющийся в размер-
ном ряду, а мощность проектируемого станка принять такой, чтобы она
обеспечивала выполнение основной массы характерных работ.
Если принять, например, что станок должен обеспечить выполнение
93% работ, требующих мощности до 0,75 от номинальной, а найденная
выше мощность 25 кет соответствует удвоенной номинальной мощности
на графике, приведенном на рис. 1.83, то в качестве расчетной мощности
0,8
^0.6-
§ § о/>-
Oc/j ' 0J9 Nном
0.008 о.оа 0.003 0,0003
__________1.4 , Z. .	N
0.25 fij 0.75 7.0 1.25 1.5 1.75 2,0
"шп нон
Рис. 1.83. График использования мощности стан-
следовало бы принять:
N3 = 25 0J5A/^.HO4, = 9,3
шп, ном
График, приведенный на
рис. 1.83, построен на основе
обобщенных данных для раз-
личных типов станков (1Д62,
1А62, 1К62, 6Н12, 6Н82, 6Н13,
6Н83) с учетом времени холо-
стой работы станка. Если сред-
ков по экспериментальным данным
нее значение мощности в долях
от номинальной, полученное на
основе графика, приведенного на рис. 1.83, составляет 0,19, то за период
резания среднее значение мощности составляет 0,28—0,30.
По данным многочисленных исследований, среднее значение мощности
колеблется в пределах 0,2—0,4 от номинальной.
Достаточно обоснованные данные для установления мощности проек-
тируемого станка могут быть получены на основе обстоятельного стати-
стического обследования использования мощности в период резания, про-
веденного применительно к каждому конкретному типоразмеру станка.
При проектировании специализированных и специальных станков
эффективная мощность определяется на основе формул теории резания
применительно к принятым режимам работы.
Специфическими особенностями отличается определение мощности при-
водов главного движения карусельных и строгальных станков. В этом
случае, кроме полезных сопротивлений сил резания, приходится преодо-
левать силы трения на направляющих, которые при значительном весе
подвижных рабочих органов и обрабатываемых деталей достигают боль-
шой величины.
Мощность двигателя в этом случае определяется формулой
N6 = ^^ + Nx + Nn,
(Е54)
где Nmp — мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения в напра-
вляющих;
Nx — мощность холостого хода всех элементов привода, за исклю-
чением планшайбы или стола;
т]р — расчетный к. п. д. привода без учета планшайбы или стола.
136
Мощность привода подач может быть определена по формуле
"" = rara5^°.735 + "»	<г55>
где Рт — тяговое усилие, приложенное к рабочему органу со стороны
последнего звена привода подач, в кГ;
smuh — подача в мм! мин;
Nx — мощность холостого хода привода подачи.
Вопрос об определении тяговых усилий рассмотрен ниже.
Точное определение мощности привода подач имеет особо важное зна-
чение при независимом приводе подач, особенно в следящих системах
и системах автоматического управления, когда размеры элементов при-
вода и самого двигателя существенно сказываются на динамических
качествах системы.
Приводы главного рабочего движения и подач должны обеспечивать
изменение числа оборотов или скорости прямолинейного движения в пре-
делах заданного диапазона. Внутри заданного диапазона изменение чисел
оборотов или скорости можно производить либо непрерывно, либо
скачкообразно. В первом случае мы имеем бесступенчатое,
во втором — ступенчатое изменение чисел оборотов или ско-
ростей.
Выбор типа привода оказывает значительное влияние на прои-
зводительность и экономическую эффективность проектируемого
станка.
Бесступенчатое изменение чисел оборотов дает существенные преиму-
щества, так как оно позволяет для каждой операции установить расчетное
число оборотов, определяемое по формуле (1.40) в соответствии с требую-
щейся скоростью резания. При ступенчатом изменении чисел оборотов
приходится использовать ближайшее меньшее число оборотов по сравне-
нию с расчетным. При использовании ближайшего большего числа обо-
ротов фактическая скорость резания будет больше допустимой, что
приведет к резкому снижению стойкости режущего инструмента,
увеличению суммарного времени остановок станка для подналадки,
количества переточек инструмента и т. д. Таким образом, при ступен-
чатом изменении чисел оборотов работа ведется со скоростью резания
меньше допустимой, что приводит к появлению потери скорости До и
увеличению времени резания, а соответственно—к снижению производи-
тельности.
При бесступенчатом изменении чисел оборотов и использовании
системы автоматического регулирования числа оборотов оказывается
возможным поддержать постоянство скорости резания при обработке
торцовых поверхностей за счет автоматического изменения числа обо-
ротов по мере перемещения резца в радиальном направлении, что
приводит к заметному снижению времени резания при выполнении по-
добных операций.
Однако достаточно широкому внедрению методов бесступенчатого изме-
нения чисел оборотов до последнего времени препятствовало отсутствие
простых, дешевых и надежных конструктивных решений, удовлетворяю-
щих всем технологическим требованиям. Поэтому приводы, обеспечиваю-
щие бесступенчатое изменение чисел оборотов, встречаются лишь в сравни-
тельно немногочисленных моделях станков. Следует предполагать, что
дальнейшее развитие методов бесступенчатого изменения чисел оборотов,
в первую очередь электрических методов изменения, приведет в ближай-
шие годы к значительному расширению применения бесступенчатого
изменения чисел оборотов на станках.
137
ГЛАВА IV ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ИСХОДНЫХ РАСЧЕТНЫХ НАГРУЗОК
В процессе относительного перемещения режущего
инструмента и заготовки возникают силы резания, при-
ложенные, с одной стороны, к режущему инструменту, с другой — к заго-
товке. Относительное перемещение происходит под действием движущих
сил, приложенных к подвижным рабочим органам со стороны приводов.
Движущие силы должны преодолеть силы резания, силы трения (возни-
кающие на направляющих подвижных рабочих органов под действием
сил резания, движущих сил и сил веса подвижных рабочих органов),
а при вертикальном и наклонном перемещении — и силы веса подвиж-
ных рабочих органов. При неустановившемся движении движущие силы
должны также преодолеть силы инерции, величина которых определяется
процессами разгона или торможения подвижных рабочих органов.
Нагрузки, возникающие под действием сил резания, движущих сил
и сил веса, воспринимаются корпусными деталями подвижных рабочих
органов и остова станка.
Для создания станка, удовлетворяющего всем требованиям точности,
долговечности, надежности, высокой производительности и др., весьма
большое значение имеет правильное определение движущих сил и сил,
приложенных к рабочим органам и корпусным деталям остова станка.
Эти силы являются исходными при расчете узлов и элементов станка
на прочность, жесткость и долговечность, при расчете мощности при-
водов и т. п.
В первую очередь должны быть определены силы резания, от которых
зависят как нагрузки, воспринимаемые подвижными рабочими органами
и корпусными деталями остова станка, так и движущие силы. Величины
составляющих сил резания определяются на основе формул теории реза-
ния металлов.
В основу расчета должны быть положены наибольшие значения соста-
вляющих сил резания, которые могут возникнуть при выполнении техно-
логических операций, для которых предназначен проектируемый станок.
Наибольшую величину составляющие силы резания имеют при выпол-
нении черновых операций с наибольшими технологическими допустимыми
припусками и подачами. Технологически допустимые припуски и подачи
определяются на основе соответствующих рекомендаций технологических
справочников и руководств. Поскольку величина составляющих сил реза-
ния в большой мере зависит от вида обрабатываемого материала, то соста-
вляющие сил резания должны быть определены для каждого вида операций
и различных видов обрабатываемых материалов, предусмотренных зада-
нием на проектируемый станок. Из полученного ряда значений выбирают
те, которые дают наибольшие нагрузки и наибольшие величины движу-
щих сил.
Применительно к различным видам выполняемых технологических
операций составляют схемы действия сил и расчетные схемы. В качестве
примера рассмотрим случай фрезерования плоскости (рис. 1.84) на гори-
зонтальнофрезерном станке цилиндрической фрезой со спиральным зубом.
На основе формул теории резания определяются: окружная сила Р,
радиальная сила Рг и осевая сила Р„, направленная вдоль оси фрезы.
Зная составляющие сил резания, находят силы, направленные вдоль осей
координат станка. В рассматриваемом случае
Pz= Р sinф — Рг соэф,
Рх — Р cos ф + Pj-sin ф; Ру = Ро.
138
Зная величину сил, направленных вдоль осей координат станка, со-
ставим расчетные схемы.
Силы Рх, Ps и Pz приложены с одной стороны к фрезе 9, с другой —
к обрабатываемой детали 6. Силы, приложенные к фрезе и обрабатывае-
мой детали, передаются в конечном итоге корпусным деталям остова
станка и фундаменту. Так, силы, приложенные к фрезе, передаются через
оправку 10, подвеску 7 и хобот 8 стойке 11. Силы, приложенные к детали 6,
передаются через стол 5 и поперечные салазки 4 консоли 3. Момент сил
Рх и Pv воспринимается стойкой 11, а сила Р2 — тумбой 2, опирающейся
на плиту 1. В соответствии с рассмотренной схемой действия сил можно
принять, что на длине I стойка скручивается под действием момента сил
Мкр = ^хУр
и изгибается под действием моментов:
Мх = Рх1-, М2 = Ру1', М3 = Рхур.
Рис. 1,84. Схема сил, возникающих в процессе резания на фрезерном
станке
Аналогично можно составить упрощенные расчетные схемы для дру-
гих корпусных деталей.
Для составления расчетной схемы сил, действующих на подвижной
рабочий орган, необходимо определить величину движущей силы и реак-
ций, возникающих на направляющих.
Если рабочий орган представляет собой шпиндель, то движущие силы
определяются из условий равновесия моментов составляющих сил реза-
ния, сил трения в подшипниках и движущих сил. В большинстве случаев
при этом ограничиваются составлением уравнения равновесия моментов
составляющих сил резания и движущих сил, а силы трения в подшипни-
ках учитывают введением коэффициента полезного действия при опреде-
лении движущих сил. Определив величину движущих сил, реакции в опо-
рах находят на основе уравнений статики для двухопорной балки или
теоремы о трех моментах.
При наличии у вращающегося рабочего органа направляющих сколь-
жения момент сил трения на направляющих оказывает существенное
влияние на величину момента движущих сил. Поэтому в данном случае
требуется уточненный расчет, который осложняется трудностями опре-
деления реакций на направляющих. Аналогичные трудности возникают
и при прямолинейно движущихся рабочих органах. Так, например,
в рассматриваемом случае движущей силой является сила Рт, действую-
щая на плече гт. В дальнейшем движущую силу, приложенную к посту-
пательно движущемуся рабочему органу, будем называть тяговым
139
усилием. Под действием сил Pv и Рг, моментов сил Рхг и Р,,2 и мо-
мента тягового усилия Рт, а также веса G стола и заготовки на напра-
вляющих стола возникают реакции /?2 и Rx. Давление реакций распре-
деляется по длине направляющих в соответствии с тем или иным законом.
От закона распределения давлений реакций зависит положение точки
приложения и величина равнодействующей.
Для упрощения задачи определения реакций и тягового усилия при-
ходится прибегать к ряду допущений, рассматриваемых ниже. Аналогич-
ные допущения могут быть использованы и при определении движущих
сил и реакций при вращающихся рабочих органах с направляющими
скольжения.
17.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕАКЦИЙ
НА НАПРАВЛЯЮЩИХ И ТЯГОВЫХ УСИЛИЙ
Тяговое усилие должно преодолеть силы резания и силы веса, спроек-
тированные на направление перемещения рабочего органа, а также силы
трения, возникающие на направляющих под действием реакций. Следует
заметить, что величина реакций может возрасти по сравнению с расчет-
ной при затягивании регулируемых элементов направляющих.
В методике определения тяговых усилий, разработанной Ленинград-
ским станкостроительным заводом им. Я- М. Свердлова, рекомендуется
учитывать также силы прилипания смазанных поверхностей направляю-
щих. Соответственно величина тягового усилия определяется выражением
+	+	+	(1.56)
где S Ррез — сумма проекций сил резания на направление перемещения
рабочего органа;
У] G — сумма проекций сил веса подвижных частей на направление
перемещения рабочего органа;
2 Ртр — сумма сил трения на направляющих;
Рпр — силы прилипания.
(1.57)
где S N — сумма реакций, приложенных к направляющим;
/ — коэффициент трения направляющих.
Рпр = РпрР,	(1.58)
где F — площадь соприкасающихся поверхностей направляющих в см2;
Рпр — касательное усилие, возникающее на направляющих вследствие
вязкого трения, приложенное к одному квадратному санти-
метру поверхности направляющих, в кГ.
По данным станкостроительного завода им. Я. М. Свердлова, рп
0,05 кПсм2.
Коэффициент трения направляющих изменяется в довольно широких
пределах и зависит от смазки, материала трущихся поверхностей и ряда
других факторов.
Направляющие рабочих органов, совершающих движения, подачи
и установочные перемещения, работают, как правило, при смешанном
трении, при котором смазка не разделяет полностью трущиеся поверх-
ности. Смешанное трение отличается разнообразием условий работы в зави-
симости от доли сухого, граничного и жидкостного трения в общем про-
цессе.
140
Для направляющих так же, как и для подшипников скольжения,
коэффициент трения зависит от характеристики Л режима работы
_ PVCK
~ р ’
где р — вязкость масла в спз;
vCK — скорость скольжения в м!сек\
р — среднее удельное давление в кПсм2.
При переходе от состояния покоя к состоянию движения коэффициент
трения изменяется скачком, а затем по мере увеличения скорости сколь-
жения плавно уменьшается до минимума, после чего может иметь место
некоторое увеличение коэффициента трения (рис. 1.85).
На основе исследований, проведенных в ЭНИМСе Г. А. Левитом и
Б. Г. Лурье, ими разработана методика определения коэффициента тре-
ния направляющих в зависимости от характеристики режима работы [67].
Рис. 1.85. Зависимость коэффициента трения от скорости
перемещения
При практических расчетах допустимо использование для пары чугун—
чугун значений коэффициентов трения, заимствованных из графиков,
представленных на рис. 1.85. Получаемая при этом погрешность в опре-
делении коэффициента трения компенсируется введением дополнитель-
ного члена Рпр в формулу для определения тягового усилия.
По данным упомянутых исследований, как это подтверждается приве-
денными графиками, применение более вязких масел приводит к сни-
жению коэффициента трения. Большое значение имеет также правильное
расположение смазочных канавок на трущихся поверхностях. Продоль-
ные и диагональные канавки приводят к повышению коэффициента тре-
ния, а поперечные обеспечивают более благоприятные условия работы.
При малых скоростях перемещения коэффициент трения резко воз-
растает. В большинстве случаев наибольшие тяговые усилия будут иметь
место при малой скорости перемещения, которой обычно соответствуют
и наибольшие значения сил резания. Для определения наибольшей
потребной мощности необходимо вычислить ряд значений мощности при
различных режимах работы.
При холостых перемещениях следует определить момент при трогании
с места, который учитывается при подборе электродвигателя.
Распределение давлений на направляющих
Весьма сложной задачей является определение реакций на направляю-
щих [38]. Рассмотрим простейший случай, когда силы и моменты дей-
ствуют в одной плоскости (рис. 1.86, а). Силы Pz и Ру расположены
в средней вертикальной плоскости направляющих. Реакции будем
141
считать приложенными в средней горизонтальной плоскости направляю-
щих. В этой же плоскости приложено тяговое усилие Рт. Под действием сил,
приложенных к рабочему органу, на поверхности направляющих возни-
кают давления, которые могут распределяться по тому или иному закону.
Полагая, что направляющие рабочего органа и станины не деформируются
под действием приложенных сил, а происходят только контактные дефор-
мации, можно принять, что давления будут распределяться по линей-
ному закону.
Предположим, что сила Рг = 0, тогда под действием момента Руг на по-
верхности направляющих возникнут давления, распределенные по закону
треугольника (рис. 1.86, б).
Рис. 1.86. Распределение реакций на направля-
ющих при действии сил и моментов в одной пло-
скости
Равнодействующие этих давле-
ний представляют собой реак-
ции Afj и N2, при этом =
= N 2. Реакции приложены на
/
расстоянии -д- от вершины тре-
угольника. Величина реакций
определится из уравнения мо-
ментов
2Nl^- = Pez.
При наличии силы Рг рас-
пределение давлений будет за-
висеть от относительной вели-
чины силы и момента.
Если давления распределя-
ются по закону треугольника,
расположенному с одной сторо-
ны направляющих (рис. 1.86, г),
то
ЛГ1 ~	(1-59)
Если Рг будет меньше величины, найденной из формулы (1.59), то рас-
пределение давлений будет иметь форму, представленную на рис. 1.86, в;
если больше, то давления будут распределяться по трапеции. Как в случае,
показанном на рис. 1.86, г, так и при распределении давлений по трапе-
ции реакция Л\ — Pz. Значительно сложнее определить реакции для
случая, изображенного на рис. 1.86, в. При данной простейшей схеме эта
задача может быть решена, однако при пространственном расположении
сил задача становится статически неопределимой. Поэтому при практи-
ческих расчетах можно исходить из допущения: реакции приложены по
концам направляющих. При распределении давлений по закону тре-
угольника (рис. 1.86, г) и трапеции такое допущение не внесет никаких
ошибок в определение реакций. В случаях же, представленных на
рис. 1.86, бив, реакции, найденные при принятых допущениях, ока-
жутся меньше реакций, найденных как равнодействующие давлений,
распределенных по всей длине направляющих. Однако и в этих случаях
давление фактически не распределяется по всей длине направляющих
и принятое допущение не приведет к значительным ошибкам. Для случая,
представленного на рис. 1.86, б, значения реакций, полученные с учетом
распределения давлений по закону треугольника, будут на 33% больше
значений реакций, приложенных по концам. Для компенсации ошибок
142
в тех случаях, когда реакции М и имеют разные знаки (рис. 1.86, д)
или одна из реакций значительно меньше другой (рис. 1.86, е и ж), сле-
дует увеличить полученные значения реакций на 20—30%.
Определение тягового усилия
при действии сил в одной плоскости
Для определения реакций при сделанном выше допущении можно
воспользоваться уравнениями статики. Рассмотрим в качестве примера
определение реакций и тягового усилия, необходимого для перемещения
гильзы шпинделя сверлильного станка (рис. 1.87). К гильзе шпинделя
приложена составляющая Рос сил резания, тяговое
усилие Рт, распорная сила в зубчато-реечной пере-
даче Рр, реакции на цилиндрической направляющей,
силы трения на направляющей Pmpi и силы трения
Ртр а, возникающие в шлицевом конце шпинделя
при передаче крутящего момента МКр. Так как
в данном случае легко определить на основе фор-
мулы (1.59) характер распределения реакций, то мы
воспользуемся ею. Пренебрегая моментом сил тре-
ния, найдем момент сил, приложенных к гильзе
Сила, действующая перпендикулярно к направле-
нию перемещения, равна Рр = Рт tg (а + <р). Если
Р 6РгО
р-" 21 ’
то давления распределяются по закону треуголь-
ника или трапеции. В данном случае при
tg (20° + 5°)	0,5
0,5Рг^
6PTD
21
Так как отношение D : I обычно меньше 1:6, то
Рис. 1.87. Определе-
ние тягового усилия
на реечной шестерне
гильзы сверлильного
станка
условие выполнено и N — Рр.
Уравнение равновесия проекций всех сил на
направление перемещения будет
Рт = Рос + fPr^ (« + ф) + “И f + Рпр,
г 2Л4мп
где f — сила трения в шлицевом конце
Решая уравнение равновесия сил, находим
шпинделя.
+ Рпр
1 — f tg (« + ф)
(1.60)
р | f 'ZMkp
и°с +' d~
Коэффициент трения для цилиндрических направляющих можно
принимать на основании гипотезы Рейе для цапф равным f, — коэф-
фициент трения для плоских поверхностей.
143
Определение тягового усилия при действии сил,
расположенных в трех координатных плоскостях
При пространственном нагружении система становится статически
неопределимой и в этом случае к уравнениям статики необходимо присо-
единить дополнительные условия, устанавливаемые на основании рас-
смотрения деформаций системы. При этих условиях уравнения становятся
громоздкими, а решение их в общем
Рис. 1.88. Опре-
деление реакций
на направляю-
щих при про-
странственном
расположении
сил и моментов
виде трудоемким.
С целью упрощения реше-
ния представляется целесооб-
разным сделать ряд допущений.
Примем так же, как при рас-
смотрении плоской задачи, что
реакции приложены по концам
направляющих, направляющие
и салазки являются абсолютно
жесткими и происходят только
контактные деформации. Подат-
ливость всех точек контакта
в направлении одной коорди-
натной оси будем считать оди-
наковой.
Рассмотрим случай действия
одной силы Р, совпадающей
с Рг (рис. 1.88).
На концах направляющих
возникают реакции Л\, Af2,
JV3 и Л'4. Примем, что подат-
ливость, под которой имеется
в виду смещение под дейст-
вием силы 1 кГ, для всех четы-
рех опор одинакова и равна
е. Тогда смещение салазок в на-
правлении действия сил на
каждой из опор будет равно
Д1 = Л\е, дг =
Д3 = /V3e, Д4 = (V4e.
Так как салазки не деформируются, то углы наклона направляющих
в плоскостях действия реакций Д\ — Ns и N2— равны, следовательно,
Д1 Дз — ^2	^4»
И
(N.-N^e = (N2-NJe.	(1.61)
Углы наклона в плоскостях действия реакций — N2 и Лг3 — Nt
также равны; следовательно,
(Nt - Л(2) е = (N3 - Л'4) е.	(1.62)
Из условий равновесия моментов
Ру = ICV1 - AQ + (N3 - TV4)J 4-;	(1.63)
Рх = [(Л\ -	+ (N2 - W4) ]	.
(1-64)
144
Подставив' выражение (1.62) в уравнение (1.63) и выражение (1.61)
в уравнение (1.64), получим:
=	(1.65)
(1.66)
Из условий равновесия сил
Nr + N2+ N3 + Nt = Р.	(1.67)
Из выражения (1.61)
= N2 + Na — Nv
Подставив полученный результат в уравнение (1.67), найдем
2(М2 + NJ = Р.	(1.68)
Подставляя выражения (1.65) и (1.66) в уравнение (1.68), приходим
к выражению
2(2«,-4-4) = Р.
откуда
Л'*=т+-й-+4-	"“>
После соответствующих подстановок и преобразований найдем
	Р _ 4	Ру	Рх “2Г +~2Г>	(1.70)
А =	4+	Ру _ Рх 2Ь	21 ’	(1.71)
М4 =	р 4	Ру   Рх 2Ь	21 ’	(1.72)
Нетрудно заметить, что каждая реакция состоит из трех частей: первая
равна одной четвертой вертикальной нагрузки Р, вторая — одной второй
силы, возникающей под действием момента Ру, и третья — одной второй
силы, возникающей под действием момента Рх.
Аналогичную структуру имеют формулы для реакций и при более
сложных схемах нагружения, что позволяет предложить для определения
реакций методику, базирующуюся на независимом определении каждой
из составляющих реакций, возникающих под действием сил и моментов.
Рассмотрим эту методику на конкретном примере.
Рабочий орган с плоскими направляющими 1 (рис. 1.88) получает
движение от прямозубой реечной шестерни 2. Составляющие силы реза-
ния приложены в точке 3 с координатами х, у и z. Тяговое усилие Рт
приложено в средней плоскости направляющих на плече гт. Распорная
сила Рр направлена по оси z. Центр тяжести также расположен на оси г.
Будем считать, что реакции и силы трения приложены в средней плоско-
сти направляющих, а направляющие имеют одинаковую ширину. Момен-
тами от сил трения на направляющих пренебрежем.
Введем следующее обозначение реакций: Na.s, где а обозначает номер
реакции на схеме, а в—номер строки в табл. 1.3.
Определим .реакции, возникающие на концах направляющих под
действием силы Рг. Реакции М1>г, М2>1, М3>1 и M4jl на концах
145
Значения составляющих реакций
Таблица 1.3
Формулы для определения реакций под действием				Численные значения реакций					
силы		момента силы				к,			
сила	реак- ция	уравнение равновесия	реакция						
Рг рв » pz г G РР Рт	G 4 0,25Рг	Pzx = 2Nl РгУ = 21V6 PyX = Nl Ру? = 2Nb РхУ = Nl Pxz = 2NI PTzT = 2NI	N = -гХ- 21 N = -y- 2b ,v = fy2 2b N == —p- JV=-^ 21 = pTzT 21	100 133 24 — 30 — 6,25 40 —0,062РГ —0,083Рг	100 133 — 24 30 — 6,25 40 —0,062Рг —0,083Рг	100 — 133 24 — 30 6,25 40 —О,О62РГ 0,083Рг	100 — 133 — 24 30 6,25 40 —0,62Рг 0,083Рг	100 133 ПреиеЕ	100 — 133 регаем
	4								
направляющих, возникающие под действием силы Рг, равны друг другу,
а их сумма равна Рг. Таким образом, каждая из реакций равна РгА.
Реакции направлены вверх. Откладываем найденные значения реакций
на направлениях действия реакций Nlt N 2, N3 и N4.
Под действием момента Ргх на концах направляющих возникнут реак-
ции, которые могут быть определены из уравнения равновесия моментов:
РА = 2NI,	(1.73)
откуда
^ = -^ = ^1.2 = ^2.2 = ^3.2=^41^.	(1.74)
Откладываем найденные реакции на направлениях действия реак-
ций N 1( N2, Лг3 и Л/4. При этом реакции Л\>а и JV2>2 будут направлены
вверх, а реакции Af3>2 и N4f2— вниз.
Реакции, возникающие под действием момента Р^у, определятся
из уравнения моментов
Ргу = 2Nb,	(I. 75)
откуда
N —	= ^1.3 — 2.з = Nа.? — N 4,3-	(1-76)
Реакции JV113 и N3i3 будут направлены вверх, а реакции Nii3 и Nit3 —
вниз.
146
Аналогично находим реакции, приложенные на концах направляющих
как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях под действием
каждой из сил и каждого из моментов. Все данные сведены в табл. 1.3.
Для наглядности решения зададимся численными значениями:
вес G = 160 кГ, Рг = 400 кГ, Ру = 200 кГ, Рх = 100 кГ, х = 400 мм,
у — 30 мм, z = 75 мм, zT = 100 мм, I = 600 мм и b — 250 мм. Численные
значения составляющих реакций также приведены в табл. 1.3.
Определяем алгебраическую сумму составляющих для каждой из
реакций; принимая (см. стр. 286), что
Рр = Prtg(20° — 5°) = 0,268/^0,25 Рт,
JVj = 261 — 0,145РГ кГ;	(1-77)
N2 = 273 — 0,145Р7 кГ;	(1-78)
Ns = 7 + 0,021 Р, кГ;	(1-79)
= 19 4- 0,021Р, кГ;	(1.80)
Nt = 233 кГ;	(1-81)
Ne = — 33 кГ.	(1-82)
При определении сил трения реакции суммируются по абсолютному
значению независимо от знака. Поскольку каждая из реакций состоит
из двух частей, одна из которых известна, а другая неизвестна, то для
определения абсолютного значения предварительно необходимо оценить
величину неизвестной части для того, чтобы при суммировании выбрать
правильные знаки перед известной и неизвестной частью. Например,
если величина Рт столь велика, что 0,145РГ > 261, то при суммировании
надо изменить знаки и принять +0,145Рг и — 261, так как в ином случае
вместо суммирования реакций будет произведено вычитание. Если 0,145Рг<3
<261, то знаки сохраняются. Для предварительной оценки величины
неизвестной части принимаем
Рт = /826 + Рх + Рпр,
где 826 — сумма известной части найденных реакций.
Возьмем f = 0,2, площадь трущихся поверхностей F = 1080 см2,
соответственно Р„р = 54 кГ. Тогда предварительное значение Рт будет
равно 319 кГ. При найденном значении Рг знаки при суммировании
реакций, найденных по формулам (1.77)—(1.82), остаются без изме-
нений.
Так как Л\ N3, Х2 > Nt и A's N6, то следует учесть характер
распределения давлений на направляющих, увеличив реакции на 30%.
Тогда
Рт = 1,3/(826 - 0,248 Рт) + Рх+ Рпр,	(Е83)
откуда
Р __ 1,3)826 + Рх + Рпр _ оде к г
I + 1,3/0,248	~ Kl ‘
Если направляющие имеют форму ласточкина хвоста, то, не учитывая
разную податливость различных по форме стыков, можно на основе
предварительно найденных для плоских направляющих реакций прибли-
женно определить реакции на гранях направляющих (рис. 1.89). Рас-
смотрим для нашего случая условия равновесия на каждом из концов
147
направляющих. Из условий равновесия на переднем конце направляю-
щих (рис. 1.89, б) приложены реакции N ъ N2 и Nb. Реакция Nb является
только одной из составляющих реакций А' , действующей по нормали
к грани. Вторая составляющая N'2 должна уравновешиваться за счет
увеличения реакции N2 на величину N'2.
Реакция
^ = ^5-	(1-84)
реакция
^ = ^tg35".
(1.85)
Реакция, приложенная к нижней грани, складывается из реакций IV 2
Рнс. 1.89. Определение реакций на направляю-
щих в форме ласточкина хвоста
и N2:
N2 + N2= 273 — 0,145 Рт +
4-tfstg35°.	(1.86)
Аналогично определяются
реакции на заднем конце на-
правляющих (рис. 1.89, а). Реак-
ция 7Ve является только одной
из составляющих реакции N3,
вторая составляющая А3 долж-
на уравновешиваться увеличе-
нием реакции Na на величину
N'3-.
<187>
N't= "«(еЗб-.	(1.88)
Сумма реакций, действующих
на грани направляющих, будет
равна
У А = Л/1-|-Л,2_ЬЛ^24-Л^54-
+ Af 3 + й/з -f- Ne -f- Л/4.
Тяговое усилие определяют
так же, как в предыдущем слу-
чае, увеличивая сумму реакций
введением коэффициента 1,3.
После подстановки находят ве-
личину тягового усилия Рт =
= 405 кГ. Таким образом, при направляющих в форме ласточкина
хвоста тяговое усилие будет больше, чем при плоских направляющих.
При неудачном размещении привода и конструкции направляющих
может иметь место заклинивание подвижного рабочего органа на направ-
ляющих. В этом случае силы трения, возникающие на направляющих под
действием тягового усилия, оказываются больше- самого тягового усилия
и движение рабочего органа становится невозможным. В качестве примера
рассмотрим перемещение салазок (рис. 1.89, в) под действием силы Рт,
приложенной на плече у в средней плоскости направляющих в форме
ласточкина хвоста. Поскольку в данном случае действует только момент,
148
то примем, что давления от реакции распределяются на направляющих
по закону треугольника. Тогда
PTy=fijlL.. N =
И
Д7/  N  ЗРТУ .
cos 35°	21 cos 35° ’
N" = N tg35° = -5§^tg35°.
Соответственно силы трения на направляющих равны
2?(Л" + *") =	+ tg35°) = 1.9Г-ЦА.
Если силы трения больше тягового усилия, то движение невозможно:
Р ~> Р
1 ГПр 1 7-
Данное условие имеет место в том случае, если

Примем, что при медленном движении f — 0,3, тогда заклинивание
наступит при отношении
-у->0,6.
Поэтому при конструировании механизмов прямолинейного движения
следует стремиться к уменьшению плеча, на котором приложено тяговое
усилие.
18. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ ПРИ НЕУСТАНОВИВШЕМСЯ ДВИЖЕНИИ
В период разгона и торможения наряду с рассмотренными выше
силами действуют инерционные нагрузки. Характер изменения ускоре-
ний, а соответственно и величина инерционных нагрузок зависят от
системы включения и торможения рабочего органа. Исследование про-
цессов разгона и торможения является важным не только с точки зрения
определения нагрузок, но и времени разгона и торможения. Определение
времени разгона и торможения имеет особое значение в системах автома-
тического управления, где процессы разгона и торможения могут оказы-
вать существенное влияние на точность обработки.
Разгон рабочих органов
Включение движения рабочего органа 5 (рис. 1.90, а) может быть
осуществлено пуском электродвигателя 1 и включением муфты 3. В пер-
вом случае ускоренное движение в процессе разгона получают: ротор
электродвигателя, все звенья промежуточных передач 2 и 4 и прямоли-
нейно движущийся рабочий орган, во втором — только звенья промежу-
точных передач 4 и прямолинейно движущийся рабочий орган.
В процессе разгона момент движущих сил Мд должен преодолеть
момент сил сопротивления Мс и сообщить ускорение соответствующим
звеньям привода и прямолинейно движущемуся рабочему органу.
149
Движение системы в период разгона описывается известным дифферен-
циальным уравнением
(1.89)
где Jnp — приведенный момент инерции системы;
<Р — угловое ускорение ведущего
Рис. 1.90. Графики изменения моментов, ускоре-
ний и скоростей в период разгона
вала.
Однако при определении
момента инерции на основе
общеизвестной формулы урав-
нение (1.89) не позволяет
правильно учесть влияние
потерь на трение в звеньях
механизма на процесс раз-
гона. С целью выявления
влияния потерь на трение
составим уравнение работ для
/-го звена привода
2	2*11,/
где Jj — момент инерции /-го звена привода;
Jnpj — момент инерции j-го звена привода, приведенный к ведущему
валу I;
со, — угловая скорость вала, на котором сидит /-е звено привода,
в рад/сек-,
соо — угловая скорость ведущего вала в рад!сек\
— к. п. д. передачи от ведущего вала к звену /.
Таким образом, при уточненном исследовании процессов разгона с учетом
потерь на трение в отдельных звеньях привода в уравнение (1.89) вместо
приведенного момента инерции, определяемого по общеизвестной фор-
муле, следует подставлять значение приведенного момента инерции Japn,
найденное с учетом к. п. д. :
•2	-2	-2
= Л +	+	+	(1-90)
’ll, I)	’ll. III	Ч/	4i,v“>0
где	Ju, . . ., Jj — моменты инерции деталей, сидящих на
валах I, II, . . .;
it. п, 6,ni, • 	6, / — передаточные отношения передач от вала I
к валу II, от вала I к валу III и т. д.;
411,11» ’ll, ш,  	411,/ — коэффициенты полезного действия пере-
дач, для которых определены передаточ-
ные отношения iIt ц, б.щ, . . .;
v — скорость прямолинейно движущегося ра-
бочего органа в м!сек\
т — масса прямолинейно движущегося рабо-
чего органа.
Переходя к вопросу о времени разгона, рассмотрим два случая: разгон
при постоянном моменте и разгон при изменении момента в процессе
разгона.
При постоянном моменте разгон происходит в том случае, если момент
движущих сил и момент сил сопротивления сохраняют свою величину
150
в процессе разгона. В этом случае ускорение в процессе разгона также ос-
тается постоянным (рис. 1.90, б). Время разгона до заданной скорости со0
определим, проинтегрировав уравнение (1.89);
= (Ma-Mc)t + С.	(1.91)
При / = 0<р = 0иС = 0. Соответственно время разгона до скорости <оо
Момент движущих сил можно считать постоянным в следующих слу-
чаях: при быстром включении фрикционной муфты, когда время включения
мало по сравнению со временем разгона и изменением момента в период
включения можно пренебречь; при пуске асинхронного двигателя с
повышенным пусковым моментом; при пуске двигателя постоянного
тока и соответствующей системе управления электродвигателем, обеспечи-
вающей поддержание постоянства пускового момента.
При медленном включении фрикционной муфты, когда время включе-
ния сравнимо со временем разгона (рис. 1.90, в), момент движущих сил
в интервале времени t — 0 и t = соответствующего периоду включения,
изменяется. В зависимости от величины момента движущих сил, момента
сил сопротивления, приведенного момента и установившейся скорости
процесс разгона может закончиться либо до окончания включения муфты,
т. е. в интервале времени t — 0 и t = либо после окончания включе-
ния муфты. В последнем случае разгон после окончания включения муфты
продолжается при постоянном моменте движущих сил вплоть до достиже-
ния установившейся скорости.
При включении муфты с помощью механизма с независимым приводом
(см. гл. II, раздел второй) можно принять, что момент движущих сил
возрастает пропорционально времени включения.
Рассмотрим два случая разгона: при окончании разгона в интервале
времени включения муфты и за пределами этого интервала.
Ко времени момент движущих сил достигает своего максималь-
ного значения Мйглах; тогда величина момента в любой период времени/
в интервале / = 0 и / = /х будет равна
Мд шах Мс	0 93)
G
и дифференциальное уравнение движения примет вид
JnpW = Md™~-M-ct.	(1.94)
*1
Если разгон заканчивается в интервале / — 0 и / = /г, то, проинтегри-
ровав уравнение (1.93), найдем
Лр чф = -йта9У.~—с- /2 + С.	(1.95)
Если в момент начала разгона скорость ведомого вала равна нулю,
то при t — 0ф = 0иС = 0. Решив уравнение (1.95) при С = 0 и под-
ставив <р = <в0, найдем время разгона при окончании разгона в интервале
/ = 0 и / = /j
/ _ 1 Л	(1.96)
|/ Мд тах — Мс
Если разгон заканчивается за пределами интервала / = 0 и / = tlt
то время разгона складывается из времени /п которое определяется
151
(1.97)
системой включения муфты, и времени разгона — t± при постоянном
моменте, а соответственно и постоянном ускорении е.
Ускорение находим из уравнения (1.94), принимая I =
„ Mg max Mt
JnPV
Скорость (Oj в момент окончания включения муфты определится
из уравнения (1.95) при t = tx:
_ Mg max Мс f
С01 — --у?------tx.
z J npf]
Общее время разгона найдем из уравнения
w0 = ffli + s (G —	(1.99)
После подстановки выражений (1.97) и (1.98) вместо е и со
_________________ Mg max — Мс , . Mg max — Мс ».	. .
% —  97--------- И П-----7------(Ч  11)>
пр 7]	J пр Т)
(1.98)
(1.100)
откуда
f __ J пр яы0 I G
2 Afe max — Mc 2
При проектировании приходится определять либо необходимые мо-
менты, исходя из заданного времени разгона, либо при известных кру-
тящих моментах, величина которых ограничена конструкцией привода, —
время разгона.
(1.101)
Исследование процессов разгона
с учетом упругих деформаций звеньев
В действительности картина изменения ускорений в процессе разгона
усложняется вследствие упругости звеньев привода. Поэтому при иссле-
довании процессов разгона и торможения приводов тяжелых станков
Рис. 1.91. К определению усилий в при-
воде при жестком включении: а — блок-
схема привода; б — график изменения
ускорений; в — осциллограмма изменения
ускорений
их следует рассматривать как многомассовую систему с несколькими
степенями свободы [98].
При жестком включении привода, например с помощью кулачковой
муфты, характер движения в процессе разгона полностью определяется
упругими деформациями звеньев привода. Рассмотрим простейший при-
мер применительно к одномассовой системе.
Пренебрегая изменением скорости ведущего вала / (рис. 1.91, а)
под нагрузкой, примем его скорость постоянной. Без учета упругих
152
деформаций звеньев привода величина перемещения рабочего органа 3
за время t определяется выражением:
S = niqt = vt,	(1.102)
где п — число оборотов вала 1 в минуту;
i — передаточное отношение привода;
q — коэффициент, определяющий зависимость между числом оборо-
тов последнего звена, преобразующего вращательное движение
в прямолинейное, и величиной линейного перемещения.
Из-за нагрузки Р фактическое перемещение рабочего органа вслед-
ствие деформации звеньев будет меньше на величину AS.
Выражение
с = -Д- кПмм
называется приведенной жесткостью привода.
Рассмотрим процесс разгона при включении муфггы 2. Примем, что
приведенный момент вращающихся звеньев привода мал по сравнению
с приведенным моментом инерции рабочего органа: тогда в процессе
разгона мы можем учитывать только массу т рабочего органа 3.
В процессе разгона рабочий орган находится в равновесии под дей-
ствием сил инерции, сил упругости, действующих со стороны привода,
сил трения на направляющих и других статических сил.
После включения муфты 2 произойдет первоначальная деформация
звеньев привода, которая определяется величиной статических сил.
После того как силы упругости станут равны статическим силам, нач-
нется движение рабочего органа 3. За время t рабочий орган переместится
на величину S. Вследствие действия сил инерции, вызывающих допол-
нительную деформацию звеньев привода, эта величина будет меньше
перемещения, определяемого уравнением (1.102). Соответственно избы-
точные упругие силы, вызывающие разгон, определятся выражением
PurtD = c(vt—х).	(1.103)
Уравнение равновесия в процессе разгона запишется в виде
тх — с (vt — х)	(1.104)
и после преобразований будет иметь вид	
х + k2x — k2vt,	(1.105)
где	
k = 1/—. г т	(1.106)
Решение полученного уравнения складывается из общего решения,
полученного при правой части, равной нулю, и частного решения.
При правой части, равной нулю, решение имеет вид
х — С t sin kt + C2coskt.	(1.107)
Частное решение при х = 0 примет вид
х = vt.	(I- 108)
Общее решение может быть представлено в форме
х = Cjsin kt + С2 cos kt + vt.	(1.109)
Для определения постоянных интегрирования воспользуемся тем,
что при / = 0 х = 0 и х = 0. Подставив в уравнение (1. 109) t = 0 и х = 0,
найдем С 2 = 0.
153
Уравнение (1.109) примет вид
х = С± sin kt + vt.	(I.НО)
Продифференцировав уравнение (1.110), получим
х = (\kcoskt-t- v.	(1.1И)
После подстановки t = 0 и х — 0 найдем
(1.112)
и соответственно
х —----sin А/+ и/.	(1.113)
Ускорение в процессе разгона определим, продифференцировав дважды
уравнение (1.113):
х = t>£sin kt.	(1-114)
Как видно из уравнения (1.114), изменение ускорения носит сину-
соидальный характер (рис. 1.91,6). Вследствие наличия внутренних
сил трения колебательный процесс быстро затухает.
Упругие силы, а соответственно и силы, приложенные к звеньям при-
вода, изменяются пропорционально ускорению. На рис. 1.91, в изобра-
жена осциллограмма изменения сил в звеньях привода в процессе разгона
при жестком включении. Максимального значения силы достигают при
х = 0.
х = vk2 cos kt.	(1.115)
Третья производная х равна нулю при cos kt — 0 и kt — Сле-
довательно, ускорение достигает наибольшего значения при sin kt — 1
*max = vk= V	(1.116)
а наибольшая динамическая нагрузка равна
Рдин = "«max = V Уст.	(1.117)
Это же выражение может быть представлено в виде
MgUH — со J/" cKJnp,	(1-117а)
где Мёин — момент, возникающий при включении;
со — угловая скорость ведущего звена в рад',
ск — крутильная жесткость передачи, связывающей ведущее звено
со звеном приведения.
Общая нагрузка, приложенная к звеньям привода в период разгона,
складывается из статической и динамической нагрузок.
При уточненном рассмотрении процесса разгона многомассовая си-
стема привода заменяется системой с меньшим числом масс и далее на
основе уравнений динамики исследуется движение этой системы и опре-
деляются максимальные нагрузки [98].
При поршневых приводах прямолинейного перемещения для обстоя-
тельного исследования процессов разгона необходимо применение весьма
сложного математического аппарата [32]. Для многих случаев практики
можно принять, что разгон происходит при постоянном наибольшем дав-
лении, развиваемом приводом, с постоянным ускорением. Если получаю-
154
щиеся при этом ускорения оказываются чрезмерно велики, то приходится
вводить те или иные элементы автоматического регулирования скорости
движения в процессе разгона.
Торможение
В процессе торможения кинетическая энергия затрачивается на преодо-
ление сил трения в механизмах привода, сил трения в тормозном устрой-
стве при наличии последнего и сил сопротивления, преодолеваемых при
свободном выбеге рабочего органа.
При равномерно замедленном движении уравнение работ имеет вид
г 2
. ^-=мсЧ>= Мс^~,	(1.118)
где Jnpy} — приведенный момент инерции, найденный с учетом к. п. д.;
со0 — угловая скорость вала, относительно которого определяется
приведенный момент инерции, в начале торможения (вал I);
t — время торможения;
Мс — момент сил сопротивления, приведенный к валу, относи-
тельно которого определяется момент инерции;
Ф — угол поворота вала за время торможения.
При наличии тормоза расчет целесообразно вести относительно вала
тормоза, тогда общий момент сил сопротивления равен
Мс = Мт + Мс.р,	(1.119)
где Мт — момент, развиваемый тормозом;
Мс-р — момент сил сопротивления, приложенных к подвижному рабо-
чему органу (сил трения в направляющих, сил резания и др.).
где Рт — тяговое усилие.
Момент инерции, приведенный к тормозному валу, складывается из
приведенного момента инерции звеньев Jnpn, расположенных до тормоз-
ного вала, и звеньев, связывающих тормозной вал с рабочим органом
Моменты инерции определяют по формуле
Лрд = А +*М. пПь п + • • • + ^4	•	(1.121)
Последний член формулы (1.121) входит в выражение для приведен-
ного момента инерции только для той части кинематической цепи, кото-
рая связывает тормозной вал с рабочим органом. Все обозначения соот-
ветствуют приведенным в формуле (1.90). Номера валов (II, III, . . .)
возрастают по мере удаления от тормозного вала как в одном, так и
в другом направлении по кинематической цепи.
Если тормозной момент в процессе торможения изменяется и закон
его изменения известен, то необходимо составить общее уравнение дви-
жения в процессе торможения. На основе уравнения (1.118) можно найти
время торможения, угол поворота вала, а соответственно и величину
перемещения рабочего органа за время торможения.
Для определения времени торможения с учетом изменения крутящего
момента в период включения необходимо найти скорость <£>j к моменту
окончания процесса включения и далее, подставив эту скорость в фор-
мулу (1.118), определить время торможения от момента окончания про-
цесса включения до момента останова.
155
Для определения скорости 04 составим дифференциальное уравне-
ние движения
•Alp т)Ф =	^с. тр М Т ~j~ *
После интегрирования
^п-р ~ Мс. mpt Mr С.
При / = 0<р = сооиС = J„pT]o0.
При t = находим
^.7 + ^„,1+	(1.122)
iJnP
ГЛАВА V ТОЧНОСТЬ, ЖЕСТКОСТЬ, КОЛЕБАНИЯ
В процессе обработки резанием могут возникнуть по-
грешности: а) размеров обработанной поверхности
и размеров, определяющих взаимное расположение обработанных поверх-
ностей; б) геометрической формы обработанных поверхностей; в) взаим-
ного расположения обработанных поверхностей. Характер погрешностей
1.92. Погрешности, возникающие
в процессе обработки
определяется общей конфигурацией обрабатываемых деталей и может быть
рассмотрен на ряде конкретных примеров.
На рис. 1.92, а приведен чертеж детали 6, имеющей ряд обработанных
поверхностей, обозначенных жирными линиями. На чертеже заданы раз-
меры dj, d2 и d3 поверхностей вращения, размеры Ln I между торцовыми
поверхностями, расстояние А от опорной поверхности до оси вращения.
Указанные размеры могут быть заданы как свободные или ограничены
соответствующими допусками.
Размеры dlt d2 и d3 являются размерами обработанных поверхно-
стей 4, 3, 2, а размеры L, I и А — размерами, определяющими взаимное
расположение обработанных поверхностей. Погрешности, возникающие
в перечисленных размерах в процессе обработки, не должны выходить
за пределы допусков, установленных чертежом.
В результате искажения геометрической формы, возникающего в про-
цессе обработки, отверстие 3 может оказаться овальным в поперечном
и конусным в продольном сечениях, могут возникнуть также погрешно-
сти во взаимном расположении поверхностей. Так, отверстия 2 и 3 могут
156
оказаться несоосными и их оси будут пересекаться под углом <р, а пло-
скости 1 и 5 — отклоняться от вертикальной плоскости на углы и фБ.
Погрешности геометрической формы и взаимного расположения поверх-
ностей также не должны выходить за пределы допусков, установленных
чертежом или техническими условиями.
Ряд других примеров погрешностей геометрической формы и взаимного
расположения поверхностей представлен на рис. 1.92, бив. Поверхности
вращения 1 и 3 диска могут оказаться несоосными, а торцовые поверхно-
сти 2 и 4 — принять форму конических поверхностей. Поверхности 1 и 2
валика могут также оказаться несоосными, а цилиндрическая поверх-
ность 2 может принять форму конической поверхности.
Требованиям чертежа должны также отвечать макро- и микрогеоме-
трия поверхности. При погрешностях в макрогеометрии поверхности пря-
молинейная образующая 1 принимает, например, форму волнистой линии
(рис. 1.92, г). Микрогеометрия — шероховатость должна удовлетворять
определенным требованиям — соответствовать заданным классам чистоты
поверхности.
Рассмотренные погрешности обрабатываемых поверхностей возникают
вследствие ряда причин. К основным причинам могут быть отнесены
следующие.
1.	Погрешности ориентации и координации при установке обрабаты-
ваемой детали и режущего инструмента на станок. Эти погрешности опре-
деляются либо точностью выверки, вопрос о которой рассматривался
выше, либо конструкцией и точностью применяемых зажимных приспособ-
лений. Методы установки обрабатываемых деталей в зажимных приспособ-
лениях являются предметом курса технологии машиностроения.
2.	Погрешности взаимного расположения и геометрической формы:
направляющих, по которым перемещаются подвижные рабочие органы
станка; опорных и посадочных поверхностей, которые служат для уста-
новки на станок обрабатываемых деталей, зажимных приспособлений
и режущего инструмента. В результате этих погрешностей искажается
взаимное расположение и заданная траектория относительного переме-
щения обрабатываемой детали и режущего инструмента. Величина
погрешностей данного вида определяется геометрической точностью
станка. Но нормам станкостроения Н70—11 станки подразделяются
на пять классов точности: станки нормальной точности (Н), повы-
шенной (П), высокой (В), особо высокой точности (А) и особо точные
станки (С).
3.	Погрешности взаимного расположения и траектории относительного
перемещения обрабатываемой детали и режущего инструмента, появляю-
щиеся вследствие упругих деформаций системы станок—приспособление—
инструмент—деталь (СПИД).
4.	Погрешности взаимного расположения и относительного переме-
щения обрабатываемой детали и режущего инструмента, возникающие
из-за тепловых деформаций системы СПИД.
5.	Погрешности взаимного расположения и относительного переме-
щения обрабатываемой детали и режущего инструмента, появляющиеся
вследствие износа режущего инструмента.
6.	Погрешности взаимного расположения обрабатываемой детали и ре-
жущего инструмента, возникающие в связи с погрешностями установочных
перемещений и ограничения рабочих ходов.
Наряду с перечисленными источниками погрешностей, действующими
независимо от используемых методов профилирования, имеются специфи-
ческие источники погрешностей, присущие только определенным методам
профилирования.
157
g
При воспроизведении образующей по методу копирования режущей
кромки все погрешности режущей кромки переносятся на обработанную
поверхность.
Погрешности режущей кромки приводят к погрешностям обработан-
ной поверхности также при кинематическом профилировании. В послед-
нем случае источником погрешностей обработанной поверхности могут
быть также погрешности в передаточных отношениях кинематических
цепей, осуществляющих функциональную связь между перемещениями
соответствующих рабочих органов.
При профилировании по копиру все погрешности копира переносятся
на обработанную поверхность. Вместе с тем при данном методе про-
филирования возникают погрешности, связанные с работой следящей
системы.
При профилировании с использованием вычислительных устройств
в системе автоматического управления возникают погрешности, также
связанные с работой следящей системы.
Влияние различных источников на характер погрешностей, возникаю-
щих в процессе обработки, показано на схеме, изображенной на рис. 1.93.
19.	ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ И КИНЕМАТИЧЕСКАЯ ТОЧНОСТЬ
Погрешности обработки,
возникающие вследствие геометрической неточности станка
Виды возникающих погрешностей определяются, с одной стороны,
характером выполняемой операции, с другой — характером отклонений
взаимного расположения и формы направляющих рабочих органов.
Например, плоскость стола фрезерного станка (рис. 1.94, а) должна быть
Рис. 1.94. Погрешности, возникающие вследствие геоме-
трической неточности станка
параллельна плоскости, проходящей через ось шпинделя станка. При
несоблюдении указанного условия плоскость /, обрабатываемая цилин-
дрической фрезой, не будет параллельна опорной поверхности 2. Пло-
скость, в которой происходит перемещение поперечных салазок 4 по на-
правляющим 3, также должна быть параллельна плоскости, проходящей
через ось шпинделя, так как в ином случае перемещение поперечных сала-
зок приведет к изменению настроенного размера, определяющего рас-
стояние между поверхностью стола и осью шпинделя.
При непараллельности направляющих суппорта 2 (рис. 1.94, б) оси
шпинделя вместо цилиндрической поверхности 1 будет получена
159
коническая поверхность. При искажении прямолинейной формы напра-
вляющих в горизонтальной плоскости возникнут искажения формы обра-
зующей линии обрабатываемой поверхности.
Искажение формы направляющих кругового движения также приводят
к искажению формы обрабатываемой поверхности. Так, при овальности
шейки шпинделя токарного станка круговая направляющая линия обра-
батываемой поверхности принимает форму овала.
Погрешности обработки могут возникнуть также при наличии погреш-
ностей в положении посадочных поверхностей, определяющих положение
режущего инструмента или обрабатываемой детали относительно рабочих
органов станка. Например, при перекосе оси ОгОх (рис. 1.94, в) кониче-
ского центрирующего отверстия относительно оси 00 шпинделя закреп-
ленная на оправке 1 деталь 2, у которой обрабатывается наружная поверх-
ность, примет форму, показанную на чертеже. Если коническое отверстие
центрирует режущий инструмент, например сверло, то несоосность кони-
ческого отверстия и шпинделя приведет к увеличению диаметра обрабаты-
ваемого отверстия и может вызвать поломку режущего инструмента.
Неперпендикулярность упорного торца 1 (рис. 1.94, г) к оси шпинделя
приводит к перекосу зажимного патрона 3, а биение центрирующего бур-
тика 2 — к биению патрона. В том и в другом случаях возникают погреш-
ности обработки.
Для типовых моделей станков с установившейся компоновкой геоме-
трическая точность нормируется соответствующими ГОСТами. При проек-
тировании станков с оригинальной компоновкой и специальных станков
необходимо установить положение координатных плоскостей станка.
Если станок имеет вращающийся рабочий орган, то две координатные пло-
скости, расположенные взаимно перпендикулярно, обычно проходят через
ось вращающегося рабочего органа, а третья — перпендикулярно к этой
оси. Одна из плоскостей, проходящих через ось вращающегося рабочего
органа, располагается параллельно плоскости движения одного из рабо-
чих органов, совершающих прямолинейные движения. Если станок не
имеет вращающегося рабочего органа, то одна из координатных плоско-
стей располагается параллельно плоскости перемещения рабочего органа,
совершающего прямолинейное движение, вторая — перпендикулярно
к ней и параллельно направлению перемещения рабочего органа, а
третья — перпендикулярно к двум первым.
После выбора координатных плоскостей анализируется влияние по-
грешностей расположения направляющих, опорных поверхностей и поса-
дочных мест для установки обрабатываемых деталей, приспособлений
и режущего инструмента на погрешности обработки и устанавливаются
нормы на эти погрешности. При установлении допускаемой величины
погрешностей следует руководствоваться ГОСТами для универсальных
станков.
Также должны быть разработаны и методы проверки величины по-
грешностей, возникающих в процессе изготовления и сборки станка.
Методы проверки геометрической точности
При проверке геометрической точности вращающихся рабочих органов
контролируются биение оси и правильность расположения опорных по-
верхностей и посадочных мест. Если шпиндель имеет центрирующую шейку
и упорный буртик для посадки зажимных приспособлений, то проверяется
биение центрирующей шейки и упорного буртика. Биение центрирующей
шейки проверяется с помощью индикатора, штифт которого опирается
на центрирующую шейку. Так как перемещение штифта индикатора яв-
160
ляется результатом совместного действия погрешностей формы центри-
рующей шейки и ее биения, то предварительно должна быть проверена
форма шейки.
Проверка биения упорного торца также производится индикатором,
наконечник которого опирается на торец. Индикатор показывает величину
суммарного перемещения, возникающего вследствие осевого биения торца
и осевого биения шпинделя. Поэтому предварительно должна быть уста-
новлена величина осевого биения шпинделя, которая проверяется с по-
мощью индикатора, опирающегося на шарик, расположенный на оси
шпинделя и закрепленный в короткой оправке. Величина перемещения
штифта индикатора зависит от сочетания перемещений шпинделя и бие-
ния торца упорного буртика и меняется в зависимости от положения поляр-
ного угла точки контакта штифта индикатора с торцом. Проверка произ-
водится при нескольких положениях точки контакта. Биение торца опре-
деляется как алгебраическая сумма наибольших показаний индикатора
при проверке биения торца и шпинделя.
Биение конического центрирующего отверстия шпинделя проверяется
с помощью точной цилиндрической оправки с коническим хвостом. Оправка
устанавливается коническим хвостом в отверстие шпинделя. С помощью
индикатора измеряется биение оправки у торца шпинделя и на определен-
ном расстоянии от торца шпинделя. На основе полученных показаний
находят угол между осью шпинделя и осью центрирующего отверстия.
Прямолинейность направляющих. При проверке направляющих опре-
деляется их прямолинейность в двух взаимно перпендикулярных плоско-
стях и параллельность различных граней направляющих друг другу.
При относительно небольшой длине направляющих их прямолиней-
ность может быть проверена с помощью контрольной линейки. Линейка
устанавливается на направляющих на двух плитках одинакового размера
и зазор между плоскостью направляющей и линейкой в различных точ-
ках определяется с помощью набора плиток.
Для проверки прямолинейности направляющих в вертикальной пло-
скости может быть использован прецизионный уровень (рис. 1.95, а).
Уровень 2 устанавливается на короткий ползун /, форма которого соответ-
ствует форме проверяемых направляющих, и вместе с ползуном переме-
щается вдоль направляющих. Переставляя уровень в ряд позиций, рас-
положенных по длине станины с равными интервалами, отмечают по шкале
уровня углы наклона направляющих в соответствующих сечениях. На
основе полученных данных можно построить профиль направляющей
в вертикальной плоскости.
6 И. М. Кучер 417
161
Прямолинейность направляющих в вертикальной плоскости прове-
ряют также с помощью желоба, заполненного керосином. Зеркало жидко-
сти, заполняющей желоб, является горизонтальным. Желоб располагают
вдоль направляющей. По направляющей перемещают короткий ползун
с микрометрическим винтом, имеющим острый конический конец. Пере-
ставляя ползун по длине станины с равными интервалами между различ-
ными положениями ползуна, доводят острый конец микрометрического
винта до контакта с зеркалом керосина и по шкале винта отмечают вели-
чину погрешности для каждого положения.
Высокая точность н удобство проверки достигаются при использо-
вании различных оптических приборов.
Проверка прямолинейности направляющих в горизонтальной плоско-
сти может быть произведена с помощью струны 1 (рис. 1.95, б) и микро-
скопа 2, ^установленного на салазках 3 или коротком ползуне. Перемещая
микроскоп вдоль струны, натянутой под действием груза 4, отмечают по
шкале микроскопа величину погрешности направляющих.
Для проверки прямолинейности направляющих в горизонтальной
и вертикальной плоскостях может быть использован автоколлиматор
(рис. 1.95, в). По направляющим станины перемещается короткий пол-
зун 7, на котором установлено металлическое зеркало 6. На зеркало
падает параллельный пучок лучей, направляемый автоколлиматором.
Источник света 1 освещает полупрозрачное зеркало 3, которое направ-
ляет пучок света на сетку 4 с двумя взаимно перпендикулярными шкалами,
расположенную в фокусе линзы 5. Линза направляет параллельный пучок
света с изображением шкалы на зеркало 6. Отраженное под углом изобра-
жение шкалы спроектируется на сетку с соответствующим смещением.
По смещению шкал, наблюдаемому в окуляре 2, определяют отклонение
направляющих в вертикальной и горизонтальной плоскостях от заданного
направления.
При проверке взаимной параллельности направляющих короткий
ползун с установленным на нем индикатором перемещается по одной из
направляющих, а штифт индикатора скользит по второй направляющей.
Проверка взаимного расположения направляющих и осей шпинделя.
Параллельность направляющих и оси шпинделя в двух взаимно перпен-
дикулярных плоскостях проверяется с помощью точной оправки, установ-
ленной в шпинделе, ось которой совпадает с осью шпинделя, и индикатора,
установленного на подвижном рабочем органе. Штифт индикатора после-
довательно перемещается вдоль образующих оправки, расположенных
в двух взаимно перпендикулярных поверхностях.
После проверки параллельности направляющих может быть проверена
параллельность опорной поверхности стола оси шпинделя. Эта проверка
производится с помощью неподвижного индикатора, штифт которого
опирается на поверхность линейки, установленной на столе. При переме-
щении стола в направлении оси шпинделя индикатор покажет величину
наклона стола относительно направляющих, а соответственно и оси шпин-
деля.
Перпендикулярность оси шпинделя к опорной поверхности стола может
быть проверена с помощью индикатора, закрепленного в шпинделе
(рис. 1.96, а). Штифт индикатора / находится в контакте с поверхностью 2
стола. При повороте шпинделя индикатор покажет отклонение оси шпин-
деля от перпендикулярности в двух взаимно перпендикулярных плоско-
стях.
Проверка взаимной перпендикулярности направляющих осуще-
ствляется с помощью угольника (рис. 1.96, б и в). На столе 6, направляю-
щие 5 которого должны быть перпендикулярны к направляющим 1,
162
устанавливается угольник 4. С помощью неподвижного индикатора 2
угольник 4 выверяется таким образом, чтобы грань 3 была параллельна
направляющим 5. Штифт индикатора опирается на грань 3 и угольник
вместе со столом перемещается вдоль направляющих 5. Угольник должен
быть выверен так, чтобы в процессе перемещения индикатор не показы-
вал бы отклонений. После выверки угольника штифт индикатора опирается
на грань 7 угольника и стол перемещается по направляющим 1. По пока-
заниям индикатора судят о неперпендикулярности направляющих.
Рис. 1.96. Проверка взаимного расположения осей и напра-
вляющих
Взаимная перпендикулярность направляющих 1 и 6 (рис. 1.96, в)
также может быть проверена с помощью угольника 4. После проверки
параллельности плоскости стола 5 направляющим 6 на опорную поверх-
ность стола устанавливается угольник 4. При перемещении консоли по
направляющим 1 неподвижно закрепленный индикатор 2 покажет вели-
чину отклонения от перпендикулярности направляющих 1 и 6.
Пользуясь методами, подобными описанным, можно произвести все
необходимые проверки.
Кинематическая точность
Как указывалось выше, при кинематическом профилировании источни-
ком погрешностей, возникающих в процессе обработки, могут явиться
погрешности передаточных отношений кинематической цепи, осуществляю-
щей функционально связанные перемещения соответствующих рабочих
органов [631.
Погрешности передаточных отношений могут быть постоянными или
переменными.
Постоянные погрешности возникают вследствие невозможности точ-
ного подбора чисел зубьев зубчатых колес, входящих в кинематическую
цепь, так как для подбора чисел зубьев может быть использован
сравнительно узкий интервал чисел: минимальное число зубьев прини-
мается равным 20, а максимальное обычно не превышает 100—125, так
как при увеличении числа зубьев возрастают габариты соответствующих
узлов станка. Число пар сменных шестерен, числа зубьев которых под-
бираются в соответствии с требующимся отношением, обычно не превы-
шает двух. Таким образом, ограничены возможности подбора чисел
зубьев. Еще больше возможности подбора суживаются вследствие того,
что набор сменных шестерен, прилагаемый к станку, включает далеко не все
числа, имеющиеся в пределах от минимального до максимального значений.
В большинстве случаев методы подбора, рассматриваемые ниже, позво-
ляют осуществить подбор с весьма высокой точностью, однако в некоторых
особо точных станках вводятся дополнительные коррекционные устрой-
ства (см. стр. 425) для исправления погрешностей подбора сменных ше-
стерен.
»	163
Переменные погрешности передаточного отношения могут возникнуть
в связи с погрешностями изготовления элементов кинематической цепи.
Например, при биении зубчатого колеса мгновенное передаточное отноше-
ние зубчатой пары будет непрерывно изменяться.
Кинематические цепи, осуществляющие функционально связанные
перемещения рабочих органов станков, в большинстве случаев состоят
из зубчатых колес. Последними звеньями этих цепей являются либо винт
с гайкой, либо червячная передача. Поэтому при рассмотрении вопросов
кинематической точности мы ограничимся только цепями этого вида,
хотя в отдельных случаях в станках встречаются кинематические цепи для
осуществления функционально связанных перемещений, имеющие в своем
составе и другие механизмы.
Мгновенное передаточное отношение зубчатой пары является функцией
ряда погрешностей зубчатых колес, входящих в состав этой пары: биения
начальной окружности, накопленной погрешности шага, погрешностей
профиля и др., которые возникают при изготовлении и в процессе износа.
Наибольшую роль играют биение и накопленная погрешность шага.
В работах, посвященных вопросам кинематической точности зубчатых
передач, анализируется совместное влияние указанных погрешностей.
Однако ГОСТы 1643—56 и 1758—56, нормирующие допуски и отклонения
для различных зубчатых передач, устанавливают допуск на кинематиче-
скую погрешность колеса, который и может быть непосредственно исполь-
зован при рассмотрении вопросов точности кинематических цепей.
Под кинематической погрешностью понимается наибольшая погреш-
ность угла поворота зубчатого колеса в пределах одного оборота при одно-
профильном зацеплении с точным колесом. Допуск задается в тысячных
долях миллиметра на делительной окружности и обозначается дЛ2.
Тогда наибольшая погрешность в угле поворота будет равна
Рассмотрим влияние кинематической погрешности каждого из зубча-
тых колес на погрешность в угле поворота последнего вала кинематической
цепи, состоящей из ряда зубчатых передач. Возьмем кинематическую цепь,
состоящую из k пар зубчатых колес — ,	. . ., -Д-. Обозначим ки-
г1 г2
нематические погрешности этих колес &Fzi,	^22, - •
Предположим, что кинематическую погрешность имеет
только колесо zlt а все остальные колеса выполнены точно. Тогда погреш-
ность в угле поворота последнего вала будет равна
бфЛ+1 =—-Л-4- --4-.
тг1 г1 г2 гй
Аналогично, предположив, что кинематическую погрешность имеет только
колесо z', найдем погрешность в угле поворота последнего вала
тг1 г2 гЛ ’
Наибольшие погрешности в угле поворота последнего вала, возникаю-
щие вследствие кинематических погрешностей отдельных зубчатых колес,
не совпадают по фазе. Таким образом, определение суммарной ошибки
является достаточно сложной задачей. Величина погрешности в угле пово-
164
рота последнего вала может быть найдена путем квадратичного суммиро-
вания [122] с учетом закона распределения.

(1.123)
Исходя из закона распределения существенно положительных величин
с двухмерным исходным рассеянием, принимают следующие значения р:
для определения вероятной максимальной погрешности рП1ах = 1,13,
для подсчета средней вероятной погрешности — рср — 0,72.
Обычно нас интересует не погрешность в угле поворота последнего
вала кинематической цепи, а погрешность в перемещении рабочего органа.
Если вращение последнего вала преобразуется в прямолинейное движение,
а последним звеном является винт с шагом t, то погрешность в перемеще-
Рис. 1.97. Проверка кинематической точности
нии рабочего органа, возникающая вследствие погрешностей отдельного
зубчатого колеса, будет равна
6S( = S<p,4-.
Тогда формула (1.123) примет вид
= <1124>
При определении погрешности в перемещении рабочего органа необхо-
димо также учитывать накопленную погрешность шага ходового винта.
Если последним звеном кинематической цепи является червячная
передача, то определяется погрешность в угле поворота вала червячного
колеса. Пользуясь при этом формулой (1.123), необходимо учитывать
также кинематическую погрешность червячной пары, которая опреде-
ляется ГОСТом 3675—56.
Следует заметить, что погрешности в перемещении рабочего органа
в основном определяются погрешностями последнего звена — ходового
винта или червячной пары.
Методы проверки кинематической точности зависят от характера дви-
жения рабочего органа. При прямолинейном перемещении для этой цели
могут быть использованы плоские металлические штриховые меры, кото-
рые применяют в отсчетных устройствах станков (см. стр. 459). Штрихо-
вая мера 2 устанавливается неподвижно (рис. 1.97, а), а на подвижном
рабочем органе закрепляется микроскоп 3. Сменные шестерни подби-
раются таким образом, чтобы за один оборот вала 1 рабочий орган
165
перемещался бы на 1 мм. По шкале микроскопа определяются погреш-
ности в фактическом перемещении рабочего органа.
Для проверки кинематической точности станков, предназначенных
для образования винтовых поверхностей, используется эталонный винт 2
высокой точности (рис. 1.97, б). Винт устанавливается между центрами
и получает вращение от шпинделя станка. Винт сообщает движение гайке 3,
которая имеет поводок 6. Поводок входит в держатель 7, установленный
на суппорте. Держатель не позволяет гайке вращаться, но оставляет
свободу перемещения вдоль оси. На суппорте установлен также индика-
тор 4, штифт которого опирается на торец гайки 3. Сменные шестерни 1
подбирают так, чтобы за один оборот шпинделя, а соответственно и эталон-
ного винта 2, суппорт 5 перемещался бы на величину шага эталонного
винта. Следовательно, индикатор 4 и гайка 3 все время будут перемещаться
на одинаковую величину и при отсутствии кинематических погрешностей
штифт индикатора не будет смещаться. При наличии кинематических
погрешностей гайка 3 и индикатор 4 будут перемещаться на различную
величину и индикатор покажет величину кинематической погрешности.
Вместо индикатора может быть установлен сигнальной измерительный
прибор (см. стр. 502), сигналы которого могут быть записаны на пленку
с помощью осциллографа.
При вращающемся рабочем органе кинематическая точность может
быть проверена с помощью круговой шкалы и микроскопа. Точная стек-
лянная круговая шкала 2 (рис. 1.97, в) с ценой деления 1° устанавли-
вается на вращающемся рабочем органе. Деления шкалы наблюдаются
в микроскоп 3. Сменные шестерни подбираются так, чтобы за один обо-
рот вала 1 рабочий орган повернулся бы на 1°. По шкале микроскопа 3
определяют разницу между расчетным и фактическим перемещением.
Для проверки кинематической точности может быть использован
также автоколлиматор 2 (рис. 1.97, г). На вращающемся рабочем органе
устанавливается многогранная металлическая зеркальная призма 1.
На грань призмы проектируется с помощью автоколлиматора изображе-
ние шкалы, а изображение шкалы, отраженное призмой, наблюдается
через окуляр автоколлиматора. По наблюдаемому смещению шкал опре-
деляется неперпендикулярность грани призмы к оси автоколлиматора.
Вращением рабочего органа первая грань призмы, называемой также
полигоном, устанавливается перпендикулярно к оси коллиматора. Далее
рабочий орган последовательно поворачивается на угол между гранями
призмы и в автоколлиматоре наблюдается отклонение каждой очередной
грани от перпендикулярности.
В настоящее время применяют различные электрические приборы,
которые позволяют фиксировать кинематическую ошибку на ленте осцил-
лографа или на специальной ленте самописца.
Оригинальный магнитный прибор для проверки кинематической точ-
ности разработан Научно-исследовательским институтом металлорежущих
станков в Праге (рис. 1.97, д) [38]. На столе и на валу червяка устанавли-
ваются металлические диски / и 7. На периферии дисков имеется слой,
на котором можно вести магнитную запись. Запись производится мето-
дом, аналогичным используемому в магнитофонах. Вокруг намагничен-
ного диска создается синусоидально изменяющееся магнитное поле с це-
лым числом волн. Минимальная длина волны 20 мкм; наибольшая накоп-
ленная погрешность может быть доведена до минимальной величины
1,5 мкм. Отношение числа волн, записанных на диске 7, к числу волн,
записанных на диске 1, равно передаточному отношению червячной пары.
При вращении дисков в магнитных головках 2 и 6 (см. стр. 526) генери-
руются синусоидально изменяющиеся сигналы, которые после усиления
166
в усилителе 3 поступают к фазочувствительному детектору 4. В резуль-
тате кинематической неточности появляется сдвиг фаз сигналов, генери-
руемых в головках 2 и 6. Фазочувствительный детектор 4 вырабатывает
сигнал, пропорциональный сдвигу фаз, который поступает к записываю-
щему устройству 5.
При работе станка под нагрузкой возникают дополнительные кинема-
тические погрешности, обусловленные деформациями звеньев кинемати-
ческой цепи, колебательными процессами, зазорами в кинематической
цепи.
Для уменьшения кинематических погрешностей следует уменьшать
число звеньев кинематической цепи, обеспечивать высокую жесткость
и вводить устройства для устранения зазоров (см. стр. 409). С целью умень-
шения статических погрешностей, т. е. погрешностей, возникающих
в ненагруженной цепи, применяют различного рода коррекционные
устройства (см. стр. 428).
Погрешности установочных перемещений
и ограничения рабочих ходов
Как мы видели выше, взаимное расположение обрабатываемой детали
и режущего инструмента при ограничении установочных перемещений
и рабочих ходов определяется либо с помощью отсчетных устройств,
либо с помощью жестких ограничителей, до которых рабочий орган дово-
дится вручную, либо с помощью ограничителей ходов системы автомати-
ческого управления.
С помощью отсчетных устройств осуществляется:
1)	первоначальная установка рабочих органов при координации
взаимного расположения режущего инструмента и обрабатываемой детали;
2)	перемещение рабочего органа на заданную величину при переходе
от обработки одной поверхности установленной на станке детали к другой;
3)	ограничение рабочих ходов;
4)	повторная установка в заданное положение рабочего органа на-
строенного станка при обработке повторяющихся деталей партии.
В первых трех случаях с помощью отсчетного устройства осуще-
ствляется перемещение рабочего органа на заданную величину. Погреш-
ности перемещения зависят от «.разрешающей способности» механизма
установочных перемещений и соответствия действительной величины
перемещения величине, определяемой с помощью отсчетного устройства.
Под разрешающей способностью понимается мини-
мальное перемещение рабочего органа, которое можно осуществить с по-
мощью механизма установочных перемещений. Величина минимального
перемещения определяется ценой деления отсчетного устройства и «чув-
ствительностью» привода установочных перемещений.
Минимальное перемещение, которое можно выполнить с помощью
отсчетного устройства, обычно равно цене деления отсчетного устройства
и только в отдельных случаях, при большом интервале между штрихами
делений отсчетного устройства, можно переместить рабочий орган на ве-
личину, меньшую цены деления, определяя долю интервала на глаз.
Если точность задания величины перемещения выше точности цены деле-
ния, то величина перемещения, выполняемого с помощью отсчетного
устройства, будет отличаться от заданной. Например, если цена деления
0,02 мм, а размер задан с точностью до 0,01 мм, то перемещение можно
выполнить только с точностью до 0,02 мм.
Минимальное перемещение рабочего органа может также ограничи-
ваться чувствительностью привода установочных перемещений. К ведущему
167
звену привода установочных перемещений должно быть приложено уси-
лие, величина которого определяется силами трения в направляющих
рабочего органа. В процессе возрастания усилий до требующейся вели-
чины происходит деформация звеньев привода. В момент начала движе-
ния сила трения в направляющих рабочего органа падает, так как коэф-
фициент трения покоя уменьшается до значения, соответствующего коэф-
фициенту трения движения. Уменьшаются и силы, вызывающие упругие
деформации звеньев привода. При этом привод, действуя как деформиро-
ванная пружина, перемещает рабочий орган вперед. Величина этого пере-
мещения в основном определяется жесткостью привода, падением нагрузки
при переходе от состояния покоя к состоянию движения и массой переме-
щаемого рабочего органа.
К вопросу о чувствительности привода мы вернемся ниже, в параграфе,
посвященном жесткости [54, 94, 136].
Соответствие действительной величины перемещения рабочего органа
величине перемещения, определяемой с помощью отсчетного устройства,
в значительной мере зависит от форм связи отсчетного устройства с рабо-
чим органом. Подробно этот вопрос рассматривается ниже, в параграфе,
посвященном механизму установочных перемещений. Здесь же заметим,
что отсчетное устройство может быть связано с рабочим органом непо-
средственно или кинематически. При наличии кинематических связей
погрешности в величине действительного перемещения возникают вслед-
ствие кинематических погрешностей передач. Если установка рабочего
органа в заданное положение происходит при его перемещении как в пря-
мом, так и в обратном направлении, то погрешности в действительном
положении возникают также вследствие наличия зазоров в кинематиче-
ских цепях. Для уменьшения указанных погрешностей в кинемати-
ческих цепях предусматриваются устройства для устранения зазоров
и коррекционные устройства, компенсирующие кинематические погреш-
ности.
Влияние зазоров в кинематических цепях может быть также устранено
применением специальных приемов при выполнении установочных пере-
мещений. При каждом очередном перемещении рабочий орган подают
в заданное положение, перемещая его постоянно в одном и том же
направлении. Если по характеру выполняемого процесса рабочий
орган надо переместить в противоположном направлении, то его
перемещают на величину, большую требующейся, и затем возвращают
назад. Требующиеся при этом движения могут выполняться также
автоматически.
При повторной установке рабочего органа исключается влия-
ние кинематических погрешностей и погрешностей, связанных с зазо-
ром.
Жесткие ограничители, до которых рабочий орган доводится вручную,
используются только для повторной установки рабочих органов. В этом
случае основным источником погрешностей являются колебания усилий
прижима к жесткому ограничителю, а соответственно и деформаций
звеньев, ограничивающих перемещение рабочего органа. Вопрос о по-
грешностях, возникающих в данном случае, подробнее рассматривается
в параграфе, посвященном механизмам точных установочных переме-
щений.
Погрешности ограничения установочных перемещений и рабочих
ходов в системах автоматического управления в значительной мере зави-
сят от структуры системы автоматического управления и вида, а также
конструкции привода, используемого для этих перемещений. Влияние
указанных факторов на точность рассматривается в соответствующих
168
главах, посвященных конструкции привода и системам автоматиче-
ского управления, здесь же ограничимся рассмотрением ряда общих
факторов, не зависящих непосредственно от системы автоматического
управления.
К основным факторам относятся: динамические качества привода,
скорость движения рабочего органа перед остановкой, стабильность сил
сопротивления и чувствительность привода.
Тод динамическими качествами привода в данном случае понимается
быстрота реакции привода на сигнал остановки или изменения скорости.
Динамические качества привода в значительной мере определяются мас-
сой привода, приведенной к рабочему органу.
От приведенной массы зависит кинетическая энергия системы перед
остановкой. Запас кинетической энергии перед остановкой может ко-
лебаться вследствие возможных колебаний скорости привода. Силы со-
противления также не являются стабильными. Силы резания могут изме-
няться вследствие колебания припусков, механических характеристик
материала отдельных деталей партии, затупления режущего инструмента.
Силы трения также могут изменяться в связи с изменением температуры,
нагрузок и других факторов. Изменение величины кинетической энер-
гии системы и сил трения приводит либо к изменению усилий, действую-
щих на жесткий ограничитель в момент остановки, либо к изменению
величины выбега рабочего органа после выключения привода. В том
и в другом случае возникают погрешности в размерах.
Чем меньше приведенная масса привода, тем меньше выбег рабочего
органа, а соответственно и величина рассеяния выбега, которая является
функцией выбега.
При механическом приводе уменьшения приведенной массы можно
достигнуть выбором наиболее рациональной схемы привода, применением
пар, обладающих высоким к. п. д., правильным определением минимально
необходимой мощности привода, соответствующим конструктивным оформ-
лением деталей привода. Существенное уменьшение приведенной массы
привода может быть получено при использовании передач винт—гайка
с циркулирующими шариками (см. стр. 272), так как благодаря высокому
к. п. д. этих передач значительно снижается потребная мощность привода,
а соответственно уменьшается и приведенная масса.
Так как величина кинетической энергии еще в большей степени
зависит от скорости, то при высоких требованиях к точности остановки
прибегают к автоматическому уменьшению скорости движения рабочего
органа перед остановкой, в ряде случаев до 2—5 мм!мин.
Повышение точности останова достигается также при торможении
привода в период остановки.
При сигнальных ограничителях ходов точность остановки зависит
также от рассеяния времени передачи сигнала и времени срабатывания
механизмов переключения. Рассеяние времени передачи сигнала и времени
срабатывания механизмов переключения примерно пропорционально
самому времени. По данным, приведенным акад. В. И. Дикушиным [82],
рассеяние времени срабатывания составляет ±30% от времени срабаты-
вания. Время срабатывания механизмов переключения и аппаратуры
системы управления зависит от ее типа, размеров и других пара-
метров. Так, например, время срабатывания кодовых реле, которые
используются в системах управления, составляет около 0,015 сек.,
время срабатывания тяговых электромагнитов колеблется в пределах
0,05—0,2 сек (см. стр. 572)
Практически безынерционной является электронная и полупровод-
никовая аппаратура.
169
20.	ТЕПЛОВЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И ИЗНОС РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
Тепловые деформации
Тепловые деформации возникают вследствие нагрева корпусных дета-
лей остова станка и подвижных рабочих органов, звеньев кинематических
цепей и других элементов станка.
Нагрев может быть следствием изменения температуры окружающей
среды, передачи тепловой энергии лучеиспусканием, теплообразования
в зоне резания и в различных звеньях системы СПИД.
При равномерном нагреве происходит только изменение размеров
соответствующих элементов станка, при неравномерном — также искаже-
ние формы. Неравномерный нагрев является как следствием односторон-
него подвода тепла, так и следствием тепловой инерции. В результате теп-
ловой инерции тепло, выделяемое источником теплообразования, распро-
страняется постепенно по объему нагревающихся деталей, вследствие
чего различные участки детали имеют различную температуру.
Для исключения влияния изменения температуры окружающей среды
особо точные станки располагают в термоконстантных помещениях, где
поддерживается постоянство температуры и исключается непосредствен-
ное действие солнечных лучей.
Тепло, образующееся в зоне резания, в основном передается обрабаты-
ваемой детали и режущему инструменту. Нагрев обрабатываемой детали
и режущего инструмента приводит к изменению размеров, а в ряде слу-
чаев и формы обработанной поверхности.
Размеры детали, измеренные сразу же после обработки, больше раз-
меров, измеренных после охлаждения. Если обработка происходила в те-
чение более или менее длительного периода, то постепенный нагрев обра-
батываемой детали и режущего инструмента приводит к постепенному
изменению размеров, а соответственно и формы обработанной поверх-
ности.
Постепенный нагрев режущего инструмента в процессе обработки
партии одинаковых деталей приводит к изменению размеров обработан-
ной поверхности каждой последующей детали.
После черновой обработки, в процессе которой происходит наиболее
интенсивный нагрев, обрабатываемую деталь снимают со станка для
охлаждения с целью устранения влияния нагрева детали на точность
получаемых размеров и затем производят чистовую обработку, после того
как температура детали стабилизируется.
Изменение размеров и формы деталей станка вследствие тепловых
деформаций приводит к изменению взаимного расположения рабочих
органов станка, установленного как в процессе настройки, так и сборки
станка, что, в свою очередь, может вызвать изменения в размерах и взаим-
ном расположении обработанных поверхностей.
Процесс нагрева протекает постепенно, благодаря чему взаимное рас-
положение рабочих органов станка изменяется во времени, вплоть до
момента наступления теплового равновесия. Время, необходимое для
наступления теплового равновесия, различно для отдельных элементов
одного и того же станка и тем более различно для различных станков
и колеблется от I—2 до 10—15 ч.
Влияние тепловых деформаций на погрешности обрабатываемой по-
верхности зависит от длительности времени обработки, от того, сколько
времени проработал станок к моменту обработки данной детали, от харак-
тера тепловых деформаций.
Характер тепловых деформаций, возникающих вследствие тепло-
образования в механизмах станка, определяется общей конструкцией
170
станка, расположением источников и интенсивностью теплообразования.
Теплообразование происходит:
1) во всех механических передачах, особенно интенсивно — в короб-
ках скоростей и подач, в червячных передачах и передачах винт—гайка,
в подшипниках шпинделя;
2)	в направляющих скольжения;
3)	в гидравлических приводах — в насосах, аппаратуре управления,
в гидродвигателях вращательного и прямолинейного движения;
4)	в электродвигателях и в аппаратуре управления;
5)	в осветительной аппаратуре;
6)	в электромагнитных плитах для закрепления обрабатываемых
деталей.
Теплообразование приводит к непосредственному нагреву деталей
станка, находящихся в зоне теплообразования, от которых тепло пере-
дается соприкасающимся с ними дета-
лям. Вместе с тем масло, используе-
мое в гидроприводах станка и в системе
смазки, переносит тепло к другим дета-
лям.
Теплообразование в коробках ско-
ростей и подачи приводит к нагреву
корпусных деталей, в которых они раз-
мещаются. Характер возникающих при
этом тепловых деформаций зависит как
от общей конструкции станка, так и от Рис , 98 Влияние тепловых деформа.
конструкции самих корпусных дета- цид станины на положение оси шпин-
лей. Например, теплообразование в кор-	деля
пусе шпиндельной бабки 1 (рис. 1.98)
вызывает более интенсивный нагрев нижней стенки бабки, где распола-
гается резервуар для смазки, благодаря чему нижняя стенка удлиняется
больше, чем верхняя, что вызывает поворот оси шпинделя под углом <ръ
одновременно происходит перемещение оси шпинделя в направлении оси
X и изменение величины h.
Тепло, образующееся в коробке /, частично передается стойке 2, при
этом ее передняя стенка нагревается значительно интенсивнее чем осталь-
ные, что вызывает искривление стойки и поворот оси шпинделя под уг-
лом q>2. Одновременно происходит подъем шпиндельной бабки в направ-
лении оси Z.
Характер погрешностей, возникающих вследствие тепловых деформа-
ций, зависит от скорости деформаций, характера технологической опера-
ции и времени, затрачиваемого на ее выполнение, и других факторов.
Так, если на станке, имеющем рассматриваемую компоновку, произво-
дится расточка, а соотношение скорости деформаций и времени выпол-
нения операций таково, что за время выполнения операций шпиндель
получает заметные смещения, то тепловые деформации внесут погрешно-
сти в расстояния между осями обработанных отверстий, при этом оси
отверстий, обработанных позднее, будут наклонены к оси Z под углом
<Р = <Р1 + <₽2-
Если время обработки мало, а сама обработка производится в период,
когда тепловые деформации достигли определенной величины, то влияние
тепловых деформаций может выразиться только в том, что оси обработан-
ных отверстий окажутся расположенными под углом <рх + <р2.
При выполнении фрезерных операций влияние тепловых деформа-
ций выразится в непараллельности опорной и обработанной поверх-
ностей.
171
Элементы гидравлического привода, расположенные внутри корпус-
ных деталей станка, вызывают интенсивный нагрев этих деталей.
В качестве примера рассмотрим процесс изменения положения бабки
шлифовального круга, возникающий вследствие тепловых деформаций
(рис. 1.99, а). Перемещение бабки 2 осуществляется с помощью винта 1,
смонтированного в опоре 3, жестко связанной со станиной 4. В процессе
теплообразования в первую очередь происходит нагрев винта /, обладаю-
щего малой тепловой инерцией. При удлинении винт 1, закрепленный
в опоре 3, смещает бабку 2 влево. Нагрев станины благодаря большой
тепловой инерции происходит медленно, поэтому в первый период сме-
щение подшипника в опоре 3 вправо, происходящее вследствие теплового
удлинения станины 4, оказывает небольшое влияние на суммарное сме-
щение бабки, которое в этот период (рис. 1.99, б) направлено влево.
Удлинение станины продолжается после достижения теплового равнове-
сия винта; в этот период направление суммарного смещения бабки изме-
няется [22 ].
Рис. 1.99. Погрешности при тепловых деформациях (кривая 1—тем-
пература масла; кривая 2 — смещение бабки)
Следует заметить, что влияние указанного смещения на погрешность
размеров обрабатываемой детали может быть полностью устранено при
использовании для ограничения перемещений шлифовальной бабки изме-
рительных приборов, контролирующих размер обрабатываемой поверх-
ности.
Неравномерный нагрев станины, происходящий вследствие выделения
тепла маслом, используемым в гидросистеме, приводит к искривлению
направляющих продольного стола (рис. 1.99, в), при этом стрела прогиба
в приведенном случае [22] достигала 3 мкм. Искривление направляющих
может вызвать искажение формы обрабатываемой детали.
Интенсивный нагрев корпусных деталей вызывают электродвигатели
и электроаппаратура, расположенные внутри этих корпусных деталей.
В ЭНИМСе были проведены исследования температурных деформаций
координатнорасточного станка [78], имеющего компоновку, представ-
ленную на рис. 1.98. В верхней части стойки располагается электродви-
гатель привода главного движения.
После того как были осуществлены мероприятия по теплоизоляции
электродвигателя, смещение оси шпинделя в направлении оси X умень-
шилось с 38 до 11 мкм.
При проектировании точных станков вопросам тепловых деформаций
должно уделяться самое серьезное внимание.
С целью уменьшения тепловых деформаций в первую очередь следует
выносить источники интенсивного теплообразования за пределы тех узлов
станка, нагрев которых приводит к наиболее существенным тепловым
деформациям.
Электродвигатели не следует размещать в нишах корпусных деталей
станка. Если электродвигатель необходимо разместить внутри корпусных
172
/ 2
Рис. 1.100. При-
менение воз-
душного охлаж-
дения и инвар-
ных стержней
для уменьше-
ния влияния тепловых деформаций на положение оси
шпинделя


деталей, то надо предусматривать его интенсивное охлаждение дополни-
тельным вентилятором с выносом потока нагретого воздуха за пределы
станка.
Для уменьшения влияния теплообразования в коробках скоростей
следует предусматривать в системе смазки теплообменники для охлажде-
ния масла. Теплообменники могут быть выполнены как в форме радиато-
ров с воздушным охлаждением, так и радиаторов с водяным охлаждением
водой, поступающей из водопровода. В отдельных случаях применяют
специальные холодильные установки.
Уменьшения теплообразования достигают также вентиляцией коробок
скоростей.
Теплообразование уменьшается при использовании шлифованных зуб-
чатых колес, общем повышении точности обработки деталей и сборки
привода.
В отдельных случаях
в конструкцию корпусных
деталей вводят звенья из
материалов, имеющих ма-
лый коэффициент линей-
ного расширения при из-
мейении температуры.
В качестве примера
рассмотрим конструкцию
шпиндельной бабки коор-
динатнорасточного станка
модели МР-2Р (рис. 1.100).
В полости 4 корпуса 3
шпиндельной бабки раз-
мещается коробка скоро-
стей. Внутри корпуса
находится также электро-
двигатель 7. Для охлаж-
дения коробки и электро-
двигателя служат два вентилятора 6 и 8. Воздух засасывается через
сапун 5, омывает коробку и электродвигатель и выбрасывается в атмо-
сферу. Дополнительный воздух для охлаждения электродвигателя заса-
сывается через отверстия 9.
Для дальнейшего уменьшения влияния тепловых деформаций шпин-
дельная головка 1, несущая шпиндельную гильзу 2, отделена от кор-
пуса 3 и связана с ним с помощью четырех стержней 10, изготовлен-
ных из инвара, имеющего коэффициент линейного расширения 0,8 X
ХЮ-6 град~\ который в 12—15 раз меньше коэффициента линейного
расширения чугуна. Стержни 10 связаны с корпусом штифтами 11. Таким
образом, положение шпиндельной головки относительно стойки 12 опре-
деляется длиной стержней 10, которая при нагревании практически не
изменяется. Подобная конструкция не обладает высокой жесткостью,
чем ограничиваются возможности ее применения.
Существенного уменьшения тепловых деформаций можно достигнуть
при применении разделенного привода (см. стр. 253), при котором коробка
скоростей и электродвигатель удаляются из зоны размещения рабочих
органов.
Влияние теплообразования в электроаппаратуре на тепловые дефор-
мации устраняют размещением электроаппаратуры в отдельном шкафу.
При использовании гидропривода гидроаппаратуру и гидробак также
выносят за пределы станка и размещают в шкафу гидроуправления.
173
Однако гидродвигатели вращательного движения и поршневые, оставаясь
внутри корпусных деталей, вызывают интенсивный нагрев и соответствую-
щие тепловые деформации. С целью снижения температуры масла и умень-
шения нагрева так же, как в смазочных системах, применяют теплообмен-
ники.
В особо точных станках либо полностью отказываются от приме-
нения гидропривода, либо выносят его за пределы станка, вводя необхо-
димые механические передачи.
Для уменьшения температурных деформаций вводят также предвари-
тельный подогрев с помощью специальных подогревателей, чем исклю-
чается дальнейшее изменение температуры в работе.
С целью устранения погрешностей, возникающих при тепловых дефор-
мациях, возможно применение температурных компенсаторов [34 ]. В ка-
честве температурного компенсатора может быть использована какая-
либо деталь, находящаяся в таких же температурных условиях, в которых
находится деформирующийся рабочий орган. Изменение размеров ком-
пенсатора преобразуется в перемещение рабочего органа, компенсирую-
щее ошибку, возникающую вследствие его собственной тепловой дефор-
мации.
Для уменьшения тепловыделения при использовании осветительной
аппаратуры шкал она включается только в периоды отсчета.
Износ режущего инструмента
Износ режущего инструмента вызывает изменение взаимного распо-
ложения режущего инструмента и обрабатываемой детали, установлен-
ного в процессе настройки. Так как величина износа изменяется
во времени, то при интенсивном износе и длительном времени
обработки постоянное изменение взаимного расположения режущего
инструмента и обрабатываемой детали может привести к изменению
формы обрабатываемой поверхности. При малой длительности про-
цесса обработки происходит постепенное изменение размеров деталей
одной партии, последовательно обрабатываемых на настроенном
станке.
Величина износа зависит от вида инструмента, характера выпол-
няемой технологической операции и других факторов. Например,
за 2 ч работы износ резцов при тонком растачивании деталей из
чугуна СЧ 12—28 резцами из твердого сплава ВКЗ достигает 47—132 мкм
[125 J.
Особенно сильно сказывается на точности износ кругов шлифоваль-
ных станков. В целях устранения влияния износа на погрешности разме-
ров обрабатываемых деталей на шлифовальных станках широко исполь-
зуется метод ограничения рабочих ходов в функции размеров обрабаты-
ваемых деталей, которые контролируются активными измерительными
приборами (см. стр. 498).
Для уменьшения влияния износа на погрешности размеров
обрабатываемых деталей на ряде станков используются системы
автоматической подналадки (см. стр. 510). В системах автоматиче-
ской подналадки производится контроль размеров очередной обра-
батываемой детали или контроль износа инструмента. При выходе
отклонений за пределы установленного допуска подается сигнал под-
наладки, которая осуществляется смещением соответствующих рабочих
органов на величину, компенсирующую износ. В системах автоматиче-
ской подналадки осуществляется также автоматическая смена режущего
инструмента.
174
21.	ЖЕСТКОСТЬ И КОЛЕБАНИЯ
Основные понятия
Под жесткостью тела или системы тел, как указывалось выше, под-
разумевается их способность сопротивляться упругим перемещениям при
действии приложенной к ним нагрузки. Чем меньше величина переме-
щения при прочих равных условиях, тем выше жесткость.
Коэффициентом жесткости или просто жесткостью называется отно-
шение силы к величине перемещения в направлении действия силы
с=~,	(1.125)
где Р — приложенная сила в кГ;
А — упругое перемещение в направлении действия силы в мм;
с — жесткость в кГ!мм.
Величина, обратная жесткости, называется податливостью.
Под жесткостью системы СПИД понимается отношение составляю-
щей усилия резания, направленной по нормали к обрабатываемой поверх-
ности, к смещению лезвия инструмента относительно детали, отсчиты-
ваемому в том же направлении [108]. При этом учитывается также влия-
ние других составляющих усилия резания на величину смещения.
Недостаточная жесткость звеньев системы СПИД приводит в процессе
резания к изменению взаимного расположения режущего инструмента
и обрабатываемой детали, а следовательно, к искажению размера, уста-
новленного при настройке станка. В процессе резания точка приложения
усилия резания, а в ряде случаев и величина усилия непрерывно изме-
няется. Изменение точки приложения силы и ее величины изменяет упру-
гие перемещения узлов станка, что, в свою очередь, сказывается на взаим-
ном расположении режущего инструмента и обрабатываемой детали.
Непрерывное изменение взаимного расположения режущего инструмента
и обрабатываемой детали приводит к искажению формы обрабатываемой
поверхности.
Вместе с тем недостаточная жесткость звеньев системы СПИД может
привести вследствие колебаний усилия резания, неуравновешенности
быстровращающихся деталей станка или появления автоколебательного
процесса к вибрациям станка. Вибрации являются причиной нарушения
правильности работы станка, преждевременного выхода из строя режущего
инструмента и ухудшения качества поверхности. В ряде случаев вибра-
ции не позволяют работать при высоких режимах и тем самым снижают
производительность станка или делают невозможным процесс резания.
Появление вибраций при работе на металлорежущих станках может
обусловливаться причинами, не зависящими от процесса резания, такими,
как колебания, передаваемые извне от других станков или машин, от
дефектов ременных, зубчатых и других передач приводов станков, а также
от недостаточной отбалансированности быстровращающихся частей станка.
В то же время вибрации могут возникать и вследствие циклического изме-
нения сил резания, например, при прерывистом резании, при переменной
величине припуска и т. п. Во всех этих случаях возникают вынужденные
колебания, так как имеют место возмущающие силы.
Расчеты, относящиеся к вибрациям, возникающим под действием
возмущающих сил, ведутся на основе общей теории колебаний [15].
Однако, как показывает практика, интенсивные вибрации могут
появляться и при работе на вполне исправном станке при хорошей балан-
сировке быстровращающихся деталей и при непрерывном равномерном
175
процессе резания, т. е. при полном отсутствии возмущающих сил. В этом
случае возникает автоколебательный процесс [39, 54, 118, 119, 1351.
Во всех случаях одним из основных средств борьбы с появлением
вибраций является повышение жесткости системы СПИД. Наряду с этим
для гашения вибраций применяют и различные виды виброгасителей,
а также установку станков на виброизолирующих опорах.
Погрешности, возникающие в результате деформаций
системы СПИД
Характер погрешностей зависит от вида выполняемой технологиче-
ской операции, общей компоновки станка, конструкции его отдельных
узлов и ряда других факторов, поэтому вопрос о погрешностях, возни-
кающих в результате деформаций системы СПИД, может быть проиллю-
стрирован отдельными конкретными примерами.
Рис I 101. Погрешности, возникающие в результате деформаций системы
СПИД
При обработке отверстия на расточном станке (рис. 1.101, а) основное
влияние на размер и форму обработанной поверхности оказывают упру-
гие смещения, происходящие под действием силы Ру, действующей на
скалку 1 в радиальном направлении. Упругие смещения, возникающие
под действием силы Рг, не окажут существенного влияния на изменение
размеров обрабатываемой поверхности. В положении, показанном на
чертеже, сила Ру вызывает прогиб оправки, скалки и шпинделя станка,
что приводит к уменьшению радиуса направляющей линии. Вместе с тем
под действием силы Ру происходит упругое смещение бабки 2 и деформа-
ции стойки 3. Положение, которое занимают бабка и стойка в результате
смещения, показано на чертеже штриховой линией. Упругие смещения
бабки и стойки вызовут опускание оси обрабатываемой поверхности.
Направление действия силы на бабку и стойку в процессе вращения
шпинделя станка непрерывно изменяется. Так, при горизонтальном рас-
положении резца будет происходить закручивание стойки вокруг верти-
кальной оси и упругое смещение бабки в горизонтальной плоскости, что
вызовет смещение оси обрабатываемого отверстия в горизонтальной пло-
176
скости. Так как жесткость системы, состоящей из бабки и стойки, изме-
няется в зависимости от направления действия силы Ру, то центр круго-
вой направляющей линии будет перемещаться по какой-то замкнутой
кривой. На форму этой кривой будет влиять также и изменение силы Ру
вследствие изменения величины припуска, которое вызовет также изме-
нение прогиба оправки, скалки и шпинделя, что, в свою очередь, приведет
к непрерывному изменению радиуса направляющей линии. В результате
всех указанных смещений возникает искажение круговой формы направ-
ляющей линии.
При продольной подаче скалки будет изменяться ее вылет, по мере
увеличения которого будет возрастать прогиб и уменьшаться радиус
направляющей линии, что приведет к искажению формы образующей
линии и поверхность примет конусообразную форму (рис. 1.101, б).
Одновременно с рассмотренными упругими смещениями происходят
упругие смещения и других звеньев системы СПИД, например стола,
на котором установлено приспособление для закрепления обрабатываемой
детали, самого приспособления и др. Эти упругие смещения также окажут
влияние на искажение формы направляющей и образующей линий.
Если при продольной подаче перемещать не скалку, а стол станка,
то вылет скалки будет оставаться постоянным, благодаря чему будет
исключено искажение формы образующей линии. Этот пример показы-
вает существенное влияние выбора формы относительного перемещения
обрабатываемой детали и режущего инструмента на погрешности, возни-
кающие вследствие упругих деформаций. Это обстоятельство следует учи-
тывать при выборе общей компоновки станка и тщательно анализировать
влияние различных форм компоновки на погрешности, возникающие
в процессе обработки.
Упругие смещения приводят также к изменению взаимного располо-
жения плоскостей (рис. 1.101, в). Вследствие упругих смещений стола 1,
поперечных салазок 2 и консоли 3 возникают отклонения в угле а.
Жесткость станков и ее измерение
Упругие деформации системы СПИД, в результате которых возникает
изменение настроенного взаимного расположения обрабатываемой де-
тали и режущего инструмента, появляются вследствие упругих деформа-
ций деталей остова станка, деталей подвижных рабочих органов, несущих
обрабатываемую заготовку и режущий инструмент, стыковых поверхно-
стей подшипников и направляющих, приспособлений для закрепления
обрабатываемых заготовок и режущего инструмента, самих обрабатывае-
мых заготовок. В ряде случаев, например при кинематическом профили-
ровании, изменения настроенного взаимного расположения обрабатывае-
мой детали и режущего инструмента возникают вследствие деформации
звеньев кинематической цепи.
Деформации стыков складываются из деформаций микронеровностей,
деформаций поверхностного слоя, деформаций самой детали, связанных
с неточностью геометрической формы контактирующих поверхностей,
деформаций соединительных болтов и других крепежных деталей.
Если рассматривать влияние деформаций различных звеньев станка
на величину суммарного перемещения режущего инструмента и обрабаты-
ваемой детали относительно друг друга в направлении изменения полу-
чаемых размеров, то оказывается, что лишь небольшая часть этого сум-
марного перемещения обусловливается деформациями корпусных деталей.
Так, деформации станины токарного станка составляют 15%, а деформа-
ции станины и стойки горизонтальнорасточных станков — 15—20% от
суммарного перемещения 142].
177
На суммарное упругое смещение обрабатываемой детали и режущего
инструмента большое влияние оказывают деформации подвижных стыко-
вых поверхностей подшипников и направляющих, а в ряде случаев и са-
мих направляющих.
В настоящее время разработаны методы расчета на жесткость деталей
остова станка, корпусных деталей подвижных рабочих органов и подвиж-
ных стыковых поверхностей [421. Эти методы отличаются большой тру-
доемкостью и их рассмотрение выходит за рамки настоящей работы.
К расчету на жесткость целесообразно прибегать при проектировании
станков, работающих при больших нагрузках, в первую очередь круп-
ных тяжелых станков. Однако в процессе проектирования необходимо
принимать меры для повышения жесткости звеньев станка. Вопросы
конструктивного обеспечения жесткости элементов станков рассматри-
ваются в главах, посвященных конструктивному оформлению этих эле-
ментов.
Поскольку жесткость станка уменьшается с увеличением числа под-
вижных и неподвижных стыков, то в процессе конструирования следует
стремиться к уменьшению числа стыков. В ряде случаев с целью уменьше-
ния числа стыков станины станков отливают заодно с передними бабками.
В частности, встречается ряд моделей токарных, револьверных станков,
где используется такое решение. К выбору таких решений необходимо
подходить с осторожностью, так как при этом резко усложняется техно-
логия обработки, а эффект повышения жесткости может оказаться не столь
значительным.
Для повышения жесткости неподвижных соединений следует уве-
личивать удельные давления в соприкасающихся поверхностях
и повышать чистоту их обработки. Повышения удельных давлений
можно достигнуть уменьшением площади соприкасающихся поверх-
ностей или увеличением предварительного натяга. Величина пред-
варительного натяга должна быть такой, чтобы после приложения
внешней нагрузки напряжения на поверхностях станка были не меньше
15 кПсм2'.
С целью увеличения жесткости подвижных стыковых соединений необ-
ходимо по возможности исключать влияние деформаций промежуточных
деталей (клиньев, планок, прижимных болтов и т. п.) и тщательно при-
шабривать или притирать по блеску все поверхности направляющих
скольжения, салазок и других подвижных элементов. В подвижных
соединениях во избежание повышения тягового усилия натяг ограничи-
вается значениями 1—2 кПсм?.
Для повышения жесткости салазки, перемещающиеся только в про-
цессе настройки, закрепляются на направляющих с помощью специальных
зажимных устройств (см. стр. 607).
Предварительный натяг подшипников (см. стр. 619) создается для
повышения жесткости шпиндельных узлов.
В ряде случаев для повышения жесткости станка в конструкции пре-
дусматривают дополнительные связи. Например, ряд моделей консоль-
нофрезерных станков имеет дополнительную стойку, связывающую кон-
соль с основанием.
Жесткость кинематических цепей в значительной мере определяется
крутильной жесткостью валов, деформациями зубьев зубчатых колес
и деформациями стыковых поверхностей шпоночных и подобных соеди-
нений. Крутильная жесткость измеряется в кГ-м.:рад. Податливость
и в этом случае является величиной, обратной жесткости. При определе-
нии суммарной крутильной жесткости первоначально определяют суммар-
ную податливость и затем находят жесткость.
178
Если вал / кинематической цепи связан с ведущим валом, к которому
приложен крутящий момент М, передачей с передаточным отношением
то к валу / приложен момент МП).
Вал / закручивается на угол
_ Ml
~ i -fiJp ’
а ведущий вал повернется вследствие закручивания вала / на угол
Ml
~ №Р ‘
Рис. 1.102. Схема измерения жесткости шпиндельного узла фрезерного станка
Вследствие закручивания всех валов кинематической цепи ведущий вал
повернется на угол
V1 Ml
“ 2d ’
а суммарная крутильная жесткость будет равна
М
СкХ ~ <₽2 ’
Если последним звеном кинематической цепи является ходовой винт,
то ошибка в положении подвижного рабочего органа будет определяться
как закручиванием валов кинематической цепи, так и деформациями
растяжения (сжатия) ходового винта.
При определении крутильной жесткости учитывается также перемен-
ность сечения каждого из валов [122].
При измерении жесткости соответствующие узлы нагружают с помощью
динамометра той или иной конструкции, а возникающие в процессе нагру-
жения упругие смещения измеряют индикатором.
В качестве примера рассмотрим схему измерения жесткости шпиндель-
ного узла фрезерного станка (рис. 1.102). Нагружение осуществляется
с помощью кольцевого динамометра 5. В отверстие одного из ушков
179
динамометра входит оправка 8, закрепленная в шпинделе станка, а с другим
ушком динамометра жестко связан винт 4, который соединен стяжной гай-
кой 3 с шарнирным винтом 2. Колодка 1, в которой расположена ось
шарнирного винта 2, прикреплена к столу станка. Винты 2 и 4 имеют
нарезку одного направления, но с разным шагом, что позволяет осуще-
ствить малые перемещения динамометра 5. При вращении гайки <3 возни-
кают силы, которые с одной стороны действуют на оправку 8, с другой —
на стол станка. Кольцо динамометра 5 деформируется. Деформации кольца
измеряются индикатором 6. Деформации прямо пропорциональны силам.
Таким образом, при тарировке динамометра можно установить зависи-
мость между силой и показаниями индикатора 6. Прикладывая с помощью
динамометра ряд постепенно возрастающих нагрузок к шпинделю станка,
с помощью неподвижно закрепленного индикатора 7 регистрируют сме-
щение шпинделя. Плоскости приложения силы измерения смещений
должны совпадать или находиться близко друг к другу.
Предварительно нагрузив несколько раз исследуемый узел, присту-
пают к исследованию жесткости. Постепенно увеличивая нагрузку, реги-
стрируют силы и смещения. Доведя нагрузку до максимального значения,
разгружают шпиндель и изменяют направление нагружения, также реги-
стрируя при этом значения нагрузки и смещений. На основе полученных
данных строят график жесткости. Жесткость определяется как отношение
силы к смещению. Разрыв графика характеризует зазор в стыках.
Экспериментально полученные графики могут иметь различную форму.
Вогнутый график свидетельствует о наличии в системе детали с малой
жесткостью. После окончания деформаций этой детали жесткость повы-
шается. Выпуклый график свидетельствует о наличии предварительно
нагруженной детали. Очень малый подъем графика на начальном участке
свидетельствует о перемещении в пределах зазора при наличии сил трения.
Динамометр рассмотренной конструкции дает возможность приклады-
вать только одну из составляющих сил резания. Более сложные конструк-
ции динамометров позволяют нагружать исследуемый узел одновременно
несколькими силами, действующими в направлении составляющих сил
резания [4]. В первом случае мы получаем данные, характеризующие
конструкцию узла с точки зрения его жесткости и качества сборки, во вто-
ром — мы получаем более полную картину, характеризующую влияние
жесткости узла на точность и виброустойчивость.
Жесткость серийных моделей станков нормируется соответствующими
ГОСТами.
Автоколебания при резании
Автоколебательный процесс характеризуется возникновением устой-
чивых колебаний, появляющихся при отсутствии возмущающих сил.
Наглядное представление об одном из видов автоколебаний дает модель
Ван-дер-Поля (рис. 1.103, а). На ленте 1, движущейся с постоянной ско-
ростью, лежит тело 3, которое связано с неподвижно закрепленной пру-
жиной 2. Под влиянием силы тяжести на тело 3 будет действовать сила
трения, приложенная к нижней плоскости со стороны ленты 1. Благодаря
силе трения лента 1 будет увлекать в своем движении тело 3. В начальный
момент совместного движения ленты и тела 3, когда натяжение пружины
равно нулю, действует сила трения покоя. В процессе перемещения тела 3
пружина 2 растягивается и на тело 3 начинает действовать упругая сила
растянутой пружины. Лента 1 проскальзывает относительно тела 3.
По мере увеличения скорости скольжения происходит падение коэффи-
циента трения, а соответственно и силы трения (рис. 1.85). Под действием
180
Рис. 1.103. Схемы автоколебательных систем
упругой силы пружины тело 3 начинает двигаться в обратном направле-
нии, при этом происходит дальнейшее возрастание скорости скольжения
и падение силы трения. Когда упругая сила пружины станет равной нулю,
тело будет продолжать двигаться благодаря приобретенной им кинетиче-
ской энергии, сжимая при этом пружину 2 до тех пор, пока запас кинети-
ческой энергии не будет израсходован и скорость тела станет равной нулю.
Дальнейшее движение тела 3 будет происходить под действием потенциаль-
ной энергии пружины 2. Упругая сила пружины будет перемещать тело
в одном направлении с лентой 1. После того как скорости движения
ленты 1 и тела 3 станут равны, описанный выше процесс повторится.
Таким образом, тело 3 будет совершать устойчивые колебания при отсут-
ствии внешней возмущающей силы.
В настоящее время имеется ряд теорий, объясняющих появление авто-
колебаний при резании. В соответствии с этими теориями появление авто-
колебаний вызывается [39,
54, 119, 135]:
1)	трением в условиях
падения сил трения резца
о стружку с увеличением
скорости резания;
2)	пластическим дефор-
мированием и стружкооб-
разованием (упрочнение
металла перед резцом при
колебаниях, образование
и срыв нароста);
3)	зависимостью силы
резания от относительной
координаты инструмента и
заготовки в условиях си-
стемы, имеющей больше одной степени свободы и поэтому получающей
при колебаниях неодноосные перемещения (в соответствии с так называе-
мым принципом зависимости от положения);
4)	запаздыванием сил резания;
5)	переменностью площади сечения стружки и угла резания из-за
волн на поверхности резания, образовавшихся при снятии предыдущего
слоя;
6) периодическим вмятием фаски износа на задней поверхности резца
при изгибных колебаниях в волнистую поверхность обрабатываемой детали.
В двух последних случаях автоколебания возникают только при нали-
чии на поверхности резания волн, появление которых должно быть вы-
звано какими-либо другими причинами. Поэтому условно можно считать,
что в первых четырех случаях рассматриваются первичные, а во вторых
двух — вторичные возбудители колебаний.
На основе исследований, проведенных в ЭНИМСе, д-р техн, наук
проф. Д- Н. Решетов приходит к следующим выводам:
1)	возбуждение, связанное с зависимостью силы резания от скорости,
играет основную роль в тех случаях, когда действие других возбудителей
мало (например, при расточных работах плавающим инструментом);
2)	в первичном возбуждении, как можно полагать на основе имеющихся
экспериментальных данных, наибольшую роль играет возбуждение, свя-
занное с зависимостью силы резания от координаты в условиях системы,
имеющей более одной степени свободы;
3)	в условиях установившихся колебаний наиболее мощными являются
вторичные возбудители колебаний.
181
Следует заметить, что приведенные выводы не охватывают теорию
запаздывания сил.
Система СПИД представляет собой многомассовую систему, в которой
отдельные массы связаны между собой упругими связями. Такая система
имеет большое число степеней свободы. При исследовании процессов коле-
баний можно с достаточной для практических целей точностью рассматри-
вать отдельные колебательные системы, выделив определенные звенья
станка, которые относятся к этим отдельным колебательным системам [39].
В металлорежущих станках возникают автоколебания, частота которых
близка к частоте собственных колебаний определенной, типичной для дан-
ного типа станка отдельной колебательной системы, входящей в систему
СПИД. Эта отдельная система называется доминирующей коле-
бательной системой.
Определяя жесткость доминирующей колебательной системы в пло-
скости YZ при различном направлении действия силы, можно убедиться
в том, что жесткость зависит от направления действия силы. Определив
зависимость жесткости от изменения направления действия силы от О
до 2л, можно установить две взаимно перпендикулярные оси, в направле-
нии которых жесткость является максимальной и минимальной, назы-
ваемые главными осями жесткости. Отдельную колебательную систему
можно рассматривать как массу 1 (рис. 1.103, б) с двумя взаимно перпенди-
кулярными упругими связями, расположенными на направлении главных
осей жесткости.
Если с массой 1 связан резец 2, то под действием силы резания Р
масса 1 переместится, а упругие связи деформируются. В зависимости
от направления силы Р относительно главных осей жесткости, которое
определяется углами аир, масса /, сместившись, либо сохранит устойчи-
вое положение, либо придет в колебательное движение, при котором вер-
шина резца будет описывать фигуру, подобную эллипсу. В последнем
случае возникнет автоколебательный процесс. Теория, которая рассма-
тривает условия возникновения автоколебаний в зависимости от направле-
ния силы Р относительно главных осей жесткости, называется теорией
координатной связи или принципом «зависимости от
положения». Исходя из зависимостей, полученных на основе этой теории,
установлено, что автоколебания могут возникать только в том случае,
если ось меньшей жесткости расположена в пределах угла от 0 до Р [21].
Доминирующей системой может являться не только рабочий орган,
несущий режущий инструмент, но и любое другое звено системы СПИД,
в частности обрабатываемая деталь.
При обработке волнистой поверхности 4 (рис. 1.103, в), возникшей
в результате предыдущего прохода, или, как говорят, при работе «по следу»
масса 2, с которой связан резец 3, перемещается в направлении оси У
в результате деформации упругих связей 1. Исследование процессов дви-
жения [39] массы 2 показывает, что и в этом случае при определенных
условиях возникают интенсивные автоколебания.
Теория запаздывания сил исходит из того, что изменение сечения сре-
заемого слоя, возникающее вследствие относительного смещения обраба-
тываемой детали и режущего инструмента в процессе колебательного дви-
жения, не сразу же приводит к соответствующему изменению силы, а по
истечении некоторого периода времени, что обусловливается самим про-
цессом стружкообразования. Запаздывание сил приводит к появлению
автоколебательного процесса [135].
Расчеты устойчивости работы станка при резании являются более
или менее трудоемкими в зависимости от того, на какой теории они бази-
руются. Вместе с тем необходимым условием выполнения этих расчетов
182
является знание жесткости соответствующей колебательной системы,
определение которой расчетным путем так же, как это указывалось выше,
является трудоемким и не всегда дает близкие к действительным резуль-
таты. Поэтому в ряде случаев при выполнении подобных расчетов прихо-
дится прибегать к моделированию.
Одним из основных условий обеспечения устойчивой работы станка
является повышение жесткости системы СПИД, выбор правильного поло-
жения главных осей жесткости, повышение демпфирования, приближение
центров масс к линии действия возмущающих сил, уменьшение масс
колеблющихся деталей, материал которых не деформируется и не вызы-
вает рассеяния энергии (например, тяжелых патронов, шкивов на шпин-
деле и т. п.).
При выборе положения главных осей жесткости следует стремиться:
а) к получению минимальных упругих перемещений по нормали к поверх-
ности обработки; б) к совмещению направлений силы и одной из главных
осей жесткости для устранения возбуждения, связанного с зависимостью
силы от координаты в условиях системы, имеющей две и более степеней
свободы; в) к такому расположению осей жесткости резца, которое исклю-
чало бы вмятие задней поверхности резца в гребешки волн, возникающих
при предыдущем проходе.
Работа возбуждения и интенсивность автоколебаний от наиболее мощ-
ного вторичного возбудителя — волн на поверхности резания, а также
и большинства других возбудителей (падения сил резания от скорости,
образования и срыва нароста) в первую очередь зависит от жесткости
в направлении нормали к обрабатываемой поверхности.
Переходя к вопросам демпфирования, следует заметить, что демпфи-
рование колебаний при литых чугунных конструкциях выше, чем при
стальных.
Эффективное демпфирование колебаний может быть достигнуто при
использовании специальных поглотителей колебаний или виброгасите-
лей [391. Имеется большое число различных конструкций виброгасителей.
Однако трудности их размещения в зоне резания, где их действие наибо-
лее эффективно, ограничивает область их применения. В качестве примера
рассмотрим некоторые конструкции виброгасителей.
При точении в качестве виброгасителей применяют люнеты специаль-
ной конструкции (рис. 1.104). Внутри корпуса подвижной скалки 2 лю-
нета-виброгасителя расположен шток 3 с роликом 1. Шток 3 опирается
на тарельчатые пружины 4, которые, в свою очередь, через промежуточную
шайбу 5 опираются на фланец пальца 6. Между фланцем пальца 6 и проб-
кой 8, ввернутой в скалку 2, расположена мощная спиральная пружина 7.
Усилие, необходимое для сжатия спиральной пружины, вдвое превышает
усилие, необходимое для сжатия тарельчатых пружин. Скалку 2 устанавли-
вают вручную с помощью винта 9 в соответствии с диаметром обрабаты-
ваемой детали. Этим же винтом создается также предварительный натяг
пружины 4. После регулировки скалки 2 закрепляют сухарями 12 и 13.
При появлении вибраций кулачки будут перемещаться внутри скалок.
Гашение вибраций происходит за счет сил сжатия и сил трения, возни-
кающих при перемещении тарельчатых пружин. Спиральная пружина
предохраняет люнет от поломки при случайном чрезмерном смещении
кулачков.
Вместо тарельчатых пружин используют также гидравлический ци-
линдр с поршнем 11, закрепленным на штоке гайкой 10. В этом случае
гашение вибраций происходит благодаря вязкому трению жидкости.
Виброгаситель может быть установлен также в резцедержателе или
непосредственно на резце. В первом случае резец закрепляется в скалке
183
с пружинным виброгасителем описанного типа. Во втором случае приме-
няют динамические виброгасители в виде подвижного грузика, устано-
вленного на вертикальном стержне, связанном с резцом. Грузик имеет
небольшую свободу перемещения в вертикальном направлении, которая
ограничивается двумя регулируемыми гайками.
Динамические виброгаси-
тели применяют также при	2 3 4 5 6 1 8
расточных работах. В этом
случае грузик входит с не-
большим зазором в
отверстие, соосное
с наружной поверх-
ностью оправки [39].
ю
и
ГЗ
Рис. 1.104. Виброгаситель

Устойчивость движения подвижных рабочих органов станка
Рис. 1.105. Схема к определению
чувствительности и плавности
перемещений
В связи с точностью установочных перемещений и чувствительностью
привода мы рассмотрели процессы, происходящие в приводе в начале
движения. Подобные же процессы имеют место в приводе при непрерывном
движении и малых скоростях перемещения [54, 77, 86, 94, 136].
Схематично привод можно! представить
в виде, изображенном на рис. 1.105. Веду-
щее звено 1 имеет постоянную скорость v.
Ведущее звено связано упругой связью 2
с жесткостью с с рабочим органом 3, имею-
щим массу т и перемещающимся по напра-
вляющим 4. В процессе движения к рабо-
чему органу приложены: сила инерции тх;
сила трения F, которая изменяется от ско-
рости движения рабочего органа х;упругая
сила, действующая со стороны звена 2, ко-
торая пропорциональна жесткости упругой связи и разности пере-
мещений ведущего звена vt и рабочего органа х; сила затухания.
При составлении уравнения движения рабочего органа необходимо
выразить функциональную связь силы трения с другими пере-
менными величинами, характеризующими движение рабочего органа.
Силу трения представляют изменяющейся либо в функции скорости х,
либо в функции скорости и ускорения х, х. В первом случае, аппрокси-
мируя кривую изменения коэффициента трения от скорости прямой ли-
нией, силу трения можно представить в виде F — (32х, где р2 — коэф-
184
фициент пропорциональности. Представляя силу затухания в виде
(х — v), где рг — коэффициент пропорциональности, а упругую силу
в виде с (хп + vt — х), где х0 — начальное перемещение рабочего органа,
можно представить уравнение движения рабочего органа в форме
mx + Pi (х — v) — с (х0 + vt — х) + F — р2х = 0.
Решение этого уравнения имеет вид
х = —+ vt -J-	(Сх sin ф- С2 cos со/),
где
e=₽izdk. (й=т/_£_; &F = F0 — F.
2 ]Fcm	rm
 Как показывает рассмотрение этого уравнения, величина перемеще-
ния х не будет возрастать пропорционально времени, а ее изменение
будет иметь волновой характер. При этом может возникнуть прерыви-
стое—скачкообразное движение с остановками. Исследование приведен-
ного или аналогичного уравнения, полученного на основе другой функ-
циональной зависимости для силы трения, позволяет установить мини-
мальную скорость, ниже которой движение становится неустойчивым —
скачкообразным. При практических расчетах возникают трудности, свя-
занные с определением коэффициента затухания.
Для повышения устойчивости движения необходимо повышать жест-
кость привода и в первую очередь его последнего звена. Оценка различных
видов привода с точки зрения жесткости дается ниже при рассмотрении
их конструкции.
Так как скачкообразность движения возникает из-за падающей харак-
теристики сил трения, то устойчивость движения может быть достигнута
при проведении тех или иных мероприятий, позволяющих обеспечить
постоянство силы трения в направляющих.
Постоянство силы трения может быть достигнуто при использовании
направляющих с накладками из текстолита, тетрафторэтилена и других
подобных материалов [94], направляющих качения и специальных смазок.
Применение специальных смазок дает хорошие результаты с точки
зрения повышения плавности движения [75, 94]. К таким специальным
смазкам относится масло ВНИИ НП-401, которое представляет собой
масло индустриальное 12 с добавлением стеарата алюминия (1,75—2%)
и метилполитилоксановой жидкости (0,015%). Положительные результаты
дает также введение в смазочное масло консистентной смазки (около 10%).
Повышение устойчивости достигается также путем разгрузки напра-
вляющих либо при подаче масла под давлением, либо при установке
разгрузочных роликов, приподнимаемых давлением пружины или масла
[94]. Устранения влияния переменности сил трения можно также достиг-
нуть при введении дополнительного осциллирующего движения подвиж-
ного элемента с высокой частотой, для чего используют специальный
механический или электромагнитный привод 194]. Этот метод находит
весьма ограниченное применение.
При малых (порядка 1 мм) точных перемещениях применяют специаль-
ные виды приводов — магнитострикционный [29], термодинамический,
при которых подвижной элемент получает перемещение благодаря удли-
нению связанного с ним стержня либо вследствие нагрева, либо изменения
напряженности магнитного поля [94].
В заключение отметим, что определение расчетным путем суммарной
погрешности обработки представляет значительные трудности. Часть по-
грешностей является систематическими, например погрешности, связанные
185
с износом режущего инструмента, с тепловыми деформациями, другая
часть — случайными, например погрешности, связанные с установоч-
ными перемещениями и упругими деформациями, которые зависят от
колебаний припуска, твердости обрабатываемого материала и др. Если
определение величины тепловых и упругих деформаций в процессе проекти-
рования станка представляет значительные трудности, то величина слу-
чайных погрешностей, например установочных перемещений, может быть
практически определена только экспериментальным путем. Поэтому
основной задачей в процессе проектирования является определение харак-
тера возникающих погрешностей и ориентировочная оценка их возможной
величины с целью выбора конструктивных решений, обеспечивающих
необходимую точность обработки.
В ряде случаев в процессе проектирования необходимо прибегать
к моделированию, макетированию и экспериментальному исследованию
механизмов на имеющихся в наличии станках, подобных проектируемым.
При исследовании случайных погрешностей следует помнить, что вели-
чина погрешности должна быть определена на основе методов математи-
ческой статистики [107]. В технологии машиностроения принимают, что
случайные погрешности подчиняются закону нормального распределения
и определяют среднеквадратичное отклонение
где Xj — отклонение;
kt — число измерений с отклонением хр,
X — средняя арифметическая полученных отклонений;
N — число измерений.
Возможная погрешность принимается равной ±3о.
Станок должен обеспечивать стабильное получение заданной точности
и сохранять эту точность в течение длительного периода времени. Для
выполнения этих условий необходимо, чтобы конструкция станка обла-
дала высокой надежностью.
Под надежностью понимают долговечность, ремонтопригодность и
безотказность в работе. Надежности посвящена обширная специальная
литература, анализирующая главным образом проблемы, связанные
с безотказностью в работе. Безотказность имеет особое значение для стан
ков, оснащенных системами программного управления, однако рассмо-
трение этих вопросов выходит за рамки данной работы.
Необходимо отметить, что одним из важных факторов обеспечения
высокой долговечности является правильный выбор размеров деталей
на основе тщательного расчета, обеспечивающий их высокую износостой-
кость, долговечность, прочность. Не менее важным фактором является
выбор надлежащих материалов и методов термической обработки. Весьма
важную роль в повышении долговечности играет применение совершенной
системы смазки, обеспечивающей подачу масла в необходимых количе-
ствах ко всем трущимся поверхностям деталей. Для повышения долговеч-
ности приходится также в ряде случаев сужать допуски с целью увеличе-
ния «припуска» на износ.
Под ремонтопригодностью понимают такие свойства конструкции,
которые обеспечивают без значительных затрат возможность быстрой
замены изношенных частей или узлов. С этой целью в процессе проекти-
рования необходимо предусматривать удобство разборки узлов с быстро-
изн вшивающимися деталями, введение сменных элементов в быстроизна-
шивающиеся детали сложной конструкции, применение блочных конструк-
ций, позволяющих производить замену целых блоков.
Раздел второй
КОНСТРУКЦИИ И РАСЧЕТ МЕХАНИЗМОВ
КИНЕМАТИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ И ПРИВОДОВ
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Источниками движения рабочих органов станков яв-
ляются электрические, гидравлические и пневматиче-
ские двигатели вращательного движения и поршневые гидравлические
и пневматические двигатели. В отдельных случаях, при очень малой длине
хода, для поступательного перемещения применяют магнитострикционные
и термодинамические приводы.
Источником движения может служить также ручной привод, который
используется для установочных перемещений, быстрых обратных ходов
и других движений.
При вращательном движении рабочих органов станков наиболее широ-
кое применение находят электродвигатели, значительно реже гидродви-
гатели, а пневматические двигатели вращательного движения применяют
только в отдельных случаях, например для сообщения вращения быстро-
ходным шпинделям внутришлифовальных станков, число оборотов кото-
рых достигает нескольких десятков тысяч в минуту. От двигателей враще-
ние передается рабочим органам через более или менее сложную кинема-
тическую цепь и лишь в отдельных случаях двигатель непосредственно
связывается с рабочим органом.
При поступательном перемещении источником движения могут быть
как двигатели вращательного движения, так и поршневые двигатели.
От двигателей вращательного движения вращение передается через соот-
ветствующую кинематическую цепь механизму, который преобразует
вращательное движение в прямолинейное. Поршневые двигатели, как
правило, непосредственно связываются с рабочим органом и лишь при
малых перемещениях связь поршневого двигателя с рабочим органом осу-
ществляется через ту или иную кинематическую цепь.
Рабочие органы станка могут получать движение либо от одного
общего двигателя через разветвленную кинематическую цепь, либо от
нескольких двигателей, каждый из которых сообщает движение одному
или нескольким рабочим органам, или служит для выполнения отдельных
движений и связывается с рабочим органом через кинематическую цепь
или непосредственно.
При разветвленной кинематической цепи каждый отдельный участок
цепи, имеющий определенные функции, получает движение от одного
из валов другой кинематической цепи, который и является источником
движения для рассматриваемого участка. В станкостроении отдельные
участки кинематических цепей, имеющие определенные функции, обычно
обозначают понятием «привод». При наличии индивидуального двигателя,
сообщающего движение рассматриваемому участку кинематической цепи,
в понятие привода включается также и электродвигатель.
В соответствии с назначением различают приводы: главного рабо-
чего движения; подачи; установочных перемещений; быстрых холостых
ходов; для периодического поворота на точно фиксированный угол
187
многопозиционных столов, барабанов, револьверных головок и других
рабочих органов; механизмов переключения и управления; вспомогатель-
ных рабочих органов — механизмов подачи и зажима заготовки, изме-
рительных приборов и т. п.
В соответствии с используемым методом профилирования некоторые
типы станков имеют наряду с кинематическими цепями приводов также
профилирующие кинематические цепи для осуще-
ствления функционально связанных перемещений рабочих органов.
В состав профилирующих кинематических цепей входят отдельные участки
кинематических цепей приводов.
При использовании методов профилирования по копиру либо те, либо
иные элементы рабочих органов станка получают движение непосред-
ственно от копира, либо соответствующие приводы станка выполняют
следящими.
Требования, предъявляемые к приводу, определяются его назначе-
нием. В соответствии с характером выполняемых перемещений приводы
должны сообщать рабочим органам или их элементам вращательное или
прямолинейное перемещение.
Приводы главного рабочего движения и подачи должны обеспечивать:
1)	возможность изменения числа оборотов или скорости прямолиней-
ного движения в пределах заданного диапазона;
2)	возможность изменения направления движения;
3)	передачу требующейся мощности в пределах всего или части диа-
пазона;
4)	передачу постоянного крутящего момента в пределах части диа-
пазона;
5)	получение максимального заданного усилия на режущем инстру-
менте;
6)	плавность движения и отсутствие вибраций при работе под нагрузкой;
7)	постоянство настроенного числа оборотов или скорости движения
независимо от изменения нагрузки (т. е. жесткую характеристику).
Приводы главного движения должны иметь высокий к. п. д. и низкие
потери холостого хода.
В зависимости от конкретного назначения привода те или иные из общих
требований могут отпасть, например в конструкции привода главного
рабочего движения специальных станков не должна предусматриваться
возможность изменения чисел оборотов. Вместе с тем могут возникнуть
и специальные требования; так, приводы строгальных станков должны
обеспечивать минимальные затраты времени на реверсирование и плавное
изменение скорости и ускорения в процессе разгона, исключающее появле-
ние значительных динамических нагрузок. От приводов подач в ряде слу-
чаев требуется высокая точность остановки рабочего органа в заданной
точке.
Приводы быстрых ходов и установочных перемещений должны сообщать
необходимую скорость перемещения, передавать необходимую мощность
или крутящий момент, обеспечивать изменение направления движения.
От приводов установочных перемещений требуется также точность оста-
новки в заданной точке, для чего в некоторых конструкциях прибегают
к замедлению движения перед остановкой.
От приводов периодического поворота на точно фиксированный угол
требуется быстрота и точность поворота, а также плавность изменения
скорости и ускорения в начале и конце поворота, исключающая появление
значительных динамических нагрузок.
Те или иные специфические требования к приводам вспомогательных
рабочих органов обусловливаются характером работы этих станков.
188
Так, приводы механизмов зажима заготовок должны обеспечивать получе-
ние заданного зажимного усилия.
Независимо от назначения любой привод должен позволять включать
и выключать те движения, для осуществления которых он предназначен.
Для выполнения соответствующих функций в состав кинематических
цепей приводов должны входить механизмы включения, выключения и
реверсирования, механизмы изменения чисел оборотов.
Ряд функций привода — изменение чисел оборотов или скорости пря-
молинейного движения, изменение направления движения, включение
и выключение движения — может быть передан непосредственно двига-
телю, имеющему соответствующую конструкцию и аппаратуру управле-
ния. Электродвигатель совместно с системой машин и аппаратов, обеспе-
чивающих питание и управление, называется электроприводом,
гидродвигатель й пневмодвигатель — соответственно гидроприво-
дом и пневмоприводом. Электроприводу, гидроприводу и
пневмоприводу посвящена специальная литература; вопросы, относя-
щиеся к конструированию гидропривода и пневмопривода станков,
частично рассматриваются в главах данной работы.
ГЛАВА I ПРИВОД ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
И СХЕМЫ ПЕРЕДАЧИ
Значительная часть приводов станков является приво-
дами вращательного движения, так как они исполь-
зуются как в тех случаях, когда рабочие органы совершают вращательное
движение, так и в тех случаях, когда они
В наиболее развитом виде (рис. II. 1)
привод имеет индивидуальный двигатель
/, механизм изменения чисел оборотов
4, механизмы включения и выключения
2 и реверсирования 5. Структура при-
вода характеризуется главным образом
сочетанием различных систем двигате-
лей и механизмов изменения чисел
оборотов.
имеют прямолинейное движение.
Рис. П.1. Блок-схема привода враща-
тельного движения
1.	ОБЩАЯ СТРУКТУРА ПРИВОДОВ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
Блок-схемы приводов
Привод, как правило, состоит из двигателя вращательного движения
и той или иной механической передачи. В зависимости от сочетания раз-
личных видов двигателей и механических передач привод обеспечивает
либо ступенчатое, либо бесступенчатое изменение чисел оборотов. Бессту-
пенчатое изменение чисел оборотов может быть получено либо с помощью
электропривода или гидропривода, либо с помощью механической бессту-
пенчатой передачи, называемой вариатором. Ступенчатое изменение чисел
оборотов может быть получено с помощью механической передачи, назы-
ваемой коробкой скоростей в приводах главного движения и коробкой
подач в приводах подачи, либо с помощью электропривода.
При ступенчатом изменении чисел оборотов привод характеризуется
числом ступеней. Чем больше число ступеней для заданного диа-
пазона, тем меньше будет разница между настроенной скоростью резания
189
и расчетной и тем меньше будут потери времени, вызванные снижением
скорости резания. Однако при увеличении числа ступеней значительно
усложняется конструкция привода.
Во многих случаях для получения требующегося диапазона прихо-
дится сочетать в приводах различные методы изменения чисел оборотов.
Наиболее распространенным является привод с односкоростным асин-
хронным электродвигателем 1 (рис. II.2, а) и механической передачей 2
для ступенчатого изменения чисел оборотов. Такой привод обладает жест-
кой характеристикой, так как асинхронный электродвигатель лишь незна-
Рис. II.2.	Варианты блок-схем
приводов вращательного движе-
ния
чительно изменяет свое число оборотов под нагрузкой и обеспечивает
постоянство мощности во всем диапазоне скоростей.
При использовании многоскоростного асинхронного электродвигателя 1
(рис. II.2, б) механическая передача 2 для ступенчатого изменения чисел
оборотов может быть значительно упрощена при сохранении того же
общего числа ступеней. Однако с изменением числа оборотов электродви-
гателя мощность привода изменяется.
Обычно применяют двух- или трехскоростные электродвигатели.
Приводы с асинхронными электродвигателями отличаются сравни-
тельно высоким к. п. д.
Для бесступенчатого изменения чисел оборотов в приводах с односко-
ростным асинхронным электродвигателем 1 (рис. II.2, в) может быть ис-
пользована механическая бесступенчатая передача 2. Механические
бесступенчатые передачи имеют сравнительно узкий диапазон изменения
чисел оборотов. Для расширения диапазона последовательно с бесступен-
чатой передачей включается передача 3 для ступенчатого изменения чисел
оборотов. Внутри каждого интервала чисел оборотов, устанавливаемых
с помощью передачи 3, можно получить любую скорость с помощью бес-
ступенчатой передачи 2. Таким образом, во всем диапазоне достигается
бесступенчатое изменение чисел оборотов.
190
Возможен вариант сочетания многоскоростного асинхронного электро-
двигателя 1 (рис. II.2, г) с бесступенчатой механической передачей 2,
также обеспечивающей бесступенчатое изменение чисел оборотов во всем
диапазоне. Несмотря на большое число конструкций механических бес-
ступенчатых передач, этот метод изменения чисел оборотов не получил
значительного распространения.
Диапазон изменения чисел оборотов с помощью механических бессту-
пенчатых передач находится в пределах 4—12 и лишь у отдельных кон-
струкций достигает 16. Мощность, передаваемая бесступенчатыми вариа-
торами, для большинства конструкций ограничена 2—4 кет, хотя отдель-
ные конструкции позволяют передавать мощность свыше 20 кет.
Мощность, передаваемая механическими бесступенчатыми вариаторами,
зависит от настроенного числа оборотов. Обычно с уменьшением числа
оборотов передаваемая мощность понижается. Наиболее удачные конструк-
ции вариаторов обладают сравнительно жесткой характеристикой.
Механические вариаторы применяют в основном на станках средних
размеров: токарных, сверлильных, координатнорасточных, в приводах
передних бабок кругло- и резьбошлифовальных станков. На токарных
станках преимущественно используется вариант привода, представленный
на рис. II.2, в, на других станках, где требуется меньший диапазон изме-
нения чисел оборотов, необходимость в ступенчатой передаче 3 отпадает.
Еще менее распространен вариант с гидравлической бесступенчатой
передачей, представленный на рис. II.2, д. Привод состоит из асинхрон-
ного электродвигателя 1, регулируемого насоса 2, который подает масло
в регулируемый гидродвигатель 3, и механической ступенчатой пере-
дачи 4.
Изменение числа оборотов в минуту осуществляется изменением произ-
водительности насоса и пропускной способности гидродвигателя. Кон-
струкции гидроприводов вращательного движения чрезвычайно многооб-
разны. Диапазон изменения чисел оборотов достигает 30—50. В первой
части диапазона изменение чисел оборотов осуществляется изменением
производительности насоса, при этом привод развивает постоянный кру-
тящий момент, а мощность возрастает. Во второй части диапазона измене-
ние чисел оборотов осуществляется с помощью гидродвигателя, при этом
мощность остается постоянной, а момент падает. К. п. д. привода зависит
от установленного числа оборотов и с повышением числа оборотов падает.
Характеристики двигателя (по жесткости) удовлетворяют условиям ра-
боты как в приводах главного рабочего движения, так и подачи.
Гидропривод отличается значительной сложностью конструкции и
сравнительно большими габаритами. Несмотря на то, что первые модели
станков с гидроприводом вращательного движения появились более 40 лет
тому назад, этот вид привода до сих пор не нашел широкого применения.
Однако дальнейшее совершенствование конструкции гидроприводов и тех-
нологии их производства может создать более благоприятные условия
для внедрения в эксплуатацию гидроприводов вращательного движения.
В последнее время начинают получать распространение гидроприводы
вращательного движения с дроссельным бесступенчатым регулированием
(рис. II.2, е), которые находят применение в механизмах подач, в следя-
щих системах, в зажимных устройствах. Гидропривод состоит из нерегули-
руемого насоса 1 и нерегулируемого гидродвигателя 4. К гидродвигателю
масло поступает через регулируемое гидравлическое сопротивление 3.
В зависимости от настроенной величины сопротивления к гидродвигателю
поступает в единицу времени большее или меньшее количество масла,
что приводит к изменению числа оборотов гидродвигателя. Избыток масла,
подаваемого насосом, сливается через клапан 2 в бак.
191
Гидропривод этого типа имеет широкий диапазон изменения чисел
оборотов, достигающий 70—100 и более. При использовании соответ-
ствующей аппаратуры характеристика привода является достаточно жест-
кой. К- п. д. привода при малых скоростях низкий.
Привод отличается сравнительно простой конструкцией, что создает
благоприятные перспективы для его распространения в станках, особенно
в системах автоматического управления.
При использовании в приводах электродвигателей с бесступенчатым
изменением чисел оборотов (рис. II.2, ж и з) структура привода зависит
от диапазонов изменения чисел оборотов двигателя. При небольшом диа-
пазоне (рис. II.2, ж) привод кроме электродвигателя 1 имеет также меха-
ническую ступенчато-регулируемую передачу 2. При большем диапазоне
изменения чисел оборотов электродвигателя 1 (рис. II.2, з) вращение
от электродвигателя передается через постоянную механическую пере-
дачу 2.
Блок-схемы электроприводов
для бесступенчатого изменения чисел оборотов
Системы бесступенчатого изменения чисел оборотов электродвигателя
весьма многообразны. Этот вопрос подробно рассматривается в курсе
электрооборудования станков. Мы остановимся только на некоторых прин-
ципиальных блок-схемах.
В приводах станков для бесступенчатого изменения скорости в основном
применяют электродвигатели постоянного тока. Наиболее простое реше-
ние получается при использовании электродвигателя постоянного тока,
питающегося от соответствующей заводской сети. Изменение числа обо-
ротов достигается изменением напряжения в обмотках возбуждения.
Диапазон изменения чисел оборотов равен 2, у специальных конструкций
он достигает 6—8. Отечественные предприятия обычно не располагают
сетью постоянного тока, поэтому данное решение находит ограниченное
применение. При отсутствии сети постоянного тока электропривод имеет
собственный источник питания.
Одним из характерных вариантов является система генерато р—
двигатель (рис. П.З, а). Исполнительный электродвигатель 6 полу-
чает питание от генератора 3, который приводится во вращение асинхрон-
ным электродвигателем 2. Изменение числа оборотов электродвигателя
осуществляется изменением напряжения в цепи якоря или тока в обмотке
возбуждения 7. Для изменения напряжения в цепи якоря изменяется ток
в обмотке возбуждения 4 генератора 3. Для питания обмоток возбуждения
используется либо специальный генератор (возбудитель) 1, получающий
вращение от того же асинхронного электродвигателя 2, либо выпрями-
тель 8, питающийся от сети. Для поддержания стабильности работы элек-
тропривода генератор может иметь ряд дополнительных обмоток, полу-
чающих питание от тех или иных элементов системы, реагирующих на
отклонение системы от заданного режима работы. Изменение напряжения
на дополнительных обмотках поддерживает постоянство заданного режима.
В частности, для поддержания постоянства заданного числа оборотов
используется тахогенератор 5, связанный с исполнительным электродви-
гателем. При изменении числа оборотов электродвигателя 6 изменяется
напряжение, подаваемое тахогенератором в обмотки возбуждения гене-
ратора 3.
Дополнительные обмотки могут быть также использованы для управ-
ления приводом в процессе разгона, торможения и т. п.
192
Система генератор—двигатель обычно имеет диапазон изменения ско-
рости 10—40. В той части диапазона, в которой изменение скорости дости-
гается изменением напряжения в цепи якоря, система обеспечивает полу-
чение постоянного момента; во второй части диапазона, в которой измене-
ние числа оборотов достигается изменением тока возбуждения, система
работает с постоянной мощностью.
Система имеет сравнительно низкий к. п. д. порядка 0,6—0,7. Стоимость
системы в 7—8 раз превышает стоимость асинхронного электродвигателя
той же мощности.
При использовании в системе генератор—двигатель электромашинного
усилителя (рис. 11.3, б и в) диапазон изменения скорости может быть зна-
чительно расширен. В практике станкостроения применяют электропри-
воды с электромашинным усилителем с диапазоном изменения скоростей
до 2000.
На схеме, представленной на рис. П.З, б, асинхронный электродви-
гатель 1 приводит во вращение электромашинный усилитель (ЭМУ) 2,
представляющий собой генератор специальной конструкции, от которого
питается исполнительный электродвигатель постоянного тока 4. Электро-
машинный усилитель кроме основной обмотки возбуждения 3 имеет допол-
нительные обмотки рак для стабилизации режима работы, так и системы
управления приводом. Изменение числа оборотов достигается изменением
напряжения в цепи якоря и тока возбуждения в обмотке 5.
На схеме, представленной на рис. П.З, в, асинхронный электродвига-
тель 1 приводит во вращение генератор 2, питающий исполнительный
электродвигатель 3. Электромашинный усилитель 4, получающий враще-
ние от электродвигателя 5, используется для питания обмоток возбужде-
ния генератора. В этом случае мощность электромашинного усилителя
может быть очень небольшой.
Преимуществом приводов с электромашинным усилителем является
широкий диапазон изменения чисел оборотов и возможность управления
7 И. М. Кучер 417
193
режимом работы, недостатком — высокая стоимость, сравнительно низ-
кий к. п. д.
Система генератор—двигатель в той или иной форме находит преиму-
щественное применение на тяжелых станках: токарных, карусельных,
продольнострогальных. На продольнострогальных станках, где требую-
щийся диапазон сравнительно невелик и обычно не превышает 15, исполь-
зуется схема, представленная на рис. II.2, з; в других случаях большее
распространение имеет схема, представленная на рис. II.2, ж, так как
применение схемы, представленной на рис. II.2, з, приводит к значитель-
ному увеличению мощности электродвигателя по сравнению с требующейся.
Система генератор—двигатель с электромашинным усилителем при
широком диапазоне изменения чисел оборотов применяется в приводах
подач некоторых станков, в частности расточных, где требуется широкий
диапазон минутных подач при независимом приводе подач.
В последнее время начинают получать распространение приводы
с электродвигателем постоянного тока и магнитным усилителем (ПМУ)
(рис. II.3, г). Магнитный усилитель 1 позволяет изменять напряжение
в цепи якоря электродвигателя постоянного тока 2. Достоинством магнит-
ного усилителя является отсутствие каких-либо движущихся частей и эле-
ментов с низкой долговечностью. Серийно выпускаемые приводы мощ-
ностью 0,1 до 8,0 кет имеют диапазон изменения чисел оборотов 10 или 100
и к. п. д. около 0,5. Эти приводы находят применение в механизмах подач
различных станков: фрезерных, шлифовальных и др.
В последнее время начинают получать распространение тиристорные
электроприводы (рис. П.З, д). Тиристоры представляют собой управляе-
мые кремниевые вентили. Электродвигатель постоянного тока 2 получает
питание от кремниевого преобразователя 1. От тахогенератора, служа-
щего датчиком скорости, сигнал обратной связи поступает к тиристорному
преобразователю. Диапазон регулирования достигает 200 [73]. В станко-
строении имеется опыт применения подобных приводов мощностью до
10 кет.
Для бесступенчатого изменения скорости могут быть также исполь-
зованы приводы с электромагнитной муфтой сколь-
жения 2 (ПМС) (рис. П.З, е), передающей вращение от односкоростного
электродвигателя 1 к механической ступенчатой передаче 3. Изменение
числа оборотов достигается изменением тока возбуждения муфты. Диапа-
зон изменения находится в пределах 5—8. Достаточно жесткая характе-
ристика может быть получена только при наличии дополнительных ста-
билизирующих элементов в схеме. К. п. д. привода низкий. Данная система
привода не нашла значительного распространения в станках, так как она
уступает другим системам электрического изменения чисел оборотов.
Импульсные приводы
При рассмотрении типов приводов необходимо также упомянуть об
импульсных приводах. При импульсных приводах ведущий вал привода
периодически, в нужный момент, поворачивается на определенный угол.
В качестве импульсных приводов широко используются различные хра-
повые механизмы, которые применяют для периодической подачи рабочих
органов станков. Конструктивные формы таких механизмов весьма мно-
гообразны. Величина подачи изменяется путем изменения угла поворота
ведущего вала.
К импульсным приводам могут быть также отнесены шаговые
электродвигатели. При получении импульса тока ротор шаго-
вого электродвигателя поворачивается на небольшой угол, например на
194
1 : 108 часть окружности. При этом поворот осуществляется с высокой
точностью. Общий угол поворота ротора, а соответственно и величина
перемещения рабочего органа определяется числом импульсов, посту-
пивших к шаговому двигателю. Если L — величина общего перемещения
рабочего органа в мм, а А/ — величина перемещения на один импульс
в мм, то число импульсов равно
Скорость перемещения определяется частотой поступления импульсов.
Так как даже при малых скоростях импульсы поступают с высокой часто-
той, то движение практически является непрерывным.
Шаговые двигатели получают распространение в станках е цифровым
программным управлением для точных установочных и рабочих перемеще-
ний и для обработки контурно- и пространственно-сложных поверхностей.
Число и частота импульсов задаются программой.
Связь электродвигателя
с механическими передачами привода
Ведущий вал механической передачи может получать движение от
электродвигателя либо через ременную (рис. II.4, а и б), либо через
зубчатую (рис. II.4, г) передачи, либо ведущий вал может быть непосред-
ственно связан с электродвигателем (рис. II.4, в).
При ременной передаче электродвигатель может быть размещен как
в нижней части станка, что способствует уменьшению вибраций, так и
в непосредственной близости от рабочего органа. Натяжение ременной
передачи осуществляется обычными методами: перемещением электродви-
гателя на салазках, с помощью натяжных роликов и качающейся плиты,
на которой устанавливается электродвигатель. Последний вариант
(рис. II.4, д) благодаря компактности и простоте конструкции, а также
удобству натяжения имеет значительное применение в станках. Электро-
двигатель 4 устанавливается на плите 3, которая может поворачиваться
относительно оси 2, закрепленной в отверстиях двух стоек 1. Натяжение
ремня осуществляется поворотом плиты 3 с помощью гаек шарнирного
болта 5, заходящего в прорезь плиты.
195
Для уменьшения деформаций ведущего вала последний в ряде случаев
разгружают от усилий натяжения ременной передачи (рис. II.5, а). Ведо-
мый шкив 3 монтируется на подшипниках на втулке 4, прикрепленной
к корпусу, которая и воспринимает натяжение ременной передачи. Вра-
щение от шкива 3 передается валу 2 через фланец 1.
При зубчатой передаче ведущая шестерня закрепляется непосред-
ственно на конце вала электродвигателя (рис. II.5, б). Недостатком такого
варианта является возможная перегрузка подшипника электродвигателя
при малом диаметре шестерни.
Рис. II.5. Конструктивное оформление элементов передач от электродвигателя к веду-
щему валу привода
При непосредственном соединении вала электродвигателя с ведущим
валом механической передачи возможно применение различных муфт.
Простейшим методом соединения является использование в качестве соеди-
нительной муфты конца ведущего вала, в отверстие которого входит вал
электродвигателя (рис. II.5, в). Некоторым недостатком подобного соеди-
нения является трудоемкость обеспечения строгой соосности валов, необ-
ходимой в данном случае.
Один из весьма компактных вариантов соединительной муфты, который
получил распространение в станках, представлен на рис. II.5, г. На полом
конце ведущего вала закреплен диск 4 с пальцами 3, которые через упру-
гие втулки 2 связаны с диском 1, закрепленным на валу электродвигателя.
При непосредственном соединении вала электродвигателя с ведущим
валом механической передачи в большинстве случаев используются флан-
цевые электродвигатели, а в некоторых конструкциях — электродвига-
тели, встроенные в корпус соответствующего узла станка.
196
2.	СХЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ДВИЖЕНИЯ
К ПОДВИЖНЫМ РАБОЧИМ ОРГАНАМ
Прямолинейно движущиеся рабочие органы
Формы передач к подвижным рабочим органам зависят от величины
хода, характера перемещений и конструкции рабочего органа. При малой
длине хода и однокоординатном перемещении используются варианты,
представленные на рис. II.6, а, б. В первом случае вал 2, передающий
вращение механизмам подвижного рабочего органа <3, перемещается
вместе с последним. Вал 2, имеющий длинный шпоночный паз или шлице-
вой конец, проходит через отверстие шестерни или шкива 1, сообщающих
вращение механизмам подвижного рабочего органа. Подобная схема
широко применяется для передачи вращения шпинделям сверлильных
и фрезерных станков, смонтированным в подвижных гильзах. Во втором
случае шестерня 1, перемещающаяся вместе с подвижным рабочим орга-
ном 3, скользит по длинной шестерне 2.
При большой длине хода для передачи вращения используется ходовой
вал 1 (рис. II.6, в), снабженный шпоночным пазом или шлицами.
Шестерня 2, связанная с подвижным рабочим органом 3, скользит на
шпонке или на шлицах вдоль ходового вала.
При двухкоординатных перемещениях схема передачи вращения
усложняется. Если вращение может быть непосредственно передано меха-
низмам подвижных салазок 6 (рис. II.6, г), то передача движения от ходо-
вого вала 1 к валу 5 осуществляется с помощью конической передачи 3 и 4.
При этом коническая шестерня 3 связана с подвижным рабочим органом 2
и при его перемещении скользит вдоль ходового вала. Если вращение
должно быть передано механизмам нескольких взаимно перемещающихся
салазок, то используется вариант, представленный на рис. II.6, д. От ходо-
вого вала 1 движение передается конической передаче 3—4, смонтирован-
ной в корпусе подвижных салазок 2. От валов, расположенных в корпусе
салазок 2, движение может быть передано соответствующим механизмам
этого корпуса; к механизмам, расположенным в корпусе подвижных сала-
зок 6, движение передается через шестерни 5 и вал 7.
При трехкоординатном перемещении движение последовательно пере-
дается от одних салазок к другим.
197
При двух- и трехкоординатных перемещениях при сравнительно не-
большой длине хода для передачи вращения • может быть использован
шарнирный телескопический вал. От вала 1 (рис. II.6, е) вращение пере-
дается через универсальный шарнир 2 валу 3
Рис. П.7. Схема передачи движения к поворотным
рабочим органам
со шпоночным пазом, кото-
рый входит в отверстие
трубчатого вала 4, связан-
ного универсальным шар-
ниром 5 с валом 6 подвиж-
ного рабочего органа 7.
При наличии у по-
движного рабочего органа
поворотных салазок 2
(рис. П.7) движение к ме-
ханизмам поворотных са-
лазок передается через
конические шестерни 1 и
4, из которых первая свя-
зана с подвижными салазками 3. Ось конической шестерни 4 должна
совпадать с осью поворота поворотных салазок 2.
Следует заметить, что монтаж передач к подвижным рабочим органам
является довольно трудоемкой операцией. Ось ходового вала и ось кони-
ческой шестерни 1 (рис. II.7) должны быть
совмещены при сборке. Положение оси ходо-
вого вала определяется положением его опор
относительно неподвижных направляющих 5, ~
а положение оси конической шестерни 1 — ’ ”
положением поддерживающего его крон-
штейна относительно направляющих подвиж-
ных салазок 3. Для обеспечения совмещения
Рис. П.8. Конструктивное оформ-
ление скользящего элемента пе-
редачи к подвижному рабочему
органу
осей кронштейн конической шестерни 1 це-
лесообразно выполнять подвижным в напра-
влении оси Y, а для компенсации отклоне-
ний в направлении оси X производить при-
гонку в процессе сборки или вводить компенсационные прокладки.
Конструктивное оформление шестерни, скользящей по ходовому валу,
представлено на рис. II.8.
Конструктивная сложность и трудности сборки передач устраняются
при установке независимых двигателей на подвижных рабочих органах.
Рис. II.9. Схемы передачи движения к рабочим
органам, смонтированным в периодически пово-
рачивающихся барабанах и столах
Рабочие органы,
вмонтированные в поворотных
барабанах и столах
В поворотных барабанах и
столах монтируют шпиндели
различных многопозиционных
станков. Если при переходе из
позиции в позицию число обо-
ротов шпинделя не меняется, то
для передачи вращения шпин-
делям может быть использована
схема, представленная на рис.
II.9, а. Все шпиндели 2, распо-
ложенные в периодически по-
ворачивающемся барабане 1,
198
получают вращение от центральной шестерни 4, ось которой совме-
щена с осью поворота барабана. С шестерней 4 зацепляются шестерни 3,
закрепленные на шпинделях. Число оборотов шпинделей в минуту на-
страивается механизмом 5.
Если при переходе шпинделя из позиции в позицию его число оборотов
в минуту меняется, то в каждой позиции шпиндель получает движение
через отдельную кинематическую цепь с механизмом изменения чисел
оборотов 4 (рис. II.9, б). При повороте стола 1 шпиндели 2 расцепляются
с помощью муфт 3 со своими приводами, а по окончании поворота вновь
сцепляются.
Первая схема применяется на большинстве горизонтальных много-
шпиндельных токарных автоматов и полуавтоматов, а вторая — на вер-
тикальных многошпиндельных токарных полуавтоматах.
Рабочие органы, смонтированные на вращающихся планшайбах
В ряде случаев подвижные рабочие органы располагают на вращаю-
щихся планшайбах, во вращающихся барабанах и т. п. Например, радиаль-
ный суппорт 1 (рис. 11.10, а и б) должен перемещаться в радиальном
направлении при вращении план-
шайбы 2. Простейшая схема меха-
низма, позволяющего осуществить
перемещение радиального суппор-
та, представлена на рис. 11.10, а.
Через полый шпиндель пропущена
штанга 4, связанная с поступа-
тельно движущимся ползуном 5,
получающим движение от меха-
низма изменения величины подачи
6. Штанга 4 имеет на конце круго-
вую зубчатую рейку, от которой
движение передается через ше-
стерни 3 зубчатой рейке, связанной
с радиальным суппортом. Вместо
зубчатой рейки могут быть исполь-
зованы различные рычажные или
клиновые механизмы. При данной
схеме затруднительно получить
большую величину хода суппорта.
Большой ход суппорта можно
получить, используя схему, пред-
а) 1 г 3
чим органам, смонтированным во вращаю-
щихся планшайбах
ставленную на рис. 11.10,6. В корпусе планшайбы 2 смонтирован червяк 3,
зацепляющийся с червячной рейкой суппорта 1, и вал 4, получающий
движение от механизма изменения величины подачи 7 через шестерни
2л—21 дифференциала, вал 5, шестерни гв—г8—г7.
Привод подачи может быть выполнен как независимым с индиви-
дуальным электродвигателем, так и кинематически связанным с приводом
вращения планшайбы. Поскольку подача суппорта измеряется в мм/об
планшайбы (см. стр. 129), то при индивидуальном электродвигателе при-
вод должен обеспечивать широкий диапазон изменения чисел оборотов.
Использование в. цепи привода подачи дифференциала обусловлено
требованием независимости настроенной величины подачи от числа обо-
ротов планшайбы.
Рассмотрим работу привода перемещения радиального суппорта при
отсутствии дифференциала. Привод перемещения суппорта кинематически
199
связан с приводом планшайбы. В этом случае число оборотов вала 4 на один
оборот планшайбы, получаемое благодаря передаче вращения через кине-
матическую цепь, связывающую планшайбу с валом 4, будет равно
«4. = 1 об. пл
°	° z8z7
где i0 — общее передаточное отношение кинематической цепи, связы-
вающей планшайбу с валом 5.
При вращении планшайбы шестерня г7 будет перекатываться по
шестерне z8, вследствие чего вал 4 получит дополнительное вращение.
Число оборотов вала 4 на один оборот планшайбы при дополнительном
вращении
«4, — 1 об. пл —.
д	z7
В зависимости от направления вращения планшайбы и направления
подачи дополнительное вращение может либо суммироваться с основным,
либо вычитаться из него. Таким образом, полное число оборотов вала 4
на один оборот планшайбы
Пл = Пд + п^. = 1 об. пл io ——— -ь 1 об. пл —.
4	0 д	0 z8z7 —	z7
Как видно, величина настроенной подачи будет изменяться в зависи-
мости от направления вращения планшайбы и направления подачи. Вместе
с тем при выключении привода подачи движение подачи будет продол-
жаться вследствие перекатывания шестерни z7 по шестерне г8. При вклю-
чении в цепь подачи дифференциала настроенная величина подачи стано-
вится независимой от направления вращения и подачи.
Число оборотов вала 4, получаемое вследствие передачи вращения
по кинематической цепи, не показанной на схеме, связывающей план-
шайбу с валом 4, определится по формуле
«40 = 1 об. пл i0 ?1Z?ZsZbZ* — 1 об. пл i0 ,
°	0 zaz3z4z8z7	0 z4z7
где i0 — передаточное отношение кинематической цепи, связывающей
планшайбу с валом.
Благодаря наличию передачи z8—z6 вал 4, сообщающий движение
водилу 6 дифференциала, получит через дифференциал дополнительное
вращение. Число оборотов вала 4 на один оборот планшайбы в дополни-
тельном вращении
«4, — I об. пл —
6	Zb
( Z1^2Z3 .
\ zaz3z4 "r
Z6Zs ,
-5-^ = I OU. пл
Zs / zt	I I \ Z6
z5 \ Z4 "I / z, ’
где в скобках стоит передаточное отношение планетарного механизма,
определяемое по формуле Виллиса.
С учетом дополнительного вращения вала 4, возникающего вследствие
перекатывания шестерни z7 по шестерне za, общее число оборотов опреде-
лится по формуле
п4=1 об. пл\10^ + ^(^-А- Л
4	L ° Z4z, — гь \ г4 /г, г, J
Если подобрать числа зубьев шестерен так, чтобы
200
то число оборотов вала 4 будет равно
п. — 1 об. пл L -^5-
4	° z2z7
и влияние дополнительного вращения, возникающего вследствие перекаты-
вания шестерни z7 по шестерне z8, будет исключено, в чем легко убедиться,
подставив в формулу числа зубьев, указанные на схеме.
ГЛАВА п МЕХАНИЗМЫ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
В данной главе рассматриваются механизмы включения,
выключения и реверсирования кинематических цепей,
а также механизмы быстрых ходов.
3.	МЕХАНИЗМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ И ВЫКЛЮЧЕНИЯ
Механизмы включения и выключения могут быть управляемые и само-
управляющиеся. Управляемые механизмы переключают либо непосред-
ственно вручную, либо с помощью специальных приводов, срабатыва-
ющих при поступлении соответствующих сигналов управления, которые
подаются рабочим, обслуживающим станок, или системой автоматического
управления. Самоуправляющиеся механизмы срабатывают либо при изме-
нении скорости того или иного участка кинематической цепи, либо при
возрастании крутящего момента, передаваемого данным механизмом вы-
ключения.
Управляемые механизмы включения и выключения
К механизмам включения и выключения относятся: 1) подвижные
шестерни (рис. 11.11, а); 2) подвижные шпонки (рис. 11.11, б); 3) кулачко-
вые муфты (рис. 11.11, г и д); 4) накидные шестерни (рис. 11.11, в); 5) фрик-
ционные муфты (рис. 11.12).
Подвижная шестерня 2 (рис. 11, а) может скользить вдоль оси вала //
на шпонке или на щлицах и сцепляться либо с шестерней 1, либо с шестер-
ней 3. При этом движение передается от вала II либо валу I, либо валу III.
При среднем положении подвижной шестерни обе кинематические цепи,
связанные с валами I и III, выключены. Та или иная кинематическая
цепь включается перемещением подвижной шестерни вправо или влево.
Для облегчения включения торец зуба шестерен должен быть скошен
и закруглен. Расстояние между торцами неподвижных шестерен должно
быть несколько больше ширины b подвижной шестерни, с тем, чтобы при
среднем положении подвижной шестерни торцы зубьев не задевали бы
друг друга. Таким образом, общая длина механизма должна быть не-
сколько больше ЗЬ.
При данной схеме возможно только поочередное включение валов /
и ///, если сделать шестерню 2 неподвижной, а шестерни 1 и 3 подвиж-
ными, то будет возможно как поочередное, так и одновременное включе-
ние валов.
Механизм такого типа отличается: простотой конструкции; высокой
жесткостью, так как в системе имеется всего один подвижной стык; высо-
ким к. п. д., так как при включении одной кинематической цепи все
звенья другой цепи выключаются компактностью. Следует заметить
также, что посадки, используемые при данной конструкции механизма,—
201
напряженная для неподвижных шестерен и скользящая для подвижной —
обеспечивают хорошее центрирование шестерен. Вследствие указанных
особенностей данный механизм хорошо работает как при высоких, так
и при низких скоростях и при передаче как больших, так и малых крутя-
щих моментов.
Рис. П.11. Механизмы включения и выключения кинематических цепей
Недостатком данного механизма является невозможность переключе-
ния на ходу, повышенный износ торцов зубьев.
Благодаря отмеченным выше достоинствам данный механизм находит
широкое применение в кинематических цепях станков и, в частности, в ко-
робках скоростей и подач.
При использовании подвижной шпонки (рис. II.II, б) на ведущем
валу // свободно сидят две шестерни 4 и 6 со шпоночными пазами, которые
находятся в постоянном зацеплении с шестернями, сидящими на ведомых
202
валах. Подвижная шпонка 3 качается на оси 1, расположенной в муфте 2,
и перемещается по пазу вала II. Под действием пружины 7 шпонка стре-
мится переместиться в радиальном направлении. При перемещении по-
движной шпонки в осевом направлении она совмещается с одной из шесте-
рен 4 или 6 и под действием пружины заскакивает в паз шестерни, сцепляя
ее с валом. Для того чтобы при переключении не произошло одновремен-
ного включения двух шестерен, между ними помещена шайба 5, которая
утапливает шпонку в момент переключения..	\
Данный механизм по сравнению с предыдущим имеет ряд недостатков.
Передача момента осуществляется короткой шпонкой, которая сидит
Вид Б
свободно как в пазу вала, так и в шпоночном пазу шестерни, что приводит
к перекосу шпонки при передаче крутящего момента. В этих условиях
механизм не может передавать больших крутящих моментов вследствие
плохого контакта стыковых поверхностей. Монтаж шестерен на ходовой
посадке приводит к увеличению зазоров и повышенному биению. При
включении одной из кинематических цепей шестерня, передающая вра-
щение второй кинематической цепи, остается сопряженной с ведущим
валом, что вызывает дополнительные потери и приводит к снижению к. п. д.
Конструкция механизма сложнее, чем предыдущего.
Вследствие указанных недостатков механизм применяется ограни-
ченно — преимущественно при передаче малых крутящих моментов
в коробках подач некоторых моделей сверлильных и револьверных станков.
Для включения и выключения кинематических цепей может быть
использован механизм с накидной шестерней (рис. 11.11, в). Шестерни 1
и 2 ведущего и ведомого валов сцепляются через промежуточную
шестерню 3. Шестерня 3 смонтирована на пальце поворотного рычага 4
и находится в постоянном зацеплении с шестерней 1. В зацепление с шестер-
ней 2 шестерня 3 вводится поворотом рычага 4. После включения рычаг
203
удерживается в требующемся положении фиксатором, который воспри-
нимает распорную силу, действующую со стороны шестерни 2 на ше-
стерню 5. Так как фиксирующее устройство состоит из ряда звеньев,
деформирующихся под действием распорной силы, то данный механизм
не обеспечивает надежного сцепления включенных зубчатых колес. Кон-
струкция данного механизма сложнее конструкции механизма с подвиж-
ной шестерней, а к. п. д. ниже из-за наличия промежуточной шестерни.
Механизм применяют ограниченно, главным образом в коробках подач
токарно-винторезных станков.
В механизмах с кулачковой муфтой (рис. 11.11, г) ведущая шестерня 2
жестко закреплена на валу II. Шестерни 1 и 3, передающие движение
валам I и ///, находятся в постоянном зацеплении с шестерней 2 и сидят
на валах свободно. Включение той или иной кинематической цепи осуще-
ствляется с помощью кулачковых муфт 4 и 5. Кулачковые муфты имеют
торцовые зубцы профиля а или б, сцепляющиеся с аналогичными торцо-
выми зубьями шестерен. При профиле б для выключения муфты требуется
меньшее усилие выключения, чем при профиле а. Вместо торцовых муфт
могут быть использованы зубчатые муфты (рис. 11.11, д). В этом случае
сцепление осуществляется с помощью обычной зубчатой шестерни,
выполненной в одном блоке с шестерней 2, которая вводится в зацеп-
ление с внутренними зубцами полумуфты 3.
Механизмы включения с кулачковыми и зубчатыми муфтами удобны
для сцепления соосных валов (рис. 11.11, д'). Вал 1, расположенный
соосно с валом 6, поддерживается подшипником 4, размещенным в полу-
муфте 3, сидящей на валу 6. Вал 6 монтируется на двух опорах, из которых
одной является подшипник 5, а вторая не показана на чертеже.
Механизм, представленный на рис. 11.11, г, имеет пониженную кру-
тильную жесткость из-за наличия нескольких подвижных стыков и повы-
шенное биение зубчатых колес, которые устанавливают по ходовой
посадке на промежуточных втулках или подшипниках качения. Потери
мощности в этом механизме, так же как и в механизме с подвижной шпон-
кой, больше, чем в механизме с подвижными шестернями. Конструкция
t механизма сложнее.
Для переключения на ходу данный механизм используется в отдель-
ных случаях при числе оборотов, обычно не превышающем 120—
J50 в минуту. В последнее время применяют механизмы включения с зуб-
чатыми муфтами с синхронизатором, представляющим собой фрикционную
муфту, выравнивающую скорости вращения полумуфт в момент включе-
ния [621. Такие муфты можно включать при высоких скоростях. При
введении дополнительного синхронизатора конструкция муфты услож-
няется. Кулачковые муфты изготовляют из сталей 20Х, 40Х, 12ХНЗАГ^
12Х2Н4А. Муфты из малоуглеродистых сталей подвергают цементации ,
и закалке до твердости HRC	58—62, из высокоуглеродистых —
закалке до HRC > 50.
Кинематические цепи с фрикционными муфтами имеют такую же
структуру, как кинематические цепи с кулачковыми муфтами (см.
рис. II.11, г). Конструкции фрикционных муфт, применяемых в станках,
чрезвычайно многообразны и рассматриваются в специальной литературе,
посвященной муфтам, и в литературе по деталям машин. Наибольшее
распространение получили муфты с металлическими дисками, работа-
ющими в масле, отличающиеся компактностью конструкции. Одна из
нормализованных в станкостроении конструкций подобной муфты приве-
дена на рис. II. 12. Шестерня 13, жестко связанная с чашкой 12, свободно
сидит на валу 1. На цилиндрической части чашки 12 прорезаны сквозные
пазы, в которые входят выступы дисков 10, чередующихся с дисками И.
204
На валу 1 диски 10 сидят свободно, а диски 11 связаны с валом 1 шлицами.
Диски 10 и 11 при включении муфты сжимаются с помощью нажимного
диска 9. Сжатие дисков при включении муфты осуществляется с помощью
подвижной гильзы 4, в которой расположены штифты 3. При перемещении
гильзы штифты воздействуют на три собачки 5, расположенные в пазах
втулки 2, закрепленной на валу 1. Под действием штифтов собачки пово-
рачиваются вокруг осей 14 и нажимают на кольцо 6, на котором на резьбе
сидит нажимная гайка 7, воздействующая на нажимной диск 9. Для регу-
лирования усилия нажима гайку 7 мощно перемещать в осевом направле-
нии, навертывая ее на резьбу кольца 6, В требующемся положении гайка
закрепляется пружинным фиксатором который после регулирования
Рис. 11.13. Электромагнитная муфта с вращающейся катушкой и
схема питания
усилия нажима вводится в одно из отверстий, расположенных по окруж-
ности нажимного диска 9.
Значительное распространение в станках получили электромагнитные
фрикционные муфты (рис. 11.13). Конструкции фрикционных электромаг-
нитных муфт очень разнообразны. По основным конструктивным особен-
ностям электромагнитные фрикционные муфты могут быть разбиты на
следующие группы: муфты с магнитопроводящими дисками (рис. 11.13, а),
муфты с вынесенным якорем (рис. П.14) и порошковые муфты. Муфты
могут быть выполнены как с вращающейся, так и с неподвижной катуш-
кой. На рис. 11.13, а представлена муфта с вращающейся, на рис. 11.14 —
с неподвижной катушкой [3].
Вращающаяся катушка 3 сидит на шлицах на валу 1 и удерживается
от осевого смещения стопорным кольцом 2. Обмотка 4 катушки получает
питание от щетки 7 через токоподводящее кольцо 6, изолированное от
корпуса втулкой 5. Схема питания катушки представлена на рис. II.13, б.
От трансформатора напряжение подается к селеновому выпрямителю,
который является источником питания. Один конец источника питания
подключен к щетке, а второй — к корпусу, к которому также подключен
205
второй конец обмотки катушки электромагнитной муфты. Питание муфты
осуществляется током напряжением 24 в.
Магнитный поток, создаваемый катушкой, замыкается через диски
муфты и якорь (рис. 11.13, а). Якорь состоит из трех частей. Внутреннее
кольцо 11 выполнено из бронзы и изолирует магнитный поток от вала.
Кольцо 9 сидит на кольце 10 на скользящей посадке и может смещаться
в осевом направлении. Смещение кольца 9 ограничено тремя штифтами 12.
Благодаря смещению кольца 9 обеспечивается лучшее прилегание поверх-
ности якоря к дискам.
При включении муфты якорь притягивается к катушке и сжимает
диски и вращение передается от вала 1 ведомой шестерне через барабан 8.
Рис. 11.14. Электромагнитная муфта с вынесенным якорем
При выключении муфты волнообразные кольцевые пружины, расположен-
ные между внутренними дисками, разжимают диски, отодвигая якорь
вправо.
Диски изготовлены из стали 45Г и закалены до твердости HRC 40—45.
Для уменьшения рассеяния магнитного потока диски снабжены фасон-
ными вырезами. Муфты этого типа работают в масле, которое либо подается
на поверхность муфты, либо поступает через полый вал. Отечественная
промышленность выпускает несколько размеров муфт данного типа для
передачи крутящих моментов от 1,6 до 160 кГ-м. Время срабатывания
муфт этого типа сравнительно велико. В системах автоматического управ-
ления, где требуется высокая скорость срабатывания, лучшие результаты
могут быть получены при использовании муфт с вынесенным якорем.
Чертеж подобной муфты с невращающейся катушкой серии ЭТМ пред-
ставлен на рис. II.14. Все детали муфты монтируются на втулке 12, которая
закрепляется на соответствующем валу кинематической цепи. Обойма 2
катушки центрируется и закрепляется в стакане 13, который либо уста-
навливается в отверстии корпусной детали, либо на валу. В последнем
случае стакан должен быть связан с корпусом тягой. Кольца 1 и 3, обра-
206
зующие совместно с якорем 5 магнитопровод, соединены кольцом 4 из
немагнитного материала. Якорь 5 выполнен заодно со шпонками 9, кото-
рые образуются путем прорезания сквозных пазов в ступице якоря 5.
Шпонки 9, имеющие на конце Г-образные захваты, входят в пазы втулки 12.
На втулке 12 на резьбе сидит бронзовое кольцо 6, к которому прижимаются
диски муфты при включении. Положение кольца можно регулировать,
перемещая его в осевом направлении по резьбе. Диски 8 связаны со шли-
цами втулки 12, а диски 7 — с пазами барабана ведомой шестерни. Нажим-
ной диск 10 имеет шлицевые пазы, через которые проходят концы шпонок 9.
Поворотом вокруг оси нажимной диск связывается Г-образными вырезами
со шпонками 9 и при перемещении якоря 5 перемещается вместе с ним.
При выключении муфты нажимной диск перемещается вправо под дей-
ствием пружин 11. Муфты с вынесенным якорем могут быть выполнены
также с вращающимися катушками, а муфты с невращающейся катушкой
могут иметь и магнитопроводящие диски. В качестве накладок вну-
тренних дисков могут быть использованы обычные фрикционные мате-
риалы.
Вопросы расчета фрикционных муфт достаточно полно освещены в спе-
циальной литературе [18]. Заметим, что применительно к фрикционным,
а особенно электромагнитным фрикционным муфтам важно различать
передаваемый и вращающий моменты. Величина передаваемого момента
определяется трением покоя, когда отсутствует скольжение дисков. Вели-
чина вращающего момента определяется коэффициентом трения при
скольжении в процессе разгона и зависит от относительной скорости
скольжения. В каталогах указывается номинальный крутящий моментМном
[3]. Нормали машиностроения МН 5656—65 — МН 5665—65 рекомендуют
принимать среднее значение вращающего момента Мс.вр равным 0,4-*-
0,5МНОм, а наибольшее — 0,9МНОН.
При выборе муфты по крутящему моменту рекомендуется применять
муфту с номинальным крутящим моментом, превышающим статический
момент Мст на 30—100%.
Для определения времени разгона без учета времени включения муфты
можно пользоваться формулой (1.92). Для определения времени разгона
с учетом времени включения можно пользоваться формулами (1.96) и
(1.101) в предположении, что в период включения момент нарастает про-
порционально времени включения.
Для определения времени торможения без учета времени включения
муфты можно воспользоваться формулой (1.118), решив ее относительно t.
Определяя время торможения с учетом времени включения муфты,
необходимо первоначально найти по формуле (1.122) скорость к моменту
окончания включения и далее, подставив эту скорость в формулу (1.118),
определить время торможения от момента окончания включения муфты
до момента остановки.
Задаваясь временем разгона или торможения, можно на основе ука-
занных выше формул определить требующийся номинальный момент
муфты. Эту задачу приходится решать методом последовательного при-
ближения, так как в формулу входит момент инерции самой муфты.
При выключении электромагнитной фрикционной муфты продолжает
действовать остаточный момент, вследствие чего возникают потери холо-
стого хода (см. стр. 135). Величина остаточного момента указывается
в каталогах [3]. Она составляет 0,5—1,0% от Мном.
При разгоне, торможении, реверсировании, в период холостого хода
диски муфты скользят друг относительно друга и при этом происходит
нагрев муфты. Часть выделяющегося тепла рассеивается, а часть, пере-
даваясь элементам муфты, вызывает повышение их температуры. Нагрев
207
элементов муфты происходит также вследствие протекания тока в обмотке
муфты и других причин, которыми можно пренебречь.
Для нормальной работы муфты необходимо, чтобы количество выде-
ляющегося тепла не превышало теплорассеивающей способности муфты.
Теплорассеивающая способность муфт указывается в руководящих мате-
риалах заводов-изготовителей. Для отечественных муфт теплорассеива-
ющая способность в кет указана в упомянутых выше нормалях.
Средняя величина тепловых потерь в кет определяется по рекоменда-
циям упомянутой нормали по формуле
ДРср = ЬРтр. ср + ДР0 (1 - ^-) 4- &РК , (II. 1)
где &РтР'Ср — средняя мощность потерь на трение при разгоне или тор-
можении в в/п;
ДР0 — мощность потерь на трение при скольжении дисков на
холостом ходу в ет-,
ПВ — продолжительность включения муфты в %;
&РК — мощность потерь в катушке муфты в ет.
Потери &Ртр_Ср следует учитывать при значительной частоте включе-
ния.
др - ,.Аг
тр. ср 3600 ,
где Л — потери при одном включении муфты в ет-сек;
z — число включений в час.
При разгоне
т 2
А = А — 9	м*. ср
п “р * 735 'мв.ср-Мст'
при торможении
Т 2
А —А —<) “Р®0 м°ср
л	735 • Мв.ср+Мст'
при реверсировании
А = Ар -|- ЗЛГ.
Потери ДР о и ДРК определяются по формулам:
ДРо	Д^к — ДД
где потн — число оборотов дисков муфты в относительном движении;
1 — ток;
U — напряжение.
Электромагнитные фрикционные муфты используют в качестве пуско-
вых, для переключения кинематических цепей, изменения чисел оборотов
и торможения.
Для выключения кинематических цепей, осуществляющих точные
перемещения, наиболее пригодны муфты с вынесенным якорем, время
срабатывания которых при выключении меньше. В лучших конструкциях
подобных муфт время отключения составляет 0,01—0,02 сек.
Электромагнитные фрикционные муфты находят значительное приме-
нение в системах автоматического управления. При выборе муфт для
систем автоматического управления надо учитывать, что муфты с невра-
щающейся катушкой имеют меньший момент инерции, что приводит к со-
кращению времени разгона или торможения.
При использовании электромагнитных фрикционных муфт для авто-
матического переключения скоростей и подач следует тщательно проана-
лизировать потери холостого хода, которые могут оказаться значитель-
ными.
208
Наряду с фрикционными применяют также мелкозубые электромаг-
нитные муфты. В этом случае муфта имеет только один диск, на торце
которого нарезаны мелкие зубья. Муфты отличаются быстродействием
и способностью передавать значительные крутящие моменты.
Механизмы перемещения подвижных звеньев
кинематических цепей
Для переключения кинематических цепей необходимо осуществить
перемещение соответствующих подвижных элементов — подвижных
шестерен, шпонок, подвижных деталей муфт. Для перемещения подвиж-
ных элементов используют поводковые (рис. П.15, а и б) и ползунковые
(рис. 11.15, гид) механизмы переключения.
Рис. П.15. Меха-
низмы для переме-
щения подвижных
элементов переклю-
чаемых кинемати-
ческих цепей
Поводковый механизм состоит из поводка 2, закрепленного на оси 6,
На пальце 5 поводка сидит сухарь 4, который входит в кольцевую выточку
подвижного элемента 1. При повороте вала 6 с помощью рукоятки или
привода механизма переключения подвижной элемент перемещается по
валу 3. При использовании поводка сила, приложенная к подвижному
элементу, создает момент, вызывающий появление реакций и сил трения
между валом и подвижным элементом, что при малой длине ступицы
может затруднить переключение. При замене поводка вилкой 2
(рис. 11.15, б) появление момента устраняется при условии совместной
работы сухарей.
Вместо сухаря 4, представленного на рис. 11.15, а, может быть исполь-
зован сухарь 1 (рис. 11.15, б), выполненный заодно с осью. В последнем
случае может быть уменьшена ширина сухаря и паза подвижного эле-
мента. Сухарь может быть заменен вилкой, показанной на рис. 11.15, в,
которая охватывает, подвижной элемент с торцов.
Поводковые механизмы отличаются простотой конструкции. Однако
их применение ограничено сравнительно небольшой длиной хода, так как
при большой длине хода сухарь может выйти из паза. При использовании
209
поводковых механизмов для перемещения подвижных шестерен надо
правильно выбрать расстояние от кольцевого паза до торца шестерни,
так как при слишком близком расположении кольцевого паза к торцу
шестерни последняя может задевать за поводок, например это может
иметь место при перемещении шестерни 1 (рис. 11.15, а) вправо.
При ползунковых механизмах длина хода не ограничивается. В коль-
цевой паз подвижного элемента 2 (рис. 11.15, г) входит вилка ползунка 3.
Для перемещения ползунка может быть использована зубчато-реечная
передача. С ползунком, перемещающимся по штанге 1, связана рейка 4,
которая получает движение от сектора или шестерни 5; сектор поворачи-
вается вручную или с помощью соответствующего привода механизма
переключения.
Ползунок 1 может иметь также форму, показанную на рис. 11.15, д.
Для перемещения ползунков и поводков применяют также различного
рода кулачки (рис. II. 15, е и ж). Установив на одном валу группу кулач-
ков или кулачок с несколькими пазами, можно поворотом одного вала
управлять несколькими механизмами, вследствие чего кулачковые меха-
низмы переключения находят применение для переключения скоростей
и подач.
Приводы механизмов переключения. Механизмы переключения могут
приводиться в действие вручную или с помощью специальных приводов.
При автоматическом управлении наличие специальных приводов обуслов-
лено необходимостью, так как переключение должно быть осуществлено
при поступлении соответствующей команды. Однако и при ручном управ-
лении во многих случаях механизмы переключения снабжают специаль-
ными приводами. Специальные приводы используются: при дистанцион-
ном управлении, когда механизм переключения расположен на значитель-
ном расстоянии от местонахождения рабочего; для сокращения числа
рукояток в механизмах переключения скоростей и подач и в других
случаях.
В качестве привода механизма переключения может быть использован
электродвигатель небольшой мощности (рис. II. 16, а). Ползунок 1 полу-
чает движение от электродвигателя 2 через червячную и зубчато-реечную
передачи. Величина перемещения ограничивается ограничителями 3,
расположенными на диске 4, закрепленном на валу червячного колеса.
Приводы этого типа сравнительно громоздки и применяются главным об-
разом в станках больших размеров.
Электропривод может быть также использован для поворота кулачко-
вого вала, осуществляющего перемещение подвижных элементов.
В качестве привода в механизмах переключения применяют тяговые
электромагниты (рис. II. 16, б). Якорь 6 тягового электромагнита связан
штангой 5, перемещающейся в направляющих, и серьгой 3 с поводком 2,
перемещающим подвижной элемент 1. Включение осуществляется пру-
жиной 4, выключение — электромагнитом. Тяговые электромагниты
обычно применяют при сравнительно небольших усилиях переключения
3—5 кГ, так как при больших усилиях механизм становится громоздким.
Весьма широко используют в механизмах переключения поршневые
приводы, преимущественно гидравлические (рис. 11.16, в) [103]. Вилка 1
закрепляется непосредственно на штоке поршня 2. Переключение про-
изводится подачей масла либо в одну, либо в другую полость цилин-
дра 3.
В ряде случаев подвижной элемент должен иметь три фиксированных
положения, например подвижная шестерня, показанная на рис. 11.11, а.
Три фиксированных положения могут быть получены при специальной
конструкции поршневого привода (рис. 11.16, г и д).
210
Привод, представленный на рис. 11.16, г, имеет два самостоятельных
цилиндра 2 и 6. Вилка переключения 5 размещается на средней части
штока 4. В цилиндре 2 помещается полый поршень 3 и конец штока 4,
который также является поршнем. В цилиндре 6 помещается только конец
Рис. II. 16. Приводы механизмов переключения
штока 4, являющийся поршнем. При подаче масла через отверстие 7
в цилиндр 6 шток 4 перемещается влево; а из цилиндра 2 масло направ-
ляется в бак через отверстие 1. При перемещении штока 4 влево его буртик
упирается в торец полого поршня 3 и далее шток и поршень двигаются
совместно, пока шток не займет крайнее левое положение.
211
При подаче масла в цилиндр 2 шток 4 и поршень 3 совместно двигаются
вправо. Движение поршня 3 ограничивается упором, а шток перемещается
в крайнее правое положение. При подаче масла в оба цилиндра поршень 3
прижимается к упору и ограничивает перемещение штока 4 влево под
действием давления масла в полости цилиндра 6, так как к поршню 3
приложена большая сила, чем к штоку 4.
Поршневой привод, представленный на рис. II. 16, д, имеет один ци-
линдр 3, внутри которого сделан уступ. Перемещение вилки переключе-
ния 5 осуществляется с помощью поршня 2, на штоке которого закреплена
вилка, и полых поршней 1 и 4. При подаче масла в одну из полостей ци-
линдра поршень 2 занимает крайнее правое или крайнее левое положение.
При подаче масла в обе полости цилиндра полые поршни прижимаются
к гильзе цилиндра 3 и удерживают поршень 2 в среднем положении.
Имеется ряд других конструкций поршневых приводов, позволяющих
получить три фиксированных положения.
Рис. П.17. Схемы к расчету усилий, необходимых для переключения подвижных эле-
ментов переключаемых кинематических цепей
В механизмах переключения подвижных шестерен, кулачковых и
зубчатых муфт в привод вводится упругое звено, исключающее поломку
механизма при неправильном включении, например при совпадении тор-
цов зубьев.
В качестве привода механизма переключения может быть использован
пружинный механизм. Пружинные приводы преимущественно применяют
в механизмах автоматического останова и переключения и рассматри-
ваются ниже.
Определение усилий в механизмах переключения. Для разработки кон-
струкции привода механизма переключения необходимо определить уси-
лие, требующееся для перемещения подвижного элемента, т. е. тяговое
усилие. Тяговое усилие определяется в соответствии с общей методикой,
изложенной выше.
Рассмотрим условия равновесия кулачковой муфты (рис. 11.17, а) [62].
С целью уменьшения усилий выключения муфты кулачки выполнены
с уклоном (рис. 11.11, г). В зависимости от точности выполнения муфты
усилие может передаваться одним или несколькими кулачками. Во втором
случае к полумуфте приложен крутящий момент М, реакция Nlt действу-
ющая со стороны шпонки, реакция /V2, действующая со стороны вала,
силы трения, возникающие под действием реакций NT и N2, и осевая
сила Рос.
£12
В первом случае наиболее неблагоприятные условия возникают тогда,
когда зуб, передающий окружное усилие, и шпонка расположены под
углом 180°. При этом возрастает величина реакции N2. Одновременно
вследствие одностороннего приложения осевой силы Рос возникают реак-
ции W3, которые будем считать распределенными по закону треуголь-
ника.
Прежде чем приступить к определению усилия выключения, необхо-
димо установить величину угла подъема профиля кулачка. При малом
угле подъема профиля может происходить самовыключение муфты под
действием осевого усилия Рвс. Угол подъема профиля следует выбрать
таким, чтобы при минимальной величине сил трения исключалось само-
выключение муфты. Силы трения имеют минимальную величину при
передаче окружного усилия несколькими кулачками.
Окружное усилие, приложенное к муфте, равно
РВК = ~ ; Рое = Ро. Ctg (9 + Ф1),	(11.2)
r 1
где — угол трения.
Р0С = ^-с1ё(9 + Ф1).	(П.З)
Г1
Реакции, действующие со стороны шпонки, равны N± = — ; N2 = NT.
Г 2
Соответственно сила трения
SF = /(/V1 + /V2);	(11.4)
= 2f —.
Г2
Муфта будет находиться в равновесии при условии
Poc = 2^;^-ctg(0 + <P1) = f^-.
'1	*2
Для того чтобы не было самовыключения муфты,
ctg(0 + <Pi)^2/-^-.	(П.5)
Г2
На основании неравенства (II.5) можно определить угол 0. При определе-
нии угла 0 принимаем <рх = 6° и f = 0,0бч-0,08, что исключает самовы-
ключение муфты при практически возможных наименьших значениях ко-
эффициента трения кулачков муфты и направляющего вала и внутренней
поверхности отверстия муфты.
Усилие выключения определяем при принятом значении угла 0 и усло-
вии передачи окружного усилия одним зубом, когда силы трения, а соот-
ветственно и усилие выключения Ре достигают наибольшей величины.
Рв = S F - Рос
Если окружное усилие передается одним зубом, то принимаем
,, «г ,	и	м , м
— Лх + Р ок, N2 — - И — •
г2 Г1
213
Момент осевого усилия Рос уравновешивается моментом реакций N3,
которые распределены по закону треугольника
=	2V8=-^;	= 4^ ctg(0+ <₽,);
£7 = <мг + м2 + 2ЛШ; Sf = M[4- + A + ^_ctg(e + q)1)lf;
pe = 7w{[J- +A + _Lctg(e + <p1)]f--l-ctg(0 + (p1)j.	(IL6)
При определении усилия выключения рекомендуется принимать наи-
большие возможные значения угла и коэффициента трения. Исходя
из данных упомянутой выше работы [67], коэффициент трения f можно
принять равным 0,25—0,30, а угол <рх 10°.
Рассмотрим методику определения усилия, необходимого для включе-
ния фрикционной муфты, изображенной на рис. 11.12. Наибольшей вели-
чины усилие достигает в момент окончания включения муфты. В этот
момент на рычаги включения 2 (рис. 11.17, б) действует сила Q, которая
определяется на основе общепринятых методов расчета исходя из крутя-
щего момента, передаваемого муфтой. При определении усилия включе-
ния будем считать, что усилие Q приложено к одному рычагу. Под влия-
нием силы Q возникает сила трения Fq. Равнодействующая сил Q и FQ
отклоняется от направления силы Q на угол трения <р. Со стороны штифта 1,
с помощью которого производится включение муфты, на рычаг 2 дей-
ствует сила Т и возникающая под ее влиянием сила трения FT. Равнодей-
ствующая сил Т и FT направлена под углом <р к силе Т (см. также [128]).
Со стороны оси 3, относительно которой поворачивается рычаг 2, на
него действует реакция /? и возникающая под ее влиянием сила трения,
приложенная на радиусе г оси 3. Со стороны рычага 2 на штифт 1 дей-
ствует сила 7\, равная силе Тг. Со стороны направляющей втулки 2
(рис. II.12) на штифт действует реакция, возникающая под влиянием
силы Р, и сила трения FP между штифтом и втулкой 2.
При включении необходимо преодолеть составляющую S силы Т[ и
силу трения FP, которую можно принять равной fP.
Рв = S + fP.	(II.7)
Из чертежа (рис. 11.17, б)
S = Tjsin (а 4- <р); Р — Т\ cos(a + <р).
Подставив выражения для S и Р в формулу (II.7), после соответству-
ющих преобразований получим
Рв — Ti [sin (а 4- <р) 4- /cos (а 4- <р)].	(П.8)
Дальнейшее решение сводится к определению силы Т\ из уравнения
моментов, приложенных к рычагу. В уравнение моментов входит момент
силы трения на оси <3, для определения которого необходимо найти реак-
цию R, являющуюся, в свою очередь, функцией силы 7\. Точное решение
приводит к довольно сложным выражениям. Поэтому большинство авто-
ров определяет момент сил трения на оси 3 на основе приближенного
выражения
Mmp = fQr + fTr.
Силы трения Fq и FT определяются по формулам:
Лг = IQ', Ft = IT.
214
Учитывая, что размеры плеч проставлены на чертеже, уравнение момен-
тов сил получим в виде
Qc + fQb + fQr + fTr —Ta+ fTm = О,
откуда
т_ л c + /<fe + f)
-^a-Km + r)
и соответственно
Л = Т[ =	—— •
1	а — f (да + г) cos <р
Подставив выражение для 7\ в формулу (II.8), получим
^ = С™^^-^[з1п(К + ф)+7со5(« + ф)!.	(IL9)
Зная силу Рв, определяем с учетом потерь в промежуточных звеньях
силу, которую должен развивать привод механизма переключения.
Используя изложенную методику, можно определить усилие включения
и .выключения для механизмов с любой конкретной схемой.
Самоуправляющиеся механизмы включения и выключения
Самоуправляющиеся механизмы включения и выключения кинемати-
ческих цепей могут быть разбиты на три группы: 1) муфты обгона, которые
срабатывают при изменении числа оборотов, связанного с муфтой вала;
2) механизмы автоматического выключения, размыкающие кинематиче-
скую цепь при ограничении перемещения рабочего органа с помощью
жесткого ограничителя; 3) предохранительные муфты, срабатывающие
при возникновении перегрузки в кинематической цепи.
Муфты обгона. При наличии муфты обгона 2 (рис. 11.18, а) вал II
может получать вращение от одной из двух кинематических цепей, сооб-
щающих ему вращение в одном направлении с разной скоростью. При
медленном вращении вал II получает движение от вала I через червячную
передачу. При этом вал III, сообщающий быстрое вращение валу II, вы-
ключен с помощью фрикционной муфты 3, а червячная шестерня 1, свободно
сидящая на валу II, автоматически сцепляется с валом с помощью муфты
обгона 2. При включении муфты 3 вал II получает быстрое вращение
в том же направлении, в котором он вращался медленно, при этом муфта
обгона автоматически расцепляет вал II с червячной шестерней 1.
Подобная схема получила значительное распространение в токарных
автоматах. Более простое решение может быть получено при использова-
нии в цепи быстрых ходов индивидуального электродвигателя
(рис. 11.18, б).
Недостатком рассмотренной схемы является то, что вал II получает
быстрое вращение только в одном направлении. Применяя другой вариант
муфты обгона 1 (рис. II. 18, в), можно сообщить валу II быстрое вращение
в обоих направлениях. В этом случае быстрое вращение передается повод-
ковой втулке 2, которая при включении быстрого хода автоматически рас-
цепляет вал II с червячной шестерней.
При соответствующей конструкции муфты обгона вал II может полу-
чать также и медленное вращение в обоих направлениях.
В качестве муфт обгона могут быть применены храповые и роликовые
муфты. Наибольшим распространением пользуются роликовые муфты
(рис. 11.18, г и д).
215
При медленном вращении против часовой стрелки вал / (рис. 11.18, г)
получает движение от червячной шестерни 2. Шестерня 2 сидит на ступице
чашки 3, которая свободно вращается на валу. Чашка 3 при медленном
вращении связывается с валом 1 с помощью роликов 4, расположен-
ных в вырезах диска 5. Вырезы диска 5 и внутренняя поверхность
чашки 3 образуют клиновое пространство. Ролики 4 под действием пру-
жин 7 прижимаются к внутренней поверхности чашки 3. При медлен-
Рис. П.18. Муфты обгона
ном вращении против часовой стрелки трение между роликами 4 и чашкой 3
увлекает ролики, которые заклиниваются и связывают диск 5 с чашкой 3,
которые при этом вращаются как одно целое, передавая движение валу 1.
При быстром вращении вала 1 также против часовой стрелки силы
трения действуют на ролики в обратном направлении, и ролики 4, откаты-
ваясь в более широкую часть выреза диска 5, не препятствует быстрому
вращению вала 1, который обгоняет медленно вращающуюся чашку 3.
Если механизм выполняется без поводковой втулки 8, то быстрое
вращение вала 1 в противоположном направлении невозможно, так
как ролики 4 при этом заклиниваются. В таком виде механизм приме-
няется в тех случаях, когда требуется быстрое вращение в одном на-
правлении.
£16
Для обеспечения быстрого вращения вала 1 в обоих направлениях
движение передается не непосредственно валу, а поводковой втулке 8,
на ступице которой сидит на шпонке шестерня 6 быстрого хода. Поводко-
вая втулка сидит на валу 1 свободно. Торцовые кулачки поводковой втулки
входят в вырезы диска 5. При вращении шестерни 6 против часовой стрелки
кулачки втулки 8 увлекают диск 5, а вместе с ним вал 1 и процесс проте-
кает, как описано выше. При вращении шестерни по часовой стрелке по-
водковая втулка 8 в первый момент немного поворачивается относительно
вала 1, своими кулачками выбивает ролики 4 из клинового пространства
и через ролики передает движение диску 5, тем самым не давая им закли-
ниться.
Если муфта обгона должна также передавать медленное движение
в обоих направлениях, то диск 5 снабжается вырезами двух типов
(рис. 11.18, д'), имеющих наклоны, направленные в противоположные
стороны. При медленном вращении против часовой стрелки движение
передается роликами 4, как описано выше, а ролики 9 в передаче вращения
не участвуют. При медленном вращении по часовой стрелке движение
передается роликами 9.
При быстром вращении против часовой стрелки ролики 4 откатываются
в широкую часть выреза силой трения, а ролики 9 — отжимаются кулач-
ками поводковой втулки. При быстром вращении по часовой стрелке ро-
лики 9 откатываются силой трения, а ролики 4 отжимаются кулачками
поводковой втулки.
Муфты обгона различной конструкции получили значительное рас-
пространение в станках-автоматах и полуавтоматах, так как при исполь-
зовании подобных муфт и индивидуальных электродвигателей быстрых
ходов упрощается конструкция привода быстрых ходов и система управ-
ления, ввиду того, что отпадает необходимость в специальных механиз-
мах переключения.
На ролик (рис. 11.18, е) действуют нормальные силы и (сила
направлена перпендикулярно к касательной в точке контакта ролика
с чашкой) и силы трения Fut и Fn2. Равнодействующая сил и N2 стре-
мится вытолкнуть ролик из клинового пространства, а силы трения Ём,
и Fn, удерживают его. Для того чтобы ролик заклинивался, силы трения
должны быть больше равнодействующей сил Nx и N 2, т. е. угол а между
касательной и плоскостью выреза должен быть меньше удвоенного угла
трения а 2<р.
Величина угла а определяется на основании чертежа по уравнению
d
h + ~2	2h + d
cosa=^7£-==7o^T-
2	2
Крутящий момент, передаваемый муфтой, равен
M^zfN^,
(II. 10)
где г — число роликов.
Поскольку f > tg-^-, то рекомендуется определить силу по фор-
муле
(П.11)
zOtg-J-
Величина силы Nх ограничивается контактной прочностью. При опре-
делении допускаемой величины силы N± рекомендуется исходить при
217
твердости контактирующих поверхностей HRC 60 из допускаемого
напряжения о()оп 15 000 кПсм2, [82].
Детали муфты, контактирующие с роликами, и сами ролики рекомен-
дуется изготовлять из стали ШХ15 или из цементируемых сталей, в част-
ности стали 20Х.
Угол а следует брать равным 7° + 15' [7], при этом отверстие чашки
должно быть обработано по 2-му классу точности, ролики — по скользя-
щей посадке 2-го класса точности, а размер h выдержан с допусками
класса 2а.
Механизмы автоматического выключения, размыкающие кинематиче-
скую цепь при ограничении перемещения рабочего органа с помощью
жестких ограничителей. Конструкции механизмов этого типа весьма
многообразны, и мы вынуждены ограничиться рассмотрением нескольких
характерных примеров.
Рис. П.19. Муфта автоматиче-
ского останова (а) и график из-
менения момента в зависимости
от угла 6 при разных значе-
ниях f (б)
Механизм, представленный на рис. 11.19, а, служит для расцепления
ведущей шестерни 9 с валом 1, от которого движение передается следу-
ющим звеньям кинематической цепи. Торцовые кулачки шестерни 9
сцепляются с кулачками муфты 5. На левом конце муфты имеются V-образ-
ные вырезы, в которые входят ролики 2, сидящие на оси 3, установленной
в отверстии сухаря 4. Ось роликов может самоустанавливаться, что облег-
чает достижение контакта обоих роликов с V-образными вырезами муфты 5.
При одностороннем контакте условия работы механизма выключения
ухудшаются.
Муфта 5 прижата к роликам пружиной 10, натяжение которой регу-
лируется пробкой 11. Пружина перемещает плунжер 6, который связан
штифтом 8 с кольцом 7, передающим усилие пружины 10 муфте 5. При
остановке вала 1 шестерня 9, а вместе с ней муфта 5 продолжают повора-
чиваться. При повороте муфты 5 ролики 2, воздействуя на скошенную
поверхность V-образных вырезов, заставляют муфту 5, а вместе с ней
и шестерню 9 перемещаться вправо. После поворота на 180° муфта 5 под
218
действием пружины 10 возвращается назад, так как V-образные вырезы
совпадают с роликами, а шестерня 9 остается на месте и кулачки шестерни
расцепляются с кулачками муфты. В момент расцепления кулачки не
передают усилия, что повышает долговечность механизма.
Основной задачей расчета механизмов автоматического выключения
данного типа является определение угла подъема 9 V-образного выреза
и усилия Рпр пружины.
Муфта будет находиться в равновесии при условии
Рпр- Poc-^F.	(II.12)
Как было показано выше (см. стр. 212), величина сил трения будет за-
висеть от условий контакта зубьев кулачковой муфты. Поскольку измене-
ние условий контакта будет сопровождаться изменением сил трения,
а соответственно и величины крутящего момента, при котором будет
происходить выключение муфты, то такое изменение условий контакта
в процессе работы недопустимо. Постоянство условий контакта дости-
гается либо за счет тщательности изготовления и пригонки, либо за счет
конструктивных мероприятий, которые обеспечивают контакт большин-
ства зубьев. При этих условиях можно считать, что крутящий момент
передается всеми зубьями и мы имеем дело со случаем, рассмотренным
выше на стр.213. Тогда S/7 определяется по формуле (II.4). Осевая сила Рос
определяется по формуле (П.З). Подставляя значение РкиУ^в фор-
мулу (II. 12), получим
ctgO + tp,)-^-/],	(ПЛЗ)
L Г1	'2 J
где г 2 — радиус начальной окружности шестерни 9.
Как видно из приведенного выражения, при
7-ctg(0 + T1)=	(11.14)
'1	'2
усилие пружины становится равным нулю и самовыключение станет
невозможным. Если взять значения углов 0, близкие к найденным из
выражения (11.14), то даже незначительное отклонение коэффициента
трения от расчетного может вызвать значительное изменение величины
крутящего момента, при котором происходит выключение муфты.
При заданном усилии Рпр* момент, передаваемый муфтой, определяется
выражением
М = -.-------.	(П.15)
-1-ctg (е+.Ф1)—~f
Г1	'3
Величина момента будет зависеть от принятого значения угла 0, угла Ф1
и коэффициента трения f. На рис. 11.19, б изображены графики зависимо-
сти крутящего момента от величины угла 0 при двух значениях коэффи-
циента трения f и прочих равных условиях. Как видно, при угле 0 = 55°
изменение коэффициента трения от 0,16 до 0,24 вызывает увеличение пере-
даваемого крутящего момента в 2,5 раза. Такое колебание крутящего
момента, при котором происходит выключение муфты, безусловно является
недопустимым, между тем изменение коэффициента трения в указанных
пределах является вполне возможным. Угол 0 должен быть выбран таким,
чтобы при изменении коэффициента трения в практически возможных
пределах крутящий момент изменялся в заранее установленных пределах.
219
Примем, что при увеличении коэффициента трения на величину А/ крутя-
щий момент может возрасти на величину АЛ4. Приращение момента равно
АЛ1 = -yr- А/.
df
Продифференцировав выражение, найдем
ЛЛ = —----------2	- Л/.
—- ctg (6 + <рх) — — Н г2
L '1	Г2 J
Примем также, что допускаемое приращение крутящего момента
должно равняться определенной доле расчетного крутящего момента
ДМ = qM = q —---------,
-у-ctg (0 + Ф1)-А/
гх	га
откуда
а____________________—____________?р"Р___________М
Ч 1	9	Г 1	2	12	1
— ctg (6 + Ф1) — — f — Ctg (0 + <P1) — — И r2
'1	r2	L rl	r2	J
и после сокращения
2Д/
<7=П~-----------------
— ctg (0 + Ф1) — — / r2
L ri	r2 J
Решив полученное уравнение, найдем выражение для определения
допустимого угла подъема профиля V-образного выреза, контактирующего
с роликом, или кулачка
ctg(0 4-<Pi) = 2(/g + A/)-^-.	(11.16)
Г2Ч
Расчетный коэффициент трения следует принимать равным 0,16,
А/ = 0,08. Угол трения Ф1 для роликовых муфт можно принимать рав-
ным 4° 30', для кулачковых — 8—9°.
При определении усилия пружины по формуле (11.13) следует исходить
из коэффициентов трения движения и принимать: [ = 0,1; Ф1 для ролико-
вых муфт 4° 30', для кулачковых — 6°.
Величину q следует назначать исходя из условий работы механизма.
Чем больше пределы изменения крутящего момента при останове, тем
ниже точность останова. Значения q можно рекомендовать принимать
равными 0,25—0,40.
Крутящий момент определяют исходя из усилия на последнем звене
кинематической цепи.
Для автоматического выключения кинематической цепи при возраста-
нии крутящего момента свыше допустимого широко используется меха-
низм с падающим червяком (рис. II.20, а). Червяк 5 смонтирован в под-
шипнике поворотного кронштейна 3. К кронштейну 3 прикреплена
планка 6, которая опирается на верхнюю плоскость рычага 12. При вклю-
ченной червячной передаче верхняя плоскость рычага 12 занимает гори-
зонтальное положение. Распорная сила, действующая на червяк, воспри-
нимается рычагом 12, который не позволяет передаче разомкнуться. При
повороте кронштейна по часовой стрелке червяк 5 выходит из зацепления
с червячной шестерней.
Червяк 5 получает вращение от вала 1, который связан универсальным
шарниром 2 с валом 4. От вала 4 вращение передается червяку 5 через
220
муфту 7, торцовые зубцы которой зацепляются с торцовыми зубцами
ступицы червяка. Зубцы муфты 7 прижаты к зубцам червяка под дей-
ствием пружины 8. Натяжение пружины, а соответственно величина пере-
даваемого крутящего момента регулируется с помощью гайки 9.
При возрастании крутящего момента свыше допустимого муфта 7
под действием осевой составляющей усилия, приложенного к торцовым
зубцам, перемещается вправо. При этом торец муфты нажимает на рычаг 12,
который, поворачиваясь вокруг оси 13, освобождает планку 6, и крон-
штейн 3 с падающим червяком 5 опускается вниз под действием собствен-
ного веса и давления пальца 10, закрепленного в рычаге 11, который сидит
на одной оси с рычагом 12.
Включение падающего червяка производится вручную поворотом
оси 13 с помощью рукоятки. При этом рычаг 12, действуя на планку 6,
поднимает кронштейн 3 с червяком 5.
Расчет муфты аналогичен рассмотренному выше.
Падающие червяки рассмотренного типа применяют на многочислен-
ных моделях токарных станков.
Значительное распространение получила также другая модификация
механизма с падающим червяком, представленная на рис. 20, б. Падающий
червяк 4, получающий вращение через муфту 5, аналогичную рассмотрен-
ной выше, смонтирован в люльке 3, которая может поворачиваться вокруг
221
оси вала 6. Передача вращения от вала 6 к валу червяка осуществляется
шестернями 1—2. Во включенном положении червяк поддерживается
защелкой той или иной конструкции, на которую опирается люлька 3.
При возрастании момента выше допустимой величины срабатывает
муфта 5 и освобождает защелку, вследствие чего люлька 3 опускается,
поворачиваясь вокруг оси вала 6, и червяк 4 расцепляется с червячным
колесом.
Падающие червяки этого типа применяют в ряде моделей токарных
и револьверных станков.
Предохранительные устройства
В качестве предохранительных устройств могут быть использованы
механизмы рассмотренного выше типа, размыкающие кинематическую
цепь при возрастании момента выше допустимой величины, различного
рода муфты, проскальзывающие при возрастании момента, и различного
рода устройства со срезными штифтами и шпонками.
Рис. 11.21. Предохранительные муфты
В качестве проскальзывающих муфт могут быть использованы различ-
ные фрикционные и кулачковые муфты, а также муфты специальной кон-
струкции.
В предохранительных фрикционных муфтах сжатие дисков происходит
под действием пружины, сила которой рассчитана так, что при возраста-
нии крутящего момента свыше допустимой величины диски начинают
проскальзывать и при вращающейся ведущей части муфты ведомая часть
остается неподвижной.
Так как фактическая величина коэффициента трения может значи-
тельно отличаться от расчетной, то и момент, при котором муфта срабаты-
вает, может колебаться в значительных пределах.
Кулачковые проскальзывающие муфты со скошенными торцовыми
кулачками аналогичны муфтам, применяемым в рассмотренных выше
механизмах, размыкающих кинематическую цепь при возрастании кру-
тящего момента. Отличие заключается в том, что при возрастании момента
не происходит размыкания кинематической цепи и муфта работает как
трещотка, что вызывает повышенный износ муфты.
Из многочисленных специальных конструкций муфт значительное
распространение получили шариковые муфты. Один из вариантов шари-
ковой муфты представлен на рис. 11.21, а. Предохранительная муфта
связывает шестерню 3 с диском 5. Связь осуществляется с помощью шари-
ков 4, расположенных в отверстиях, выполненных в теле шестерни 3.
222
Шарики заходят также в отверстия диска 5. К диску 5 шарики прижи-
маются пружинами 6. Натяжение пружин, а соответственно и величина
передаваемого крутящего момента регулируется с помощью гайки 1,
перемещающей плунжеры 2. При перегрузке кромки отверстий диска 5
отжимают шарики и муфта работает как трещотка.
Усилие пружин может быть определено в соответствии с методикой,
изложенной выше для кулачковых муфт. Углом подъема в данном случае
является угол между касательной к шарику в точке контакта в осевом
сечении и торцовой плоскостью диска 5.
Предохранительные устройства со срезными штифтами и шпонками
применяют в тех случаях, когда перегрузка является редким случаем
и возникает только в аварийных условиях. В качестве примера предохра-
нительного устройства со срезным штифтом приведена нормализованная
муфта (рис. II.21, б). В полумуфты 1 и 5 запрессованы закаленные втулки 2
и 4 из стали 40Х. Через отверстия втулок проходит срезной штифт 3,
который обычно изготовляется из наиболее прочного материала. При
перегрузке штифт срезается и должен быть заменен новым.
Применение для изготовления штифта материала высокой прочности
необходимо для того, чтобы исключить возможность случайной замены
штифта малой прочности штифтом более высокой прочности, что могло бы
привести к поломке механизмов станка.
4.	МЕХАНИЗМЫ РЕВЕРСА
Для изменения направления вращения ведомого вала ведущий и ведо-
мый валы связываются двумя параллельными кинематическими цепями, из
которых одна передает вращение ведомому валу в одном направлении,
а другая — в другом. Включая либо одну, либо другую кинематическую
цепь, изменяют направление вращения ведомого вала.
Схемы и конструкции реверсивных механизмов очень многочисленны.
Они могут быть разбиты на реверсивные механизмы с цилиндрическими
и коническими колесами.
Механизмы реверса с цилиндрическими колесами
В механизмах реверса с цилиндрическими колесами изменение направ-
ления вращения ведомого вала при включении различных кинематиче-
ских цепей достигается тем, что в одну из кинематических цепей вводится
паразитная шестерня.
Для включения одной из двух кинематических цепей могут быть
использованы любые из рассмотренных выше механизмов включения
и выключения кинематических цепей.
В механизме, представленном на рис. 11.22, а, включение одной из
двух кинематических цепей осуществляется подвижной шестерней 1.
В крайнем левом положении шестерни 1 она сцепляется с паразитной
шестерней 2, ось III которой занимает положение, показанное на чертеже
справа. В этом случае вал II получает вращение от вала I через передачу
3—2—1. При перемещении шестерни 1 вправо она сцепляется с шестер-
ней 4, сидящей на валу /, при этом вал II получает вращение через непо-
средственно сцепленные шестерни 4—1 и направление вращения вала
изменяется.
Чтобы шестерня 3 не могла непосредственно сцепиться с шестерней 1,
должно быть выполнено условие z3 z4 — 4, благодаря чему передаточ-
ные отношения, а соответственно и числа оборотов вала II при вращении
в различном направлении будут различными.
223
Схема механизма реверса, представленная на рис. 11.22, б, позволяет
получить также и одинаковое число оборотов вала II при вращении
в обоих направлениях, так как числа зубьев могут быть выбраны такими,
чтобы — = —.
г3 *4
Вариант механизма реверса, представленный на рис. 11.22, в, обладает
преимуществами при передаче движения от ведущего вала I двум ведомым
валам III и IV. На валу I сидит шестерня 2, с которой сцепляется ше-
стерня 3, сидящая на одном валу с шестерней 5. На валах III и IV сидят
подвижные шестерни 1 и 4. В крайнем правом положении шестерни 1 и 4
сцепляются с шестерней 5 и соответственно получают вращение через па-
разитную шестерню, а в крайнем левом положении они сцепляются не-
Рис. П.22. Механизмы реверса с цилиндрическими колесами
посредственно с шестерней 2. Применение самостоятельного механизма
реверса для каждого из ведомых валов привело бы к увеличению числа
валов и зубчатых колес в механизме. Подобные схемы получили распро-
странение в механизмах передачи движения рабочим органам, располо-
женным на траверсах, например суппортам продольнострогальных
станков.
В механизмах реверса переключение может осуществляться также
с помощью кулачковых (рис. II.22, г) и фрикционных (рис. II.22, д) муфт.
Вариант, представленный на рис. II. 22, д, используется в тех слу-
чаях, когда число оборотов ведомого вала при вращении в одном направ-
лении должно значительно отличаться от числа оборотов при вращении
в другом направлении.
Преимущества и недостатки различных вариантов механизмов реверса
определяются преимуществами и недостатками используемых механизмов
переключения. Следует заметить, что потери холостого хода, характерные
для механизмов переключения с кулачковыми и фрикционными муфтами,
в механизмах реверса сказываются еще в большей степени, так как вра-
щающаяся вхолостую шестерня и вал, на котором она сидит, вращаются
в разные стороны, что приводит к увеличению относительного числа обо-
ротов, которым определяется скольжение деталей и потери холостого хода.
224
На число оборотов в относительном движении влияет размещение
муфт включения на ведомом или ведущем валу. Если —	, то при
г2 г4
— j> 1 муфты следует располагать на ведущем валу, а при — < 1 —
^2	^‘2
на ведомом валу.
Механизм реверса с фрикцион-
ными муфтами отличается сложно-
стью конструкции. На рис. 11.23
представлена кинематическая схема
и разрез вала с фрикционными муф-
тами механизма реверса токарного
станка. Для уменьшения биения и
потерь шестерни 1 и 6 могут быть
Рис. 11.23. Механизм реверса с фрикционными муфтами
смонтированы на валу на подшипниках качения. Включение фрикцион-
ных муфт осуществляется с помощью нажимной втулки 2. Для регули-
рования усилия нажима на втулке помещены гайки 3 и 5, которые после
регулирования стопорятся с помощью пружинных фиксаторов. Переме-
щение втулки 2 при включении осуществляется с помощью гильзы 9.
При перемещении гильзы 9 вдоль оси вала она действует либо на правое,
либо на левое плечо собачки 8, поворачивающейся вокруг оси, закреплен-
ной в отверстии вала. При повороте собачки ее пятка, заходящая в паз
штанги 7, связанной штифтом 4 с нажимной втулкой 2, перемещает по-
следнюю и производит включение соответствующей муфты.
Механизмы реверса с коническими колесами
Механизмы реверса с коническими колесами применяют преимуще-
ственно при передаче движения между взаимно перпендикулярными ва-
лами (рис. П.24), так как в этом случае использование реверсов с кониче-
скими колесами приводит к упрощению кинематической цепи.
Реверсы с коническими колесами могут быть выполнены как с подвиж-
ными шестернями (рис. 11.24, а), так и переключающими муфтами
(рис. 11.24, б). При подвижных шестернях они могут быть сделаны либо
независимыми, как это показано на рис. 11.24, а, либо связанными общей
втулкой. При подвижных шестернях усилие, действующее вдоль оси
включенной подвижной шестерни, воспринимается фиксатором механизма
8 И. М. Кучер 417
225
переключения, что снижает жесткость передачи, поэтому данная схема
используется сравнительно редко, преимущественно в фартуках токарных
станков. Механизм с кулачковой муфтой (рис. 11.24, б) обладает боль-
шей жесткостью и применяется более широко.
При передаче движения между параллельными валами реверсы с кони-
ческими колесами применяют весьма редко.
Общие требования к реверсивным механизмам зависят от характера
привода, в котором эти механизмы используются. Если реверсирование
производится эпизодически при настройке станка в соответствии с тре-
бующимся направлением движения применительно к осуществляемому
на станке технологическому процессу, то целесообразно использование
механизмов с подвижными шестернями. При большой частоте реверсиро-
вания, например при нарезании резьб и при строгании, конструкция
реверсивного механизма должна обеспечить надежность его работы в усло-
виях большой частоты переключений, отсутствие перегрева, отсутствие
ударных или чрезмерно больших динамических нагрузок, быстроту ревер-
сирования.
При большой частоте реверсирования преимущественно применяют
фрикционные муфты с тем или иным приводом переключения, электро-
магнитные фрикционные муфты. Электромагнитные фрикционные муфты
применяют также в реверсивных механизмах систем автоматического
управления.
Процесс реверсирования складывается из торможения и разгона.
Время разгона и торможения определяется на основе формул, приведен-
ных в гл. IV первого раздела. На основе этих же формул определяют дина-
мические нагрузки, возникающие в процессе реверсирования, на которых
базируется расчет деталей механизма реверса. При использовании фрик-
ционных муфт и большой частоте включения серьезное внимание должно
быть уделено тепловому расчету.
В современных станках широко используется реверсирование при
помощи электродвигателя; при этом необходимость в специальных меха-
низмах реверса отпадает. Кроме того, возникает возможность управления
скоростью в процессе реверсирования, чем устраняется появление чрез-
мерных динамических нагрузок.
В тяжелых станках в процессе реверсирования затрачивается боль-
шая работа, поэтому необходим анализ потерь в процессе реверсирования.
Механизмы включения, выключения и реверсирования стремятся
располагать на быстровращающихся валах кинематической цепи, так как
при этом уменьшаются передаваемые крутящие моменты, а соответственно
и размеры механизмов.
5.	БЛОК-СХЕМЫ ПРИВОДОВ БЫСТРЫХ ХОДОВ
Приводы быстрых ходов сообщают быстрое движение рабочим орга-
нам, которые в процессе обработки детали совершают медленные рабочие
ходы. Быстрое движение указанные рабочие органы получают при уста-
226
ноеочных перемещениях, при быстром отводе и подводе. При быстрых
ходах быстрое вращение может получать часть кинематической цепи рабо-
чих ходов (рис. 11.25, а—а), либо для перемещения рабочего органа может
быть использована независимая кинематическая цепь (рис. П.25, д).
Быстрое вращение может быть
заимствовано либо от одного из
быстровращающихся валов 1 ки-
нематической цепи рабочего хода
(рис. 11.25, а), либо от индивиду-
ального электродвигателя (рис.
11.25, б~д).
Механизмы быстрых ходов
с муфтами включений
Вращение передается от бы-
стровращающегося вала 1 (рис.
11.25, а) через кинематическую
цепь быстрых ходов 2, муфту
включения 4. При быстрых ходах
механизм изменения чисел оборо-
тов 3 и связанные с ним участки
кинематической цепи выключают-
ся муфтой 5. Применение данной
схемы целесообразно в тех слу-
чаях, когда размещение механиз-
мов таково, что позволяет исполь-
зовать короткую кинематическую
цепь быстрых ходов, а привод
рабочих ходов получает движение
от индивидуального электродви-
Рис. 11.25. Блок-схемы механизмов быстрых
ходов
гателя, реверсированием которого
осуществляется изменение напра-
вления движения при быстрых хо-
дах. В качестве примера можно указать на привод быстрых ходов отече-
ственных консольнофрезерных станков 6Н82, 6Н12, 6Н83, 6Н13. В дру-
гих случаях более простое решение может быть получено при использо-
вании индивидуальных двигателей в цепи быстрых ходов, что позволяет
упростить кинематическую цепь и управление включением и реверсиро-
ванием быстрых ходов.
При включении электродвигателя быстрых ходов 1 (рис. 11.25, б)
цепь рабочих ходов отключается управляемой или обгонной муфтой 2
(см. рис. II. 18). Данная схема позволяет разместить электродвигатель
быстрых ходов в наиболее удобном месте, использовать короткую кинема-
тическую цепь быстрых ходов и упростить систему управления, особенно
при выключении рабочей цепи с помощью самовыключающихся муфт
обгона.
Механизмы быстрых ходов с дифференциалами
и независимыми кинематическими цепями
При рабочих ходах движение передается от механизма изменения вели-
чины подачи 1 (рис. 11.25, в) конической шестерне 3 дифференциала через
червячную передачу 2, а при быстрых ходах — от электродвигателя 9
конической шестерне 6 дифференциала через коническую зубчатую
*	227
передачу 8—7. При рабочих ходах шестерня 6 стоит неподвижно, а шес-
терня 3 вращается. При этом сателлиты 4, сидящие на Т-образном
валике 5, перекатываются по неподвижной шестерне 6, и Т-образный
валик, связанный с кинематической цепью, осуществляющей перемещение
рабочего органа, начинает вращаться.
При включении электродвигателя быстрых ходов вращение, получае-
мое Т-образным валиком от шестерни 6, суммируется с вращением, полу-
чаемым от шестерни 3. В зависимости от направления вращения числа
оборотов, получаемые от обоих источников, либо складываются, либо
вычитаются. Так как скорость вращения шестерни 3 мала, то она практи-
чески не сказывается на скорости быстрого хода. Подобная схема довольно
широко используется в приводах стола ряда моделей продольнофрезерных
станков; модификация подобной схемы с цилиндрическими шестернями
в механизме дифференциала применяется в ряде моделей специальных
расточных станков станкостроительного завода им. Я. М. Свердлова.
При отсутствии в цепи быстрого или рабочего хода самотормозящихся
передач в этих цепях должны быть предусмотрены тормозные устрой-
ства.
При использовании для преобразования вращательного движения
в поступательное винта и гайки привод быстрых ходов может быть выпол-
нен по схеме, представленной на рис. 11.25, г. При рабочих ходах винт
получает движение от механизма изменения величины подачи /, а гайка 3
остается неподвижной. При быстрых ходах гайка 3 получает вращение
от электродвигателя 2 через шестерню 5, скользящую на шпонке вдоль
ходового вала 4. Скорость перемещения определяется числом оборотов
винта и гайки в относительном движении. В зависимости от направления
вращения винта и гайки число оборотов в относительном движении равно
либо сумме, либо разности чисел оборотов винта и гайки в абсолютном
движении.
Подобные схемы находят широкое применение в агрегатных головках,
в частности в головках, выпускаемых Минским заводом автоматических
линий.
При независимом приводе быстрых ходов (рис. 11.25, д) вращение
двигателя 1 преобразуется в поступательное перемещение рабочего органа
самостоятельным звеном 2.
Например, в ряде моделей револьверных станков в качестве такого
звена используется винт с большим шагом. Участок кинематической цепи
рабочих ходов, который остается включенным, не должен иметь само-
тормозящпхся передач.
В ряде случаев отключение кинематической цепи сопровождается тор-
можением. Благодаря торможению повышается точность остановки,
что при прочих равных условиях позволяет использовать более высокие
скорости установочных перемещений и уменьшить общую трудоемкость
операции.
В станках применяют самые различные конструкции тормозов: лен-
точные, колодочные, тормозные фрикционные муфты. Для включения
тормозов используют такие же виды приводов, какие применяют в меха-
низмах переключения.
Наиболее компактную конструкцию имеют тормозные фрикционные
муфты, в частности электромагнитные фрикционные муфты, которые
особенно удобны в системах автоматического управления. Однако следует
заметить, что применение тормозных фрикционных муфт сопровождается
увеличением потерь холостого хода.
Размещать тормозы следует на быстровращающихся валах кинемати-
ческой цепи, что приводит к уменьшению размеров тормозов.
228
ГЛАВА III МЕХАНИЗМЫ ИЗМЕНЕНИЯ
ЧИСЕЛ ОБОРОТОВ ПРИВОДОВ
ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
6.	МЕХАНИЗМЫ СТУПЕНЧАТОГО ИЗМЕНЕНИЯ
ЧИСЕЛ ОБОРОТОВ
Ступенчатое изменение чисел оборотов может быть осу-
ществлено с помощью многоскоростного асинхронного
электродвигателя, ступенчатых шкивов и коробок скоростей и подач
с зубчатыми колесами. Ступенчатошкивные передачи с клиновыми рем-
нями применяют сравнительно редко, в основном при узком диапазоне
изменения чисел оборотов, малом числе ступеней и небольшой мощности,
на небольших сверлильных станках, некоторых моделях фрезерных стан-
ков, настольных токарных.
Асинхронные многоскоростные двигатели используются, как правило,
совместно с коробками скоростей.
Наибольшее распространение получили коробки скоростей и подач
с зубчатыми колесами.
Элементарные механизмы коробок скоростей и подач
В коробках скоростей и подач изменение чисел оборотов достигается
поочередным включением различных зубчатых передач между валами коро-
бок скоростей и подач. Для поочередного включения могут быть использо-
ваны либо сменные зубчатые колеса (рис. 11.26),
либо постоянные зубчатые колеса (рис. 11.27), для
включения которых применяют те или иные
из рассмотренных выше механизмов включения.
Заметим, что в станках передаточные отноше-
ния зубчатых колес рекомендуется ограничивать
следующими значениями: для коробок скоростей
«шах = 2, imln = V4; для коробок подач tmax =
= 2,5, irasn = х/5. В отдельных случаях допуска-
ются увеличение i гаах до 2,5—4. Применение пере-
даточных отношений, выходящих за указанные
пределы, приводит к увеличению габаритов ме-
ханизма, снижению к. п. д. и появлению конст-
руктивных трудностей при размещении механиз-
мов переключения, увеличению шума.
Сменные шестерни 3 и 5 (рис. 11.26) устана-
вливают на консольных концах валов 4 и 6 на
шпонках или шлицах. Шестерни закрепляют с по-
мощью быстросъемных шайб 1 и гаек. Если исхо-
дить из указанных выше предельных передаточных
отношений, то сменные шестерни могут обеспе-
Рис. 11.26. Однопарная
гитара
чить изменение чисел оборотов в диапазоне 10—12. При проектировании
кожуха 2 необходимо предусмотреть возможность установки как ведомой,
так и ведущей шестерен с наибольшим числом зубьев.
При постоянных поочередно включаемых шестернях, установленных
на двух параллельных валах, диапазон изменения чисел оборотов нахо-
дится в указанных для сменных шестерен пределах. Так как в большин-
стве случаев требуется значительно больший диапазон, то коробки ско-
ростей и подач выполняют многоваловыми. Для включения различных
зубчатых передач между двумя смежными валами используют элементар-
ные механизмы, представленные на рис. 11.27.
229
При переключении с помощью подвижных шестерен последние выпол-
няют в виде блоков (рис. 11.27, а—в). Наиболее часто применяют меха-
низмы с двойным и тройным блоком (рис. 11.27, а и б). При блоках из четы-
рех шестерен сильно возрастает длина механизма в осевом направлении,
поэтому такой вариант используется только в отдельных случаях, когда
большая длина механизма предопределяется другими конструктивными
Рис. 11.27. Элементарные зубчатые механизмы коробок
скоростей и подач
элементами. В других случаях поочередное включение четырех передач
осуществляется с помощью двух отдельных двойных подвижных блоков.
Благодаря достоинствам, присущим механизмам переключения с по-
движными шестернями, они находят широкое применение в коробках ско-
ростей и подач, рассчитанных как на работу при высоких скоростях,
так и на передачу значительных крутящих моментов.
При использовании в механизмах изменения чисел оборотов кулачко-
вых, зубчатых и фрикционных муфт они имеют схему, представленную
на рис. 11.27, г. Как правило, эти механизмы выполняются с двусторон-
ней муфтой 1. Вследствие указанных выше недостатков механизмов пере-
ключения с муфтами они применяются реже. Исключение составляют
электромагнитные фрикционные муфты, которые получили более или
230
менее значительное распространение при дистанционном и, особенно,
автоматическом управлении.
В ряде конструкций коробок скоростей и подач используется меха-
низм, изображенный на рис. 11.27, д. В данном случае ведущим звеном
является втулка шестерни zlt которая получает вращение через зубчатую
или ременную передачу. В показанном на схеме положении вращение пере-
дается от втулки шестерни z1 через шестерни —z2, z3—z4 валу III. При
перемещении шестерни z4 влево она выходит из зацепления с шестерней z3
и муфта, выполненная заодно с шестерней z4, сцепляется с муфтой, выпол-
ненной заодно с шестерней zt. При этом вращение от шестерни z, непосред-
ственно передается валу III. Так как обе пары зубчатых колес могут быть
выполнены понижающими с передаточным отношением V4, то при данной
схеме диапазон изменения чисел оборотов вала III может быть расширен
до 16. Механизмы этого типа называют передачей со звеном возврата.
Другая модификация подобного механизма, называемая перебором,
изображена на рис. II.27, е. В этом случае при непосредственном сцепле-
нии вала III с шестерней zt с помощью муфты 1 шестерни z2 и zs, связан-
ные общей втулкой, перемещаются в осевом направлении и выводятся
из зацепления с шестернями zt и z4, что способствует повышению к. п. д.
и уменьшению потерь холостого хода при включении высокого числа обо-
ротов вала III.
Механизмы последних двух типов обычно находят применение в по-
следних звеньях коробок скоростей и подач.
Механизмы, показанные на рис. 11.27, ж—и, применяют в коробках
подач.
Механизм с подвижной шпонкой (рис. 11.27, ж) отличается малыми
размерами вдоль оси. В тех случаях, когда недостатки механизмов с по-
движной шпонкой, указанные выше, не имеют существенного значения,
механизм используется благодаря своей компактности. В частности, он
применяется в коробках подач сверлильных станков, коробках подач,
расположенных в фартуках револьверных станков, в коробках подач
карусельных станков.
Механизм, изображенный на рис. 11.27, з, состоит из жестко закреплен-
ных на валу I шестерен z(—z1 и накидной шестерни ze. Накидная ше-
стерня zs вместе с подвижной шестерней z9 смонтированы в кожухе I,
который может передвигаться вдоль вала II и поворачиваться около его
оси. Для включения той или иной передачи кожух 1 перемещается в осе-
вом направлении до совмещения накидной шестерни с соответствующей
шестерней z4—z7, после чего поворотом кожуха 1 вокруг оси вала II на-
кидная шестерня вводится в зацепление с соответствующей шестерней
Zj—z7. В требующемся положении кожух 1 удерживается фиксатором.
Данному механизму присущи все рассмотренные выше недостатки, свой-
ственные механизмам с накидной шестерней. Его достоинствами являются
малые размеры вдоль оси и возможность свободного выбора передаточных
отношений независимо от межцентрового расстояния. Этот механизм
широко применяется в коробках подач токарно-винторезных станков,
где он позволяет получить при небольших габаритах большое число пере-
даточных отношений, необходимых для нарезания резьб с различным
шагом. Этот механизм называется также коробкой Нортона.
Л1еханизм, представленный на рис. 11.27, и, также применяется в ко-
робках подач токарно-винторезных станков, где он служит для умень-
шения в 2, 4, 8 раз или соответствующего увеличения шагов нарезаемых
резьб, настраиваемых с помощью механизмов с накидной шестерней или
других механизмов коробки подач. На ведущем валу закреплена только
одна шестерня zx, на валу III помещается подвижная шестерня zu,
231
гаг4гСг8г10г11
ко-
42
Рис. 11.28. Кинематическая схема многоваловой
робки

которая может занимать три положения, два из которых показаны штрихо-
вой линией. В первом положении вращение передается от шестерни zr ше-
стерне zn через шестерню z2, которая в этом случае является паразитной.
Во втором положении вращение передается через шестерни -г^гг,г<|. и пе-
к г2г4г6ги
редаточное отношение равно 1/2. В третьем положении вращение пере-
дается через шестерни	и передаточное отношение равно 1/4.
Многоваловые коробки
скоростей и подач пред-
ставляют собой сочетание
тех или иных рассмотрен-
ных элементарных меха-
низмов или их модифика-
ций. В качестве примера
на рис. 11.28 приведена
схема многоваловой пере-
дачи. На том же рисунке
изображена формула
кинематических
связей, которая поз-
воляет разобраться в схеме
включения различных пе-
редач, не прибегая к опи-
санию.
Коробка, изображен-
ная на рис. 11.28, позво-
ляет получить 12 различ-
ных чисел оборотов. Между валами / и II могут быть включены две раз-
личные передачи и соответственно вал II имеет два различных числа обо-
ротов. При каждом из включенных чисел оборотов вала II может фять
включена одна из трех передач от вала II к втулке III, на которой закреп-
лены шестерни z6, z& и z10. Таким образом, втулка III имеет шесть различ-
ных чисел оборотов. При сцеплении втулки III с валом V с помощью
муфты М вал V получает шесть различных чисел оборотов. При сцеплении
шестерни z14 с шестерней z13
вал V получит еще шесть
чисел оборотов через пере-
дачу
* 12*14
Несколько передач, свя-
зывающих два смежных вала,
называется группой пе-
редач. Общее число ско-
ростей последнего вала равно
произведению числа передач
чае в первой группе имеется две передачи, во второй — три и в третьей —
две. Общее число скоростей г = 2-3-2 = 12. Приведенная формула для
определения числа ступеней чисел оборотов, которая может быть пред-
ставлена в виде z = Pt-Pz- р3, называется структурной форму-
лой коробки.
Для уменьшения числа зубчатых колес в коробках скоростей и подач
применяют передачи со связанными колесами (рис. 11.29). Связанные
колеса (отмечены штриховкой) принимают участие как в передачах между
валами I—II, так и в передачах между валами II—III. На рис. 11.29, а
Рис. 11.29. Механизмы со связанными колесами
каждой группе. В рассматриваемом слу-
в
232
показана передача с одним, на рис. 11.29, б — с двумя, а на рис. 11.29, в —
с тремя связанными колесами. Применение связанных колес позволяет
уменьшить не только число колес, но и осевую длину передачи. Однако
при использовании связанных колес возникают трудности в построении
ряда чисел оборотов.
Закономерности ступенчатого изменения чисел оборотов
Определим числа оборотов последнего вала шестискоростной коробки
скоростей со структурной формулой 2-3. Кинематическая схема такой
коробки соответствует части схемы, состоящей из двух групп передач,
представленной на рис. 11.28. Примем следующие обозначения для пере-
даточных отношений зубчатых передач: — = й» — = й, — = й> -4- =
Z2	<4	*8
— = i3 и допустим, что их значения таковы, что
210

/i3 = нйгз;
н4 = ni'2ir-_
(11.17)

где п — число оборотов первого ведущего вала /;
пл—пп — числа оборотов ведомого вала III. Причем < и, < пл ит. д.
Из уравнений (II. 17) £ = g = Ф1; g =
Если Ф1 =4 <р2, то изменение чисел оборотов не подчиняется какой-
либо закономерности. Если же обеспечить Ф1 = <р2 =	= Ф, то числа обо-
ротов могут образовать геометрический ряд, так как отношение двух
любых смежных чисел оборотов в этом случае будет постоянным.
ir,	i3
Из уравнений (11.17) <pj = 4); q>2 = 4-
й	Й
~	г2 г3
Если Ф1 = Фг, то — = = <р.
й й
Данное условие может быть выполнено путем соответствующего вы-
бора й и г3-
Из уравнений (11.17) — =
п3 гр3
(й)2
Подставив в приведенное выражение i" = —А ,
й
получим
Л1 _ й (й)2 _ Й J_
«3 Й (й)2 й <₽2 ’
/о
Выбирая соответствующее отношение 4 = ср3, мы можем выполнить
й
также условие-- = <р. Таким образом, многоваловые коробки скоростей
233
позволяют осуществлять только один закономерный ряд чисел оборотов —
геометрический, который имеет следующий вид:
Z2i = «1Ф1’;
= п^:
П3 = г?2<Г = /?1ф2;
Пг = «гф2-1.
(П.18)
Значения знаменателя прогрессии tp стандартизованы и являются
корнем степени Е из 10 и Е' из 2 (табл. П.1).
Та бл и ц а II.1
Значения знаменателей прогрессии рядов чисел оборотов в станкостроении
ч>	1,06	1,12	1,26	1,41	1.58	1,78	2
с» "/2	12 Г- 1 2	6/2	3/—	/2"		1>2/2	’/2
	V10	20,-— /10	^10	2О/?/1о	уТО	?/То	20/ь/пг
Л =	100%	- 5	~ 10	~ 20	~ 30	~ 40	~ 45	~ 50
Знаменатели прогрессии, являющиеся jZ10, использованы при построе-
нии нормальных рядов чисел в машиностроении, установленных
ОСТом 3530, на которых базируется нормаль НИ — 1 станкостроения
рядов чисел оборотов. Построение рядов на основе знаменателя, являю-
щегося корнем целон степени из 10, представляет известные удобства,
так как при этом обеспечивается так называемая десятичная повторяе-
мость чисел ряда. Обозначим через п, произвольное число ряда, тогда
число с номером / + Е будет равно
П/+Е — (]/1 о) llj = 10nf
Знаменатель прогрессии должен быть корнем целой степени из 2 по
соображениям использования в приводах многоскоростных асинхронных
электродвигателей. Так как число оборотов асинхронных электродвигате-
лей изменяется переключением числа пар полюсов, то оно обычно изме-
няется вдвое, например: пг — 1500 об!мин, п2 = 3000 об!мин. Если зна-
менатель прогрессии является корнем целой степени Е из 2, то числа
оборотов, получаемые при переключении числа пар полюсов электро-
двигателя, укладываются в ряд скоростей. Обозначим п, произвольное
число ряда, тогда число оборотов с номером / + Е’
п!+е’ =(1^2 ) «/= 2nz,
и это число может быть получено переключением полюсов электродвига-
теля.
Так как при стандартизации знаменателей прогрессии значений,
удовлетворяющих указанным выше условиям, оказалось недостаточно,
то пришлось ввести дополнительные значения, которые не являются кор-
нем целой степени из 10 или 2.
234
Одним из преимуществ геометрического ряда является постоянство
для всех ступеней относительной потери скорости резания —, а соответ-
ственно и постоянство относительного увеличения времени резания,
которое при прочих равных условиях пропорционально скорости резания.
Рассмотрим зависимость между скоростью резания и диаметром d
обрабатываемой поверхности при постоянном числе оборотов п, (рис. 11.30)
mln,
v —-----------------------------------.
1000
Эта зависимость изображается на графике прямой линией, проходящей
через начало координат. При числе оборотов n,+i зависимость также
изобразится прямой линией, но с другим углом наклона. Предположим,
что требуется обработать поверхность,
имеющую диаметр d, при скорости ре-
зания V. Если установить число оборо-
тов П/+1, то фактическая скорость реза-
ния будет равна v2. Как указывалось
выше, даже небольшое превышение
расчетной скорости резания ведет к зна-
чительному снижению стойкости инстру-
мента. Поэтому обработку следует вести
при числе оборотов п, и скорости реза-
ния Vj. Поскольку требующаяся ско-
рость резания v в пределе может быть
сколь угодно близкой к о2, то макси-
мальная абсолютная потеря скорости
До равна
До = v2 — о,,
d	d
Рис. 11.30. График к определению пе-
репада скоростей ряда
а максимальная относительная потеря скорости соответственно
До  (ndnj+1 — mlrij) 1000  	— и/  tp — 1
t>2	1000ndn/+i	n/+i	q> ’
(II. 19)
t. e. максимальная относительная потеря скорости не зависит от настроен-
ного числа оборотов и, оставаясь постоянной для любого интервала числа
оборотов, определяется только знаменателем прогрессии. Величина отно-
сительной потери скорости при различных значениях знаменателя про-
грессии указана в процентах в табл. II.2. Указанные положения были впер-
вые сформулированы акад. А. В. Гадолиным.
Недостатком геометрического ряда является низкая насыщенность его
ступенями в зоне низких скоростей.
Для доказательства данного положения допустим, что при любых
диаметрах обрабатываемой поверхности используется одна и та же ско-
рость резания V. Если при числе оборотов п± и скорости v обрабатывается
поверхность диаметра dlt то при числе оборотов па со скоростью v можно
обрабатывать поверхность диаметра
.	V1000
о, =-----•
z яп^
Соответственно d2 = -^ , d3 и т. д. На рис. II.31 приведены
диаметры обрабатываемых поверхностей при <р = 1,26 и числе ступеней 12.
Как видно, при переходе от первой ступени скорости ко второй диаметр
уменьшается с 250 до 198 мм. Есть основания предполагать, что в произ-
водстве может встретиться большое число деталей, диаметры которых
находятся в указанном интервале, и все эти детали будут обрабатываться
235
с пониженной скоростью резания. Напротив, в интервале диаметров
25—32 мм, соответствующих наибольшим числам оборотов, не должно
встретиться большого числа деталей, и с пониженной скоростью будет
выполняться меньшее число операций. Было бы желательно, чтобы в зоне
малых чисел оборотов было большее число ступеней, чем в зоне больших
чисел оборотов, однако при многоваловых коробках скоростей с группо-
выми передачами мы не можем выполнить это требование и вынуждены
использовать геометрический ряд скоростей. Единственным выходом из
(ляется применение бесступенчатого изменения
чисел оборотов. В практике станкостроения
преимущественно используются значения зна-
менателей прогрессии 1,26; 1,41 и 1,58 при
числе ступеней от 6 до 24.
Диапазон изменения чисел оборотов при
числе ступеней z определяется из формулы
=	=	(П.20)
указанного положения
Рис. П.31. Перепады диамет-
ров обрабатываемой поверх-
ности при <р= 1,26 и геомет-
рическом ряде скоростей
При проектировании станка диапазон изме-
нения чисел оборотов определяется, как это
показано выше, на основе технологических тре-
бований. Зная диапазон изменения чисел обо-
ротов или подач, задаются числом ступеней и
определяют из формулы (11.20) знаменатель
прогрессии, который округляют до ближайшего
стандартного значения, или задаются значением знаменателя и опреде-
ляют число ступеней, которое округляют до одного из следующих зна-
чений: 6, 8, 9, 12, 16, 18, 24, 27, 32, 36.
При решении поставленной задачи формулу (11.20) логарифмируют,
откуда
Z = ^-"-+1;
Igtp 1
(Н.21)
Поскольку, как показано выше, многоваловые коробки скоростей
и подач позволяют получить только геометрический ряд чисел оборотов,
то ряды подач и скоростей при прямолинейном движении также строятся
по законам геометрической прогрессии. Исключение составляют коробки
подач токарно-винторезных станков, которые должны обеспечивать полу-
чение требующегося ряда шагов нарезаемых резьб.
Следует заметить, что вопрос о построении ряда скоростей при прямо-
линейном главном рабочем движении в настоящее время не является
актуальным, так как на продольнострогальных станках применяется
электрическое, а на поперечнострогальных — гидравлическое бесступен-
чатое изменение скоростей.
Разработка кинематической схемы
и кинематический расчет коробок скоростей и подач
Начнем рассмотрение вопроса применительно к 12-скоростной коробке.
Структурные формулы такой коробки могут иметь вид: при двух группах
передач — 2-6, 6-2, 3-4 и 4-3, при трех группах передач — 2-2-3, 2-3-2
и 3-2-2. Для рассматриваемого случая возьмем формулу 2-3-2, которой
соответствует кинематическая схема, представленная на рис. 11.32.
236
Обозначим передаточные отношения передач коробки следующим
образом:
?1	?з	?5
	 = Li 	 =: £-9? -
Z2------------------24-26
f. 2U _	Z13 __ f
212	2j4
Z7 /"• 2g
--- — Го- ------
2g	ZW
Примем, что передаточные отношения передач выбраны так, чтобы раз-
личные числа оборотов последнего вала получались при следующих вклю-
чениях:
ill — щф0 = ii'i
ti2 == /Иф == tiiii^li
пл = гггф2 = niiiAii
n.i = Щф3 = niVi1:
tig /11Ф == /^2^2^!
zi6 = /z^p5 = ni’2iAi'i
n7 = П1<р6 = niiiii2
tig — Zli<p7 = /11'1^2^2
ZZg = Щф == ^1^3^2
9
Пщ — п1ф = ^2^1l2
in
/1ц = /21ф = /#2^2
/212 = ^1фП = П^зЬ
Рис- 11.32. Кинематическая схема 12-скоростной
коробки скоростей
Как видно, числа оборотов могут быть разбиты на четыре группы
(группы чисел оборотов не следует путать с группами передач): первая —
п1( п2 и п3; вторая — /г4, п-л
и пе; третья — п7, пь и пя;
четвертая — /г10, пи и /?12.
Внутри каждой группы раз-
личные числа оборотов полу-
чают переключением только
одной группы передач, в дан-
ном случае зторой группы,
состоящей из трех передач.
Передаточные отношения
этой группы должны соста-
влять ряд со знаменателем
Ф, в чем нетрудно убедиться
разделив ns на и2 и п2 на
Такая группа передач, пере-
даточные отношения которой
составляют ряд со знаменателем ф, называется основной группой.
Вторая группа чисел оборотов может быть получена после предвари-
тельного переключения другой, в рассматриваемом случае первой группы
передач. Группа передач, при переключении которой осуществляется пере-
ход ко второй группе чисел оборотов, называется первой перебор-
ной г р у п’п о й. Передаточные отношения первой переборной группы
составляют ряд со знаменателем
Фж = фр%
где р0 — число передач в основной группе.
В правильности приведенной зависимости можно убедиться из отно-
шения первых чисел оборотов второй и первой групп.
Третья и четвертая группы чисел оборотов могут быть получены в на-
шем случае после переключения третьей группы передач, которая назы-
вается второй переборной группой. Передаточные отно-
шения второй переборной группы составляют ряд со знаменателем
<Pn2 = <PPePni.
где Р:л — число передач в первой переборной группе.
237
Выражение рор,ц называется характеристикой группы и обозна-
чается х.
С увеличением числа групп передач увеличивается и число переборных
групп, а передаточные отношения этих групп образуют ряды со знамена-
телем
<Рп/= <ppoPrti"'₽n(/—1).
В зависимости от выбранных передаточных отношений любая группа
передач может быть либо основной, либо той или иной переборной груп-
пой, что оказывает соответственное влияние на конструкцию и кинема-
тику коробки. Наиболее наглядное представление об этом может быть
получено при использовании графи-
ческих методов.
Возьмем логарифмическую шкалу
(рис. 11.33, а) и отложим на ней
отрезок, равный 1g гц (начало шкалы
не показано). Полученная точка со-
ответствует числу оборотов «j. Точ-
ку, соответствующую числу оборотов
п2, получим, добавив к отрезку, рав-
ному 1g nlf отрезок, равный 1g <р,
так как lg п2 = 1g И] + 1g ср. Ана-
логично, откладывая отрезок, рав-
ный 1g <р, найдем точки чисел оборо-
тов п3, п4 и т. д. Проведя через точки
nltn2HT. д. горизонтальные линии,
получим логарифмическую сетку.
Вертикальными линиями 1мП обо-
Рис. 11.33. Картины чисел оборотов и
структурные сети элементарных зубчатых
механизмов коробок скоростей и подач
значим два смежных вала, которые
связаны четырехскоростной групповой передачей. Вал I вращается с задан-
ным числом оборотов п3, а вал II получает четыре различных числа обо-
ротов л,—п4. Соединим точку п3 на валу I с точками пг—п4 на валу II
жирными линиями, которые символически изображают передачи, пооче-
редно связывающие вал I с валом II. Передаточное отношение первой
передачи равно ~	Показатель степени <р равен числу интер-
валов на графике между точками пг и п3. Если линия передачи наклонена
вниз — передача понижающая, если вверх — передача повышающая.
Таким образом, изображенный на рис. 11.33, а график дает наглядное
представление о числе оборотов вала при включении различных передач
и о передаточном отношении передач. Такой график, построенный приме-
нительно к коробке скоростей или подач, называется картиной чи-
сел оборотов. Однако для предварительного выбора структуры
коробки скоростей или подач нет необходимости знать действительные
числа оборотов промежуточных валов, поэтому для предварительной
оценки различных вариантов строят структурные сетки
(рис. 11.33, б), которые отличаются тем, что точка числа оборотов веду-
щего вала располагается посередине между крайними точками чисел
оборотов, получаемых с помощью данной группы передач. Структурные
сетки при различном числе передач в группе изображены на рис. П.ЗЗ, в.
Рассмотрим построение структурных сеток для различных вариантов
структуры коробки скоростей, имеющей схему, изображенную на
рис. 11.32. Для первого варианта примем, что основной является первая
группа (рис. П.34). Точку числа оборотов первого вала расположим
посередине шкалы. Так как основная группа имеет знаменатель, рав-
238
ный <р, то между концами лучей, изображающих две передачи, должен быть
один интервал. Первой переборной является вторая группа передач.
Знаменатель прогрессии для первой переборной группы равен <рР» = ср2;
соответственно между концами линий, изображающих передачи второй
группы, должно быть два интервала. Структурная сетка второй группы
передач изображается при обоих числах оборотов второго вала. Третья
группа передач является второй переборной и для нее знаменатель ра-
вен (рРоРщ = <р6 , а между концами линий, изображающих передачи
третьей группы, должно быть шесть интервалов. Структурную сетку
третьей передачи строим для каждого числа оборотов третьего вала.
В результате получаем структурную сетку коробки скоростей. Меняя
положение основной и переборных групп, получим шесть различных
вариантов. Число вариантов определяется как число перестановок, т. е.
как факториал числа групп.
На основе структурных сеток построим картины чисел оборотов.
При построении картины чисел оборотов необходимо руководствоваться
указанными выше ограничениями для минимальных и максимальных зна-
чений передаточных отношений.
Следует учитывать, что промежуточные валы не должны работать при
низких числах оборотов, так как при этом возрастают крутящие моменты,
передаваемые валами и зубчатыми передачами, а соответственно их раз-
меры и габариты коробки. Вместе с тем промежуточные валы не должны
работать при очень больших числах оборотов: при этом возрастают потери
холостого хода, динамические нагрузки и износ деталей передач. Поэтому
при построении картины чисел оборотов стремятся повысить нижние
числа оборотов промежуточных валов путем уменьшения передаточных
отношений. Так как одновременно с повышением нижнего числа оборо-
тов возрастает верхнее число оборотов соответствующего промежуточного
вала, то это повышение ограничивают по верхнему числу оборотов.
Примем знаменатель прогрессии 1,41 и ряд чисел оборотов, указан-
ный на графике. Вал I коробки связан непосредственно с электродвига-
телем и делает 1500 об1мин.
С целью повышения нижнего предела чисел оборотов валов III и II
примем t; =	±	.
Соответственно точка нижнего числа
обо-
ротов вала III расположится на расстоянии четырех интервалов от ниж-
ней линии сетки графика. Остальные точки чисел оборотов вала III рас-
положатся с такими же интервалами, как на структурной сетке. Из
точки Пщ-1 проводятся линии в точки = 33,5 и /г7 — 265 об!мин, рас-
положенные, как и на структурной сетке, на расстоянии шести интервалов
от точки пг. Из остальных точек п1П_2— /гШ-в вала Ш проводим линии,
параллельные проведенным из точки пш_1.
Точка п11_1 располагается на расстоянии четырех интервалов от
точки «п1-1> а точка пн^2 — на расстоянии Одного интервала от
точки пц-i , так же как на структурной сетке. Из точки пП-1 проводятся
линии в точки пП1-1> «in-8 и niius, расположенные на расстоянии двух
интервалов одна от другой, как на структурной сетке. Из точки про-
водятся линии в точки Пц_1 и Пп_3. Таким образом, получается картина
чисел оборотов, на основе которой определяются передаточные отно-
шения всех передач и числа оборотов промежуточных валов.
Аналогично строим картину чисел оборотов для второго варианта
структурной сетки.
Переходя к построению картины чисел оборотов для третьего варианта
структурной сетки, замечаем, что при повышении нижнего числа оборо-
тов «певала II верхнее число оборотов пп_2 становится выше числа
239
Рис. 11.34. Варианты структурных, сеток и картин чисел оборотов 12-скоростной коробки скоростей со структурной
формулой 2-3-2
оборотов электродвигателя и передачу 1'2приходится выполнять повышаю-
щей, снижая число оборотов вала IV до требующейся величины за счет
передаточных отношений последующих передач. Наличие быстроходных
валов приводит к повышению мощности холостого хода и износа деталей,
поэтому желательно ограничиться минимальным повышением верхнего
числа оборотов вала II. Однако выбор верхнего числа оборотов вала II
связан с выбором нижнего числа оборотов. Используя передачу В с мини-
мальным передаточным отношением 1/4, мы не можем поместить точку nn_t
ниже четырех интервалов от точки п(. Точка пц_2, расположенная в
соответствии со структурной сеткой на расстоянии шести интервалов от
точки пп_1, должна разместиться на линии, соответствующей 3000 об/мин.
Такое повышение скорости промежуточного вала по указанным выше
соображениям является нежелательным и от использования данного ва-
рианта целесообразно воздержаться.
Приступая к построению картины чисел оборотов для четвертого и пя-
того вариантов, мы видим, что вторая группа передач имеет большой
знаменатель прогрессии (р4 при большом диапазоне изменения чисел обо-
ротов вала, который равен ср8 = 16. Наибольший диапазон изменения
чисел оборотов при двухваловой передаче равен т. е. при указан-
fmirj
ных выше значениях г1Пах и imln для коробок скоростей он составляет 8.
Таким образом, четвертый и пятый варианты не могут быть использованы
для построения схемы коробки скоростей.
При шестом варианте число оборотов вала //, как и в третьем варианте,
достигает 3000 об/мин, т. е. и этот вариант не может быть положен в основу
построения коробки скоростей.
При анализе вариантов нет необходимости строить для всех вариантов
картины чисел оборотов. Например, недостатки вариантов 3—6 могут быть
выявлены на основе структурных сеток.
Как показывает проведенный анализ, предпочтение следует отдавать
тем вариантам структурных сеток, у которых группы передач, ближайшие
к валу /, являются основными и младшими переборными и у которых от-
сутствуют промежуточные валы с большим диапазоном изменения чисел
оборотов.
При выборе вариантов необходимо проанализировать структурные
сетки, построенные на основе всех вариантов структурных формул
и перестановок основной и переборной групп. Например, для 12-ско-
ростной коробки следует также рассмотреть варианты, которые могут
быть получены при структурных формулах 2-2-3, 3-2-2, 3-4 и 4-3.
Варианты, в которых число передач в группе превышает 4, исполь-
зуются весьма редко, однако в практике встречается вариант 6-2.
При большом числе ступеней чисел оборотов и при средних значениях
знаменателя прогрессии диапазон изменения чисел оборотов в старших
переборных группах настолько увеличивается, что получить такой диапа-
зон с помощью двухваловой передачи становится невозможным, и в этом
случае в схему приходится вводить те или иные дополнительные передачи
или механизмы перебора.
В качестве примера рассмотрим 24-скоростную коробку скоростей.
Из структурной сетки (рис. 11.35, а) видно, что знаменатель прогрессии
третьей переборной группы, которая является последней группой передач,
равен <ppopmpn2 = ср13. Если принять tp = 1,26, то диапазон изменения
чисел оборотов, получаемый с помощью этой группы, будет равен 16,
т. е. подобная двухваловая передача будет практически неосуществимой.
Заменяя двухваловую передачу, как это показано па рис. 11.35, в, меха-
низмом перебора, мы получим практически осуществимое решение.
241
Рис. 11.35. Кинематическая схема 24-скоростноп коробки
скоростей и структурные сетки
242
при различных значениях ср для
низких и высоких чисел оборотов
В этом случае высокие числа оборотов nis—n2i получаются при непос-
редственном соединении вала IV со втулкой IVa с помощью муфты 7И,
как это видно из структурной сетки, представленной на рис. 11.35, б.
Нижние числа оборотов получаются через передачу г1*гЦ; каждая из пар
г15г17
может быть выполнена с передаточным отношением , а общее пере-
даточное отношение равно Соответственно диапазон изменения чисел
оборотов с помощью перебора равен 16.
Другой вариант решения подобной задачи будет показан ниже при
рассмотрении конструкций коробок скоростей.
Как указывалось выше, недостатком геометрического ряда является
его чрезмерная насыщенность ступенями чисел оборотов в области высо-
ких скоростей. С целью уменьшения чрезмер-
ной насыщенности ряда в области высоких
скоростей применяют геометрический ряд
с различным значением ф в области высоких
и низких скоростей. Такой ряд может быть
получен при исключении одной из передач
в соответствующей группе. На рис. 11.36
приведен пример структурной сетки для
подобного ряда. Знаменатель прогрессии для
высоких чисел оборотов равен ф2.
Переходя к вопросу об использовании
многоскоростных электродвигателей совмест-
но с коробками скоростей, следует заметить,
что многоскоростной двигатель играет роль
первой группы передач. Правильный гео-
метрический ряд чисел оборотов может быть
многоскоростных электродвигателей, у которых скорости представляют
геометрический ряд со знаменателем 2, например двухскоростные электро-
двигатели с числом оборотов 750 и 1500 и трехскоростные — с числом
оборотов 750, 1500 и 3000 в минуту.
Так как знаменатель прогрессии первой передачи в этом случае ра-
вен 2, а знаменатель прогрессии ряда чисел оборотов коробки, как пра-
вило, меньше 2, то первая группа, роль которой играет электродвигатель,
должна быть переборной группой. Поскольку знаменатель прогрессии
переборной группы является функцией числа передач в предшествующих
группах, то можно установить для различных значений <р число передач
в предшествующих группах, которые позволяет получить при многоско-
ростном электродвигателе правильный геометрический ряд
р
ф₽ == <рэ = 2; ф == 1^2"-
получен при использовании
Отсюда при ф = 1,12 р = 6, при ф = 1,26 р = 3, при ф = 1,41 р = 2.
Так как в основной группе число передач, как правило, меньше шести,
то при ф = 1,12 многоскоростной электродвигатель должен играть роль
второй переборной группы, а произведение рорп1 должно быть равно 6.
Определение чисел зубьев
зубчатых передач коробок скоростей и подач
Для сокращения номенклатуры используемого зуборезного инструмента
и инструмента для контроля размеров зубьев стремятся уменьшить число
применяемых модулей. У тяжело нагруженных шестерен вместо увеличения
модуля увеличивают их ширину, выполняют их из более качественных мате-
243
риалов. Поэтому наиболее характерным случаем является определение чисел
зубьев при одном модуле зубчатых колес, входящих в данную группу.
Определение чисел зубьев при одном модуле всех зубчатых колес.
При некорригированных зубчатых колесах в этом случае справедливо
соотношение
Z\ -4- Z, = Z\ 4“ Z2 = * * ’ “ 2, -р 2, = 2zo,	(II 22)
где г, иг, — числа зубьев ведущих и ведомых колес, входящих в рас-
сматриваемую группу передач.
_____А
г°~ т ’
где А — межцентровое расстояние; т — модуль.
Передаточные отношения зубчатых передач могут быть представлены
в форме отношений двух простых чисел, сумма которых не должна быть
простым числом.
откуда
• а.	- а9
г, = 2,-^-,	.... 2,= г,
и после подстановки в выражение (11.22)
• 6, -г- а, _____ д - Ь2 -|- а2 _____________ „	- bi 4 aj Q
Zi —= 2z0, z2—= 2z0, . . ., г, —-- = 2z0,
откуда
2znb,  __ 2гойг	- _ 2г06,
t>, 4- <4 ’ 2 b2 4- aa ’	’	bi + aj
(11.23)
Из последних выражений видно, что для того, чтобы числа зубьев Zi,
г2, . . ., г, были целыми, число 2го должно быть общим наименьшим
кратным чисел Ьг 4- Ь2 4- а2, . . ., Ь, 4- а,
2г0 = (&! 4- ог) (Ь2 4- а2) . . . (Ь, 4- а,).
С другой стороны, число 2г0 должно быть не меньше суммы чисел
зубьев либо понижающей передачи с наименьшим передаточным отноше-
нием, либо повышающей передачи с наибольшим передаточным отноше-
нием. Если 1шах <]-Д—, то должно быть соблюдено первое условие,
(mln
если imax >--, то должно быть соблюдено второе условие.
В первом случае
2z0^zmln(l +-*-),	(П.24)
\ *тш /
во втором
о ==^ 2mln (1 4- ^тах),
(11.25)
где zmin— минимальное число зубьев, ограниченное условиями подреза-
ния, равное 17 для некорригированных колес.
Если 2z0, полученное как общее наименьшее кратное, меньше числа
зубьев, определенного из выражений (11.25) или (11.24), то его увеличи-
вают в целое число раз. Число зубьев 2z0 должно быть не больше 100
(в отдельных случаях допускают его увеличение до 120), в противном слу-
чае чрезмерно увеличиваются габариты коробки. К одному из предпочти-
тельных чисел зубьев 2z0 относится число 72.
244
Рассмотрим конкретный пример определения чисел зубьев: ix = 1,4!,
2 т = 14[ и *з = 2g2 • Пользуясь логарифмической линейкой, выра-
жаем передаточные отношения в виде отношений простых чисел:
1	1,41- 5 > ч— 141 — 7 , *з— 2,82
Соответственно Ьг + ах = 7 + 5 = 12; Ь„ 4- а2 = 5 + 7 = 12; Ь3 + а3=
= 53 + 19 = 72 и 2г0, определяемое как общее наименьшее кратное, рав-
ное 72. Так как гшах<у^-, то по формуле (11.24) получим 2z0 =
= 17 (1 + 2,82) = 65. Принимаем 2г0 = 72.
Определяем числа зубьев
г'1 =	- = 30; г, = 42;
?= 42; г2 = 30;
г-з =	= 53; 23 = 19.
Передаточные отношения, получаемые при найденных расчетом числах
зубьев, не должны отклоняться от заданных передаточных отношений
больше чем на ±2%. В данном случае наибольшее отклонение имеет место
у третьей передачи и составляет +1,1%.
Для определения чисел зубьев очень удобно пользоваться таблицами,
приведенными в работе [81.
Определение чисел зубьев при различных модулях зубчатых колес
в одной группе передач. В данном случае в выражения (11.23) вместо 2z0
2А
следует подставить 2А должно быть общим наименьшим кратным
выражений т (Ьх + ах). Так как модули могут быть не целыми числами,
то вместо них надо подставить кратные им целые числа. Например, если
тх = 2,5 мм, а т2 = 3,5 мм, то при определении величины 2А надо
подставить 5 и 7. Однако при этом обычно получаются весьма большие
межцентровые расстояния, которые практически неприемлемы и подбор
приходится производить путем ряда последовательных попыток, прибе-
гая в случае необходимости к корригированию.
Определение чисел зубьев косозубых колес одной группы передач.
Если все передачи имеют одинаковый нормальный модуль и одинаковый
угол наклона зубьев, то расчет ведется так же, как при прямозубых ко-
лесах. С различным углом наклона передачи выполняются для компенсации
отклонений в сумме зубьев 2гп, возникающих вследствие необходимости
точного подбора передаточных отношений или применения передач с раз-
личным модулем. В этом случае, установив межцентровое расстояние для
одной пары зубчатых колес, определяют угол наклона, необходимый для
обеспечения зацепления второй пары.
Определение чисел зубьев при связанных колесах. Так как применение
двух связанных колес в одной передаче приводит обычно к значительному
увеличению чисел зубьев и габаритов передач, а при трех связанных
колесах исключается возможность получения правильного геометриче-
ского ряда, то такие передачи применяются весьма редко, и поэтому
нами не рассматриваются Е
1 Определение чисел зубьев при связанных колесах см: Р. Г ер мар. Стандартные
числа оборотов в передачах. М., Стандартгиз, 1936, стр. 119.
245
При одном связанном колесе, входящем в две группы, передаточные
отношения определяются как обычно на основе картины чисел оборотов.
Числа зубьев колес первой группы определяются на основе приведенной
выше методики. Определив 2z0_[ для первой группы, находят 2zo_n для
второй группы, пользуясь тем, что связанное колесо является ведомым
для первой группы и ведущим для второй. Число зубьев связанного ко-
леса как ведомого колеса первой группы определяется выражением
z7_i = 2zc_! 1 + l/ I •
Число зубьев связанного колеса как ведущего колеса второй группы
определяется выражением
,	_ о, Ч-и
z;_n- zz0_„ 1 + Z;_n •
Рис. 11.37. Варианты оформления трехско-
ростных групповых передач
при гкр + гср> 2г0 — 4
Приравнивая второе выраже-
ние к первому, находим
2?o-n = ^Zo-i ч : :
»/-п
Зная 2г0_п, определяем числа
зубьев колес второй группы. Числа
зубьев, полученные в результате
расчета, должны быть округлены до целых чисел, что сопровождается
большим или меньшим отклонением фактических передаточных отношений
от заданных.
Особенности определения чисел зубьев при тройных блоках подвиж-
ных зубчатых колес. При перемещении подвижного блока колеса, рас-
полг знные справа и слева от среднего колеса, проходят мимо среднего
колеса неподвижного блока. Чтобы зубья этих колес не зацепились, для
некорригированных колес должно быть соблюдено условие
^ср Н- ^кр 2z0	4,
где zcp — число зубьев среднего колеса неподвижного блока;
гкр — число зубьев крайнего колеса подвижного блока.
В тех случаях, когда это условие не может быть выполнено, что имеет
место при малой разнице в передаточных отношениях, применяют кон-
структивную форму подвижного блока, показанную на рис. 11.37, а, или
заменяют тройной подвижной блок двойным подвижным блоком и одной
подвижной шестерней (рис. 11.37, б). При первом варианте увеличивается
осевая длина передачи, при втором — усложняется управление.
Конструктивное оформление коробок скоростей и подач
Компоновка. Основными задачами при конструктивном оформлении
коробок скоростей и подач является такое размещение их элементов,
которое обеспечило бы минимальные габариты всего механизма в целом
и сокращение числа соосных групп отверстий. Методы решения этих
задач иллюстрируют кинематические схемы четырехскоростной коробки,
представленные на рис. 11.38. Вариант а, в котором не принято мер для
сокращения габаритов и числа соосных групп отверстий, имеет значитель-
ные размеры в обоих направлениях и три группы соосных отверстий для
опор трех валов. При варианте б достигается сокращение осевых габари-
тов, при варианте в — сокращение числа соосных групп отверстий до
двух и уменьшение габаритов в поперечном направлении. Габариты в про-
дольном направлении при варианте в несколько возрастают.
246
Выбор того или иного варианта определяется конкретными усло-
виями размещения механизма на станке.
Примеры конструктивного оформления коробок скоростей. Рассмотрим
несколько примеров конструктивного оформления. На рис. 11.39 приве-
ден чертеж, кинематическая схема и картина чисел оборотов коробки ско-
ростей горизонтальнофрезерного станка 6Н82, имеющей структурную
формулу 3-3-2. Знаменатель прогрессии ряда чисел оборотов равен 1,26.
Между валом электродвигателя и валом I коробки скоростей введена про-
межуточная зубчатая передача, что позволяет избежать малых передаточ-
ных отношений и высоких чисел оборотов промежуточных валов. С целью
сокращения числа зубчатых колес, а вместе с тем и осевых размеров ко-
робки введено связанное колесо 17. Для дальнейшего сокращения осевых
размеров вместо цельного тройного блока во второй группе передач приме-
нен двойной блок зубчатых колес 14 и 15 и одиночная подвижная ше-
стерня 13, что позволило разместить шестерни 16 и 12 в промежутке
Рис. 11.38. Схемы расположения элементов зубчатых передач
коробок скоростей и подач
между шестернями, относящимися к первой группе передач. В результате
осевые размеры уменьшены с 14b + У, Д до8Ь + S А по сравнен^-'" ю-
следовательным расположением тройных блоков вдоль оси.
В основу кинематической схемы коробки скоростей (рис. 11.40 и 11.41)
горизонтальнорасточного станка 2620, которая обеспечивает получение 23
чисел оборотов при диапазоне 160 и знаменателе прогрессии 1, 26, положена
структурная сетка со структурной формулой 2-3-3-2, которая позволяет
получить 36 скоростей (рис. 11.40, б). Диапазон изменения передаточных
отношений второй переборной группы для данной сетки <р12 = 16. Такой
диапазон, как это указывалось выше, не может быть получен при двух-
валовой передаче; поэтому при разработке картины чисел оборотов вместо
второй переборной группы использована трехваловая передача. Вместо
первой переборной группы использован двухскоростной электродвига-
тель.
Поскольку по характеру работы станка достаточно 23 ступеней чисел
оборотов, то передаточные отношения третьей переборной группы выбраны
так, что 13 скоростей из 36 оказываются повторяющимися.
Для повышения плавности хода при высоких скоростях шестерня г17
изготовлена из текстолита.
Вторая переборная группа заменена механизмом, состоящим из трой-
ного подвижного блока зубчатых колес г8, г10 и zllr зубчатых колес z7
и г9, сидящих на валу II, и зубчатых колес z12 и г13, сидящих на валу /V.
Благодаря такой схеме малое передаточное отношение, необходимое для
получения требующегося диапазона изменения передаточных отношений,
получается при включении двух последовательно расположенных зубча-
тых передач z7—z« и zn—z12. Положение зубчатых колес, соответствую-
щее данному включению, показано на схеме. При среднем положении
тройного блока зубчатое колесо z8 связывает колеса z7 и г13 и играет при
247

этом роль паразитного колеса. При
третьем положении зубчатого блока
включается передача г9—г1п и г8—z13.
Автоматически переключаемые
коробки скоростей и подач. Автома-
тически переключаемые коробки ско-
ростей и подач выполняют либо
с подвижными блоками, которые
перемещаются в процессе переключе-
ния одним из описанных выше
механизмов, в большинстве случаев
с помощью гидроцилиндров, либо
с электромагнитными муфтами.
Коробки скоростей и подач с по-
движными блоками имеют обычную
конструкцию. Однако валы коробки
в процессе переключения должны
получать реверсивное движение. Для
этой цели либо реверсируется глав-
ный электродвигатель, управляемый
при этом соответствующей аппара-
турой [171, либо устанавливается
дополнительный привод (см. стр. 446).
Схема и аппаратура управления
подобной коробки описана в гл. I
третьего раздела.
Значительное распространение
получили также автоматически пере-
ключаемые коробки с электромаг-
нитными муфтами. Их основное до-
стоинство — отсутствие специальных
механизмов переключения. Однако
при использовании электромагнит-
ных муфт габариты коробки в целом
возрастают.
В качестве примера конструкции
коробки скоростей с электромагнит-
ными муфтами на рис. 11.42 приве-
дена коробка скоростей револьверно-
го станка 1П326. Коробка скоростей
получает вращение от электродвига-
теля, расположенного соосно с валом
/ и связанного с ним упругой муфтой
7. Коробка имеет структурную фор-
мулу 2-3; она позволяет получить
шесть скоростей. Все передачи вклю-
чаются с помощью пяти электромаг-
нитных муфт описанной выше кон-
струкции. Электромагнитные муфты
2 для удобства сборки монтируются
на промежуточных втулках 1. Масло
для смазки муфт подводится через
кольца 3 и 6, через выточки которых
оно попадает к продольным каналам
вала, откуда и поступает к дискам
249
4
Рис. 11.40. Кинематическая схема коробки скоростей расточного станка 2620, структурная
сетка и картина чисел оборотов
250

/ \\	/ i и=кг -LaVXJ / 3	2	^МШгт^ у |& ;^^Z22Zz3 W// Z=93 Ш	Рис- П.42.	Коробка _g||^ J/Л	скоростей с	электро- г//,,, ^ у//7//уу	магнитными	муфтами '7////////////^	револьверного станка 1П326
муфт. Все свободно вращающиеся шестерни, за исключением шестерни
z = 31, для уменьшения потерь и биения смонтированы на подшипниках
качения. Для разгрузки вала шкив сидит на втулке 4 и связан с валом
фланцем 5.
Нетрудно увидеть, что конструкция коробки значительно услож-
нилась, а габариты резко возросли. Однако удобство автоматического
переключения скоростей по заданной программе оправдывает и услож-
нение конструкции и увеличение габаритов.
Разделенный привод. Если коробка скоростей размещается в основа-
нии и вращение передается шпинделю ременной передачей, такой привод
называют разделенным. Так как ременная передача не обеспе-
чивает передачи больших крутящих
моментов, то совместно с разделенным
приводом в ряде случаев применяют
перебор (рис. 11.43). Вращение от ко-
робки скоростей 1 передается при высо-
ких скоростях ременной передачей не-
посредственно шпинделю 8. В этом
случае втулка 5 шкива 4 сцепляется
со шпинделем муфтой 7. При низких
скоростях вращение передается от шки-
ва 4 шпинделю через перебор, состоя-
щий из шестерен 6—3, 10—9. В этом
случае муфта 7 расцепляется, а шестер-
ни перебора вводятся в зацепление.
При высоких числах оборотов шпин-
деля шестерни перебора выключены, а
вибрации, которые могут возникнуть
в коробке скоростей, поглощаются ре-
менной передачей. Такая система при-
вода обеспечивает плавность вращения
на высоких скоростях и способствует
повышению качества и точности обра-
ботанной поверхности. При низких ско-
ростях, при которых включается пере-
бор и начинают сказываться дефекты
его зубчатых колес, плавность вращения
Рис. 11.43. Разделенный привод
не имеет столь существенного значения.
Выключение перебора на высоких скоростях приводит к повышению
к. п. д. благодаря уменьшению числа звеньев передачи и снижению мощ-
ности холостого хода.
При разделенном приводе основной источник тепловыделения — ко-
робка скоростей — отделен от шпиндельного узла, что способствует
уменьшению, тепловых деформаций.
Шпиндель обычно разгружается от натяжения ремня 2, которое
воспринимается подшипниками втулки 5 (см. стр. 623), благодаря чему
уменьшаются деформации шпинделя.
В целом применение разделенного привода с разгруженным шпинде-
лем способствует повышению качества и точности обработки. Привод
такой конструкции используется на ряде моделей токарных, револьвер-
ных, фрезерных станков.
Пример конструкции коробки подач. В коробке подач горизонтально-
фрезерного станка 6Н82 (рис. 11.44) использовано для сокращения осе-
вых размеров одно связанное колесо z23; это позволило применить показан-
ное на чертеже расположение шестерен первой и второй групп передач
253
с тройными подвижными блоками, благодаря чему осевые размеры сокра-
тились до 9b + 2 А. Диапазон изменения передаточных отношений по-
следней переборной группы при структурной формуле 3 (п1) х 3 (0) X
х 2 (п2) и знаменателе ряда 1,26 составляет 10; в этих условиях наиболее
компактную конструкцию удалось получить при использовании механизма
Рис. П.44. Коробка подач горизонтальнофрезер
перебора, который состоит из зубчатых колес zI(t, гд, га и zu. Переключение
перебора осуществляется передвижением шестерни zu.
Привод быстрых ходов встроен в коробку подач. При быстрых ходах
вращение передается непосредственно от электродвигателя, минуя меха-
низмы коробки подач. Переключение с рабочих ходов на быстрые осуще-
ствляется с помощью муфт Л! 2 и Л1Я. Кулачковая муфта /Л2 при выклю-
чении своим левым торцом нажимает на диски фрикционной муфты Л13,
чем и обеспечивается включение быстрых ходов. В качестве привода
муфты Л12 использован тяговый электромагнит, который в начале хода
развивает усилие 25 кГ. При данной системе включения быстрых ходов
значительно упрощается управление автоматическим циклом движений
стола.
В последнее звено привода рабочей подачи — шестерню zl2 встроена
предохранительная шариковая муфта описанной выше конструкции.
254
Элементы конструкции коробок скоростей и подач. Подвижные зубча-
тые колеса коробок скоростей и подач перемещаются либо по шлицевым
валам, либо по гладким валам с закладными шпонками. Гладкие валы
обычно выполняют с допусками по скользящей посадке второго класса
точности. Неподвижные шестерни также монтируют на шлицевых либо
на гладких валах с закладными шпонками на напряженной посадке.
Зубчатые колеса изготовляют из сталей 45, 40Х, 20Х, 12ХНЗ, 18ХГТ.
Шестерни из сталей 45 и 40Х в зависимости от условий
работы подвергают улучшению, закалке по сечению и закалке по
профилю, шестерни из сталей 20Х, 12ХНЗ, 18ХГТ — цементации и
закалке.
В коробках скоростей и подач применяется либо смазка разбрызги-
ванием, либо циркуляционная мазка. В первом случае зубчатые
колеса, погруженные в масляную ванну, захватывают и разбрызги-
вают масло, благодаря чему обеспечивается попадание масла во все
необходимые точки, во втором случае масло подается от насоса по
трубкам (рис. 11.41, поз. 1) к зубчатым колесам и подшипникам. При
смазке разбрызгиванием возрастают, как это указывалось выше, потери
холостого хода.
255
7. МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ БЕССТУПЕНЧАТОГО ИЗМЕНЕНИЯ
ЧИСЕЛ ОБОРОТОВ В СТАНКАХ
Механизмы для бесступенчатого изменения чисел оборотов подробно
рассматриваются в специальной литературе и в литературе по деталям
машин, поэтому мы ограничимся рассмотрением схем некоторых механиз-
мов, которые находят применение в станках, и конструктивных форм
подобных механизмов, встраиваемых в соответствующие узлы станков.
Схемы механизмов для бесступенчатого изменения чисел оборотов
Для бесступенчатого изменения чисел оборотов преимущественно при-
меняют различного рода фрикционные передачи. Лобовой фрикционный
вариатор (рис. 11.45, а) состоит из двух дисков — ведомого 3 и ведущего 1,
между которыми расположен ролик 2, перемещающийся в осевом направ-
лении. Диски 1 и 3 прижимаются к ролику 2. Передача момента происхо-
дит благодаря силам трения, возникающим в зоне контакта ролика с дис-
ками. Передаточное отношение плавно изменяется от — до —. Диа-
пазон изменения чисел оборотов находится в пределах 15. Окружная ско-
рость точек диска вдоль линии контакта с роликом переменна, ролик же
имеет среднюю окружную скорость, вследствие чего во всех других точ-
ках происходит скольжение, что приводит к сравнительно быстрому
износу ролика и снижению к. п. д. передачи. Передаваемый крутящий
момент определяется усилием прижима дисков к ролику и коэффициентом
трения. Так как усилие прижима ограничено допускаемыми контактными
напряжениями, то с целью увеличения передаваемого крутящего момента
необходимо увеличивать длину линии контакта, что, в свою очередь, при-
водит к увеличению скольжения, а следовательно, износа и потерь. По-
этому вариаторы данного типа применяют при сравнительно небольшой
мощности, в частности в станкостроении можно указать на механизм при-
вода кулачково-распределительного вала токарно-револьверных автома-
256
тов, где этот механизм используется для изменения скорости вращения
кулачкового вала, а соответственно и величины подачи.
В вариаторах с тороидными дисками 1 и 3 (рис. 11.45, б и в) вращение
передается тремя роликами 2, что позволяет уменьшить их ширину, а сле-
довательно, и скольжение; это способствует улучшению условий работы
вариаторов, однако приводит к усложнению их конструкции.
Изменение чисел оборотов производится путем поворота роликов вокруг
осей О. При трех роликах (рис. 11.45, б) конструкция механизмов креп-
ления и поворота роликов становится довольно сложной. Диапазон изме-
нения чисел оборотов находится в пределах 8. В станкостроении данный
вариатор используется весьма редко.
Тороидный вариатор, представленный на рис. 11.45, в, позволяет
уменьшить скольжение до минимума, что выгодно отличает его от других
форм вариаторов. Диапазон изменения чисел оборотов находится в пре-
делах 4—8. Подобный вариатор использован в приводе главного движения
токарно-винторезного станка 1620, однако широкого применения он не
получил.
В сфероконических вариаторах (рис. 11.45, г) изменение положения
точки контакта конического диска 1 и сферического диска 2 достигается
поворотом оси II сферического диска. Сферический диск располагается
на валу электродвигателя, и поворот оси II осуществляется путем поворота
электродвигателя. Диапазон изменения чисел оборотов находится в пре-
делах 3. Так как в данном вариаторе имеет место точечный контакт, то он
не может передавать значительных крутящих моментов и применяется
при сравнительно небольшой мощности, в частности в приводах главного
движения небольших сверлильных станков.
В торцовоконических вариаторах (рис. II.45, д) конический диск 1
находится в контакте с торцом кольца 2. Изменение числа оборотов до-
стигается перемещением конического диска вдоль образующей. Кониче-
ский диск устанавливается на валу электродвигателя и перемещается
вместе с последним. Вариатор может быть использован при сравнительно
небольшой мощности. Диапазон изменения чисел оборотов находится в пре-
делах 3. Находит применение в сверлильных станках небольших размеров.
В чашечноконических вариаторах (рис. II.45, ё) вращение передается
от конического барабана 1, который контактирует с конической фаской
чашки 2. Вал чашки 2 расположен в корпусе 3, который может поворачи-
ваться вокруг оси вала III под действием пружины, вследствие чего
чашка 2 прижимается к коническому барабану 1. Изменение положения
линии контакта конуса с фаской чашки осуществляется путем переме-
щения вала I вдоль оси, при этом чашка 2 занимает необходимое положе-
ние благодаря повороту корпуса 3. Диапазон изменения чисел оборотов
находится в пределах 5. Вариатор может быть использован при неболь-
шой мощности привода.
В ряде модификаций бесступенчатых вариаторов используются раз-
движные конические шкивы (рис. 11.46). В желоб, образуемый раздвиж-
ными коническими шкивами 1 и 3 ведущего и 5 и 7 ведомого валов, входит
звено 2, осуществляющее передачу вращения от ведущих шкивов к ве-
домым. В качестве звена 2 могут быть использованы обычные клиновые
ремни, специальные широкие клиновые ремни, жесткое стальное кольцо,
специальные цепи. Конические шкивы перемещаются поворотом рыча-
гов 4 и 8 с помощью винтов 6. На рис. 11.46, а показано два положения
шкивов, соответствующие наибольшему и наименьшему передаточным
отношениям.
При обычных клиновых ремнях числа оборотов могут изменяться лишь
в очень небольшом диапазоне — не больше двух. При специальных
9
И. М. Кучер 417
257
широких клиновых ремнях диапазон достигает 8—15, при стальных
кольцах 6—16 и при специальных цепях — 6.
Подобный вариатор применяется на токарном станке 1К620.
Передачи со стальными кольцами имеют небольшую длину линии кон-
такта, что ограничивает передаваемую мощность. Передача может быть
выполнена весьма компактной, так передача привода подач резьбошлифо-
вального станка фирмы «Линднер» имеет габаритный размер 120 мм при
диапазоне изменения чисел оборотов 9. Передачи этого типа применяют
в приводах подач координатнорасточных и резьбошлифовальных станков,
в приводе бабки изделия круглошлифовальных станков, в приводе глав-
ного движения алмазнорасточных станков.
Рнс. 11.46. Схема бесступенчатых ва-
риаторов с раздвижными коническими
шкивами
Более или менее значительное применение получили в станках пере-
дачи фирмы PIV со специальной цепью. На поверхности конических
шкивов нанесены зубцы, благодаря чему эти шкивы внешне напоминают
конические шестерни.
Профиль зубцов шкивов 5 и 6 показан на рис. 11.46, б. Цепь состоит
из штампованных звеньев 1, в окна которых заложен пакет тонких пла-
стин 3, расположенных между подушками 2 и 4. Пластины 3 имеют форму
и сечение, показанные на рис. 11.46, б. Пластины могут свободно пере-
двигаться в продольном направлении относительно друг друга; поэтому,
когда цепь набегает на шкив, то пластины, перемещаясь в гнезде, обра-
зуют зубцы, сцепляющиеся с зубцами шкивов, вследствие чего обеспечи-
вается передача значительных усилий. Вместе с тем благодаря скосу на
боковой поверхности, пластины, поворачиваясь относительно друг друга,
занимают правильное положение во впадине зубца. На рис. 11.46, в схе-
матически показано положение пластин при контакте с верхней и нижней
частью зубцов шкивов.
Бесступенчатые вариаторы этого типа применяют в приводах главного
движения токарно-винторезных, карусельных, радиальносверлильных
станков, в приводах подач токарно-винторезных и карусельных станков.
Если привод должен обеспечить значительный диапазон изменения
чисел оборотов, превышающий диапазон, который может быть получен
с помощью бесступенчатого вариатора, последний используется совместно
с простейшей коробкой скоростей для ступенчатого изменения чисел обо-
ротов, что позволяет получить бесступенчатое изменение чисел оборотов
258
во всем диапазоне. Структурные сетки для этого случая приведены на
рис. П.47. Как видно из приведенных структурных сеток, знаменатель
прогрессии передаточных отношений коробки равен диапазону изменения
чисел оборотов бесступенчатого вариатора.
Рис. 11.47. Структурные сетки при бесступенчатом вариаторе и ступен-
чатой коробке
Конструкции бесступенчатых вариаторов
На рис. 11.48 приведен схематический чертеж бесступенчатого привода
подачи координатнорасточного станка 2В440. Конические шкивы 1—3
и 6—11 связаны жестким стальным кольцом 2. При изменении передаточ-
ного отношения бесступенча-
той передачи конические
шкивы 3 и 11 перемещаются
вместе с гильзами 4 и 9 с по-
мощью ползушек 10 и 8. Бес-
ступенчатый привод получает
движение от вала 5, связан-
ного с приводом главного
движения. От вала 7 бессту-
пенчатой передачи движение
передается механизмам по-
дачи.
Бесступенчатый привод
главного движения токарного
станка (рис. 11.49) состоит
из бесступенчатой передачи
с раздвижными коническими
шкивами 30 и 10 и пластин
чатой цепью 19 (описанной
выше конструкции) и двух-
скоростной зубчатой переда-
чи. Вращение передается от
электродвигателя через ре-
менную передачу валу 2 и
далее через бесступенчатую
Рис. 11.48. Конст-
рукция бесступен-
чатого вариатора с
раздвижными кони-
ческими шкивами
механизма подач
координатнорасточ-
ного станка
передачу и шестерни 15—14—29 или 15—14, 16—28 шпинделю станка.
Следует заметить, что для повышения плавности хода зубчатые передачи
с подвижными шестернями имеют косые зубья.
Для перемещения конических шкивов при изменении передаточного
отношения бесступенчатой передачи служат рычаги 6 и 13; каждый рычаг
состоит из двух планок 20 и 23, связанных распорными колонками. Рычаги
259
Рис. II 49. Привод токарного станка с цепным вариатором
поворачиваются около осей 4 и 18, которые для натяжения передачи можно
сближать с помощью винта 3. Между планками рычагов 6 и 13 располо-
жены чашки 5 и 1, цапфы которых входят в отверстия рычагов, служащих
для перемещения конических шкивов.
Изменение передаточного отношения бесступенчатой передачи осущест-
вляется с помощью рукоятки 21 диска 9, связанного с кривошипом 8.
Кривошип имеет два пальца, расположенных под углом 180°. Каждый
из пальцев с помощью своего шатуна 22 перемещает по штанге 12 пол-
зушки 7 и 11, цапфы которых входят в. пазы, имеющиеся на концах планок
рычагов 6 и 13. При повороте кривошипа 8 ползушки 7 и 11 движутся
в противоположных направлениях.
В процессе работы цепь натягивается с помощью колодок 17 и 24
рычагов 27 и 25 под действием пружин 26.
ГЛАВА IV МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ
РАБОЧИХ ОРГАНОВ СТАНКОВ
8. ОБЩАЯ СТРУКТУРА ПРИВОДОВ
Приводы для осуществления прямолинейного движения
рабочих органов станков могут быть разбиты на меха-
нические, преобразующие вращательное движение в прямолинейное
(рис. II.50, а—е), поршневые (рис. II.50, ж, з), магнитострикционные [29]
и термодинамические.
Рис. 11.50. Структурные схемы приводов прямолинейного движения
Механические приводы
Механические приводы разделяются на реверсируемые и цикличе-
ского действия. В реверсируемых приводах направление движения рабо-
чего органа меняется при изменении направления вращения звена, пре-
образующего вращательное движение в прямолинейное, с помощью ревер-
сивного привода вращательного движения.
261
Реверсируемые приводы состоят из привода вращательного движе-
ния 1 (рис. 11.50, а) с механизмом реверса 2 и звена, преобразующего
вращательное движение в прямолинейное перемещение рабочего органа 4.
Для преобразования вращательного движения в прямолинейное могут
быть использованы: винт 3 (рис. 11.50, с); червяк 2 и червячная рейка 1
(рис. 11.50, б); прямозубое, косозубое или шевронное реечное колесо 2,
сцепляющееся с рейкой 1 (рис. 11.50, в); червяк или косозубое колесо 2
с осью, расположенной под углом к направлению движения, сцепляющееся
с рейкой 1 (рис. 11.50, г), и гибкая передача 2 (рис. 11.50, д).
В зависимости от характера движения рабочего органа привод враща-
тельного движения должен обеспечивать изменение скорости хода в соот-
ветствии с заданным режимом работы, изменение направления движения
рабочего органа, получение быстрого хода в обоих или в одном направле-
нии. Привод вращательного движения имеет более или менее сложную
структуру механизмов для изменения скорости рабочих ходов, механиз-
мов реверса и быстрых ходов, а также соответствующую систему механиз-
мов переключения кинематических цепей и управления. Все это приводит
к более или менее значительному усложнению конструкции привода пря-
молинейного движения.
Важным достоинством реверсируемых приводов является возможность
настройки длины хода и последовательности включения быстрых и рабо-
чих ходов в соответствии с требованиями конкретной технологической
операции, такие приводы применяют на универсальных и специализиро-
ванных станках.
Следует заметить, что реверсируемые приводы пригодны при любой
максимальной длине хода рабочего органа.
Плавность хода, точность перемещения, жесткость и к. п. д. реверси-
руемого привода в значительной мере зависят оу формы передачи, при-
меняемой для преобразования вращательного движения в прямолинейное.
На плавность хода и точность оказывают влияние кинематическая точ-
ность и зазоры в передаче, преобразующей вращательное движение в пря-
молинейное.
Рассмотрим различные передачи, используемые для преобразования
вращательного движения в прямолинейное в реверсивных приводах.
Передача винт—гайка (рис. II.50, а) может быть выполнена с особо
высокой точностью. По нормали станкостроения для винтов нулевого
класса допускаемые отклонения шага в пределах одного шага равны
±2 мкм, а наибольшая накопленная ошибка шага на длине 300 мм равна
5 мкм. Высокая точность изготовления обеспечивает при соответствующей
конструкции привода высокую точность перемещений.	i
Так как передача винт—гайка позволяет получить низкую скорость
прямолинейного движения при сравнительно большом числе оборотов
винта, кинематические цепи приводов подачи и установочных перемеще-
ний при использовании этой передачи состоят из небольшого числа пони-
жающих передач, что приводит к упрощению кинематики и конструкции
привода и к уменьшению его приведенного момента инерции по сравне-
нию с другими механическими приводами.
Так как жесткость передачи винт—гайка определяется деформациями
растяжения или сжатия и в меньшей степени деформациями кручения,
то при большой длине винта и малом диаметре жесткость передачи может
оказаться недостаточной, что отрицательно сказывается на плавности
и точности перемещений.
Существенным недостатком описываемой передачи является низкий
к. п. д. Этот недостаток может быть устранен при использовании передачи
винт—гайка с циркулирующими шариками в гайке. В этом случае трение
262
скольжения заменяется трением качения, и к. п. д. возрастает до 0,9—
0,98. Передачи этого типа находят все более широкое применение в стан-
ках и, в первую очередь, в различного рода следящих приводах.
В последнее время в станках начали применяться гидростатические
передачи винт—гайка, которые имеют даже более высокий к. п. д., чем
передачи винт—гайка качения, обеспечивают плавность хода и проще
в изготовлении.
Передачи винт—гайка широко используются в кинематических про-
филирующих цепях, приводах подачи и установочных перемещений, где
при малой мощности приводов к. п. д. не имеет существенного значения,
а положительные особенности данной передачи играют существенную
роль. Следует заметить, что в системах автоматического управления к. п. д.
играет существенную роль и в этих случаях применяют либо передачу
винт—гайка качения, либо гидростатическую передачу винт—гайка.
В тех случаях, когда передача винт—гайка не может быть выполнена
достаточно жесткой, применяют червячно-реечную передачу (рис. 11.50, б),
рейка которой представляет собой как бы часть гайки большой длины.
Так как длинный винт сравнительно небольшого диаметра заменен корот-
ким червяком, то жесткость передачи оказывается значительно выше.
Однако точность червячно-реечной передачи ниже точности передачи
винт—гайка, так как червячная рейка может быть изготовлена только
составной из отдельных частей и не может быть выполнена с такой же
высокой точностью, как винт. К- п. д. этой передачи также ниже, так как
диаметр червяка из-за конструктивных особенностей его размещения зна-
чительно больше диаметра винта, что приводит к снижению угла подъема
и, следовательно, к. п. д. передачи.
Червячно-реечные передачи используются в тех случаях, когда для
обеспечения плавности хода требуется высокая жесткость привода, а к точ-
ности перемещений предъявляются не столь жесткие требования —
в механизмах подачи продольнофрезерных, расточных, карусельных
и некоторых других видов станков.
Зубчато-реечная передача (рис. 11.50, в) вследствие большой величины
ошибки в шаге и зазоров по сравнению с передачей винт—гайка дает мень-
шую плавность хода и точность перемещения. Передача обладает высоким
к. п. д. и сравнительно высокой жесткостью, применяется в приводах
главного движения строгальных станков и в приводах подач токарных,
револьверных, сверлильных, расточных и других станков.
В приводах главного движения строгальных станков реечная шестерня
имеет большой диаметр, благодаря чему увеличивается коэффициент про-
должительности зацепления и плавность хода. С этой же целью в при-
водах строгальных станков применяют косозубые и шевронные шестерни.
Из-за большого диаметра реечной шестерни в приводы приходится вводить
большое число понижающих передач, что приводит к увеличению приве-
денного момента инерции привода.
В приводах подач реечная шестерня выполняется с малым числом
зубьев (12—13). Для устранения подрезания зубьев применяют коррекцию.
В приводах продольнострогальных станков значительное распростра-
нение нашли реечные передачи, представленные на рис. 11.50, г. Они
выполняются с многозаходным червяком (косозубой шестерней с неболь-
шим числом зубьев и большим углом наклона). Такие передачи имеют
сравнительно высокий к. п. д., обеспечивают плавность хода и уменьше-
ние числа понижающих передач в приводе.
В отдельных моделях станков для преобразования вращательного дви-
жения в прямолинейное применяют гибкие связи (рис. 11.50, 0). К диску 1~]
прикреплена гибкая связь 2. В качестве гибкой связи может быть /
263
использована стальная лента, проволока, трос. С другой стороны связь
прикреплена к поводку 3 рабочего органа 4. При повороте диска 1 рабо-
чий орган перемещается прямолинейно. Гибкие связи в форме стальной
ленты и проволоки обеспечивают при небольших нагрузках высокую
точность перемещения и используются в механизмах обкатки различных
зубообрабатывающих станков: зубошлифовальных, для строгания кони-
ческих зубчатых колес и др.
В приводах циклического действия в отличие от реверсивных направле-
ние движения рабочего органа изменяется с помощью самого звена, пре-
образующего вращательное движение в прямолинейное, при этом напра-
вление вращения последнего звена остается неизменным.
К приводам циклического действия относятся кривошипные, криво-
шипно-кулисные и кулачковые механизмы.
Кривошипные и кривошипно-кулисные приводы могут выполнять
только некоторые из функций, которые возлагаются на привод прямоли-
нейного движения. Так, кривошипный привод выполняет только функции
реверсивного механизма при изменении направления движения. Скорости
прямого и обратного хода одинаковы и переменны по длине хода. Длина
хода изменяется путем изменения радиуса кривошипа. При большой
длине хода механизм становится громоздким. Данный механизм находит
ограниченное применение при малой длине хода (1Q0—300 мм) в приводах
главного движения зубодолбежных и зубострогальных станков, где уве-
личение скорости обратного хода не дает заметного повышения произво-
дительности, в приводах подачи пазо- и шпоночнофрезерных станков.
Кривошипно-кулисный механизм позволяет получить повышенную
скорость обратного хода, которая является функцией рабочего хода.
При этом скорость обратного хода незначительно превышает скорость
рабочего хода. Скорость по длине хода переменная. Механизмы этого типа
с качающейся и вращающейся кулисой применяют в поперечнострогаль-
ных и долбежных станках при длине хода до 900—1000 мм.
Кулачковые механизмы (рис. 11.50, е) выполняют все функции привода
прямолинейного движения за счет придания соответствующего профиля
кулачку. Например, цилиндрический кулачок / с криволинейным пазом,
в который входит ролик, прикрепленный к подвижному рабочему органу 2,
на участке а имеет крутой подъем, соответствующий быстрому ходу вперед,
на участке б — пологий подъем, соответствующий рабочему ходу, и на
участке в — крутой спуск, соответствующий быстрому ходу назад. Таким
образом, с помощью кулачкового механизма может быть легко осущест-
влена требующаяся последовательность движения рабочего органа с задан-
ной скоростью и длиной хода, поэтому кулачковые механизмы находят
широкое применение в станках-автоматах. Недостатком кулачковых меха-
низмов является необходимость изготовления специальных кулачков для
каждой конкретной технологической операции.
Поршневые приводы прямолинейного движения
При поршневых приводах (рис. 11.50, ж) рабочий орган 2 в большин-
стве случаев связывается непосредственно с подвижным поршнем 1 или
цилиндром поршневого привода, что позволяет значительно упростить всю
кинематику и конструкцию соответствующего узла станка. Лишь в отдель-
ных случаях, как указывалось выше, при осуществлении особо точных
перемещений и небольшой длине ходов рабочих органов вводятся проме-
жуточные понижающие передачи от поршневого привода к рабочему органу
(рис. 11.50, з).
264
Вследствие простоты конструкции поршневые приводы различного типа
получили значительное распространение в станках.
Поршневые приводы могут быть подразделены на пневматические,
гидравлические и пневмогидравлические.
Пневматические приводы. При пневматических приводах усилие, необ-
ходимое для перемещения рабочего органа, создается давлением сжатого
воздуха, подаваемого в рабочую полость цилиндра из общей сети. Так как
давление сжатого воздуха в сети не превышает 5—6 ати, то для создания
больших усилий пневматические цилиндры должны иметь большие раз-
меры, что может оказаться препятствием для применения пневматиче-
ского привода.
Достоинством пневмоприводов является простота конструкции и удоб-
ство снабжения сжатым воздухом, быстрота действия и легкость управле-
ния с помощью соответствующей нормализованной аппаратуры.
Недостатки пневматического привода — практическая невозможность
настройки скорости хода в соответствии с требованиями технологического
процесса и значительные колебания настроенной скорости при изменении
величины рабочего сопротивления. Вследствие указанных недостатков
пневматические приводы преимущественно используются для осуществле-
ния холостых ходов и главным образом для перемещения вспомогательных
рабочих органов: для подачи и зажима заготовки, для перемещения авто-
операторов и т. п.
Гидравлические приводы. В гидравлических приводах металлорежу-
щих станков усилие, необходимое для перемещения рабочего органа,
создается давлением масла, подаваемого в рабочую полость цилиндра,
как правило, от местной насосной установки. Давление масла может дости-
гать 60—200 аты, что позволяет применять цилиндры сравнительно неболь-
шого диаметра.
Гидравлические приводы обеспечивают возможность изменения на-
строенной скорости в значительных пределах. При использовании соот-
ветствующих схем гидроприводов (см. ниже) настроенная скорость сохра-
няется стабильной независимо от колебаний рабочей нагрузки.
В гидравлических приводах прямолинейного движения применяется
о б.ъ емкое и дроссельное изменение скорости движения. При
объемном изменении скорости используется насос переменной производи-
тельности и скорость движения изменяется путем изменения количества
масла, подаваемого насосом. Приводы этого типа отличаются сложностью
конструкции. Колебания нагрузки вызывают изменение настроенной ско-
рости движения, причем эти изменения тем больше, чем меньше настроен-
ная скорость. Для устранения влияния изменения нагрузки на величину
настроенной скорости движения приходится прибегать к дополнительному
усложнению привода.
Положительной особенностью привода является его сравнительно
высокий к. п. д., вследствие чего данный привод находит применение
в цепях главного рабочего движения, где высокий к. п. д. оправдывает
усложнение конструкции привода. В приводах подачи, где вследствие
малой мощности к. п. д. не имеет столь существенного значения, эта форма
привода применяется реже.
При дроссельном изменении скорости используются насосы постоянной
производительности, которые значительно проще по своей конструкции.
Благодаря наличию в схеме регулируемого сопротивления — дросселя —
только часть масла, подаваемого насосом, поступает в рабочую полость
цилиндра, а избыток масла сливается в бак. Так как независимо от на-
строенной скорости насос работает с постоянной производительностью
и в большинстве случаев при постоянном давлении, то мощность привода
265
является постоянной и не зависит от эффективной мощности, которая
определяется величиной рабочего сопротивления и скоростью движения.
Вследствие этого к. п. д. привода, особенно при малых подачах, оказы-
вается весьма низким, чем обусловливается преимущественное применение
данного привода в механизмах подачи.
С целью повышения к. п. д. привода с дроссельным изменением ско-
рости для питания цилиндра используются два насоса различной произ-
водительности, которые можно поочередно или одновременно подключать
к магистрали. При малых скоростях работает насос малой производитель-
ности, при средних — насос большой производительности, а при боль-
ших — оба насоса. К. п. д. такого привода удовлетворяет условиям работы
в цепи главного рабочего движения. Такой привод используется на попе-
речнострогальных и долбежных станках.
В дроссельных схемах изменение величины рабочего сопротивления
также вызывает изменение настроенной скорости хода. Для стабилизации
скорости в схему приходится вводить дополнительную аппаратуру. Про-
стейшие схемы без стабилизаторов скорости используются при отсутствии
значительных колебаний нагрузки, например в приводах подачи шлифо-
вальных станков. В большинстве других приводов необходимо применять
схемы со стабилизаторами скорости.
Гидроприводы позволяют получить значительный диапазон изменения
скорости. При объемном изменении скорости диапазон находится в пре-
делах 10—15. В дроссельных схемах диапазон изменения скорости может
достигать весьма больших значений, однако в этих условиях резко сни-
жается к. п. д. при малых скоростях. Для расширения диапазона при-
меняют рассматриваемые ниже специальные конструкции цилиндров
и схемы их питания.
Гидравлический привод обладает рядом преимуществ:
1)	возможность бесступенчатого изменения скорости движения;
2)	плавность хода, что особенно важно для станков, предназначенных
для чистовой обработки, в частности для шлифовальных;
3)	гибкость и широкие возможности автоматического управле-
ния циклом движения и скоростью, что особенно важно в станках-
автоматах;
4)	высокие динамические качества, так как в приводе отсутствуют
вращающиеся детали с большим приведенным моментом инерции;
5)	плавность реверсирования и торможения при использовании в си-
стеме управления соответствующей аппаратуры;
6)	возможность использования унифицированных блоков при разра-
ботке и изготовлении привода;
7)	упрощение конструкции и изготовления привода, так как нет необ-
ходимости в строгой координации положения осей валов, связывающих
отдельные звенья механизмов привода между собой;
8)	самосмазываемость элементов привода.
Благодаря указанным преимуществам гидроприводы находят все
более широкое применение в металлорежущих станках для осуществления
прямолинейного перемещения.
Следует напомнить, что интенсивное теплообразование в звеньях
гидропривода может оказаться существенным недостатком при использо-
вании его на особо точных станках.
Пневмогидравлические приводы. При пневмогидравлическом приводе
усилие, необходимое для перемещения рабочего органа, создается давле-
нием сжатого воздуха, поступающего в рабочую полость цилиндра, а ско-
рость изменяется путем изменения с помощью дросселя скорости выте-
кания масла из нерабочей полости цилиндра.
266
Так как усилие, развиваемое цилиндром, определяется давлением
сжатого воздуха, то при больших нагрузках необходимы цилиндры боль-
шого диаметра и привод становится громоздким, что ограничивает воз-
можности его применения.
Стабилизация скорости достигается введением в гидравлическую часть
схемы соответствующей аппаратуры.
Достоинством привода является отсутствие специальной насосной уста-
новки и простота осуществления быстрых холостых ходов, что станет более
ясным при рассмотрении конкретных схем пневмогидравлического привода.
Пневмогидравлические приводы применяют в агрегатных головках
и при автоматизации станков наличного парка.
9. КОНСТРУКЦИИ ПРИВОДОВ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ
Приводы с винтом
Ходовые винты станков обычно имеют трапецеидальную резьбу.
В большинстве случаев ходовые винты не подвергают термической обра-
ботке, а для их изготовления применяют стали 45 и 50, автоматную
сталь А40, а для точных винтов — У10А—У12А. Если ходовые винты
подвергают термической обработке, например ходовые винты резьбошли-
фовальных станков, их изготовляют из сталей ХВГ или ХГ при твер-
дости НЕС 50—56 и из стали 65Г при НЕС 35—45.
Гайки ходовых винтов чаще всего изготовляют из бронз Бр.ОФ 10-0,5
и Бр.ОЦС 6-6-3, сплава ЦАМ 10-5 и антифрикционных чугунов. Для эко-
номии бронзы гайки делают биметаллическими, при этом в чугунный
корпус гайки заливают слой бронзы.
Допуски на ходовые винты определяются нормалью станкостроения,
которая предусматривает пять классов точности: 0, 1, 2, 3 и 4. Нормаль
устанавливает допуски на шаг, накопленную ошибку шага, отклонение
угла профиля, овальность по среднему диаметру, биение по наружному
диаметру. Наиболее высокие требования по точности предъявляют к ходо-
вым винтам профилирующих кинематических цепей и к винтам приводов
установочных перемещений координатнорасточных станков при отсчете
величины перемещения по лимбам.
Точность перемещений зависит не только от точности винта и гайки,
но и от точности сборки: параллельности оси ходового винта и направ-
ляющих подвижного органа, совпадения оси ходового винта и оси гайки,
радиального и осевого биения винта в опорах.
Ходовые винты рассчитывают на прочность, а винты, подвергающиеся
продольному изгибу, также и на устойчивость. Ходовые винты следует
проверять на износостойкость. При проверке на износостойкость опреде-
ляют среднее удельное давление на поверхность винтов гайки. Для ходо-
вых винтов профилирующих кинематических цепей, работающих с бронзо-
выми гайками, удельное давление не должно превышать 30 кПсм2, для
ходовых винтов других приводов при бронзовой гайке — 120 кГ/см2,
при чугунной гайке — 80 кПсм2.
Наиболее характерные схемы передач винт—гайка, используемые
в станках, представлены на рис. 11.51. При большой длине неподвижных
направляющих 2 (рис. П.51, а) и малой длине подвижных направляющих
рабочего органа 4 вращение сообщается ходовому винту 5, связанному
с приводом вращательного движения 1. Гайка 5 жестко связана с по-
движным рабочим органом 4.
В отдельных случаях при тех же условиях используется схема с враща-
ющейА гайкой (рис. 11.51, б). Ходовой винт 3, связанный с неподвижными
267
направляющими, не вращается. Вращение передается от привода 1 через
ходовой вал 2 и шестерню 5 вращающейся гайке 6, связанной с по-
движным рабочим органом 4. Такой вариант используется, например,
в схемах с приводом быстрого хода.
При коротких неподвижных направляющих 4 и длинных подвижных
направляющих рабочего органа 7 применяется вариант, показанный на
рис. 11.51, в. Ходовой винт 2 связан с подвижными направляющими.
Винт имеет продольную шпоночную канавку и может работать как ходовой
вал, получая вращение от привода 1 через шестерни 3—5. Шестерня 5
связана с неподвижными направляющими 4, и при продольном переме-
щении винта 2 вместе с подвижными направляющими винт скользит в от-
верстии шестерни 5. С неподвижными направляющими 4 связана и гайка 6
ходового винта. При вращении ходовой винт, перемещаясь в осевом напра-
Рис. П.51. Схемы приводов с винтом и
гайкой
влении относительно гайки, сообщает движение подвижному рабочему
органу 7. Такая схема используется в механизмах продольного стола
консольнофрезерных станков.
В опорах ходовых винтов используются радиальные и упорные под-
шипники скольжения и качения. На рис. П.52 показаны некоторые
варианты опор ходовых винтов. Особое внимание уделяют конструк-
ции опор ходовых винтов кинематических профилирующих цепей,
так как от точности опор в значительной мере зависит точность переме-
щений.
Осевое перемещение винта может быть ограничено упорными подшип-
никами, расположенными либо в одной, либо в двух опорах. Если упорные
подшипники располагаются в двух опорах, их следует размещать с внеш-
ней стороны опор, с тем, чтобы температурное удлинение винта не при-
водило к появлению осевых нагрузок и продольному изгибу винта. При
размещении упорных подшипников с внешней стороны опор винт рабо-
тает на растяжение независимо от направления осевого усилия, что исклю-
чает появление продольного изгиба под нагрузкой. Однако при таком
расположении упорных подшипников температурное удлинение винта
вызывает появление осевого зазора, что недопустимо для винтов профи-
лирующих кинематических цепей.
В ответственных кинематических цепях упорные подшипники распо-
лагают в одной опоре, что исключает появление зазора при температурном
удлинении винта. На рис. 11.52, а показаны опоры ходового винта токарно-
винторезного станка 1623. В передней опоре установлены два радиально-
263
693
Рис. 11.52. Опоры ходовых винтов
упорных подшипника высокой точности класса В, которые одновременно
ограничивают осевые перемещения винта. В задней опоре использован
обычный цилиндрический подшипник скольжения в виде цельной втулки.
При использовании в опорах ходовых винтов точных подшипников клас-
сов П, В, А, С посадочные места должны быть обработаны с высокой
точностью. Этот вопрос подробнее рассматривается в гл. III четвертого
раздела, посвященной конструкции шпинделей и их опор.
Следует отметить, что осевое биение подшипников качения наиболее
высокой точности превышает допускаемые отклонения по шагу ходовых
винтов классов 1 и 0. Поэтому опоры винтов, от которых требуется особо
высокая точность перемещения, выполняют в виде опор скольжения
(рис. 11.52, б).
Гайки неответственных ходовых винтов не отличаются какими-либо
специфическими конструктивными особенностями. В более ответственных
передачах конструкция гаек обеспечивает устранение зазора. Конструк-
ции этого типа весьма многочисленны [13, 127]; некоторые наиболее харак-
терные варианты представлены на рис. 11.53. Значительное распростра-
нение получил вариант, показанный на рис. 11.53, а. Гайка состоит из
двух частей: неподвижной 3 и регулируемой 2. Смещая регулируемую
часть 2 в осевом направлении с помощью фрезерованной гайки 1, прижи-
мают витки гайки к виткам винта и устраняют зазор. Если по условиям
размещения гайки рассмотренный вариант конструкции не может быть ис-
пользован, как это, например, имеет место в приводе поперечных суппортов
токарно-винторезных станков, то применяется вариант, показанный на рис.
11.53, б. Подвижная часть 4 гайки смещается относительно неподвижной 1
с помощью клина 2, который при регулировании перемещается винтом 3.
270
В обоих вариантах конструкции регулирование производится при
определенном взаимном расположении винта и гайки. Так как зазор по
длине винта может меняться, то на некоторых участках винта возможно
появление зазора или чрезмерного натяга. Для устранения этого недо-
статка применяют устройства с пружинным натягом; простейший вариант
такого устройства представлен на рис. II.53, в. Тарельчатые пружины 1
смещают подвижную часть гайки относительно неподвижной. Другой
вариант указанного устройства будет рассмотрен ниже. Недостатком пру-
жинного натяга является увеличение нагрузки на винт.
На токарно-винторезных станках применяется раздвижная гайка
ходового винта (рис. 11.53, г). Гайка состоит из двух частей 1 и 2, которые
перемещаются по направляющим. Перемещение подвижных частей гайки
осуществляется с помощью диска 4 с двумя торцовыми криволинейными
пазами, в которые входят штифты 3. При повороте диска с помощью
рукоятки криволинейные пазы, воздействуя на штифты, перемещают
обе половины гайки. Когда гайка открыта, витки гайки расцепля-
ются с витками винта и рабочий орган может беспрепятственно переме-
щаться.
Как указывалось выше, для повышения к. п. д. передачи винт—гайка
применяют передачи с циркулирующими шариками (рис. 11.54, а) [69].
Винт 1 выполнен с канавкой дуговой формы. Аналогичную форму канавки
имеют обе части 2 и 5 гайки. В пространство, образуемое витками винта
и гайки, заложены шарики 4. Шарики 4 расположены на длине одного
витка, концы которого соединяются вкладышем 3, врезанным в тело
гайки. На рис. 11.54, б приведен чертеж вкладыша 3. При вращении винта
шарики движутся по канавке винта, ’входят в канавку вкладыша и по ней
возвращаются в канавку винта. Таким образом происходит непрерывная
циркуляция шариков. Каждая из частей гайки имеет по два замкнутых
витка. На чертеже два вкладыша показаны в сечении, а два — условно
в плане. Обе части гайки направляются шпонкой, не показанной на чер-
теже, и для устранения зазора прижимаются тарельчатыми пружинами 6
(рис. II.54, а).
Ниже на рис. 11.68 приведен график зависимости к. п. д. пары винт—
гайка с циркулирующими шариками от угла подъема резьбы.
Шарико-винтовые передачи весьма трудоемки в изготовлении и тре-
буют применения специальных технологических процессов, которые могут
быть успешно освоены только в условиях специализированного произ-
водства.
Аналогичными достоинствами (высоким к. п. д. — до 0,99, высокой
износостойкостью и жесткостью) обладают гидростатические передачи
винт—гайка (рис. II.55) [70], которые проще в изготовлении. В отличие
от обычной винтовой передачи по каналам 3 и 4 подается под давлением
масло, которое через отверстия 2 и 6 поступает к винтовым канавкам 1
и 7. Масло, поступающее как к каналу 3, так и к каналу 4, проходит через
дроссели сопротивления 18.
Для регулирования зазоров между винтом 11 и гайкой последняя вы-
полнена составной из двух частей. Неподвижная гайка 12 жестко связана
штифтом с корпусом 5. Подвижная часть 10 удерживается от осевого пере-
мещения фланцем 8 и может поворачиваться вокруг оси с помощью вин-
тов 16 и 17. Поворачивая гайку 10, устанавливают необходимый зазор
между витками винта и гайки.
Масло, поступающее под давлением в зазоры, разделяет поверхности
витков винта и гайки и обеспечивает работу при жидкостном трении,
чем обусловлен высокий к. п. д. и износостойкость. Вместе с тем масло,
находящееся под давлением в зазорах, устраняет осевой люфт.
271
шариками
р„.	В’" "	'
272
При осевом нагружении винта, например в направлении оси X, зазоры
со стороны канавок 7 уменьшаются, а со стороны канадок 1 увеличи-
ваются. Так как масло поступает к канавкам через дроссели, то с умень-
шением проходного сечения со стороны канавок 7 давление с этой стороны
возрастает, а давление со стороны канавок 1 уменьшается, что и обеспе-
чивает восприятие нагрузок. Очевидно, что изменение нагрузки сопро-
вождается некоторым осевым смещением винта. Так как такое смещение
должно быть минимальным, то и первоначальные зазоры должны быть
достаточно малыми, порядка 10—15 мкм.
Для увеличения нагрузочной способности гидростатической передачи
винт—тайка глубина нарезки увеличивается вдвое по сравнению с основ-
ной трапецеидальной резьбой этого же диаметра, что вызывает необхо-
димость перехода на следующую большую градацию шага.
Не рекомендуется применять в гидростатических винтовых передачах
винты диаметром меньше 40 мм.
Подача масла осуществляется под давлением около 40 кПсм2. Во избе-
жание разбрызгивания отработанного масла гайка с торцов уплотнена
с помощью коротких гаек 14 и 9, не несущих нагрузки и прижимаемых
к резьбе пружинами 13. Отработанное масло стекает в канал 15 и далее
попадает в желоб, по которому оно вновь направляется к насосу.
Вследствие высокого к. п. д., износостойкости и жесткости передачи
этого типа должны найти применение в станках с программным управле-
нием, копировальных станках и кинематических цепях, осуществляющих
функционально связанные перемещения рабочих органов.
В качестве примера передачи с вращающейся гайкой рассмотрим меха-
низм перемещения поперечных салазок суппорта строгального станка по
траверсе (рис. 11.56). Салазки 6 суппорта перемещаются по направляю-
щим траверсы. Ходовой винт 9 связан с траверсой и закреплен непод-
вижно. При перемещении салазок суппорта вращение сообщается гайке 5,
расположенной в кронштейне 7, жестко связанном с салазками суппорта.
Гайка 5 получает вращение от ходового вала 4, вдоль которого на шпонке
скользит шестерня 3, смонтированная в кронштейне 2, прикрепленном
к салазкам. Шестерня 3 сцепляется с шестерней 3, свободно сидящей на
273
fas	н- 1 if рГ ‘^Г^фбл/х//'/1 Л-Д	у ! (V/j | (777)! F/Z\ Г / |ф-ф”ф-ф" у / / J J \r /	/ y\ 1 1 / / Д Jy K		515^3^ s \	\ \ \11	4 A\-- 4- 4 — к- \	'	/	/ / I ^Zy^///////, ^9 //20 JP	Рис. 11.57. Передача с подвижным вращающимся винтом ^3/	продольного стола фрезерного станка 6Н81
втулке 10. При перемещении шестерни 8 вправо ее торцовые зубья сцеп-
ляются с торцовыми зубьями гайки 5, которая приходит во вращение.
При левом положении шестерни 8 вращение передается через шестерню 1
механизмам вертикальной подачи суппорта.
Рис. 11.58. Привод быстрых ходов с дифференциалом
В качестве примера механизма, выполненного по схеме, показанной
на рис. 11.51, в, рассмотрим привод стола горизонтальнофрезерного
станка 6Н81. Продольный стол 12 (рис. 11.57), имеющий длинные напра-
вляющие, перемещается по коротким направляющим поперечных салазок 16.
275
Ходовой винт 3 вращается в подшипниках 1 и /5, смонтированных
в кронштейнах 2 и 14, прикрепленных к столу. Осевое перемещение винта
ограничено двумя коническими роликовыми подшипниками 15. Непо-
движная гайка состоит из двух частей 10 и 13, расположенных в непо-
движном подшипнике 11, прикрепленном к поперечным салазкам. Устра-
нение зазора происходит под действием пружины 19. Пружина переме-
щает круглую штангу 17, на конце которой нарезаны зубья рейки, сцеп-
ляющиеся с зубьями шестерни, нарезанной на гайке 13. Передний конец
штанги 17 также имеет зубья, располо-
Рис. 11.59. Привод быстрых ходов с муфтой обгона
сцепляющейся с зубьями шестерни, нарезанной на гайке 10. Таким
образом, гайки 10 и 13 под действием пружины 19 стремятся повер-
нуться в разные стороны, благодаря чему устраняется зазор между
витками винта и гаек. Усилие пружины регулируется резьбовой проб-
кой 20.
Винт получает вращение от конической шестерни, которая сцепляется
с двумя свободно вращающимися шестернями 6 и 9 конического реверса.
Шестерня 6 сидит на гильзе 5, закрепленной в кронштейне 4 поперечных
салазок, а шестерня 9 — на выступе гайки 10. Кулачковая муфта 8 сидит
на втулке 7, которая, в свою очередь, связана скользящей шпонкой с ходо-
вым винтом, имеющим продольную шпоночную канавку. При сцеплении
кулачковой муфты 8 с одной из шестерен 6 или 9 винт получает вращение
в ту или иную сторону и, перемещаясь относительно неподвижной гайки,
сообщает движение столу.
276
При использовании передачи винт—гайка могут быть применены раз-
личные рассмотренные выше схемы механизмов быстрых ходов. На
рис. 11.58 приведен чертеж механизма быстрых ходов с дифференциалом.
Винт 1 жестко связан с валом водила 4 дифференциала. При рабочих
ходах вращение передается по соответствующей кинематической цепи от
электродвигателя рабочих ходов червяку 9. Червячная шестерня 2 сидит
на ступице центральной шестерни дифференциала, зацепляющейся с са-
теллитами 3. Сателлиты 3 расположены на одной оси 5 с сателлитами 6,
зацепляющимися с центральной шестерней, связанной с червячным коле-
сом 7. При неподвижном червячном колесе 7 сателлиты 6 перекатываются
по центральному колесу и водило 4 приходит во вращение. Во время
быстрых ходов червячное колесо 7 получает вращение от электродвигателя
быстрых ходов через кинематическую цепь, связанную с валом червяка 8.
В другом приводе быстрых ходов, представленном на рис. 11.59,
использована двусторонняя муфта обгона. Винт 9 получает вращение от
вала 1 через зубчатую передачу 3—4, 5—7. Вал 8 связан с винтом 9 муф-
той 10. Включение рабочей подачи производится кулачковой муфтой 2.
Шестерня 4 связана с валом 6 двусторонней муфтой обгона (см. стр. 216).
С шестерней 4 жестко связан кожух 15. На валу 6 закреплен на шпонке
диск 14 с вырезами, в которых находятся ролики 16.
Быстрое вращение винт 9 получает от индивидуального электродви-
гателя 12 через шестерни 11—13, 5—7. Шестерня 13 имеет поводки а,
которые заходят в вырезы диска 14. При включении электродвигателя
быстрых ходов поводки расцепляют шестерню 4 с диском 14 и вал 8 полу-
чает быстрое вращение в соответствующем направлении.
Приводы с реечными передачами
Червячно-реечная передача. Если величина хода рабочего органа 3 (рис.
11.60, а) не превышает длину самого рабочего органа 3, то червяк / может
быть расположен в опорах, связанных с неподвижными направляющими 4.
Рейка 2 в этом случае перемещается вместе с подвижным рабочим органом.
Если величина хода превышает длину подвижного рабочего органа 6
(рис. 11.60, б), то червяк 2 располагается в опорах, связанных с подвиж-
ным рабочим органом 6, и получает движение от ходового вала 5, вдоль
которого скользит шестерня 4, сцепляющаяся с шестерней 3. Зубчатая
рейка / связана с неподвижными направляющими 7.
На рис. П.61, а представлен червячно-реечный привод продольнофре-
зерного станка. В данном случае использована схема быстрых ходов,
представленная на рис. 11.25, в. Во время рабочего хода червячная ше-
стерня 2, сидящая на шпонке на Т-образном валике / дифференциала,
стоит неподвижно. Червячная шестерня 3 получает вращение от инди-
видуального электродвигателя быстрых ходов, связанного соответствую-
щей кинематической цепью с валом червяка 12. Червячная шестерня 3
связана шпонкой с втулкой конической шестерни 4, от которой вращение
передается через сателлиты дифференциала конической шестерне 5 и далее
277
через шестерни 6-11-10-9-8 червяку 7. Шестерня 10 сидит навалу свободно
и при включении движения стола сцепляется с валом кулачковой муфтой.
При рабочих ходах включается индивидуальный электродвигатель
рабочих ходов, связанный соответствующей кинематической цепью с ва-
лом червяка 13, от которого вращение передается через дифференциал
и далее по цепи 6-11-10-9-8 червяку 7.
Рис. 11.61. Привод с червячно-реечной передачей: а — продольнофрезерного станка; б —
координатнор асточного
На рис. 11.61, б показан червяк, перемещающийся вместе с подвиж-
ной шпиндельной бабкой координатнорасточного станка, выпускаемого
Ленинградским станкостроительным заводом им. Я. М. Свердлова.
Для изготовления червячных реек обычно применяется чугун. На заводе
им. Я. М. Свердлова рейки изготовляют из антифрикционного чугуна
АСЧ-1; твердость НВ не более 229. Так как нарезание реек представляет
значительные трудности, рейки выполняются составными из отдельных
частей. .Червяки изготовляют из стали. На заводе им. Я. М. Свердлова
применяют бронзовые биметаллические червяки, при этом используется
бронза марки Бр.АЖ9-4.
Шестеренно-реечная передача. Так же, как в червячно-реечной пере-
даче, рейка шестеренно-реечной передачи может быть связана либо с под-
278
вижным рабочим органом, либо с неподвижными направляющими. Послед-
ний вариант применяется в тех случаях, когда длина хода больше длины
подвижного рабочего органа.
Рис. 11.62. Принципиальные схемы шестеренно-реечного привода
Для передачи движения реечной шестерне, перемещающейся вместе
с подвижным рабочим органом при неподвижной рейке, используются
принципиальные схемы, представленные на рис. 11.62. Понижающие пере-
дачи рекомендуется располагать после ходового вала, так как в ином
случае возрастают крутящие моменты, передаваемые ходовым валом, что
приводит к увеличению диаметра ходового вала и усложнению конструк-
тивного оформления механизма.
В качестве примера рассмотрим привод продольного суппорта токарно-
винторезного станка 1623 (рис. II.63). К продольному суппорту I
279
Рис. 11.64. Привод с шестеренно-реечной передачей продольнострогального станка
(рис. 11.63, а) прикреплен корпус 2 фартука, в котором размещаются
механизмы, связывающие ходовой вал 5 с реечной шестерней 4. Реечная
шестерня сцепляется с неподвижной рейкой 3.
От ходового вала 1 (рис. 11.63, б) вращение передается реечной ше-
стерне через передачу 30—68, 19—79, 21—85. Через шестерни 19—57,
35—64—18 вращение передается винту поперечной подачи. Конические
шестерни 30—68 образуют механизм реверса. Конические шестерни 1
реверса связаны общей втулкой (рис. 11.63, в), которая вращается в под-
шипнике 2 корпуса фартука.
Включение и выключение продольной подачи осуществляется кони-
ческой фрикционной муфтой. Шестерня 6, закрепленная на шпонке на
валике 2, выполнена с внутренним коническим углублением, куда входит
конический фрикцион 5, жестко связанный с шестерней 4, свободно сидя-
щей на валике 3. Под действием пружины 7, упирающейся во фланец
специальной гайки 8, валик 3 прижимает шестерню 4 с фрикционом 5
к шестерне 6 и вращение передается через конический фрикцион от ше-
стерни 6 к шестерне 4. Выключение подачи производится эксцентриком 9.
При повороте рукоятки эксцентрик нажимает на упорный подшипник 10
и отжимает валик 3, при этом фрикцион 5 перестает прижиматься к ше-
стерне 6.
Аналогичный механизм служит для включения и выключения попе-
речной подачи, только в данном случае вместо конического фрикциона
использована муфта с мелкими торцовыми зубцами.
Компоновка привода продольнострогального станка с косозубой ше-
стеренно-реечной передачей при наклонном расположении оси шестерни
представлена на рис. 11.64. Реечная шестерня 2 имеет небольшой диаметр,
что позволяет резко упростить кинематическую цепь, связывающую рееч-
ную шестерню с электродвигателем 1. В рассматриваемом случае кинема-
тическая цепь состоит из двух шестерен. Подобный привод обеспечивает
плавность хода и имеет сравнительно высокий к. п. д. Скорость движения
стола изменяется путем изменения числа оборотов электродвигателя.
В процессе работы имеет место скольжение зубьев, поэтому необходима
закалка зубьев до высокой твердости с последующей шлифовкой их.
Кривошипно-кулисные приводы
В станках встречаются разнообразные формы кривошипных и кулис-
ных механизмов как с качающейся, так и с вращающейся кулисой. Форма
механизмов зависит как от типа станка, так и от расположения кулисного
механизма.
Кривошипный привод (рис. 11.65, а) применяется на зубодолбежных
станках. Кривошипный диск 1 с радиально-подвижным кривошипным
пальцем связан шатуном 2 с качающимся рычагом 3, выполненным заодно
с зубчатым сектором. Зубчатый сектор зацепляется с рейкой, нарезанной
на гильзе 4, совершающей возвратно-поступательное движение.
Кулисный механизм с качающейся коленчатой кулисой 1 (рис. П.65, б)
применяется в долбежных станках. Кулиса получает движение от криво-
шипной шестерни 2. .На кривошипном пальце 6, который может переме-
щаться по радиальному пазу кривошипной шестерни, сидит кулисный
камень 7. Кулисный камень 7 входит в паз кулисы 1 и при вращении
кривошипной шестерни сообщает кулисе качательное движение вокруг
неподвижной оси 5. Кулиса связана шатуном 3 с ползуном 4 долбежного
станка. Изменение длины хода ползуна осуществляется перестановкой
кривошипного пальца в радиальном пазу кривошипной шестерни.
281
Рис. 11.65. Кривошипно-шатунные и кулисные механизмы
282
В поперечнострогальных станках применяется вариант кулисного ме-
ханизма, представленный на рис. 11.65, в. Так же, как в предыдущем
случае, кривошипная шестерня 2 сообщает качательное движение кулисе 3
около оси 1. Кулиса связана шатуном 5 с колодкой 4, которая может
переставляться относительно ползуна 6. На поперечнострогальных
станках встречаются различные модификации подобного кулисного меха-
низма.
Кулиса подвергается значительным изгибающим нагрузкам, поэтому
форма кулисы должна обеспечивать ее высокую прочность и жесткость.
Вместе с тем для уменьшения динамических нагрузок, возникающих при
Рис. 11.66. Кулисные механизмы: а—диаграмма
изменения скоростей механизма с качающейся
кулисой; б— вращающаяся кулиса
реверсировании, кулиса должна обладать по возможности меньшей мас-
сой. Кулисам современных поперечнострогальных станков придается
форма, изображенная на рис. 11.65, а (показан вид спереди и сзади).
Кривошипная шестерня выполняется либо цельной (рис. 11.65, д),
либо с насадным венцом. В пазу кривошипной шестерни перемещается
ползушка 5, выполненная заодно с кривошипным пальцем. Установка
ползушки производится с помощью винта 4, который вращается в подшип-
нике 1. При установке кривошипного пальца в требуемое положение винт
поворачивают вручную, при этом вращение передается через конические
шестерни 3—2.
При крайних положениях ползуна ось кулисы (рис. II.66, а) является
касательной к окружности, описываемой кривошипом. При вращении
по направлению часовой стрелки ходу вперед соответствует поворот
кривошипной шестерни на угол 180° + 2а, а ходу назад — поворот на
угол 180° — 2а. Соответственно при постоянной скорости вращения кри-
вошипной шестерни время хода вперед (рабочего хода) больше времени
283
хода назад (холостого хода). Так как величины ходов вперед и назад
одинаковы, средняя скорость прямого меньше средней скорости обрат-
ного хода. Отношение скорости прямого и обратного ходов зависит от
угла а, который является функцией величины радиуса г кривошипа,
а соответственно и настроенной длины хода. При малой длине хода ско-
рость обратного хода немного превышает скорость прямого.
Кулисный механизм с вращающейся кулисой (рис. 11.66, б) позволяет
получить постоянное отношение скорости обратного и прямого хода неза-
висимо от настроенной длины хода. Ось вращения кривошипной ше-
стерни 3 смещена относительно оси вращения кулисы 4 на величину е.
Радиус г кривошипного пальца 5 постоянный. Кулисный камень 6, сидя-
щий на кривошипном пальце, входит в паз вращающейся кулисы. При
повороте кулисы на 180° из положения а в положение б при вращении
по часовой стрелке кривошипный палец повернется на угол 180° + 2а,
а при повороте кулисы на следующие 180° — на угол 180° — 2а. Боль-
шему углу поворота кривошипной шестерни соответствует рабочий,
меньшему — холостой ход.
Рабочий орган получает движение от кривошипного диска /, который
сидит на одном валу 2 с вращающейся кулисой 4.
Механизм с вращающейся кулисой применяется на ряде моделей дол-
бежных и на некоторых моделях поперечнострогальных станков.
Определение скоростей, сил и к. п. д.
Винтовой и червячно-реечный механизмы. Скорость перемещения при
винтовом и червячно-реечном механизмах определяется выражением
v = nt мм!мин,	(П.26)
где п — число оборотов винта или червяка в минуту;
t — шаг ходового винта или червяка в мм.
Со стороны винта к подвижному рабочему органу приложены тяговое
усилие Рт, действующее вдоль оси винта, и момент, который равен
Рис. 11.67. Схема дейст-
вия сил в червячно-рееч-
ной передаче
М = Рт tg (К + <р) rcp, (11.27)
где X — угол подъема резьбы по среднему диа-
метру;
<р — угол трения;
гср — средний диаметр резьбы в см.
При червячно-реечной передаче к рабочему
органу приложены силы Рт, Рокр и Рр (рис. 11.67)
Рс^ =-Prtg(b + <р);	(11.28)
P₽ = Prtga,	(11.29)
где a — половина утла профиля червяка.
Тяговое усилие Рт определяется в соответствии
с методикой, изложенной выше (см. гл. IV, раз-
дел первый).
К. п. д. передачи винт—гайка и червячно-реечной передачи может быть
вычислен на основе общеизвестных формул. Однако, как указывалось
выше, к. п. д. передачи, преобразующей вращательное движение в пря-
молинейное, в значительной мере определяет величины крутящих момен-
тов, приложенных к звеньям кинематической цепи, от которых зависят
размеры звеньев, приведенный момент инерции кинематической цепи
и мощность приводного электродвигателя, оказывающие существенное
284
влияние на точность остановки в системах автоматического управления
и точность функционально связанных перемещений при следящих при-
водах. Поэтому в ряде случаев целесообразно произвести уточненное
определение к. п. д. винтовой или червячно-реечной передачи.
По данным работы [67], окружная сила на среднем диаметре резьбы
может быть представлена в виде
Т = т0 + fyPN.	(11.30)
Коэффициент f„ является условным коэффициентом трения и пред-
ставляет собой отношение приращения силы трения к силе PN, нормальной
к профилю резьбы. Сила То в основном создается вязким трением масла,
находящегося в зазоре, образованном нерабочими сторонами профиля
резьбы винта и гайки. Сила То определяется по формуле
(П.31)
где р. — вязкость масла в спз;
иск — скорость скольжения в м/сек;
h — зазор в резьбе в мм;
F — площадь контактирующей поверхности витков гайки в мм2;
k — коэффициент, учитывающий дополнительное трение на рабочей
поверхности резьбы вследствие гидродинамического эффекта и
погрешностей изготовления; принимается равным 1,5—2.
Скорость скольжения можно определять, не учитывая угол подъема
резьбы, как окружную скорость на среднем диаметре резьбы, а пло-
щадь F — по формуле
F = ndcpt2z,	(II.32)
где dcp — средний диаметр резьбы в мм;
t2 — рабочая высота профиля в мм;
г — число витков гайки.
При скоростях свыше 0,35 м/сек коэффициент трения fy принимается
равным 0,05, при скоростях ниже 0,35 м/сек
f9==(l-0,773/^)fo,	(П-33)
где f0 — коэффициент трения для сопряженных материалов винта
и гайки, равный 0,22.
Коэффициент трения пары винт—гайка находим по формуле
т +/ Q
f T0-[~fyPN 0 у cos р ______ Ту cos р + fyQ	... q.,
pN ~ q	a ’	'	'
cos p
где Q — осевое усилие;
P — половина угла профиля резьбы. '
Угол трения <р находим из выражения
•8»=^-	(11.35)
Зная угол трения, определяем к. п. д. винта по общеизвестной формуле
(IL36)
Сила вязкого трения То играет существенную роль в легко нагружен-
ных передачах; если Q значительно больше Т0, то силой Т0 можно пре-
небречь и принять, что Д = fy.
К. п. д. червячно-реечной передачи можно определять так же, как
к. п. д. винтовой передачи, принимая То = 0. Роль силы То в этом случае
285
значительно уменьшается в связи с уменьшением поверхности контакта.
К. п. д. передачи винт—гайка с циркулирующими шариками может
быть определен расчетом [68], однако при высоких значениях к. п. д.
(рис. 11.68), характерных для этой передачи, уточненный расчет не имеет
столь существенного значения.
Шестеренно-реечные передачи. Скорость перемещения определяется
выражением
v = ntz мм/мин,	(11.37)
где п — число оборотов реечной шестерни в минуту;
t — шаг рейки в направлении перемещения в мм;
г — число зубьев реечной шестерни.
Со стороны реечной шестерни к рабочему органу приложены окруж-
ная сила, равная тяговому усилию, и распорная сила, равная
Рис. 11.68. К- п. д. передачи винт—
гайка с циркулирующими шариками
Рр= Prtg (а ± Ф),	(11.38)
и при косозубой шестерне — осевая со-
ставляющая, которая определяется по
общеизвестным формулам.
В формуле (11.38) знак выбирается
так, чтобы величина реакций на напра-
вляющих имела наибольшее значение.
Для строгальных станков следует при-
нимать знак «минус», в других случаях
необходимо вычислить величину тяго-
вых усилий для обоих вариантов знака
и принять наибольшее значение.
При большом диаметре реечной ше-
стерни к. п. д. определяется как произ-
ведение к. п. д. отдельных звеньев; при
малом диаметре реечной шестерни, когда
диаметр вала мало отличается от диа-
метра начальной окружности шестерни,
потери в опорах следует вычислять по
общеизвестной методике.
Кривошипно-кулисные механизмы.
Так как скорость ползуна, получаю-
щего движение от кривошипно-кулисного механизма, является величи-
ной переменной, то при всех расчетах, связанных с определением скорости
резания или подачи, оперируют средними скоростями.
Обозначим среднюю скорость рабочего хода vp, среднюю скорость
холостого хода vx = vpk. Время рабочего и холостого ходов при длине
хода L определится выражениями
откуда число двойных ходов в минуту при заданной скорости рабочего
хода и длине хода L равно
Пде = tp+tx L (fe + 1) ‘	1,39)
Отношение скорости прямого и обратного ходов обратно пропорцио-
нально углам поворота кривошипа при прямом и обратном ходах
(рис. 11.65).
. _ 180е + 2а
180“ —2а'
(11.40)
Обычно величина k находится в пределах 2—3.
280
Угол а определяется для схемы, представленной на рис. 11.66, а,
из выражения
sin а =	,
h ’
для схемы, представленной на рис. 66, б, из выражения
е
sin а — —.
г
Для других схем угол а определяется на основании соответствующих
тригонометрических формул.
Точное определение сил, действующих в звеньях кулисного механизма,
довольно трудоемко и может быть проведено на основании использования
общих методов теории машин и механизмов с учетом сил инерции. Обычно
за расчетное усилие на пальце кривошипа принимают усилие при среднем
положении кулисы, определяемое из уравнения моментов относительно
оси вращения кулисы. В этом положении силы инерции равны нулю и не-
обходимо учитывать только силы резания, веса и трения в направляющих.
ГЛАВА V КУЛАЧКОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Кулачковые механизмы [97, 128] весьма широко ис-
пользуются в универсальных и специальных станках-
автоматах, например одношпиндельных и многошпиндельных универсаль-
ных токарных автоматах, для перемещения рабочих органов в соответ-
ствии с заданным циклом. Как уже отмечалось выше, большим преимуще-
ством кулачковых механизмов по сравнению с реверсируемыми приводами
прямолинейного движения является возможность перемещения рабочего
органа в прямом и обратном направлении с заданной скоростью и длиной
хода и с требующейся последовательностью чередования ходов при по-
стоянном направлении и скорости вращения кулачка, что достигается
приданием кулачку соответствующей формы. Естественно, что при этом
весь механизм привода движения, а также система управления резко упро-
щаются, что позволяет упростить кинематику и конструкцию станка.
Конструкции кулачковых механизмов и методы профилирования кулач-
ков станков-автоматов отличаются некоторыми особенностями. Профиль
кулачка станка-автомата состоит из ряда участков. Характер профиля
зависит от назначения кулачка.
Если кулачок осуществляет перемещение основного рабочего органа,
то его профиль обычно состоит из следующих участков: 1) участок быстрого
подвода; 2) участок рабочего хода; 3) участок быстрого отвода; 4) участок
выстоя рабочего органа.
При повторяющихся перемещениях рабочего органа все четыре участка
профиля могут повторяться многократно.
Если кулачок осуществляет перемещение вспомогательных рабочих
органов, то участок рабочего хода отсутствует и все перемещения являются
холостыми. Форма участков профиля кулачка, осуществляющих рабочую
подачу, должна обеспечивать равномерность скорости рабочей подачи,
а форма участков холостых ходов — минимальные затраты времени на
холостые ходы. Вместе с тем кулачковые механизмы должны обеспечивать
высокую точность перемещения рабочих органов.
Кулачки универсальных станков-автоматов в отличие от кулачков боль-
шинства других машин являются сменными, так как форма и размеры
кулачков определяются формой и размерами обрабатываемой детали.
287
а на универсальных станках-автоматах обрабатываются самые разнооб-
разные детали. Поскольку стоимость проектирования и изготовления
сменных кулачков входит в состав себестоимости изготовления деталей,
то форма кулачков должна быть такой, чтобы были минимальными за-
траты на проектирование и изготовление кулачков. Это обстоятельство
делает затруднительным использование при профилировании сменных
кулачков рекомендаций теории машин и механизмов по применению тех
или иных законов движения рабочего органа, так как при этом резко
возрастают затраты на проектирование и особенно изготовление кулачков.
При проектировании постоянных кулачков универсальных и специаль-
ных станков-автоматов общие рекомендации теории машин и механизмов
могут быть с успехом использованы.
10.	КОНСТРУКЦИИ КУЛАЧКОВЫХ МЕХАНИЗМОВ
Кулачки и башмаки
В станках в основном применяют дисковые (рис. 11.69, а, г и ж) и ци-
линдрические (рис. 11.69, б, д, и з) кулачки, значительно реже — поступа-
тельно движущиеся кулачки (рис. 11.69, в, е, и). Независимо от формы
11.69. Типы кулачков
кулачки могут быть пазовыми (рис. 11.69, а, б и в), открытыми (рис. 11.69,
ж, з и и) и комбинированными (рис. 11.69, г, д и е).
Пазовые кулачки относятся к группе кулачков с кинематическим
замыканием, когда перемещение толкателя в обоих направлениях огра-
ничено двумя кривыми, благодаря чему исключается возможность отрыва
288
толкателя от кулачка при появлении значительных сил инерции. Значи-
тельные силы инерции возникают при больших ускорениях или при боль-
ших массах перемещающихся рабочих органов. Поэтому необходимость
в применении пазовых кулачков может возникнуть либо при большом
числе циклов в минуту, либо при большой массе подвижных рабочих орга-
1
Рис. 11.70. Независимые кулачки для
прямого и обратного хода
нов тяжелых автоматов.
Обработка пазовых кулачков в условиях индивидуального изготовле-
ния представляет трудности и требует значительных затрат, поэтому
пазовые кулачки применяют в основном в тех случаях, когда они не яв-
ляются сменными и их форма не зависит от формы и размеров обрабаты-
ваемых деталей. Таковы, например, кулачки подачи и зажима материала
токарно-револьверных автоматов. Пазовые кулачки могут также приме-
няться на специальных станках-авто-
матах.
В станках-автоматах значитель-
ные ускорения возникают обычно при
холостых ходах. Поэтому при кон-
струировании можно предусматри-
вать кинематическое замыкание
только на участках холостых ходов
(рис. 11.69, г, д и е). Такие кулачки
состоят из открытого 1 и дополни-
тельного кулачков 2. На участках
холостого хода основной и дополни-
тельный кулачки образуют паз. При
прикрепляют к торцу диска (рис. 11.69, г), а при цилиндрических — к
поверхности барабана. Такие комбинированные кулачки в изготовлении
дисковых кулачках оба кулачка
проще пазовых.
Наиболее просты в изготовлении открытые кулачки (рис. П.69, ж, з Ti
и), применяемые при силовом замыкании. Дисковые и плоские кулачки
могут быть обработаны слесарным путем по разметке. Цилиндрические
кулачки, которые обычно выполняются накладными, изготовляют из
тонкостенной гильзы; они также могут быть обработаны по разметке.
Кулачки прикрепляют к барабану болтами, которые с целью обеспечения
регулирования положения кулачка пропускают через продолговатые
пазы кулачка (рис. II.69, з). Осевые усилия, приложенные к кулачку,
воспринимаются буртом барабана. В ряде случаев для восприятия осевых
усилий в основном барабане вытачивается канавка, в которую входит
кольцевой выступ кулачка.
При открытых кулачках прижим толкателя к кулачку (силовое замы-
кание) и возврат рабочего органа осуществляются обычно пружиной,
реже — грузом. При значительной массе перемещающихся звеньев или
больших ускорениях последних для поддержания контакта толкателя
с кулачком могут потребоваться пружины, развивающие большое усилие
и имеющие соответствующие размеры. Такой механизм получился бы гро-
моздким вследствие увеличения размеров как пружин, так и звеньев кулач-
кового механизма, нагрузки на который в этом случае складываются из
сил сопротивления и силы пружины. Поэтому открытые кулачки приме-
няют либо в сравнительно тихоходных кулачковых механизмах, либо
в механизмах легких автоматов.
Для того чтобы избежать применения пазовых кулачков и силового
замыкания, используют независимые кулачки для прямого и обратного
ходов (рис. 11.70). Кулачок 1 осуществляет ход вперед, а кулачок 2 — ход
назад. Такой вариант применяется преимущественно в цилиндрических
кулачках и может быть использован в том случае, если силы инерции не
Ю И. М. Кучер 417
289
вызывают отрыва толкателя от кулачка. В качестве примера можно ука-
зать на кулачки многошпиндельных токарных автоматов и полуавтоматов.
Размеры дисковых кулачков в осевом направлении значительно меньше
размеров цилиндрических кулачков при одинаковой величине хода.
Поскольку с увеличением длины хода диаметр дисковых кулачков резко
возрастает, то при малой длине хода (до 75—100 мм) более компактными
обычно получаются кулачковые механизмы с дисковыми кулачками, а при
большой длине хода — с цилиндрическими. Выбор того или иного вида
кулачков при проектировании кулачковых механизмов зависит также от
взаимного расположения кулачков и рабочих органов в пространстве,
чем в известной мере предопределяется форма механизмов, передающих
движение от кулачка к рабочему органу. При выборе формы кулачка
следует также учитывать, что изготовление дисковых кулачков проще,
чем цилиндрических.
Дисковые и цилиндрические кулачки закрепляют на валах, получаю-
щих вращательное движение, плоские — на поступательно движущихся
рабочих органах. Связь кулачка с валом осуществляется шпонкой или
штифтом, а в ряде случаев силами трения, при этом дисковые кулачки
зажимают между шайбами, а цилиндрические закрепляют с помощью
разрезных втулок или стопорных винтов. При закреплении кулачков с по-
мощью сил трения легко осуществляется регулирование положения кулач-
ков относительно друг друга. Однако такой метод крепления не гаранти-
рует передачи значительных крутящих моментов. При больших крутящих
моментах для регулирования положения кулачков используется креп-
ление с торцовыми мелкозубыми муфтами, одна из которых жестко свя-
зывается с валом, а вторая — с кулачком.
При разработке конструкции кулачкового механизма следует также
уделить внимание опорам кулачкового вала, которые должны восприни-
мать радиальные и осевые нагрузки (последние при цилиндрических
кулачках), а также обеспечивать отсутствие биения кулачкового вала во
избежание нарушения точности перемещений рабочих органов.
Толкатели, получающие движение от кулачков, снабжают башмаками,
непосредственно контактирующими с профильной поверхностью кулачка.
В большинстве случаев применяют роликовые и остроконечные башмаки
(рис. II.71, а—ж), реже — криволинейные (рис. 11.71, з). Роликовые баш-
маки имеют меньший приведенный коэффициент трения, что позволяет, как
это будет показано в дальнейшем, уменьшить углы холостых ходов. При
роликовых башмаках возникают значительно меньшие контактные напря-
жения, чем при остроконечных. Поэтому остроконечные башмаки приме-
няют чаще всего при небольших нагрузках в легких автоматах. Следует
заметить, что использование остроконечных 'башмаков позволяет полу-
чить более высокую точность перемещения, так как при этом исклю-
чается влияние биения ролика. Этим обусловливается применение
остроконечных башмаков в прецизионных автоматах фасоннопродоль-
ного точения.
Конструкции роликовых башмаков весьма многообразны. При цилин-
дрических кулачках всех типов и дисковых пазовых кулачках ролики
приходится устанавливать на консольно закрепленных пальцах
(рис. 11.71, а—г). При открытых дисковых кулачках ось ролика может
быть смонтирована на двух опорах (рис. II.71, д).
Чтобы уменьшить приведенный коэффициент трения, ролики иногда
монтируют на опорах качения. Применение игольчатых подшипников
(рис. II.71, г) позволяет получить достаточно компактную конструкцию.
Использование в качестве ролика подшипников качения приводит к увели-
чению диаметра ролика и углов холостых ходов.
290
При цилиндрических кулачках ролики выполняют бочкообразными,
отклонение дуговой образующей от прямой составляет 0,5—1 мм.
Остроконечные башмаки могут быть использованы при дисковых и пло-
ских кулачках.
Рис. 11.71. Башмаки
Кулачки изготовляют из сталей цементируемых (20 и 20Х) и сталей
закаливаемых (45 и 40Х). В последнем случае кулачки подвергают либо
объемной закалке, либо поверхностной закалке токами высокой частоты
до твердости HRC 50-ь58. В ряде случаев для изготовления кулачков при-
меняют высокопрочные чугуны.
Ролики изготовляют из сталей аналогичных марок. Остроконечные
башмаки в большинстве случаев снабжают вставками из твердого сплава.
Передача движения от кулачка к рабочему органу
В станках применяют кулачковые механизмы как с поступательно
движущимися, так и с качающимися толкателями.
В качестве поступательно движущегося толкателя может быть исполь-
зован рабочий орган 4 (рис. 11.72, а), перемещающийся по направляю-
*	291
щим, с которым связан роликовый башмак 3. Для регулирования поло-
жения рабочего органа ролик 3 установлен на пальце, закрепленном в пол-
зушке 5, перемещающейся по пазу рабочего органа. В требующемся поло-
жении рабочий орган устанавливается с помощью винта 1 и закрепляется
болтом 2. При размещении на одном валу нескольких кулачков в ряде
случаев приходится прибегать к более или менее сложным передачам.
Один из вариантов подобной передачи, связывающей поступательно
движущийся толкатель 1 с рабочим органом 5, представлен на рис. 11.72, б.
От толкателя 1 движение передается шатуном 2 коленчатому рычагу 3,
который связан шатуном 4 с рабочим органом 5.
На рис. 11.72, в представлен механизм с цилиндрическим кулачком
и качающимся толкателем 2, который поворачивается около оси 6. Кача-
ющийся толкатель связан с рабочим органом 1 шатуном 3, рычагом 5,
поворачивающимся около оси 4, и тягой 7. Тяга 7 проходит через стойку 3,
которая может поворачиваться в отверстии прилива подвижного рабочего
органа. С помощью гаек 9 можно регулировать положение рабочего ор-
гана. Для регулирования длины хода рабочего органа при одном и том же
кулачке конец шатуна 3 можно переставлять по пазу качающегося толка-
теля 2.
На рис. 11.73, а представлен вариант рычажной передачи, связываю-
щей дисковый кулачок с рабочим органом 6. Кулачок сообщает движение
качающемуся толкателю 2 с остроконечным башмаком 1. Качающийся
толкатель связан шатуном 3 с рычагом 5. Винт 7 служит для регулирова-
ния положения рабочего органа. Для регулирования величины хода рабо-
чего органа головка 4, в которой шарнирно закреплен конец шатуна 3,
292
может перемещаться по пазу рычага 5. Аналогичные рычажные передачи
сообщают движение и двум другим суппортам суппортной стойки авто-
мата продольного точения.
В ряде станков применяют рычажно-зубчатые передачи (рис. 11.73, б).
Рычаг 9, получающий движение от дискового кулачка, выполнен заодно
с зубчатым сектором, который зацепляется с рейкой 4. Для регулирования
положения рабочего органа 5 зубчатая рейка выполнена подвижной.
Установка рейки производится с помощью гаек 1 и 2. В требующемся
положении рейка закрепляется болтом 3. К заднему подвижному рабо-
чему органу 6 движение передается двуплечим рычагом 8 и коленчатым
293
рычагом 7, выполненным заодно с зубчатыми секторами. Рычаг 8 полу-
чает движение от своего дискового кулачка.
В каждом отдельном случае схема передачи должна быть разработана
в соответствии с конкретными условиями размещения кулачка и рабо-
чего органа.
Следует заметить, что последним звеном, передающим вращение кулач-
ковому валу, как правило, должна быть червячная передача. При отсут-
ствии самотормозящейся передачи изменение направления действия
сил, приложенных к кулачкам со стороны рабочих органов с силовым замы-
канием, заставляет кулачковый вал поворачиваться в обратном направле-
нии, что приводит к рассогласованию движений рабочих органов. Вместе
с тем наличие червячной передачи обусловлено также необходимостью
медленного проворота кулачкового вала вручную в процессе настройки.
II.	ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ и ВЕЛИЧИНЫ,
ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ КУЛАЧКОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ СТАН КОВ-АВТОМАТОВ
Основные размеры кулачков, а также кинематика и конструкция меха-
низмов, передающих движение от кулачков к рабочим органам, опреде-
ляются в процессе разработки эскизного проекта в соответствии с разме-
рами самих рабочих органов и общей компоновкой станка. Задачей проек-
тирования кулачковых механизмов является выбор формы и размеров
отдельных участков профиля кулачков, обеспечивающих выполнение тре-
бующихся законов движения рабочих органов, максимальное возможное
сокращение времени холостых ходов и надежную работу, исключающую
возможность заклинивания механизма.
При проектировании приходится, как обычно, рассматривать как цен-
тровой профиль, который представляет собой траекторию движения центра
ролика башмака в относительном движении, так и действительный профиль,
являющийся огибающей семейства окружностей ролика.
Каждый участок профиля характеризуется формой, величиной подъ-
ема (спуска) и профильным углом. Формой профиля опреде-
ляется закон изменения скорости и ускорения, а величиной подъема
(спуска) — величина перемещения рабочего органа. От величины профиль-
ного угла зависит цикловой угол — угол поворота
кулачка при перемещении рабочего органа из одного крайнего поло-
жения в другое в период контакта башмака с рассматриваемым участком
профиля.
Вопрос о форме различных участков профиля кулачка изложен ниже.
Здесь же остановимся на некоторых понятиях и величинах, которые могут
быть рассмотрены вне зависимости от конкретной формы профиля.
Угол давления, угол подъема продля
и угол наклона толкателя
Угол давления а является одной из важнейших характеристик
кулачкового механизма. Как известно, углом давления (рис. 11.74 и 11.75)
называется угол между нормалью пп к профилю кк и направлением скоро-
сти башмака v6.
Углом подъема профиля 6 называется угол между каса-
тельной It к профилю (рис. 11.74 и 11.75) и направлением окружной ско-
рости сор. В кулачковых механизмах с центральным прямолинейно движу-
щимся толкателем угол давления равен углу подъема (рис. 11.74). В кулач-
ковых механизмах с качающимся толкателем (рис. 11.75)
а = 0 ± S,	(П-41)
где 6 — угол наклона толкателя.
294
Выбор знака зависит от направления вращения дискового кулачка
и окружной скорости толкателя v6. Если окружная скорость кулачка
направлена в сторону, противоположную оси поворота толкателя
(рис. 11.75, а), то такое направление вращения кулачка мы будем называть
прямым. Если окружная скорость кулачка направлена в сторону
оси поворота (рис. П.75, б) толкателя, то такое направление вращения мы
будем называть обратным.
Рис. П.74. Схемы к
определению углов и
скоростей в кулачко-
вых механизмах с цен-
тральным прямолиней-
но движущимся толка-
телем
Рис. 11.75. Схемы к определению углов и скоростей в кулач-
ковых механизмах с качающимся толкателем
Выбор знаков производится в соответствии с данными табл. П.2.
При дисковых кулачках величина угла б определяется на основе
теоремы косинусов (рис. П.75) [118]
P2 + r?-L2
sin6= ....1РГ1.<1142)
где гх — радиус качающегося толкателя;
L — межцентровое расстояние.
В формулу (П.41) угол 6 подставляется со знаком, полученным из фор-
мулы (II.42).
Следует заметить, что отношение
& = -£-	(11.43)
оказывает существенное влияние на величину и знак угла 6. С уменьше-
нием k уменьшается и угол 6 при одних и тех же значениях р. Рекоменда-
ции по выбору значений k будут приведены ниже.
295
Таблица П.2
Выбор знака в формулах (II. 41), (II. 456), (11.80) и (II. 81)
в зависимости от направления вращения кулачка и направления
скорости башмака -Vq
При цилиндрических кулачках угол 6 определяется из выражений
(рис. 11.75, е и г)
sin6 = -^-; sin6 = -^-.	(11.44)
Величина h имеет знак «плюс» в том случае, когда она отсчитывается
от линии О'О, расположенной в плоскости, перпендикулярной оси враще-
ния кулачка, в направлении убывания Л-ов, знак «минус» — в том случае,
когда она отсчитывается от линии 0'0 в противоположном направлении.
Определение скорости рабочего органа
Скорость рабочего органа определяется формой и размерами профиля,
а также угловой скоростью кулачка, с одной стороны, и кинематикой про-
межуточной передачи, связывающей башмак толкателя с рабочим органом,
с другой.
Формой профиля, размерами и угловой скоростью кулачка опреде-
ляется скорость башмака толкателя. Зная скорость башмака и имея кине-
матическую схему промежуточной передачи, можно определить скорость
рабочего органа.
В общем случае скорости башмака и рабочего органа являются величи-
нами переменными и в дальнейшем, говоря о скорости башмака и рабочего
органа, мы будем иметь в виду их мгновенные значения.
Скорость башмака. При центральном прямолинейно движущемся тол-
кателе (рис. II.74) и дисковом кулачке 1
v6 = сор tg6.	(II.45а)
296
При цилиндрическом кулачке 2 в формулу (II.45а) вместо р под-
ставляется средний радиус рср цилиндрического кулачка.
При качающемся толкателе
пб = ыр —(П.456)
°	‘ cos (в ± б)
Знаки берутся в соответствии с табл. II.2.
Промежуточная передача. Промежуточная передача вносит большие
или меньшие искажения в закон движения, определяемый профилем
кулачка.
Зная скорость и ускорение башмака, скорость и ускорение рабочего
органа можно определить на основе известных методов теории машин и
механизмов путем построения планов скоростей и ускорений.
Следует заметить, что в станках-автоматах не требуется строгого
соблюдения закона движения рабочего органа. Даже при осуществлении
Рис. П.76. Схемы к определению передаточных отношений промежуточ-
ных передач от кулачков к рабочим органам
рабочей подачи вполне допустимы колебания скорости подачи в преде-
лах 5—10%. Если промежуточные передачи спроектированы в соответ-
ствии с приведенными ниже рекомендациями, то колебания в скорости
рабочей подачи не выходят из указанных пределов и построение планов
скоростей в большинстве случаев не является необходимым.
Если при среднем положении рабочего органа поступательно движу-
щиеся звенья — шатуны и рычаги — промежуточной передачи распола-
гаются взаимно перпендикулярно (рис. 11.76, а), а углы отклонения рыча-
гов от среднего положения не превышают 15—20° в крайних положениях
рабочего органа, то передаточное отношение промежуточной передачи
можно рассматривать как величину постоянную, равную
и определять скорость и ускорение рабочего органа по формулам
v = v6inp,	(П.47)
j = feinp-	(11.48)
Если звенья промежуточной передачи при среднем положении рабо-
чего органа расположены подобно тому, как показано на рис. 11.76, б,
то применение формул (11.46)—(11.48) может привести к более или менее
значительным ошибкам.
297
Подъем профиля, ход рабочего органа
и выбор передаточного отношения промежуточной передачи
При дисковых кулачках подъем профиля определяется как разность
между наибольшим и наименьшим радиусами-векторами в крайних точ-
ках данного участка профиля
hz = рг ~Pz-i,	(11.49)
при цилиндрических — как разность между координатами крайних
точек профиля в направлении оси вращения кулачка.
При отсутствии промежуточной передачи величина подъема профиля
равна величине перемещения рабочего органа. При наличии промежуточ-
ной передачи зависимость между подъемом профиля кулачка и перемеще-
нием рабочего органа определяется кинематикой промежуточной передачи
и может быть найдена на основе общих методов теории машин и механизмов,
применяемых при определении крайних положений механизма.
В большинстве случаев при проектировании кулачковых механизмов
станков-автоматов определение точной зависимости между величиной
подъема профиля и перемещением рабочего органа не является необходи-
мым, что позволяет воспользоваться для определения этой зависимости
выражением
A =	(П.50)
1пр
где / — величина перемещения рабочего органа. Выражением (11.50) можно
пользоваться при условии, что кинематика промежуточной передачи
удовлетворяет указанным выше требованиям к взаимному расположе-
нию звеньев.
Величина передаточного отношения промежуточной передачи должна
быть увязана с размерами кулачка и величиной полного хода рабочего
органа.
Выбирая передаточное отношение промежуточной передачи, при диско-
вых кулачках руководствуются зависимостью
S = (Ртах Рmln) ^'пр>
где	У I — полный ход рабочего органа при его перемещении из
одного крайнего положения в другое;
Ртах и Ртш — наибольший и наименьший радиусы-векторы центро-
вого профиля кулачка.
Выбирая передаточное отношение промежуточной передачи, при ци-
линдрических кулачках руководствуются зависимостью
У I ^п1ах^пр>
где /iinax — наибольшая возможная величина подъема центрового профиля
при принятой ширине кулачка.
Как указывалось выше, наибольшие размеры кулачков (наибольший
диаметр для дисковых и цилиндрических кулачков и наибольшая ширина
для цилиндрических) устанавливают соразмерно с размерами основных
рабочих органов и станка в целом в процессе разработки эскизного
проекта.
Наименьший радиус-вектор дискового кулачка, с одной стороны,
определяется из условий посадки кулачка на вал, диаметр которого выби-
рается в соответствии с требованиями прочности и жесткости; с другой
стороны, при качающихся толкателях наименьший радиус-вектор должен
удовлетворять условию pinin > 0,15L, так как в ином случае возникают
чрезмерные искажения в принятом законе движения.
298
Выбор ширины цилиндрического кулачка, работающего с качаю-
щимся толкателем, необходимо увязать с длиной рабочего плеча гг тол-
кателя, с тем чтобы углы 6, определяемые по формулам (11.42), не выходили
за пределы 15—20°.
Величина полного хода рабочего органа устанавливается в процессе
разработки технологического процесса исходя из размеров обрабатывае-
мой поверхности и величин быстрого отвода и подвода рабочего органа,
необходимых для смены инструмента, обрабатываемой детали и т. п.
Если величина полного хода рабочего органа SI > /imax, то приходится
вводить повышающие передачи, однако следует учитывать, что при приме-
нении повышающих передач возрастают нагрузки на звенья кулачкового
механизма.
При определении для всех участков профиля радиусов-векторов диско-
вых кулачков или координат х цилиндрических кулачков предварительно
для этих участков по формуле (11.50) находят величины подъема профиля,
а затем, пользуясь формулой (11.49), последовательно определяют радиусы-
векторы или координаты.	[^Jnp
Профильные и цикловые углы
Рассмотрим вопрос о профиль-
ных и цикловых углах примени-
тельно к дисковым и цилиндриче-
ским кулачкам.
Дисковые кулачки. Профильным
углом называется угол упр (рис.
11.77) между радиусами-векторами,
проходящими через точки 1 и 3
начала и конца центрового про-
филя. Если прямолинейно движу-
щийся толкатель перемещается в
радиальном направлении, то центр
ролика переместится из точки 1
в точку 2 при совмещении радиуса-
вектора 0—3 с радиусом-вектором
0—2. При этом кулачок, движу-
щийся против часовой стрелки,
повернется на угол, равный про-
фильному углу. Таким образом,
в данном случае цикловой и про-
фильный утлы равны друг другу.
При качающемся толкателе 7
центр ролика перемещается из
точки 4 в точку 5 по дуге окруж-
ности и перемещение закончится
тогда, когда радиус-вектор 0—6
совместится с точкой 5. При этом
кулачок повернется на угол, за-
ключенный между радиусами-век-
торами 0—5 и 0—6. Как видно из
чертежа, угол поворота кулачка,
являющийся цикловым углом Уц,
не равен профильному углу.
Найдем величину отклонения
Угол уап можно определить как разность
Уот Ргшп Ртах-	(11.51)
299
Рис. II.77. Схемы к определению цикловых
углов при дисковых кулачках
уот циклового угла от профильного.
Величина углов j5min и 0max определяется на основе теоремы косинусов
2	2	9
cospra)n = m,n2pnun£ L;	(11.52)
о2 4- I2 — г2
о	"max । L	/тт r-o\
COS Ртах • —	2pmax£ *
При подстановке в формулу (11.51) 0mln и 0max берутся со знаками,
получающимися из формул (11.52) и (11.53).
При отводе рабочего органа центр ролика переходит из точки 9
в точку 11. При этом радиус-вектор 0—9 занимает положение 0—8, ра-
диус-вектор 0—10 — положение 0—11, а кулачок повернется на угол,
заключенный между радиусами-векторами 0—10 и 0—11, равный цикло-
вому углу Профильный угол равен углу, заключенному между радиу-
сами-векторами 0—10 и 0—9. Отклонение циклового угла от профильного
определяется тем же выражением (П.51).
Таким образом, для рассмотренного случая прямого вращения кулачка
цикловой угол при ходе рабочего органа вперед (при возрастании радиуса-
вектора) определяется по уравнению
Уц = Ynp — Уо:п,	(11.54)
а при ходе рабочего органа назад (при уменьшении радиуса-вектора)
Уц Упр	Yom,	(11.55)
гДе уот находят на основении формул (11.51)—(II.53), а профильный
угол — в процессе профилирования кулачка.
При обратном направлении вращения кулачка знаки в формулах (11.54)
и (II.55) меняются на противоположные.
Цилиндрические кулачки. На рис. П.78 представлены три развертки
цилиндрического кулачка. Первая развертка (рис. II.78, а) относится
к кулачковому механизму с прямолинейно движущимся толкателем,
перемещающимся параллельно оси вращения кулачка. Величина переме-
щения толкателя равна подъему h0 профиля. При перемещении центра
ролика толкателя из точки 1 в точку 2 точка 3 центрового профиля совме-
щается с точкой 2.
Если известна длина участка профиля 1—3 на развертке, то угол
профиля определяется выражением
у„р = ^360°,	(11.56)
где D — средний диаметр цилиндрического кулачка.
Цикловой угол в этом случае равен профильному углу.
При отводе рабочего органа центр ролика перемещается из точки 4
в точку 6 при совмещении с последней точки 5 профиля. Цикловой угол
равен профильному, который определяется исходя из длины аа.
При качающемся толкателе и прямом направлении вращения кулачка
(рис. II.78, б) ролик перемещается из точки 19 в точку 21 при совмещении
с последней точки 20 профиля кулачка. Точка 20 перемещается на вели-
чину и соответственно цикловой угол, равный
, а,
74 = ^360°,
300
будет меньше^ профильного угла на величину
Т„ = ^-360".
Величина b определяется выражением
b = гг (cos бх — cos 62),
(11.57)
(11.58)
где и б2 — углы отклонения толкателя 8 от линии, проведенной парал-
лельно окружной скорости через ось качания; эти углы определяют по
формулам (11.42).
Рис. 11.78. Схемы к определению цикловых углов при
цилиндрических кулачках
При отводе рабочего органа центр ролика толкателя 8 переместится
из, точки 7 в точку 10 при совмещении с последней точки 9 профиля. Так
как больше п2 на величину Ь, то цикловой угол будет больше профиль-
ного на величину Уот, определяемую по формуле (11.57).
При обратном направлении вращения кулачка (рис. II.78, в) при под-
воде рабочего органа центр ролика перемещается из точки 16 в точку 18
при совмещении с последней точки 15 профиля. Так как больше ах на
величину Ь, то цикловой угол уч будет больше профильного на вели-
чину уот.
При отводе рабочего органа центр ролика перемещается при повороте
толкателя 14 около оси 17 из точки 11 в точку 13 при совмещении с послед-
ней точки 12 профиля.
Так как «г меньше о2 на величину Ъ, то цикловой угол будет меньше
профильного на величину ym.
Таким образом, при прямом направлении вращения цикловые углы
определяют по формулам (II.54) и (II.55), при обратном по тем же фор-
мулам со знаками, измененными на противоположные, а угол уот опреде-
ляют по формуле (II.57).
301
Влияние на производительность станков-автоматов
цикловых углов холостых ходов
Если известно время цикла Т и цикловой угол у какого-то участка
профиля, то время, затрачиваемое на перемещение, происходящее в пе-
риод контакта данного участка профиля с кулачком, равно
1 = ^рТ.	(11.59)
так как за время цикла кулачок поворачивается на один оборот.
Время рабочих ходов определяется условиями резания. Обозначим
время всех последовательно протекающих (несовмещенных) рабочих
ходов S тогда
Т__ S У*-* 'г tX' /
360°	~
гдеХк. х—цикловые углы всех несовмещенных холостых ходов.
Отсюда
т =-------------360°.	(11.60)
360° ух. к
Из этого выражения видно, что при прочих равных условиях время цикла
тем меньше, а производительность тем больше, чем меньше сумма цикло-
вых углов участков холостых ходов Хк. х-
Таким образом, одной из основных задач профилирования кулачков
станков-автоматов является выбор такой формы и размеров профиля
участков холостых ходов, при которых кулачок, удовлетворяя всем
остальным требованиям, имел бы возможно меньший суммарный цикло-
вой угол участков, осуществляющих несовмещенные холостые ходы.
Как видно из предыдущего, величина циклового угла в значительной
мере определяется величиной профильного угла, которая, в свою очередь,
зависит от угла подъема профиля. Чем больше углы подъема, тем меньше
профильный угол. Однако с увеличением угла подъема возрастает опас-
ность заклинивания кулачкового механизма.
Поэтому одной из важнейших, задан при профилировании кулачковых
механизмов станков-автоматов является выбор наибольших допустимых
углов подъема профиля участков холостых ходов.
12.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ,
ДЕЙСТВУЮЩИХ В КУЛАЧКОВЫХ МЕХАНИЗМАХ.
И ДОПУСТИМЫХ УГЛОВ ПОДЪЕМА ПРОФИЛЯ
Общая методика определения допустимых углов подъема
Кулачок 2 (рис. П.79) действует на остроконечный башмак ползуна 1.
Сила приложенная к ползуну, расположена в средней плоскости направля-
ющих ползуна.
В точке контакта башмака с кулачком касательная tt к профилю рас-
положена под углом подъема 6. Сила отклонена от нормали пп на угол
трения башмака ср. Сила может быть разложена на две составляющие:
сила Рк сообщает движение ползуну, а сила Т уравновешивается реакцией
N на направляющих.
Сила Рк преодолевает в процессе движения силу Р, приложенную
к ползуну, и силу трения Р,ч , возникающую под действием реакции
N = Т;
Pmp = fN‘, РК = Т ctg (6 + Ф).
302
Из условий равновесия
Т ctg (0 + <р) = Р + fT.
Решив уравнение (11.61), найдем
Т =_______Р '....
Ctg (0 + ф)— f
Отношение
(11.61)
(11.62)
(11.63)
называется коэффициентом возрастания усилий в кулачко-
вом механизме. Из выражения (11.62)
1
е ctg (6 + <р) — / '
(11.64)
При прочих равных условиях коэффициент возрастания усилий зави-
сит от угла подъема профиля кулачка, причем эта зависимость имеет гипер-
болический характер (рис. 11.80). При значе-	_ j
ниях угла 0, определяемых из уравнения
ctg (0 + ф) = f, (П.65)
коэффициент возрастания усилия становится
равным бесконечности, а механизм заклини-
вается.
При углах подъема 0, близких к значениям,
при которых происходит заклинивание меха-
низма, сравнительно небольшие отклонения
фактических значений углов 0 и ф и коэф-
фициента трения f от расчетных могут вызвать
значительное изменение коэффициента возраста-
ния усилия е и даже привести к заклиниванию
механизма. Отклонение фактической величины
угла 0 от расчетной возникает вследствие оши-
бок изготовления, а угла трения ф и коэффи-
циента трения f — вследствие изменения удель-
ных давления, сорта смазки и т.п.	Рис. п 79 Схема к 0
Исследования точности изготовления кулач- лению К0ЭффИЦИента возра-
ков станков-автоматов показывают, что откло-	стания усилий
нения АО достигают 2° 30'—3°. Коэффициент
трения направляющих f в момент начала движения может колебаться,
поданным графика, приведенного на стр. 141, в пределах 0,18—0,28.
Коэффициент трения роликовых башмаков определяется выражением
<IL66)
где d — диаметр оси ролика;
D — наружный диаметр ролика;
f — коэффициент трения ролика на оси.
Поданным Ленинградского станкостроительного завода им. Я. М. Сверд-
лова, коэффициент трения при медленно вращающихся цапфах изме-
няется в пределах от 0,15 до 0,22. При отношении d/D = 0,5 угол трения ф
может изменяться от 4° 20' до 6° 20'.
Коэффициент трения остроконечных башмаков, по данным исследова-
ний автора, изменяется в пределах 0,12—0,24.
Построим графики зависимости коэффициента возрастания усилий
от угла подъема 0 при расчетных значениях 0, ф и f и фактических
303
значениях 6 + А0, ф + Аф и /+А/, приняв ф«к« = 4'30'; /™™ = 0,18;
АО + Дф = 5° 30'; А/ = 0,1.
При расчетных значениях 0, <р и / заклинивание механизма имеет место
ПРИ 6Ржч = 75° 15', однако, как видно из графиков, в случае отклонения
значений 0, <р и/от расчетных уже при 0^ = 55-<-60° происходит резкое
увеличение коэффициента возрастания усилий, что может привести к по-
ломке механизма или преждевременному износу его.
Для обеспечения надежности работы кулачкового механизма угол 0 дол-
жен быть выбран таким, чтобы при практически возможных отклонениях
расчетных значений 0, ф и f коэффициент возрастания усилий е изменялся
в определенных заранее установленных пределах.
30	35	40	45	50	55 0^си ЗВ 35	40 45	50	55 8^..,
Рис. II.80. Графики изменения коэффициента возрастания
усилий е и q
Обозначим
9=^2-,	(П.67)
Ърасч
где ерат — коэффициент возрастания усилий при расчетных значениях
0, ф и /;
ЕФакт — коэффициент возрастания усилий при увеличении расчетных
значений 0, ф и / на величину А0, Аф и А/.
Чем меньше величина q, тем в меньших пределах будут колебаться
силы, приложенные к звеньям кулачкового механизма, тем стабильнее
условия его работы, но тем меньше допустимый угол подъема 0йгог, тем
больше время холостых ходов.
Построим график зависимости q от угла подъема профиля 0 (рис. 11.80).
Из графика видно, что при увеличении угла подъема 0 до 50—55е отноше-
ние q возрастает сравнительно медленно, дальнейшее же увеличение углов
подъема дает резкое возрастание q. Поэтому в качестве допустимого угла
подъема для рассматриваемого механизма следует принять угол, лежа-
щий в интервале 50—55°, при котором отношение q находится в преде-
лах 1,75—2,3. Окончательно можно было бы принять угол 0=52° и 9=2.
Для других схем кулачковых механизмов с поступательно движущи-
мися толкателями необходимо на основе изложенной методики определе-
ния тяговых усилий найти зависимость между силами Р и Т, определить
и Ъфакт Для ряда значений 0 и построить график зависимости q от 0,
на основании которого и выбрать допустимый угол подъема 0ЙО„.
Определение коэффициента возрастания усилий
при поступательно движущемся толкателе
В качестве примера рассмотрим определение коэффициента возраста-
ния усилия для кулачкового механизма, схема которого представлена
на рис. 11.81. Составляющие реакций, определенные по изложенной выше
304
методике (см. стр. 146), приведены
в табл. П.З. В зависимости от вели-
чины угла 0 и численных значений ве-
личин I и Ь, входящих в формулы для
определения реакций, возможен один
из двух случаев:
Т ctg (6 + tp) z Тг
_ - __.
Т ctg (0 + ср) z Тг
~w
21
В интервале углов, определяемых
из выражения
ctg(0 + Ф)<-р,
имеет место первый случай; в интерва-
ле углов, определяемых из выражения
ctg(0 +
— второй случай.
В первом случае сумма реакций
равна £ N = ф- Т
и уравнение равновесия принимает вид
Tctg(0 + <p)= (4r + T)f+P,
откуда
8=-------------1-7—~------— . (11.68)
ctg (6 +ср) — ^2-у- + 1J f
Во втором случае сумма реакции
равна
и уравнение равновесия принимает вид
Т ctg (0 + <р) =
Т ctg (6 + ср) г
I
+ r)f + P,
откуда
е=-------------------------------. (11.69)
ctg(6 + <p)	-2-у- fj-f
В станкостроении обычно > 2 и
второй случай может иметь место при
0 < 22ч-25°. При быстрых ходах угол
подъема 0 обычно больше 25° и при ис-
следовании зависимости е от угла 0
следует пользоваться формулой (IL68).
305
На рис. 11.82 приведены графики зависимости; q от 0 при трех значениях
величины -у и при -у > 2. Пользуясь этими графиками, можно устано-
вить величину допустимого угла подъема для проектируемого механизма
при отношениях -у, близких к приведенным на рис. П.82.
Рис. 11.81. Схема к определению коэффи-
циента возрастания усилий при поступательно
движущихся толкателях
Рис. 11.82. Графики зависимости д от
z
И при различных соотношениях ——
Ь
для кулачкового механизма, предста-
вленного на рис. П.81
Определение коэффициента возрастания усилий
при стержневом толкателе (рис. П.83)
Стержневые толкатели находят значительное применение. Для стержне-
вого толкателя с роликом, расположенным симметрично относительно
осевой плоскости, уравнения равновесия имеют вид:
Рис. П.83. Графики зависимости q
от 6 для кулачковых механизмов
со стержневым толкателем
Т —	+ N2 = 0;
Р - Т ctg (6 + <р) + (Л\ + N2) f = 0;
Ta-N2l-(N1-N^-^f = 0.
Решая эти уравнения, находим зави-
симость между Р и Т и формулу для опре-
деления коэффициента возрастания усилия
е =---------------*	---------. (I J .70)
ctg(e + <p)-L-(2a+l-df)
Обычно диаметр толкателя мал по
сравнению с / и величиной df можно пре-
небречь. Тогда
е =------------1-.------(П.71)
ctg (6 + <р) — f \2 — + 1 )
Приведенные на графике (рис. 11.83) зависимости q от 0 для двух значе-
„	а
нии отношения -у позволяют ориентировочно выбрать допустимые углы
306
подъема для проектируемых механизмов при значениях близких к ука-
занным на рис. 11.83.
Определение коэффициента возрастания усилий
при качающемся толкателе
Т на
кулачке.
Рассмотрим зависимость между усилием Рр (рис. 11.84), которое при-
ложено к системе передач, связывающей рычаг с рабочим органом, и
окружным усилием
а
Рис. 11.84. Схема к определению коэффициента возраста-
ния усилий при качающихся толкателях
Уравнение равновесия моментов имеет вид
Рг, = Рр r2 + Mmp,	(П.72)
где Р — усилие на башмаке, действующее под углом 90° к рабочему
плечу рычага О,с\
г, — длина рабочего плеча рычага;
Рр — рабочее усилие на рычаге, действующее под прямым углом
к плечу О,а рычага;
г2 — длина плеча рычага, к которому приложена рабочая на-
грузка;
Л4тр — момент сил трения на оси вращения рычага.
М.-Л/4,	<п-73>
где А — реакция в точке Ох;
d — диаметр оси вращения рычага;
f — коэффициент трения на оси вращения рычага.
Для рассматриваемой схемы
А = V~(PP + P)2+Rp,	(П.74)
где Rp — сила, действующая вдоль рабочего плеча рычага.
Из чертежа имеем
R„ = Р tg (6 + <р + 6),	(П.75)
где 6 — угол наклона толкателя.
307
Сделав соответствующие подстановки в уравнении (11.72) и выполнив
ряд преобразований, получим уравнение
Р = —-------.	(11.76)
-А. _ / tg (Н +	+ 6)
’2.	2
Найдем зависимость между силами Р и Т. Из чертежа
Т = RK sin (6 + q>);	(11.77)
= cos (6 + + 6) *	1 ’78)
откуда
'р _ Р Sin (6 4~ <р)	, *7Q\
1 " cos (6 +ф 4-й) •	(11.79)
Подставив в уравнение (11.79) выражение для Р из уравнения (11.76) и
проведя ряд преобразований, получим
е = ~ =---------------1---------j-	(11.80)
р	ctg (0 4- ф) — sin й — / —— п
Данное выражение получено при прямом направлении вращения
кулачка и скорости толкателя, направленной от оси вращения кулачка,
в других случаях знаки принимают в соответствии с табл. II.2.
Величину и знак б определяют по формулам (11.42) и (11.44).
Поскольку коэффициент возрастания усилия зависит от угла 0, кото-
рый имеет свое значение для каждой точки профиля, то и допустимый угол
подъема также должен иметь свое значение для каждой точки профиля.
Исследование этого вопроса показывает, что величина допустимого угла
подъема в данной точке профиля может быть определена на основе выра-
жения
6<Эол — 05оп ± б,	(11.81)
где 6д0„ — допустимый угол подъема при 6 = 0;
6 — угол наклона толкателя при контакте башмака с данной точкой
профиля.
Знаки принимают в соответствии с табл. II.2.
Знак угла б определяют по формулам (11.42) и (11.44).
Как показывает исследование, форма рычага оказывает сравнительно
небольшое влияние на коэффициент возрастания усилий. Поэтому форму-
лой (11.80) можно пользоваться при различной форме рычагов.
На основе изложенной выше методики определены допустимые углы
подъема для кулачковых механизмов с качающимся толкателем. Расчеты
выполнены при отношении й/2га = 0,1, однако приведенные ниже значе-
ния допустимых углов подъема могут быть использованы и при других
значениях d/2i\, близких к указанному, так как это отношение не оказы-
вает существенного влияния на величину допустимого угла подъема.
При монтаже кулачкового вала на опорах качения можно пользоваться
следующими значениями допустимых углов подъема при 6 = 0: при роли-
ковом башмаке 0аоп = 68 = 70°, при остроконечном — 0ЙОП = 58=60°.
При монтаже кулачкового вала на опорах скольжения указанные значе-
ния следует уменьшить на 3—5°.
Следует заметить, что вопрос об определении допустимого угла подъема
имеет смысл только для тех участков профиля, на которых перемещение
толкателя происходит под действием силы, приложенной со стороны
кулачка. Для тех участков профиля., на которых перемещение толкателя
308
происходит под действием замыкающей силы, определение допустимого
угла подъема профиля не имеет, смысла, так как на этих участках заклини-
вание кулачкового механизма не возникает. В этом случае руководствуются
другими соображениями, которые рассматриваются ниже.
Поскольку при прочих равных условиях допустимые углы подъема
профиля при качающихся толкателях больше, а цикловые углы соответ-
ственно меньше, чем при поступательно движущихся толкателях, то при
использовании качающихся толкателей удается за счет сокращения углов
холостых ходов достигнуть более высокой производительности станка.
Этим обусловлено преимущественное распространение в станках-автома-
тах кулачковых механизмов с качающимися толкателями.
13. ПРОФИЛИРОВАНИЕ УЧАСТКОВ РАБОЧИХ ХОДОВ
КУЛАЧКОВ СТАНКОВ-АВТОМАТОВ
В процессе профилирования кулачков для каждого из участков
должно быть выполнено следующее: установлены (в соответствии с рекомен-
дациями предыдущего параграфа) величины радиусов-векторов для диско-
вых кулачков или координаты х для цилиндрических кулачков; выбрана
форма профиля; определена в случае необходимости величина допустимого
угла подъема профиля и установлен профильный угол.
Выбор формы профиля производится в соответствии с характером осу-
ществляемого движения и конструктивными формами кулачкового меха-
низма.
Кривые рабочих ходов должны обеспечивать постоянную скорость пере-
мещения рабочего органа. Поскольку промежуточная передача, связы-
вающая башмак с рабочим органом, должна быть спроектирована так,
чтобы ее передаточное отношение мало изменялось в процессе перемещения
рабочего органа (см. стр. 297), то при профилировании кривых рабочих
ходов обычно ограничиваются условием обеспечения постоянства скорости
башмака.
Дисковые кулачки
При центральном прямолинейно движущемся
толкателе постоянная скорость толкателя может быть получена при
центровом профиле, очерченном по спирали Архимеда.
Уравнение спирали Архимеда может быть представлено либо в виде
Р = Тз^>	(П.82)
где Н — шаг спирали (подъем спирали при повороте радиуса-вектора
на угол 360°);
у — текущий угол поворота радиуса-вектора в град',
либо в виде
р = уа,
где а — параметр спирали (подъем спирали при повороте
тора на угол, равный одному радиану);
у — текущий угол поворота радиуса-вектора в рад.
а = рг ~ рг-1 = ,1пр
Упр	Упр ’
где рг и рг.л — наибольший и наименьший радиусы-векторы участка
профиля;
у„р — профильный угол в рад.
(11.83)
радиуса-век-
(11.84)
309
Угол подъема профиля в форме спирали Архимеда определяется в точке
с радиусом-вектором р по формуле
tge = f
(11.85)
Рис. П.85. Кривая рабочего хода, размеченная дугами
окружности
В случае применения качающихся толкателей постоян-
ство скорости хода рабочего органа при inp я» const может быть достигнуто,
если угловая скорость качающегося толкателя является постоянной.
Однако построение и изготовление профиля кулачка,который обеспечил бы
постоянство угловой скорости толкателя, оказалось бы чрезмерно трудоем-
ким. Поэтому при качающихся толкателях для профилирования кулачков
используется либо спираль Архимеда, либо спираль, размеченная дугами
окружности (рис. 11.85).
Поскольку при качаю-
щемся толкателе спираль
Архимеда не обеспечивает
требующийся равномерно-
сти хода, то предпочтение
отдают спирали, размечен-
ной дугами окружности.
Спираль, размеченная
дугами окружности,
строится следующим обра-
зом. Вдоль радиуса-векто-
ра откладывают равные
интервалы оох, . . .,
ово7 и через точки о, ох, о2,
о3.....о7 проводятся из
точки О окружности. На
окружности, описанной радиусом L, равным расстоянию от оси вра-
щения кулачка до оси поворота качающегося толкателя, откла-
дывают равные дуговые интервалы о оь о[о2, . - ., ОбО7. Из точек о ,o 'i.
07 радиусом гх, равным радиусу рабочего плеча качающегося толка-
теля, проводят ряд дуг окружностей. Точки, пересечения дуг, проведен-
ных радиусом гх из точек о , О;, . . ., 07, с дугами, проведенными через
точки о. О], . . ., о7, являются точками профиля кулачка.
Параметр спирали, размеченной дугами окружности, определяется
выражением
а'=	,	(П.86)
где у' — угол поворота кулачка при изменении радиуса-вектора от зна-
чения р0 = р2_х до значения р„ = рг, равный цикловому углу.
Угол подъема профиля определится из выражения [1161
°'	]/4р2Л2-(р2 + £2-^
Однако и спираль, размеченная дугами окружности, не обеспечивает
полной равномерности хода. Величина неравномерности зависит от значе-
ния k — см. формулу (11.43) [116]. При прямом вращении кулачка нерав-
номерность сильно возрастает, если k становится меньше 0,95, а при об-
ратном вращении кулачка —если k становится больше 1,05. Поэтому
при выборе значений k не следует выходить из указанных пределов, не-
310
смотря на то, что по другим соображениям, изложенным ниже, при пря-
мом вращении кулачка стремятся принимать возможно меньшие, а при об-
ратном — возможно большие значения k.
Цилиндрические кулачки
В цилиндрических кулачках как при прямолинейно движущихся, так
и при качающихся толкателях используется винтовая линия.
Уравнение винтовой линии может быть представлено в виде
h = ^ynp,	(П.88)
где Н — шаг винтовой линии.
Угол подъема винтовой линии является величиной постоянной и опре-
деляется по формуле
tg 6 =	= hnp 360°,	(11.89)
v nD VnpnD ’	'	’
\пр 360о
где h2 и h2_i — координаты крайних точек профиля;
D — средний диаметр цилиндрического кулачка.
Профильный угол участков рабочих ходов определяется после расчета
длительности цикла (см. стр. 555—557).
Углы подъема кривых рабочих ходов обычно меньше допустимых и их
знание необходимо для определения коэффициентов возрастания усилий и
сил, действующих в механизмах станка.
14. ПРОФИЛИРОВАНИЕ УЧАСТКОВ
БЫСТРЫХ ХОДОВ КУЛАЧКОВ СТАНКОВ-АВТОМАТОВ
Кривые участков быстрых ходов должны иметь минимальные цикловые
углы. В момент вступления участка кривой, удовлетворяющей этому усло-
вию, в контакт с башмаком, возникают удары первого рода. Поскольку
кулачки станков-автоматов имеют
сравнительно низкую скорость враще-
ния, то динамические нагрузки, возни-
кающие при ударах первого рода, во
многих случаях остаются в допустимых
пределах, вследствие чего кривые с ми-
нимальными цикловыми углами широко
используются для профилирования
участков быстрых ходов кулачков стан-
ков-автоматов. Следует заметить, что
подобные кривые имеют сравнительно
простую форму и поэтому не требуется
больших затрат на профилирование
кулачков.
В тех случаях, когда динамические
нагрузки при ударе выходят за пределы
допустимых, приходится использовать
ту или иную из общеизвестных кри-
вых, обеспечивающих плавное изме-
нение скоростей (рис. 11.86).
При постоянном ускорении и ускорении, изменяющемся по косинусо-
иде, возникают удары второго рода, при изменении ускорения по синусо-
иде отсутствуют также и удары второго рода.
При одинаковых размерах профиля — одинаковой величине подъема
и одинаковых профильных углах — наименьшее ускорение возникает
Рис. 11.86. Графики ускорений, скоро-
стей и перемещений: а — при постоян-
ном ускорении; б — при изменении
ускорения по закону косинусоиды;
в — при изменении ускорения по за-
кону синусоиды
311
Рис. П.87. Замена логариф-
мической спирали дугой
окружности
при движении с постоянным ускорением (см. рис. 11.86), наибольшее —
при изменении ускорения по закону синусоиды. Если выбор профиля ли-
митируется величиной ускорения, то представляется целесообразным
остановиться на кривой, обеспечивающей движение с постоянным ускоре-
нием.
Однако при сравнительно низкой скорости вращения кулачков станков-
автоматов величина ускорения редко определяет выбор формы профиля,
обеспечивающего плавное изменение скорости. В данном случае важно
лишь исключить появление ударов первого рода. При этом из возможных
вариантов целесообразно выбрать такой, профиль которого имеет мини-
мальный профильный угол. В этом случае следует руководствоваться наи-
большим углом подъема профиля, который не должен превышать допусти-
мого угла подъема.
Во всех трех случаях профиль имеет наи-
больший угол подъема в точке, делящей про-
фильный угол пополам. При одинаковом наи-
большем угле подъема кривые, обеспечивающие
движение с постоянным ускорением или с уско-
рением, изменяющимся по закону синусоиды,
имеют одинаковые профильные углы, а кривая,
обеспечивающая изменение ускорения по зако-
ну косинусоиды, имеет меньший профильный
угол. Так как с уменьшением профильного угла
холостого хода возрастает производительность,
то последней кривой следует отдать предпоч-
тение, если величина возникающего при этом
ускорения не выходит за пределы допустимого.
Следует заметить, что кривые холостых ходов сменных кулачков универ-
сальных станков-автоматов, которые всегда очерчиваются по шаблону,
неизбежно работают с ударами первого рода.
Во всех случаях кривые, обеспечивающие плавное изменение скорости,
имеют большие профильные углы, чем кривые, работающие с ударами.
Дисковые кулачки
Кривые с минимальными профильными углами. При центральном пря-
молинейно движущемся толкателе наименьший профильный угол может
быть получен при центровом профиле в форме логарифмической спирали,
которая имеет постоянный угол подъема. В момент начала и конца движе-
ния возникает удар.
Определив допустимый угол подъема при наиболее неблагоприятном
положении толкателя, угол (в рад) профиля, очерченного логарифмической
спиралью, находят из уравнения логарифмической спирали
р = Роет tee,
откуда
ГДе рг_] ро, рг = Ртах-
Логарифмическую спираль заменяют дугой окружности (рис. II.87).
Положение центра заменяющей окружности определяется по формуле
X = _P£ZZJ^dL_,	(И.91)
312
радиус заменяющей окружности — по формуле
Я = У^^+РгРг-! 	(I I -92)
При кинематическом замыкании логарифмическая спираль исполь-
зуется как для профилирования участка профиля, перемещающего баш-
мак от центра, так и для профилирования участка профиля, перемещаю-
щего башмак к центру, при силовом замыкании — только в первом случае.
При качающемся толкателе наименьший угол профиля может быть
получен при использовании кривой с постоянным допустимым углом
подъема в каждой точке профиля. Такая кривая может быть построена
графо-аналитическим методом. Весь интервал радиусов-векторов от р2-1
до р2 разбивается на ряд равных частей Ар. Для каждого из значений ра-
диусов-векторов р2_! + Ар, р2_, + 2Ар ит. д. находят по формуле (11.42)
угол б и по формуле (11.81) — допустимый угол подъема. Угол между
двумя смежными радиусами-векторами pz_j и р, определяют по формуле
ДТ=------.	(Ц.93)
Р/-1 tg ^дт
Откладывая одно за другим найденные значения Ау, проводят радиаль-
ные лучи, на которых, в свою очередь, откладывают соответствующие
значения радиусов-векторов, через вершины которых приводят плавную
кривую, являющуюся кривой профиля с допустимым углом подъема во
всех точках. Полученную кривую целесообразно заменить дугой окруж-
ности, подобранной графически.
Прежде чем приступить к построению кривой профиля, необходимо
выбрать для дисковых кулачков величину k [см. формулу (11.43)], а для
цилиндрических — соотношение между углами 6j и ба [см. формулы
(11.44)]. Соответствующие рекомендации приведены в табл. II.4.
Таблица 11.4
Параметры кулачковых механизмов с качающимися толкателями
Замыкание	Направление вращения	Кулачки	
		Дисковые	Цилиндрические
Кинематическое	Прямое	*=0,96-5-1,0	О м
	Обратное	*=1,0-5-1,05	О® м 11
Силовое	Прямое	*=0,95	62>6,
	Обратное	*=1,05	
При прямом направлении вращения кулачка и k = 0,95 кривая с допу-
стимым углом подъема в каждой точке, принадлежащая участку профиля,
осуществляющему перемещение башмака в направлении от центра кулачка,
может быть с достаточной точностью заменена спиралью Архимеда. Опре-
делив для нескольких значений радиусов-векторов в интервале p2_i=p2
углы б и допустимые углы подъема 0, выбирают наименьшее значение 0
из всех полученных и на основе этого значения находят, воспользовав-
шись формулой (II.85), параметр а спирали Архимеда.
При обратном направлении вращения кулачка и k = 1,05 кривая
с допустимым углом подъема в каждой точке, принадлежащая участку
профиля, осуществляющему перемещение башмака в направлении от цен-
тра кулачка, может быть с достаточной точностью заменена логарифми-
ческой спиралью. В качестве угла подъема логарифмической спирали
313
принимается наименьшее значение из ряда углов, найденных для несколь-
ких значений радиусов-векторов в интервале рг_1<-рг.
Для других условий и значений k кривые строятся описанным выше
графо-аналитическим способом.
В цилиндрических кулачках кривая с допустимым углом подъема
в каждой точке обычно заменяется винтовой линией с углом подъема,
равным наименьшему из всех найденных для данного участка значений.
При силовом замыкании форма кривых, управляющих перемещением
башмака под действием замыкающей силы, не определяется величиной
допустимого угла подъема.
Если принять при силовом замыкании величину замыкающей силы
постоянной, то движение рабочего органа можно считать равномерно
ускоренным, происходящим под действием силы Р,
р = р _ р
*	1 s * тр>
где Ря — замыкающая сила;
— сила трения на направляющих рабочего органа.
Если профиль кулачка не препятствует свободному перемещению
рабочего органа под действием замыкающей силы, то время перемещения
рабочего органа на величину I может быть найдено из формулы
tx.x-V-p^p—’	(И-94)
где т — масса рабочего органа.
Величину замыкающей силы предварительно определяют исходя из
размеров замыкающей пружины, принятых в процессе разработки эскиз-
ного проекта в соответствии с условиями ее размещения. Если время tx,x
оказывается значительным, то принимают меры к увеличению размеров
пружины.
При свободном движении рабочего органа под действием замыкающей
силы в момент перехода башмака на цилиндрический участок профиля
кулачка рабочий орган имеет скорость
о = J/	f	(I i .95)
вследствие чего возникает удар первого рода. Сила удара находится в соот-
ветствии с изложенной ниже методикой (см. стр. 320). Если сила удара
не выходит за допустимые пределы, то при профилировании рассматривае-
мого участка профиля кулачка можно исходить из условий свободного
движения рабочего органа под действием замыкающей силы.
Зная время холостого хода tx_x и определив в соответствии с изложен-
ной ниже методикой время цикла Т (см. стр. 555), можно построить профиль
кулачка, при котором сохраняется контакт между башмаком и кулачком
в процессе движения под действием замыкающей силы.
Для этого находят цикловой угол
y„=-^360°,	(11.96)
соответствующий времени холостого хода tx.x. Цикловой угол разбивают
дугами окружности (см. стр. 310) на к равных интервалов. На это же число
интервалов разбивают время холостого хода tx,x и по формуле
,  Рз— Ртр /а
=------2m---
находят величину перемещения рабочего органа по истечении одного ин-
тервала времени, по истечении двух интервалов времени и т. д. Зная вели-
314
чины перемещений рабочего органа, графически определяют положение
центра ролика для всех положений рабочего органа и находят соответ-
ствующие этим положениям величины радиусов-векторов, которые в по-
рядке убывания откладывают на дугах окружности, делящих цикловой
угол на к интервалов. Соединяя полученные точки плавной кривой, нахо-
дят искомый профиль.
Однако применение подобного профиля не имеет особого смысла, так
как он не влияет на закон свободного движения рабочего органа под дей-
ствием замыкающей силы. Поэтому данный профиль заменяют простейшим
профилем (дугой окружности или прямой линией), не препятствующим
движению рабочего органа.
Если динамические нагрузки, возникающие при ударе в момент пере-
хода башмака на участок стояния, оказываются больше допустимых,
то целесообразно применить кривую постоянных ускорений.
Вопрос об определении профильных углов для кривых указанной
формы рассматривается ниже.
Кривые, обеспечивающие плавное изменение скорости. Выбор разме-
ров кривой определяется либо допустимым углом подъема, либо величи-
ной ускорения.
При центральном прямолинейно движущемся толкателе при опреде-
лении профильного угла приравнивают наибольший угол подъема допу-
стимому углу подъема профиля в точке с радиусом-вектором, равным
(11.97)
Угол профиля определяется по одной из формул (П.98), приведенных
в табл. II.5.
После определения времени цикла находят по формуле (II.59) время
холостого хода и далее, воспользовавшись одной из формул (11.101),
проверяют величину ускорения и соответствующие ей динамические
нагрузки.
Если величина ускорения оказывается чрезмерно большой, то за-
даются допустимой величиной ускорения и по одной из формул (11.101)
находят время соответствующего холостого хода. В дальнейшем, опреде-
лив время цикла находят по формуле (11.96), цикловой и профильный
углы.
Радиусы-векторы профиля, необходимые для его вычерчивания и таб-
личного задания, могут быть определены по формулам (II.100).
При качающемся толкателе для определения профильного угла в фор-
мулы (II.98) подставляется значение допустимого угла подъема, найденное
для точки с радиусом-вектором рср, уменьшенное на 4—6°. Далее для
двух-трех значений угла у, равных Др- ± 0,02упр,	± 0,04упр,
± 0,06упр и т. д., находят по одной из формул (11.99) углы подъема
профиля, а по одной из формул (II. 100) соответствующие значения радиу-
сов-векторов, для которых определяют допустимые углы подъема. Найден-
ные значения фактических и допустимых углов подъема профиля сравни-
вают; если фактические углы подъема не превышают допустимых, то
сохраняют ранее найденное значение профильного угла. В ином случае
уменьшают на соответствующую величину значение ддт, подставляемое
в одну из формул (II.98), и определяют уточненное значение профильного
угла.
В остальном поступают так же, как при центральном прямолинейно
движущемся толкателе.
315
9IS
Формулы для определения ynp, tg 6,
Цилиндрические кулачки
Кривые с минимальными профильными углами. В качестве кривой
с минимальным профильным углом для осуществления быстрых ходов
в цилиндрических кулачках используется винтовая линия как при прямо-
линейно движущемся, так и качающемся толкателе.
Угол подъема принимают равным допустимому углу подъема при
наиболее неблагоприятном положении толкателя, после чего находят
профильный угол по формулам:
в град
Упо =	— 360°,	(11.102)
в рад
2hnt>
При силовом замыкании в период свободного движения рабочего
органа под действием замыкающей силы определяется, как и при диско-
вых кулачках, время холостого хода, цикловой и профильный углы,
а сам профиль очерчивается винтовой линией.
Кривые, обеспечивающие плавное изменение скорости. При расчете
кривых, обеспечивающих плавное изменение скорости, используется
полностью та же методика, которая применяется для расчета дисковых
кулачков. Соответствующие формулы приведены в табл. II.6.
Таблица II.6
Формулы для определения апр, tg 0, h и tx. х
	апр	tg	h		1х- X
Постоянное ускорение	2hnp апр tgota	4hnpa tg 0 =	2 anp	В интервале anp a+~ h — —-— a2 anp	В интервале &пр h = hnp X x[l- 2 Х апр УЛапр — а)2	Н4- см II ч
Ускорение, изменяющееся по синусоиде			, ( a П ~ hnp \~^ ~ 1	 „ a \ 	— sin 2л	 I 2л	anp /		
	Qh-np	anP X (1 — cos 2 л —— ) \	anP J			1 / 2л/ tx. X = L ’ Itnax
Ускорение, изменяющееся по косинусоиде	nhnp	sihnp tg 0 “ 2o X a X sin л — anp	,	1гпр х X ( 1 — COS л —— ) \	апр /		-J 11 "й <N II
	апр 2tgedo„				
Номер орму- лы	(11.104)	(11.105)	(11.106)		(11.107)
317
О сопряжении отдельных участков профиля
Так как на участках сопряжения смежных участков профиля происхо-
дит подрезание действительного профиля кулачка, то участки центровых
профилей сопрягаются дугами окружности с радиусом, равным радиусу
ролика. Эти переходные участки (апес, упер) вносят искажения в цикло-
Рис. 11.88. Сопряжение отдельных участков профиля кулачка
вые углы [61J. Уточнить величину цикловых углов с учетом переходных
кривых проще всего графически (рис. 11.88). В отдельных случаях такое
уточнение не дает существенных результатов и поэтому не всегда яв-
ляется необходимым.
15. ДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ
В КУЛАЧКОВЫХ МЕХАНИЗМАХ СТАНКОВ-АВТОМАТОВ
Динамические нагрузки возникают при осуществлении быстрых
холостых ходов. Характер динамических нагрузок зависит от формы
кривых профиля и параметров кулачкового механизма.
Если форма кривой холостого хода обеспечивает плавное изменение
скорости в соответствии с одним из рассмотренных выше законов, то вели-
чина ускорений либо определяется по приведенным выше формулам,
либо устанавливается в процессе проектирования исходя из условий
работы механизма.
Поскольку величина ускорений и в том и в другом случае оказы-
вается известной, то силу, необходимую для перемещения рабочего органа,
определяют по общеизвестной формуле
а усилия в звеньях механизма определяются по приведенным выше фор-
мулам с учетом коэффициента возрастания усилий.
При использовании кривых с минимальными цикловыми углами
в момент контакта профиля кулачка с башмаком происходит мгновенное
изменение скорости, которое сопровождается появлением значительных
динамических нагрузок, величина которых зависит от структуры кулачко-
вого механизма.
При определении динамических нагрузок, возникающих в кулачковом
механизме, в большинстве случаев приходится рассматривать отдельный
кулачковый механизм, осуществляющий перемещения одного подвижного
318
элемента. Такой кулачковый механизм является частью разветвленной
многомассовой системы. В дальнейшем мы будем рассматривать такой
механизм либо как двухмассовую, либо как одномассовую систему
(рис. 11.89).
Рассматриваемая система может быть представлена в самом общем
случае в виде червячного колеса 1, вращающегося с постоянной скоро-
стью, упругого вала, связывающего червячное колесо с кулачком 2,
имеющим момент инерции J, упругой рычажной передачи 3 и поступа-
тельно движущегося рабочего органа 4 с массой т2, к которому прило-
жена сила сопротивления Рс.
При определении момента инерции кулачка к нему присоединяются
все близко расположенные на кулачковом валу вращающиеся звенья.
При определении массы подвижного рабочего органа к ней присоеди-
няется в соответствии с методами
массы звеньев промежуточной пе-
редачи.
Крутильная жесткость кулач-
кового вала определяется по обще-
известной формуле
GJB
ск = -~-,	(П.108)
«в
где G — модуль упругости при
сдвиге;
Jp — полярный момент инер-
ции;
1в — длина вала.
Переходя к вопросу о жест-
кости промежуточной передачи,
теории машин и механизмов часть
Рис. 11.89. Схема кулачкового механизма
к определению динамических нагрузок
следует заметить, что в зависимости от
характера решаемой задачи при-
ходится сталкиваться с двумя разновидностями выражений для опреде-
ления приведенной жесткости этой передачи.
Если необходимо определить жесткость промежуточной передачи,
нагружаемой силой, приложенной со стороны рабочего органа, то выра-
жение для определения приведенной жесткости имеет вид
РР
2 Л1 + ^2 + ' • ’ +	’
(11.109)
где Д1; А 2 — смещение подвижного рабочего органа вследствие податли-
вости каждого из последовательно соединенных элементов
промежуточной передачи;
Р, — сила, приложенная к промежуточной передаче со стороны
рабочего органа.
Если необходимо определить жесткость с2 промежуточной передачи,
нагруженной силой, приложенной со стороны кулачка, то в выражение
(11.109) подставляется вместо Рр сила, действующая со стороны кулачка —
Рк, а величины перемещения рабочего органа вследствие податливости
каждого из звеньев определяют при соответственных измененных усло-
виях нагружения.
В качестве примера рассмотрим определение приведенной жесткости
промежуточной передачи, представляющей собой двуплечий рычаг
(рис. 11.90).
Передача состоит из трех звеньев: рычагов 1 и 3 и вала 2. К ро-
лику рычага 3 со стороны рабочего органа 4 приложена сила РР.
319
Изгиб рычага 5 происходит под действием силы Ppcosa. Смещение А3
рабочего органа вследствие деформаций изгиба рычага 3 равно
. _ рР1рзсо^а
-	3£J3	’
где Е — модуль упругости при растяжении;
Js — момент инерции сечения рычага 3.
Закручивание вала 2 происходит под действием момента силы Ppcosa.
Смещение рабочего органа вследствие закручивания вала 2 равно
Рис. 11.90. К определению жесткости про-
межуточной передачи кулачкового механизма
Пользуясь данной методикой, можно
Л _ ^;Лс«2а
~ ~ GJP
Изгиб рычага 1 происходит под
Ppcosa/рз
действием силы-----------.
‘П
Смещение рабочего органа
вследствие изгиба рычага 1 равно
Л -
1 3EJ,
Приведенная жесткость рассмат-
риваемой передачи определится
выражением
cs =
_____________1___________
,2 / ZP;i , ln . /в \	’
 \ ЗУ-./.-,	3£J," ’ GJpJC°^a
где Jp — полярный момент инер-
ции вала;
— момент инерции сечения
рычага 1.
определить приведенную жесткость
промежуточной передачи при любом числе звеньев.
Поведение рассматриваемой системы будет зависеть от соотношения
масс и жесткостей звеньев, входящих в систему.
Процессы, происходящие при ударе в кулачковом механизме, рас-
сматриваемом как двухмассовая система с упругими связями, носят
весьма сложный характер. Как кулачок, так и рабочий орган могут
менять направление движения, башмак может отрываться от профиля
кулачка и т. д. Исследование всех стадий процесса, необходимое для
установления наибольших динамических нагрузок, весьма трудоемко
и практически может быть выполнено путем моделирования процесса
на ЭЦВМ. Рассмотрение методики моделирования на ЭЦВМ выходит
за рамки данной работы и мы ограничимся некоторыми распространен-
ными вариантами, при которых процессы, протекающие в кулачковом
механизме, могут быть рассмотрены в упрощенном виде.
Удар в кулачковых механизмах
без промежуточной передачи (рис. 11.72, а)
Благодаря высокой жесткости звеньев, связывающих кулачок с рабо-
чим органом, время удара в таких механизмах в большинстве случаев
оказывается значительно меньше периода собственных колебаний, что
320
позволяет рассматривать процессы, происходящие при ударе, без учета
действия всех внешних сил.
Исследование показывает, что такое рассмотрение дает удовлетвори-
тельные результаты при
0,3 ч-0,4.	(11.110)
Р Ч
Следует заметить, что при такой схеме кулачкового механизма жест-
кость в основном определяется деформациями ролика, при этом жесткость
является величиной переменной. Однако с достаточной для практических
целей степенью точности можно считать жесткость стыка ролика с профилем
кулачка постоянной. Полагая, что в данном случае имеет место контакт
цилиндра с плоскостью, мы можем определить величину смещения по
общеизвестной формуле
где df и — диаметр и длина ролика.
Приведенную зависимость можно заменить линейной
б = р =	,	(П.112)
г шах
где 6тах определяется по формуле (11.111) при наибольшем предпола-
гаемом значении силы Ртах.
Жесткость в направлении перемещения рабочего органа опреде-
ляется выражением
1
с2 = —.
w
Движение кулачка и рабочего органа при соударении без учета сил тре-
ния описывается уравнениями:
Jy = — (ру tg© — х2) с2р tg 0;
т2Х2 = (ру tg 0 — х2) с2,
где у — угол поворота кулачка;
х2 — перемещение рабочего органа.
Решая эти уравнения, находим силу удара
Р.пах-^^^4	(П.ПЗ)
где иа — скорость рабочего органа в момент соударения;
со — угловая скорость кулачкового вала,
t=i/(^yef2E.	(п.114)
Если ас *> 0,3 ч-0,4, то следует воспользоваться рекомендациями,
приведенными ниже для кулачковых механизмов с промежуточной пере-
дачей.
Удар в кулачковых механизмах с промежуточной передачей
Если приведенная масса рабочего органа мала по сравнению с массой
кулака и присоединенных к нему деталей или приведенная жесткость
промежуточной передачи мала по сравнению с приведенной крутильной
11 И. М. Кучер ; .417	321
жесткостью кулачкового вала, то скорость кулака в процессе соударения
можно в первом приближении принять постоянной и рассматривать
процесс как удар по одномассовой упругой системе.
Отношение массы кулачка и присоединенных к нему деталей к при-
веденной массе рабочего органа /п2 имеет вид
J____
sin3 0
атпр - —
Р т'2 ----ГТК----ГГ
2 cos2 (О ± б) р
(11.115)
Отношение приведенных жесткостей может быть представлено в виде
(у — __________________—____________
сы> 2 sin 0	. . ’
Р С;2 cos (0 ± б) 1₽г₽е
(11.116)
где ip — передаточное отношение звеньев промежуточной передачи, за
исключением качающегося толкателя.
Знаки берутся в соответствии с правилами для формулы (11.41) по табл.II.2.
Если aCfip t> 2,5 -е-3 или Отпр »> 2,5 -^3, то для определения динами-
ческих нагрузок можно воспользоваться формулой (1.117), подставив
вместо v скорость башмака v6, определяемую по формулам (11.45) или
(11.45 б), умноженную на передаточное отношение промежуточной пере-
дачи ip, и вместо жесткости с жесткость с2 промежуточной передачи.
Если Отпр <3 0,3 4-0,4, то необходимо принять в расчет деформации
части кулачкового вала, связывающей червячное колесо с кулачком.
В этом случае в формулу (1.117) надо подставить суммарную жесткость,
которая определяется выражением
.	.'. 2 sin 0
С« + C2WPlPP COS (0 ± б)
(11.117)
Знаки выбираются в соответствии с правилами, указанными для формулы
(11.41).
При определении динамических нагрузок, возникающих в момент
остановки рабочего органа, перемещающегося под действием замыкаю-
щей силы, кулачковый механизм также может быть представлен в виде
двухмассовой системы. В момент остановки происходят деформации
звеньев промежуточной передачи и деформации изгиба кулачкового
вала. При дисковом кулачке изгиб происходит под действием силы,
приложенной со стороны башмака, при цилиндрическом кулачке — под
«	Dcp
действием момента силы, приложенной на плече .
В данном случае для дисковых кулачков коэффициенты атпр и аСпр
имеют вид
где т± — масса кулачка;
(II. 118)
(11.119)
где с, — изгибная жесткость кулачкового вала, нагруженного силой,
приложенной в осевой плоскости кулачка.
322
Для цилиндрических кулачков
I ГН 1 ГА	7
«Шрк-ре) ^-^4-+ -^
°Ч?=' “7ДГТ
(P« + Pe)m2
(П.120)
где ры и р„ — соответственно наружный и внутренний радиусы кулачко-
вого барабана;
16 — длина кулачкового барабана;
q — удельный вес материала барабана.
Для определения коэффициента ас может быть использована фор-
мула (П.119), при этом величина сг определяется по формуле
.  '------r-jrr.	(П.121)
Pep I » . .о 1в 1
где 1в — длина кулачкового вала между опорами;
а — расстояние от опоры кулачкового вала до плоскости,
проходящей через ось башмака, перпендикулярной оси вала;
b = 1в — а\
рср — средний радиус кулачка.
Если ат >> 2,5 -s-З или аСпр > 2,5 4-3, то можно приближенно рас-
сматривать систему как одномассовую и определять динамические на-
грузки поформуле (1.117), подставляя вместо и скорость башмака в момент
остановки рабочего органа, найденную по формуле (11.95), и вместо с
жесткость промежуточной передачи са.
Если ат 0,3 4-0,4, то систему также можно рассматривать как
одномассовую и определять нагрузки по формуле (1.117), подставляя
вместо жесткости с суммарную жесткость кулачкового вала и промежу-
точной передачи, которая находится по формуле
сгс
,	( ip ?
\ COS б /
(11.122)
Для дискового кулачка подставляется изгибная жесткость, для цилин-
дрического — жесткость, найденная по формуле (II.121).
При других условиях динамические нагрузки могут быть определены
на основе исследования движения двухмассовой системы. Применение
приведенных выше методов при этом может дать весьма относительное
представление о действительных динамических нагрузках.
ГЛАВА VI ГИДРО- И ПНЕВМОПРИВОДЫ
Гидропривод станка обычно состоит: из резервуара —
гидробака, содержащего необходимый запас масла для
питания системы; агрегата, осуществляющего подачу масла в систему;
гидродвигателя, преобразующего движение потока масла во враща-
тельное или прямолинейное движение механических звеньев привода;
аппаратуры для управления потоком масла, изменения скорости движения
рабочих органов, предохранения системы от перегрузки, очистки масла
и трубопроводов, по которым осуществляется подача масла к соответ-
ствующим элементам системы.
323
Для гидропривода станков рекомендуется индустриальное масло 20
и 30; могут быть использованы и другие марки минеральных масел,
если их вязкость при рабочей температуре находится в пределах (3 ->
-5-8) °Е60. При пониженных температурах и в точных следящих системах
применяется масло индустриальное 12.
Удельный вес масла может быть принят величиной постоянной —
у = 900 кГ/м3.
Сжимаемостью масла при проектировании гидроприводов станков,
работающих при давлении р = 100 -г-150 кПсмЗ, в большинстве случаев
можно пренебречь.
16.	НАСОСЫ И ДРУГИЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ГИДРОПРИВОДОВ
Насосы, применяемые в гидроприводах станков, могут быть подраз-
делены на две основные группы — постоянной и переменной произво-
дительности [102].
Насосы постоянной производительности
Шестеренные насосы. Подача масла осуществляется шестернями 3 и 9
(рис. II.91), находящимися в зацеплении, расположенными в отверстиях
корпуса 2. Зазор между поверхностью отверстий корпуса и шестернями
должен находиться в пределах 0,07—0,12лии, а торцовый зазор — в пре-
делах 0,04—0,08 мм.
При вращении вала 4 масло засасывается через подводящее отверстие 1
и переносится во впадинах зубьев к нагнетательному отверстию 10. Зубья,
входя во впадины, выдавливают масло, которое через нагнетательное
отверстие 10 поступает в трубопровод.
Входной конец вала уплотнен с помощью втулки 8, торец которой
прижат к торцу фланца пружиной 7, упирающейся в кольцо 6, переме-
щение которого ограничено штифтом 5.
Масло, просачивающееся через зазоры в стыках, направляется через
соответствующие дренажные каналы в бак.
324
Отечественная промышленность выпускает ряд типоразмеров шесте-
ренных насосов производительностью от 3 до 140 л/мин и давлением
до 13 кПсм*.
Лопастные насосы. Различные модификации лопастных (шиберных)
насосов находят широкое применение в гидроприводах станков. Подача
масла осуществляется с помощью радиальноподвижных лопастей 13
(рис. 11.92), расположенных в пазах ротора 7, вращающегося вместе
с валом 8. В процессе вращения ротора лопасти прижимаются центро-
бежной силой и давлением масла к внутренней криволинейной поверх-
ности статора 5. Цилиндрическая поверхность ротора и криволинейная
поверхность статора образуют две серповидные камеры. С торцов объем
серповидных камер ограничен неподвижным 11 и подвижным 10 сталь-
ными дисками. Первоначальный поджим подвижного диска 10 выполня-
ется пружинами 9; в процессе работы поджим осуществляется давлением
нагнетаемого масла. В диске 11 имеется два выреза 14, через которые
серповидные камеры сообщаются с кольцевым подводящим каналом
325
корпуса 3. В кольцевой канал корпуса масло поступает через всасываю-
щее отверстие 12.
При вращении ротора против часовой стрелки лопасти попадают в зон)'
серповидной камеры, в которой расположены подводящие вырезы 14.
При повороте ротора лопасти выдвигаются в радиальном направлении
и объем пространства между двумя смежными лопастями увеличивается,
благодаря чему происходит всасывание масла, заполняющего пространство
между лопастями. При дальнейшем повороте ротора лопасти вдвигаются
в пазы, пространство между смежными лопастями уменьшается и масло
выдавливается через вырезы диска 10 в пространство между торцом диска
и корпуса 4, откуда оно поступает к нагнетательному отверстию 6. Через
отверстия диска 10 масло попадает в торцовую выточку ротора, откуда
оно поступает во внутреннюю часть пазов, в которых перемещаются лопа-
сти, и осуществляет прижим лопастей к внутренней поверхности статора.
Входной конец вала 8 уплотнен манжетой 15 из маслостойкой резины.
Масло, проникающее через зазоры в стыковых поверхностях, поступает
в полость, в которой расположена манжета. В этой полости поддержи-
вается избыточное давление 0,5—1,5 кПсм*, для чего в канале, предна-
значенном для слива утечек, установлен обратный шариковый клапан 1
с пружиной 2. Избыточное давление способствует надежному уплотнению
вала и препятствует засасыванию воздуха по валу насоса.
Отечественная промышленность выпускает ряд типоразмеров лопаст-
ных насосов производительностью от 5 до 200 л!мин и давлением до
65 кПсм?. Лопастные насосы выпускаются также сдвоенными, при этом
в одном корпусе помещается два насоса различной производительности,
роторы которых расположены на общем валу.
Поршневые насосы. Конструкции поршневых насосов весьма много-
образны. В качестве примера рассмотрим комбинированный насос, состоя-
щий из лопастного насоса низкого давления и аксиально-поршневого
насоса высокого давления (рис. 11.93). Лопастной насос 1 (рис. 11.93, а)
низкого давления рассмотренной выше конструкции служит для подачи
масла в цилиндры поршневого насоса. Восемь цилиндров поршневого
насоса установлено в неподвижном блоке 3. Поршни 4 насоса получают
движение от расположенной под углом вращающейся обоймы 5. Обойма 5
сидит на шарикоподшипнике на ступице 6, вращающейся вместе с валом 8.
При вращении вала обойма, воздействуя на концы упирающихся в нее
поршней, сообщает последним движение вдоль оси. Поршни выполняют
и функции распределительных устройств, при этом один из поршней попе-
ременно связывает полость цилиндра другого поршня то с линией подачи
масла от насоса низкого давления, то с линией нагнетания.
От насоса низкого давления масло поступает по каналу 2 к кольцевой
канавке 9, которая сообщается с полостью каждого из восьми цилиндров.
При нагнетании масло попадает в кольцевую канавку 7, которая также
связана с полостью каждого из восьми цилиндров.
Рассмотрим взаимодействие поршней в процессе работы. На рис. 11.93, б
представлено только два поршня: поршень III, который осуществляет
нагнетание масла, и поршень I, выполняющий функции распределитель-
ного устройства в отношении поршня III. Если наклонная обойма 5 распо-
ложена так, как показано на схеме,поршень/// находится в крайнем ниж-
нем положении, а поршень / — в среднем. В этот момент выточка поршня /
не сообщается ни с кольцевой канавкой 2, в которую по каналу 1 посту-
пает масло от насоса низкого давления, ни с кольцевой канавкой 3, от ко-
торой масло поступает к линии нагнетания 4. При повороте обоймы 5
по часовой стрелке поршень / начнет опускаться вниз, при этом выточка
поршня соединит кольцевую канавку 2, сообщающуюся с полостью
326
цилиндра, с каналом 6, по которому масло поступает под поршень Iff.
По мере поворота обоймы 5 поршень / будет опускаться вниз, а пор-
шень Ilf под действием масла, поступающего от насоса низкого давления,
поднимается вверх. После поворота обоймы на 90° поршень / достигнет
самого низкого положения и начнет подниматься. При повороте обоймы
на 180° она будет занимать положение, показанное на схеме штриховой
линией; поршень / вновь окажется в среднем положении и разобщит по-
Рис. П.93. Комбинированный лопастной и поршневой насосы
лость цилиндра поршня IIIс линией подачи масла от насоса низкого дав-
ления. При дальнейшем повороте обоймы 5 поршень 1 будет продолжать
подниматься вверх и его выточка свяжет канал 6 с кольцевой канавкой 3
линии нагнетания. Поршень III начнет опускаться и будет выдавливать
масло в кольцевую канавку 3.
Для поршня I, который также осуществляет нагнетание масла, распре-
делительным устройством является поршень VII и т. д. (рис. 11.93, в).
В сдвоенных насосах, выпускаемых отечественной промышленностью,
поршневой насос имеет производительность от 3 до 8 л!мин и развивает
давление до 100 кПсм\ а лопастной насос имеет производительность от 25
до 100 л!мин и развивает Давление до 25 кПсм*.
Насосы переменной производительности
Насосы переменной производительности чрезвычайно многообразны по
конструкции, они могут быть выполнены лопастными, радиально- и
аксиально-поршневыми.
Радиально-поршневой насос переменной производительности. Пор-
шни 11 размещаются (рис. 11.94) в радиально расположенных цилиндрах
327
вращающегося ротора 9. Насос, представленный на рис. 11.94, имеет
два ряда поршней. Ротор 9, в который запрессована биметаллическая
втулка 16, являющаяся подшипником скольжения, вращается на непод-
вижной оси 15. Через отверстия оси осуществляется подвод и отвод масла.
Рис. 11.94. Радиально-поршневой насос переменной производительности
В положении, показанном на чертеже, масло подводится через два нижних
канала оси, а отводится — через два верхних канала. Через окна, выфре-
зерованные в оси, и отверстия втулки 16 масло поступает к цилиндрам.
Нижние каналы оси связаны с цилиндрами, расположенными ниже гори-
зонтальной плоскости, проходящей через ось вала, а верхние — с ци-
328
линдрами, расположенными выше горизонтальной плоскости, проходя-
щей через ось вала. При вращении ротора головки поршней прижимаются
под действием центробежной силы к кольцу 10, закрепленному внутри
кожуха 12. Кожух 12 с крышкой 5 смонтирован на шарикоподшипниках
3 и 14 в подвижном корпусе 13, который может перемещаться в горизон-
тальном направлении. Благодаря смещению корпуса 13 кольцо 10 распо-
лагается эксцентрично относительно оси вращения ротора, вследствие
чего при вращении ротора поршни будут совершать возвратно-поступа-
тельное движение, причем ход поршня равен удвоенной величине экс-
Рис. П.95. Аксиально-поршневой насос переменной производительности
центриситета. Поршни, расположенные ниже горизонтальной плоскости,
при повороте ротора выдвигаются и засасывают масло через нижние каналы
оси 15. Поршни, расположенные выше горизонтальной плоскости, при
повороте ротора вдвигаются и выдавливают масло в верхние каналы оси 15.
Изменяя величину эксцентриситета смещением корпуса 13 в горизонталь-
ной плоскости, можно изменять величину хода поршня и производитель-
ность насоса. Изменяя направление эксцентриситета, можно изменять
направление потока масла.
Кожух 12 вращается на подшипниках качения вместе с ротором 9,
благодаря чему уменьшается скольжение головок поршней относительно
кольца. Так как кольцо имеет коническую поверхность, то поршни одно-
временно получают вращение вокруг своей оси, чем обеспечивается равно-
мерный износ поршней.
Ротор 9 получает вращение от вала 1, на котором закреплен фланец 6.
Фланец 6 связан с ротором через промежуточное кольцо 7 и ролики 8.
Два ролика 8, расположенные на чертеже в горизонтальной плоскости,
связывают фланец с кольцом, а два ролика, расположенные в вертикаль-
ной плоскости, связывают кольцо с ротором, что компенсирует несоосность
осей, которая может возникнуть при сборке.
От того же вала 1 получают вращение шестерни 2 и 17 шестеренного
насоса (размещенного в крышке 4), который служит для питания аппара-
туры системы управления основным насосом.
Отечественная промышленность выпускает ряд модификаций насосов
этого типа производительностью от 15 до 400 л!мин и давлением от 50 до
200 кПсм?.
329
Аксиально-поршневые насосы. Поршни 3 (рис. П.95) перемещаются
в цилиндрах вращающегося ротора 2. Ротор смонтирован на шарикопод-
шипниках и получает вращение от ведущего вала 7. В центральное отвер-
стие ротора входит распределительная ось 1 с подводящими и отводящими
каналами.
При вращении ротора относительно неподвижной распределительной
оси цилиндры через вырезы оси поочередно сообщаются то с подводящими,
то с отводящими каналами.
Поршни связаны шатунами с шаровыми головками 4 с гильзой 5, кото-
рая получает вращение от вала 7. Вращение передается роликами 8, сидя-
щими на оси 9, которые входят в пазы гильзы 5. При одновременном враще-
нии ротора 2 и гильзы 5 поршни 3 получают возвратно-поступательное
движение. Гильза 5 смонтирована в обойме 6 на подшипнике. Поворотом
обоймы 6 гильза 5 может устанавливаться под различными углами к оси.
В зависимости от угла установки гильзы 5 будет изменяться ход поршней
и производительность насоса.
Производительность и мощность насосов [32, 126]
Полагая, что объем впадины равен объему зуба, производительность
шестеренных насосов можно определять по приближенной формуле
Qp = 10-3nde (Dc— dd) bn л/мин,	(11.123)
где de — диаметр делительной окружности в см;
De — диаметр окружности выступов в см;
Ь — ширина зуба в см;
п — число оборотов в минуту.
Производительность лопастного насоса можно определять по формуле
= Ю“3 [л (г| — Г1) — (г2 — и) sz] bn л/мин,	(11.124)
где г2 и ri — наибольший и наименьший радиусы внутренней поверхности
статора в см;
sub — соответственно толщина и ширина лопатки в см;
z— число лопаток.
В данной формуле не учитывается влияние угла наклона, которое при
практически применяемых углах наклона не имеет существенного зна-
чения.
Производительность радиально-поршневого насоса определяется по
формуле
Qp = IO’3 2егп л/мин,	(11.125)
а аксиально-поршневого насоса — по формуле
Qp= 10-3 ^2rtgyzn л/мин,	(11.126)
где d — диаметр поршня в см;
е — эксцентриситет радиально-поршневого насоса в см;
г — радиус окружности, на которой расположены оси поршней
аксиально-поршневого насоса, в см;
у — угол наклона обоймы аксиально-поршневого насоса;
z — число поршней.
Приведенные формулы позволяют определить теоретическую произво-
дительность насоса. Фактическая производительность насоса будет меньше,
330
так как через неплотности различных стыковых поверхностей происходит
утечка масла. Утечки qH масла обычно пропорциональны давлению
=	(11.127)
где о — коэффициент утечек, постоянный для данной конструкции и раз-
мера насоса;
р —давление в кПсм2.
Фактическая производительность насоса будет равна
Q^ = Qp-<7h.	(11.128)
Отношение
По = #	(11.129)
чр
называется объемным к. п. д. насоса. В каталоге указывается объемный
к. п. д. при максимальном давлении, на которое рассчитан насос. Зная
объемный к. п. д., можно определить коэффициент утечек
о = _2™Д_. 1~^ ,	(11.130)
Ртах Чо
где Qmax — максимальная производительность насоса по каталогу.
Зная фактическую производительность насоса и развиваемое давление,
можно определить индикаторную мощность насоса Nu.
Производительность Q можно представить в виде
Q =	10о л!мин,
где F — площадь поперечного сечения потока масла в см2-,
v — скорость потока масла в м!мин.
Умножаем правую и левую части формулы на р
10Qp = pFv.
Как видно, правая, а соответственно и левая часть представляют собой
работу в кГ-м!мин. Отсюда мощность
Nu = Йт квт'	(П.131)
Мощность на приводном валу насоса определяется с учетом объемного
к. п. д. и гидравлических и механических потерь в насосе
Nn = —,
(11.132)
где т]г — к. п. д., учитывающий гидравлические потери в насосе, возни-
кающие при движении жидкости по внутренним каналам насоса;
т]ж — к. п. д., учитывающий механические потери насоса, возникаю-
щие вследствие наличия сил трения в подвижных частях.
Произведение
Ъ = 'ПоПг'Пм	(11.133)
является эффективным к. п. д. насоса.
Следует заметить, что поток масла, подаваемый насосами рассмотрен-
ного типа, является пульсирующим, однако величина пульсации незначи-
тельна и обычно не сказывается на работе гидропривода.
331
Аккумуляторы и пневматические питатели
В отдельных случаях для питания гидравлического привода исполь-
зуют аккумуляторы. В полость 2 (рис. 11.96) аккумулятора масло подается
насосом 5. При поступлении масла поршень 3 поднимается и сжимает мощ-
ную пружину 4. При включении гидросистемы масло поступает от акку-
мулятора по трубопроводу 1.
Гидроаккумуляторы используют при циклической работе гидропри-
вода в тех случаях, когда максимальный «пиковый» расход значительно
превышает средний расход или время работы мало по сравнению со вре-
менем остановки привода, благодаря чему можно использовать насос зна-
чительно меньшей производительности, а соответственно и мощности,
чем при выборе насоса по максимальному расходу. В частности, гидроакку-
муляторы используют в гидроприводах зажимных приспособлений.
При использовании пневмопитателей (рис. 11.97) масло подается давле-
нием сжатого воздуха, поступающего от сети. Наиболее простое конструк-
Рис. П.97. Схемы пневматических питателей
тивное решение может быть получено при использовании герметически
закрытого резервуара 2 (рис. 11.97, а), в котором находится масло 5,
подаваемое по трубопроводу 1 в гидравлическую систему. Сжатый воздух
подается в резервуар 2 по трубопроводу 4 через глушитель 3. Воздух давит
на залитое в резервуар масло и подает его в трубопровод 1. После выполне-
ния требующихся перемещений рабочих органов масло возвращается через
трубопровод 1 в резервуар 2, который при этом связывается с атмосферой.
Глушитель 3 предотвращает вспенивание масла и поступление сжатого
воздуха в систему. Однако при непосредственном контакте сжатого воз-
духа с маслом попадание воздуха в систему не может быть исключено
полностью, что является существенным дефектом данной схемы. При
подобной схеме масло поступает при низком давлении, величина которого
определяется давлением сжатого воздуха в заводской пневматической
сети, не превышающим 4—5 кПсм2.
Высокое давление может быть получено при использовании схемы, пред-
ставленной на рис. 11.97, б. Сжатый воздух, поступающий по трубопроводу 1,
действует на большую площадь поршня 2, а масло подается поршнем 3, име-
ющим малую площадь, в трубопровод 4. Давление масла возрастает при-
близительно во столько раз, во сколько раз площадь поршня 2 больше
поршня <3. Подобного рода устройства называются пневмогидравлическим
мультипликатором или пневмогидравлическим усилителем давления.
Пневмопитатели находят применение в приводах приспособлений и
пневмогидравлических приводах (см. стр. 391).
17.	ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ДВИГАТЕЛИ
Гидравлические двигатели вращательного движения [32, 1021
Гидравлические двигатели, сообщающие вращательное движение вы-
ходному валу, подразделяются на два основных вида — с постоянной
пропускной способностью и с переменной пропускной способностью.
332
К гидродвигателям вращательного движения могут быть также отнесены
гидродвигатели, выходной вал которых может поворачиваться на угол,
не превышающий 360°.
Гидродвигатели с постоянной пропускной способностью. С постоянной
пропускной способностью выполняют как лопастные, так и поршневые
гидродвигатели. Лопастной гидродвигатель имеет конструкцию, анало-
гичную конструкции лопастного насоса (см. стр. 325). Масло, поступающее
под давлением, через окно 2 (рис. П.98), давит на смежные лопатки 1 и 3.
Так как поверхность лопатки 1 больше поверхности лопатки 3, то возни-
кает крутящий момент, заставляющий вращаться ротор 4 против часовой
стрелки. Гидродвигатель, так же как насос, имеет две зоны нагнетания ab
и cd. Таким образом, радиальные давления на вал уравновешиваются.
В зоне Ьс и da отработанное масло уходит через окна, расположенные
в передней стенке, и поступает к сливному трубопроводу.
Рис. 11.98. Схема работы
лопастного гидродвигателя
Рис. 11.99. Схема работы
аксиально-поршневого гид-
родвигателя
Гидродвигатели такого типа являются реверсивными. При изменении
направления потока масла, т. е. при подаче масла под давлением к слив-
ным окнам, ротор начинает вращаться в противоположном направлении.
Число оборотов гидродвигателя может изменяться путем изменения
количества масла, подаваемого к гидродвигателю.
Отечественная промышленность выпускает ряд моделей лопастных
гидродвигателей с наибольшей эффективной мощностью от 0,6 до 15 кет.
Число оборотов двигателя в зависимости от мощности находится в преде-
лах от 300 до 2500 об!мин. Большие значения чисел оборотов относятся
к гидродвигателям меньшей мощности.
Аксиально-поршневые гидродвигатели с постоянной пропускной спо-
собностью аналогичны по своей конструкции аксиально-поршневым насо-
сам постоянной производительности (см. стр. 327). Масло, поступающее
под давлением под поршень 2, прижимает головку поршня (рис. 11.99)
к наклонному диску 1. Со стороны диска на головку поршня действует
реакция R, отклоненная от нормали пп к поверхности диска на угол тре-
ния <р. Эта реакция может быть разложена на две составляющие Р и Т,
из которых первая уравновешивается давлением масла, а вторая создает
крутящий момент, заставляющий вращаться ротор 3.
Конструктивное оформление гидродвигателя, работающего в соответ-
ствии с рассмотренной схемой, представлено на рис. 11.100. Поршни 9,
перемещающиеся в цилиндрах ротора 8, сообщают движение толкателям 12,
перемещающимся в отверстиях барабана 11, связанного шпонкой с ва-
лом 13. Таким образом, крутящий момент передается не ротором, а бара-
баном 11. Ротор вращается совместно с барабаном 11, так как они связаны
поводком 3. Ротор 8 центрируется узкой кольцевой поверхностью на
333
валу 13 и прижимается пружинами 2 к поверхности крышки 6, снабженной
распределительными окнами для подвода и отвода масла. Такой монтаж
ротора обеспечивает ему некоторую степень свободы, благодаря чему
под действием пружин 2 достигается контакт по всей торцовой поверх-
ности ротора с крышкой 6. В торцовой поверхности крышки имеются
кольцевые пазы и радиальные канавки, соединяющие эти пазы, через кото-
рые уходит масло, просачивающееся через неплотности стыковых поверх-
Рис. 11.100. Аксиально-поршневой гидродвигатель
ностей, благодаря чему уменьшается действие сил, возникающих вслед-
ствие давления масла в неплотностях стыковых поверхностей, стремя-
щихся отжать ротор.
Через канал 5 удаляется масло, просачивающееся в полость подшип-
ника. Утечки поступают в полость корпуса 4 и удаляются через отвер-
стие 10.
Нагнетаемое масло поступает через отверстие 16 в литой канал
крышки 6, который соединен окнами 15 с торцовой поверхностью крышки,
контактирующей с торцовой поверхностью ротора 8. Через окна и отвер-
стия в торцовой поверхности ротора масло попадает в цилиндры 7 порш-
ней 9. Каждый из цилиндров, переместившись при повороте ротора на
180°, сообщается с окнами 14, через которые отводится отработанное масло.
Обратный ход поршней происходит под действием наклонного диска 1,
334
выполненного в форме шарикоподшипника. Отработанное масло отво-
дится через отверстие 17.
Двигатель является реверсивным; при подаче масла в отверстие 17
направление вращения вала 13 изменяется на противоположное.
Подобные гидродвигатели изготовляются отечественной промышлен-
ностью мощностью от 0,6 до 10 кет. Число оборотов гидродвигателя может
изменяться путем изменения количества подаваемого масла. Наименьшее
число оборотов в зависимости от мощности гидродвигателя равно 16—
1 об/мин. Большие значения относятся к двигателям меньшей мощности.
Диапазон изменения чисел оборотов равен 150—1300; меньшие значения
относятся к двигателям меньшей мощности.
Следует заметить, что мощность гидродвигателя является функцией
давления в системе и числа оборотов гидродвигателя и указанные выше
значения соответствуют давлению 50 кГ/см2 и скорости 1000 об!мин.
Гидродвигатели с переменной пропускной способностью. Гидродвига-
тели этого типа имеют конструкцию, аналогичную конструкции насосов
переменной производительности (см. стр. 328).
Число оборотов гидродвигателя может изменяться как путем измене-
ния количества подаваемого масла, так и изменения пропускной способ-
ности гидродвигателя.
Число оборотов и мощность гидродвигателей
Пропускная способность гидродвигателя в соответствии с его типом
определяется по формулам (11.124)—(11.126) для определения производи-
тельности насосов. Однако пропускная способность, найденная по указан-
ным выше формулам, является расчетной, так как часть жидкости уходит
через неплотности стыковых соединений. Фактическая пропускная спо-
собность равна
Qnp. dt>
Qnp. р
Це.о '
(11.134)
где Qnp p — расчетная пропускная способность, найденная по форму-
лам (11.124), (II.125) или (11.126);
т]а. 0 — объемный к. п. д. гидродвигателя.
Так как по условиям неразрывности потока масла количество жид-
кости, поступающей от насоса, должно быть равно пропускной способ-
ности гидродвигателя, то число оборотов гидродвигателя определяется
на основании формул (11.124), (11.125) и (11.126) и формулы (11.134) по вы-
ражениям:
для лопастного гидродвигателя
Пд = -г..21.03Q7 °-------г-т- об/мин,	(П.135>
Р V2 -Ч) - (Ч - Ч) «] Ь
для аксиально-поршневого гидродвигателя
9*1^ ° об/мин,	(11.136)
г tg уг
для радиально-поршневого гидродвигателя
= Ю30па:о. об/мин	(II. 137)
° nd2	’	'
'~~2~ег
где Q — количество жидкости, подводимой к гидродвигателю, в л/мин.
335
Минимально возможное число оборотов гидродвигателя определяется
условиями устойчивости его работы и зависит от конструкции.
Как видно из приведенных формул, число оборотов гидродвигателя
может изменяться как путем изменения количества подаваемого масла,
так и изменения эксцентриситета е или угла наклона обоймы у.
Так как объемный к. п. д. изменяется с изменением давления, а послед-
нее зависит от нагрузки, то число оборотов гидродвигателя изменяется
с изменением нагрузки. Чем больше нагрузка, тем больше давление и
меньше объемный к. п. д. и тем ниже фактическое число оборотов гидро-
двигателя по сравнению с настроенным при холостом ходе.
Следует заметить, что для аксиально-поршневых двигателей описан-
ной выше конструкции объемный к. п. д. зависит также от настроенного
числа оборотов, так как с увеличением числа оборотов происходит всплы-
вание ротора на слое смазки между торцовой поверхностью ротора и
крышки.
Мощность, развиваемая гидродвигателем, равна
Md = -^-Kem,	(11.138)
где М — крутящий момент, развиваемый гидродвигателем, в кГ м.
Максимальный крутящий момент, развиваемый гидродвигателем при
наибольшем давлении, указывается в паспорте гидродвигателя. Можно
принять, что с изменением давления крутящий момент изменяется прямо
пропорционально давлению.
Гидродвигатели с поворотной лопастью
Вал гидродвигателя с поворотной лопастью (рис. 11.101) может пово-
рачиваться только на угол, не превышающий 360°. Лопасть 3 жестко свя-
зана с валом 2. Внутри цилиндра 1 закреплен П-образный брус 6, в пазу
Рис. II. 101. Гидродвнгатель с поворотной лопастью
которого может перемещаться пластина 4, которая под действием пру-
жины 5 прижимается к валу 2. Таким образом, между лопастью 3 и П-об-
разным брусом 6 образуется замкнутое пространство. При поступлении
масла в отверстие 8 на поверхность лопасти 3 действует давление масла,
которое заставляет поворачиваться лопасть против часовой стрелки.
Из отсека цилиндра, расположенного слева от лопасти, масло вытесняется
через отверстие 7. При изменении направления потока масла лопасть
поворачивается в обратном направлении. Угол поворота лопасти ограни-
чен П-образным брусом 6.
ЗЗб
Угловая скорость вала определяется выражением
п =	103Q^-°— об! мин,	(11.139)
_Д_<Г>3 _rf2) /
где D — диаметр цилиндра в см;
d — диаметр вала в см;
I — длина лопасти в см.
Крутящий момент, приложенный к валу, определяется выражением
МКр = -D ~^d 1р кГ ‘CM.	(11.140)
Гидродвигатели этого типа, называемые гидродвигателями с качаю-
щейся лопастью, находят ограниченное применение в станках.
Поршневые гидродвигатели прямолинейного движения [32, 12]
Конструктивные формы поршневых двигателей прямолинейного дви-
жения весьма многообразны. Типичная конструкция поршневого гидро-
двигателя, используемая при более или менее значительной длине хода,
представлена на рис. 11.102. Цилиндр 4 двигателя изготовляется из трубы
соответствующих размеров. Для крепления крышек на конце цилиндра
проточены канавки, в которые входят разрезные кольца 2, служащие упо-
ром для прижимных фланцев 3. Через отверстия прижимных фланцев
пропускаются болты, с помощью которых осуществляется крепление
крышки 1. Между торцом цилиндра и крышкой помещается уплотняющая
прокладка. Поршень 9 закрепляется с помощью гайки на конце штока 5,
который проходит через направляющую втулку 7 крышки 8. Уплотнение 6,
расположенное в крышке 8, исключает утечки масла по штоку. Поршень 9
снабжен уплотняющими поршневыми кольцами 10.
Если цилиндр является неподвижным, а с подвижным рабочим органом
связан шток (рис. 11.102, а), то подвод масла осуществляется через отвер-
стия, имеющиеся в крышках цилиндра. Если с подвижным рабочим орга-
ном связан цилиндр, а неподвижным является поршень со штоком, то под-
вод масла осуществляется через шток, который выполняется при большой
длине трубчатым (рис. 11.102, б), а при малой — с отверстиями, просвер-
ленными в теле штока, или с помощью гибких шлангов.
При малой длине цилиндр может быть выполнен литым с фланцами для
крепления крышек, отлитыми заодно с цилиндром.
Представленные на рис. 11.102, а иб поршневые двигатели имеют
односторонний шток, в ряде случаев поршневые двигатели выполняют
с двусторонним штоком (рис. 11.102, в). Как видно из схем, приведенных
на рис. 11.102, в, при одной и той же длине хода L общая длина при дву-
стороннем штоке значительно больше. Достоинством двустороннего штока
является то, что при движении в обоих направлениях двусторонний шток
работает на растяжение, а односторонний шток в одном направлении рабо-
тает на растяжение, а в другом — на продольный изгиб.
Вследствие того, что двусторонний шток приводит к увеличению габа-
ритов, он применяется сравнительно редко: либо в тех случаях, когда не
может быть обеспечена устойчивость штока при работе на продольный
изгиб; либо тогда, когда применение двустороннего штока не приводит
к увеличению размера Llt величина которого определяется другими сооб-
ражениями. Поршневые двигатели с двусторонним штоком применяют
в приводах столов кругло- и плоскошлифовальных станков.
337
В ряде случаев прямолинейное движение, получаемое с помощью
поршневого двигателя, преобразуется во вращательное движение. Один
из вариантов поршневого двигателя такого типа представлен на
рис. 11.103. В качестве штока используется плунжер 5, на котором нарезана
зубчатая рейка, зацепляющаяся с реечной шестерней 6. На концах плун-
жера 5 закреплены поршни 7. Цилиндр 3 помещается в отверстии обоймы 1,
в которой также смонтированы подшипники реечной шестерни 6. Крышки 4
прижаты к торцам цилиндра с помощью тяг 2. При перемещении плун-
жера 5 реечная шестерня получает вращательное движение. Подобные
поршневые двигатели используют в тех случаях, когда реечную шестерню 6
требуется повернуть на сравнительно небольшой угол. Например, преоб-
разуя вращение реечной шестерни с помощью винта в прямолинейное дви-
жение, можно получить с помощью гидропривода тонкое перемещение при
небольшой длине хода.
Весьма важным элементом конструкции поршневых двигателей яв-
ляются уплотнения подвижных и неподвижных стыков. К подвижным
стыкам относят стыки поршня и цилиндра и стыки штока и направляю-
щего отверстия, к неподвижным стыкам — стыки цилиндра и крышек.
Уплотнения должны исключать или уменьшать до минимума утечки
338
Рис. 11.103. Поршневой гидродви-
гатель, преобразующий прямоли-
нейное движение во вращательное
масла, вместе с тем в уплотнениях подвижных стыков не должно возни-
кать значительных сил трения, снижающих коэффициент полезного дей-
ствия привода.
Для уплотнения стыка цилиндра 2 с поршнем широко используют
поршневые кольца (рис. 11.104, а). Разрезанные поршневые кольца 1
помещают в канавки поршня 3. В свободном состоянии вырез 4 кольца
имеет значительно больший размер, чем в сжатом состоянии; поэтому при
установке в цилиндр кольцо силами упру-
гости (кольцо сжато) прижимается к стен-
кам цилиндра. Между поршневым кольцом
и канавкой поршня имеется торцовый и
радиальный зазоры. При работе гидродви-
гателя масло поступает через эти зазоры
под поршневое кольцо и прижимает его 2
наружную поверхность к поверхности ци-
линдра, чем обеспечивается необходимое
уплотнение. Под давлением масла на по-
верхности колец возникают силы трения.
Поршневые кольца изготовляют из чу-
гуна СЧ 21-40 и СЧ 18-36. В ряде случаев
поршневые кольца выполняют разностен-
ными, так что их толщина уменьшается по
направлению к вырезу. Для этого отвер-
стие кольца располагается эксцентрично.
Следует заметить, что в двигателях вну-
треннего сгорания поршневые кольца вы-
полняют только с постоянной толщиной
стенки. Величина выреза кольца в сжатом
состоянии не должна превышать 0,15—
0,20мм. Наружная поверхность кольца об-
рабатывается по 6—7-му классам чистоты.
Для уплотнения поршней находят так-
же применение кольца 1 (рис. II. 104, б)
кругового сечения из маслостойкой рези-
ны. Большим достоинством таких уплот-
нений является их простота, однако срок
их службы в 2—3 раза меньше срока
службы чугунных поршневых колец. Не-
обходимым условием длительного срока
службы колец из маслостойкой резины
является высокое качество отделки сопряженных поверхностей и соблю-
дение размеров радиусов г в пределах 0,1 мм. При больших зна-
чениях радиусов г происходит затягивание резины в зазоры, что
приводит к более быстрому разрушению колец. Резиновые кольца
обеспечивают несколько лучшую герметизацию, чем чугунные поршне-
вые кольца.
Резиновые кольца применяют для уплотнения поршней в основном при
небольшой скорости движения.
В ряде случаев для уплотнения поршней находят применение уголко-
вые (рис. 11.104, в) и воротниковые (рис. II.104, г) манжеты, которые
изготовляют из маслостойкой резины. Манжеты устанавливают с предва-
рительным натягом. В процессе работы уголковая манжета 1 (рис. II. 104, в)
прижимается к поверхности цилиндра 2 давлением масла; при этом на
одну из манжет действует давление, возникающее в рабочей полости
цилиндра, а на вторую — противодавление.
339
Воротниковые манжеты 2 (рис. 11.104, г) помещаются в вырезах
поршня 4 и удерживаются кольцами 1 с радиальными отверстиями. Масло,
поступающее к воротниковым манжетам, прижимает их к стенкам ци-
линдра 3 и поршня 4.
Уголковые и воротниковые манжеты используются преимущественно
в пневматических цилиндрах.
Для уплотнения штока в основном применяют елочные (рис. П.104, д)
и воротниковые (рис. II. 104, е) манжеты. Елочные манжеты 2 из масло-
стойкой резины устанавливают в отверстии крышки 3 и сжимают флан-
Рис. 11.104. Уплотнения поршней, штоков и неподвижных стыков
цем 4. При этом манжеты прижимаются к внутренней поверхности отвер-
стия крышки и к штоку 1, обеспечивая необходимое уплотнение.
Воротниковые манжеты 2 (рис. 11.104, е) также устанавливают в отвер-
стии крышки, закрытом фланцем 3. Под давлением масла воротниковые
манжеты прижимаются к внутренней поверхности отверстия крышки и
к поверхности штока 1.
Уплотнение плунжеров золотников достигается пришлифовыванием,
при котором зазоры между плунжером и цилиндром доводятся до вели-
чины нескольких микрометров.
Для уплотнения неподвижных стыков значительное применение нахо-
дят резиновые кольца кругового сечения. Резиновые кольца устанавли-
вают либо в выточке центрирующего уступа крышки (рис. 11.104, ж),
либо в торцовой канавке (рис. 11.104, з).
Закрепление цилиндров производится различными методами
(рис. 11.105). Выбор той или иной формы крепления производится в зави-
симости от общей конструкции узла и размеров цилиндра. Цилиндр
типа а прикрепляется болтами, которые ввертываются в переднюю крышку
цилиндра. Цилиндр типа б снабжен фланцем, в котором по окружности
340
расположен ряд отверстий для крепления цилиндра. Цилиндр типа в
прикрепляется болтами, которые пропускаются через отверстия 1 в пря-
моугольных крышках. Крышки цилиндра типа г снабжены лапами 2,
а крышки цилиндров д — лапами 3, служащими для крепления цилиндра.
Цилиндр типа е подвешивается шарнирно с помощью вилки 4; шток
цилиндра также имеет шарнирное соединение. Шарнирная установка
цилиндра в ряде случаев обладает известными преимуществами, так как
при сборке отпадает необходимость выверки цилиндра, обеспечивающей
О)
Рис. 11.105. Крепление цилиндров
совпадение оси штока с направлением движения рабочего органа в двух
взаимно перпендикулярных плоскостях. Шарнирная установка удобна
также и тогда, когда движение передается качающемуся рычагу.
Цилиндры большой длины обычно изготовляют из бесшовных стальных
труб, а малой длины — как из труб, так и из отливок. Внутренняя поверх-
ность цилиндров должна иметь при использовании поршневых колец
7-й, а при использовании резиновых уплотнений — 8 или 9-й классы
чистоты.
Расчет деталей поршневых двигателей ведется в соответствии с общей
методикой, изложенной в руководствах по деталям машин.
Определение скоростей и усилий
Скорость движения поршня определяется выражением
1O3Q —орп
v — ~ м!мин,	(11.141)
100го	’	4	'
где Q — количество жидкости, подводимой к цилиндру, в a!muw,
, ,	слсЧмин.
о — коэффициент утечек в цилиндре в " г/см2";
рр — давление в рабочей полости цилиндра в кГ!см2\
Fa — активная площадь поршня в см2.
При подаче масла в бесштоковую полость активная площадь поршня
равна площади цилиндра; при подаче масла в штоковую полость активная
площадь равна разности площадей цилиндра и штока.
Коэффициент утечек в цилиндрах может быть принят равным
„ . - см9/мин
0,15 к1[СК1  Утечки в цилиндре следует учитывать только при малых
скоростях движения поршня.
Зная требующуюся скорость движения поршня и поперечное сечение
цилиндра, которое определяется при силовых расчетах, можно по фор-
муле (11.141) найти количество масла Q, которое должно быть подведено
к цилиндру.
341
Все силовые расчеты ведутся на основе уравнения равновесия сил,
приложенных к поршню. К поршню приложены: нагрузка Рт; сила,
возникающая под влиянием давления в рабочей полости цилиндра, в кото-
рую нагнетается масло; сила противодавления, возникающая под дей-
ствием давления масла в нерабочей полости цилиндра, из которой масло
вытесняется; сила трения уплотнений поршня и сила трения уплотнений
штока. Уравнение равновесия сил может быть представлено в виде
PpFa. р — Рт	PnpFа. пр 4“ S! + S 2,	(11.142)
где Fa.paFa.np — активная площадь поршня соответственно в рабочей
и нерабочей полости цилиндра в ot2;
рпр — противодавление (давление в нерабочей полости ци-
линдра) в кПсмг;
Sx и 5 2 — силы трения уплотнений соответственно поршня и
штока.
В общем случае сила трения уплотнений определяется по формуле
S = fpyFv,	(П.143)
где pv — нормальное давление в кГ на 1 си2 поверхности уплотнения,
находящейся в контакте с поверхностью цилиндра или штока;
Fy — площадь поверхности уплотнения, находящейся в контакте
с поверхностью цилиндра или штока, в слг2;
f — коэффициент трения уплотнения.
Нормальное давление складывается из давления предварительного
натяга и давления уплотняемой среды. Давление предварительного натяга
мало по сравнению с давлением уплотняемой среды и им можно прене-
бречь, подставляя в формулу (11.143) либо рабочее давление рр, либо про-
тиводавление рпр в зависимости от того, в какой полости расположено
уплотнение.
При поршневых кольцах на первое кольцо действует давление, равное
0,75рр, а на остальные кольца — давление, равное 0,25рр. Таким образом,
при определении силы трения поршневых колец в формулу (II. 143) сле-
дует подставить вместо ру величину рр и вместо Fy площадь контакта
одного кольца. При уголковых и воротниковых уплотнениях поршня одно
уплотнение находится под действием рабочего давления, а второе — под
действием противодавления. Соответственно силу трения надо вычислить
для обоих уплотнений.
Силу трения при резиновых кольцах кругового сечения можно прибли-
женно определять по формуле (11.143), подставляя вместо Fy выраже-
ние nDb, где D — диаметр цилиндра, b — ширина канавки под кольцо
в см.
Коэффициент трения можно принимать [32] при поршневых кольцах
равным 0,2, при резиновых уголковых и воротниковых манжетах 0,1 —
0,13.
При елочных уплотнениях сила трения определяется по формуле
S = kFy,	(11.144)
где k — удельная сила трения, принимаемая равной 2,2 кПсм*.
Противодавление возникает либо вследствие потерь на трассе, по кото-
рой масло уходит в бак из нерабочей полости цилиндра, либо создается
специально для стабилизации скорости движения поршня. В первом слу-
чае величина противодавления определяется как сумма потерь на трассе
слива масла, в которые входят потери в трубопроводах, потери в местных
сопротивлениях и потери в аппаратуре. Во втором случае величина про-
тиводавления задается заранее и устанавливается с помощью соответ-
ствующей аппаратуры в пределах 5—15 кПсм\
342
При проектировании поршневого гидродвигателя давление в рабочей
полости цилиндра находят из выражения
РР = Рн —	(11.145)
где S Др — сумма потерь давления на напорной трассе, которые вклю-
чают потери в трубопроводах, в местных сопротивлениях и
в аппаратуре, расположенной на напорной трассе;
рн — давление, развиваемое насосом.
Площадь поперечного сечения штока находят при расчете его на проч-
ность или устойчивость.
Подставив в уравнение равновесия (11.142) выражения для актив-
ной площади поршня, для сил трения и величины рабочего давления и
противодавления, можно решить полученное выражение относительно
диаметра поршня и определить размеры поршневого привода. Например,
для поршневого привода с односторонним штоком, бесштоковой рабочей
полостью, поршневыми кольцами для уплотнения поршня и воротнико-
выми уплотнениями штока уравнение (11.142) примет вид
^LPP = Рт+	+ f2pnp4db2, (11.146)
где D — диаметр цилиндра в ши;
d — диаметр штока в см;
Ьг — ширина поршневого кольца в см;
Ь2 — ширина воротникового уплотнения в см.
Полученное уравнение можно решить относительно D.
Для других схем цилиндров и видов уплотнений могут быть получены
аналогичные выражения.
Решая полученные уравнения при заданных диаметрах цилиндра и
штока относительно рр или р,гр, можно найти величину давления в рабочей
полости цилиндра или величину противодавления при заданном рабочем
давлении и значении Рт, отличном от максимального, при котором опре-
делялись размеры цилиндра.
18.	ПРИНЦИПЫ ИЗМЕНЕНИЯ СКОРОСТИ ПРИ ГИДРОПРИВОДАХ
Объемное изменение скорости
при гидроприводах вращательного движения [321
Объемное изменецие скорости вращательного движения гидродвига-
теля осуществляется либо путем изменения производительности насоса,
либо путем изменения пропускной способности гидродвигателя, либо
путем совместного изменения производительности насоса и пропускной
способности гидродвигателя (рис. 11.106, а). В последнем случае может
быть получен наиболее широкий диапазон изменения чисел оборотов вала
гидродвигателя. Насос 1 переменной производительности подает масло
к гидродвигателю 2 с переменной пропускной способностью. В диапазоне
чисел оборотов RH (рис. 11.106, б), являющимся нижней частью общего
диапазона R, изменение чисел оборотов вала гидродвигателя осуще-
ствляется путем изменения производительности насоса при постоянной
максимальной пропускной способности гидродвигателя. В диапазоне
чисел оборотов Rd изменение чисел оборотов производится путем измене-
ния пропускной способности гидродвигателя при максимальной произво-
дительности насоса.
В диапазоне RH крутящий момент Л4, развиваемый гидродвигателем
при постоянном давлении р, остается постоянным, так как величина
343
крутящего момента является функцией давления и установленной про-
пускной способности гидродвигателя, которые остаются неизменными.
Мощность в диапазоне RH возрастает с увеличением числа оборотов
гидродвигателя.
В диапазоне Rd число оборотов гидродвигателя увеличивается благо-
даря уменьшению пропускной способности гидродвигателя, т. е. умень-
шению эксцентриситета или угла наклона диска. Уменьшение эксцентри-
ситета или угла наклона диска приводит при постоянном давлении к умень-
шению крутящего момента. Мощность в диапазоне Re остается примерно
постоянной.
Характер изменения к. п. д. гидропривода представлен на рис. 11.106 ,б.
Значительное падение к. п. д. при низких числах оборотов обусловливается
возрастанием влияния утечек на к. п. д. при малой производительности
насоса. Представим мощность, необходимую для привода насоса, в виде
, Qp.HPh
П" н ~ 612щ. Лт]н. г ’
(11.147)
где — расчетная производительность насоса в л!мик',
рн — давление, развиваемое насосом, в кГ!см2\
‘Чн.м — механический к. п. д. насоса;
т]„. г — гидравлический к. п. д. насоса,
а эффективную мощность, развиваемую гидродвигателем, представим,
пренебрегая потерями давления на трассе, связывающей насос с гидро-
двигателем, в виде
Па.«Па.г,	(H l48)
где qH — утечки в насосе в л! мин-,
qd — утечки в гидродвигателе в л!мин\
Па. м — механический к. п. д. гидродвигателя;
т]й.г — гидравлический к. п. д. гидродвигателя;
Тогда к. п. д. привода, равный отношению Л''эс) к Nn.H, может быть
представлен в виде
И = (1 — %+ дд ) п«. Л. Л. жПа. г-	(11.149)
Как видно из полученного выражения, при малой настроенной произ-
водительности насоса QP.H утечки очень сильно влияют на к. п. д. привода,
который при низких числах оборотов падает до значений 0,25—0,30.
344
Настроенное число оборотов гидродвигателя изменяется с изменением
нагрузки. При изменении нагрузки изменяется давление в системе, а
вместе с тем и величина утечек. Так, при увеличении нагрузки утечки
возрастают, количество эффективно используемого в гидродвигателе
масла уменьшается и настроенное число оборотов гидродвигателя падает,
а при уменьшении нагрузки происходит обратное явление.
Гидроприводы этого типа применялись на отдельных моделях зарубеж-
ных станков —токарных, револьверных и др., однако вследствие слож-
ности конструкции, невысокого к. п. д. и нестабильности чисел оборотов
они не получили сколько-нибудь значительного распространения.
Несколько более простую конструкцию имеет привод с насосом пере-
менной производительности и гидро двигателем с постоянной пропускной
способностью, схема которого представлена на рис. 11.106, в. Диапазон
изменения чисел оборотов гидродвигателя при данной схеме ^же. Харак-
тер изменения мощности, крутящих моментов и к. п. д. соответствует
представленным на рис. 11.106, б кривым диапазона RH.
Реверсирование гидродвигателя может быть осуществлено изменением
направления потока масла.
В подобных схемах могут быть использованы рассмотренные выше
лопастные и аксиально-поршневые гидродвигатели с постоянной пропуск-
ной способностью.
Гидроприводы этого типа могут быть применены для осуществления
возвратно-поступательных движений рабочих органов в тех случаях,
когда большая длина хода делает нецелесообразным применение поршне-
вых двигателей прямолинейного движения. Вращательное движение гидро-
привода преобразуется в прямолинейное с помощью рассмотренных выше
механизмов.
Дроссельное изменение скорости
при гидроприводах вращательного движения [32, 12]
При дроссельном изменении скорости в гидроприводах используются
насосы постоянной производительности и гидродвигатели с постоянной
пропускной способностью. Изменение скорости осуществляется с помощью
дросселя — отверстия с регулируемым поперечным сечением. Конструк-
тивные формы дросселей будут рассмотрены ниже.
Количество жидкости, протекающей через дроссель (расход), опреде-
ляется по формуле
QaB = 0,06F„,pp ]/	(р, — pt) л/лми,	(11.150)
где Fdp — поперечное сечение дросселя в см'2-,
g — ускорение силы тяжести в см/сек2-,
у — удельный вес масла в кГ/см*',
р2 —давление перед дросселем в кПсмг\
рг — давление после дросселя в кПсм2.
Принимая коэффициент расхода р = 0,73, а удельный вес масла
0,0009 кПсм9, можем представить выражение (11.150) в виде
QOp = 65Fdp Vр2 — р, л!мин.	(11.151)
Разность давлений
,\р = р2 — Р1	(11.152)
называется перепадом давлений на дросселе.
345
Как видно из приведенных выражений, расход жидкости через дроссель
при одной и той же настроенной площади поперечного сечения будет зави-
сеть от перепада давлений.
При дроссельном изменении числа оборотов применяют три основных
варианта схемы, представленных на рис. 11.107, а—в.
В гидросхеме, представленной на рис. 11.107, а, насос постоянной
производительности 2 подает масло через дроссель 3 к гидродвигателю 4
Рис. П.107. Схемы гидроприводов вращательного движения
с дроссельным изменением скорости
с постоянной пропускной способностью. Так как через дроссель при
настроенном поперечном сечении и установившемся перепаде давления
может пройти только определенное количество жидкости, то избыток жид-
кости, подаваемой насосом 2, сливается обратно в бак через переливной
клапан 1.
В схеме, представленной на рис. 11.107, б, дроссель 1 расположен на
сливном трубопроводе и ограничивает количество масла, пропускаемого
гидродвигателем. Избыток масла, так же как в предыдущем случае, сли-
вается через переливной клапан в бак. Скорость вращения гидродвига-
теля определяется количеством масла, пропускаемого дросселем 1.
В схеме, представленной на рис. .11.107, в, дроссель 2 установлен
параллельно гидродвигателю 3. Масло, подаваемое насосом, частично сли-
346
вается через дроссель в бак, частично поступает к гидродвигателю. В зави-
симости от величины настроенного поперечного сечения дросселя большая
или меньшая часть масла будет сливаться в бак и соответственно будет
изменяться количество масла, поступающего к гидродвигателю. Клапан 1
в данной схеме является предохранительным и срабатывает только при
перегрузке, возникающей при тех или иных неполадках в работе привода.
Рассмотрим вопрос о стабильности настроенного числа оборотов гидро-
приводов с дроссельным изменением числа оборотов. Эффективный кру-
тящий момент на валу гидродвигателя является функцией разности давле-
ний на входе и выходе гидродвигателя.
Мэд = К (ре — p,lf) Г[д.мг\д.г,	(11.153)
где рв — давление на входе;
рпр — противодавление на выходе;
К — коэффициент, определяющий зависимость крутящего момента
от перепада давлений, имеющий свое значение для каждого
типа и размера гпдродвигателя.
Эффективный крутящий момент уравновешивается моментом сил сопро-
тивления на валу гпдродвигателя Мс, т. е. /Иэй = Мс:
Мс = К (рв — рПр) Пд.м^д.г-	(11.154)
В соответствии с условиями равновесия всякое изменение момента сил
сопротивления должно сопровождаться изменением величины перепада
Ре — Рпр< которое происходит либо благодаря изменению рв, либо рпр.
При установке дросселя на входе (схема а) давление на выходе можно
считать постоянным и изменение момента сил сопротивления вызывает
изменение давления на входе рв, которое равно давлению на выходе
из дросселя. Давление р2 на входе в дроссель равно в данной схеме давле-
нию рн, развиваемому насосом. Так как давление рн является постоянным
и его величина определяется настройкой переливного клапана 1, то изме-
нение давления рв вызывает изменение перепада давления на дросселе,
а соответственно изменение расхода через дроссель и скорости вращения
гидродвигателя. При возрастании момента сил сопротивления давление рв
также возрастает, перепад давления на дросселе уменьшается, уменьшается,
также расход через дроссель и скорость вращения гидродвигателя падает.
При уменьшении момента сил сопротивления давление рв падает, перепад
давления на дросселе и расход через дроссель возрастают и скорость вра-
щения гидродвигателя увеличивается.
При установке дросселя на выходе (схема б) давление на входе в гидро-
двигатель равно давлению, развиваемому насосом, и является постоянным.
Таким образом, при изменении момента сил сопротивления изменяется
величина противодавления рпр, которое равно давлению на входе в дрос-
сель. Давление рг на выходе из дросселя является постоянным. При уве-
личении момента сил сопротивления величина противодавления рпр па-
дает, перепад давления на дросселе и расход через дроссель уменьшаются.
Так как количество масла, которое проходит через гпдродвигатель, равно
расходу через дроссель, то с уменьшением расхода снижается также ско-
рость вращения гидродвигателя. При уменьшении момента сил сопро-
тивления противодавление рпр возрастает, что приводит к увеличению
скорости вращения гидродвигателя.
При параллельном дросселировании (схема в) постоянным является
противодавление рПр и изменение величины момента сил сопротивления
вызывает изменение давления на входе рв, которое в данной схеме равно
давлению на входе в дроссель р2. При увеличении момента сил сопротивле-
ния давление ра возрастает, возрастает также перепад давления на
347
дросселе и расход через дроссель, в гидродвигатель поступает меньшее
количество масла, что приводит к уменьшению скорости вращения гидро-
двигателя. При уменьшении момента сил сопротивления давление рв па-
дает, что приводит к увеличению скорости вращения гидродвигателя.
Поскольку колебания скорости вращения гидродвигателя при изме-
нении величины рабочего сопротивления могут достигать значительной
величины, то схемы а—в с простым дросселированием заменяют схе-
мами а—е, в которых обеспечивается стабилизация скорости. Стаби-
лизация скорости достигается путем поддер-
жания постоянства перепада давления на дрос-
селе, для чего используются редукционные клапаны той или иной кон-
струкции.
В схеме г, аналогичной схеме а, редукционный клапан устанавли-
вается перед дросселем 6. Масло поступает к дросселю через щель 1, кото-
рая образуется кромками отверстия междроссельной камеры и золот-
ника 2 редукционного клапана. При перемещении золотника вверх попе-
речное сечение щели 1 будет уменьшаться, что приведет к падению давле-
ния перед дросселем. При опускании золотника вниз сечение щели 1 будет
увеличиваться, что приведет к возрастанию давления перед дросселем.
Перемещение золотника происходит автоматически в зависимости от изме-
нения давления на выходе из дросселя.
Под действием пружины 3 золотник 2 стремится опуститься вниз.
Нижняя полость цилиндра, в котором находится грибообразный поршень
золотника 2, связана каналом 5 с входом дросселя и в ней устанавливается
давление, равное давлению на входе в дроссель, которое стремится при-
поднять золотник и уменьшить сечение щели 1, а соответственно и давле-
ние на входе в дроссель. Верхняя полость цилиндра грибообразного
поршня золотника 2 связана каналом с выходом дросселя и в ней устана-
вливается давление, равное давлению на выходе, которое стремится опу-
стить золотник 2 и увеличить сечение щели 1 и давление перед дросселем.
Уравнение равновесия золотника 2 редукционного клапана может быть
представлено в виде
p2F32 = Рпр + PiFsi + Fmp + G,	(11.155)
где Рпр — сила пружины;
Fa2 — активная площадь золотника 2, на которую действует давле-
ние р2 на входе в дроссель;
Рл — активная площадь золотника 2, на которую действует давле-
ние Pi на выходе из дросселя;
Fmp — сила трения золотника;
G — вес золотника.
Знак «плюс» соответствует ходу золотника вверх, знак «минус» —
ходу золотника вниз.
Если не учитывать влияние силы трения и принять FS1 = F3.,, то
уравнение равновесия примет вид
(Р2 ~ Pi) F3 = Рпр + G.	(11.156)
При изменении давления рх, которое равно давлению на входе в гидро-
двигатель и зависит от величины момента сил сопротивления, будет нару-
шено равновесие золотника и золотник начнет перемещаться, изменяя
сечение щели 1 и давление р2 до тех пор, пока вновь не установится равно-
весие сил, приложенных к золотнику. Из уравнения (11.156)
р2 — рх = PnpJ~ ° — const.	(11.157)
•г a
348
т. е. условием равновесия является постоянство перепада давлений на
дросселе.
Например, при увеличении момента сил сопротивления давление рв
на входе в гидродвигатель возрастает и золотник 2 опускается вниз, уве-
личивая сечение щели 1 до тех пор, пока разность р2—р± не достигнет
величины, определяемой выражением (11.157). При уменьшении момента
сил сопротивления давление р0 упадет и золотник 2 будет подниматься
под действием давления р2, уменьшая сечение щели 1 до тех пор, пока
давление р2 не понизится до величины, определяемой выражением (11.157).
Наличие сил трения, направление которых меняется, вызывает некото-
рое колебание перепада давления на дросселе.
Для демпфирования колебаний золотника 2 в канале 5 установлен
дроссель 4.
В схемах д и е, аналогичных схемам б и в, редукционный клапан выпол-
няет те же функции, поддерживая постоянство перепада давлений.
Следует заметить, что в схемах г и д (а и б) утечки в насосе не сказы-
ваются на стабильности скорости, так как производительность насоса
превышает потребный расход. В схеме е (в) уменьшение производитель-
ности вследствие возрастания утечек приводит к изменению скорости.
При использовании в гидроприводах вращательного движения с дрос-
сельным регулированием аксиально-поршневых гидродвигателей описан-
ной выше конструкции (см. стр. 334) достигается высокая стабильность
чисел оборотов и момента сил сопротивления.
Рассмотрим вопрос о к. п. д. гидропривода с дроссельным изменением
скорости. В схемах гид насос работает при постоянной производитель-
ности и постоянном давлении независимо от числа оборотов гидродвига-
теля и момента сил сопротивления. Таким образом, мощность, потребляе-
мая насосом, является постоянной и не зависит от числа оборотов гидро-
двигателя и момента сил сопротивления, т. е. от эффективной мощности
гидродвигателя, поэтому при малой эффективной мощности к. п. д. привода
становится весьма низким.
В схеме е (в) производительность насоса также не зависит от скорости
гидродвигателя, но давление, развиваемое насосом, зависит от величины
момента сил сопротивления, поэтому мощность, потребляемая насосом,
изменяется с изменением величины момента сил сопротивления и к. п. д.
привода при этой схеме выше, чем при двух предыдущих. Однако он
остается все же низким при малых скоростях вращения гидродвигателя,
так как производительность насоса остается постоянной независимо от
скорости. Несмотря на более высокий к. п. д. привода, эта схема не нахо-
дит применения вследствие влияния утечек на величину настроенной ско-
рости.
Недостатки, связанные с влиянием утечек, устраняются при использо-
вании схемы, представленной на рис. 11.108, а, в которой так же, как
в схеме е рис. 11.107, давление, развиваемое насосом, зависит от величины
момента сил сопротивления и которая обеспечивает соответственно более
высокий к. п. д.
Масло, подаваемое насосом, поступает через междроссельную камеру
к дросселю 6. Часть масла проходит через щель 1 и по трубопроводу 7
направляется в бак. Под действием пружины 3 золотник 2 стремится опу-
ститься вниз и уменьшить проходное сечение щели 1. Снизу на золотник
действует давление масла, поступающего по каналу 5 от входа дросселя,
а сверху — давление масла, поступающего по каналу 4 от выхода дросселя.
Золотник 2, так же как в рассмотренном выше случае, поддерживает по-
стоянство перепада давления на дросселе путем изменения величины
щели 1. При повышении давления на выходе дросселя вследствие увеличения
349
момента сил сопротивления золотник 2 опускается вниз и уменьшает
сечение щели 1, в результате давление на входе повышается. При
уменьшении давления на выходе давление, действующее на входе, подни-
мает золотник 2, сечение щели 1 увеличивается и давление на входе падает.
Давление, развиваемое насосом, равно давлению на входе дросселя
и изменяется с изменением момента сил сопротивления.
Изменение величины утечек не оказывает влияния на стабильность
настроенной скорости, так как количество масла, поступающего к гидро-
двигателю, зависит только от перепада давления на дросселе, который
поддерживается постоянным. Изменение величины утечек приводит к из-
менению количества масла, поступающего через щель 1 в бак.
Подобные схемы дроссельного изменения скорости называются схемами
с дозирующим клапаном.
Вследствие низкого к. п. д. рассмотренных схем дроссельного измене-
ния скорости они находят преимущественное применение в приводах по-
Рис. 11.108. Схемы гидроприводов вращательного движения с дрос-
сельным изменением скорости и повышенным к. п. д.
дачи, установочных перемещений, зажимных механизмов и т. п. Значи-
тельно более высокого к. п. д. можно достигнуть, используя в гидроприво-
дах рассмотренного типа два насоса различной производительности
(рис. II. 108, б) 2 и 4. Насосы могут подключаться с помощью соответству-
ющей аппаратуры управления либо к трубопроводу 3, питающему гидро-
двигатель 5, либо к сливному трубопроводу 1. При малых скоростях вра-
щения гидродвигателя для его питания используется насос меньшей
производительности 4, который подключается к трубопроводу 3, а насос 2
подключается к сливному трубопроводу 1 и работает вхолостую. При этом
к. п. д. определяется как отношение эффективной мощности к мощности,
потребляемой насосом 4. При средних скоростях к трубопроводу 3 под-
ключается насос 2, а насос 4 работает вхолостую. При высоких скоростях
к трубопроводу 3 подключаются оба насоса. Дроссель может быть распо-
ложен как на входе, так и на выходе, а для стабилизации скорости приме-
нена одна из рассмотренных выше схем.
Гидроприводы вращательного движения с дроссельным изменением
числа оборотов находят пока ограниченное применение, однако в связи
с рядом положительных особенностей этих приводов (широким диапазо-
ном бесступенчатого изменения чисел оборотов, который в зависимости
от типа и мощности гидропривода может принимать значения от 150 до 1300,
простотой конструкции, возможностью автоматического управления ско-
ростью) они смогут получить значительное распространение в приводах
подачи и следящих приводах. Применение подобных приводов целесооб-
разно при большой длине хода, когда использование поршневых приводов
представляется затруднительным, а также в независимых приводах по-
дачи, при которых требуется широкий диапазон изменения чисел оборотов.
Нерегулируемые приводы этого типа могут быть успешно использо-
ваны в различного рода зажимных устройствах.
350
Объемное изменение скорости при поршневых гидроприводах [32]
При объемном изменении скорости для питания поршневых двигателей
используют насосы переменной производительности. Заданная скорость
движения поршня устанавливается путем настройки производительности
насоса 2 (рис. 11.109, а). Величина давления, развиваемого насосом, зави-
сит, как это видно из уравнения равновесия сил, приложенных к поршню
[см. формулу (11.142)], от величины рабочей нагрузки.
Таким образом, производительность насоса и давление, развиваемое им,
устанавливаются в соответствии со скоростью движения и нагрузкой рабо-
чего органа, благодаря чему к. п. д. при объемном изменении скорости
имеет сравнительно большую величину.
Однако зависимость давления от величины нагрузки приводит при из-
менении последней к изменению настроенной скорости хода. При увеличе-
нии нагрузки возрастает давление, а вместе с тем и величина утечек,
Рис. 11.109. Схемы объемного изменения скорости при порш-
невых гидроприводах
вследствие чего в цилиндр поступает меньшее количество масла и ско-
рость рабочего органа падает; при уменьшении нагрузки давление пони-
жается, величина утечек уменьшается и в цилиндр поступает большее ко-
личество масла и соответственно скорость рабочего органа возрастает.
При малой величине настроенной скорости хода изменение нагрузки при-
водит к резкому изменению величины скорости. Значительные изменения
нагрузки имеют место при врезании и выходе режущего инструмента,
при значительных колебаниях припуска. В момент, предшествующий
врезанию, когда процесс резания еще не начался, нагрузка мала и скорость
хода значительно выше, чем в процессе резания. Таким образом, врезание
будет происходить при повышенной скорости, что может привести к по-
ломке режущего инструмента. Аналогичное явление имеет место при вы-
ходе режущего инструмента, когда нагрузка падает и скорость возрастает.
Вследствие указанных обстоятельств при объемном изменении скорости
приходится прибегать к усложнению схемы в целях поддержания по-
стоянства настроенной скорости независимо от изменения величины
нагрузки.
Варианты схем, используемых для стабилизации скорости, весьма
многообразны. Представление о методах стабилизации скорости может
быть получено при рассмотрении двух принципиальных схем, приведен-
ных ниже.
В схеме, представленной на рис. 11.109, а, стабилизация скорости
достигается автоматическим изменением производительности насоса при
изменении нагрузки, а соответственно и давления, развиваемого насосом.
На корпус насоса 2, настроенного для получения заданной производи-
351
тельности, с одной стороны действует сила пружины 1, с другой — сила
давления масла на поршень 4. Под поршень 4 масло поступает из нагнета-
тельной полости насоса 2 по трубопроводу 3. При падении нагрузки,
а соответственно и давления в нагнетательной полости, сила, приложен-
ная к поршню 4, уменьшается и корпус насоса под действием пружины 1
смещается, что приводит к уменьшению производительности насоса, чем
компенсируется уменьшение утечек при падении нагрузки. При возраста-
нии нагрузки и давления сила, действующая на поршень 4, возрастает
и корпус насоса перемещается в противоположном направлении, что при-
водит к увеличению производительности насоса, чем компенсируется уве-
личение. утечек при возрастании нагрузки.
В схеме, представленной на рис. 11.109, б, стабилизация настроенной
скорости обеспечивается поддержанием постоянства рабочего давления
независимо от величины нагрузки. Постоянство рабочего давления под-
держивается путем автоматического изменения величины противодавления.
Из полости 2 масло направляется на слив через щель 4 золотника 3. На зо-
лотник 3 с одной стороны действует давление в рабочей полости цилиндра,
которая связана с золотником трубопроводом /, с другой — сила пру-
жины 5. Величина давления в рабочей полости настраивается пружиной 5.
В случае уменьшения рабочей нагрузки давление в рабочей полости начи-
нает падать, при этом пружина 5 перемещает золотник 3 влево, уменьшая
щель 4, вследствие чего противодавление в полости 2 возрастает до тех
пор, пока давление в рабочей полости не достигнет установленной вели-
чины. В случае возрастания нагрузки давление в рабочей полости возра-
стает и золотник 3 перемещается вправо, увеличивая щель 4, вследствие
чего противодавление в полости 2 падает до тех пор, пока давление в рабо-
чей полости не достигнет установленной величины.
При рассмотренной схеме насос работает при постоянном давлении,
не зависящем от рабочей нагрузки, что приводит к снижению к. п. д.
привода при малых нагрузках и таким образом лишает привод с объемным
изменением скорости одного из важнейших преимуществ.
Приводы с объемным изменением скорости, имея более сложную кон-
струкцию, чем приводы с дроссельным изменением скорости, находят
ограниченное применение, в частности в протяжных и продольностро-
гальных станках.
Дроссельное изменение скорости
при поршневых гидроприводах [12, 32]
Схемы дроссельного изменения скорости при поршневых гидродвига-
телях (рис. 11.110) аналогичны схемам дроссельного изменения скорости
в гидроприводах вращательного движения, рассмотренным выше.
В схеме а масло поступает от насоса постоянной производительности 1
через дроссель 3 в рабочую полость цилиндра 4. Избыток масла сливается
через переливной клапан 2, поддерживающий постоянство давления перед
дросселем. При изменении величины нагрузки изменяется давление в ра-
бочей полости цилиндра, что приводит к изменению перепада давления
иа дросселе и расхода масла через дроссель, а это, в свою очередь, вызы-
вает изменение настроенной скорости.
В схеме б скорость хода настраивается путем изменения скорости
вытекания масла из полости противодавления 2 с помощью дросселя 3.
Так как давление в полости 1 поддерживается постоянным, то изменение
нагрузки приводит к изменению противодавления в полости 2, а соответ-
ственно к изменению перепада давления на дросселе и к изменению рас-
хода через дроссель и настроенной скорости хода.
352
В схеме в часть масла направляется через дроссель 2 на слив, а часть
поступает в рабочую полость цилиндра. Скорость хода настраивается
путем изменения с помощью дросселя 2 количества масла, поступающего
на слив. Давление в полости 1 устанавливается в соответствии с рабочей
нагрузкой. Изменение давления в полости 1 вызывает изменение перепада
давлений на дросселе, а соответственно расхода через дроссель и настроен-
ной скорости. При данной схеме на величине настроенной скорости ска-
зывается также изменение утечек при изменении рабочего сопротивления.
Таким образом, все рассмотренные схемы не обеспечивают постоянства
настроенной скорости, которая изменяется при изменении величины на-
грузки. Подобные схемы применяют только при малых колебаниях на-
грузки, преимущественно в приводах шлифовальных станков.
Рис. П.110. Схемы дроссельного изменения скорости при поршневых гидропри-
водах
Для поддержания постоянства настроенной скорости в рассмотренных
схемах используют редукционные клапаны 1 (рис. II.ПО, г—е), поддержи-
вающие постоянство перепада давления независимо от изменения нагрузки.
Принцип действия редукционных клапанов рассмотрен выше (см. стр. 348).
В схемах а, б, г и д насос постоянной производительности работает
при постоянном давлении независимо от нагрузки и скорости перемеще-
ния рабочего органа и потребляет постоянную мощность. Поэтому при
малых скоростях и нагрузках, когда эффективная мощность мала, к. п. д.
привода становится низким.
В схемах в и е давление, развиваемое насосом постоянной производи-
тельности, зависит от рабочей нагрузки и мощность, потребляемая насо-
сом, уменьшается с уменьшением нагрузки, вследствие чего к. п. д. этих
схем выше. Однако вследствие меньшей стабильности скорости эта схема
применяется весьма ограниченно.
Аналогичные результаты с точки зрения к. п. д. могут быть получены
при использовании схемы, представленной на рис. 11.111, а, которая дает
вместе с тем большую стабильность скорости, так как утечки в этом слу-
чае не влияют на количество масла, поступающего в рабочую полость
12 И. М. Кучер 417	353
цилиндра. От насоса 7 масло поступает через дроссель 2 в рабочую полость
цилиндра. Часть масла направляется на слив через щель 6, образуемую
кромками золотника и корпуса редукционного клапана. Золотник нахо-
дится в равновесии под действием пружины 4, давления масла перед
дросселем, поступающего по каналу 1, и давления масла за дросселем,
поступающего по каналу 5. При повышении давления в рабочей полости
цилиндра золотник 3 дросселя под давлением масла, поступающего по ка-
налу 5, опускается вниз, щель 6 уменьшается и давление перед дросселем
возрастает. При падении давления в рабочей полости цилиндра имеет место
обратная картина. Таким образом поддерживается постоянство перепада
давления на дросселе. Давление перед дросселем, а соответственно и в на-
гнетательной полости насоса пропорционально давлению в рабочей
полости цилиндра, которое зависит от нагрузки, и мощность, потребляе-
мая насосом, является функцией нагрузки, так же, как в предыдущем
случае. Изменение величины утечек влияет только на количество масла,
Рис. 11.111. Схемы дроссельного изменения скорости при порш-
невых гидроприводах с повышенным к. п. д.
направляемого на слив, и не сказывается на стабильности настроенной
скорости. Данная схема аналогична схеме гидропривода вращательного
движения, представленной на рис. 11.109, а.
Более высокий к. п. д. может быть получен при использовании в схеме
двух насосов 1 и 2 (рис. 11.111, б) различной производительности, которые
могут быть включены либо поочередно, либо одновременно. При малых
скоростях включается один насос 2 малой производительности, а насос 1
работает на слив, при средних скоростях включается один насос 1 высокой
производительности, а насос 2 работает на слив, а при больших скоростях
включаются оба насоса. Подобная схема имеет настолько высокий к. п. д.,
что она используется в гидроприводе главного движения поперечностро-
гального станка 637 мощностью 10 кет, а также в ряде других приводов
главного движения.
Из рассмотренных схем наибольшее распространение получили схемы
с дросселированием на выходе, так как при этом уменьшаются возмож-
ности попадания воздуха в систему, так как обе полости цилиндра нахо-
дятся под давлением. Вместе с тем благодаря наличию противодавления
система работает при более высоком рабочем давлении и колебания давле-
ния при изменении нагрузки, отнесенные к рабочему давлению, стано-
вятся меньше, а так как изменение скорости пропорционально относитель-
ному изменению давления, то стабильность скорости также становится
выше.
Наряду с основными, рассмотренными выше факторами на стабильность
скорости влияет: величина активной площади поршня (чем больше актив-
ная площадь, тем меньше колебания скорости), изменение вязкости масла
354
при нагреве в процессе работы, попадание воздуха в системы, сжимае-
мость масла, засорение дросселей и др. Изменение вязкости масла при
нагреве приводит к изменению утечек и расхода масла через дроссель.
В некоторых гидроприводах для поддержания постоянства температуры
масла вводятся специальные подогреватели для подогрева масла в начале
работы до температуры, которая является стабильной в процессе работы
гидропривода, или холодильники, устраняющие повышение температуры
масла в работе.
Принципиальные схемы быстрых ходов
при поршневых двигателях
Для осуществления быстрых ходов в схеме может быть использовано
два насоса, один из которых включается при рабочих ходах, а второй —
при быстрых. Насос, используемый для осуществления быстрых ходов,
обычно имеет большую производительность и работает при низком давле-
нии. Однако применение двух насосов приводит к усложнению схемы.
Поэтому при дроссельном изменении скорости во многих случаях приме-
няют поршневые двигатели с толстым штоком и дифференциальным
цилиндром.
Поршневой двигатель с простым цилиндром и толстым штоком позво-
ляет получить быстрый ход только в одном направлении (рис. II. 112, а).
При рабочем ходе масло подается в полость 1, а при быстром — в полость 2.
Так как активная площадь поршня в полости 2 меньше активной площади
поршня в полости 1, то скорость поршня при подаче масла в полость 2
будет больше.
При дифференциальном цилиндре и тонком штоке (рис. 11.112, б) при
рабочем ходе масло подается в полость 2, а при быстром ходе с нагнетатель-
ной полостью насоса связываются обе полости цилиндра. Так как актив-
ная площадь поршня в полости 1 больше, чем активная площадь поршня
в полости 2, то при одинаковом давлении, которое устанавливается в обеих
полостях, сила, действующая на поверхность поршня в полости 1, будет
больше силы, действующей на поверхность поршня в полости 2, и поршень
будет перемещаться вправо. При этом масло, выдавливаемое из полости 2,
будет поступать совместно с маслом, подаваемым насосом, в полость 1.
Таким образом, общее количество масла, поступающего в полость 1, будет
равно
Qz = Q«+Qs,	(П. 158)
где Q2 — количество масла, поступающего из полости 2, в л/мин.
QH — количество масла, подаваемого насосом, в л!мин.
355
Количество масла, поступающего из полости 2, равно
Q2=-^>	(П.159)
где Fa2 — активная площадь поршня в полости 2 в см2;
v6 — скорость быстрого хода в м/мин.
Скорость быстрого хода будет равна
Об== 10^2=10^-^,	(П.160)
Fax	г ai
где Fal — активная площадь поршня в полости 1 в см2.
Подставив в уравнение (11.160) выражение для Q2 из уравнения (11.159)
и решив полученное выражение относительно v6, найдем
аб=10	% .	(11.161)
Г ai — Гаъ
В схеме, представленной на рис. 11.112, в, при рабочем ходе масло
подается в полость 1, при быстром обратном ходе — в полость 2, а при
быстром прямом ходе обе полости 1 и 2 связываются с нагнетательной
полостью насоса. Скорость быстрого прямого хода определяется формулой
(11.161), а скорость быстрого обратного хода формулой
(11.162)
Так как скорости прямого и обратного хода должны быть равны, то,
приравняв выражения (11.161) и (11.162), найдем, что Fal = 2Fm. Ско-
рость быстрого хода в последнем случае равна удвоенной максимальной
скорости рабочего хода. Так как обычно скорость рабочего хода, которая
настраивается с помощью дросселя, меньше максимальной, то скорости
быстрого хода значительно превышают скорость рабочего хода. Дальней-
шего повышения скорости быстрого хода можно достигнуть, используя
насос большей производительности, чем это требуется для получения мак-
симальной скорости рабочего хода, однако это приводит к снижению
к. п. д.
19.	КОНТРОЛЬНО-РЕГУЛИРУЮЩАЯ ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА
К контрольно-регулирующей аппаратуре [12, 32, 102] относится:
аппаратура для изменения скорости движения рабочего органа, аппара-
тура для поддержания постоянства давления в той или иной части гидра-
влической системы, аппаратура для изменения направления потоков
жидкости при изменении давления в той или иной части системы.
К аппаратуре для изменения скорости рабочих органов относятся
дроссели и редукционные клапаны. Редукционные клапаны исполь-
зуются также для поддержания постоянства давления. К аппаратуре для
изменения направления потоков жидкости при изменении давления в той
или иной части системы относятся предохранительные, обратные, пере-
ливные клапаны и золотники.
Аппаратура для изменения скорости
и поддержания постоянства давления
Дроссель представляет собой устройство для изменения в соответствии
с заданной скоростью движения рабочего органа площади поперечного
сечения прохода, через который масло поступает в систему. Одним из
356
основных показателей, характеризующих конструкцию дросселя, является
его засоряемость. Чем больше засоряемость, тем больше неустойчивость
настроенной скорости. Засоряемость дросселя тем меньше, чем меньше
периметр отверстия при одном и том же поперечном сечении и чем меньше
путь, проходимый жидкостью в дросселирующем отверстии.
л-л
Конструкции дросселей весьма многообразны. Остановимся только
на некоторых, наиболее характерных конструктивных формах.
Простейшую конструкцию имеет игольчатый дроссель (рис. 11.113, а).
Масло поступает через отверстие 3 и проходит через щель, образованную
конусом иглы 2 и кромкой отверстия 1. При вращении иглы она переме-
щается в осевом направлении по резьбе и при этом изменяется поперечное
сечение щели. Дроссель отличается простотой конструкции. Его недо-
статком является повышенная засоряемость, так как зазор между кромкой
отверстия 1 и конусом весьма мал даже при значительной площади
357
поперечного сечения кольцевого отверстия, вследствие чего в нем за-
держиваются различные частицы, имеющиеся в масле.
Дроссели этого типа обычно применяют в различного рода вспомога-
тельных приводах, а не для регулирования скорости рабочего органа.
Значительно меньше засоряемость щелевых дросселей (рис. 11.113, 6),
которые находят широкое применение для изменения скорости рабочих
органов. Масло поступает через поперечное отверстие 1 к щели в полого
валика 2. Через щель в масло попадает в полость валика и далее к отвер-
стию 7, через которое оно направляется в гидросистему. При повороте
валика 2 в корпусе 3 величина участка щели, сообщающегося с попереч-
ным отверстием, изменяется. Для установки валика служит рукоятка
с лимбом 4. В требующемся положении валик фиксируется с помощью
накатанной гайки 5. Отверстие 6 служит для стока просачивающегося
через зазоры масла.
Даже при малом поперечном сечении дросселирующего отверстия,
образуемого кромками щели и отверстия, расстояние между кромками
остается значительным и засоряемость дросселя понижается.
Описанную конструкцию имеют дроссели типа Г77-1, выпускаемые
отечественной промышленностью.
Хорошо зарекомендовали себя также дроссели с винтовой канавкой
(рис. 11.113, в). Масло поступает через отверстие 5 корпуса и направляется
к продольной щели гильзы 9. В отверстии гильзы расположен валик 7
с винтовой канавкой 8. Проходное сечение дросселирующего отверстия
образует с кромками щели 3 и кромкой одной из винтовых поверхностей
канавки. При повороте валика 7 кромка винтовой поверхности будет сме-
щаться вдоль канавки, что повлечет за собой изменение проходного сече-
ния дросселирующего отверстия.
Через дросселирующее отверстие масло поступает в винтовую канавку,
имеющую большое поперечное сечение, и далее попадает в отверстие 10,
откуда оно направляется в гидросистему.
Валик 7 удерживается в корпусе с помощью штифта 12 и фланца//.
Для поворота валика при настройке проходного сечения служит ру-
коятка /.
Для уплотнения валика и стыковых поверхностей использованы рези-
новые кольца 2, 4 и 6.
Описанную конструкцию имеют дроссели Г77-3, выпускаемые отече-
ственной промышленностью.
Поскольку для изменения скорости рабочего органа широко приме-
няют дроссели, работающие совместно с редукционным клапаном, то оба
устройства объединяют в одном корпусе. Подобные объединенные устрой-
ства называют дроссельными регуляторами скорости. Отечественная
промышленность выпускает дроссельные регуляторы скорости типа
Г55-2 (рис. 11.114). Масло поступает через отверстие 9 корпуса 2 и через
канавку и поперечные отверстия 10 гильзы 5 попадает к проточке золот-
ника 6, выполненного заодно с грибообразным поршнем. Через щель,
образуемую кромками отверстия гильзы и золотника, масло проходит
к выточке 4 гильзы, которая сообщается продольными отверстиями с по-
лостью 7 крышки, а каналом 3 — с камерой грибообразного поршня.
Через полость 7 масло поступает к отверстию полого валика щелевого
дросселя 11 описанной выше конструкции и далее к выходному отвер-
стию 8.
Золотник 6 находится в равновесии под действием силы пружины 1
и давления масла на грибообразный поршень и торец золотника. Верхняя
полость камеры грибообразного поршня связана соответствующими кана-
лами с выходным отверстием 8.
358
Дроссельный регулятор скорости описанной конструкции может быть
использован в схемах, представленных на рис. 11.110, г—е. В схеме,
изображенной на рис. 11.111, с, применяются дроссельные регуляторы
скорости типа Г55-1, которые отличаются от описанного выше лишь неко-
торыми конструктивными особенностями.
Рис. 11.114. Дроссель с редукционным клапаном
Редукционные клапаны, выпускаемые в виде отдельных аппаратов,
имеют конструкцию, аналогичную конструкции редукционных клапанов,
объединенных в одном корпусе с дросселем, и отличаются некоторыми эле-
ментами конструктивного оформления. Они применяются для снижения
до заданной величины давления в отдельных звеньях гидросистемы.
Аппаратура для изменения направления потока масла
при изменении давления в системе
Аппаратура рассматриваемого типа используется либо для направле-
ния потока масла на слив при повышении давления в системе выше допу-
скаемого, либо для включения или выключения того или иного ответвле-
ния системы при достижении определенного давления [32, 102].
Рис. 11.115. Обратный клапан
Обратный клапан. Простейшим устройством, способным выполнять ряд
из перечисленных выше функций, является клапан с коническим седлом
(рис. 11.115, а). Масло поступает к отверстию 5 и давит на торец клапана 2,
который прижат под действием пружины 3 к седлу 4. При повышении
давления сверх установленного давление масла приподнимает клапан
359
Рис. 11.116. Предохранитель-
ный клапан с переливным
золотником
и масло направляется к отверстию 1. Клапан может быть использован
в качестве предохранительного, переливного в схемах с дроссельным изме-
нением скорости, для поддержания минимального заданного противо-
давления, для включения одного из ответвлений гидросистемы при до-
стижении заданного давления. Показанный на рис. 11.115, б клапан 1
служит для поддержания минимального противодавления. Клапан 3,
представленный на рис. 11.115, в, включает цилиндр 2 только после того,
как давление в цилиндре 1 достигнет заданной величины.
Однако в качестве предохранительного и переливного обратные
клапаны практически не используются из-за ряда недостатков. При
больших давлениях и расходах клапаны ста-
новятся громоздкими. При большом расходе
клапан должен иметь значительное поперечное
сечение и соответственно на клапан действует
большая сила, величина которой определяется
поперечным сечением клапана и давлением. Для
уравновешивания этой силы необходима пру-
жина соответствующих размеров, которая дол-
жна быть размещена в корпусе клапана. При
работе таких клапанов в качестве предохра-
нительных происходят резкие колебания да-
вления и возникает значительный шум.
Предохранительный клапан с переливным
золотником. В качестве предохранительных и
переливных наибольшее применение находят
клапаны с переливным золотником типа Г52-1
(рис. II. 116). Масло поступает к отверстию 12,
которое при перегрузке сообщается с помощью
золотника 3 с грибообразным поршнем со слив-
ным отверстием 2. Под действием пружины 5
золотник 3 опущен вниз и перекрывает проход
масла к отверстию 2. Масло, поступающее под
давлением к отверстию 12, проходит через от-
верстие 11 в нижнюю полость 4 камеры грибо-
образного поршня, а через отверстие 13 — в полость 1 и далее через
дросселирующее отверстие жиклера 15 и канал 14 в верхнюю полость 8
камеры грибообразного поршня. Таким образом, силы давления, дейст-
вующие на золотник 3 сверху и снизу, уравновешиваются, и до тех пор,
пока давление не превысит установленное, золотник 3 перекрывает проход
масла к отверстию 2.
Верхняя полость 8 грибообразного поршня сообщается сквозным
отверстием 10, запертым шариковым клапаном 6, со сливным отверстием 2.
Шариковый клапан 6 прижат к седлу пружиной 7, которая настраивается
в соответствии с заданным давлением. При перегрузке шариковый кла-
пан 6 открывается и давление в полости 8 падает, тогда давление масла
в полостях 4 и 1 перемещает золотник 3 вверх и отверстие 12 сообщается
с отверстием 2, избыток масла направляется на слив, давление в системе
понижается. При падении давления в полости 8 шариковый клапан за-
крывается; масло, поступающее через отверстие 14, вновь заполняет по-
лость 8 и золотник 3 перекрывает проход масла к отверстию 2. Так как
масло, поступающее в камеру грибообразного поршня, проходит через
дросселирующее отверстие, то заполнение камеры происходит постепенно,
чем обеспечивается плавность перемещения золотника и, как следствие,
отсутствие резких колебаний давления в системе и значительного шума
при работе.
360
Клапан с переливным золотником может быть также использован
в качестве управляемого аппарата. Для этого отверстие 9, сообщающееся
с полостью 8, подключается к трубопроводу, который с помощью соответ-
ствующей аппаратуры управления может быть связан с полостью слива.
При поступлении сигнала управления камера 8 сообщается с полостью
слива и золотник 3, поднимаясь вверх, соединяет отверстия 12 и 2.
Напорный золотник. Напорный золотник типа Г54-1 (рис. 11.117, а)
может быть использован в качестве предохранительного и переливного
золотника, для изменения направления потока жидкости при изменении
давления, в качестве управляемого аппарата.
Рис. 11.117. Напорный золотник
При использовании золотника в качестве предохранительного или
переливного масло под давлением поступает к отверстию 11. При опре-
деленном давлении, которое настраивается с помощью пружины 10, зо-
лотник 4 смещается вправо и сообщает отверстие 11 со сливным отвер-
стием 5. Золотник перемещается под давлением масла, которое поступает
в полость 1 через отверстия 12, 13 и 15. Отверстия 7 и 6 служат в этом слу-
чае для слива утечек.
При использовании золотника для изменения направления потока
жидкости при изменении давления между крышкой 9 и корпусом 3 поме-
щается кольцевая прокладка, которая разобщает отверстия 7 и 6. Слив
утечек осуществляется через трубку, которая ввинчивается вместо проб-
ки 8. При заданном давлении золотник 4 смещается вправо и масло по-
ступает через отверстие 5 к соответствующему ответвлению гидросистемы
(рис. 117, б), например к цилиндру 2. Работа поршней цилиндров 1 и 2
протекает последовательно. Вначале движется только поршень ци-
линдра 1, а цилиндр 2 отключен с помощью напорного золотника <3.
Когда поршень цилиндра 1 достигнет крайнего положения, давление
в системе повысится и напорный золотник 3 откроет доступ маслу
к цилиндру 2.
361
При использовании напорного золотника в качестве управляемого
аппарата между крышкой 2 и корпусом 3 (рис. 11.117, а) также поме-
щается шайба, разобщающая отверстия 12 и 13, а отверстие 15 связы-
вается с трубопроводом управления, который подключается к отверстию,
ранее закрытому пробкой 14. При подаче сигнала управления аппарат 1
(рис. 11.117, в) подключает к сети трубопровод 2, через который масло
поступает в полость 3 (полость 1 на рис. 11.117, а), и напорный золотник
включает в сеть питания цилиндр 4.
Ряд комбинаций отдельных аппаратов находит широкое применение
в гидроприводах, поэтому такие характерные комбинации выполняются
в общем корпусе. Выше уже упоминалось о комбинированном аппарате,
состоящем из дросселя и редукционного клапана. В виде комбинирован-
ного аппарата выполняется
также напорный золотник
с обратным клапаном.
В прямом направлении
от трубопровода 1 к трубо-
проводу 2 (рис. 11.117, г)
масло поступает при опреде-
ленном давлении, когда сра-
батывает напорный золотник
5. В обратном направлении
масло идет через обратный
клапан 3 и канал 4.
Отечественная промыш-
ленность выпускает напорные
золотники с обратным клапа-
ном типа Г66-2.
Широко применяемая разделительная панель типа Г53-1 также пред-
ставляет собой комбинированный аппарат. Разделительная панель слу-
жит для автоматического включения в гидросистему и отключения насоса
низкого давления, предназначенного для подачи масла при быстрых
ходах. При рабочих ходах масло подается насосом высокого давления 1
(р ис. II. 118). По каналу 4 масло поступает в гидросистему, а по каналу 2 —
к предохранительному клапану 3 с переливным золотником описанной
выше конструкции. От насоса 14 низкого давления и высокой производи-
тельности масло поступает по каналу 13 к золотнику 11. При высоком
давлении в системе золотник И поднят и масло, поступающее от насоса 14,
направляется через выточку золотника И к сливному трубопроводу 12.
Подъем золотника 11 происходит под давлением масла, поступающего
в камеру 10 грибообразного поршня по каналам 5 и 9. Масло, поступаю-
щее по каналам 5 и 9, проходит через полость 7 золотника 8 и удержи-
вает золотник в нижнем положении. При включении быстрого хода дав-
ление в системе падает и золотник 11 под действием пружины опускается
вниз, отключая насос 14 от трубопровода 12. Масло, поступающее от на-
соса 14 по каналу 15 в полость 17 золотника 8, поднимает золотник 8
вверх и выточка золотника соединяет трубопроводы 16 и 6, через которые
масло направляется в трубопровод 2 и далее в гидросистему.
20.	АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ
Аппаратура управления [32, 102] служит для переключения потоков
масла при поступлении внешних сигналов управления. Сигналы управ-
ления могут подаваться вручную или с помощью той или иной системы
автоматического управления.
362
Для переключения потоков масла при поступлении сигналов управле-
ния используются различного рода краны и золотники.
К аппаратам управления могут быть также отнесены и реле давления,
которые служат для выработки внутренних сигналов управления в функ-
ции изменения давления.
Краны
Кран представляет собой корпус / (рис. 11.119, а) с цилиндрическим
отверстием, в котором помещается поворотная пробка <3. В корпусе имеется
ряд радиально расположенных отверстий, к которым подключаются тру-
бопроводы, а пробка снабжена канавками и отверстиями, с помощью
которых отверстия корпуса соединяются между собой в нужных комби-
нациях. На рис. 11.119, а
представлена простейшая
конструктивная схема проб-
кового крана. Масло подво-
дится через отверстие 2 и
через отверстия 4 и 7 напра-
вляется к одной из полостей
поршневого цилиндра. Отвер-
стие 10 служит для слива
масла. Масло, поступающее
от отверстия 2, попадает в
кольцевую канавку 12 проб-
ки 3. С кольцевой канавкой
12 связаны две продольные
канавки 5 и 9. В положении,
показанном на рис. 11.119, а,
продольная канавка 9 соеди-
няет отверстие 2 с отверстием
4, через которое масло по-
дается в соответствующую по-
лость поршневого цилиндра.
Масло, вытесняемое из дру-
гой полости поршневого ци-
Рис. II.119. Краны для переключения потоков ма-
сла в гидросистеме
линдра, поступает через от-
верстия 7 и 6 во внутреннюю
полость И пробки и далее
к сливному отверстию 10.
При повороте пробки на
канавку 12 и продольную канавку 5 к отверстию 7, а отверстие 4 будет
связано через отверстие 8 с внутренней полостью 11 пробки. Недостатком
данной конструктивной схемы является одностороннее давление масла
на пробку, что приводит к повышенному износу. В ряде конструкций
одностороннего давления удается избежать.
При соответствующем числе отверстий в корпусе и канавок в пробке
поворотные краны могут быть использованы для осуществления весьма
сложных последовательных переключений потоков масла в гидросистеме.
Двухпозиционный кран типа Г71-2 (рис. 11.119, б), серийно выпу-
скаемый отечественной промышленностью, имеет несколько иную кон-
струкцию. Корпус 4 имеет четыре радиально расположенных отверстия.
Через отверстие 5 масло поступает от насоса, а через отверстие 12 уходит
на слив. Отверстия 6 и 8 связаны с соответствующими полостями цилин-
дров. В положении, показанном на рис. 11.119, б, масло, поступающее
90° масло будет поступать через кольцевую
363
через отверстие 5, попадает в канавку 13 пробки 3. Канавка 13 связана
сквозным отверстием с канавкой 9, откуда масло попадает к отверстию 8
и направляется к цилиндру. Масло, поступающее из другой полости
цилиндра к отверстию 6, попадает в канавку 7 и далее через отверстие 10
в канавку 11, связанную со сливным отверстием 12. При повороте пробки
канавка 7 непосредственно соединяет отверстия 5 и 6, а масло, поступаю-
щее к отверстию 8, проходит через канавку 9, сквозное отверстие пробки
в канавку 13, которая при этом соединяется с отверстием 12.
Поворот крана осуществляется рукояткой 1, положение которой фик-
сируется шариком 2.
Поскольку рабочее давление действует одновременно в двух канавках,
расположенных под углом 180°, то силы давления, действующие на пробку,
уравновешиваются.
Поворотные краны используются при сравнительно небольшом рас-
ходе в основном в цепях управления.
Золотники
Золотник (рис. 11.120) представляет собой плунжер 11 с выточками,
который перемещается в отверстии корпуса 1, снабженном рядом кольце-
вых канавок, связанных радиальными отверстиями с трубопроводами
гидросистемы. При осевом перемещении плунжера золотника его выточки
соединяют канавки корпуса, а соответственно и трубопроводы, связан-
Рис. И. 120. Схема реверсивного золотника
ные с этими канавками, между собой. Масло поступает к золотнику через
отверстие 5, отверстия 4 и 7 служат для подачи масла в систему, а отвер-
стия 10 и 12 — для слива масла. В положении, показанном на рис. II. 120, а,
канавки 6 и 8 связаны между собой и масло, поступающее к золотнику,
направляется к отверстию 7. Масло, уходящее из гидросистемы, поступает
к отверстию 4 и через канавки 3 и 2 и отверстие 12 уходит на слив. При
крайнем правом положении плунжера 11 левая выточка соединит канавки 3
и 6 и масло от насоса будет подаваться к отверстию 4, а масло, уходящее
из системы через отверстие 7, пройдет через связанные между собой пра-
вой выточкой плунжера 11 канавки 8 и 9 к сливному отверстию 10.
При среднем положении плунжера 11, показанном на рис. 11.120, б,
его выточки свяжут между собой канавки 3, 6 и 8 и масло, поступающее
от насоса к отверстию 5, будет одновременно подаваться к отверстиям 4
и 7. Такая схема включения используется, например, при дифференциаль-
ных цилиндрах (см. стр.. 355).
Изменяя ширину выточек и поясков золотника, можно получить раз-
личные схемы включения. Например, если ширина среднего пояска будет
больше ширины канавки 6, то при среднем положении плунжера 11 золот-
ник будет выключать подачу масла в систему. Если одновременно увели-
чить ширину выточек плунжера, то при среднем положении плунжера оба
отверстия 4 и 7 будут соединены со сливом. Возможен также ряд других
364
вариантов, на основе которых выпускается ряд модификаций золотников.
Во многих случаях сливные отверстия 10 и 12 соединяются в корпусе
золотника общим каналом.
Переключение золотника может осуществляться: механически с по-
мощью рукоятки или упоров подвижного рабочего органа; гидравличе-
ски давлением масла, подводимого к торцам золотника; с помощью элек-
тромагнитов, непосредственно перемещающих плунжер золотника.
Золотники с гидравлическим переключением. Схема золотника с гидрав-
лическим переключением типа Г72-1 представлена на рис. 11.121, а. Масло
подводится к торцам золот-
ника по каналам 1 и 6. Ско-
рость переключения золот-
ника регулируется с помощью
дросселей 3 и 4. При пере-
ключении золотника вправо
масло поступает к торцу зо-
лотника через обратный кла-
пан 2. Масло, вытесняемое
правым торцом золотника,
проходит через дроссель 4.
При переключении золотника
влево масло поступает через
обратный клапан 5, а масло,
вытесняемое левым торцом
золотника, проходит через
дроссель 3. Регулируя про-
ходное сечение дросселя, из-
меняют время переключения
золотника, а соответственно
и время разгона рабочего
органа, от величины кото-
рого зависят динамические
нагрузки, возникающие в пе-
риод разгона.	Рис. ц.121. Золотники с гидравлическим пере-
Каналы для подачи масла	ключением
к торцам золотника 3 распо-
ложены в крышках 1 (рис. II.121, б) корпуса 2. Обратный клапан и дрос-
сель также размещаются в крышке. В качестве обратного клапана исполь-
зуется шарик 5, прижатый к конической поверхности отверстия пружи-
ной 4. Для регулирования скорости переключения золотника приме-
няется игольчатый дроссель 6.
Имеется ряд типов золотников, переключение которых происходит
с переменной скоростью. В начале хода золотник движется с повышенной
скоростью, а в конце хода, когда происходит переключение потока масла,
скорость уменьшается, что позволяет уменьшать затраты времени на пере-
ключение. Такое изменение скорости обеспечено в конструкции золот-
ников типа Г72-1, имеющих дополнительные каналы 7 и 8, показанные
на рис. 11.121, а штриховой линией. В начале процесса переключения
масло уходит через дополнительный канал, минуя дроссель. В конце хода
плунжер золотника перекрывает дополнительный канал и масло проходит
через дроссель.
Золотники описанной конструкции являются двухпозиционными.
Трехпозиционные золотники (рис. 11.121, в) устанавливаются в среднем
положении с помощью пружин 1 и 4, когда камеры 2 и 3 сообщаются
с полостью слива.
365
Масло для переключения золотников поступает либо от общей маги-
страли гидросистемы, либо от специального насоса.
Золотники с переключающими электромагнитами. Золотники с пере-
ключающими электромагнитами типа Г73-1 имеют конструкцию, анало-
гичную описанной выше. Переключение золотника 2 (рис. 11.122) осуще-
ствляется с помощью толкающих электромагнитов 1 и 3. В среднем поло-
жении золотник удерживается пружинами, при включении электрома-
гнита 1 золотник перемещается вправо, при включении электромагнита 3 —
влево.
Рис. 11.122. Золотник с переключающими электромагнитами
Золотники с переключающими электромагнитами очень удобны в си-
стемах автоматического управления, так как сигнал управления может
быть передан по электрической цепи. Однако с увеличением размеров
золотника приходится применять электромагниты с большим тяговым
усилием, что приводит к значительному увеличению габаритов аппарата.
Поэтому при больших расходах, когда размеры золотника возрастают,
Рис. 11.123. Вспомогательные золотники
применяются золотники с гидравлическим переключением и вспомога-
тельным золотником с переключающими электромагнитами типа Г73-3,
Г73-4.
Вспомогательные золотники. Вспомогательные золотники предназна-
чаются для использования в цепях управления и рассчитаны на неболь-
шой расход. Отечественная промышленность выпускает вспомогательные
золотники типа Г74-2 с механическим управлением и золотники типа Г73-2
с переключающим электромагнитом.
Плунжер 4 золотника (рис. 11.123, а) под действием пружины 8 зани-
мает крайнее верхнее положение, при котором масло, поступающее в сеть,
366
через отверстие 2 направляется к отверстию 6, а масло, уходящее из сети,
через отверстие 7 направляется в полость 9 и далее по каналу 1 к сливному
отверстию 3. При воздействии путевого кулачка на плунжер 4 последний
опускается вниз, при этом проточка золотника соединяет отверстия 2 и 7
и масло, поступающее в систему, направляется к отверстию 7. Масло,
Рис. 11.124. Главный золотник, управляемый вспомогатель-
ными золотниками
уходящее из системы через отверстие 6, поступает через отверстие 5 во
внутреннюю полость плунжера 4 и далее через полость 9 и канал 1 на слив.
Золотник с переключающим электромагнитом (рис. 11.123, б) имеет
аналогичную конструкцию. Переключение золотника осуществляется
с помощью якоря 1 электромагнита, который при включении толкает
плунжер золотника вниз.
Вспомогательные золотники могут быть использованы и в основных
цепях, если их техническая характеристика соответствует требованиям,
предъявляемым условиями работы основной цепи.
Реверсивные золотники с гидравлическим переключением и вспомога-
тельными золотниками с переключающими электромагнитами. На
рис. 11.124 представлена одна из схем подобного золотника. Потоком
масла, поступающего к торцам основного золотника 5 при его пере-
ключении, управляют вспомогательные
чающими электромагнитами 2 и 3. Если
оба электромагнита выключены, то пру-
жины устанавливают золотник в сред-
нее положение. При включении элек-
тромагнита 2 золотник 1 опускается
и масло поступает к левому торцу
основного золотника, а от правого
торца масло направляется на слив. При
включении электромагнита 3 масло по-
ступает к правому торцу золотника.
Имеется также ряд других модифи-
каций подобных золотников.
Реле давления
золотники 1 и 4 с переклю-
Рис. 11.125. Реле давления
Реле давления служит для подачи
электрического сигнала управления
при изменении давления в той или иной части системы до заданной вели-
чины. Масло из системы поступает в отверстие 1 реле давления (рис. 11.125).
Под давлением масла деформируется мембрана 2. При деформациях мем-
367
браны поворачивается рычаг 3, регулировочный винт 8 которого нажи-
мает на контакт микропереключателя 7. Величина давления, при котором
срабатывает реле, устанавливается с помощью пружины 6. Натяжение
пружины регулируется с помощью пробки 5. Давление пружины пере-
дается рычагу 3 через коническую пяту 4.
Когда давление в системе превысит установленное с помощью пру-
жины 6, регулировочный винт 8 нажимает на контакт микропереключа-
теля 7 и возникающий при замыкании нормально открытых контак-
тов электрический сигнал используется в системе управления. При
падении давления используется электрический сигнал, возникающий
при замыкании нормально закрытых контактов.
Конкретные данные, характеризующие отдельные аппараты: максималь-
ный расход, наибольшее давление, потери давления, утечки указываются
в их технической характеристике. Потери давления для различных аппа-
ратов колеблются в среднем в пределах 1,5—3 кПсм* при номинальных
расходах масла.
Наряду с отдельными аппаратами промышленностью выпускаются
также гидропанели, представляющие собой комбинацию различных аппа-
ратов, обеспечивающую получение определенных циклов движений рабо-
чих органов. Подобные панели выпускаются для агрегатных головок,
шлифовальных и других типов станков.
21.	АРМАТУРА И ВСПОМОГАТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА ГИДРОПРИВОДОВ
Гидробаки
Масло, используемое для питания гидросистемы, засасывается из
гидробаков. Отработанное масло возвращается в гидробак. Гидробак
должен иметь достаточную емкость, которая должна быть не меньше коли-
чества жидкости, подаваемой насосом в течение 1,5—2 мин. Более точно
размеры бака могут быть определены на основе теплового расчета.
В качестве гидробака могут быть использованы те или иные отсеки
корпусных деталей станка. В ряде случаев бак представляет собой само-
стоятельную конструкцию. Конструкция бака должна обеспечивать
сохранение масла в чистоте и исключать возможность попадания в бак
каких-либо частиц извне.
Отверстия всех труб гидробака должны располагаться ниже мини-
мального уровня масла на расстоянии, превышающем три диаметра трубы.
Расстояние между концом всасывающей трубы и дном бака не должно
превышать двух диаметров трубы.
Расстояние между всасывающей и сливной трубой должно быть воз-
можно большим. В целях исключения прямой циркуляции масла следует
помещать всасывающую и сливную трубы в отдельных отсеках, разделен-
ных перегородкой, высота которой не превышает 2/3 минимального уровня.
Гидробак, представляющий собой самостоятельную конструкцию,
выполняется либо литым, либо сварным (рис. II. 126).
На рис. 11.126 представлен чертеж насосной станции, сварной гидро-
бак которой служит основанием для монтажа насоса и всей аппаратуры.
Насос 3, получающий движение 'от электродвигателя 4, прикреплен
к крышке бака. Масло, поступающее к насосу, засасывается через вса-
сывающую трубу 2. От насоса масло подается по трубе 5 к сетчатому
фильтру 6. От сетчатого фильтра масло поступает с одной стороны по тру-
бопроводу 1 в гидросистему, с другой — по трубопроводу 7 к перелив-
ному клапану 8. Масло, возвращающееся из гидросистемы, поступает
в бак по трубопроводу 9.
368
В ряде случаев в баке располагаются подогреватели или охлаждаю-
щие змеевики-теплообменники. Подогреватели служат, как указывалось
выше, для быстрого доведения температуры масла в начале пуска станка
до стабильного значения, устанавливающегося в процессе работы, чем
исключается влияние температуры масла на стабильность настроенной
г)
/	Рис. 11.126. Насосная стан-
1	ция (а) и соединения труб
-1	(б—г)
скорости в начальный период работы станка. К установке холодильников
приходится прибегать в тех случаях, когда в процессе работы станка
необходимо поддерживать постоянную низкую температуру масла, на-
пример в прецизионных станках, для уменьшения объема гидробака.
Трубопроводы и их соединения
В гидроприводах станков, работающих при давлениях до 100 кПсм2,
применяют стальные бесшовные трубы по ГОСТу 8734—58.
Применение медных труб не рекомендуется, так как они подвержены
механическим повреждениям, с течением времени теряют свою эластич-
ность и могут лопаться в местах соединения. Вместе с тем, медь, оказы-
вая каталитическое воздействие на молекулы масла, сокращает срок его
службы. Однако при внутреннем стесненном монтаже приходится исполь-
зовать медные трубы.
369
Для соединения труб с аппаратами применяют резьбовые и фланцевые
соединения. Резьбовые соединения выполняются с конической резьбой.
Труба либо непосредственно ввертывается в отверстие с конической резь-
бой (рис. 11.126, б), либо соединяется с помощью накидной гайки со шту-
цером, ввернутым в отверстие.
Фланцевое соединение показано на рис. 11.126, в.
Если для присоединения различных аппаратов необходимо изменение *
направления трубопровода, то применяют либо изогнутые трубы, либо
специальные угольники, показанные на рис. 11.126, а. Для разветвления
потоков масла используются тройники.
Специфический характер носит монтаж аппаратуры, выпускаемой
в так называемом притычном исполнении. Аппараты в прнтычном ис-
полнении устанавливаются своими плоскостями, снабженными входными
и выходными отверстиями, на поверхности плиты, имеющей отверстия,
совпадающие с отверстиями монтируемой аппаратуры. В одном из вариан-
тов монтажа к отверстиям плиты с обратной стороны подводятся трубы,
связывающие между собой соответствующие элементы гидросистемы.
Такой монтаж обеспечивает удобство демонтажа отдельных аппаратов
при ремонте. При другом варианте монтажа с обратной стороны плиты
выфрезеровываются каналы, соединяющие соответствующие отверстия
между собой. Плита с пазами закрывается крышкой, к которой подводятся
необходимые трубопроводы. Такой монтаж, напоминающий печатные
схемы монтажа, применяемые в радиотехнической промышленности, обес-
печивает компактное размещение аппаратуры.
Для подачи масла к подвижным аппаратам гидросистемы применяют
гибкие шланги из маслостойкой резины или гофрированные. Способы
присоединения гибких резиновых шлангов представлены на рис. 11.126,
б—г.
Диаметры трубопроводов гидроприводов станков должны выбираться
с таким расчетом, чтобы скорость движения масла не превышала 7 м/сек,
а для трубопроводов большой длины, при I >• 100d, — 3—3,5 м/сек.
Во всасывающих трубопроводах скорость не должна превышать 1,5—
2 м/сек.
Потери давления в трубопроводах
и в местных сопротивлениях [321
Потери в трубопроводах гидроприводов станков определяются по фор-
муле
Др = Ху кГ/м2,	(11.163)
где X — коэффициент трения (коэффициент потерь);
у — удельный вес жидкости в кПм3\
I — длина прямой трубы в м\
d — внутренний диаметр трубы в м\
v — средняя скорость течения жидкости в м/сек-,
g — ускорение силы тяжести, 9,81 м/сек2-.
Коэффициент X можно определять по формулам:
при ламинарном движении (Re <j 2300)
* =	(П-164)
при турбулентном движении (Re > 2300)
Х = 0,316 Re“0-25,
(11.165)
370
где Re — число Рейнольдса.
Re= 1,274-^-,	(П.166)
где Q — количество масла, проходящее через поперечное сечение трубы,
в мл!сек\
d — диаметр проходного сечения трубы в м\
v — кинематическая вязкость в мН сек.
При более точных расчетах при определении коэффициента X при
турбулентном движении следует пользоваться формулами, учитывающими
величину шероховатости поверхности трубы.
Потери напора в местных сопротивлениях могут учитываться увели-
чением длины прямого трубопровода. Для каждого местного сопротив-
ления длина трубопровода увеличивается на величину
<ILI67)
Для некоторых характерных местных сопротивлений могут быть при-
няты следующие значения
Поворот трубы на 90°...........................1,12
Вход в тройник и выход из тройника через боковое от-
верстие ...................................  1,3
Вход в трубу или выход из	трубы................0,5
Потери давления при проходе жидкости через различного рода отвер-
стия и диафрагмы могут быть определены по формуле
Др=Ю-*	кГ/м2,	(11.168)
8
где Гщ — площадь поперечного сечения щели в лга.
Подставив принятые выше (стр. 345) значения р = 0,73 и у = 900 кПм3,
Q в л!мин, Рщ в см2, получим
Ар = 0,9-10-4-^ кГ/см2.	(II. 169)
Более подробно вопрос об определении потерь в местных сопротивле-
ниях освещен в специальной литературе [32]. Величины потерь в нормаль-
ной аппаратуре указываются в технических характеристиках аппаратуры.
Потери в трубопроводах при I <' 100d обычно не учитываются.
Фильтры
Для очистки масла в гидросистемах применяются самые разнообраз-
ные фильтры: сетчатые, войлочные, бумажные, пластинчатые, центробеж-
ные, с магнитными сепараторами.
Сетчатые фильтры (рис. 11.127, а) отличаются простотой конструкции.
Фильтр состоит из стакана 1, внутри которого помещается фильтрующий
элемент, представляющий собой трубку 4 с окнами, обернутую тонкой
сеткой 5. Масло поступает через отверстие 2, проходит через сетку внутрь
фильтрующего элемента и через отверстие 3 уходит в систему. Сетчатые
фильтры не обеспечивают высокого качества очистки масла и сравни-
тельно быстро засоряются.
Пластинчатый фильтр (рис. 11.127, б) снабжен фильтрующим элемен-
том, состоящим из дисков 1, расположенных на оси 2. Между дисками
расположены звездообразные прокладки 6 толщиной 0,1—0,3 мм. Диски
снабжены окнами и представляют собой как бы колесо со спицами. Окна
371
образуют ряд вертикальных каналов. Масло, поступающее через отвер-
стие 5, проходит через зазоры между дисками и по внутренним каналам
уходит к отверстию 3. При проходе масла через зазоры происходит очи-
стка масла. Для очистки фильтра имеются скребки, которые входят в за-
зоры между пластинами. При повороте рукоятки 4 скребки удаляют оса-
док, появившийся на кромках пластин.
При малых подачах в гидроприводах следящих систем устанавливаются
также фильтры тонкой очистки, в частности бумажные [95 J. Фильтры
рекомендуется устанавливать на нагнетательном трубопроводе.
22.	СХЕМЫ ГИДРОПРИВОДОВ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ
Прежде чем перейти к рассмотрению некоторых характерных схем
гидроприводов, заметим, что в гидроприводах осуществляется как откры-
тая, так и замкнутая циркуляция масла. В схеме с открытой циркуляцией
отработанное масло сливается в бак, откуда оно вновь засасывается насо-
сом и направляется в гидросистему. При этом улучшаются условия охлаж-
дения масла. В схеме с замкнутой циркуляцией отработанное масло не-
посредственно поступает во всасывающую полость насоса. При этом умень-
шаются возможности попадания в систему воздуха, что повышает ста-
бильность скорости. Следует заметить, что для осуществления замкнутой
циркуляции необходим дополнительный насос, подающий в систему
масло, компенсирующее утечки, что в целом приводит к усложнению
системы.
Гидропривод с объемным изменением скорости
Для питания системы используется насос 9 переменной производи-
тельности (рис. 11.128) описанной выше конструкции (см. стр. 328). Ше-
стеренный насос 35 служит для питания аппаратуры управления.
С целью изменения направления движения поршня изменяется направ-
ление эксцентриситета насоса 9, что осуществляется перемещением ста-
тора. Для перемещения статора служат поршни 8, 25 и 28.
При рабочем ходе масло поступает от насоса 9 по трубопроводам 10
и 15 в полость 19 рабочего цилиндра. Масло проходит через золотник 13,
который под давлением масла, поступающего к левому торцу цилиндра,
смещается вправо. При этом радиальные отверстия внутреннего канала 12
372
золотника совмещаются с выточкой 14 и масло поступает к трубопро-
воду 15. Из полости 17 рабочего цилиндра масло уходит через внутренний
канал 16 золотника, который в этот момент совмещается с выточкой 18,
и далее через каналы 16 к 11 попадает во всасывающую полость насоса.
Избыток масла, вытесняемого из полости 17, направляется далее по ка-
налу 11 к золотнику 40. Золотник 40 под давлением масла в канале 10,
поступающего через внутренний канал 4 золотника к левому торцу,
смещен вправо, при этом выточка золотника соединяет канал 11 с кана-
лом 42, откуда масло через канал
41 и подпорный клапан 2 уходит
на слив. При перегрузке системы
срабатывает предохранительный
клапан 5 и масло из канала 10 по-
ступает непосредственно в канал
11.
При быстром обратном “ ходе
масло от насоса поступает по ка-
налу 11 в обе полости цилиндра,
работающего как дифференциаль-
ный цилиндр. Полости 19 и 17
соединяются внутренним каналом
золотника 13, который под давле-
нием масла, поступающего из
канала И к правому торцу золот-
ника, смещается влево. Под давле-
нием масла в канале 11, поступа-
ющего через внутренний канал 39
золотника 40 к его правому торцу,
золотник 40 смещается влево и его
выточка соединяет канал 10 с ка-
налом 42. Через канал 42 и кла-
пан 1 засасывается масло во вса-
сывающую полость насоса. При
перегрузке системы срабатывает
предохранительный клапан 6.
При выключении насос уста-
Рис. 11.128. Схема поршневого гидропривода
с объемным изменением скорости
навлнвается в среднем положении,
при котором эксцентриситет равен нулю. Для того чтобы исключить возмож-
ность подачи масла при неточности установки насоса в нулевое положение,
ответвления 20 и 21 каналов 11 и 10 соединяются золотником 22, управ-
ляемым золотником 31 системы управления.
Золотник 31 управляет подачей масла к поршням 8, 25 и 28, переме-
щающим статор насоса, и к золотнику 22.
Поршень 8 постоянно находится под давлением масла, поступающего
по трубопроводу 3 от насоса 35, и стремится установить статор в крайнее
правое положение, при котором масло поступает от насоса 9 в канал 11,
что соответствует быстрому ходу поршня назад. Данное положение статор
насоса занимает при включении электромагнита 38 трехпозиционного
золотника 31. При этом каналы 29 и 32 соединяются со сливным каналом 33
и масло из-под поршней 25 и 28 уходит на слив. Через канал 24 уходит
также на слив масло от левого торца золотника 22, который под действием
пружины перемещается влево.
При выключении обоих электромагнитов 30 и 38 золотник 31 занимает
среднее положение. При этом трубопровод 36 соединяется с выточкой 34
и масло по каналу 29 поступает под поршень 28. Так как площадь
373
поршня 28 больше поршня 8, то статор насоса 9 смещается влево и за-
нимает нулевое положение. Перемещение поршня 28, а соответственно
и статора ограничивается упором штока 26. Одновременно масло посту-
пает по каналу 24 к левому торцу золотника 22, который переме-
щается вправо и соединяет каналы 20 и 21.
При включении электромагнита 30 золотник 31 перемещается в край-
нее левое положение. Поясок золотника совмещается с выточкой 34, кото-
рая имеет большую ширину, чем поясок, масло поступает при этом к тру-
бопроводам 29 и 32. Поршень 25 перемещается влево и смещает статор
насоса 9, который занимает положение, соответствующее подаче масла
в канал 10, т. е. положение рабочего хода. По каналам 23 и 24 масло
поступает к обоим торцам золотника 22, давление масла на оба торца урав-
новешивается и золотник под действием пружины занимает крайнее ле-
вое положение.
Ход статора вправо и влево ограничивается регулируемыми упо-
рами 7 и 27, с помощью которых настраивается требующаяся производи-
тельность насоса при ходе вперед и назад.
Предохранительный клапан 37 срабатывает при перегрузке в сети
управления.
Гидроприводы рассмотренного типа широко применяют в различных
протяжных станках.
Гидропривод с дроссельным изменением скорости
без редукционного клапана
Дроссельное изменение скорости без редукционного клапана находит
применение при сравнительно небольших и стабильных нагрузках и зна-
Рис. 11.129. Гидропривод с дроссельным
изменением скорости
чительных скоростях. Схема, предста-
вленная на рис. II. 129, применяется
преимущественно в приводах шлифо-
вальных станков, где имеют место
указанные условия. От насоса 1 масло
поступает к распределительному кла-
пану 6, который служит для пуска и
останова привода. Кран может зани-
мать три положения. В положении
«пуск» масло направляется в систему
через трубопровод 7, в положении
«стоп» трубопровод 7 отключается,
а трубопроводы 8 и 21 соединяются
друг с другом и обе полости цилиндра
20 сообщаются между собой и, нако-
нец, в третьем положении «разгрузка»
насос соединяется с трубопроводом 5
и масло через подпорный клапан 2
уходит на слив, одновременно соеди-
няются трубопроводы 8 и 21. Посколь-
ку в положениях «стоп» и «разгрузка»
обе полости цилиндра 20 соединены
между собой, то возможно ручное
перемещение рабочего органа, при
котором масло переходит из одной
полости в другую.
Подачей масла к рабочему цилиндру управляет золотник 17 с гидрав-
лическим переключением. Подачей масла к золотнику 17 управляет вспо-
могательный золотник, переключаемый с помощью рычага 12 упорами
374
подвижного рабочего органа. При переключении основного золотника 17
масло, поступающее от насоса по трубопроводу 7, направляется в ту или
иную полость рабочего цилиндра по трубопроводам 18 или 19. Масло,
направляющееся на слив, проходит через проточки основного золотника
и трубопроводы 13 или 15 к проточкам вспомогательного золотника и да-
лее к дросселю 11, установленному на выходе. В положении, представлен-
ном на рис. 11.129, масло, поступающее на слив из левой полости рабо-
чего цилиндра, проходит через трубопроводы 19 и 13. При изменении
направления движения поршня рабочего цилиндра основной золотник 17
и вспомогательный золотник займут крайнее правое положение и масло,
поступающее на слив из правой полости рабочего цилиндра, проходит
через трубопроводы 18, 15 и канал 14 к дросселю 11.
В процессе изменения направления движения поршня рабочего ци-
линдра первоначально перемещается вспомогательный золотник. В начале
хода вспомогательного золотника конические участки его поясков пере-
крывают отверстие трубопровода 13 либо 15, через которые масло посту-
пает на слив, что вызывает торможение поршня рабочего цилиндра.
Вслед затем происходит переключение главного золотника 17. При сред-
нем положении золотника 17 в процессе его переключения соединяются
обе полости рабочего цилиндра.
Масло для переключения главного золотника поступает по каналу 10
через выточки 9 или 16 вспомогательного золотника.
Масло, поступающее на слив, проходит от дросселя 11 по трубопро-
воду 3 к подпорному клапану 2. Клапан 4 предохраняет систему от пере-
грузки.
Все аппараты монтируются в общем корпусе, называемом гидропа-
нелью.
Схемы гидроприводов с дроссельными регуляторами скорости
Схема с дифференциальным цилиндром. Схема, представленная на
рис. 11.130, предназначена для получения быстрого хода вперед, рабочей
подачи и быстрого хода назад за счет применения дифференциального рабо-
чего цилиндра с толстым штоком 11 (см. стр. 355). Для изменения скорости
рабочего хода использована схема, представленная на рис. 11.111, а.
Масло от насоса постоянной производительности 1 поступает по каналу 2
к дозирующему клапану 31 и далее к золотнику управления. При рабочих
ходах масло проходит через дроссель 29, а при быстрых ходах — через
трубопровод 4. Золотник управления 18 является многопозиционным.
Под действием пружины золотник стремится сместиться вправо. В тре-
бующейся позиции золотник удерживается фиксатором 22, в который
упираются зубья ступенчатой гребенки 24, выполненной заодно с золот-
ником. При подъеме фиксатора золотник под действием пружины пере-
мещается вправо до тех пор, пока соответствующий уступ гребенки не
упрется в фиксатор 22. Величина перемещения золотника зависит от того,
какое положение займет фиксатор при подъеме. Подъем фиксатора осуще-
ствляется путевыми упорами, которые при перемещении рабочего органа
воздействуют на рычаг 25, и электромагнитом 21. Возврат золотника
в исходное положение производится давлением масла, поступающим
в полость 23 золотника. Подачей масла к золотнику управляет вспомога-
тельный золотник 27 с переключающим электромагнитом.
Под действием пружины вспомогательный золотник занимает крайнее
левое положение, при котором масло из полости 23 поступает к сливному
трубопроводу 26. При включении электромагнита золотник 27 переме-
щается вправо и масло из трубопровода 30 поступает в полость 23. Команды
для включения электромагнитов подаются путевыми упорами.
375
В положении, показанном на схеме, масло поступает к золотнику
управления с одной стороны по каналу 4, с другой — через дроссель 29.
Выточки 14 и 16 соединены проточками 13 и 17 золотника с выточками 12
и 28 корпуса, которые связаны с трубопроводами 10 и 20. Таким образом,
обе полости цилиндра соединены с насосом и происходит быстрый ход
поршня вперед (влево). При перемещении золотника на один шаг про-
точка 6 золотника соединяет выточки 12 и 9 и масло из левой полости
цилиндра направляется через подпорный клапан 5 на слив. Одновременно
пояски 8 и 15 золотника запирают полость выточки 14, а проточка 17
связывает выточки 16 и 28, и в правую полость цилиндра масло поступает
только через дроссель 29. Проис-
ходит рабочая подача. При сме-
щении золотника еще на один шаг
поясок 7 золотника отделяет вы-
точку 12 от выточки 9, а поясок 8
входит в зону выточки 14 и масло
от трубопровода 4 направляется
в левую полость рабочего цилин-
дра. Одновременно поясок 15 от-
деляет выточку 28 от выточки 16,
а проточка 17 золотника соединяет
выточку 28 с выточкой 19, откуда
масло поступает на слив. Проис-
ходит быстрый обратный ход. При
перемещении золотника в крайнее
правое положение поясок 7 совме-
щается с зоной выточки 12 и обра-
зуется свободный проход масла из
выточки 14 через проточку 6 зо-
лотника и зазоры между пояском
7 и выточкой 12 к выточке 9, через
Рис. II. 130. Гидропривод с дифферент! ал ь-
ным цилиндром	которую масло, поступающее от
насоса, уходит на слив. Данное
положение золотника соответствует остановке рабочего органа. Для
пуска рабочего органа золотник возвращается в исходное положение.
Предохранительный клапан 3 срабатывает при перегрузке системы.
Подобные схемы используются в агрегатных силовых головках с ги-
дроприводом и на их базе выпускаются готовые гидропанели.
Схема с дополнительным насосом для быстрых ходов. Для повышения
скорости быстрых ходов в рассмотренную выше схему может быть вклю-
чен дополнительный насос быстрых ходов 3 (рис. 11.131), от которого
масло поступает через подпорный клапан 5 к выточке 12 золотника управ-
ления и через обратный клапан 8 к полости 10 рабочего цилиндра. В поло-
жении, показанном на схеме, при котором осуществляется быстрый ход
вперед (влево), полости 10 и 11 рабочего цилиндра соединены главным
золотником. Масло, поступающее от насоса 3 к выточке 12 золотника,
направляется совместно с маслом, поступающим от насоса 1, в полость 11
рабочего цилиндра. Масло, поступающее из полости 10, проходит через
обратный клапан 9 и также направляется в полость 11. При переключе-
нии золотника вправо на одну ступень (см. описание предыдущей схемы)
происходит рабочий ход, при этом выточки 12 к 6 соединяются проточкой
золотника и масло, подаваемое насосом 3, уходит через выточку 6 на слив.
Масло, поступающее из полости 10 рабочего цилиндра, проходит через
обратный клапан 9, по каналу 7 и через выточки 12 и 6 также уходит на
слив. При третьем положении золотника, при котором происходит быстрый
376
ход назад, поясок золотника отделяет выточку 6 от выточки 12, а проточка
золотника связывает выточку 12 с выточкой 13 и масло, поступающее
от насосов 1 и 3, направляется через обратный клапан 8 в полость 10
рабочего цилиндра. В положении «стоп» выточки 12 и 13 сообщаются с выточ-
кой 6 и масло от обоих насосов направляется на слив через выточку 6.
Вспомогательный золотник 14, управляющий золотником переключе-
ния, питается маслом, поступающим по трубопроводу 2 от насоса 3.
Подпорный клапан 5 служит для поддержания в цепи управления необхо-
димого давления при разгрузке насоса. Клапан 4 предохраняет насос 3
от перегрузки.
Подобные схемы применят в
агрегатных силовых головках; они
могут быть использованы в гидро-
приводах других станков.
Схема гидропривода небольшой
мощности с дифференциальным
цилиндром. Особенность данной
схемы заключается в том,
что
Рис. II. 132. Гидропривод малой мощно-
сти с дроссельным изменением скорости
Рис. 11.131. Гидропривод с дополнительным
насосом быстрых ходов
штоковая полость 2 рабочего цилиндра (рис. 11.132) постоянно соединена
с насосом и в ней поддерживается постоянное давление. При подаче
в полость 3 масла от насоса происходит быстрый ход вперед, при подаче
в полость 3 масла через дроссель 9 — рабочий ход и при соединении
полости 3 со сливом — быстрый обратный ход. Подачей масла к полости
3 управляет золотник 7.
При верхнем положении золотника 7, показанном на схеме, масло при
включении электромагнита золотника 1 поступает в полость 3 через тру-
бопроводы 5 и 6, соединенные проточкой золотника, и дроссель 9; проис-
ходит быстрый ход вперед. При опускании золотника 7 кулачком, свя-
занным с подвижным рабочим органом, трубопровод 5 отключается и масло
поступает в полость 3 только через трубопровод 11, редукционный кла-
пан 10, поддерживающий постоянство перепада давлений на дросселе 9,
трубопроводы 4 и 6.
Включение быстрого обратного хода осуществляется золотником 1,
который соединяет трубопровод 12 со сливом. При этом масло от насоса
поступает в полость 2, а из полости 3 уходит через обратный клапан 8.
К. п. д. подобной схемы низкий, так как противодавление равно дав-
лению, развиваемому насосом. Ее достоинством является сравнительная
простота схемы управления. Схемы этого типа используются в агрегатных
силовых головках малой мощности.
377
Схема гидропривода главного движения. Для питания гидропривода
(рис. 11.133) используется два насоса, из которых насос / имеет большую,
а насос 4 — меньшую производительность (см. стр. 354). Весь диапазон
изменения скорости движения поршня рабочего цилиндра разбит на че-
тыре интервала. В первом интервале подача масла в систему осуще-
ствляется насосом 4, во втором — насосом 1, в третьем — обоими насо-
сами, а в четвертом — цилиндр используется как дифференциальный
и масло из штоковой полости 24 подается совместно с маслом, поступаю-
Рис. 11.133- Гидропривод большой мощности с дроссельным
изменением скорости
щим от насосов, в полость 26. Внутри каждого интервала скорость изме-
няется с помощью регулятора скорости, состоящего из редукционного
клапана 25 и дросселя 29, установленного параллельно и связанного тру-
бопроводом 19 с трубопроводом 21 (см. схему, представленную на
рис. 11.110, е).
Переключение с одного интервала скоростей на другой осуществляется
вручную с помощью золотника 8, от которого масло направляется по ка-
налу 10 к реверсивному золотнику 16 с гидравлическим переключением.
От реверсивного золотника 16 масло поступает по каналу 20 или 21 к тор-
мозному золотнику 22, через проточки которого оно попадает к трубопро-
водам 23 и 27, питающим рабочий цилиндр. При работе станка масло,
поступающее под давлением по трубопроводу 39, отжимает тормозной
золотник 22 влево — в положение, показанное на схеме. При выключении
станка давление в системе падает и тормозной золотник под действием
378
пружины перемещается вправо, разобщая трубопроводы 23 и 27 с трубо-
проводами 20 и 21, и поршень останавливается.
Масло, поступающее на слив из рабочего цилиндра, проходит через
проточки реверсивного золотника 16, трубопровод 14 или 17 и проточки
вспомогательного золотника 13. При рабочем ходе масло поступает в по-
лость 26 рабочего цилиндра, а из полости 24 уходит через канал И и про-
точки золотника переключения 8 в сливной канал 2 с подпорным клапаном.
При быстром обратном ходе масло поступает в штоковую полость 24,
а из полости 26 уходит на слив через трубопровод 46.
Вспомогательный золотник переключается упорами рабочего органа.
В начале переключения конусная часть поясков золотника прикрывает
проход масла, поступающего из главного цилиндра на слив, и приторма-
живает движение поршня. Вслед затем происходит переключение ревер-
сивного золотника. Масло для переключения реверсивного золотника
поступает по каналу 44, связанному с каналом 10. К левому торцу золот-
ника 16 масло подается по каналу 15, а к правому торцу 18 — по каналу 35.
Слив масла при переключении золотника 16 происходит через канал 12.
В момент реверса давление в системе понижается с помощью управ-
ляемого предохранительного клапана с переливным золотником 31,
который связан трубопроводом 28 с линией нагнетания. Предохранитель-
ный клапан 30 настроен на рабочее давление. Верхняя полость камеры
грибообразного поршня переливного золотника 31 связана через трубо-
провод 33 и проточки реверсивного и вспомогательного золотников с пре-
дохранительным клапаном 40, который отрегулирован на низкое давление.
В процессе движения поршня клапан 40 отключен от трубопровода 33
и давление в системе устанавливается клапаном 30, в момент же реверса
трубопровод 33 соединяется с клапаном 40 и давление в системе понижается
до величины, определяемой регулировкой клапана 40. При переключении
вспомогательного золотника 13 вправо выточка 42 соединяется проточкой
с выточкой 41 и трубопровод 33 соединяется через трубопровод 38 с кла-
паном 40. Давление в системе падает. Вслед затем происходит переключе-
ние реверсивного золотника 16, который также перемещается вправо,
и трубопровод 33 разобщается с трубопроводом 38 и соединяется выточ-
кой 32 с трубопроводом 36. При переключении вспомогательного золот-
ника 13 влево выточка 43 сообщается с выточкой 42 через проточку 37,
и трубопровод 33 соединяется через трубопровод 36 с клапаном 40. Вслед
затем влево перемещается реверсивный золотник и трубопровод 33 разоб-
щается с трубопроводом 36. При выключении привода трубопровод 33
связывается краном 34 с баком и давление в верхней полости камеры гри-
бообразного поршня падает, золотник 31 поднимается и масло от насосов
поступает через переливной золотник в бак.
Включение различных интервалов скорости производится следующим
образом. При включении первого интервала скорости проточки золот-
ника 8 связывают выточки 6 и 7 и масло от насоса 4 поступает через тру-
бопровод 9 к линии нагнетания 10. .Масло от насоса 1, а также масло,
вытесняемое из полости 24 рабочего цилиндра, через канал И проходит
к сливному трубопроводу 2. При перемещении золотника 8 влево в сле-
дующую позицию пояски золотника разобщают полости 6 и 7, 3 и 47,
а полости 47 и 45 при этом соединяются, и в трубопровод 10 поступает
масло, подаваемое насосом 1. При перемещении золотника 8 в третью
позицию полости 6 и 7 вновь соединяются и в трубопровод 10 подается
масло от насосов 1 и 4. Как во второй, так и в третьей позициях масло,
поступающее из полости 24 рабочего цилиндра по каналу 11, направ-
ляется в сливной трубопровод 2. В четвертой позиции соединяются вы-
точки 5, 6 и 7, а также выточки 45 и 47, выточка же 3 разобщается
379
поясками золотника со смежными выточками. При этом в трубопровод 10
поступает масло от насосов 1 и 4 и масло, вытесняемое из полости 24.
Модификации подобной схемы используются в гидроприводах попе-
речнострогальных и долбежных станков. Следует заметить, что дроссель-
ное изменение скорости было бы целесообразнее выполнить по схеме,
представленной на рис. 11.111, а.
Питание нескольких цилиндров
Питание нескольких цилиндров одного станка может быть осуществлено
различным образом. Каждый из цилиндров может иметь свой независи-
мый насос, либо от одного насоса может питаться группа цилиндров.
При питании цилиндра от независимого насоса он совместно с соот-
ветствующей аппаратурой образуют независимый гидропривод. Однако
использование независимых гидроприводов для каждого из цилиндров
приводит к значительному усложнению схемы и конструкции станка
и в большинстве случаев не вызывается необходимостью. Независимые
гидроприводы имеют силовые агрегатные головки. Поэтому в агрегатных
станках, скомпонованных из нескольких агрегатных силовых головок,
естественно, применяется несколько независимых гидроприводов. В дру-
гих случаях стремятся осуществить питание нескольких цилиндров от
одного насоса. Работа цилиндров, получающих питание от одного насоса,
может протекать либо последовательно, либо параллельно.
При последовательной работе цилиндров схема питания каждого из
цилиндров строится в соответствии с рассмотренными выше принципами
и в требующийся момент с помощью соответствующей аппаратуры под-
ключается к общей магистрали. Для каждого из цилиндров определяется
потребный расход жидкости и давление. При отсутствии в схеме аккуму-
лятора насос подбирается в соответствии с максимальным расходом и дав-
лением с учетом потерь давления и утечек.
Параллельная работа цилиндров отличается некоторыми особенно-
стями. Если от одного насоса питаются два или более цилиндров
(рис. 11.134, а), работающих при различном давлении, то при схеме,
представленной на рис. 11.134, а, работа цилиндров будет протекать после-
довательно, а не параллельно. Предположим, что цилиндр / работает при
давлении plt которое ниже давления рп, при котором работает цилиндр 11.
При пуске системы давление, развиваемое насосом, поднимается до тех
пор, пока оно не достигнет значения рР При давлении р{ начинается дви-
жение поршня цилиндра / и дальнейшее повышение давления прекра-
380
щается. Так как для движения поршня цилиндра 11 необходимо давле-
ние рп, то в период движения поршня цилиндра I поршень цилиндра //
будет оставаться неподвижным. Давление в системе повысится до зна-
чения рп только после того, как поршень цилиндра 1 достигнет своего
крайнего положения и остановится. Поэтому для обеспечения парал-
лельной работы цилиндров на линии питания цилиндра, работающего
при пониженном давлении, приходится устанавливать дроссель 1
(рис. 11.134, б) даже в тех случаях, когда по характеру работы цилиндров
не требуется поддержание определенной скорости. Дроссель может быть
выполнен в форме пробки с дросселирующим отверстием, встраиваемой
в трубопровод, либо располагаться на панели управления. Имеются спе-
циальные конструкции настраиваемых дросселей, встраиваемых в трубо-
провод. Применение настраиваемых дросселей оправдывается тем, что
при постоянных дросселях не может быть обеспечена достаточно строгая
синхронизация работы цилиндров, так как скорость движения зависит
от нагрузки, которая не может быть с достаточной точностью определена
расчетным путем.
Цилиндр, осуществляющий рабочие ходы, не может работать парал-
лельно с цилиндром, осуществляющим холостые ходы, так как при работе
цилиндра, осуществляющего холостые ходы, давление в системе опреде-
ляется условиями работы последнего цилиндра.
При параллельной работе цилиндров, осуществляющих рабочие ходы,
дроссельные регуляторы скорости могут быть установлены либо на входе
(рис. П.134, в), либо на выходе (рис. 11.134, г), так как в обоих случаях
давление в системе не зависит от условий работы каждого из цилиндров
и настраивается переливным клапаном, благодаря чему работа каждого
из цилиндров протекает независимо друг от друга. При параллельной
работе цилиндров не могут быть использованы схемы изменения скорости,
представленные на рис. 11.110, в и е и рис. II.111, а, так как при этих
схемах давление в сети зависит от условий работы цилиндров и цилиндры
будут влиять друг на друга.
Разгон и торможение
При рассмотрении вопросов разгона и торможения нас интересует
определение нагрузок, возникающих в эти периоды, и затрат времени на
разгон и торможение.
Нагрузки, появляющиеся в период разгона и торможения, опреде-
ляются либо динамическими процессами, либо явлением гидравлического
удара, возникающим при включении или выключении потока масла.
Под гидравлическим ударом понимается резкое изменение давления в си-
стеме при очень быстром изменении скорости потока, которое может поя-
виться при срабатывании тех или иных аппаратов управления. Обычно
время срабатывания аппаратуры управления гидроприводов станков
достаточно велико и гидравлический удар не возникает. Расчеты, отно-
сящиеся к процессам, появляющимся при гидравлическом ударе, приве-
дены в соответствующей литературе.
Если исключить явление гидравлического удара, то в процессе разгона
усилие не превышает максимального усилия, которое определяется давле-
нием, настраиваемым предохранительным или переливным клапаном.
Разгон происходит при включении’быстрого хода. После включения
потока масла соответствующим аппаратом управления давление в системе
возрастает, как показывают экспериментальные исследования [12], до
величины, определяемой настройкой предохранительного или переливного
клапана. Если к этому моменту процесс разгона не закончился, то
381
дальнейшее движение будет происходить при постоянном ускорении, вели-
чина которого определяется разностью движущих сил и сил сопротивления.
Величина движущей силы находится как произведение максимального
давления в рабочем цилиндре и активной площади поршня. Пренебрегая
начальным, весьма коротким периодом разгона, в течение которого давле-
ние изменяется, время разгона можно определить полагая, что весь про-
цесс разгона происходит с постоянным ускорением.
В ряде случаев для уменьшения динамических нагрузок в процессе
разгона осуществляется замедленное переключение реверсивного золот-
ника. При гидравлическом переключении золотника время переключения
настраивается с помощью дросселей, установленных в системе питания
золотника (см. стр. 365).
Следует заметить, что при включении рабочих ходов приходится стал-
киваться с запаздыванием начала рабочей подачи вследствие сжимаемости
масла. Это запаздывание становится заметным при малых подачах и может
достигать нескольких секунд. Зная объемный модуль упругости масла,
равный (1,44-1,75) 104 кПсм2, объем, заполняемый маслом при включении
рабочего хода, утечки в системе и перепад давлений, можно определить
время, потребное для поднятия давления до заданной величины. Однако
необходимость в таких расчетах возникает при малых минутных пода-
чах 1121.
Характер процессов торможения зависит от аппаратуры, используе-
мой при остановке или реверсировании движения рабочего органа. При
простейшей схеме реверсирования или остановки реверсивный золотник,
проходя через среднее положение, отсекает одновременно линию питания
от одной полости и линию слива от другой полости цилиндра. Торможение
происходит при закрытой линии слива и кинетическая энергия системы
расходуется на сжатие масла и деформации механических звеньев системы.
Так как путь торможения очень мал, то при этом могут возникать большие
динамические нагрузки. Поэтому такая простейшая схема торможения
применяется при сравнительно небольших скоростях и массах.
При больших массах и скоростях используется предварительное тор-
можение за счет дросселирования масла, поступающего на слив в период,
предшествующий остановке. Методы дросселирования с помощью вспомо-
гательных золотников рассмотрены при описании работы схем, представ-
ленных на рис. 11.129 и 11.133. В некоторых случаях в схему вводятся
специальные путевые дроссели, управляемые кулачками, перемещающи-
мися с подвижным рабочим органом. Придавая кулачку соответствую-
щий профиль, можно получить необходимый закон изменения ускорений
в процессе остановки рабочего органа, что, например, бывает необходимо
при транспортировании деталей в автоматических линиях.
Для торможения поршней вспомогательных гидроприводов, которые
в конце хода занимают постоянное положение, применяются дроссели-
рующие устройства, встроенные непосредственно в корпус цилиндра
(рис. 11.135, а).
Из полости 1 цилиндра масло уходит через отверстия 6 и 4. В конце
хода поршень перемещает золотник 3, на конце которого прорезаны на-
клонные пазы 5. Золотник перекрывает проход масла от отверстия 6 к от-
верстию 4, и масло проходит только через щели золотника, сечение кото-
рых по мере перемещения поршня, а вместе с ним и золотника умень-
шается. Давление в полости 1 повышается и происходит торможение
поршня. При обратном ходе поршня масло поступает в отверстие 4 и по-
падает в полость 1 через обратный клапан 7, камера которого сообщается
продольным отверстием с полостью 1. При возврате в исходное положение
золотник 3 упирается в шайбу 2.
382
Более простое решение получается при использовании дросселирую-
щего отверстия постоянного сечения (рис. 11.135, б). Масло, вытесняемое
поршнем, уходит через полость 2 и отверстие 3. На протяжении большей
части хода полость 2 непосредственно сообщается с полостью цилиндра.
В конце хода уступ поршня 4 запирает полость 2 и масло попадает в нее
через отверстие 5 и регулируемый игольчатый дроссель 6. Давление под
поршнем поднимается и происходит торможение. При движении поршня
в обратном направлении масло подается через отверстие 3 и* через обрат-
ный клапан 1 поступает в цилиндр.
Аналитическое исследование процессов торможения представляется
весьма сложным и из-за допущений не дает достаточно точных результа-
тов. Необходимая плавность торможения достигается регулированием
дросселирующих устройств.
Следует заметить, что вследствие сжимаемости масла возможно возник-
новение скачкообразного движения, обусловленного причинами, рас-
смотренными в гл. V первого раздела (см. стр. 184).
23.	ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ И ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОДЫ
Пневматический привод прямолинейного движения [23, 24, 85]
Как указывалось выше, пневматический привод не обеспечивает воз-
можности настройки и поддержания постоянства настроенной скорости
движения, поэтому он применяется для перемещения вспомогательных
рабочих органов и звеньев механизмов зажимных устройств.
383
Конструкции пневматических цилиндров аналогичны конструкциям
гидравлических цилиндров, описанных выше. В ряде случаев в качестве
пневматических двигателей прямолинейного движения применяются пнев-
быть использованы при сравни-
тельно небольшой длине хода.
Между корпусом 1 и крыш-
кой 7 пневмокамеры зажимается
диафрагма 5, выполненная из
специальной прорезиненной тка-
ни. К диафрагме под действием
пружины 3 прижимается фланец
4 штока 2. При подаче сжатого
воздуха в полость 6 диафрагма
5, перемещаясь вперед, сооб-
щает движение штоку 2. После
того как воздух будет выпущен
в атмосферу, шток 4 под дейст-
вием пружины 3 займет перво-
начальное положение.
В пневмокамерах двусторон-
него действия диафрагма зажи-
мается между двумя фланцами
(рис. II. 136, б), закрепленными
на штоке. Для плотности и
надежности соединения диаф-
рагмы со штоком фланцы снаб-
мокамеры (рис. II. 136), которые могут
Рис. 11.136. Пневмокамера	жают кольцевыми канавками
и выступом.
Специальные диафрагмы для пневмокамер изготовляются заводами
резинотехнических изделий. Они также могут быть изготовлены из масло-
стойкой резины группы VIII с пределом прочности при растяжении
45 кПсм2.
Аппаратура пневматических приводов
Реверсивные золотники с пневматическим переключением. Сжатый воз-
дух, поступающий от магистрали, подводится к отверстию 8 (рис. 11.137),
которое сообщается с верхней плоскостью основания 7. Отверстия 9 и 11
служат для подачи воздуха к полостям рабочего цилиндра, а отверстие 10—
для выпуска воздуха из полостей рабочего цилиндра в атмосферу. Отвер-
стия 9, 10 и 11 также сообщаются с верхней плоскостью основания 7.
Отверстия 9 и 11 могут поочередно соединяться с отверстием 10 с помощью
плоского золотника 6, скользящего по плоскости основания 7. Золотник 6
прижимается к основанию пружиной 3 и давлением сжатого воздуха,
поступающего по каналу 8 в полость 4 золотника, чем обеспечивается
надежное уплотнение стыковых поверхностей. При положении золот-
ника, показанном на чертеже, сжатый воздух поступает из отверстий 8
в камеру 4 и направляется к отверстию 11. Отработанный сжатый воздух,
поступающий через отверстие 9, проходит через полость плоского золот-
ника 6 и уходит в отверстие 10. При перемещении плоского золотника влево
отверстие 9 сообщается с камерой 4, а отверстие 11 соединяется с отвер-
стием 10 и направление потока сжатого воздуха изменяется.
Перемещение плоского золотника 6 осуществляется с помощью дву-
стороннего поршня 2. Для переключения золотника сжатый воздух
подается либо в цилиндр 1, либо 5 двустороннего поршня 2. Подачей сжа-
384
того воздуха к цилиндрам поршня 2 управляют вспомогательные золот-
ники, которые направляют сжатый воздух поочередно либо в один, либо
в другой цилиндр.
Золотник, представленный на рис. 11.137, б, отличается тем, что пра-
вый и левый поршни имеют разные диаметры. Левый цилиндр постоянно
находится под давлением сжатого воздуха и золотник смещен вправо.
При подаче сжатого воздуха в правую полость золотник смещается влево.
Такая конструкция в ряде случаев позволяет упростить схему управления.
Реверсивные золотники выполняются также в одном блоке со вспомо-
гательными золотниками, которые переключаются электромагнитами.
Рис. 11.137. Реверсивные пневматические золотники с пне-
вматическим переключением
Конструкция золотника (рис. 11.138) аналогична описанной выше.
К торцам цилиндров переключающего поршня прикреплены вспомога-
тельные золотники 6 с толкающими электромагнитами 8. Места соедине-
ний уплотнены прокладками 5. Сжатый воздух для переключения поршня,
поступает из камеры 3 через отверстия 2 и 4 малого диаметра в полости 1
и 10. Переключающие золотники сообщают одну из полостей 1 или 10
с атмосферой. Тогда давление в этой полости падает и золотник под дей-
ствием давления во второй полости перемещается в соответствующем на-
правлении. Полость цилиндра переключающего поршня сообщается
с атмосферой через отверстия корпуса вспомогательного золотника и цен-
тральное отверстие, в котором перемещается толкатель 7. На конце тол-
кателя имеются три лыски, создающие зазор для прохода воздуха к отвер-
стию, связанному с атмосферой. Проход воздуха преграждается клапа-
ном 11 с резиновой прокладкой 9, которая под действием пружины при-
жимается к торцу центрального отверстия. При включении толкающего
электромагнита толкатель 7 отжимает клапан и открывает проход воздуха
13 И. М. Кучер 417
385
в атмосферу. Аналогичную конструкцию имеет клапан, расположенный
в полости 1.
После того как клапан 11 закроется и сжатый воздух вновь заполнит
соответствующую полость, главный золотник останется в смещенном поло-
жении, так как давление воздуха, действующее в правой и левой поло-
стях, уравновешивается.
В одном блоке со вспомогательным золотником может быть также вы-
полнен золотник со ступенчатым поршнем, показанный на рис. 11.137, б.
Вспомогательные золотники и краны. Вспомогательные золотники пред-
назначены для переключения потоков сжатого воздуха в цепях управления
и имеют небольшую пропускную способность. При небольшой емкости рабо-
чих цилиндров они могут быть использованы и в основных цепях питания.
Рис. П.138. Реверсивный пневматический золотник, выполненный в одном блоке
со вспомогательным золотником
Сжатый воздух поступает к отверстию 8 (рис. II. 139) вспомогательного
золотника и направляется к цилиндру через отверстие 10. Отработанный
воздух уходит в атмосферу через отверстие 11. Проход сжатого воздуха
от отверстия 8 к отверстию 10 преграждается клапаном 6 с резиновой
прокладкой 5, которая прижата к торцу проходного отверстия под дей-
ствием пружины 7.
Переключение золотника происходит под действием путевых упоров,
поворачивающих рычажок 14 вокруг оси 13. Нижний конец рычажка 14
воздействует на наклонное дно паза, профрезерованного в плунжере 12.
При повороте рычажка из положения, показанного на чертеже сплош-
ными линиями, в положение, показанное штрих-пунктирными линиями,
плунжер 12 опускается и переключает золотник 2. При этом внутренний
канал 9 золотника 2 разобщается с отверстием И, а нижний конец золот-
ника опускает клапан 6 и отверстия 8 и 10 сообщаются между собой.
При повороте рычажка 14 в исходное положение золотник 2 под дейст-
вием пружины 4 поднимается вверх и клапан 6 закрывается. Одновре-
менно отверстие 10 через внутренний канал 9 золотника и поперечные
отверстия золотника и втулки 3 сообщается с каналом И корпуса 1.
Вспомогательный золотник, представленный на рис. 11.139, выпол-
няется также без качающегося рычага 14. В этом случае при воздействии
путевого упора непосредственно на шток плунжера 12 золотник переклю-
чается, при прекращении воздействия упора золотник под действием
пружины возвращается в исходное положение.
386
Вспомогательный золотник с переключающим электромагнитом 7
(рис. 11.140) отличается незначительными конструктивными особенно-
стями. Сжатый воздух от магистрали подводится через отверстие, связан-
ное с полостью /, и подается к цилиндру через канал, связанный с отвер-
стиями 3 втулки 2. Проход сжатого воздуха из полости 1 к отверстиям 3
перекрывается клапаном 10 с резиновой прокладкой 9 под действием
пружины 11. К отверстиям 5 сжатый воздух проходит через зазоры,
образованные лысками, имеющимися на конце золотника 6. Отработанный
воздух уходит в атмосферу через центральный канал
4 и поперечные отверстия золотника 6, сообщаю-
щиеся с отверстием 8 корпуса. При включении
толкающего электромагнита 7 золотник 6 переме-
щается влево и открывает клапан 10, сообщая от-
верстия 3 с полостью 1. Одновременно резиновая
прокладка 9, упираясь в торец золотника 6, закры-
вает центральный канал золотника. При выклю-
чении электромагнита пружина 5 возвращает золот-
,6
/4
13
12
Koo tj-nm
Рис. 11.139. Вспомога-
тельный пневматиче-
ский золотник
Рис. 11.140. Вспомогательный пневматический золотник с пе-
реключающим электромагнитом
ник 6 в исходное положение, клапан 10 разобщает полость 1 с отвер-
стиями 3, которые через центральный канал 4 соединяются с атмосферой.
Поворотные краны предназначаются для ручного управления потоком
сжатого воздуха в основных цепях питания. Сжатый воздух поступает
из магистрали через отверстие 1 (рис. 11.141) в камеру 3, в которой распо-
ложен золотник 2. Золотник прижимается к плоскости крышки 7 пружи-
ной 4 и давлением сжатого воздуха в камере 3. К плоскости крышки 7
подведены каналы 8 и 9, по которым сжатый воздух направляется либо
к одной, либо к другой полости рабочего цилиндра и канал 6, связанный
с атмосферой. В золотнике имеется дуговая канавка 5, с помощью которой
каналы 8 и 9 поочередно связываются с каналом 6, и отверстия 10 и 11,
с помощью которых каналы 8 и 9 поочередно связываются с камерой 3.
При переключении потока сжатого воздуха золотник 2 поворачивается
вручную рукояткой.
Тормозные устройства. При использовании пневматического привода
в конце хода могут возникать значительные удары. Для уменьшения
скорости в конце хода применяются цилиндры со встроенными дрос-
селями, подобные описанным выше гидравлическим цилиндрам
(рис. 11.135). Однако такое решение может быть использовано только
387
Рис. 11.141. Поворотный кран
Рис. 11.142. Тормозной золотник
388
в том случае, когда рабочий орган занимает в процессе работы только
два крайних положения. Тормозной эффект, получаемый при этом, сравни-
тельно незначителен. Для торможения рабочего органа в любом месте
применяются путевые тормозные золотники с обратными клапанами.
Отработанный воздух поступает из цилиндра через отверстие 2 (рис. II. 142)
и попадает в полость 11. Из полости 11 воздух проходит через зазоры,
образованные лысками золотника 4, в полость 9, откуда через отвер-
стие 1 направляется к возду-
хораспределителю. В конце хода
путевой кулачок, перемещаю-
щийся вместе с рабочим орга-
ном, воздействует на ролик
рычага 3 и, сжимая пружину 8,
постепенно опускает золотник 4
вниз. Конический поясок 6 зо-
лотника постепенно прикрывает
проход воздуха' в полость 9 и
осуществляет торможение рабо-
чего органа. После того как
проход воздуха в полость 9 бу-
дет перекрыт окончательно,
воздух будет поступать в нее
через регулируемый игольчатый
дроссель 10 и рабочий орган
будет перемещаться в период,
предшествующий остановке, с
малой скоростью. При подаче
воздуха в обратном направлении
он поступает в полость 9 через
Рис. 11.143. Обратный клапан
отверстие 1 и, приподнимая втулку 7, прижатую пружиной 5, проходит
непосредственно в полость И, минуя дроссель, и направляется через
отверстие 2 к рабочему цилиндру.
Обратный клапан, выполняемый в качестве отдельного элемента
совместно со щелевым дросселем, представлен на рис. II. 143.
В ряде случаев торможение достигается с помощью гидравлического
цилиндра, подобного применяемым в пневмогидравлических приводах
(см. ниже).
Аппаратура для подготовки воздуха
Воздух, поступающий в систему от магистрали, должен пройти через
влаго-пылеотделитель, где производится отделение влаги, имеющейся
в воздухе, и очистка воздуха от посторонних частиц. Для поддержания
постоянства давления в системе после влаго-пылеотделителя устанавли-
вается редукционный клапан, поддерживающий постоянное настроенное
давление. Для смазки всех аппаратов пневмопривода в воздух, прошедший
через редукционный клапан, вводится в распыленном состоянии масло,
которое подается маслораспылителем.
Влаго-пылеотделитель. Воздух, поступающий от магистрали, подается
через отверстие 7 (рис. 11.144) и через винтовые щели отражателя 6 попа-
дает в резервуар 2. При проходе через щели отражателя поток воздуха
получает винтообразное движение и появляющиеся центробежные силы
отбрасывают выделяющиеся частицы влаги на стенки резервуара. Частицы
влаги стекают в нижнюю зону резервуара, отделенную от верхней заслон-
кой 4. Влага удаляется через отверстие в нижней части резервуара,
389
которое закрывается шариком 5 при повороте запорной пробки вручную.
Очищенный воздух проходит через фильтр 3 к отверстию 1.
Редукционный клапан. Воздух, поступающий от влаго-пылеотдели-
теля, попадает через отверстие 2 (рис. 11.145) в полость 10, которая отде-
Рис. II. 144. Влагоотделитель
Рис. II. 145. Редукционный клапан
ляется клапаном 3 от выходного отверстия 9. Клапан 3 прижимается
к седлу пружиной 1. Пружина 6, действующая на мембрану 4, связанную
толкателем 5 с клапаном 3, стремится открыть клапан. Снизу через мемб-
Рис. 11.146. Маслораспылитель
рану действует давление воздуха, поступающего в камеру 7 через дрос-
селирующее отверстие 8. В случае повышения давления на выходе мемб-
рана 4 перемещается вверх и клапан 3 прикрывает проход воздуха к вы-
ходному отверстию. При падении давления мембрана опускается вниз
390
и, открывая клапан 3, увеличивает проход воздуха. Таким образом
поддерживается постоянство давления.
Маслораспылитель. Масло, предназначенное для смазки системы, нахо-
дится в резервуаре 6 (рис. 11.146). Сжатый воздух поступает в отверстие 17
крышки 3, проходит через каналы 12 и через отверстие 13 направляется
в систему. Через отверстие 16 воздух попадает в полость распылителя 1.
Отросток распылителя и пробка 10 образуют кольцевую щель, через
которую воздух проходит в полость 5 пробки 2, связанную отверстиями 15
с масляным резервуаром. Полость масляного резервуара связана также
отверстием (сечение которого регулируется с помощью игольчатого дрос-
селя 4) с камерой 18. В камере 18 устанавливается более низкое давление,
чем в масляном резервуаре, поэтому масло из масляного резервуара
поступает по трубе 7, через гильзу 9 с обратным клапаном 8 и трубку 11
в камеру 18. Подача масла происходит каплями. Благодаря разрежению,
образующемуся у отростка распылителя 1, масло из камеры 18 засасы-
вается распылителем и в распыленном состоянии попадает в верхнюю
часть полости масляного резервуара. Крупные частицы оседают на по-
верхности масла, а мелкие через отверстие 14 захватываются потоком
воздуха и подвергаются дальнейшему распылению. В распыленном
состоянии частицы масла вместе с воздухом поступают в аппаратуру.
Пневмогидравлические приводы
На рис. 11.147 представлены характерные схемы пневмогидравли-
ческих приводов. Как при быстрых, так и при рабочих ходах рабочий
орган 8 (рис. 11.147, а) получает движение от пневматического цилин-
дра 10. При ходе вперед сжатый воздух, поступающий от трубопровода 13,
направляется воздухораспределителем 12 в полость 11 рабочего цилиндра.
Рабочий орган перемещается быстро до тех пор, пока регулируемый
упор 7 рабочего органа не придет в контакт со штоком гидравлического
цилиндра 6. При дальнейшем движении происходит рабочий ход и масло,
находящееся в полости 5 гидравлического цилиндра, вытесняется в бак 1
через дроссельный регулятор скорости описанной выше конструкции,
состоящий из дросселя 3 и редукционного клапана 4. Скорость движения
рабочего органа на рабочем ходу определяется скоростью вытекания
масла из полости 5, устанавливаемой с помощью дроссельного регуля-
тора скорости.
Быстрый обратный ход осуществляется при подаче сжатого воздуха
в полость 9 пневматического цилиндра. Одновременно с подачей воздуха
в полость 9 воздух подается по трубопроводу 14 в бак 1 через глуши-
тель 15. Под давлением сжатого воздуха масло поступает из бака через
обратный клапан 2 в полость 5 гидравлического цилиндра.
Схема, представленная на рис. 11.147, б, отличается тем, что масло
перекачивается из полости 1 в полость 2 гидравлического цилиндра.
Так как объем полости 2 меньше объема полости 1, то избыток масла
поступает в полость 8 аккумулятора. При быстром обратном ходе упор 4
рабочего органа приходит в контакт с кольцом 5, установленным на штоке
поршня гидравлического цилиндра, и возвращает поршень в исходное
положение. Масло из полости 2 поступает через обратный клапан в по-
лость 1. Недостаток масла пополняется за счет поступления масла из
аккумулятора, поршень 7 которого перемещается под давлением пру-
жины 6. Величина хода регулируется установкой колец <3 и 5.
Если величина рабочего хода мала по сравнению с общей величиной
хода рабочего органа, то обе рассмотренные схемы позволяют исполь-
зовать короткий гидравлический цилиндр, что является их преимуще-
ством.
391
В схеме, представленной на рис. 11.147, в, масло находится в полости 7
пневматического цилиндра. При ходе вперед сжатый воздух направляется
воздухораспределителем 9 в полость 8 цилиндра. При быстром ходе
масло, вытесняемое из полости 7, проходит через трубопроводы 6 и 5,
связанные проточкой золотника 4, и поступает в бак 1. В конце быстрого
хода кулачок 5 опускает золотник 4 и разъединяет трубопровод 3 с трубо-
проводом 6, соединяя последний с трубопроводом 11, через который
Рис. 11.147. Схемы пневмогидравлических при-
водов
масло направляется к дроссель-
ному регулятору скорости 2.
При обратном ходе сжатый воз-
дух направляется воздухорас-
пределителем 9 в бак, откуда
масло поступает через обратный
клапан 10 в полость 7, осуще-
ствляя быстрый обратный ход
рабочего органа.
При расчете пневмогидра-
влического привода первона-
чально определяется площадь
гидравлического цилиндра, ко-
торую с целью уменьшения
диаметра пневматического ци-
линдра желательно принять
возможно меньшей. Однако сле-
дует помнить, что с уменьше-
нием площади гидравлического
цилиндра возрастают колебания
скорости. Вместе с тем необхо-
димо учитывать, что гидравли-
ческий цилиндр воспринимает
разность между усилием, соз-
даваемым пневматическим ци-
линдром, и усилием, необходи-
мым для перемещения рабочего
органа. Если привод предпола-
гается использовать в станке,
предназначенном для выполне-
ния ряда различных техноло-
гических операций, то усилия,
необходимые для перемещения рабочего органа, могут изменяться в значи-
тельных пределах. Размеры пневматического цилиндра должны обеспечи-
вать выполнение самых тяжелых операций, а при выполнении легких
операций почти вся нагрузка, создаваемая пневматическим цилиндром,
будет восприниматься гидравлическим цилиндром. Давления, возникаю-
щие в гидравлическом цилиндре, не должны выходить за пределы, допу-
скаемые характеристиками используемой гидравлической аппаратуры.
Для схемы, представленной на рис. 11.147, в, активная площадь
штоковой полости определяется исходя из условий создания усилия,
необходимого для перемещения рабочего органа на быстром обратном ходу.
При расчете площади пневматического цилиндра усилие, создаваемое
гидравлическим цилиндром, определяют исходя из выбранной его пло-
щади и противодавления, которое находится как сумма потерь в гидрав-
лической аппаратуре.
Размеры пневматического цилиндра определяют на основе уравнения
равновесия поршня (11.142), подставляя выражения для сил трения
392
в уплотнениях, найденные на основе методики, изложенной применительно
к гидравлическим цилиндрам (см. стр. 341).
Пневмогидравлические приводы применяют в агрегатных силовых
головках.
Арматура пневматических и пневмогидравлических приводов анало-
гична арматуре гидравлических приводов.
Процесс разработки гидравлических, пневматических и пневмогидрав-
лических схем складывается из выбора вида привода, обеспечивающего
изменение скорости в заданных пределах и поддержание стабильности
скорости и имеющего достаточно высокий к. п. д., а также позволяющего
получить быстрые ходы в требующихся направлениях, и разработки
схемы управления. При выборе вида привода следует руководствоваться
соображениями, изложенными как в данной главе, так и в гл. IV данного
раздела.
Научные основы синтеза схем управления еще находятся в стадии
разработки. Поэтому создание оптимальной схемы во многом зависит
от искусства конструктора, которое определяется широким знакомством
его с различными схемами управления, применяемыми в станкостроении.
При разработке схем представляется необходимым наметить несколько
возможных вариантов применительно к заданной циклограмме и про-
вести сравнительный анализ их. Для одного или нескольких выбранных
вариантов производятся расчеты и окончательно уточняется рабочий
вариант.
ГЛАВА VII ПРИВОДЫ ДЛЯ ПЕРИОДИЧЕСКИ
ПОВТОРЯЮЩИХСЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
РАБОЧИХ ОРГАНОВ
НА ТОЧНО ФИКСИРОВАННУЮ ВЕЛИЧИНУ
Периодически повторяющиеся перемещения на
точно фиксированную величину могут быть как
круговыми, так и линейными. Круговые периодические перемещения
осуществляются при повороте многопозиционных столов и барабанов,
револьверных головок, заготовок, при нарезании зубьев и сверлении
круговых рядов отверстий, расположенных по окружности или пери-
ферии диска. Линейные периодические перемещения осуществляются
при нарезании зубьев реек, при сверлении линейных рядов отверстий, при
нанесении делений на линейках. Во всех рассмотренных случаях тре-
буется высокая точность перемещений.
Для осуществления подобных перемещений используются различные
виды приводов периодического вращательного движения [128,81 ], которое
при необходимости преобразуется в прямолинейное с помощью рассмот-
ренных выше механизмов. В ряде случаев для получения необходимой
точности используются дополнительные фиксирующие устройства.
24.	ПРИВОДЫ
Периодически включаемый реверсивный привод
Рабочий орган 3 (рис. 11.148) периодически поворачивается в направ-
лении стрелки А на точно фиксированный угол. При повороте рабочий
орган получает движение от периодически включаемого реверсивного
привода 7. Положение рабочего органа определяется жестким неподвижным
393
упором 5, к которому прижат ограничитель хода 4 рабочего органа.
При повороте движение передается от реверсивного привода 7 через
самовыключающуюся муфту валу 12 червячной передачи. При повороте
рабочего органа следующий ограничитель хода 6 в конце поворота утап-
ливает жесткий упор 5. После того как ограничитель 6 пройдет мимо
упора, последний возвращается в исходное положение. При этом рычаг 2
воздействует на конечный выключатель 1, который подает сигнал ревер-
Рис. 11.148. Периодически включающийся
привод
сивному приводу. Направление вра-
щения рабочего органа изменяется,
и ограничитель хода 6 прижимается
к жесткому упору 5. Усилие прижима
ограничивается самовыключающейся
муфтой. При возрастании усилия
подвижная муфта 10, сцепляющаяся
с муфтой 8, отжимается влево, воз-
действуя через рычаг 11 на конечный
выключатель 9, который подает сиг-
нал для выключения реверсивного
привода 7.
Самовыключающаяся муфта мо-
жет быть выполнена в одном из рас-
смотренных выше конструктивных
вариантов.
В качестве реверсивного привода наиболее удобен реверсивный элек-
тродвигатель. Подобные реверсивные периодически включаемые приводы
используются для поворота многопозицпонных столов агрегатных станков.
Значительные динамические нагрузки, возникающие в момент оста-
нова стола, приводят к потери точности. Для устранения указанного
недостатка применяют приводы с двумя двигателями (см. стр. 640).
откуда
Приводы с однооборотной муфтой
Периодически поворачивающийся рабочий орган 1 (рис. 11.149, а)
получает движение от вала 10, который с помощью однооборотной муфты 6
сцепляется с шестерней 4, получающей непрерывное вращение от при-
вода 5. Муфта 6 удерживается в выключенном состоянии защелкой 7
и стремится под действием пружины 9 сцепиться с шестерней 4. При
поступлении сигнала управления привод 8 опускает защелку и муфта 6
сцепляется с шестерней 4. Сделав один оборот, муфта автоматически
расцепляется. Угол поворота рабочего органа за один оборот муфты
зависит от передаточного отношения передачи, связывающей валы 10
и 11. Для точной фиксации положения рабочего органа используется фик-
сатор 2 с приводом 3, работающим синхронно с приводом 8 включения
однооборотной муфты.
При выполнении различного рода делительных работ, требующих
настройки угла поворота рабочего органа в соответствии с заданным
числом делений (рис. 11.149, б), вал 1 рабочего органа получает движение
от вала 2 однооборотной муфты через сменные шестерни icm и червячную
передачу. Уравнение кинематической связи будет иметь вид
(П.170)
(II.171)
1 об iCM — = —
см гч zg
f = ^-,
см jzd
где ze — число делений.
394
Преобразуя вращение вала 1 в прямолинейное движение, можно полу-
чить ряд линейных перемещений рабочего органа с равными интервалами.
Используя дополнительные механизмы или соответствующую схему
управления, можно с помощью однооборотной муфты получить любое
целое число оборотов. С валом однооборотной муфты через шестерни 1
и 2 (рис. 11.149, в) связан кулачок 3. Кулачок делает один оборот при
двух-трех оборотах муфты. После включения однооборотной муфты ку-
лачок запирает рычаг 4 и не дает возможности защелке 5 встать на место.
Профиль кулачка имеет такую форму, что защелка встает на место к концу
второго или третьего оборота.
Если однооборотная муфта должна сделать большее число оборотов,
то применяется специальная схема управления. От датчика 6, установ-
ленного на валу однооборотной муфты, поступают сигналы, следующие
Рис. 11.149. Приводы с однооборот-
ными муфтами
после каждого оборота. Когда число сигналов станет равно заданному
числу оборотов, схема управления вырабатывает сигнал, поступающий
к приводу управления защелкой. Подобная схема управления, которая
будет рассмотрена ниже, позволяет задавать однооборотной муфте любое
целое число оборотов.
Широкое распространение получила в станкостроении однооборотная
кулачковая муфта, представленная на рис. II. 150. Периодическое враще-
ние сообщается шестерне 4, которая сцепляется однооборотной муфтой
с непрерывно вращающимся валом. Шестерня 4 свободно сидит на валу
и связана скользящими торцовыми поводками с кулачковой муфтой 2,
также свободно сидящей на валу. Муфта 2 под действием пружины 3 стре-
мится сместиться влево и сцепиться с муфтой 1, связанной с валом. Муфта 2
удерживается в выключенном состоянии пальцем 9, который входит
в углубление торцовой стенки канавки муфты. Палец 9 на резьбе ввернут
в рычаг 11, который может поворачиваться около оси 12. При включении
муфты правый конец рычага опускается вниз и палец 9 освобождает муф-
ту 2, которая сцепляется с муфтой 1. Муфта 2 и шестерня 4 начинают
вращаться. Рычаг 11 под действием пружины 10 стремится возвратиться
в исходное положение. При этом торец пальца 9 опирается на поверх-
ность муфты 2, которая в этот момент смещена влево. Когда вырез а муфты
совместится с пальцем 9, то последний под действием пружины 10 пере-
местится вверх. При дальнейшем вращении муфты скос выреза а набегает
395
на палец 9. Палец, нажимая на скос, сместит муфту 2 вправо, причем
зубцы муфт 2 и 1 выйдут из зацепления. Расцепление происходит под
действием крутящего момента, передаваемого муфтой 1 муфте 2. Так как
в момент расцепления крутящий момент не передается, то для окончатель-
ного вывода зубцов из зацепления служит фиксатор 8. Фиксатор 8 уста-
новлен в головке одноплечего рычага, поворачивающегося вокруг оси 12.
Призматический конец фиксатора входит в V-образное углубление муфты 2.
Под действием фиксатора муфта дополнительно поворачивается, при этом
скос выреза муфты набегает на палец 9 и муфта получает дополнительное
смещение вправо, причем зубцы муфт 1 и 2, полностью выходят из зацеп-
ления.
Для регулирования положения муфты в момент выклю-
чения палец 9 расположен эксцентрично относительно резь-
бового стержня, с которым он выполнен за одно целое. При
Рис. 11.150. Однооборотная кулачковая муфта
//
повороте резьбового стержня в отверстии рычага палец 9 будет смещаться
вдоль оси муфты и тем самым может быть установлен в требующееся
положение.
Команда для включения муфты подается путевыми упорами 5, уста-
навливаемыми на диске 6. Путевые упоры, действуя на собачку 7, пово-
рачивают рычаг 11. Собачка 7 установлена на оси и под действием пру-
жины поворачивается по часовой стрелке. При воздействии путевого
упора диска 6 собачка 7 сначала поворачивается вокруг своей оси до
ограничителя, а вслед затем происходит поворот рычага; как только
верхняя точка путевого упора пройдет мимо собачки, последняя под
действием пружины повернется вокруг своей оси и не будет препятст-
вовать возврату рычага в исходное положение. При отсутствии откидной
собачки время подъема рычага могло бы оказаться больше времени одного
оборота муфты и муфта не была бы своевременно выключена.
Муфты этого типа могут быть использованы при сравнительно неболь-
шом числе оборотов, которое обычно не превышает 120—150 об!мин.
Эти муфты широко применяют в ряде моделей одношпиндельных токарно-
револьверных автоматов для периодического включения приводов различ-
ных механизмов.
В приводах токарных станков с цифровым программным управлением
нашли применение мелкозубые однооборотные муфты (рис. 11.151). Пери-
одическое вращение сообщается валу 9 от непрерывно вращающихся ше-
стерен 4. Шестерни 4 жестко связаны со ступицей мелкозубой муфты 5.
396
Мелкозубая однооборотная муфта 6 связана торцовыми поводками с по-
водковой муфтой 8, закрепленной на валу 9. Под действием пружины 7
муфта 6 стремится сцепиться с муфтой 5. Между ступицами муфт 5 и 6
установлен упорный шарикоподшипник 15 и поводковый диск 3. На торце
поводкового диска и ступицы муфты 6 имеются V-образные вырезы, в ко-
торых помещаются шарики 10 (положение а). Когда при вращении муфты 6
поводок 3 поводкового диска упирается в якорь 2 электромагнита 1, то
скосы V-образных вырезов муфты 6 набегают на шарики и муфта 6 сме-
щается вправо. Шарики 10 занимают при этом положение б. При смещении
муфты 6 вправо торцовые зубцы муфты 6 расцепляются с торцовыми
зубцами муфты 5. Окончательное расцепление происходит так же, как
в предыдущем случае, под действием фиксатора, выполненного в форме
качающегося рычага 13, ролик которого под действием пружины 12 за-
падает в вырез фиксирующего диска 11.
Включение однооборотной муфты производится с помощью электро-
магнита 1, который, притягивая якорь 2, освобождает поводок 3. Одно-
временно с включением муфты с помощью электромагнита 14 выключается
фиксатор 13.
При передаче малых крутящих моментов данная муфта может быть
использована при высоких скоростях вращения.
При высоких скоростях и значительных крутящих моментах может
работать роликовая однооборотная муфта, которая может быть также
выполнена реверсивной (рис. 11.152). В основу роликовой реверсивной
однооборотной муфты положена конструкция реверсивной муфты обгона
(см. стр. 216). Ведущая шестерня 5 сидит на шпонке на ступице чашки 10,
свободно вращающейся на валу 3. На валу 3 на шпонке посажен диск 6
с вырезами. В вырезах диска расположены ролики 8 и 9, которые под
действием пружин прижимаются к внутренней поверхности чашки. При
вращении чашки по часовой стрелке заклинивается пара роликов 8, против
часовой стрелки — пара роликов 9, которые и передают вращение от чашки
к диску. Выключение муфты производится с помощью поводкового диска 2,
поводки которого входят в пространство между роликами. Поводковый
диск 2 снабжен выступами, которые могут упираться в якоря 7 и 11 управ-
ляющих электромагнитов 1 и 4. Если ведущая шестерня с чашкой вра-
щается по часовой стрелке, то выключение муфты производится с помощью
397
якоря 11. Якорь удерживает диск 2, поводки которого расклинивают
ролики 8. При включении электромагнита 4 якорь 11 освобождает повод-
ковый диск 2 и ролики вновь заклиниваются. При выключении электро-
магнита 4 пружина, расположенная в основании электромагнита, пово-
рачивает якорь в рабочее положение и
роликовая ревер-
Рис. II. 152. Однооборотная
сивная муфта
он, останавливая диск 2, выклю-
чает муфту.
Аналогичная картина имеет
место при вращении муфты про-
тив часовой стрелки, только
включение и выключение про-
исходит с помощью якоря 7
электромагнита 1.
Расчет муфты аналогичен
расчету муфты обгона.
При включении и выключе-
нии однооборотных муфт в при-
воде могут возникать значитель-
ные динамические нагрузки,
величина которых зависит от
скорости и приведенного момен-
та инерции. Величина динами-
ческих нагрузок может быть
определена на основе методики,
изложенной в первом разделе
(см. стр. 152). При большом
приведенном моменте инерции
возникающие динамические на-
грузки ограничивают скорость
перемещения рабочего органа. Большая скорость при большом при-
веденном моменте инерции может быть получена в случае использования
в приводе мальтийских крестов.
Приводы с мальтийским крестом
Передача с мальтийским крестом 6 (рис. П.153, а) обеспечивает плав-
ное изменение скорости мальтийского креста <оге и ускорения ек
(рис. 11.154). В момент входа ролика водила 5, имеющего угловую ско-
рость со, в паз мальтийского креста скорость <лк — 0. Затем скорость
плавно возрастает от нуля до максимума, после чего плавно убывает от
максимума до нуля в момент выхода ролика из паза. Плавное изменение
скорости исключает появление ударов первого рода, возникающих при
скачкообразном изменении скорости, характерном для рассмотренных
выше механизмов.
Ускорение в момент входа и выхода ролика не равно нулю — оно из-
меняется скачкообразно, на всем же протяжении поворота изменение
ускорения происходит плавно. Скачкообразное изменение ускорения
в момент входа и выхода вызывает появление ударов второго рода. Дина-
мические нагрузки, появляющиеся при ударах второго рода, меньше
динамических нагрузок, появляющихся при ударах первого рода. Благо-
даря указанному обстоятельству приводы с мальтийскими крестами
применяют для периодического поворота многопозиционных столов,
барабанов и револьверных головок, имеющих большой момент инерции.
Приводы с мальтийскими крестами могут иметь различную схему.
В простейшей схеме (рис. П.153, а) водило 5 мальтийского креста 6,
непосредственно связанного с рабочим органом 1, получает непрерывное
398
вращение от привода 4. После поворота рабочий орган фиксируется фик-
сатором 2, привод 3 которого работает синхронно с вращением водила.
При рассмотренной схеме все
прочие движения рабочих органов должны
быть выполнены в интервале между двумя
смежными поворотами рабочего органа 1.
Время, которое может быть использовано
на все прочие движения, зависит от числа
оборотов водила 5 в минуту и угла пово-
рота водила за период поворота мальтий-
ского креста. Поскольку при указанных
условиях возникает зависимость между
временем всех прочих ходов и скоростью
вращения водила, а соответственно и вре-
менем поворота рабочего органа 1, то такое
решение может привести к чрезмерному
возрастанию времени поворота, что ведет
к снижению производительности станка.
Рис. 11.153. Приводы с мальтийским крестом
Указанного недостатка можно избежать при одновременном исполь-
зовании в приводе однооборотной муфты 1 (рис. 11.153, б) и мальтийского
креста 2. Водило мальтийского креста получает вращение от вала одно-
оборотной муфты 1 и при выключенной
муфте остается неподвижным. При
включении однооборотной муфты во-
дило делает один оборот и вновь вы-
ключается с помощью однооборотной
муфты. В этом случае время поворота
рабочего органа определяется только
величиной динамических нагрузок,
возникающих при работе мальтийско-
го креста. Динамические нагрузки,
возникающие при включении муфты,
малы, так как в момент включения
муфты ускорение получают только
промежуточные передачи и водило.
Привод с однооборотной муфтой
и мальтийским крестом широко ис-
пользуется в одношпиндельных то-
Рис. 11.154. График изменения скорости
карно-револьверных автоматах для и ускорения мальтийского креста
поворота револьверной головки.
Вместо однооборотной муфты для периодического поворота водила
мальтийского креста может быть использован также отдельный элек-
тродвигатель 2 (рис. 11.153, в), связанный через соответствующую
399
понижающую передачу с валом водила. При повороте рабочего органа
подается сигнал для включения электродвигателя. По окончании пово-
рота рычаг фиксатора, работающего синхронно с водилом, нажимает
на конечный выключатель 1 и подает сигнал для выключения двигателя.
При выключении двигателя привод 3 включает тормоз 4. Непостоянство
в положении водила в момент остановки не имеет никакого значения, так
как эта ошибка не сказывается на процессе поворота мальтийского
креста, поскольку водило в момент остановки не находится в зацеплении
с крестом, а накопления ошибок не может возникнуть.
Подобные приводы используются для поворота многопозиционных
столов агрегатных станков.
Рис. 11.155. Мальтийские кресты
Для того чтобы при входе и выходе ролика кривошипа не возникал
жесткий удар первого рода, ось кривошипа 0±С (рис. II. 155, а) должна
быть в эти моменты расположена под прямым углом к оси ОС паза.
Угол поворота кривошипа, соответствующий повороту мальтийского
креста, будет равен
\	₽=180° —(11.172)
где zM — число пазов мальтийского креста.
Основные размеры элементов передачи с мальтийским крестом опре-
деляются из прямоугольного треугольника ОСО±.
(11.173)
<11.174>
С“ 2гЛ
Как видно из формулы (11.172) и рис. II.155, б, с увеличением числа
пазов мальтийского креста возрастает угол поворота кривошипа, соответ-
ствующий периоду поворота мальтийского креста, и при схеме, представ-
ленной на рис. 11.153, а, увеличивается доля времени, затрачиваемого
на его поворот. Для уменьшения времени, затрачиваемого на поворот,
400
при большом числе делений используют крест с небольшим числом пазов,
который связывают промежуточной зубчатой передачей zx—z2 с рабочим
органом (рис. 11.155, б). Передаточное отношение передачи определяется
из выражения
Из-за зазоров в зубчатой передаче фиксация рабочего органа не обес-
печивает в данном случае точной фиксации самого мальтийского креста.
Поэтому при наличии промежуточной передачи возникает необходимость
в дополнительной фиксации мальтийского креста, которая осуществляется
с помощью диска 2, сидящего на одной оси с водилом 1 (рис. 11.155, в).
Усилия, возникающие на валу водила, складываются из статических
нагрузок, появляющихся под влиянием сил трения в направляющих
перемещающегося рабочего органа, и динамических нагрузок, возника-
ющих под влиянием ускорений. Как статический, так и динамический мо-
менты изменяются в функции угла поворота водила, причем максимумы
моментов не совпадают. Для упрощения расчета примем, что наибольший
момент на валу водила равен сумме наибольшего статического и динами-
ческого моментов, что пойдет в запас прочности. Не рассматривая выводов,
на основе которых определяются статический и динамический моменты [7],
приведем окончательные формулы для вычисления их величины
Мгаах = Мс1Пах Минтах,	(11.176)
Мспих = ^Мк.с-1-;	(П. 177)
Мт гаах = k2Jnji2-^-,	(11.178)
где Меп1ах — наибольший статический момент от сил трения на валу
водила;
М^тах — наибольший момент от сил инерции на валу водила;
Мк.с — статический момент от сил трения на валу креста;
— момент инерции вращающихся деталей, приведенный
к валу креста;
kt, k2 — коэффициенты, зависящие от числа пазов мальтийского
креста (табл. II.7);
т] — к. п. д. мальтийского креста;
п — число оборотов водила в минуту.
Наибольшее усилие, по которому ведется расчет на контактную проч-
ность ролика и стенки паза, складывается из усилий, определяемых ста-
тическими и инерционными моментами на валу креста. Примем, что
Таблица И.7
К расчету механизмов с мальтийским крестом
Коэффициенты	Число пазов				
	3	4	5	6	8
	6,464	2,414	1,426	1,0	0,620
*2	1,80	0,110	0,0269	0,0109	0,0034
ks	1,966	0.126	0,0318	0.0131	0,00424
401
расчетное усилие равно сумме наибольшего статического и инерцион-
ного усилий
Ртах Рк.стах “Ь Рк. ин max»	(11.179)
Ростах = ^1^;	(П.180)
«/ ПП?^
Рк.интах = К~(II. 181)
где г — радиус кривошипа;
^1»	— коэффициенты, зависящие от числа пазов мальтийского
креста (табл. II.7).
Рекомендуется принимать следующие значения к. п. д. мальтийских
передач: если вал креста имеет опоры скольжения т) = 0,8^-0,9, опоры
качения т) 0,95; если крест составляет одно целое с поворотным столом,
барабаном и т. п. и диаметр опорной поверхности близок к диаметру маль-
тийского креста т) як 0,75.
Мальтийские кресты имеют различное конструктивное оформление.
Пазы мальтийского креста могут быть прорезаны в целом диске
(рис. 11.155, г, д). Такая конструкция требует применения весьма тру-
доемких процессов шлифования пазов у термически обработанных крестов.
Сборный крест, состоящий из отдельных секторов (рис. 11.155, ё) или
отдельных планок (рис. 11.155, ж), не требует столь трудоемких процес-
сов обработки, но для сборки креста необходимы специальные сборочные
приспособления. Цельный крест может также иметь форму сборного креста,
представленного на рис. 11.155, е, что позволяет упростить технологию
обработки. Кресты больших размеров преимущественно выполняются
сборными, а малых — цельными. Технология обработки и сборки должна
обеспечивать высокую точность ширины пазов и их углового расположе-
ния.
В ряде случаев применяются пазы с внутренним зацеплением
(рис. 11.155, г), имеющие более компактную конструкцию, но требующие
большого угла поворота водила за время поворота креста.
Приводы с храповыми механизмами
В приводах для периодического перемещения рабочих органов приме-
няют как храповые муфты (рис. 11.156, а и г), так и храповые шестерни
(рис. 11.156, б и в). Храповые муфты выполняют с торцовыми несимме-
тричными зубцами. Одна половина муфты 2 (рис. II. 156, а) сидит на шпонке
на валу рабочего органа, а вторая жестко связана с ведущей шестерней 1.
Полумуфты сцепляются под действием пружины 6. При повороте ше-
стерни 1 против часовой стрелки зубцы полумуфты, связанной с шестер-
ней, захватывают зубцы полумуфты 2 и рабочий орган поворачивается
вместе с шестерней. При повороте шестерни в обратном направлении полу-
муфта 2 отжимается вправо и рабочий орган остается неподвижным.
Привод 3 фиксатора работает синхронно с шестерней 1. Шестерня 1 может
получать реверсивное движение от различных видов приводов. Если вра-
щение шестерни в обоих направлениях происходит с постоянной скоростью,
то в момент начала и конца движения могут возникать значительные
инерционные нагрузки. Плавное изменение скорости и ускорения может
быть получено при использовании в приводе кулачкового механизма той
или иной конструкции. На схеме кулачок 4 сообщает движение кача-
ющемуся рычагу с зубчатым сектором 5, который зацепляется с шестер-
402
a)
3 ш -
2 3 4
Рис. 11.156. Приводы с храпо-
вым механизмом
ней 1. Механизмы такого рода применяют в отдельных случаях для пово-
рота многопозиционных барабанов.
В приводах с храповыми шестернями (рис; 11.156, б) храповая ше-
стерня 1, связанная с рабочим органом либо непосредственно, либо через
промежуточную передачу, получает движение от собачки 5, которая свя-
зана шарнирно либо с качающимся рычагом 4, либо с поступательно дви-
жущимся толкателем. Ры-
чаг 4 совершает качатель-
ное движение и при ходе
по часовой стрелке пово-
рачивает собачкой храпо-
вую шестерню, а при ходе
назад собачка откидывает-
ся и храповая шестерня
остается неподвижной. Ры-
чаг 4 может получать ка-
чательное движение от
различных приводов. На
схеме движение рычагу
сообщается кривошипным
диском 2, который связан
с рычагом 4 шатуном 3.
Переставляя палец криво-
шипа по пазу диска, можно
изменять угол качания
рычага, а соответственно
и угол поворота храповой
шестерни. При постоянном
угле качания рычага угол
поворота храповой шестер-
ни можно изменять с по-
мощью щитка 6. Поворотом
щитка 6 можно перекрыть
часть зубьев храповой ше-
стерни, находящихся в
пределах угла качания
рычага. При повороте ры-
чага против часовой стрел-
ки щиток приподнимает
собачку и на участке, пе-
рекрытом щитком,собачка
не захватывает храповую
шестерню.
Конструкции храповых
с храповыми механизмами рассмотренного типа в различном конструктив-
ном оформлении широко применяют для осуществления периодических
движений подачи в шлифовальных, поперечнострогальных и других стан-
ках.
Если периодически поворачивающийся рабочий орган расположен
на салазках, совершающих прямолинейное движение, то могут быть ис-
пользованы приводы, схемы которых представлены на рис. 11.156, в и г.
Схема, показанная на рис. 11.156, в, характерна для револьверных голо-
вок. На одной оси с револьверной головкой 3 сидит храповая шестерня 4.
На неподвижных направляющих рабочего органа 2 расположена собачка 1.
При ходе рабочего органа 2 влево зуб храповой шестерни упирается
механизмов весьма многообразны. Приводы
403
в собачку и при дальнейшем движении рабочего органа 2 храповая ше-
стерня вместе с револьверной головкой поворачивается на соответ-
ствующий угол. Привод фиксатора обеспечивает своевременный вывод
и ввод фиксатора.
Схемы, подобные представленной на рис. 11.156, г, применяют при фре-
зеровании и шлифовании зубьев и других операциях. При ходе рабочего
органа 5 влево ролик штока 1 с зубчатой рейкой набегает на неподвижный
кулачок 7. Шток перемещается вверх и поворачивает шестерню 2, свя-
занную храповой муфтой 3 с рабочим органом 4. При ходе рабочего органа
вправо пружина 6 опускает шток / вниз и шестерня 2 поворачивается
в исходное положение.
Расчет храповых муфт с торцовыми зубцами аналогичен расчету само-
выключающихся муфт (см. стр. 212).
Существенным недостатком храповых механизмов является возмож-
ность появления значительных ударных динамических нагрузок. В конце
хода возможен также перебег поворачиваемых звеньев, имеющих запас
кинетической энергии.
Поршневые приводы
Гидравлические и пневматические поршневые приводы применяют для
периодического поворота рабочих органов.
На штоке 5 (рис. II. 157, а) нарезана зубчатая рейка, зацепляющаяся
с шестерней 6, связанной с кулачковой муфтой 7. Кулачковая муфта 7
может быть сцеплена с кулачковой муфтой 8. При включении муфты вра-
щение передается рабочему органу 1. Включением муфты управляет при-
вод 4. При ходе поршня в одном направлении, например влево, муфта 8
включается и рабочий орган поворачивается. При ходе поршня в обрат-
ном направлении муфта выключается и рабочий орган остается непо-
движным. Синхронно с приводом поворота работает привод 3 фиксатора 2.
Приводы 4 и 3 также выполняются гидравлическими либо пневмати-
ческими.
Для устранения жестких ударов в поршневой двигатель встраиваются
дроссели, уменьшающие скорость поршня к концу хода, конструкция
которых представлена на рис. II.135.
Гидравлические и пневматические приводы используются также со-
вместно с храповыми механизмами. От пневматического или гидравличе-
ского поршневого двигателя может получать движение шестерня храпо-
вой муфты приводов, изображенных на рис. 11.156, а и г. Весьма простое
конструктивное решение может быть получено при установке собачки 2
(рис. II. 157, б) непосредственно на штоке 1 поршневого двигателя. Такой
404
вариант широко используется в приводах подач шлифовальных станков.
Величина хода поршня, а соответственно и угол поворота храповой ше-
стерни регулируется установочным винтом 3, ограничивающим переме-
щение поршня.
Шаговые электродвигатели
В шаговых электродвигателях [2] цепь питания электродвигателя
включается периодически. При каждом включении цепи питания ротор
электродвигателя поворачивается на определенный точно фиксированный
угол. Включение цепи питания может происходить с большой частотой.
У некоторых моделей шаговых электродвигателей частота включения до-
стигает 6000 гц. Если угол поворота при одном включении Лу, а число
включений z, то полный угол поворота ротора будет равен
•у = z Ду.
При большой частоте включений ротор электродвигателя практически
вращается непрерывно, однако останов ротора происходит с высокой точ-
ностью в соответствии с заданным числом включений. Изменяя частоту
включения, можно изменять скорость вращения ротора. Суммарный
угол поворота ротора задается числом включений с помощью соответ-
ствующей системы управления.
Конструкции шаговых электродвигателей весьма многообразны. Про-
стейшую конструкцию имеют электромеханические шаговые электродви-
гатели, в которых электромагнит приводит в движение собачку храпового
привода. Такие шаговые электродвигатели работают с невысокой частотой
и развивают небольшой крутящий момент. Они находят применение в аппа-
ратах управления, например в шаговых искателях. Значительно более
широко применяют шаговые электродвигатели с электромагнитной связью
ротора и статора. Рассмотрим одну из принципиальных схем шагового
электродвигателя (рис. 11.158, а). Ротор 1 имеет ряд полюсов, а статор
состоит из трех независимых секций 2, 3 и 4. На рис. II. 158, б полюса
ротора и статора изображены в увеличенном виде. Шаг полюсов ротора
равен "I’d- Полюса секции 2 статора расположены симметрично относи-
тельно линии ОС; полюса секции 3 смещены на х/8у0 относительно ли-
нии OCj, расположенной под углом 120° к линии ОС, а полюса секции 4 —
на 2/3уп относительно линии ОС2, расположенной под углом 240° к ли-
нии ОС. В рассматриваемый момент полюса 5 ротора смещены относи-
тельно полюсов секции 3 статора на угол 1lsy0, соответственно полюса 6
ротора, расположенные под углом 120° к полюсам 5, будут смещены на 2/3у0
относительно полюсов секции 4 статора, а полюса 7 ротора смещены на
угол у0 относительно полюсов секции 2 статора.
При включении обмотки секции 3 статора полюса 5 ротора совместятся
с полюсами секций 3 и ротор повернется на угол г!3у0, при этом полюса 6
ротора окажутся смещенными на г/3у0 относительно полюсов секции 4
статора, а полюса 7 ротора на 213у0 относительно полюсов секции 2 ста-
тора. При выключении обмотки секции 3 и включении обмотки секции 4
статора полюса 6 ротора совместятся с полюсами секции 4 статора и ротор
повернется опять на угол Vg^o, полюса 7 ротора займут положение, при
котором они будут смещены на угол 1/3у0 относительно полюсов секции 2
статора. При выключении обмотки секции 4 и включении обмотки секции 2
полюса 7 ротора совместятся с полюсами секции 2 статора и ротор опять
повернется на угол */3у0; при этом следующая пара полюсов ротора займет
такое положение, при котором они будут смещены относительно полюсов
секции 3 статора на У Зу.о и весь процесс включения обмоток повторится.
405
Секции статора размещены вдоль оси двигателя (рис. 11.158, в); число
полюсов статора равно числу полюсов ротора. Каждая секция статора
развернута относительно предыдущей на угол ^зУо-
Последовательное включение обмоток осуществляется с помощью
распределителя импульсов системы управления.
Вращающий момент шаговых электродвигателей, работающих в си-
стеме управления, составляет 2—10 кГ • см, силовых шаговых электро-
Рис. П.158. Шаговые электродвигатели
двигателей __до 300 кГ -см. Шаговые электродвигатели с малым крутящим
моментом используются в силовых приводах совместно с гидравлическим
усилителем моментов [4, 102]. Гидравлический усилитель моментов пред-
ставляет собой гидравлический двигатель вращательного движения с по-
воротным распределительным устройством. При повороте распредели-
тельного устройства на тот или иной угол на такой же угол поворачивается
ротор гидродвигателя. Распределительное устройство приводится в дви-
жение шаговым электродвигателем с малым крутящим моментом; ротор
гидродвигателя, поворачивающийся синхронно с распределительным
устройством, развивает большой крутящий момент. Отечественная про-
406
мышленность выпускает гидроусилители, конструкция которых в целом
аналогична конструкции гидродвигателя, представленного на рис. 11.100.
Принцип действия гидроусилителя моментов иллюстрирует схема,
изображенная на рис. 11.159. Гидродвигатель 16 связан с насосом и слив-
ным трубопроводом через распределительное устройство. От насоса
масло поступает в выточку 4 корпуса распределительного устройства,
а выточка 6 соединена со сливным трубопроводом. С выточками 3
и 7 связаны соответствующими каналами отверстия 1 и 15 гидродвига-
теля. Выточки корпуса могут сообщаться между собой через отверстия
втулки 2, вращающейся вместе с валом гидродвигателя, и продольные
канавки 5 и 12 пробки 8, вращающейся вместе с валом шагового элек-
тродвигателя 9. При повороте шагового электродвигателя по часовой
Ряс. II.159. Схема гидроусилителя моментов
стрелке отверстие 13 соединяется с канавкой 12 и масло из выточки 4
поступает через кольцевую проточку пробки к отверстиям 10 и далее через
выточку 7 к отверстию 15 гидродвигателя. Вал гидродвигателя также по-
ворачивается по часовой стрелке.
Масло, поступающее из гидродвигателя через отверстие 1, попадает
через выточку 3 и отверстия 14 в кольцевую проточку пробки 8 и далее
через продольную канавку 5 и отверстие 11 в кольцевую выточку 6, ко-
торая связана со сливным трубопроводом.
При вращении вала шагового электродвигателя против часовой стрел-
ки отверстие 13' соединяется с продольной канавкой 5 и масло, поступа-
ющее от насоса, направляется через проточку пробки, отверстия 14 и вы-
точку 3 к отверстию 1 гидродвигателя, вал которого начинает вращаться
против часовой стрелки. Масло, поступающее от гидродвигателя через
отверстие 15, поступает через выточку 7, отверстия 10, проточку пробки
и продольную канавку 5, которая совмещается с отверстием 1Г, в вы-
точку 6.
Вал гидродвигателя в своем вращении несколько отстает от вала ша-
гового электродвигателя. Это отставание обусловлено необходимостью
образования соответствующего прохода для масла, протекающего из
радиальных отверстий втулки в продольные канавки пробки.
Шаговые электродвигатели совместно с гидроусилителями исполь-
зуются в станках с цифровым программным управлением.
407
Время периодически повторяющихся перемещений рабочих органов
зависит от их размеров и вида привода и колеблется в значительных пре-
делах. Время поворота револьверных головок различных размеров и кон-
струкций находится в пределах 0,5—3 сек, время поворота многопози-
ционных столов и барабанов в пределах 1,0—5 сек; при небольших пере-
мещениях и малых размерах перемещающихся рабочих органов эти пере-
мещения могут осуществляться с большой скоростью и время перемещения
в ряде случаев исчисляется 0,05—0,1 сек. Скорости перемещения, а соот-
ветственно и время ограничиваются в первую очередь возникающими ди-
намическими нагрузками.
Ручные делительные приводы
При выполнении ряда работ, в частности при нарезании зубьев на фре-
зерных станках, периодический поворот на точно фиксированный угол
производится вручную с помощью делительных головок той или иной
конструкции.
При ручном делении шпин-
дель 3 (рис. II. 160, а) полу-
чает вращение от рукоятки 2
через червячную передачу. Если
заготовку надо разделить на гд
частей, то угол у поворота ру-
коятки 2 можно определить из
следующего выражения:
у— = —.
откуда
у=-^-. (II.182)
Угол поворота рукоятки
фиксируется с помощью дели-
тельного диска 1. Диск имеет
несколько круговых рядов от-
верстий, причем число отвер-
стий п0 в каждом ряду различ-
но. Угол у можно представить
"о
в виде —, где п0 — полное число отверстии в соответствующем ряду,
П0	Т-1
п0 — число отверстий, на которое перемещается рукоятка. Подставив вы-
ражение для угла у в формулу (II. 182), получим
”о _ гц
По ”
(II. 183)
Для получения заданного числа делений выбирают ряд отверстий, удов-
летворяющих уравнению (II. 183), а рукоятку 2 устанавливают против
соответствующего ряда отверстий.
Так как число рядов отверстий ограничено, то не все числа делений
могут быть получены таким простейшим способом. Для расширения воз-
можностей делительного устройства применяют дифференциальный ме-
тод деления (рис. II. 160, б). Если в предыдущем случае делительный
диск был неподвижным, то при дифференциальном делении делительный
диск также может поворачиваться. При делении на заданное число частей
408
рукоятку 3 необходимо повернуть на угол у; имеющийся же набор дели-
тельных дисков позволяет повернуть рукоятку на угол у', при котором
число делений равно z'd. Jljisi того чтобы получить заданное число делений,
необходимо дополнительно повернуть делительный диск на угол у'—у,
который равен
y'_y = ^(П.184)
' \ г<з д /
Поворот делительному диску сообщает шпиндель 4 и затем движение
передается через сменные шестерни iCM и постоянную передачу 1. При по-
вороте шпинделя на угол — диск 2 должен повернуться на угол у' —у, т. е.
zd
Л-i i	_____L\
-у-. v см1, пост	; I r	’
' \ zd Zd I
Принимая inocm — 1, получаем
• _	_ zd~~zd
(11.185)
Выражение (11.185) служит для определения передаточного отношения
сменных зубчатых колес, которые должны быть установлены при нареза-
нии заданного числа делений.
Рассмотренные принципиальные схемы имеет большинство современ-
ных делительных головок.
Устройства для устранения зазоров
в кинематических цепях
Если при периодическом повороте фиксируется положение ведущего
вала, а не рабочего органа, как это и имеет место в приводах с однообо-
ротной муфтой, в ручных делительных приводах и других случаях, то
на точность положения рабочего органа влияют зазоры в кинематической
цепи. Наибольшее влияние оказывают обычно зазоры в последних звеньях
цепи — в передачах винт—гайка и в червячных передачах. Вопрос об
устранении зазоров в передачах винт—гайка рассмотрен в гл. IV настоя-
щего раздела (см. стр. 270). Для устранения зазоров в червячных переда-
чах используется ряд различных конструктивных решений (рис. II. 161).
Червячное колесо (рис. II.161, а) может быть изготовлено разъемным
в плоскости, перпендикулярной оси. Поворачивая одну часть относительно
другой оси и стягивая их винтами, устраняют зазор между зубьями чер-
вячного колеса и витками червяка. Однако непостоянство зазора по окруж-
ности колеса не позволяет устранить зазор полностью. Для автоматиче-
ского устранения зазора в одной из частей 2 разъемного колеса выфрезе-
ровываются дуговые канавки, куда закладываются пружины 4. Со второй
частью 1 связываются пальцы 3, которые заходят в канавки части 2.
Пружины, действуя на пальцы, стрёмятся повернуть одну часть колеса
относительно другой и непрерывно устраняют зазор между витками чер-
вяка и зубьями колеса. Пружины должны развивать достаточное усилие.
Недостатком этой конструкции является то, что нагрузка передается только
половиной ширины зуба.
В конструкции на рис. II. 161, в регулировка зазора производится из-
менением межосевого расстояния червячной передачи. Червяк 2 смонти-
рован в эксцентрично расположенных отверстиях гильзы 1. Поворачивая
гильзу, изменяют положение оси червяка и червячного колеса, тем самым
устраняют зазор.
409
При тяжелых нагрузках для устранения зазоров применяется система
с двумя червяками (рис. 11.161, б). Червяк 1 смонтирован как обычно
и не может перемещаться в осевом направлении, червяк же 2 смещается
в осевом направлении либо в процессе регулировки, либо под действием
пружины. При смещении червяка 2 червячное колесо поворачивается
вокруг своей оси до тех пор, пока поверхности зубьев колеса не придут
в контакт с поверхностью витков червяка 1. После регулировки червяк 2
фиксируется в требуемом положении. При регулировке червяк 2 пере-
мещается либо вместе с опорами, либо вдоль оси вала.
Рис. 11.161. Устройства для устранения зазоров в червячных передачах
Во многих станках для устранения зазора в червячной передаче
используются червяки с двойным шагом, т. е. с переменной толщиной
витка. Для устранения зазора червяк смещается в осевом направлении
и в зацепление с колесом вводится часть червяка с большей толщиной
витка.
При отсутствии червячных передач или передач винт—гайка на точ-
ность перемещений рабочих органов оказывают существенное влияние
зазоры в цилиндрических и конических зубчатых передачах. Эти передачи
могут быть выполнены разъемными аналогично конструкции червячных
передач, представленной на рис. II.161, а. Для устранения зазоров в ци-
линдрических зубчатых передачах применяются также сдвоенные косо-
зубые колеса (рис. 11.162). Косозубые колеса 1 и 2 с различным направле-
нием зуба жестко связаны между собой, а колесо 3 под действием пружины
перемещается в осевом направлении на шлицах или на шпонке. При осе-
вом смещении колеса 3 оно, действуя на сдвоенные колеса, поворачивает
их вокруг оси до тех пор, пока поверхности зубьев колеса 1 не придут
в контакт с поверхностями зубьев колеса 4.
410
Ошибки в шаге и других элементах передач кинематической цепи также
могут сказываться на точности перемещений рабочих органов. Однако
влияние указанных факторов становится существенным только при очень
высоких требованиях к точности. Возни-
кающие ошибки могут быть исправлены
с помощью коррекционных устройств, во-
прос о которых рассматривается в следу-
ющей главе.
25. ФИКСИРУЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ
Фиксирующий механизм [128] состоит
из собственно фиксатора и привода для
ввода и вывода фиксатора.
Фиксатор может быть использован для
непосредственной фиксации положения
рабочего органа либо для фиксации по-
ложения одного из валов привода, напри-
мер вала однооборотной муфты, вала
рукоятки ручного привода и т. п. В пер-
вом случае ошибки фиксации непосредст-
венно сказываются на точности положения
рабочего органа, во втором случае при
наличии промежуточной понижающей пе-
редачи ошибки в положении рабочего
органа меньше ошибок фиксации. Если
угловая ошибка при фиксации равна
Рис. 11.162. Устройства для устра-
нения зазоров в цилиндрических
зубчатых передачах
бу^, то угловая ошибка в положении рабочего органа равна
бу =
(11.186)
а ошибка в линейном перемещении
ЬУФ ~
360°
65 =
(11.187)
где бу — угловая ошибка в положении рабочего органа;
6S — линейная ошибка в положении рабочего органа;
X — величина перемещения рабочего органа за один оборот вала,
на котором закреплен фиксируемый диск.
Однако при наличии промежуточных передач необходимо принимать
меры для устранения зазоров в промежуточных передачах, а в ряде слу-
чаев прибегать и к установке коррекционных устройств.
Фиксаторы
Конструктивные формы фиксаторов весьма многообразны. Простую
конструкцию имеют качающиеся фиксаторы (рис. 11.163, а и б). Трапе-
цеидальный конец качающегося фиксатора 1 под действием пружины
входит в гнездо фиксирующего диска 2. Недостатком качающегося фик-
сатора является то, что кроме обычных требований к точности углового
расположения гнезд по окружности фиксирующего диска и формы гнезда
предъявляется также требование к точности ширины гнезда, поэтому воз-
растает трудоемкость изготовления фиксаторных дисков. Требования
к точности ширины гнезда возникают в связи с тем, что отклонения в ши-
рине гнезда приводят к появлению ошибок в угловом положении рабочего
411
органа. При меньшей ширине гнезда фиксатор не может войти в гнездо,
как это видно на рис. 11.163, б, и диск отклоняется от заданного положе-
ния на величину б. При большей ширине гнезда диск отклоняется в обрат-
ном направлении; одновременно снижается жесткость фиксации, так как
фиксатор и гнездо имеют линейный контакт вместо контакта по поверх-
Рис. 11.163. Качающиеся фиксаторы
работы увеличивается вследствие
ности.
Качающиеся фиксаторы
обычно применяют при отсутст-
— вии высоких требований к точ-
ности фиксации.
Цилиндрические фиксаторы
выполняют как с цилиндриче-
ским, так и с коническим кон-
цом. Фиксаторы с цилиндриче-
ским концом дают меньшую
точность фиксации из-за нали-
чия зазора между фиксатором и
гнездом, который в процессе
износа. Фиксаторы с коническим
концом (рис. 11.164) не имеют указанного недостатка. Фиксатор 3
(рис. 11.164, а) может быть размещен либо непосредственно в отвер-
стии корпуса, либо в направляющих втулках, которые могут быть
заменены при ремонте. Фиксатор входит в гнездо под действием пружины 2,
натяжение которой регулируется пробкой 1. Фиксатор выводится из гнезда
Рис. 11.164. Цилиндрические фиксаторы
с помощью рычага 5, сухарь 4 которого заходит в паз фиксатора. Для
вывода фиксатора может быть использована зубчато-реечная передача
(рис. 11.164, б). Фиксирующие гнезда выполняют либо непосредственно
в теле фиксирующего диска, либо в специальных втулках 6, которые
устанавливают в корпусе рабочего органа. Для удобства распрессовки
втулки на дне отверстия помещается шайба 7 с резьбовым отверстием.
Оси фиксирующих гнезд могут быть расположены как в радиальном
(рис. 11.164, в), так и в осевом (рис. 11.164, г) направлениях.
С точки зрения технологии изготовления фиксирующее устройство
с цилиндрическим фиксатором, имеющим конический конец, представ-
412
ляется наиболее простым. Фиксатор и фиксирующие втулки подвергают
термической обработке и шлифовке на круглошлифовальных станках,
где может быть обеспечена весьма высокая точность обработки. Гнезда
под фиксирующие втулки вскрываются на координатнорасточных стан-
ках, на которых также обеспечивается высокая точность обработки. Ос-
новные отклонения могут возникнуть в размерах h и г, что приведет к не-
правильному контакту конца фиксатора с поверхностью гнезда, которые
будут контактировать по линии. Для устранения указанного дефекта на
конце фиксатора делаются лыски б, чем устраняется линейный контакт.
В отдельных случаях для устранения указанного дефекта коническое гнез-
до втулки заменяют пазом, однако при этом теряется основное преиму-
щество данной конструкции — простота обработки.
К недостаткам данной конструкции относится наличие зазора между
фиксатором и направляющими втулками, который возрастает по мере
износа, что приводит к снижению точности фиксации.
Рис. 11.165. Плоские фиксаторы
Зазоры могут быть устранены при использовании плоских фиксаторов
(рис. 11.165) с регулируемыми направляющими. Зазор между фиксато-
ром 1 (рис. 11.165, а) и корпусом устраняется с помощью клина 3, который
регулируется винтом 2. Конец фиксатора может быть выполнен либо
в форме двухуглового, либо в форме одноуглового клина (рис. 11.165,6).
Фиксирующие гнезда выполняются либо непосредственно в теле фикси-
рующего диска, либо в специальных вкладышах, которые прикрепляются
к рабочему органу.
Изготовление фиксирующих дисков, так же как изготовление и уста-
новка вкладышей, является трудоемкой операцией, при этом конструкция
с двухугловым клином более трудоемка, чем конструкция с одноугловым
клином. При фиксаторе с одноугловым клином достаточно выдержать
шаг между гранями Си угол между гранями паза. При двухугловом клине
необходимо обеспечить также и симметричность паза относительно осе-
вой линии. Поэтому следует отдать предпочтение плоскому фиксатору
с одноугловым клином.
Для ввода и вывода плоских фиксаторов могут быть использованы
устройства, рассмотренные применительно к цилиндрическим фиксаторам.
Для повышения точности и жесткости фиксации применяют двойные
фиксаторы (рис. 11.165, в). Положение поворотного барабана 3 опреде-
ляется качающимся фиксатором /, к которому прижимается нижняя пло-
скость паза вкладыша. Прижим происходит под действием качающегося
фиксатора 4, который, нажимая на скошенную поверхность вкладыша 5,
стремится повернуть барабан и прижимает вкладыш 2 к фиксатору 1. При
данной схеме отпадают ранее указанные недостатки качающихся фиксато-
ров, так как ширина паза не оказывает влияния на точность фиксации.
413
Приводы фиксаторов
Ввод и вывод фиксатора должен осуществляться синхронно с работой
привода, осуществляющего периодическое перемещение рабочего органа.
Для этой цели могут быть использованы кулачковые механизмы, тяговые
пневматические и гидравлические двига-
тел и.
Кулачковые механизмы наиболее
часто применяются при использовании
приводов с мальтийскими крестами. При
этом (рис. 11.166) кулачок 3, управляю-
щий фиксатором, устанавливается не-
посредственно на валу водила 4 маль-
тийского креста. Перед входом ролика
в паз креста кулачок 3, воздействуя на
рычаг 2, выводит фиксатор 1 из гнезда.
По окончании поворота рычаг 2 осво-
электромагниты, поршневые,
Рис. II.166. Приводы фиксаторов
бождается и фиксатор под действием пружины входит в гнездо.
При поршневых двигателях шток двигателя может быть связан с фик-
сатором либо непосредственно, либо через промежуточную передачу.
Ввод фиксатора может осуществляться либо пружиной, либо давлением
в рабочей полости цилиндра. Усилие, развиваемое фиксатором, должно
обеспечить поворот рабочего органа в момент фиксации.
ГЛАВА VIII КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ЦЕПИ
для ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
ФУНКЦИОНАЛЬНО СВЯЗАННЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
Необходимость в функциональной связи [124] между
перемещениями отдельных рабочих органов станка (или
подвижных элементов одного рабочего органа) возникает при использо-
вании методов кинематического профилирования для воспроизведения
образующей или направляющей линии, либо той и другой одновременно.
При рассмотрении методов получения обрабатываемых поверхностей на
металлорежущих станках был приведен ряд примеров воспроизведения
образующих и направляющих линий по методу кинематического профи-
лирования: профилирование образующей линии конической поверхности
(рис. 1.13, з), профилирование направляющей линии в форме спирали
Архимеда дискового кулачка (рис. 1.11, о), профилирование винтовой
направляющей линии (рис. 1.21, б), профилирование образующей линии
в форме эвольвенты (рис. 1.18), одновременное кинематическое профи-
лирование образующей и направляющей линий (рис. 1.22, в и г).
При кинематическом профилировании либо образующей, либо направ-
ляющей линии функционально связываются перемещения двух рабочих
органов или двух подвижных элементов одного рабочего органа. Такая
функциональная связь может быть названа одинарной. При одновремен-
ном кинематическом профилировании и образующей и направляющей
линий функционально связываются три перемещения и такая функцио-
нальная связь является двойной.
Характер функциональных связей, а соответственно и кинематических
цепей, используемых для осуществления этих связей, зависит от формы
воспроизводимой траектории движения режущего инструмента относи-
тельно обрабатываемой детали.
414
26. СТРУКТУРА КИНЕМАТИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
Одинарные линейные функциональные связи
Функциональная зависимость между перемещениями х и у в общем
случае имеет вид
y = f(x),	(11.188)
а уравнение кинематической связи между перемещениями х и у
У xinocmitiacmpt	(11.189)
где inmm —- передаточное отношение постоянных передач кинематической
цепи;
Ушапр — передаточное отношение настраиваемых передач кинема-
тической цепи.
Рис. П.167. Структурные схемы при одинарных линейных функцио-
нальных связях
Если постоянные и настраиваемые передачи являются зубчатыми
передачами, то inocm = const, а при заданной настройке и iHacmp = const
и уравнению (11.189) можно придать вид
у = kx,	(11.190)
который свидетельствует о наличии линейной зависимости между пере-
мещениями х и у. Таким образом, кинематические цепи, состоящие из
постоянных и настраиваемых зубчатых передач, могут быть использованы
только для воспроизведения линий, для которых уравнение (11.188)
имеет вид, аналогичный виду уравнения (11.190).
Если уравнение (11.188) имеет иной вид, то в кинематическую цепь
должны войти те или иные передачи с переменным передаточным отно-
шением; примеры подобных кинематических цепей будут приведены ниже.
При наличии линейной зависимости между перемещениями х и у
будем называть функциональные связи линейными, во всех иных случаях —
нелинейными.
Перемещения х и у могут носить различный характер. Оба рабо-
чих органа 1 и 5 (рис. 11.167, а), связанные кинематической цепью,
состоящей из постоянных передач 2 и 4 и сменных шестерен настрой-
ки 3, могут получать вращательное движение. Рабочий орган 1
(рис. 11.167, б) может совершать вращательное движение, а рабочий
орган 2 — прямолинейное. Два подвижных элемента 1 п2 (рис. 11.167, в)
рабочего органа могут двигаться прямолинейно в двух взаимно перпен-
дикулярных направлениях.
В случае а уравнение кинематической связи будет иметь вид
фг Ч’ФпостЦм!	(II.191)
где ф! — угол поворота рабочего органа Г,
Ф2 — угол поворота рабочего органа 5;
ic„ — передаточное отношение сменных шестерен, являющихся на-
страиваемой передачей.
415
С вращательным движением обоих рабочих органов мы сталкиваемся,
например, при нарезании зубчатых колес долбяком, червячной фрезой
и в ряде других случаев. Уравнение, связывающее перемещения рабочих
органов при нарезании зубчатого колеса червячной фрезой, имеет вид
ф2=Ф1-^>	(П.192)
где ]ф — число заходов червячной фрезы;
zH — число зубьев нарезаемого колеса.
Приравняв правые части уравнений (11.191) и (11.192), получим
(П-193)
Решив полученное выражение относительно iCM, определим передаточное
отношение сменных шестерен.
В случае б рабочий орган 1 совершает вращательное движение, а ра-
бочий орган 2 прямолинейное. Уравнение кинематической связи имеет
вид
*5	0»	(11.194)
где S — перемещение рабочего органа 2;
So — перемещение рабочего органа 2 за один оборот последнего
звена кинематической цепи, преобразующего вращательное дви-
жение в поступательное.
Подобное сочетание движений получается при образовании винтовой
направляющей линии, при нарезании зубчатых колес рейкой и т. п. Урав-
нение связи перемещений рабочих органов при образовании винтовой
линии:
S = ф^»,	(II. 195)
где 1Н — шаг нарезаемой резьбы.
Приравняв правые части уравнений (II. 194) и (II. 195), получим
^пост^см^ 0	^н-
Решив это выражение относительно iCM, определим передаточное отноше-
ние сменных шестерен.
В случае в уравнение кинематической связи имеет вид
S2 =	~ InocmicK^O^	(1 1  ^6)
° 01
где Sj и S2 — перемещение подвижных элементов 1 и 2;
501 и S02 — перемещение рабочих органов 1 и 2 за один оборот звена,
преобразующего вращательное движение в поступа-
тельное.
Подобное сочетание движений встречается, например, при воспроиз-
ведении образующей линии конической поверхности. Уравнение связи
перемещений рабочих органов имеет вид
S2 = S1tgT,	(П.197)
где у — угол наклона образующей.
Приравняв правые части уравнений (II. 196) и (II. 197), получим
“с— Ьюст'см^П^Л = tg у.	(11.198)
° 01
Решив полученное уравнение относительно iCM, найдем передаточное от-
ношение сменных шестерен.
416
Изложенная в данном параграфе методика упрощает составление ис-
ходных уравнений, необходимых для определения передаточных отноше-
ний сменных шестерен.
Двойные линейные функциональные связи
При двойных функциональных связях перемещение одного из рабочих
органов 1 (рис. 11.168, а), функционально связано с перемещением двух
других рабочих органов 3 и 4. При наличии в схеме суммирующего диф-
ференциала 6 каждая из кинематических цепей, связывающих движение
рабочего органа 1 с движением рабочих органов 3 и 4, может быть настроена
независимо одна от другой (см. стр. 40). Первая кинематическая цепь свя-
зывает движение рабочего органа 3 с движением рабочего органа 1 через
сменные шестерни 7, постоянные передачи, дифференциал 6 и Т-образный
валик 2\ вторая кинематическая цепь связывает движение рабочего ор-
Рис. 11.168. Структурные схемы при двойных линейных
функциональных связях
гана 4 с движением рабочего органа 1 через сменные шестерни 5, постоян-
ные передачи, дифференциал 6 и Т-образный валик 2. Движение, посту-
пающее от каждой из кинематических цепей, суммируется на Т-образном
валике дифференциала.
Уравнения для определения передаточных отношений каждой из кине-
матических цепей могут быть получены так же, как при одинарной функ-
циональной связи.
Для суммирования движений при двойной функциональной связи
могут быть использованы различные схемы дифференциалов. В схеме,
представленной на рис. П.168, б, движение от одной кинематической цепи
передается кожуху 1, в котором смонтированы оси сателлитов, а от дру-
гой — шестерне 3. Суммирование движений осуществляется на шестерне 2.
Передаточное отношение дифференциала при передаче движения через
кожух I равно 2, а через шестерню 3 — 1. В ряде случаев применяют также
дифференциалы с цилиндрическими зубчатыми колесами (рис. 11.168, в).
Двойная функциональная связь может быть также осуществлена и при
отсутствии в схеме суммирующего дифференциала, что, с одной стороны,
приводит к упрощению схемы, с другой — к усложнению настройки.
В качестве примера рассмотрим структурные схемы двойной кинемати-
ческой связи при нарезании косозубых цилиндрических колес с дифферен-
циалом и без дифференциала (рис. 11.169).
Схема с дифференциалом (рис. 11.169, а) аналогична схеме, представ-
ленной на рис. 1.22, в. В схему введена дополнительная передача 1—2
и сменные шестерни 3, через которые осуществляется движение подачи.
Подача, как это указывалось выше, задается в мм на оборот заготовки.
14 И. М. Кучер 417
417
Величина подачи выбирается из технологических соображений и настраи-
вается сменными шестернями 3. Установленная величина подачи не влияет
на настройку кинематических цепей, осуществляющих функциональную
связь. В схеме, представленной на рис. 11.169, б, отсутствует дифферен-
циал и сменные шестерни ic„2. При такой схеме функционально связанные
перемещения рабочих органов могут быть получены только в том случае,
если передаточное отношение сменных шестерен одной кинематической
цепи функционально связано с передаточным отношением шестерен другой
кинематической цепи.
Как мы видели выше при рассмотрении схемы с дифференциалом, сум-
марный угол поворота заготовки складывается из двух углов
ф'2 = ф2 + ф2	(11.199)
Рис. II.169. Структурные схемы при двойных линейных функциональных
связях: а — с дифференциалом; б — без дифференциала
Величина угла <pj определяется функциональной связью между вра-
щением фрезы и заготовки, а величина угла ф^ — функциональной связью
между перемещением рабочего органа 2 и вращением заготовки 1. При
перемещении рабочего органа на величину шага Т винтовой линии и при
подаче s в мм!об заготовка должна повернуться на угол
<р2 = -^.	(П.200)
Угол ф" должен быть равен при этом одному обороту. Соответственно
величина угла ф' определится из уравнения (II.199):
T; = X±i.	(п.201)
Знак в уравнении (II.201) зависит от направления винтовой линии.
Поскольку угол Ф2 определяется функциональной связью между пере-
мещением фрезы и заготовки, то, зная угол поворота заготовки, можно
определить угол поворота фрезы

(11.202)
При повороте фрезы на угол, найденный из выражения (II.202), за-
готовка должна повернуться на угол ф2, найденный из уравнения (II.200).
418
Уравнение кинематической связи между фрезой и заготовкой будет иметь
вид
(X ± 1) inocmicM 1 = V •	а1 -203)
Величина подачи s, которая может быть установлена на станке, зави-
сит от передаточного отношения iCM3.
s = 1 об. заг. inocmSiCMaS0.	(11.204)
Решив уравнение (11.204) относительно iCM3, определяют, исходя из за-
данной технологической подачи, передаточное отношение сменных шесте-
рен. Так как сменные шестерни не могут быть подобраны с абсолютной
точностью, то, подобрав сменные шестерни, находят фактическую вели-
чину подачи по формуле (11.204) и эту величину подставляют в уравнение
(11.203), которое и решают относительно iCM1.
Уравнение (11.204) можно также представить в виде
s = асмз.	(11.205)
Подставив в выражение (11.203) вместо s выражение &см3, мы можем
убедиться, что передаточное отношение iCM1 является функцией переда-
точного отношения iCM3.
Для того чтобы получить правильную форму поверхности зуба, необ-
ходимо с высокой точностью подобрать сменные шестерни, так чтобы фак-
тическое передаточное отношение tCAI1 было равно расчетному. Точный
подбор сменных шестерен представляет значительные трудности, вслед-
ствие чего при двойной функциональной связи предпочитают использо-
вать схемы с суммирующим дифференциалом. Однако в некоторых моделях
зубообрабатывающих станков используются благодаря их простоте схемы
без суммирующих дифференциалов.
Нелинейные функциональные связи
В качестве примеров кинематических цепей, позволяющих осуществить
нелинейные функциональные связи, рассмотрим кинематические цепи
станков, один из которых предназначен для образования винтовой поверх-
Рис. П.170. Кинематическая схема для воспроизведения
винтовой образующей линии с переменным шагом
ности с переменным шагом (рис. 11.170), а другой — для образования
профиля дискового кулачка, обеспечивающего изменение ускорения либо
по косинусоидальному, либо по синусоидальному закону (рис. II. 171).
419
Станок для нарезания резьб с неравномерным шагом получает движе-
ние от электродвигателя 1 через ременную передачу 2 и 3 и червячную 4, 5.
Движение суппорта 14 (рис. 11.170) функционально связано с враще-
нием шпинделя. Шпиндель станка непосредственно связан гитарой смен-
ных шестерен цс ходовым винтом t, который перемещает салазки 8. В на-
правляющих салазок 8 может перемещаться рейка 10. Конец рейки 10
связан шарнирно с ползушкой 9, которая скользит по наклонной линейке 6.
Таким образом, при продольном движении салазок 8 рейка 10 будет пере-
мещаться в вертикальной плоскости. Одновременно с продольным пере-
мещением салазок 8 будет изменяться и наклон линейки 6, так как один
конец линейки закреплен шарнирно, а второй скользит в ползушке 13,
получающей перемещение от винта t2- Винты t.2 и 1г связаны сменными
Рис. 11.171. Кинематическая схема для
воспроизведения образующей линии
профиля кулачка, обеспечивающего из-
менение ускорения по синусоидально-
му или косинусоидальному закону
шестернями i2 и коническими шестернями 12 и 11. Рейка 10 сообщает
движение шестерне 7, которая скользит на шпонке вдоль оси ходового
вала 15, связанного сменными шестернями i3 с ходовым винтом t3; послед-
ний сообщает движение продольной подачи суппорту 14.
Предположим, что в момент начала движения суппорта 14 ось шар-
нира ползушки 9 находилась на расстоянии т0 от оси О линейки 6, а ли-
нейка занимала горизонтальное положение.
При перемещении салазок 8 на величину т линейка 6 займет положе-
ние OD, а рейка 10 переместится на величину п. Путь S будет равен
S = -^3/3,	(П.206)
где Do — диаметр начальной окружности реечной шестерни 7;
п — путь рейки;
i3 — передаточное отношение гитары сменных шестерен;
t3 — шаг ходового винта.
Путь п рейки может быть определен из следующих уравнений:
п т0-\-т	т04-т	. ,	...
— =-------—; п = а —; т = qhti, а = фмЛ,
где <р — угол поворота шпинделя, который измеряется числом обо-
ротов;
Ч — передаточное отношение гитар сменных шестерен;
— шаг ходовых винтов.
420
Отсюда
" = »W.	.
Подставив значение п в уравнение (11.206), получим
S = 14'2*3	qi2i3 -~^7 q>2-	(11.207)
JLLJqI
Величина переменного шага Т нарезаемой резьбы в данной точке
может быть определена как производная от пути S по углу поворота <р.
Продифференцировав уравнение (11.207), найдем первую производную
S = T = ilt43^.rm0+	(Ц.208)
иф	TlDqI
Если в момент начала движения ось ползушки 9 совпадает с осью ли-
нейки 6, то т0 = 0 и шаг Т равен
Т=2^3^-Ф.
Из полученного выражения видно, что шаг резьбы возрастает пропор-
ционально углу поворота шпинделя.
Для настройки станка должны быть заданы данные, характеризующие
нарезаемую резьбу, например начальный и конечный шаг и число витков,
или начальный и конечный шаг и длина резьбы.
Схема кинематических цепей для профилирования дисковых кулачков
представлена на рис. II. 171, а. Дисковый кулачок устанавливается на
круглом столе, сидящем на одной оси с червячным колесом 5. Круглый
стол, получающий вращательное движение, одновременно перемещается
вместе с продольным столом 5. Обработка профиля производится конце-
вой фрезой или шлифовальным кругом. Направляющая линия воспроиз-
водится благодаря наличию функциональной связи между перемещениями
круглого и продольного столов. Продольное перемещение стол 5 получает
от кривошипного пальца 8, который входит в кулисный паз ползуна 9.
Одновременно с вращением кривошипного пальца может перемещаться
ползун 9. Таким образом, при продольном перемещении стола происходит
суммирование двух движений. Вращение кривошипного пальца и переме-
щение ползуна 9 функционально связаны с вращением заготовки. От чер-
вяка 1 вращение передается валу 4 через конические шестерни 2 и смен-
ные шестерни 1СМ 2, а червяку 6 — через сменные шестерни iCM j. Соответ-
ствующие кинематические цепи, осуществляющие функциональную связь,
настраиваются сменными шестернями, а также установкой радиуса кри-
вошипного пальца 8.
Рассмотрим работу кинематических цепей.
Уравнение кривой профиля дискового кулачка, обеспечивающего
изменение ускорений по косинусоидальному закону, может быть представ-
лено в виде
h = -Wl — cos л	(11.209)
где h — текущее приращение радиуса-вектора профиля кулачка;
h0 — полное приращение радиуса-вектора кулачка;
То и Т — полный и текущий углы профиля кулачка.
h = р р0; h0 = pn р0,
где р0, рп и р — начальный, конечный и текущий радиусы профиля
кулачка.
421
При обработке кривой данного профиля продольный стол получает
движение от кривошипно-кулисного механизма. Ползун 9 стоит непод-
вижно и сменные шестерни выключены. При вращении кривошип-
ного диска, сидящего на оси червячного колеса 7, расположенной в под-
шипниках подвижного стола, последний будет перемещаться в продоль-
ном направлении.
Вал червяка 6, сообщающего вращение червячному колесу 7, связан
гитарой сменных шестерен 1см1 с валом червяка 1, от которого вращение
передается червячному колесу 3, сидящему на одной оси с круглым сто-
лом, несущим заготовку.
За пол-оборота червячного колеса 7 продольный стол перемещается
на величину h0, которая настраивается перестановкой кривошипного
пальца по пазу кривошипного диска.
При повороте шестерни 7 на угол л шестерня 3 должна повернуться на
угол у0. Соответствующая функциональная связь между углами поворота
шестерен 3 и 7 устанавливается сменными шестернями iCM1.
л ~ 1СМ, — = уо,
откуда при z7 = z3 и /6 = h
i -Jo.
lCM 1	•
J I
Соответственно зависимость между углами у и а поворота шестерен 3
и 7 может быть выражена уравнением
а =	Ш.210)
1СМ 1	10
При повороте шестерни 7 на угол а кривошип перейдет из точки I
в точку 2 (рис. 11.171, б) и продольный стол переместится на величину
h = R (1 — cos а)
и после подстановки значения а из уравнения (11.210) и
получим
ft =	(1 — cos л — 'j ,
2 \	То /
т. е. режущий инструмент описывает относительно заготовки кривую,
обеспечивающую получение заданного уравнением (11.209) профиля.
Уравнение профиля, обеспечивающего изменение ускорения по сину-
соидальному закону, может быть представлено в виде
ft — ft _ _^о_51п2л —.	(П.211)
0 То 2л уо	v
При обработке профилей данного типа одновременно с вращением кри-
вошипного диска с пальцем 8 происходит перемещение ползуна 9 с кулис-
ным пазом. Ползун 9 получает движение от вала червяка 1 через сменные
шестерни iCM.2 и винт 10 с шагом t2.
При совместном вращении кривошипного диска и перемещении пол-
зуна 9 (рис. 11.171, в) стол перемещается на величину в вместе с ползу-
ном 10 и на величину а относительно ползуна. Суммарное перемещение
стола будет равно
I = в — а.
422
Примем:
в = Ло~;
То
а = sin 2л —.
2л	То
При -у = То величина e = /i0. Тогда уравнение кинематической связи
перемещений заготовки и ползуна должно иметь вид
То ^СМ2?2 = ^0>
/1
откуда передаточное отношение гитары сменных шестерен
;	_ h0 /1
ь •
При повороте заготовки на угол профиля у0 кривошипный диск дол-
жен повернуться на угол 2л; соответственно уравнение кинематической
связи перемещений заготовки и кривошипного диска должно иметь вид
	ТоА.-Д-.-^ = 2л, го /1 1см1 г7
откуда	i - Yo • СЛ41 2л ’ а = ^_ =2л-Х-	(11.212) 1см1	То
Величина	а = R sin а.
Подставив значение	а из уравнения (II.212), получим а = 7?sin2n —. То
Приравняв	-ф- sin 2л —- = R sin 2л—, 2л	-ft,	уо
найдем	Я =	(П.213) 2л
Таким образом, при подборе сменных шестерен в соответствии с полу-
ченными выше формулами для передаточных отношений iCM1 и iCM2 и опре-
делении величины радиуса кривошипа по формуле (11.213) суммарное
перемещение стола
1 = h0—-----sin 2л —,
0 То 2л	То ’
т. е. при соответствующей настройке станка будет получена кривая, опи-
сываемая уравнением (II.211).
Известно большое число различных механизмов для воспроизведения
математических кривых, однако создание настраиваемых кинематических
цепей для воспроизведения кривых с различными параметрами представ-
ляется задачей более сложной, поэтому станки с кинематическими цепями
для осуществления нелинейных функциональных связей встречаются
сравнительно редко.
423
Дистанционные передачи и вычислительные устройства
для осуществления функциональных связей
При сложном пространственном расположении рабочих органов, при
большем числе промежуточных подвижных элементов и при большом
расстоянии между подвижными рабочими органами жесткие кинемати-
ческие связи становятся сложными, что, с одной стороны, приводит к ус-
ложнению конструкции станка, с другой, — к снижению точности функ-
ционально связанных перемещений. Поэтому в отдельных случаях же-
сткие кинематические связи заменяются синхронными дистанционными
передачами.
В качестве дистанционной передачи при функциональной кинемати-
ческой связи используется передача с сельсинами (рис. 11.172, а). Функ-
Рис. 11.172. Дистанционная передача с электриче-
ским валом в кинематической цепи (а) и схема при-
менения вычислительного устройства (б) для осу-
ществления функционально связанных перемещений
ционально связанными явля-
ются перемещения рабочих
органов 1 и 6. Рабочий орган
6 получает движение от от-
дельного электродвигателя 4
через сменные шестерни 5.
Электродвигатель 4, назы-
ваемый сельсином-
приемником, связан
электрической цепью 5 с
сел ь с и н ом-датчи-
ком 2, который получает
вращение от рабочего органа
1. Сельсин-датчик и сельсин-
приемник присоединены к
общей сети. При повороте
ротора сельсина-датчика на
какой-то угол <р на такой же угол поворачивается ротор сельсина-прием-
ника. Отклонение угла поворота ротора сельсина-приемника от угла
сельсина-датчика измеряется долями градуса.
Сельсины, выпускаемые промышленностью, обладают сравнительно
небольшой мощностью и не могут быть непосредственно использованы
для перемещения рабочих органов станка. Такие сельсины могут работать
совместно с гидроусилителями моментов (см. стр. 407). В качестве силовых
сельсинов могут быть применены асинхронные электродвигатели с фазо-
вым ротором, включенные по соответствующей схеме.
Дистанционные передачи с сельсинами применяются в некоторых мо-
делях зубошлифовальных станков, в крупных токарных станках в кине-
матических цепях для воспроизведения винтовой направляющей линии.
В последнем случае при нарезании резьбы движение сообщается верхнему
суппорту, на котором устанавливается сельсин-приемник, что значительно
упрощает кинематическую схему станка.
При дистанционной передаче с сельсинами настройка кинематической
цепи в соответствии с заданной функциональной связью перемещений
рабочих органов производится с помощью сменных шестерен или других
механических передач; при использовании вычислительных устройств
в системе управления перемещениями рабочих органов функциональная
связь задается в программе. Выше были приведены примеры применения
вычислительных устройств для воспроизведения образующей и направ-
ляющей линий (см. рис. 1.7 и 1.13). Вычислительные устройства могут быть
также использованы для осуществления функциональной связи между
перемещениями рабочих органов при воспроизведении образующей линии
424
по методу огибания. Принципы применения вычислительного устройства
для воспроизведения образующей по методу огибания иллюстрирует
блок-схема, представленная на рис. II. 172, б. В программе 1 зафиксиро-
вана информация, на основе которой вычислительное устройство вырабаты-
вает сигналы, поступающие по связям 2 и 7 к управляемым приводам 3
и 6, которые сообщают вращение долбяку 4 и заготовке 5. Характером
поступающих сигналов определяются величины перемещений долбяка
и заготовки. Подобные схемы использованы в зубодолбежных станках для
нарезания некруглых колес, в зубофрезерных станках, в станках для
обработки конических колес. Однако широкого промышленного приме-
нения подобные схемы еще не получили.
27. КОРРЕКЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА
И ДЕЛИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНО СВЯЗАННЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
Кинематика коррекционных устройств [124, 53, 47, 6, 1111
Коррекционные устройства служат для устранения отклонений в поло-
жении рабочего органа, возникающих либо вследствие невозможности
точной настройки кинематической цепи с помощью предназначенного для
этой цели звена настройки,
либо вследствие дефектов
изготовления и сборки эле-
ментов кинематической
цепи и т. п. Коррекция
выполняется путем доба-
вления к основному пере-
мещению рабочего органа,
осуществляемому с по-
мощью основной кинема-
тической цепи, соответст-
вующего дополнительного
перемещения. Дополни-
тельное перемещение скла-
дывается с основным с
помощью суммирующих
механизмов той или иной
конструкции. Коррекцион-
ные устройства использу-
ются как при прямолиней-
ном, так и при вращатель-
ном движении рабочих
органов.
Так как на точности перемещений в основном сказываются дефекты
последнего звена кинематической цепи, непосредственно сообщающего
движение рабочему органу, то коррекционное устройство обычно служит
для устранения ошибок последнего звена: при прямолинейном движении —
пары винт—гайка, при вращательном движении — червячной передачи.
Рассмотрим принципы работы и схемы коррекционных устройств,
применяемых при прямолинейном движении (рис. 11.173).
Рабочий орган 2 (рис. 11.173, а) получает движение от винта 1, который
является последним звеном кинематической цепи, осуществляющей функ-
циональную связь между перемещениями рабочих органов. Дополнитель-
ное перемещение добавляется к основному путем поворота гайки 3 в том
425
или ином направлении. Поворот гайки производится автоматически в про-
цессе перемещения рабочего органа 2, с помощью линейки 5, которая пере-
мещает зубчатую рейку 4, зацепляющуюся с шестерней, связанной с гай-
кой 3.
Если коррекционное устройство используется для устранения от-
клонений в перемещении рабочего органа, возникающих в связи
с невозможностью точной настройки основной кинематической цепи, то
линейка 5 выполняется гладкой и устанавливается под углом а, вели-
чина которого определяется в соответствии с допущенной неточностью
настройки.
Если коррекционное устройство используется для устранения ошибок
винта 1, то линейка имеет криволинейный профиль, форма которого
строится в соответствии с ошибками, величина которых измеряется на
смонтированном станке.
Одна и та же линейка может быть использована для устранения откло-
нений обоих видов. В этом случае линейка имеет криволинейный профиль
и может устанавливаться под необходимым углом а. Так как угол а имеет
небольшую величину, то возникающим при этом смещением профиля ли-
нейки в продольном направлении можно пренебречь.
В схеме б поворот гайки 1 осуществляется с помощью поводка 2.
Линейка 3 располагается при этом в горизонтальной плоскости. Достоин-
ством данной схемы является отсутствие промежуточных передач, дефекты
которых могут отразиться на точности работы коррекционного устройства.
С другой стороны, в конструкции данного коррекционного устройства
заложены ошибки, связанные с тем, что конец поводка перемещается по
дуге окружности, а величина его перемещения задается по хорде. Однако
при малых углах поворота <р2 разница между дугой и хордой настолько
мала, что ошибка, возникающая при этом, не имеет практического значе-
ния. Так, при дуге, равной 0,1р, разность между дугой и хордой состав-
ляет всего 0,0002р.
В схеме, представленной на рис. 11.173, в, дополнительное перемеще-
ние рабочего органа относительно гайки 2 производится с помощью
клина 3, получающего движение от линейки 4. Замыкание системы осу-
ществляется пружиной /. В данной схеме отсутствуют промежуточные
передачи, которые могли бы внести дополнительные ошибки. Однако кон-
структивно она менее совершенна.
В ряде случаев дополнительное перемещение сообщается самому
ходовому винту 6 (рис. 11.173, г). Перемещения ходового винта в осевом
направлении ограничиваются подшипником 3, который имеет наружную
резьбу и сам может перемещаться с помощью гайки 4- Поворот гайки 4
осуществляется коррекционной линейкой 1 через промежуточную рычаж-
ную передачу 2, воздействующую на поводок 5 гайки 4.
Дополнительное перемещение может быть также сообщено каретке 1
(рис. 11.173, д), перемещающейся по направляющим подвижного рабочего
органа 2. Каретка 1 получает движение от коррекционной линейки 4
через ту или иную передачу. В частности, на схеме показана зубчато-
реечная передача 3.
При наличии коррекционного устройства величина перемещения рабо-
чего органа будет равна
S = S' + AS,	(11.214)
где S' — перемещение, осуществляемое основной кинематической цепью;
AS — дополнительное перемещение, осуществляемое коррекционным
устройством.
42b
Величина дополнительного перемещения может быть представлена
в виде
AS = KS,	(11.215)
где К — характеристика коррекционного устройства, определяющая зави-
симость между основным и дополнительным перемещением.
Если один из рабочих органов осуществляет вращательное, другой
прямолинейное движение, то зависимость между перемещениями выра-
жается формулой (11.194). Соответственно
S “	S = tyljiocmlcM&O-
После подстановки выражений для S, S' и AS в уравнение (11.214)
получим
Ъм = i'cM ± iCMK.	(П.216)
Характеристика коррекционного устройства определяется его схемой.
Для схемы а выражение (11.215) примет вид
AS = -^-S0,	(11.217)
где О0— диаметр начальной окружности реечной шестерни.
Определив К и подставив его в выражение (11.216), можно найти
угол наклона линейки а, компенсирующий отклонение в подборе сменных
шестерен,
Для схемы б
tga =
лРр
So
tga =
2np
ST
AS
S tg a „
“ 2лр °0’
Для построения профиля линейки, компенсирующей ошибки ходового
винта, берется ряд положений рабочего органа с равными интервалами
и путем измерений определяется отклонение фактического положения от
расчетного AS. Зная характеристику коррекционного устройства, нахо-
дят величину смещения профиля линейки АЛ в соответствующих точках.
Соединяя полученные точки плавной линией, получают профиль линейки.
Для схемы а
AS = АЛ
для схемы б
2лр
Аналогичными методами производятся соответствующие расчеты при-
менительно к другим схемам коррекционных устройств.
Коррекционные устройства рассмотренного типа используются в пре-
цизионных винторезных станках, в резьбошлифовальных станках, в дели-
тельных машинах.
При вращательном движении рабочего органа возникает необходимость
в исправлении ошибок червячного колеса. Дополнительное движение мо-
жет быть сообщено рабочему органу путем осевого смещения червяка
(рис. 11.174, а). Червяк 3, передающий вращение колесу 1, связанному
с рабочим органом, может перемещаться в осевом направлении вместе
с подшипником 5, имеющим наружную резьбу. Гайка 6, осуществляющая
осевое перемещение подшипника 5, получает движение от коррекционного
427
кулачка 2 через рычажную передачу 4, воздействующую на поводок 7
гайки 6. В ряде случаев конструкция устройства для устранения зазоров
в червячной передаче, например устройство с червяком с переменным ша-
гом или с двумя червяками для устранения зазоров, исключает возмож-
ность использования такой схемы.
Дополнительное перемещение может быть также сообщено рабочему
органу путем передачи дополнительного вращения червяку через диффе-
ренциал (рис. 11.174, б). Коррекционный кулак 5 получает вращение
от вала 4 через червячную пару 6—7 с таким же передаточным отношением,
какое имеет червячная пара 8—9, передающая вращение рабочему органу.
От коррекционного кулачка движение передается через качающийся
одноплечий рычаг 3 и коническую передачу 2 дифференциалу. От основной
кинематической цепи вращение передается через шестерню 1.
Для построения профиля коррекционного кулака берется ряд поло-
жений рабочего органа, расположенных с равными угловыми интервалами,
и определяется отклонение фактического положения от расчетного А<р.
Величина смещения профиля кулака Ар, необходимая для исправления
ошибки, определяется в соответствии с конкретной схемой коррекцион-
ного устройства. Например, для схемы б
АР 1
2лг 1к 2

где г — радиус качающегося рычага 3;
iK — передаточное отношение конической передачи 2.
Отклонения в угловом положении рабочего органа определяются с по-
мощью различных приборов высокой точности: многогранной зеркальной
призмы и автоколлиматора, теодолита и т. п. В настоящее время имеются
электрические приборы, регистрирующие величину отклонения на ленте
(см. стр. 165).
Для исправления отклонений в положении вращающегося рабочего
органа, возникающих вследствие невозможности точной настройки кине-
матической цепи, может быть использовано коррекционное устройство,
подобное представленному на рис. 11.174, в. Рабочий орган, получающий
вращение от вала 6 через червячную передачу 8—7, установлен на под-
вижных салазках 9. От основной кинематической цепи вращение пере-
428
дается через шестерни 1—2 и дифференциал 10. От коррекционной ли-
нейки 3 вращение передается через реечно-зубчатую пару 4—5 и диффе-
ренциал 10.
Величина угла наклона линейки может быть определена на основе
методики, аналогичной изложенной выше применительно к прямолиней-
ному движению.
. В ряде станков начинают находить применение коррекционные устрой-
ства со следящим приводом (см. гл. II, раздел третий) [2]. Основной рабо-
чий орган 12 (рис. 11.175) получает движение от винта 1, синхронно с ко-
торым вращается эталонный винт 2, управляющий с помощью следящего
привода положением каретки 11, несущей режущий инструмент, напри-
мер резьбовой резец.
Для управления используется
датчик 3 (см., например, стр. 462).
Датчик 3 перемещается вместе с ра-
бочим органом 12 относительно винта
2. Если фактическое перемещение
рабочего органа отличается от расчет-
ного, то датчик вырабатывает сигнал,
пропорциональный ошибке, который
по каналу 4 направляется к блоку
сравнения 5. При этом от блока 5 по-
ступает сигнал к блоку 8, который
включает электродвигатель 10, осу-
ществляющий перемещение каретки
11. В процессе перемещения каретки
11 датчик 7 вырабатывает сигнал, по-
ступающий по каналу 6 также к бло-
ку 5, который сравнивает сигналы,
поступающие от обоих датчиков. Ко
подает блоку 8 (связанному каналом
Рис. П.175. Схема коррекционного уст-
ройства токарно-винторезного станка со
следящим приводом
вызывающий отключение электродвигателя 10.
да ошибка будет устранена, блок 5
9 с электродвигателем 10} сигнал,
Такая система коррекции позволяет устранить также ошибки, возни-
кающие вследствие деформаций звеньев кинематических цепей.
При вращательном движении используются эталонные червячные
передачи. Вместо эталонных передач могут быть применены различные
датчики сигналов, используемые в системах цифрового программного
управления (см. ниже).
На основе результатов проверки точности может быть составлена
программа коррекции, которая фиксируется тем или иным методом,
принятым в системах цифрового программного управления, а затем ис-
пользуется для управления работой коррекционного устройства.
Коррекционные устройства со следящим приводом могут быть также
применены для коррекции отклонения от прямолинейности. Для выра-
ботки сигналов коррекции используются эталонные линейки или свето-
вой луч [21.
Схемы делительных механизмов
Необходимость в делительных перемещениях одного из рабочих орга-
нов, между перемещениями которых существует функциональная связь,
возникает в ряде случаев при воспроизведении образующей по методу
огибания. В качестве примера укажем на нарезание зубчатых колес с по-
мощью рейки (см. стр. 33), на нарезание конических зубчатых колес.
Рассмотрим принципиальную кинематическую схему с делительным
429
механизмом, осуществляющую функциональную связь при нарезании зуб-
чатых колес с помощью рейки (рис. 11.176). Настройка кинематической
цепи, осуществляющей функциональную связь между вращением рабочего
органа 2 и перемещением салазок /,
Рис. II.J76. Схема делительного меха-
низма в кинематической цепи для осу-
ществления функционально связанных
перемещений
производится сменными шестернями
iCMX. В кинематическую цепь, осущест-
вляющую функциональную связь,
встроен дифференциал 3. Делительное
движение производится с помощью ме-
ханизма с однооборотной муфтой 7 и
сменными шестернями iCM2. Делитель-
ный механизм получает движение от
постоянно вращающейся шестерни 6.
При включении однооборотной муфты
ее вал делает один оборот. От вала
однооборотной муфты вращение пере-
дается рабочему органу 2 через смен-
ные шестерни iCM2, коническую переда-
чу 5—4 и дифференциал 3. Подбор
сменных шестерен производится по
формуле (П.171) с учетом передаточ-
ных отношений постоянных передач.
В делительных механизмах исполь-
зуются однооборотные муфты различ-
ной конструкции.
28. НАСТРОЙКА КИНЕМАТИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
Гитары сменных шестерен
Для настройки кинематических цепей, осуществляющих функцио-
нальную связь, в большинстве случаев используются наборы из четырех
Рис. 11.177. Гитары
сменных шестерен. Сменные шестерни передают движение от ведущего
вала 4 (рис. 11.177) к ведомому валу 11. Шестерня 3 непосредственно за-
крепляется на ведущем валу 4. Промежуточные шестерни 5 и 6 сидят на
430
общей шпонке на втулке 9, которая свободно вращается на гитарном
пальце 7. Гитарный палец 7 может перемещаться вдоль паза гитары 2
вместе с сухарем 12. Перемещением гитарного пальца по пазу гитары
обеспечивается сцепление шестерен 5 и 3. В требующемся положении
гитарный палец закрепляют, затягивая сухарь 12. Втулка 9 со сменными
шестернями удерживается на гитарном пальце шайбой и гайкой 8. Смен-
ная шестерня 10 закрепляется на ведомом валу 11. Шестерни 6 и 10 вво-
дятся в зацепление поворотом гитары 2 вокруг оси ведущего вала. В тре-
бующемся положении гитара должна быть закреплена. Для закрепления
гитары, представленной на рис. 11.177, а, служит дуговой паз 1
(рис. II.177, б) и шпилька 1 (рис. 11.177, а), ввернутая в корпус.
Для удобства установки промежуточных шестерен, сидящих на гитар-
ном пальце, и паразитных шестерен гитара может иметь два (рис. 11.177, в)
паза или более. Дуговой паз 1 (рис. 11.177, а) может быть также располо-
жен в специальном приливе, чем обеспечивается восприятие значительных
нагрузок. При легких нагрузках гитара может закрепляться с помощью
стяжного болта 1 (рис. 11.177, б).
Не всякий набор сменных шестерен может быть установлен на гитаре.
Например, при уменьшении числа зубьев шестерни 10 шестерни 6 и 10
не могут быть сцеплены, так как шестерня 5 упрется в вал 11. При значи-
тельном увеличении числа зубьев шестерни 6 не смогут быть сцеплены
шестерни 3 и 5, так как шестерня 6 упрется в гайку вала 4. Условие сцеп-
ляемости может быть представлено в виде
1 .		, ... 1	. 4.
(г1 + г2> т Z*m + ~2~ ’
1 1	।	1	* б/g
-у (23 + zj т > Z2m +
d-, dn
или при замене	чеРез 2~ в ввде
Z1 4~ Z2 ==г г3 Д' zo'< z3 Д' z4 Z2 Д Не-
возможность установки того или иного набора сменных шестерен огра-
ничивается также конфигурацией кожуха, закрывающего сменные ше-
стерни.
Подбор сменных шестерен
Наборы сменных шестерен, прилагаемых к станку, состоят из ряда
шестерен с различным числом зубьев. В практике приходится сталкиваться
с различными рядами чисел зубьев. Известное применение находят пят-
ковые наборы, в которых числа зубьев всех шестерен кратны 5. Децималь-
ное число зубьев равно 20, а максимальное — 125. Однако такие наборы
пригодны далеко не во всех случаях. В качестве примера приведем числа
зубьев шестерен, которые входят в наборы гитары деления и гитары диф-
ференциала зубофрезерного станка.
Число зубьев шестерен в гитаре деления: 20, 23, 24, 25, 30, 34, 40, 41,
43, 45, 47, 50, 53, 55, 58 , 59, 60, 61, 62, 65, 67 , 70 , 71, 73, 74, 79,
80, 83, 85, 89, 90, 92, 95, 97, 98, 100.
Число зубьев шестерен в гитаре дифференциала: 20, 23, 25, 30, 33,
34, 37, 40, 41, 43, 45, 47, 50 , 53 , 55, 58, 59, 60, 61, 62, 65, 67 , 70, 71,
73, 79, 80, 83, 85, 89, 92, 95, 97, 98, 100.
Для обоих наборов характерно, что в них входят простые числа
зубьев — 41, 43, 47 и т. д. и числа зубьев, кратные простым, — 58 =
= 29 X 2, 98 - 49 X 2 и т. п.
431
Если передаточное отношение сменных шестерен представляет собой
дробь, числитель и знаменатель которой являются целыми числами, то
сменные шестерни во многих случаях удается подобрать путем разложе-
ния числителя и знаменателя на множители и замены полученных множи-
телей кратными им числами зубьев.
Например, надо подобрать сменные шестерни при передаточном отно-
48	„
шении iCM — -== . Представим передаточное отношение в виде
48 _ 24 2
75 ~ 15 5
и введем дополнительные множители, тогда
48 _ 24 2-30 _ 24 60
75 — 15-3 5 10 ~ 45 50 '
Таким образом, передаточное отношение представлено в виде произведений
чисел зубьев, стоящих в числителе и в знаменателе.
Если непосредственный подбор чисел зубьев путем разложения на
множители не представляется возможным, то приходится прибегать
к приближенным методам подбора. К числу приближенных методов отно-
сятся метод непрерывных дробей, метод Кнаппе и др.
Рассмотрим пример использования метода непрерывных дробей. Возь-
37
мем дробь . Эту дробь можно представить в следующем виде:
Отбрасывая последовательно второе слагаемое, в знаменателе можно полу-
чить ряд дробей, близких к требующейся. Например, отбросив , полу-
О
11	1	4
чим дробь -j-r; отбросив---т—, получим дробь -=- и т. д. Чем мень-
2+4-
ше отброшено слагаемых, тем ближе дробь к требующейся. Все преобразо-
вания легче выполнить, воспользовавшись табличным методом. Возьмем
дробь ~ и произведем вычисления, сведенные в табл. П.8.
Таблица 11.8
К определению передаточного отношения с помощью непрерывных дробей
1	—	ril	^2	^8	dt	db
II	ь	а	С1	С2		
ш	adA		Cgrfg	c3d9		c5de
,v	с'		с3		Q,	ce
432
Числа dlt d2, d3 . . . показывают, сколько раз содержится а в Ь, с, в <7П
с2 в сг и т. д. В графе IV записывается разность между числами граф II
и III. Таблица заканчивается столбцом, в котором сп_г делится на сп без
остатка. Числа d\—dn переносятся в табл. II.9 и над ними производятся
действия, представленные в таблице. Числа, стоящие в графе II, представ-
ляют собой числители, а числа, стоящие в графе III, — знаменатели дро-
бей, которые приближенно заменяют заданное передаточное отношение.
Таблица П.9
К определению передаточного отношения с помощью непрерывных дробей
I			dg			d„
11	1	т2 — d2	т3 = m2ds 4- 1	ma — msda + m2	m3 — zn4ds 4-	. . .
III		п2 = dtd2 4- 1	«3 = «2rf3 +	na — n?da 4- n2	n5 = n4d5 4- n.	
В качестве примера приведем табличные расчеты для той же дроби .
-	1	3	1	2	3	1	3	1	>	3
47	37	10	7	3	—	1	3	3-14-1=4	4-24-3=11	11 -34-4=37
37	10-3	7-1	3-2	1-3	—	1	1 -34-1=4	4-14-1=5	5-24-4=14	14-34-5=47
10	7	3	1	0	—	—	—	—	—	—
Величина погрешностей в передаточном отношении может быть оце-
нена по формуле
где п; — знаменатель принятой дроби.
При методе Кнаппе дробь, выражающая передаточное отношение,
превращается в произведение двух дробей, из которых первая, близкая
к заданной, с небольшими числами в числителе и знаменателе, а вторая —
близкая к единице. Тогда вторую дробь можно изменять, прибавляя или
вычитая из числителя и знаменателя одинаковые числа до тех пор, пока
числитель и знаменатель не будут разлагаться на первоначальные мно-
жители.
о	zr	г 211
В качестве примера рассмотрим преобразование дроби -gjg-:
211	1	633	1	630	2-2-3-3-5-7 _ 3-35
635 ~	3 ‘ 635	~ 3	632	~ 3-2-2-2-79 “ 4 '79	*
Имеются сборники таблиц для подбора шестерен. Вспомогательные
таблицы служат для перевода десятичных дробей в простые, для разложе-
ния чисел на первоначальные множители. Таблицы для непосредственного
433
подбора сменных шестерен имеют различную форму. Значительным
распространением пользуются таблицы Шишкова, в которых приведены
логарифмы передаточных отношений и соответствующие этим передаточ-
ным отношениям числа зубьев сменных шестерен.
Если требования к точности подбора не очень высоки, то для подбора
сменных шестерен можно пользоваться логарифмической линейкой. На
линейке устанавливается требующееся передаточное отношение и нахо-
дятся близко совпадающие штрихи целых чисел обеих шкал. Отношение
найденных целых чисел приближенно выражает заданное передаточное
отношение.
При воспроизведении винтовых направляющих линий приходится
сталкиваться с рядом характерных передаточных отношений. Нарезаемая
резьба может быть метрической, дюймовой и модульной, а ходовой винт
станка — метрическим или дюймовым. В зависимости от сочетаний наре-
заемой резьбы и ходового винта в передаточные отношения могут входить
те или иные характерные числа.
На основании формулы (11.194) можно написать
1	tR
i-riocm	lx
(11.218)
где tx — шаг ходового винта подставлен вместо So; tH — шаг нарезаемого
винта — вместо S, a q> = 1.
Если шаг одного или другого винта выражен в дюймах, то тогда в пере-
даточное отношение необходимо ввести число 25,4, являющееся перевод-
ным коэффициентом (1 дм = 25,4 мм). Число 25,4 необходимо выразить
в виде отношения целых чисел. Приведем такие числа, а также погрешно-
сти перемещений в мм на 1 м:
127	18-24	40-40	11-30
5	17	7-9	13
0	0,46	0,12	0,61
Шаг модульных резьб выражается числом лт, поэтому в передаточное
отношение входит число и. Приведем отношения целых чисел, прибли-
женно выражающих число л, а также погрешности перемещений в мм
на 1 м:
22	32-27	19-21	25-47	8-97	13-29	5-71
7	25 И	127	22-17	13-19	4-30	113
0,4	0,07	0,04	0,04	0,03	0,02	0,00006
При нарезании модульных резьб на станке с дюймовым ходовым вин-
том появляется отношение л : 25,4. Приведем это отношение, выражен-
ное целыми числами, а также-погрешности перемещений в мм на 1 м:
47	5 19	12	22-5
4-95	32-24	9/	7-127
0,01	0,10	0,21	0,4
Для обеспечения высокой точности функционально связанных пере-
мещений все элементы кинематических цепей (зубчатые колеса, ходовые
винты и др.) должны быть выполнены с высокой точностью. Конструкция
опор должна исключать биение валов и ходовых винтов как в радиальном,
434
так и в осевом направлении. Последние звенья кинематической цепи во
многих случаях монтируются на опорах качения, отличающихся высокой
точностью. Требования, предъявляемые к монтажу подобных подшип-
ников, будут рассмотрены ниже, в главе, посвященной конструкции
шпиндельных узлов.
При проектировании кинематических цепей, осуществляющих точные
функционально связанные перемещения, должны быть также приняты
меры для устранения зазоров между элементами кинематической цепи,
в первую очередь в винтовых парах и в червячных передачах. Вместе с тем
должно быть также уделено внимание обеспечению высокой крутильной
жесткости кинематической цепи, так как закручивание звеньев кинемати-
ческой цепи под действием возникающих в процессе резания нагрузок
может привести к искажению заданной функциональной связи.
Раздел третий
СИСТЕМЫ И МЕХАНИЗМЫ
РУЧНОГО И АВТОМАТИЧЕСКОГО
УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ
ГЛАВА I РУЧНОЕ И ДИСТАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ
К органам ручного управления относят: органы для
включения, выключения и реверсирования приводов
различных рабочих органов станка, приводные маховички и рукоятки,
отсчетные устройства и ограничители хода для ручных установочных пере-
мещений, рукоятки для зажима периодически перемещающихся салазок.
При ручном управлении станком в целом отдельные элементы цикла
работы станка могут быть автоматизированы. Наиболее часто автомати-
зируется выключение подачи при достижении заданного размера. У ряда
моделей современных металлорежущих станков, как это указывалось выше,
автоматизируются точные установочные перемещения, смена скоростей
и подач.
1.	НЕПОСРЕДСТВЕННОЕ И ДИСТАНЦИОННОЕ РУЧНОЕ УПРАВЛЕНИЕ
При включении, выключении и реверсировании приводов с помощью
органов управления производятся необходимые переключения в кинема-
тических, гидравлических и пневматических цепях. Механизмы переклю-
чения могут приводиться в движение непосредственно с помощью рукоя-
ток управления либо с помощью вспомогательных приводов (см. стр. 210),
которые включаются с помощью рукояток управления. В первом случае
имеет место непосредственное, а во втором — дистанционное ручное управ-
ление.
Органы непосредственного ручного управления
Непосредственное ручное управление осуществляется различного рода
рукоятками, с помощью которых производится перемещение подвижных
элементов механизмов переключения кинематических цепей или золот-
ников и поворотных кранов гидравлических и пневматических приводов.
Формы рукояток, применяемых в станкостроении, весьма многооб-
разны и на них имеются соответствующие нормали. В качестве примера
на рис. III.I приведены некоторые наиболее часто встречающиеся формы
рукояток. Весьма удобна для пользования шариковая рукоятка
(рис. II 1.1, о) с фиксирующим шариком, свободно заскакивающим в гнездо
фиксирующего диска. Рукоятка, представленная на рис. III. 1, б, отли-
чается от предыдущей только формой самой ручки. В тех случаях, когда
требуется особо надежная фиксация, применяются рукоятки с вытяжным
фиксатором (рис. III.1, в и г). На управление такими рукоятками тре-
буются большие затраты времени. Встречаются также рукоятки, выпол-
ненные в форме длинных рычагов (рис. III. 1, д).
Для удобства размещения в ряде случаев прибегают к совмещению
осей рукояток. Одна из рукояток 6 (рис. III.1, е) закрепляется на полой
436
втулке 5, на конце которой сидит шестерня 3, сцепляющаяся с рейкой 9
подвижного ползунка 1, осуществляющего перемещение соответствующих
подвижных элементов кинематической цепи. Вторая рукоятка 7 сидит
на оси 4, на конце которой закреплена шестерня 2, зацепляющаяся с рей-
кой 8 другого ползунка. Фиксация осуществляется шариковыми фикса-
торами, расположенными в ползунках.
Как указывалось выше, с целью сокращения затрат времени на управ-
ление применяются многофункциональные рукоятки. В качестве примера
Рис. III. 1. Рукоятки управления
рассмотрим схему управления приводом, осуществляющим перемещение
рабочего органа в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Вра-
щение передается от вала II (рис. III.2, а) валам I и III, один из которых
передает движение механизмам продольного, а другой — поперечного
перемещения. При одном направлении перемещения движение передается
через шестерни 3 и 11, при другом — через шестерни 4 и 5, которые свя-
заны с валом II через паразитную шестерню. Включение того или иного
движения в том или ином направлении производится с помощью четырех
кулачковых муфт, переключаемых одной рукояткой 7. Рукоятка 7 смон-
тирована на оси в пазу ступицы 8, связанной с шестерней 9, сцепляю-
щейся с рейкой ползунка 6. Поворачивая шестерню 9 с помощью ру-
коятки 7, включают в том или ином направлении движение поперечной
подачи.
437
Через полую ступицу 8 проходит штанга 10, в паз которой заходит
конец рукоятки 7. При повороте рукоятки 7 вокруг ее оси штанга 10
перемещается в осевом направлении и через двуплечий рычаг 1 переме-
щает ползунок 2, осуществляющий включение продольного движения
в том или ином направлении.
Следует заметить, что направление пере-
ключения рукоятки совпадает с направле-
нием перемещения рабочего органа, что
облегчает запоминание приемов управления
и приводит к сокращению затрат времени
на управление.
Для предотвращения одновременного
включения таких механизмов, одновременная
работа которых могла бы привести к аварии,
применяются различные блокировочные уст-
ройства. Принципиальная схема блокиро-
вочного устройства приведена на рис. III.2,б.
Блокировка осуществляется качающейся со-
бачкой 2. При повороте рукоятки 1 левый
конец собачки 2 опускается, а правый захо-
дит в вырез шайбы, сидящей на одной оси
с рукояткой 3, и запирает ее. При повороте
рукоятки 3 имеет место обратная картина.
Рис. Ш.2. Многофункциональ-
ные рукоятки и блокировка
останова и реверсирования
Схемы дистанционного управления
Дистанционное управление может быть
осуществлено: 1) при включении, выключе-
нии и реверсировании привода путем пуска,
приводного электродвигателя; 2) при исполь-
зовании для включения, выключения и реверсирования электромагнитных
муфт; 3) при наличии вспомогательных приводов механизмов переклю-
чения.
Пуск, останов и реверсирование электродвигателей осуществляется
с помощью кнопок или переключателей и соответствующей пуско-регули-
рующей аппаратуры, изучаемой в курсе электропривода станков.
Включение и выключение электромагнитных муфт также производится
с помощью кнопок или переключателей и соответствующей аппаратуры
управления (рис. III.3, а). Цепь питания муфты замыкается с помощью
контактов реле Р. Включение муфты осуществляется нажимом кнопки ДЛ,
которая замыкает цепь питания обмотки реле. Реле срабатывает, а кон-
такты реле Рг замыкают цепь питания реле через нормально закрытые
контакты кнопки КС. Выключение муфты производится кнопкой КС.
При нажиме кнопки КС цепь питания реле разрывается и при этом раз-
мыкаются контакты реле Р и Рг.
При наличии вспомогательных приводов механизмов переключения
схема управления зависит от вида и конструкции привода.
Если вспомогательный привод получает движение от электродвигателя,
то механизм переключения срабатывает при включении электродвигателя.
Применительно к рассмотренной выше схеме механизма переключения
с вспомогательным электродвигателем принципиальная схема управле-
ния имеет вид, представленный на рис. III.3, б. Перемещение подвижного
элемента механизма переключения в одном или в другом направлении
осуществляется с помощью реверсивного электродвигателя, включае-
мого реверсивным пускателем. При нажиме на кнопку КП1 замыкается
438
цепь катушки Пг пускателя, которая блокируется блок-контактами /7,
пускателя. Когда подвижной элемент механизма переключения достигнет
заданного положения, сработает конечный выключатель /(Bj и разо-
рвет цепь питания катушки ZJj, электродвигатель остановится. Перемеще-
ние подвижного элемента в обратном направлении осуществляется при
нажиме на кнопку КП2.
Подобная схема может быть также осуществлена и при большем
числе положений подвижного элемента механизма переключения.
При использовании в каче-
стве привода механизма пере-
ключения тягового электромаг-
нита схема управления имеет
вид, представленный на рис.
III.3, в. Цепь питания электро-
магнита замыкается контактами
реле Р. Включение тягового
электромагнита осуществляется
кнопкой КП, замыкающей цепь
питания обмотки реле Р, выклю-
чение — кнопкой КС. При дан-
ной схеме может быть получено
только два положения подвиж-
ного элемента.
При использовании двух
тяговых электромагнитов, как
это имело место в реверсивных
золотниках (см. стр. 366), может
быть получено три положения
подвижного элемента механиз-
ма переключения.
Один из вариантов схемы
управления, которая может
быть использована в этом слу-
чае, представлен на рис. III.3, г.
Включение электромагнита Э1
осуществляется контактами реле
1Р, включение электромагнита
Э2—контактами реле 2Р. Вклю-
чение реле 1Р и 2Р производится
кнопками КП у и КП2- Цепи самопнтания обоих реле размыкаются общей
кнопкой КС, т. е. при нажиме на кнопку КС оба электромагнита выклю-
чаются и подвижной элемент механизма переключения занимает нейтраль-
ное положение. В цепь самопнтания реле 1Р введены нормально закры-
тые контакты 2Р3, а в цепь самопнтания 2Р — нормально закрытые кон-
такты 1Р3. Предположим, что включен электромагнит Э1 и соответственно
реле 1Р находится на самопитании. При включении с помощью кнопки КП2
электромагнита Э2 срабатывает реле 2Р и его контакты 2Р3 разомкнут
цепь самопнтания реле 1Р и электромагнит Э1 выключится. Такая схема
позволяет производить переключение без остановки в нейтральном поло-
жении. При другом варианте схемы включение каждого из электромагни-
тов возможно только из нейтрального положения.
При использовании во вспомогательных приводах механизмов пере-
ключения поршневых гидравлических или пневматических двигателей
возможны различные схемы управления. При простейшей схеме
(рис. III.4, а) поток масла или сжатого воздуха, направляющийся
439
к поршневому двигателю, переключается с помощью соответствующей
аппаратуры —золотников или поворотных кранов, управляемых вручную.
Для переключения потока масла или сжатого воздуха, направляемого
к поршневому двигателю, могут быть использованы золотники с гидравли-
ческим или пневматическим переключением описанной выше конструкции.
В этом случае (рис. III.4, б) кроме основной аппаратуры переключе-
ния (АП) в схеме применяется вспомогательная аппаратура переключе-
ния (В АП), управляемая вручную. Вспомогательная аппаратура пере-
ключения служит для изменения направления потока масла или сжатого
воздуха, подводимого к основной аппаратуре переключения.
При схемах, представленных на рис. III.4, а и б, аппаратура переклю-
чения может быть размещена на том или ином расстоянии от поршневых
Рис. III.4. Блок-схемы управления при поршневых вспомогательных приводах
двигателей вспомогательных приводов механизмов переключения. Однако
в таких случаях необходима прокладка сложной системы трубопроводов,
а при подвижных рабочих органах — гибких шлангов, что приводит
к усложнению конструкции. Более гибкая схема дистанционного управ-
ления может быть получена при использовании аппаратуры переключения
с тяговыми электромагнитами (рис. III.4, виг) описанной выше конструк-
ции. Управление тяговыми электромагнитами осуществляется с помощью
кнопок КП и КС или переключателей, при этом используются схемы
управления, аналогичные описанным выше.
Дистанционное управление применяется в ряде случаев на станках
средних размеров, однако оно становится совершенно необходимым на
тяжелых станках, где органы управления могут быть сконцентрированы
в одном месте только при использовании методов дистанционного управ-
ления. При дистанционном управлении упрощается также дублирование
органов управления.
Если основной управляемый привод является пневматическим или
гидравлическим, то применяются схемы управления, аналогичные пред-
ставленным на рис. II 1.4.
2.	МЕХАНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ СКОРОСТЕЙ И ПОДАЧ
Конструкция механизмов управления зависит от вида привода. При
бесступенчатом изменении чисел оборотов или подач управление осуще-
ствляется с помощью одной-двух рукояток и вопрос о сокращении затрат
времени на переключение в этом случае не возникает. При электрическом
бесступенчатом изменении скоростей и подач управление производится
с помощью соответствующей электрической аппаратуры, при гидравли-
ческом — с помощью рукояток управления гидронасосов и гидромоторов
или дросселей, при механическом — с помощью рукояток управления
соответствующими механизмами приводов.
440
При дистанционном управлении механизмы бесступенчатого измене-
ния скорости приводятся в действие с помощью вспомогательного элек-
тродвигателя, включаемого кнопками, а установленное число оборотов
и величина подачи определяются по тахометру.
Значительно сложнее конструкция механизмов управления в случае
ступенчатого изменения скоростей и подач, при котором необходимо про-
изводить ряд переключений в кинематических цепях приводов.
Как указывалось выше, в приводах со ступенчатым изменением ско-
ростей и подач применяются многорукояточные механизмы, однорукояточ-
ные механизмы, механизмы с предварительным набором скоростей и подач,
механизмы с программным управлением.
При многорукояточном управлении каждая из рукояток используется
для управления одним из механизмов переключения кинематических
Рис. III.5. Таблицы для определения положения рукояток при установке
скоростей
цепей привода. Каждая из возможных скоростей получается в результате
определенного сочетания включений, а соответственно и определенного
сочетания положений рукояток управления. Для установки рукояток
в требующееся положение приходится пользоваться специальными таб-
лицами, имеющимися на станке, где в той или иной форме указано поло-
жение рукояток, соответствующее каждой скорости. Время, затрачивае-
мое на переключение, складывается из времени отыскания по таблице
требующегося положения рукояток и времени их переключения и в зна-
чительной мере зависит от наглядности таблицы.
Значительное распространение получили буквенное и цифровое обоз-
начение положения рукояток (рис. III.5, а и б), хотя при пользовании
такими таблицами приходится затрачивать сравнительно много времени
на отыскание требующегося положения рукояток. Удобнее таблицы с цвет-
ным обозначением положения рукояток (рис. II 1.5, в); вместо штриховки,
показанной на рис. III.5, в, в таблицах станков используются цветные
обозначения. Наиболее удобны наглядные таблицы (рис.. III.5, г). Одна-
ко при большом числе скоростей создание таких таблиц не всегда воз-
можно.
В отдельных случаях для включения скоростей применяется кнопоч-
ное управление, при котором каждая из скоростей включается отдельной
кнопкой. Такая система практически используется при переключении ско-
ростей с помощью электромагнитных муфт, а также при наличии вспомо-
гательных поршневых двигателей механизмов переключения, управляе-
мых электромагнитами.
441
Однорукояточные механизмы
и механизмы с предварительным набором скоростей и подач
При однорукояточном управлении и управлении с предварительным
набором скоростей используются в основном механические и гидравличе-
ские вспомогательные приводы механизмов переключения. Конструкции
этих приводов чрезвычайно многообразны. В качестве примера рассмотрим
некоторые характерные конструкции.
В однорукояточных механизмах управления широко используются
кулачковые механизмы, в ряде случаев совместно с мальтийскими кре-
стами, секторными зубчатыми колесами и т. п. Простейшая схема одно-
рукояточного кулачкового механизма представлена на рис. III.6, а. Основ-
ной является группа,
х— состоящая из трех скоро-
стей, а переборной —
группа, состоящая из двух
скоростей. Для получения
трех первых скоростей
двойной блок должен быть
включен вправо, а тройной
блок последовательно за-
нимает три возможных
положения. Переходя ко
второй группе скоростей,
двойной и тройной блоки
переключают влево. При
включении скоростей вто-
рой группы двойной блок
остается неподвижным, а
переключения тройного
блока повторяются. Кон-
струкция тройного блока, представленного на рис. III.6, а, такова, что
отсутствует закономерное нарастание скоростей при повороте рукоятки
управления из одной позиции в другую. Последовательное нарастание
скоростей может быть получено в случае 'использования конструкции
блока, представленного на рис. III.6, б, что, однако, приводит к уве-
личению осевых габаритов коробки.
Диаметры кулачков определяются допустимым углом подъема про-
филя на участке с наибольшим ходом, в рассматриваемом случае на уча-
стках III—IV и VI—I. Для уменьшения размеров кулачков и габаритов
механизма управления могут использоваться кулачковые механизмы с про-
межуточными передачами. Например, в схеме, представленной на
рис. III.6, в, кулачок 3 связан промежуточной зубчатой передачей 2
с кулачком 1 и за один оборот кулачка 1 делает два оборота. Таким обра-
зом, на барабане 3 располагается только участок профиля, находящийся
в интервале I—IV, благодаря чему барабан может быть сделан меньшего
диаметра.
Более компактная конструкция может быть также получена при исполь-
зовании дисковых кулачков. На передней торцовой поверхности кулачка 2
(рис. II 1.6, г) располагается паз, управляющий рычагом 3, перемещающим
двойной блок, а на задней — паз, управляющий рычагом 1, перемещаю-
щим тройной блок.
Недостатком подобных механизмов является необходимость последо-
вательного включения всех промежуточных скоростей ранее чем будет
включена требующаяся скорость. Переключение обычно производится при
442
выключенном вращении привода. При встрече торцов зубьев переключе-
ние задерживается и приходится производить кратковременное включение
привода. Все это приводит к увеличению затрат времени на переключение.
Более совершенны механизмы с избирательным включением скоростей.
Значительное распространение получил подобный механизм с перфориро-
ванным диском (рис. III.7). Двойной перфорированный диск 1, в котором
в определенной комбинации просверлен ряд отверстий, может поворачи-
ваться вокруг своей осн и передвигаться вдоль нее. Поворотом диска осу-
ществляется предварительный выбор скорости, а перемещением вдоль
оси — включение скорости.
Рис. III.7. Управление с предварительным набором скоростей
Параллельно осн диска расположены штанги 2 и 3 с зубчатыми рейками,
которые служат для перемещения вилки 5, переключающей двойной
блок, и штанги 10 и 11 с зубчатыми рейками, которые служат для переме-
щения вилки 6, переключающей тройной блок. Штанги 2 и 3 связаны
между собой шестерней 4, а штанги 10 и 11 — шестерней 9. Поэтому
при движении одной из парных штанг вперед вторая идет назад.
Вилка 6 получает движение от шестерни 8, зацепляющейся с зубчатой
рейкой, нарезанной на штанге 7.
Передвижение штанг происходит при передвижении в осевом направ-
лении диска 1. Предположим, что против отростков штанг 10 и 11 в перед-
ней стенке диска 1 имеются отверстия, а задняя стенка глухая. Тогда при
передвижении диска вперед обе штанги займут среднее положение, кото-
рое будет соответствовать включению средней! шестерни тройного блока.
Если против отростка штанги 10 отверстия будут в обеих стенках диска,
а против отростка штанги 11 отверстий не будет, то при перемещении диска
штанга 11 пойдет вперед, а штанга 10 — назад, что вызовет перемещение
тройного блока в одно из крайних положений. Если отверстия в обеих
стенках диска будут расположены только против отростка штанги 11,
то при перемещении диска тройной блок займет второе крайнее положение
443
Соответствующие комбинации отверстий располагаются на диске
с интервалами 60°. Отверстия, расположенные только в передней стенке
диска, наполовину зачернены. Поскольку тройной блок относится к основ-
ной группе, то соответствующие комбинации отверстий в передней стенке
диска повторяются через 180°.
Аналогично протекает работа штанг 2 и 3. Только в этом случае отсут-
ствует среднее положение блока. Переключение двойного блока происхо-
дит после трех переключений тройного блока, поэтому в позициях /, //
и 111, так же как в позициях IV, V и VI, комбинация отверстий, управ-
ляющих двойным блоком, не меняется.
Переключение скорости складывается из двух этапов: сначала поворо-
том диска против отростков штанг устанавливается комбинация отвер-
стий, соответствующая требующейся скорости, а затем осевым перемеще-
Рис. Ш.8. Управление коробки
скоростей фрезерного станка
нием диска осуществляется процесс переключения. Если выбор скорости
и переключение происходят непосредственно друг за другом, то данный
механизм выполняет функции однорукояточного механизма с избиратель-
ным переключением скоростей. Если выбор скоростей совмещен с процес-
сом выполнения на станке предыдущего перехода, что несколько сокращает
затраты времени на переключение, то рассмотренный механизм выполняет
функции механизма управления с предварительным набором скоростей.
По этом)' принципу работают механизмы переключения ряда моделей
фрезерных, расточных, токарных, радиальносверлильных и других
станков.
На рис. III.8 и Ш.9 приведены чертежи механизма управления ко-
робки скоростей, применяемого на фрезерных станках 6Н82, 6Н12, 6Н83,
6Н13 и их модификациях. Весь механизм монтирован в отдельном кор-
пусе 2 (рис. III.8), который вставляется в окно станины. Вилка 3 служит
для переключения двойного блока 26—37 (рис. 11.39), вилка 4 — для пере-
ключения подвижной шестерни 47, вилка 5 — для переключения двой-
ного блока 19—82 и вилка 7 — для переключения тройного блока 16—19—
22. Вилки закреплены на штангах, которые получают движение от перфо-
рированного диска 6. Поворот перфорированного диска осуществляется
с помощью маховичка 1, а осевое перемещение — с помощью рукоятки 8.
От маховичка 2 (рис. III.9) вращение передается перфорированному
диску 8 через коническую передачу. Для фиксации маховичка в одном из
восемнадцати положений служит диск 3 с пазами. Перфорированный диск
444
перемещается вдоль оси с помощью зубчатого сектора 4, сидящего на одной
оси с рукояткой 8 (рис.. Ш.8). Зубчатый сектор 4 (рис. III.9) зацепляется
с зубчатой рейкой, нарезанной на штанге 1, на которой сидит вилка 6,
перемещающая вал перфорированного диска.
Штанги, получающие движение от перфорированного диска, снабжены
подпружиненными подвижными штырями 9. Перемещение штырей отно-
сительно штанг ограничивается штифтами 10, заходящими в поперечный
паз штырей. Пазы штырей, принимающих участие в переключении раз-
личных зубчатых колес, различны по длине. Наименьшую длину имеют
Рис. II 1.9. Разрез механизма управления коробки скоростей фрезер-
ного станка
штыри штанг, переключающих тройной блок, несколько большую длину —
пазы штырей штанг, переключающих двойной блок 26—37 и шестерню 47,
и наибольшую длину — пазы штырей штанг, переключающих двойной
блок 19—82. Благодаря разной длине пазов обеспечивается определенная
очередность включения шестерен. Сначала включаются шестерни трой-
ного блока и благодаря этому шестерни двойного блока 26—37 вводятся
в зацепление только тогда, когда сцепляющиеся с ними шестерни нахо-
дятся во вращении и т. д. Вместе с тем пружины штырей обеспечивают ввод
шестерен в зацепление.
При переключении скоростей перфорированный диск 8 отводится пово-
ротом рукоятки 8 (рис. III.8) вправо. Вслед затем маховичком 2 (рис. III.9)
устанавливается требующаяся скорость и поворотом рукоятки диск 8
перемещается влево, при этом происходит включение набранной скорости.
Перед переключением шестерен выступ кулачка, выполненного заодно
с зубчатым сектором 4, нажимает на толкатель 5 конечного выключателя 7,
который отключает электродвигатель привода; одновременно включается
электрическая система торможения. При дальнейшем перемещении
445
толкателя 5 замыкаются нормально открытые контакты конечного выклю-
чателя 7 и происходит кратковременное включение электродвигателя.
Таким образом, переключение происходит при выбеге шестерен, чем обес-
печивается ввод зубьев в зацепление.
В механизмах переключения аналогичного типа более совершенной
конструкции в процессе переключения осуществляется реверсивное вра-
Рис. Ш.10. Схема гидравлического управления с предварительным
набором скоростей
щение (покачивание) валов привода, чем обеспечивается легкость пере-
ключения зубчатых колес (расточный станок 2620).
На многих станках используются однорукояточные механизмы управ-
ления и механизмы управления с предварительным выбором скоростей со
вспомогательными гидравлическими приводами механизмов переключения.
Подобные механизмы применяются для переключения скоростей и подач
на револьверных станках (рис. ШЛО). Коробка скоростей позволяет
получить 12 скоростей прямого и обратного хода. Переключение скоростей
осуществляется кулачковыми муфтами Мх и М.2 и подвижными блоками
446
зубчатых колес, реверс — фрикционными муфтами 9. Переключение фрик-
ционных муфт 9 и подвижных блоков зубчатых колес осуществляется трех-
позиционными гидравлическими цилиндрами 7, 17 и 18, имеющими кон-
струкцию, подобную описанной выше (см. рис. 11.16, д), а кулачковых
муфтЛЦ и Л12 — двухпозиционным цилиндром 13, который одновременно
переключает обе муфты.
Цилиндром 7, с помощью которого производится пуск, останов и реверс
шпинделя, управляет трехпозиционный кран 6, с помощью которого масло,
поступающее от насоса, направляется либо в правую, либо в левую, либо
в обе полости цилиндра. При подаче масла в одну из полостей цилиндра
включается вращение шпинделя в том или ином направлении. При подаче
масла в обе полости шток цилиндра занимает среднее положение и обе
фрикционные муфты выключаются.
В момент выключения фрикционных муфт включается пластинчатый
фрикционный тормоз, который приводится в действие цилиндром 11.
Включением тормоза управляет золотник 8, шток которого связан с повод-
ком цилиндра 7, переключающим фрикционные муфты. При среднем поло-
жении штока цилиндра 7, а соответственно и золотника 8 масло, посту-
пающее от насоса, проходит через выточку золотника 8 и через трубопро-
вод 10 и золотник переключения скоростей 12 поступает к цилиндру 11.
При крайних положениях поршней цилиндра 7 канавки золотника 8
соединяют трубопровод 10 со сливом и тормоз выключается.
Переключение скоростей возможно только при выключенном вращении
шпинделя, так как к золотнику 12 переключения скоростей масло посту-
пает только при среднем положении золотника 8\ от золотника 12 масло
направляется к поворотному крану 16. С помощью поворотного крана 16
соответствующие полости цилиндров 13, 17 и 18 сообщаются с трассой
нагнетания или слива. Однако после установки крана 16 в требующееся
положение переключение скоростей не происходит, так как поступление
масла к поворотному крану 16 перекрыто золотником 12. При перемещении
золотника 12 с помощью рукоятки масло поступает к крану 16 через тру-
бопроводы 14 и 15 и происходит переключение скоростей.
Таким образом, требующаяся скорость может быть набрана в процессе
работы станка. Затем вращение шпинделя должно быть выключено кра-
ном 6, после чего производится переключение скоростей поворотом руко-
ятки золотника 12.
Так как при совпадении торцов зубьев переключаемых шестерен пере-
ключение может не произойти, то во время переключения возникает необ-
ходимость в провороте валов коробки скоростей. Наиболее легко выпол-
няется переключение при провороте валов то в одну, то в другую сторону.
Этот процесс называют «покачиванием валов». Для покачивания валов
имеется специальный поршневой гидродвигатель 20. Возвратно-посту-
пательное движение поршня гидродвигателя 20 преобразуется в ревер-
сивное вращение шестерни 5. В период переключения гидродвигатель 20
приводится в движение, а шестерня 5 сцепляется с валом V с помощью
муфты 19.
К гидродвигателю 20 масло поступает от трубопровода 24 через ревер-
сивный золотник 1 с гидравлическим переключением. Масло подается
только при переключении золотника 12. От реверсивного золотника 1
масло направляется либо в правую, либо в левую полость гидродвига-
теля 20 по каналам 2 или 22. Реверсом золотника 1 управляет поворот-
ный кран 4, который направляет масло, поступающее по трубопроводу 21,
по каналам 3 или 23 к правому или левому торцу золотника 1. Поворот-
ный кран 4 связан с шестерней 5; таким образом, реверс выполняется
автоматически в конце каждого хода поршня.
447
Включение шестерни 5 происходит под действием давления масла,
выключение — пружиной.
Масло для питания механизмов системы управления подается отдель-
ным насосом, который используется также для питания системы смазки.
Механизмы дистанционного переключения скоростей и подач
Дистанционное переключение скоростей и подач наиболее просто осу-
ществляется при использовании для этой цели электромагнитных муфт.
В этом случае органы, управляющие переключением,—кнопки, много-
позиционные переключатели могут быть расположены в любом, удобном
для обслуживания месте, а связь между органами переключения и электро-
магнитными муфтами осуществляется электрическими цепями.
Рис. III. 11. Схема дистанционного гидравлического переключения коробки скоро-
стей координатнорасточного станка 2А470
Однако, как отмечалось выше, при использовании электромагнитных
муфт не всегда удается добиться необходимой компактности привода.
Поэтому в ряде случаев представляется целесообразным применить си-
стему дистанционного переключения при подвижных блоках и муфтах.
Для дистанционного переключения подвижных блоков и муфт удобно
использовать гидравлические механизмы, управляемые золотниками.
Подобная система дистанционного управления применена на коор-
динатнорасточных станках 2А470, спроектированных ОКБС и выпускае-
мых заводом им. Я. М. Свердлова (рис. III.11). Кбробка скоростей имеет
два подвижных блока 28 и 31 и подвижную шестерню 32, выполненную
заодно с муфтой. В процессе переключения каждый из подвижных блоков
может занимать одно из трех положений, а подвижная шестерня — одно
из двух положений. Порядок включения скоростей иллюстрируется струк-
турной формулой, изображенной на рис. 111.11. Шестерня 32 может также
448
занимать среднее положение, при котором шпиндель отключается от ко-
робки, что бывает необходимо в процессе наладки станка.
Переключение подвижных блоков и шестерни осуществляется с по-
мощью трехпозиционных поршневых приводов 19, 22 и 24 описанной выше
конструкции (см. рис. II.16,г). Подачей масла к поршневым приводам в про-
цессе переключения скоростей управляют золотники 13—16 и 37. Золот-
ники, переключаемые с помощью элек-
тромагнитов (рис. III.12), специально
спроектированы для системы управления
и отличаются компактностью. Каждый
из золотников 13—16 управляет подачей
масла только в одну полость цилиндра,
связывая эту полость либо с линией
нагнетания, либо со сливом. Масло по-
дается ко всем золотникам по трубопро-
воду 12.
Рассмотрим работу одного из золотни-
ков 13—16. При включенном электромаг-
ните золотник 16 занимает нижнее положе-
ние. Масло, поступающее по трубопроводу
12, проходит через проточку золотника и
через трубопровод 17 и попадает в верхнюю
полость поршневого привода 19. Если
одновременно включен и электромагнит
золотника 15, то масло попадает также
и в нижнюю полость поршневого привода,
шток которого занимает при этом среднее
положение. Если выключить электромаг-
нит 16, то золотник под действием пружи-
ны поднимется и проточка золотника
соединит трубопровод 17 с трубопроводом
18 и масло из верхней полости поршневого
привода пойдет на слив; шток займет
верхнее положение. Если оставить вклю-
ченным электромагнит золотников 16, а
выключить электромагнит золотника 15,
то со сливом окажется связанной нижняя
полость поршневого привода 19 и шток
Рис. III. 12. Золотник дистанцион-
ного управления коробки скоростей
станка 2А470
пойдет вниз.
Аналогично с помощью золотников 14
и 13 осуществляется управление положе-
нием штока поршневого привода 22.
Поскольку подвижная шестерня 32 в процессе переключения скоростей
должна занимать только два положения, то управление поршневым приво-
дом 24 осуществляется с помощью одного золотника 37. При включенном
электромагните золотник занимает нижнее положение, и масло, поступаю-
щее по трубопроводу 35, попадает через проточку золотника в верхнюю
полость поршневого привода, а из нижней полости масло идет на слив
через трубопровод 34. При выключенном электромагните золотник 37
занимает верхнее положение и масло поступает от трубопровода 35 в ниж-
нюю полость поршневого привода, а из верхней полости идет на слив по
трубопроводу 36. Трубопроводы 34 и 36 подключены к трубопроводу И,
который с помощью золотника 7 подключается либо к сливному трубопро-
воду 6, либо к каналу 5, к которому подается масло от линии нагнета-
ния 3. При выключенном электромагните золотник 7 находится в верхнем
15 И. М. Кучер 417
449
Рис. III.13. Передвижной
пульт координатнорасточного
станка 2А470:
положении и проточка золотника соединяет выточки 8 и 9 и масло, поступа-
ющее из трубопровода 11 в канал 10, попадает в сливной канал 6. При этом
процесс переключения подвижной шестерни 32 происходит так, как это опи-
сано выше. Если электромагнит золотника 7 включен, то золотник зани-
мает нижнее положение. При этом канал 10 соединяется проточкой золот-
ника с каналом 5, и масло подается через канал 10 к трубопроводу 11 и да-
лее к трубопроводам 34 и 36. Какое бы положе-
ние при этом ни занимал золотник 37, масло будет
поступать в обе полости поршневого привода 24,
в одну через золотник 37, в другую — из трубо-
провода 11, и шток, а соответственно и подвиж-
ная шестерня 32 займет среднее положение.
Включение электромагнита золотника 7 осу-
ществляется специальным органом управления,
не зависимым от органов переключения ско-
ростей. Соответствующая команда подается
в случае необходимости вручную.
По окончании переключения штоки запи-
раются тремя выступами 21 защелки-штанги
23. Выступы либо входят в пазы планок, при-
крепленных к штоку, либо запирают планки
сверху или снизу. В момент переключения элек-
тромагнит 20 отодвигает защелку-штангу 23 и
освобождает штоки. При перемещении защелка-
штанга 23 поворачивает рычажок 26, воздейст-
вующий на микропереключатели 25 и 27, упра-
вляющие работой двигателя 30 в процессе
переключения скоростей.
При переключении скоростей электродвига-
тель 30 отключается и притормаживается элек-
тромагнитной тормозной муфтой 29.
Если в процессе переключения зуб упи-
рается в зуб, то шестерням необходимо сооб-
щить кратковременное реверсивное вращение.
Реверсивное вращение (прокачивание) сооб-
щается в этом случае электродвигателю ДО [17].
Рассмотрим процесс переключения скорости.
В период работы на настроенной скорости
трубопровод 12 и золотники переключения от-
ключены от магистрали золотником 2, электро-
магнит которого при этом выключен.
Выбор скорости осуществляется путем поворота многопозиционного
переключателя на пульте управления (рис. III. 13). При этом включается
требующаяся комбинация электромагнитов золотников переключения.
При подаче команды для переключения скоростей отключается электро-
двигатель и осуществляется кратковременное торможение с помощью
электромагнитной тормозной муфты 29. Электромагнит 20 отводит защелку-
штангу 23. При этом размыкается переключатель 27 и замыкается переклю-
чатель 25. Срабатывает золотник 2 и масло через золотник поступает
в поршневые приводы; если не происходит попадания зуба в зуб, то про-
цесс переключения проходит до конца и по достижении штоками заданных
положений давление в системе повышается и срабатывает реле давления 1.
Электромагнит 20 освобождает защелку-штангу 23 и она под действием
пружины становится в исходное положение. Замыкается переключатель 27,
что свидетельствует об окончании переключения.
450
1 — переключение чисел оборо-
тов шпинделя; 2 — включение
одного из рабочих органов (тра-
версы, бабки и т. д.); 3 — пе-
реключение подач стола; 4 —
переключение подач включен-
ного рабочего органа; 5 — пуск
подачи включенного органа;
6 — включение шпинделя; 7 —
толчковое включение шпинде-
ля; 8—отключение коробки
скоростей от шпинделя
Если в процессе переключения зуб упирается в зуб, то также происхо-
дит повышение давления и подается команда на выключение электро-
магнита 20. Защелка под действием пружины перемещается влево и пере-
ключатель 25 размыкается. Однако движение защелки ограничивается
одной из планок штоков, шестерни которого не достигли заданного поло-
жения. Поскольку защелка не доходит до своего крайнего положения,
то переключатель 27 не замыкается. При получившейся при этом комби-
нации включенных переключателей подается команда для выключения
защелки 23 и для включения реверсивного движения электродвигателя
при многократно уменьшенном моменте. По истечении некоторого проме-
жутка времени, в течение которого происходит «покачивание» электродви-
гателя и осуществляется процесс переключения, вновь подается команда
на выключение электромагнита 20 защелки. Если при этом защелка дохо-
дит до конечного положения, то процесс переключения заканчивается,
в ином случае операция покачивания повторяется.
В момент переключения масло поступает также к гидротормозу 33,
который притормаживает шпиндель.
Золотники 2 и 4 выполняют также и другие функции управления:
направление потока масла на смазку, к механизмам зажима периодически
перемещающихся салазок и др.
Несмотря на сложность описанной системы дистанционного переклю-
чения скоростей, она находит применение в ряде конструкций, позволяя
создавать компактные и надежные конструкции коробок скоростей и по-
дач.
Механизмы дистанционного переключения скоростей и подач могут
быть полностью использованы в системах автоматического управления.
Механизмы программного переключения скоростей и подач
При автоматическом переключении скоростей и подач по заданной про-
грамме сигнал для переключения подается по окончании очередного
перехода. Программа для переключения скоростей и подач должна вклю-
чать в себя информацию о величине скоростей и подач для каждого из
переходов, входящих в состав выполняемой операции. Информация, в том
или ином виде зафиксированная в программе, преобразуется в сигналы
управления, которые поступают в соответствующий момент к механизмам
переключения. Так как наиболее просто осуществляется передача электри-
ческих сигналов, то в большинстве случаев при программном управлении
используется именно эта форма передачи сигналов управления. Практи-
чески электрические сигналы управления могут быть использованы при
переключении скоростей и подач с помощью электромагнитных муфт и при
переключении аппаратуры управления вспомогательных поршневых дви-
гателей механизмов переключения с помощью электромагнитов.
При других методах передачи сигналов управления конструкция меха-
низмов программного переключения скоростей и подач обычно чрез-
мерно усложняется.
Наиболее широкое применение механизмы программного переключе-
ния скоростей и подач нашли в револьверных станках, где после каждого
очередного хода револьверной головки автоматически включаются тре-
бующиеся скорости и подачи. На отечественных станках эти механизмы
используются при переключении скоростей и подач с помощью электро-
магнитных муфт [84].
Включение каждой из электромагнитных муфт осуществляется с по-
мощью одного из конечных выключателей 6 (рис. III.14) командоаппа-
рата 1. Включение электромагнитных муфт производится с помощью
*	451

переставных кулачков 3 поворотного барабана 2. При повороте барабана
кулачки 3 воздействуют на качающиеся рычаги 5, которые, поворачиваясь
вокруг оси, нажимают на соответствующие конечные выключатели и замы-
кают цепи питания электромагнитных муфт. Требующаяся скорость
и подача настраиваются путем перестановки кулачков 3 в пазу барабана.
Барабан 2, имеющий шесть пазов в соответствии с числом граней револь-
верной головки, получает движение от вала 4, связанного с револьверной
головкой. Каждому положению револьверной головки соответствует
определенное положение барабана 2. Скорость вращения шпинделя и по-
дача, которые должны быть включены при данном положении револьверной
головки, настраиваются соответствующей установкой кулачков 3 в том
пазу барабана 2, который при этом положении револьверной головки
совмещается с роликами рычагов 5.
Таким образом, программа переключения скоростей и подач настраи-
вается перестановкой кулачков <3 в пазах барабана 2.
Командоанпараты такого типа применяются на ряде станков. Однако их
конструкция представляется сравнительно громоздкой. Более компактная
конструкция может быть получена при использовании для фиксации про-
граммы штепсельных коммутаторов, коммутаторов с двухпозиционными
переключателями и панелей с многопозиционными переключателями.
Поскольку подобные коммутаторы широко используются в системах авто-
матического управления, то они рассматриваются ниже в гл. III данного
раздела.
Если переключение скоростей и подач осуществляется с помощью
вспомогательных приводов, управляемых электромагнитами (см. напри-
мер, рис. III. 11), то рассмотренные схемы применяют для подключения
к сети питания обмоток электромагнитов.
3.	МЕХАНИЗМЫ ТОЧНЫХ УСТАНОВОЧНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
И ОГРАНИЧЕНИЯ РАБОЧИХ ХОДОВ
Механизм установочных перемещений включает в себя привод уста-
новочных перемещений и отсчетное устройство для отсчета величины
перемещения рабочего органа [109, 123].
У большинства современных станков точные установочные перемеще-
ния осуществляются с помощью ручных приводов, для чего используются
приводные рукоятки и маховички. Лишь у отдельных .моделей, преимуще-
ственно тяжелых станков, приводы установочных перемещений механизи-
рованы. В момент установки рабочего органа перемещение должно проис-
ходить с весьма малой скоростью, в предшествующий же период скорость
перемещения во избежание излишней потери времени должна быть значи-
тельной. Поэтому приводы такого рода должны иметь значительный диапа-
зон изменения чисел оборотов. В качестве примера использования подоб-
ных приводов укажем на расточные станки станкостроительного завода
им. Я. М. Свердлова.
Для сокращения затрат времени на установочные перемещения при
обработке партии одинаковых деталей используются, как указывалось
выше, ограничители ходов. Ограничители ходов применяются как при руч-
ных, так и при механизированных приводах. В последнем случае они рабо-
тают совместно с механизмами автоматического останова. Вопросы взаимо-
действия ограничителей ходов и механизмов автоматического останова рас-
сматриваются в п. 6 гл. III настоящего раздела, посвященной системам
автоматического управления. В отличие от систем автоматического упра-
вления ввод в действие очередного ограничителя осуществляется при
ручном управлении вручную.
453
При ручных приводах установочных перемещений ограничители ходов
применяются на токарных, револьверных, фрезерных станках, при меха-
низированных приводах с автоматическим остановом — на горизонтально-
и координатнорасточных станках [44, 571.
В последнее время на ряде моделей горизонтально- и координатнорас-
точных станков стали применяться механизмы для автоматического осу-
ществления установочных перемещений, величина которых предвари-
тельно настраивается перед каждым установочным перемещением либо
с помощью лимбов, либо переключателей на пульте управления. Прин-
ципы, которые при этом используются, аналогичны принципам, приме-
няемым в системах цифрового программного управления, поэтому они рас-
сматриваются в п. 7 гл. III данного раздела.
На этих же моделях станков автоматизируются все установочные пере-
мещения, которые необходимо произвести в процессе выполнения техно-
логической операции по программе. В этом случае используются либо
принципы, применяемые при программно-путевом, либо при цифровом
программном управлении. Команда для осуществления очередного уста-
новочного перемещения подается вручную.
Отсчетные устройства [109, 123]
По характеру связи отсчетных устройств с рабочими органами они мо-
гут быть разбиты на три группы: 1) устройства для непосредственного
отсчета (рис. III.15, а); 2) отсчетные устройства, кинематически связанные
с приводом установочных перемеще-
ний (рис. III.15, в); 3) отсчетные уст-
ройства, кинематически связанные
с рабочим органом (рис. III.15, б).
При непосредственном отсчете ли-
нейное или круговое отсчетное уст-
ройство 1 связывается либо с не-
подвижным основанием, по которому
перемещается подвижной рабочий
орган, либо непосредственно с под-
вижным рабочим органом. Круговые
отсчетные устройства 2, кинематиче-
ски связанные с приводом рабочего
органа, располагаются на том или
ином валу привода рабочего органа.
Круговые отсчетные устройства 3,
кинематически связанные с рабочим
органом, имеют собственный привод,
который получает движение от рабо-
чего органа. При прямолинейном пе-
ремещении рабочего органа в качестве
привода используется зубчато-рееч-
ная передача 5—4. Зубчато-реечная
передача может быть связана с от-
Рис. III.15. Схемы связи отсчетных уст-
ройств
счетным устройством через промежуточные зубчатые передачи.
При отсчетных устройствах с непосредственным отсчетом и кинематиче-
ски связанных с рабочим органом конструкция привода установочных
перемещений не влияет на точность отсчета. При отсчетных устройствах,
кинематически связанных с приводом рабочего органа, на точность отсчета
влияют зазоры в кинематической цепи и кинематическая точность отдель-
ных звеньев передачи и в первую очередь кинематическая точность послед-
454
него звена. Поэтому при разработке конструкции приводов установочных
перемещений необходимо принимать меры для устранения зазоров (см.
стр. 270 и 409). Для компенсации ошибок, возникающих вследствие кине-
матической неточности, в отсчетных устройствах высокой точности приме-
няют коррекционные устройства.
Поскольку для установочных перемещений рабочих органов, совер-
шающих рабочие ходы, обычно используются приводы рабочих ходов, то
при отсчетных устройствах, кинематически связанных с приводом, износ
звеньев привода снижает точность отсчета.
При отсчетных устройствах, кинематически связанных с рабочим
органом, привод отсчетного устройства не работает под нагрузкой, так как
износ звеньев привода практически исключается. Однако конструкция
привода должна предусматривать устранение первоначальных зазоров
в соответствующих звеньях, а сами звенья привода должны иметь высокую
кинематическую точность. Так как изготовление с высокой точностью зуб-
чатой рейки связано со значительными технологическими трудностями, то
в приводах отсчетных устройств вместо рейки используется винт, который
выполняет функции косозубой рейки и может быть обработан с высокой
точностью. С целью устранения зазора между винтом-рейкой и шестерней
последняя может быть смонтирована в поворотном корпусе (рис. III. 15, г),
при повороте которого под действием пружины обеспечивается беззазор-
ный контакт шестерни и винта-рейки.
Для дистанционного отсчета могут быть использованы электрические
передачи с сельсинами (см. стр. 424).
Для отсчета перемещений применяются линейные и круговые шкалы
с нониусом и без нониуса, оптические и электрические отсчетные устрой-
ства.
Линейные шкалы в форме металлических линеек используются обычно
совместно с нониусами. Разрешающая способность таких отсчетных уст-
ройств достигает 0,02 мм. Однако при высокой разрешающей способности
пользование такими отсчетными устройствами требует от рабочего напря-
женного внимания и повышенной затраты времени. Поэтому в современ-
ных станках отсчетные устройства этого типа все больше вытесняются
оптическими отсчетными устройствами.
Весьма широкое применение находят в станках отсчетные устройства
с круговыми шкалами, называемые лимбами. Лимбы используются
в отсчетных устройствах, кинематически связанных либо с приводом
рабочего органа, либо с рабочим органом. Деления наносятся на цилин-
дрической или конической поверхности лимба, реже на торцовой. Для
облегчения отсчета рекомендуется выполнять лимбы диаметром не менее
80—120 мм. Число делений лимба следует делать кратным 5 или 10. Наи-
более употребительные числа делений лимба 10, 20, 25, 50, 100. Цена
деления лимба должна обеспечивать удобство отсчета и выражаться в сотых
или десятых долях миллиметра. За один оборот лимба рабочий орган дол-
жен перемещаться на целое число миллиметров. Интервал между соседними
штрихами следует делать не менее 2—3 мм.
Число и цена делений лимба определяются в соответствии с характером
кинематической связи лимба с последним звеном кинематической цепи.
Наибольшее рекомендуемое число делений лимба равно
_ лСо
шах — b 9
где До — диаметр лимба в лиц
b — рекомендуемая величина интервала между смежными делениями
в мм.
455
Число делений лимба при заданной разрешающей способности А опре-
деляется в зависимости от вида кинематической цепи следующими выра-
жениями.
Лимб установлен на оси винта, преобразующего движение привода
в прямолинейное перемещение рабочего органа; тогда
Лимб связан с винтом промежуточной передачей (рис. III. 15, б); тогда
где t — шаг винта в мм.
Если z0 >• гОпмх, то необходимо принять более низкую разрешающую
способность или ввести дополнительную промежуточную передачу. Однако
следует иметь в виду, что дополнительные
промежуточные передачи вносят дополнитель-
ные кинематические ошибки.
Если лимб связан промежуточной переда-
чей с модульной рейкой, то
____ г,г3 птгр
2°— г2г4 ’ Д ’
где гр — число зубьев реечной шестерни;
т — модуль реечной шестерни в мм.
Число зубьев zlt г2, гз и zi промежу-
точной передачи должно быть подобрано так,
чтобы перемещение за один оборот лимба
равнялось бы целому числу миллиметров k, кратному 2 или 5, а число
делений равнялось бы одному из указанных выше рекомендуемых чисел горек.
Прежде всего определяется
k = Az0/™.
а затем из выражения
k — nmzB
р
определяется число зубьев шестерен промежуточной передачи. При опре-
делении числа зубьев число л следует заменить одной из указанных выше
дробей (см. стр. 434).
Если в приводе лимба используется винт-рейка с метрическим шагом,
то вместо ат подставляется шаг винта. Шестерня нарезается специальным
инструментом.
Для того чтобы при каждом очередном перемещении можно было
начинать отсчет от нуля, шкала лимба должна иметь возможность пово-
рачиваться относительно оси вала, на котором закреплен лимб.
Распространенная конструкция лимба представлена на рис. 111.16.
Основной диск 2 лимба закреплен на шпонке на валу 1. Кольцо 4 со шка-
лой свободно сидит на диске 2 и находится под действием пружины 5,
заложенной в кольцевую выточку диска. Пружина создает силу трения,
которая удерживает кольцо 4 от свободного поворота после установки его
в заданное положение.
Для того чтобы рабочий мог производить повторную установку рабо-
чего органа по лимбу в несколько положений, не запоминая делений
лимба, рекомендуется снабдить последний подвижными пружинными
указателями 3, которые при настройке устанавливаются против соответ-
ствующих делений лимба.
456
При рассмотренных схемах отсчетных устройств с лимбами и малой
цене деления лимба перемещение, соответствующее одному обороту лимба,
мало. Для отсчета значительных перемещений рабочего органа приходится
подсчитывать целые обороты лимба, что требует повышенного внимания
рабочего и приводит к увеличению затрат времени на установку. Увели-
чение величины перемещения за один оборот лимба приводит к снижению
разрешающей способности и точности установочных перемещений.
При большой длине перемещений и необходимости обеспечить высокую
разрешающую способность применяются отсчетные устройства с двумя
или большим числом шкал, из которых одна имеет низкую разрешающую
Рис. Ш.17. Отсчетные устрой-
ства с двумя шкалами
способность и служит для отсчета больших перемещений, а вторая — высо-
кую разрешающую способность и служит для отсчета малых перемещений
(в интервале разрешающей способности первой шкалы).
Простейший вариант такого отсчетного устройства представляет собой
сочетание линейной штриховой шкалы для непосредственного отсчета
и лимба, кинематически связанного с приводом подвижного рабочего
органа.
Другой вариант может быть получен при использовании подвижной
шкалы или указателя (рис. III. 17, а и б). Подвижная шкала 1 смещается
с помощью специального привода, при этом величина смещения шкалы
отсчитывается по лимбу 2. Разрешающая способность отсчетного устрой-
ства с лимбом 2 может быть сделана весьма высокой. Шкала смещается
на величину, не превышающую величину а интервала между двумя деле-
ниями шкалы. Предположим, что указатель совпадает с тем или иным
штрихом шкалы. Сместим шкалу на величину а' <<а и переместим рабо-
чий орган на г делений шкалы. Тогда общее перемещение рабочего органа
будет равно а' + za.
Аналогичная картина получится при смещении подвижного указа-
теля 1.
457
Подобные принципы используются в оптических и электрических
отсчетных устройствах.
В ряде случаев применяются отсчетные устройства с двумя лимбами
(рис. 111.17, в), один из которых имеет низкую, а второй — высокую раз-
решающую способность. Тогда по лимбу с низкой разрешающей способ-
ностью определяется общая величина перемещения, а по лимбу с высокой
разрешающей способностью производится точная установка. Лимб /,
имеющий высокую разрешающую способность, сидит на оси ходового
винта, а лимб 2, имеющий низкую разрешающую способность, связан
с винтом через передачу с передаточным отношением 1/10 или меньшим.
Подобная схема используется в отсчетных устройствах с дистанцион-
ной передачей [100] (рис. III.17, г). Сельсин-датчик 1 связан с валом рееч-
ной шестерни привода отсчетного устройства и делает один оборот при
перемещении рабочего органа на значительную величину. Сельсин-дат-
чик 1 приводит в движение сельсин-приемник 4, который поворачивает
стрелку лимба с низкой разрешающей способностью. Сельсин-датчик 2
получает вращение через промежуточную передачу и за один оборот сель-
сина 1 делает 10, 20 или 50 оборотов. От сельсина-датчика 2 получает дви-
жение сельсин-приемник 3, который перемещает стрелку лимба с высокой
разрешающей способностью.
Если в отсчетных устройствах применяется винт-рейка 2 (рис. III.17, д),
то отсчетное устройство с высокой разрешающей способностью может
быть использовано в механизме поворота винта-рейки 2. При повороте
винта-рейки лимб 1 смещается относительно указателя и при дальнейшем
перемещении рабочего органа величина его перемещения будет склады-
ваться из части перемещения, определяемого предварительным смещением
лимба 1, и величины перемещения, определяемого целым числом делений
лимба 1. Предварительное смещение производится по лимбу 3, который
может иметь весьма высокую разрешающую способность.
Подобные схемы применяют в оптических и электрических отсчетных
устройствах.
Как указывалось выше, для повышения точности отсчета в ряде случаев
используются коррекционные устройства (рис. III.17, е). Указатель 2
лимба 3, закрепленного на конце винта 4, может поворачиваться вместе
с рычагом 1 вокруг оси винта. Поворот рычага 1 осуществляется с по-
мощью коррекционной линейки 6, связанной с рабочим органом 5, через
промежуточную рычажную передачу 7. Профиль коррекционной линейки
строится в соответствии с экспериментально найденными ошибками в поло-
жении стола.
Аналогичное коррекционное устройство может быть применено и при
вращательном движении рабочего органа. В этом случае коррекционная
линейка имеет форму тонкостенного барабана, закрепленного на рабочем
органе, или диска.
Оптико-механические и оптические отсчетные устройства [109, 123, 44].
При оптико-механических и оптических отсчетных устройствах приме-
няется метод непосредственного отсчета по шкалам, выполненным с высо-
кой точностью. Благодаря использованию метода непосредственного
отсчета, при котором исключаются кинематические ошибки, и шкал высо-
кой точности рассматриваемые отсчетные устройства обеспечивают высо-
кую точность установки рабочих органов в заданное положение. Сами
шкалы имеют низкую разрешающую способность. Изображение участка
основной шкалы проектируется с помощью оптической системы на визир-
ное устройство. Визирное устройство совместно с вспомогательными шка-
лами обеспечивает получение высокой разрешающей способности всего
отсчетного устройства в целом.
458
При прямолинейном перемещении рабочего органа применяются линей-
ные, а при круговом — круговые шкалы.
Штрихи линейных шкал наносятся на металлических или стеклянных
планках. В качестве линейных шкал используются также цилиндрические
Валики с винтовой риской.
Металлическая линейная шкала в поперечном сечении имеет форму,
представленную на рис. III.18, а. Деления наносятся на тщательно дове-
денной поверхности 1. Шкалы изготовляются из сплава инвар-стабиль,
содержащего 56% никеля и 44% железа, имеющего температурный коэф-
фициент расширения, соответствующий среднему значению этого коэффи-
Рис. III.18. Оптические отсчетные устройства
циента для чугунных и стальных деталей. При существующей технологии
изготовления металлические шкалы не могут быть оцифрованы, поэтому
отсчетное устройство приходится снабжать дополнительными оцифрован-
ными шкалами низкой точности, что при работе увеличивает затраты вре-
мени на установочные перемещения. Металлические шкалы работают
в отраженном свете, что ограничивает возможности увеличения, которое
на современных станках не превышает 50—60х.
Стеклянные шкалы изготовляются из стекла, имеющего такой же темпе-
ратурный коэффициент линейного расширения, как чугун. Шкала состоит
из двух пластин 3 и 4 (рис. III. 18, б), на одной из которых нанесены штрихи,
а вторая является защитной. Шкала установлена в металлическом разъем-
ном кожухе, состоящем из двух скрепленных винтами частей 2 и 5, снаб-
женных прорезями J и 6, через которые проходит луч света, проектиру-
ющий шкалу на визирное устройство. Для установки шкалы внутри
кожуха используется ряд установочных винтов, ввернутых в кожух.
Стеклянная шкала может быть оцифрована, что в целом упрощает
конструкцию отсчетного устройства и сокращает затраты времени на уста-
новочные перемещения. Стеклянные шкалы допускают увеличение до 125х.
Предельная погрешность в расстоянии между штрихами на всей длине
не превышает 4 мкм.
459
Валики для цилиндрических шкал изготовляются из нержавеющей
стали и доводятся до зеркального блеска. На поверхности валика нано-
сится линия с шагом 1—2 мм толщиной 0,003—0,006 мм. Точность шага
должна находиться в пределах ±0,003 мм.
Оптико-механические системы выполняют как с окулярными, так и
с экранными визирными устройствами, оптические — с экранными.
При окулярных визирных устройствах рабочий должен приблизить
глаз к окуляру и рассматривать изображение одним глазом, что требует
напряженного внимания, затрудняет пользование рукоятками и приводит
к увеличению затрат времени. При экранных визирных устройствах
изображение шкалы видно на экране, имеющем значительные размеры,
что значительно упрощает обслуживание станка. Вследствие указанных
достоинств экранные визирные устройства находят все более широкое
применение.
При использовании винтовой цилиндрической шкалы оптическая
система получается сравнительно несложной. Винтовая линия нанесена
на валике 6 (рис. III. 18, в), который освещается источником света 8. Луч
от источника света отражается полупрозрачным зеркалом 7 и падает на
поверхность валика; отраженный от поверхности валика он проходит
через полупрозрачное зеркало и через систему линз и оптических призм
направляется к пластинке 1, на которой нанесены два штриха 3 и 5, обра-
зующие биштрих. На пластинке 1 проектируется отрезок 4 винтовой линии.
Изображение рассматривается через окуляр 2. Если в исходном положении
штрих 4 находится между штрихами 3 и 5, то следующий штрих совме-
стится с биштрихом при перемещении рабочего органа, с которым связан
валик 6, на величину шага винтовой линии.
Если рабочий орган требуется переместить на меньшую величину, то
предварительно поворотом валика 6 вокруг оси на заданную величину
смещается винтовая линия. Вслед затем рабочий орган перемещается до
совпадения винтовой линии с биштрихом, чем обеспечивается перемеще-
ние рабочего органа на заданную величину. Поворотом валика 6 винтовую
линию можно смещать на величину, кратную одному микрометру. Для
этого на валике 6 установлен лимб с нониусом. При шаге винтовой линии
2 мм лимб с нониусом позволяет повернуть валик на V2OOo часть окруж-
ности.
Для совмещения биштриха с винтовой линией в исходном положении
пластина 1 может перемещаться в направлении, перпендикулярном
штриху.
Предварительный отсчет при больших перемещениях ведется по оциф-
рованной шкале низкой точности.
Подобные отсчетные устройства применяются на ряде моделей отече-
ственных и иностранных координатнорасточных станков.
В современных станках значительное распространение получили
экранные оптико-механические и оптические отсчетные устройства раз-
личной конструкции. На экране (рис. III.19) видны изображение вспомо-
гательной шкалы или сетки-растра и штрих основной шкалы. По положе-
нию штриха основной шкалы относительно вспомогательной шкалы или
растра определяется величина перемещения, соответствующая доле интер-
вала между штрихами основной шкалы.
Значительное распространение получили растровые экранные отсчет-
ные устройства, которые имеют высокую разрешающую способность.
Отсчетное устройство некоторых моделей горизонтально- и координатно-
расточных станков завода им. Я- М. Свердлова имеет растр, изображен-
ный на рис. III. 19, а. Растр представляет собой ряд шкал с биштрихами,
смещенных друг относительно друга в продольном направлении. Расстоя-
460
ние между биштрихами одной шкалы соответствует перемещению рабочего
органа на 0,1 мм, а шкалы смещены друг относительно друга на 0,01 мм.
По горизонтальному ряду цифр ведется отсчет десятых, а по вертикаль-
ному— сотых долей миллиметра. При положении штриха основной шкалы,
показанном на рис. III. 19, а, рабочий орган сместился на 0,73 мм, так как
штрих основной шкалы переместился за пределы 0,7 мм и совпал с биштри-
хом третьей смещенной шкалы.
о)
а)
Ю	3 II	II	8 н	7	6 It	II	5 II	4 II	3	2	/ II	0	0 11	0
II	II	11 н	II	II	п	II п	11	!
>•	II	t	II	я	I	п	И	11	II	2
II	н 1	II	1	II		II	и п	I	3
11	II	II	II	1		1	1	Н	1		4
н	11	II	II	1	н	1	II	II	II			5
II	II	11	II	11	II	II	1	it II		6
и	1	II	II	11	11	II	II	II II		7
И	1	II	11	11	и	II	11	II It		8
Г	II	11	II	II	II	It	II	П	II		S
II	II	11	•1 и	II	И	11	И	II	II	10
Рис. III. 19. Типы экранов
Растр наносится либо непосредственно на экране, либо на одном из
элементов оптической системы и проектируется на экран. Для отсчета
тысячных долей миллиметра осуществляется смещение растра либо путем
перемещения самого экрана, либо оптического элемента.
В отсчетных устройствах Ленинградского станкостроительного завода
им. Я. М. Свердлова растр нанесен на оптическом элементе. Отсчетное
устройство горизонтальнорасточных станков имеет разрешающую способ-
ность 0,01 мм и отсчет ведется непосредственно по экрану без дополни-
тельного смещения растра. В координатнорасточных станках разрешаю-
щая способность отсчетного устройства равна 0,001 мм и для отсчета тысяч-
ных долей миллиметра растру дается дополнительное смещение.
Луч от источника света 1 (рис. II 1.20) направляется через оптическую
систему и объектив 2 на металлическую шкалу 3. Изображение штриха
основной шкалы попадает на растр 4 и вместе с ним проектируется на
экран 5. Растр 4 подвешен на плоских пружинах 6, образующих
461
параллелограмм, и может перемещаться параллельно первоначальному
положению. Смещение растра осуществляется с помощью микрометри-
ческого винта с лимбом 8 и рычага 7.
В координатнорасточных станках 2460 применяется оптическая отсчет-
ная система с растром, представленным на рис. III.19, б. Параллельные
смещенные горизонтальные шкалы растра состоят из точек. Число парал-
лельных шкал равно 50, оцифрована каждая пятая шкала. Оцифрованные
шкалы смещены друг относительно друга на 0,01 мм, а шкалы, находя-
щиеся в интервале между оцифрованными шкалами, — на 0,002. Масштаб
увеличения отсчетного устройства равен 130. Таким образом, точки двух
смежных шкал смещены друг относительно друга на экране на 0,23 мм.
Шкала представляет собой зеленое поле со светящимися точками. Основная
шкала отсчетного устройства стеклянная.
Аналогичные схемы имеют отсчетные устройства для круговых пере-
мещений, только вместо линейных шкал в этом случае применяются круго-
вые шкалы в виде стеклянных или металлических дисков.
Рис. Ш.21. Схема индуктивного
проходного винтового датчика
отсчетного устройства
В последних моделях координатнорасточных станков на экран проек-
тируются штрихи линейки. Установка рабочего органа производится
путем совмещения штриха линейки с биштрихом, который с помощью меха-
нической передачи и лимба перемещается вдоль экрана. Цена деления
лимба 0,001 мм. Для перемещения биштриха имеется отдельный электро-
двигатель малой мощности, включаемый нажимом кнопок.
Электрические отсчетные устройства [123, 44]. Электрические отсчет-
ные устройства, применяемые на металлорежущих станках, имеют разно-
образные схемы и конструкции. На отечественных координатнорасточных
станках используется отсчетное устройство с индуктивным проходным
винтом. Электрические сигналы, используемые в отсчетном устройстве,
вырабатываются при взаимодействии проходного винта 1 (рис. III.21),
выполненного с высокой точностью, с индуктивным проходным датчиком,
который представляет собой две сборные гайки. Каждая гайка состоит
из двух сердечников. Сердечники 3 и 9 образуют одну гайку, сердечники 5
и 7 — другую. На сердечники намотаны катушки, одна из которых
состоит из обмоток 2 и 8, вторая — из обмоток 4 и 6.
Гайки смещены относительно друг друга таким образом, что, когда
витки одной гайки совмещены с витками винта, витки другой гайки
совмещены со впадинами винта. В этот момент магнитное сопротивление
цепи, образуемой стержнями первой гайки и винтом, будет минимальным,
а цепи, образуемой стержнями второй гайки и винтом, — максимальным.
При перемещении датчика, образованного гайками, относительно винта
магнитное сопротивление будет изменяться. При перемещении на 1li шага
магнитное сопротивление у обеих цепей будет одинаковым, при перемеще-
462
нии на V 2 шага — магнитное сопротивление первой цепи станет минималь-
ным, а второй — максимальным и т. д.
Обе катушки дг и д2 питаются от отдельных обмоток. При изменении
магнитного сопротивления в процессе перемещения гаек относительно
винта изменяется магнитный поток и индуктивное сопротивление каждой
из катушек, а соответственно и ток, протекающий через микроамперметр 10.
Изменение тока, протекающего через микроамперметр, носит синусоидаль-
ный характер и при перемещении на величину шага винта дважды прини-
мает значение, равное нулю. Пользуясь микроамперметром, можно отсчи-
тывать перемещения, равные половине шага. Для отсчета меньших пере-
мещений смещают витки винта относительно датчика, поворачивая винт
вокруг оси по лимбу. Лимб с нониусом позволяет производить смещение на
величину, кратную одному микрометру.
Установив вращением винта микроамперметр на нуль, смещают витки
винта его вращением по лимбу на заданную величину и вслед затем пере-
мещают рабочий орган до тех пор, пока показания микроамперметра не
станут вновь равны нулю.
Так как в работе одновременно участвуют несколько витков винта,
ошибки шага винта усредняются, поэтому повышается точность отсчета.
Отсчетное устройство, созданное на базе данной схемы, позволяет осу-
ществить предварительный набор координаты.
С рабочим органом 2, получающим движение от привода 1 (рис. Ш.22),
связан проходной индуктивный датчик 4. При настройке отсчетного
устройства в соответствии с заданным положением рабочего органа винт 3
проходного датчика приводится во вращение рукояткой 7 через кониче-
скую и цилиндрическую зубчатую передачи. Путь рабочего органа в мил-
лиметрах отсчитывается по лимбу 8, который свободно сидит на ступице
червячного колеса 6 и приводится в движение через червячную передачу
5—6. Сотые и тысячные доли миллиметра отсчитываются по лимбу 10
с нониусом 11. Лимб 10 связан с отсчетным винтом фрикционным диском.
Для исправления ошибок винта 3 служит связанный со ступицей чер-
вячного колеса коррекционный диск 9, который для компенсации ошибок
поворачивает через рычажную передачу 15 диск 11 с нониусом. Профиль
коррекционного диска, так же как профиль коррекционной линейки,
строится в соответствии с экспериментально установленными ошибками.
Лимбы 8 и 10 должны устанавливаться на нуль при неподвижном
винте. Поворот винта при точной настройке производится маховичком 13
через зубчатую передачу 12—14.
Одновременно с винтом 3 вращается винт 16, который перемещает
каретку 20 с конечными выключателями 17 и 19. В конце хода рабочего
органа 2 связанный с ним упор 21 нажимает на рычаг 18, последовательно
замыкающий конечные выключатели 17 и 19, один из которых подает
команду на замедление скорости, а второй — на выключение привода.
Уменьшение скорости перемещения стола до 42 мм!мин происходит на
расстоянии 3 мм до точки остановки, а выключение привода — на рас-
стоянии 0,8—1,2 мм до точки остановки. Одновременно с выключением
привода включается микроамперметр и окончательная установка в задан-
ное положение производится вручную по микроамперметру. Стол пере-
мещают до тех пор, пока стрелка микроамперметра не станет на нуль.
Настройка отсчетного устройства при перемещении рабочего органа
из одной точки в другую выполняется следующим образом. При стрелке
амперметра, стоящей на нуле, лимбы 8 и 10 устанавливаются на нуль.
Вращением рукояток 7 и 13 по лимбам 8 и 10 устанавливается требую-
щаяся величина перемещения. Перемещение рабочего органа происходит
только после нажима кнопки включения привода.
463
2/ 20 19 IS 17	16	LJ 15	/4
6	8 9 ЮН
Рис. III.22. Отсчетное устройство с проходным индуктивным винтовым датчиком
Рис. III.23. Отсчетное устрой-
ство с индуктивным датчиком
для отсчета угловых перемеще-
ний
Точность автоматического останова находится в пределах 0,03—0,04
точность установки по микроамперметру — в пределах 0,001—0,002 мм.
Аналогичное по принципу действия устройство может быть использо-
вано для отсчета угловых перемещений (рис. III.23). Индуктивный датчик
состоит из вращающейся шестерни 2 с внутренним зацеплением и непод-
вижных шестерен 1. Шестерни 1 сидят на бронзовой втулке 5 и разделены
бронзовой втулкой 4. В кольцевых пазах шестерен 1 расположены обмотки
3. Шестерни 1 представляют собой сердечники электромагнитов. Между
зубьями шестерен 1 и 2 имеется небольшой
зазор. Магнитные потоки Ф замыкаются че-
рез зубья шестерен. Зубья одной шестерни 1
смещены относительно зубьев второй ше-
стерни 1 на половину шага. Таким образом,
в то время как воздушный зазор между
зубьями одной из шестерен 1 и шестерней 2
минимальный, зазор между зубьями второй
из шестерен / и шестерней 2 — максималь-
ный. При вращении шестерни 2 воздушные
зазоры изменяются и соответственно изме
няется индуктивное сопротивление обеих
катушек. Катушки включены по схеме, ко-
торая используется для включения индуктив-
ного проходного датчика с винтом. Число
делений зависит от числа зубьев шестерен.
Наряду с рассмотренными электрическими
отсчетными устройствами применяются от-
счетные устройства с магнитными линейками,
которые отличаются значительно большей
трудоемкостью изготовления, отсчетные уст-
ройства с сельсинами, отсчетные устройства
с индуктосинами. Последние представляют
собой электрические приборы с печатными обмотками. При прямолинейном
движении рабочих органов индуктосины представляют собой плоские ли-
нейки, на которых отпечатаны обмотки. Одна из линеек связывается с под-
вижным рабочим органом, другая — с неподвижным основанием. Когда одна
обмотка перемещается относительно другой, вырабатывается синусоидально
изменяющийся электрический сигнал, который используется в отсчетном
устройстве. При вращательном движении рабочего органа индуктосины
представляют собой диски, на которых также отпечатаны обмотки.
При автоматизации установочных перемещений все большее примене-
ние находят отсчетные устройства с цифровой индикацией. При цифровой
индикации величина перемещения представляется в цифровом виде.
Для этой цели используются специальные лампы, на торце которых может
появиться одна из десяти светящихся цифр от 0 до 9. Появление цифр
на торце ламп, являющихся ячейками счетчика, происходит синхронно
с перемещением подвижного элемента, что обеспечивается системой авто-
матического управления. Применяются также счетчики с цифровыми бара-
банами, электрически связанные с системой автоматического управления.
Ограничители ходов
При ручных приводах применяются жесткие ограничители ходов, при
механизированных — жесткие, переключающие и сигнальные ограничи-
тели ходов. Сами ограничители ходов имеют однотипную конструкцию
во всех трех случаях, изменяются только формы их воздействия на си-
стему управления.
465
Некоторые характерные формы многопозиционных ограничителей
ходов представлены на рис. III.24.
Поворотный барабанчик с радиально расположенными регулируемыми
винтовыми упорами (рис. III.24, а) прост по конструкции, но пригоден
только при малой длине хода рабочего органа. Вместе с тем он обла-
дает сравнительно невысокой жесткостью. Более жесткую конструкцию
имеет барабанчик с аксиально расположенными регулируемыми винтовыми
упорами. Величина перемещений
так же, как в первой конструкции,
ограничивается вылетом упорных
винтов и обычно находится в преде-
лах 25—50 мм. Ограничители этого
типа находят значительное приме-
нение на револьверных станках.
При большей длине хода рабочего
органа подобные ограничители 3
используются совместно с выдви-
жным упором 2 (рис. Ш.24, б),
который может занимать несколь-
ко положений, фиксируемых фик-
сатором 1. Введение дополнитель-
ного фиксатора снижает точность
установки в заданное положение.
Рис. Ш.24. Многопозиционные ограничители ходов
Вместе с тем для установки рабочего органа в заданное положение
необходимо вполне определенное сочетание положений барабанчика 4
и упора 2, что усложняет процесс установки и приводит к дополнитель-
ным потерям времени.
При большой длине хода рабочего органа применяются многопози-
ционные ограничители в форме поворотных валиков (рис. III.24, в) или
барабанов. Валик 1 (или барабан) имеет ряд пазов в форме ласточкина
хвоста. В эти пазы входят головки болтов 3, с помощью которых закреп-
ляются упоры 2.
Для точной регулировки имеется упорный винт 4. Упор 2 имеет
надрез. После предварительной установки упора 2 в пазу валика /
болт 3 затягивается не окончательно и регулируется винт 4. После
окончательной затяжки болта 3 надрезанный корпус упора стягивается
и винт 4 закрепляется.
466
Если упоры должны воспринимать значительную нагрузку, валик 1
выполняется с резьбой или кольцевыми пазами, а упор 2 представляет
собой часть гайки или снабжается выступом. Подобные многопозиционные
упоры применяются на самых различных станках. На револьверных стан-
ках они используются для ограничения перемещений суппорта револьвер-
ной головки. Валик или барабан перемещается вместе с суппортом. При
повороте револьверной головки из позиции в позицию автоматически
поворачивается и валик или барабан с упорами.
На токарных станках валики с упорами применяются для ограничения
перемещений продольного и поперечного суппортов, на вертикально-
сверлильных и вертикальнофрезерных — для ограничения перемещений
гильз шпинделя. На горизонтально- и координатнорасточных — для огра-
ничения перемещений продольного и поперечного столов.
Рис. III.25. Муфта, ограничивающая усилие прижима к жесткому
упору
В качестве сигнальных ограничителей используются плоские блоки
упоров, которые могут перемещаться в пазах плиты (рис. Ш.24, г). Упоры,
снабженные регулировочными винтами, имеют значительную ширину, что
приводит к увеличению габаритов конструкции. При отсутствии регулиро-
вочных винтов конструкция может быть сделана компактной, но затруд-
няется точная регулировка упоров. Компактность и удобство регули-
ровки достигаются при использовании конструкции регулировочного
устройства, показанной на рис. II 1.24, г. Упор 1 закрепляется на тонкой
штанге-проволоке 2. Грубая регулировка производится перестановкой
упора по штанге. При тонкой регулировке перемещается сама штанга.
Перемещение штанг осуществляется с помощью гаек 3, перемещающих
втулки 4, закрепленные на концах штанг.
В качестве ограничителей ходов используются также наборы мерных
или регулируемых штихмасов, которые устанавливаются между упором
и стрелочным прибором, закрепленным на основании, а в отдельных слу-
чаях — между подвижным и неподвижным упорами.
При жестких ограничителях точность установки по упорам зависит от
силы прижима рабочего органа к упору, которая может колебаться в более
или менее значительных пределах как при ручном, так и при механизиро-
ванном приводе. Так, по исследованиям К- В. Вотинова, изменение усилия
467
на рукоятке поперечного суппорта от 0 до 40 кГ вызвало при жестком огра-
ничителе смещение на 0,1 лии. Для обеспечения постоянства усилия, дей-
ствующего на упор, в привод может быть встроена муфта, передающая
ограниченный крутящий момент. Конструкция подобной муфты, которая
может быть встроена в ручной привод, представлена на рис. III.25.
Маховичок ручной подачи 1 закреплен на втулке 2, свободно сидящей
на конце валика 11. На валике 11 закреплен диск 10. Втулка 2 маховичка
ручной подачи связана с диском 10 шариками 7. Шарики 7 под действием
пружин 5 и пальцев 6 входят в углубление втулок 8. Натяжение пружин 5
регулируется пробками 4. При подаче рабочего органа к жесткому ограни-
чителю шарики 7 увлекают диск 10 и вращают валик 11. Когда движение
рабочего органа под действием жесткого ограничителя прекратится, ша-
рики отжимаются и втулка 2 проворачивается. Так как силы трения дви-
жения меньше, чем силы трения покоя, то для отвода рабочего органа от
жесткого ограничителя потребуется большой крутящий момент. Для соз-
дания большего крутящего момента при обратном ходе втулка 2 захваты-
вает ролик 9 и вращение от втулки 2 передается диску 10 помимо шариков 7.
При работе с ручной подачей пальцы 6 запираются поворотом кольца 3,
торцовая поверхность которого не допускает перемещения пальцев.
При автоматизации установочных перемещений используются соот-
ветствующие механизированные приводы и та или иная система автомати-
ческого управления. Установочные перемещения могут быть автоматизи-
рованы при общем ручном управлении станком. В частности, такое реше-
ние используется на ряде моделей горизонтально- и координатнорасточ-
ных станков.
ГЛАВА П СЛЕДЯЩИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ПРИ ПРОФИЛИРОВАНИИ ПО КОПИРУ
Как указывалось выше (см. стр. 17), при профилиро-
вании по копиру может быть использовано как непо-
средственное копирование, так и следящие системы управления [30].
При непосредственном копировании копир выполняет функции веду-
щего звена привода одного из рабочих органов и работает по существу
как кулачковый механизм. Поэтому все расчеты, связанные с определением
усилий в звеньях механизма, связывающих копир с подвижным рабочим
органом, выполняются на основе формул, применяемых при расчете кулач-
ковых механизмов.
При следящей системе управления сигнал, вырабатываемый копиро-
вально-измерительным прибором, воздействует на регулируемый привод
рабочего органа и вызывает соответствующие перемещения последнего.
В качестве привода можно использовать механический привод с электро-
магнитными муфтами, регулируемый электропривод, регулируемый гидро-
привод. Механический приводе электромагнитными муфтами и регулируе-
мый электропривод, как правило, применяют в сочетании с копировально-
измерительными приборами, вырабатывающими электрический сигнал,
который после соответствующего преобразования используется для управ-
ления приводом. При гидроприводе широко применяются копировально-
измерительные приборы, непосредственно управляющие потоком масла
в цепи питания гидродвигателя, в ряде случаев — приборы, вырабаты-
вающие электрический сигнал, который используется для управления
аппаратурой гидропривода; в отдельных системах применяют пневматиче-
ские копировально-измерительные приборы, вырабатывающие сигнал
468
в форме изменения давления сжатого воздуха, который либо преобразуется
в электрический сигнал, либо непосредственно используется для управле-
ния аппаратурой гидропривода.
4.	СЛЕДЯЩЕЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРИ ФУНКЦИОНАЛЬНО СВЯЗАННЫХ
ПЕРЕМЕЩЕНИЯХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ
Управление при ручном приводе рабочих органов
Простейшей формой следящего управления является ручное управле-
ние при ручных приводах механизмов перемещения рабочих органов.
Такого рода системы применяют на профилешлифовальных станках, на
которых копирование осуществляется по чертежу, увеличенному в 10—
50 раз по сравнению с обрабатываемой деталью, либо с помощью панто-
графа (рис. III.26, а), либо с помощью экрана (рис. III.26, б).
Обрабатываемая деталь 14 (рис. II 1.26, а) закрепляется на столике 15,
имеющем установочные перемещения. Шлифовальный круг 9 совершает
движение подачи вдоль образующей линии профиля детали при перемеще-
нии салазок 13. Вдоль направляющей линии шлифовальный круг переме-
щается с помощью рукояток 6 и 16. Для совмещения режущей кромки шли-
фовального круга с направляющей линией используется микроскоп И
с перекрестием. Перекрестие микроскопа перемещается вдоль направля-
ющей с помощью пантографа по чертежу 18, закрепленному на столе 1.
Пантограф состоит из штанг 3, 4, 5 и 10, шарнирно связанных между со-
бой. Штанга 4 жестко связана с гильзой 12, поворачивающейся вокруг
оси дх, являющейся осью поворота пантографа. В эксцентрично располо-
женном отверстии гильзы 12 помещается втулка 17, которая может пово-
рачиваться вокруг оси О2, являющейся осью четвертого шарнира панто-
графа. В эксцентрично расположенном отверстии втулки 17 помещается
микроскоп 11. При перемещении контактного штифта 2 пантографа по
линии чертежа 18 перекрестие микроскопа описывает путь, подобный
линии чертежа, уменьшенного в соответствующем масштабе. Практически
используется масштаб 25 : 1, 50 : 1.
469
Рабочий перемещает контактный штифт по линии чертежа и наблюдает
в микроскоп за рассогласованием положения режущей кромки круга и
перекрестия микроскопа и устраняет это рассогласование с помощью
рукояток 6 и 16, сообщающих движение кареткам 7 и 8.
В ряде случаев изображение, видимое в микроскопе, проектируется
на экран.
На профилешлифовальных станках с экраном (рис. III.26, б) чертеж,
выполненный в увеличенном масштабе на прозрачном материале, напри-
мер на кальке, помещается на экране 4. На этот же экран с помощью микро-
скопа 3 проектируется изображение режущей кромки шлифовального
круга и обрабатываемой детали. Рассогласование в положении изображе-
ния режущей кромки круга и линии чертежа наблюдается непосредственно
на экране и устраняется с помощью рукояток 1 и 2. Профилешлифоваль-
ные станки с экраном значительно удобнее в работе станков с пантографом.
Станки с пантографом широко применяют также для непосредствен-
ного копирования при выполнении профилешлифовальных, фрезерных
и гравировальных работ. В этом случае вместо чертежа используется ко-
пир, и рабочий, прижимая контактный штифт к копиру, перемещает его
вдоль кромки копира вручную, при этом обрабатываемая деталь и режу-
щий инструмент перемещаются друг относительно друга по заданной
траектории.
Управление при механическом приводе
с электромагнитными муфтами
В качестве примера рассмотрим управление перемещениями суппорта
токарного станка при обработке поверхностей вращения с криволинейной
образующей [113].
Механизмы фартука (рис. III.27, а) получают вращение от шестерни 15,
скользящей на шпонке вдоль ходового вала 14. От шестерни 15 вращение
Рис. III.27. Схема следящей системы управления перемещениями суппорта токар-
ного станка
передается через шестерню 16 червякам 10 и 13. Червячные шестерни 9и 12
сидят на шпонках на своих валах. Цилиндрические шестерни 7, 11, 22 и 23
и электромагнитные муфты 1, 8, 18 и 21 служат для включения продоль-
ной и поперечной подач и реверса.
Механизм продольной подачи получает движение от шестерни 2, от
которой вращение передается через шестерни 3, 5 и 4 реечной шестерне 6.
Шестерня 2 сидит на валу свободно. Она может быть сцеплена электрома-
гнитной муфтой 8 с шестерней 7, а электромагнитной муфтой 1 — с шестер-
ней 23. Шестерня 7 сидит на валу на шпонке и при включении электро-
магнитной муфты 8 шестерня 2 непосредственно сцепляется с валом червяч-
ной шестерни 9. При включении электромагнитной муфты 1 шестерня 2
470
сцепляется с шестерней 23, которая сидит на валу свободно и получает
вращение от шестерни 22, закрепленной на валу червячной шестерни 12.
Таким образом, при включении электромагнитной муфты 1 шестерня 2
получает вращение через паразитную шестерню 23 и направление продоль-
ной подачи изменяется.
Механизм поперечной подачи получает движение от шестерни 19,
от которой вращение передается через промежуточные шестерни и шес-
терню 20 винту 17 поперечной подачи. Реверсирование поперечной подачи
осуществляется с помощью электромагнитных муфт 18 и 21. При включе-
нии муфты 21 шестерня 19 получает вращение от вала червячной шестерни
12, при включении муфты 18 — от вала червячной шестерни 9 через
шестерни 7 и 11.
Включая и выключая поочередно соответствующие электромагнитные
муфты, а вместе с тем продольную и поперечную подачу в том или ином
направлении, перемещают вершину режущей кромки инструмента вдоль
образующей линии. Включением и выключением электромагнитных муфт
управляет копировально-измерительный прибор (рис. III.27, б). Копиро-
вальный прибор 26 связан с поперечными салазками суппорта. Щуп 25
копировального прибора опирается на поверхность плоского копира-
шаблона 24. При перемещении суппорта в продольном или поперечном
направлении копир воздействует на щуп копировального прибора и вызы-
вает его перемещение, в результате чего копировальный прибор выраба-
тывает сигналы управления, поступающие в блок управления, который,
в свою очередь, подает сигналы для включения и выключения тех или
иных электромагнитных муфт.
Включением электромагнитных муфт управляют три пары контактов
(рис. III.28): 11—12, 15—16, 17—18. Контакты могут замыкаться в раз-
личных комбинациях. Если замкнуты только контакты 17—18, то попереч-
ный суппорт движется вперед на копир. Если одновременно замкнуты
контакты 17—18 и 15—16, то одновременно включается движение продоль-
ного суппорта по направлению к передней бабке и движение поперечного
суппорта на копир. При этом вершина резца перемещается по образующей,
угол наклона которой определяется соотношением скоростей продольной
и поперечной подач. Если замкнуты только контакты 15—16,то включается
только движение продольного суппорта. Если одновременно замкнуты кон-
такты 15—16 и И—12, то продолжается движение продольных салазок
и включается движение поперечного суппорта от копира. В этом случае
вершина резца также перемещается по наклонной образующей, но с укло-
ном в сторону задней бабки. Наконец, если замкнуты только контакты
11—12, то продольная подача выключается и остается включенным только
движение поперечного суппорта по направлению от копира.
Процесс перемещения вершины по криволинейной образующей склады-
вается из следующих элементов. После включения подачи поперечный
суппорт перемещается по направлению к копиру. В исходном положении
замкнуты только контакты 17—18. Когда щуп 1 коснется копира, то про-
исходит его смещение и замыкаются также контакты 15—16. Включается
продольная подача. Если копир имеет подъем, как это показано на чертеже,
то смещение щупа продолжается и контакты 17—18 размыкаются. Остается
включенной только продольная подача. Смещение щупа продолжает воз-
растать и кроме контактов 15—16 замыкаются контакты И—12. Одновре-
менно с продольной подачей включается перемещение поперечного суп-
порта от копира. Происходит перемещение вершины резца по наклонной
образующей. Смещение щупа уменьшается и контакты 11—12 размы-
каются. Остается включенной только продольная подача. При продольной
подаче вновь возрастает смещение щупа, на который нажимает копир,
471
и вновь замыкаются контакты 11—12 и включается перемещение попереч-
ного суппорта от копира. Таким образом, вершина резца движется по ло-
маной линии, состоящей из перемежающихся отрезков наклонных линий
и линий, параллельных оси. Полученная ломаная линия аппроксимирует
действительную форму образующей.
Переключение контактов, как видно из изложенного, происходит при
воздействии копира на щуп. Контакты 11 и 18 закреплены на корыто-
образной траверсе 19, прикрепленной к планке 10, выполненной заодно с
осью, смонтированной на подшипниках качения. Через отверстие в планке
Рис. Ш.28. Копировальный электроконтактный прибор
10 проходит неподвижный контакт 16. К планке 10 прикреплена призма 9,
в которую входит ролик 8 стержня 2, на котором закреплен щуп 1. Ролик 8
представляет собой подшипник качения. Стержень 2 смонтирован на под-
шипниках качения на оси 3 вилки 5. В свою очередь, вилка 5 может пово-
рачиваться около оси 20, также смонтированной на подшипниках качения.
Поворот вилки 5 по часовой стрелке ограничен регулируемым винтом-
ограничителем 4. Под действием пружины 6 призма планки 10 прижи-
мается к ролику 8 и смещает стержень 2 вправо до упора вилки 5 в огра-
ничитель 4. В этом положении замкнуты контакты 17—18.
Контакты 12, 15 и 17 закреплены на качающейся планке 14, которая
поворачивается вокруг оси 21 под действием пружины 13.
При вступлении щупа 1 в контакт с копиром стержень 2 перемещается
вдоль оси, при этом вилка 5 поворачивается около оси 20. Ролик 8 нажи-
мает на призму 9 и поворачивает планку 10 вокруг вертикальной оси
472
против часовой стрелки и контакт 18 отходит. Одновременно под действием
пружины 13 поворачивается планка 14 и контакты 17 и 18 остаются замкну-
тыми. По мере поворота планки 10, а соответственно и планки 14 происхо-
дит сближение контактов 15 и 16, которые при определенном положении
планки 10 замыкаются, и включается продольная подача. Щуп 1, двигаясь
на копир, поворачивает рычаг 2 около оси 3. Ролик, нажимая на скос
призмы 9, вызывает дальнейший поворот планки 10. Так как поворот
планки 14 ограничен неподвижным контактом 16, то при дальнейшем
повороте планки 10 размыкаются контакты 17 и 18, при этом остается
включенной продольная подача и происходит дальнейший поворот ры-
чага 2 около оси 3, а соответственно и поворот планки, что первоначально
приводит к замыканию контактов 11 и 12, а затем — к размыканию кон-
тактов 15 и 16.
Регулируя вылет контактов, обеспечивают соблюдение необходимых
интервалов времени между подачами очередных команд.
При чрезмерном отклонении щупа срабатывают аварийные контакты 7.
По данным Рязанского станкостроительного завода, испытание подоб-
ного прибора, имеющего несколько иное конструктивное выполнение, по-
казало, что отклонения образующей находятся в пределах 0,01—0,02 мм.
Управление при регулируемом электроприводе
Если при механическом приводе с электромагнитными муфтами траекто-
рия движения вершины режущего инструмента является ломаной линией,
то при регулируемом электроприводе и соответствующей конструкции
копировального прибора можно получить траекторию в форме плавной
кривой. Для получения траектории в форме плавной кривой должна быть
обеспечена соответствующая функциональная связь между скоростями
подач s3 и sc в направлении осей х и у (рис. III.29, а). Первая подача назы-
вается задающей, вторая — следящей. Соотношение между
скоростями подач sa и sc должно быть таково, чтобы вектор результирую-
щей скорости подач sp был бы касательным к траектории движения, т. е.
sc = s3 tg 0.	(III.I)
При постоянной величине задающей подачи необходимая функциональ-
ная зависимость достигается путем изменения величины следящей подачи
в соответствии с сигналом, вырабатываемым копировальным прибором.
Тогда величина результирующей подачи будет изменяться с изменением
угла
Так как величина результирующей подачи в значительной мере опре-
деляется технологическими соображениями, то при настройке станка
должна быть выбрана такая величина задающей подачи, при которой
максимальная величина результирующей подачи, получающаяся при
максимальных значениях угла 0, не выходила бы за пределы допустимой.
На всех других участках профиля работа будет протекать при меньших
значениях результирующей подачи, что приведет к потере производи-
тельности.
С увеличением угла 0 результирующая подача резко возрастает, стре-
мясь к бесконечности, что ограничивает возможность обработки профилей
с большими углами подъема. С целью устранения указанного ограниче-
ния в современных станках сигнал, вырабатываемый копировальным
прибором, используется для управления как следящей, так и задающей
473
подачами. Управление подачами осуществляется таким образом, что вели-
чина результирующей подачи поддерживается постоянной (рис. III.29, б).
В этом случае
ss = SP cos 6,
sf= sD sin 6.
(III.3)
Системы управления, обеспечивающие изменение как следящей, так изадаю-
щей подачи, называют также двухкоординатными следящими системами.
Рис. III.29. Копировальный прибор с дифференциальным трансфор-
матором
Необходимым условием воспроизведения плавной траектории является
получение непрерывного сигнала управления, вырабатываемого копиро-
вальным прибором. Такой сигнал может быть получен при использовании
различных Типов приборов. На отечественных станках получил распро-
странение прибор с дифференциальным трансформатором (рис. III.29, в).
Конструкция прибора подобна рассмотренной выше. Копировальный
палец 1 ввернут в отверстие стержня 4, который может поворачиваться
вокруг оси шарика 3, закрепленного с помощью трех винтов 14 в трубе 2,
связанной с корпусом 5 прибора, а также перемещаться относительно
шарика вдоль своей оси.
При повороте стержня 4 шарик 13, заходящий в коническое углубление
якоря 11, подвешенного на пружине 6, заставляет якорь 11 перемещаться.
474
Якорь 11 расположен между катушками 10 и 12 дифференциального транс-
форматора. При перемещении якоря зазор между сердечником катушки 12
и якорем возрастает, а между сердечником катушки 10 и якорем умень-
шается. Катушка 10 также подвешена на пружине 7, что позволяет регули-
ровать первоначальный зазор между сердечником катушки 10 и якорем 11
с помощью лимба 8.
Дифференциальный трансформатор смонтирован в корпусе 5, связан-
ном с трубой 2. В сеть управления трансформатор включен пучком про-
водов 9.
Каждая из катушек дифференциального трансформатора прибора 5
имеет две обмотки (рис. III.30). Первичные обмотки 8 и 13 включены после-
Рис. III.30. Схема следящего управления копировальнофрезериым
станком
довательно и питаются переменным током от трансформатора 7. Вторич-
ные обмотки 9 и 12 включены навстречу друг другу, так что при среднем
положении якоря 11 и одинаковом индуктивном сопротивлении обеих
катушек результирующее выходное напряжение будет равно нулю. При от-
клонении якоря от среднего положения изменяется индуктивное сопротив-
ление катушек и вырабатывается сигнал, приблизительно пропорциональ-
ный величине рассогласования.
Если копировальный палец не находится в контакте с копиром 6,
то между якорем 11 (рис. II 1.29, в) и катушкой 12 имеется минимальный
зазор. Возникающий при этом сигнал обеспечивает выключение задающей
подачи и включение наибольшей следящей подачи, осуществляющей
перемещение копировального пальца на копир. При наступлении контакта
между щупом копировального пальца и копиром якорь 11 начнет откло-
няться, что вызовет изменение зазоров между якорем и катушками транс-
форматора. По мере изменения зазора уменьшается следящая подача и
увеличивается задающая подача. При среднем положении якоря следящая
подача выключается, а задающая приобретает наибольшее значение.
475
При дальнейшем отклонении якоря следящая подача меняет свое направ-
ление, а задающая уменьшается.
Сигнал, вырабатываемый копировальным прибором 5, используется
для управления электромашинными усилителями 4 и 24, питающими
электродвигатели постоянного тока 1 и 25. Один из электродвигателей осу-
ществляет перемещение рабочего органа 2 в направлении оси X, второй —
в направлении оси Y. Вместе с рабочим органом перемещается описанный
выше прибор 5. Обрабатываемая деталь 3 и копир 6 расположены на об-
щем основании.
Сигнал, вырабатываемый копировальным прибором, поступает к элек-
тронному анализатору 10. В свою очередь, электронный анализатор выра-
батывает сигналы в виде напряжения, пропорционального рассогласова-
нию положения копировального пальца и инструмента, скорости измене-
ния рассогласования и величине интеграла от рассогласования по времени.
Использование комплекса сигналов позволяет повысить точность обра-
ботки.
В цепи управления следящей подачей сигналы, получаемые от элек-
тронного анализатора, направляются по связи 14 к усилителю 16, который
питает по связи 20 соответствующие обмотки электромашинного усили,-
теля 4. В цепи задающей подачи сигналы, поступающие по каналам 15,
направляются к контуру связи 17, к которому по каналу 19 поступают сиг-
налы от генератора управления. От контура обратной связи сигналы после
соответствующей переработки поступают по связи 21 к усилителю 22, пи-
тающему обмотки электромашинного усилителя 24.
Между электромашинными усилителями 4 и 24 и усилителями 16 и 22
существует обратная связь, осуществляемая по каналам 18 и 23.
Подобная схема управления используется в широко распространенных
копировальнофрезерных станках 6441, имеющих общую компоновку,
изображенную на рис. 1.15.
В настоящее время конструкции копировальных приборов и схемы
управления усовершенствованы, что, однако, не вносит принципиальных
изменений в описание процесса управления.
Управление при регулируемом гидроприводе [9]
Формы управления при регулируемом гидроприводе отличаются
большим многообразием. Такое многообразие обусловлено: возмож-
ностью использования различных схем поршневых гидроприводов и гидро-
приводов вращательного движения; разнообразием конструкций копиро-
вально-измерительных приборов, представляющих собой аппараты управ-
ления гидроприводом; возможностью использования копировально-измери-
тельных приборов, вырабатывающих электрические или другие сигналы
управления, которые затем преобразуются в перемещения гидравлических
аппаратов управления.
Некоторые варианты следящих систем управления гидравлическим
регулируемым приводом представлены на рис. III.31. Для осуществления
задающей подачи может быть использован как гидропривод, так и электро-
привод или механический привод; в качестве гидропривода следящей пода-
чи применен поршневой гидропривод. Цилиндр поршневого гидропривода
связан с подвижными салазками рабочего органа 1 (рис. III.31, а), а шток
поршня 10 — с неподвижными направляющими. Золотник, представляю-
щий собой копировально-измерительный прибор, также связан с подвиж-
ными салазками рабочего органа 1. Шарик копировального пальца 3 захо-
дит в гнездо золотника 4 и при повороте или осевом смещении копироваль-
ного пальца смещает золотник в осевом направлении. При среднем поло-
476
жении золотника 4 масло, поступающее по каналу 6, не может попасть
к проточкам золотника. Выточки, связанные со сливными каналами 5 и 7,
также отделены от проточек золотника. Золотник и его корпус выполнены
с такой точностью, что кромки золотника почти точно совпадают с кромками
выточек его корпуса. Поэтому при малейшем смещении золотника его
проточки сообщаются с выточками корпуса. При перемещении золотника
вправо выточка канала 6 сообщается с каналом 9, а выточка канала 7 —
с каналом 2. Масло поступает в правую
полость цилиндра, а из левой полости
масло направляется на слив. Рабочий
орган 1 перемещается вправо. При пере-
мещении золотника 4 влево выточка
канала 6 соединяется с каналом 2, а вы-
точка канала 5 — с каналом 9, и рабо-
чий орган перемещается влево.
Под действием пружины 8 золотник
4 смещен влево и рабочий орган пере-
мещается в этом направлении до момен-
та наступления контакта копироваль-
ного пальца и копира. Вслед затем
Рис. III.31. Схемы следящего управления при регулируемом гидроприводе
происходит смещение золотника, которое продолжается до тех пор, пока
величина и направление следящей подачи не обеспечат движение копиро-
вального пальца вдоль профиля копира. Золотник 4 играет в этом случае
роль дросселя, сечение которого изменяется при отклонении копироваль-
ного пальца.
Недостатком такой конструкции копировально-измерительного при-
бора являются технологические трудности, связанные с высокой точ-
ностью расположения кромок золотника и выточек.
Более простая конструкция копировально-измерительного прибора
получается при использовании поршневых двигателей с дифференциаль-
ным цилиндром.
При схеме, представленной на рис. II 1.31, б, масло поступает по ка-
налу 4 и по каналу 5 направляется в правую полость дифференциаль-
ного цилиндра 6. Из левой полости цилиндра масло направляется по ка-
налу 1 к выточке 3. При среднем положении золотника выточка 3 заперта
477
и рабочий орган стоит неподвижно. Кромки выточки 3 точно совпадают
с кромками золотника, поэтому малейшее смещение золотника вызывает
перемещение рабочего органа. При смещении золотника вправо выточка
сообщается со сливным каналом 2 и масло, поступающее в правую полость
цилиндра 6, перемещает рабочий орган в том же направлении. При
смещении золотника влево выточка 3 сообщается с каналом 4 и масло
под давлением одновременно поступает в обе полости цилиндра. Вследст-
вие разности активной поверхности, на которую действует давление
Рис. III.32. Золотник следящей системы с электроуправлением
масла в правой и левой полостях цилиндра, рабочий орган будет пере-
мещаться влево. Изготовление золотника данной конструкции несколько
проще.
Еще большее упрощение конструкции копировально-измерительного
прибора может быть достигнуто при использовании схемы, представлен-
ной на рис. III.31, в. Масло, поступающее по каналу 3, направляется одно-
временно в правую и левую полости цилиндра. Масло, попадающее в ле-
вую полость цилиндра, предварительно проходит через дросселирующее
отверстие 4 постоянного сечения. Из левой полости масло направляется
по каналу 2 к золотнику. Если золотник смещен влево, то проход масла
к сливному трубопроводу 1 заперт, давление в левой полости цилиндра
повышается и благодаря тому, что активная площадь в левой полости
цилиндра больше активной площади в правой полости, рабочий орган
478
начинает двигаться влево. При смещении золотника вправо масло из левой
полости поступает на слив и давление в левой полости падает. Благодаря
наличию дросселирующего отверстия 4 давление в правой полости сохра-
няется и рабочий орган перемещается вправо. Золотник может занять
такое положение, при котором масло из левой полости будет уходить
на слив, но давление в этой полости примет такое значение, при котором
силы, действующие на правую и левую крышки цилиндра, окажутся рав-
ными и рабочий орган не будет двигаться ни вправо, ни влево. В последней
схеме вместо золотника может быть использован клапан той или иной кон-
струкции.
Наиболее высокую точность обеспечивает первый вариант, наиболее
низкая точность получается при последнем варианте. Однако точность,
достигаемая при последнем варианте, удовлетворяет многочисленным ви-
дам работ, выполняемых на копировальных станках. Поэтому вследствие
простоты конструкции он находит значительное применение на копиро-
вальнофрезерных и копировальнотокарных станках.
Устойчивая работа системы может быть достигнута только при пра-
вильно выбранных параметрах: диаметре золотника, сечении дросселирую-
щего отверстия и др. [9].
Высокая точность работы следящей системы управления может быть
достигнута при использовании золотников с электрогидравлическим управ-
лением (рис. III.32) [41 ]. Подачей масла от насоса 16 к поршневому гидро-
двигателю 15 управляет следящий золотник 5. От насоса масло поступает
в выточку 7 и кромками золотника направляется либо к отверстию 6,
либо к отверстию 8, от которых оно поступает в ту или иную полость ци-
линдра. Масло, направляющееся на слив, поступает в выточки 4 или 9.
На золотник 5 действует с одной стороны пружина 1, с другой — давле-
ние масла, поступающего от насоса 17 в полость 10. Выход масла из по-
лости 10 закрывается иглой 11. В зависимости от положения иглы меняется
сечение отверстия, через которое масло сливается из полости 10, а соот-
ветственно и давление в полости 10. В зависимости от давления в полости 10
золотник занимает то или иное положение. С иглой 11 связана катушка 12,
которая расположена в магнитном поле постоянного магнита 13. Под дей-
ствием пружины 14 игла стремится опуститься и закрыть выход масла
из полости 10. Положение иглы зависит от напряжения, подаваемого
на катушку 12. Величиной напряжения управляет копировальный при-
бор.
Для устранения влияния сил трения золотнику сообщается вращатель-
ное движение. Масло, направляющееся на слив, попадает через отвер-
стие 18 в турбинку, закрепленную на золотнике и представляющую собой
ряд трубок 2 с отверстиями 3. Масло, выходя из отверстий, заставляет
золотник вращаться.
Золотники этого типа применяются в системах цифрового программного
управления, в которых величина напряжения устанавливается в соответ-
ствии с заданной программой.
Принципы следящего управления
при фотоэлектрическом копировании по чертежу
При фотоэлектрическом копировании в качестве копира используется
чертеж, выполненный в масштабе 1 : 1 или в увеличенном масштабе. Сиг-
нал управления вырабатывается с помощью фотоэлектрического копиро-
вального прибора (рис. III.33). Луч от источника света 5 проходит через
конденсор 4, полупрозрачное зеркало 3 и микрообъектив 2 и проектируется
в виде световой точки на чертеже. Лучи, отраженные чертежом, падают на
479
поверхность параболического зеркала 1 и направляются к полупрозрач-
ному зеркалу <3. Лучи, отраженные полупрозрачным зеркалом, попадают
на фотоэлемент 6. Сигнал, вырабатываемый фотоэлементом, является
функцией его освещенности, которая зависит от положения световой точки
на чертеже. Если световая точка 7 занимает положение, показанное на
чертеже, при котором светлое и темное поля равны друг другу, то скорость
следящей подачи равна нулю. При перемещении копировального прибора
вместе с рабочим органом в направлении задающей подачи величина тем-
ного поля будет возрастать, а светлого — уменьшаться, освещенность
фотоэлемента будет падать. Изменение фототока, являющегося сигналом
управления, вызовет включение следящей подачи в направлении, обес-
Рис. III.33. Схема фотокопи-
ровального прибора
печивающем увеличение освещенности.
Сигнал, возникающий в копировальном
приборе, соответствующим образом преобра-
зуется, усиливается и используется для упра-
вления электрическим или гидравлическим
приводом.
В течение последних 30 лет было создано
большое число различных станков для фото-
электрического копирования, однако они не
получили практического применения вследствие
их сложности и сравнительно низкой точности.
Эта система находит широкое применение на
газорезательных машинах.
5.	СЛЕДЯЩЕЕ УПРАВЛЕНИЕ,
ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ПРИ ПОЗИЦИОННЫХ
ПЕРЕМЕЩЕНИЯХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ
При позиционных перемещениях копиры
используются для автоматизации установочных
перемещений и ограничения рабочих ходов.
В данном случае могут быть применены любые
из рассмотренных выше схем, однако в практике
применяются схемы с механическим приводом
и электромагнитными муфтами и схемы с гид-
равлическим приводом, так как при этих схемах
удается получить наиболее простые конструк-
тивные решения.
Схема с механическим приводом и элек-
тромагнитными муфтами (рис. III.27) может
быть без всяких изменений использована для
управления позиционными перемещениями при
обработке ступенчатых валиков. При перемещении щупа (рис. III.28) вдоль
кромки копира, параллельной оси обрабатываемой детали, контакты
17—18 разомкнуты, поперечная подача выключена, а продольная подача
включена. Когда щуп достигнет кромки копира, перпендикулярной оси
обрабатываемой детали, отклонение щупа возрастет, при этом первона-
чально замкнутся контакты 11—12 и включится поперечная подача,
а вслед затем разомкнутся контакты 15—16, что вызовет выключение
продольной подачи. Резец, закрепленный на суппорте, будет обрабаты-
вать торцовую поверхность.
Подобные системы управления используются на некоторых моделях
токарных и карусельных станков для обработки ступенчатых поверхностей.
Однако б&лее широко распространены гидрокопировальные системы для
позиционных перемещений.
480
Однокоординатные гидрокопировальные системы
для позиционных перемещений
В этих системах используются рассмотренные выше принципы управ-
ления. Для получения взаимно перпендикулярных перемещений режу-
щего инструмента следящая подача должна быть направлена под углом
к задающей подаче. В качестве примера рассмотрим схемы гидр окоп про-
вальных суппортов (рис. III.34), используемых на универсальных токарно-
винторезных станках. Гид-
рокопировальный суппорт
может быть расположен
как сзади (рис. III.34, а),
так и спереди (рис. II 1.34,6)
станка.
Расположенный сзади
гидрокопировальный суп-
порт 6 (рис. III.34, я) пере-
мещается по специальным
направляющим попереч-
ных салазок 1, располо-
женным под углом а. С гид-
рокопировальным суппор-
том связан цилиндр порш-
невого двигателя, шток 10
которого закреплен непо-
движно. В данном случае
использована схема, ана-
логичная схеме, представ-
ленной на рис. II 1.31, в.
Масло, подаваемое насо-
сом, поступает через полый
шток в штоковую полость.
Др оссел ир у ющее отвер-
стие 5, связывающее што-
ковую полость с бесштоко-
вой //, расположено в теле
поршня. Корпус 7 управ-
ляющего золотника 5 свя-
зан с суппортом бив про-
цессе настройки может пе-
Рис. II 1.34. Схемы гидравлических копировальных
суппортов для позиционных перемещений
ремещаться с помощью
маховичка 9. Щуп 4 золотника 5 опирается на поверхность копира 3.
Если щуп опирается на поверхность копира, параллельную направле-
нию задающей подачи, которой в данном случае является продольная
подача, то золотник 5 устанавливается в таком положении, что сила
давления в бесштоковой полости цилиндра уравновешивает внешние силы
и силы давления в штоковой полости и гидрокопировальный суппорт стоит
неподвижно, а резец обтачивает цилиндрическую поверхность детали 2.
Когда щуп достигнет торцовой поверхности копира, то золотник 5 сме-
стится назад, давление в бесштоковой полости упадет и гидросуппорт
начнет перемещаться назад по своим направляющим, расположенным под
углом. Направление подач показано на рис. II 1.34, б. Отклонение щупа
будет продолжаться до тех пор, пока не установится такая следящая по-
дача, при которой результирующая подача будет направлена перпенди-
кулярно задающей подаче. При этом резец будет перемещаться в плоскости
торцовой поверхности обрабатываемой детали.
16 И. М. Кучер 417
4Г!
Копир 3 располагается либо выше линии центров станка на специаль-
ной продольной балке, устанавливаемой! на кронштейнах, либо позади
станка.
С помощью гидрокопировального суппорта можно обрабатывать также
фасонные поверхности, однако угол наклона 6 касательной к профилю
-ограничен условиями работы следящей системы. Скорость результиру-
ющей подачи может быть определена на основе построения, представлен-
ного на рис. III.34, е:
Как видно, с увеличением угла 6 скорость результирующей подачи воз-
рас. '.ет и при 0 = а становится равной бесконечности, поэтому угол 6
должен быть значительно меньше угла а. Возможности увеличения угла а
ограничены, так как с увеличением угла а возрастает результирующая
подача при подрезке торцов.
С помощью гидрокопировального суппорта могут быть также обрабо-
таны канавки, имеющие форму, показанную на рис. III.34, а в кружке.
Рассмотренную схему имеют гидрокопировальные суппорты КСТ-1,
распространенные в отечественной промышленности.
Достоинством заднего расположения гидрокопировального суппорта
является возможность использования обычного верхнего суппорта, рас-
положенного спереди, недостатком — неблагоприятное распределение
давлений на направляющих в процессе резания, что приводит к их повы-
шенному износу, неудобство обслуживания гидросуппорта, расположен-
ного сзади.
При данной компоновке суппорта обеспечивается возможность исполь-
зования в качестве копира первой образцовой детали, обработанной при
ручном управлении.
Аналогичную схему управления имеет гидрокопировальный суппорт
ГС-41, расположенный спереди (рис. III.34, г). Гидросуппорт 3 устана-
вливается вместо верхнего суппорта. С гидросуппортом связан цилиндр
поршневого двигателя 4, шток которого закреплен неподвижно. Плоский
копир 7, воздействующий на щуп 6, устанавливается на линейке 2, пере-
мещающейся в направляющих кронштейна 1, связанного с салазками по-
перечного суппорта. От продольного перемещения линейка 2 удерживается
роликом 8, который входит в паз кронштейна 9, закрепленного на станине
станка.
Такая конструкция позволяет производить установку резца в попе-
речном направлении путем перемещения поперечных салазок вместе
с копирной линейкой. Небольшую регулировку можно осуществить
также с помощью винта 5.
Данная компоновка исключает возможность использования в качестве
копира первой образцовой детали.
Точность обработки на станках с гидросуппортами находится в преде-
лах классов 3—За.
Гидрокопировальные суппорты могут быть также использованы на
токарных и револьверных станках, на одно- и многошпиндельных токар-
ных автоматах, на карусельных станках, в ряде случаев на продольно-
и поперечнострогальных станках.
На базе рассмотренных компоновок зарубежными фирмами выпу-
скается ряд моделей гидрокопировальных полуавтоматов.
В отечественных гидрокопировальных полуавтоматах (1722, 1712
и др.) используется двухкоординатная гидрокопировальная система управ-
ления.
482
Двухкоординатная копировальная система
для позиционных перемещений
Как продольные, так и поперечные салазки суппорта (рис. III.35)
получают движение от поршневых гидродвигателей. С поперечными са-
лазками 7 связан цилиндр поршневого гидродвигателя 6, шток которого
закреплен неподвижно. Перемещением поперечных салазок управляет
четырехкромочный золотник 4 (см. рис. III.31, а), щуп 3 которого сколь-
зит по копиру 2. Для поддержания постоянства результирующей подачи
и выключения продольной подачи при подрезке торцов управление при-
с управлением приводом поперечной
водом продольной подачи связано
подачи. Масло, подаваемое насо-
сом, поступает в полость 15 ци-
линдра продольной подачи. Из
полости 1 масло вытесняется по
трубопроводу 16 через автома-
тический регулятор скорости 12
и настраиваемый дроссель 10.
Регулятор скорости находится
в равновесии под действием силы
пружины 13, давления масла,
поступающего по трубопроводу
11, и давления масла, поступаю-
щего по трубопроводу 8. Тру-
бопровод 8 связан с трубопро-
водом 5, через который происхо-
дит слив масла из цилиндра 6.
Скорость поперечной подачи
регулируется дросселем 9, уста-
новленным на сливном трубо-
проводе.
Когда щуп 3 доходит до вер-
тикальной кромки копира, про-
исходит смещение золотника 4
Рис. III.35. Схема дву.хкоординатного следя-
щего управления при гидроприводе
и масло поступает в верхнюю полость цилиндра 6, а из нижней полости
цилиндра 6 масло вытесняется по трубопроводу 5. Давление, возникаю-
щее в трубопроводах 5 и 8, действует на золотник регулятора 12, кото-
рый, опускаясь вниз, закрывает щель 14 и прекращает продольную подачу.
При обработке наклонных участков профиля давление, возникающее
в трубопроводах 5 и 8, действуя на золотник регулятора скорости 12,
изменяет сечение щели 14, а соответственно и скорость продольной подачи.
В данном случае золотник работает как дроссель.
Использование следящих систем управления с копирами для позици-
онных перемещений значительно расширяет возможности автомати-
зации обработки в условиях мелкосерийного производства. Эффективность
автоматизации обусловливается тем, что как настройка инструмента, так
и настройка станка занимают сравнительно немного времени, а затраты
на проектирование и изготовление копиров также не очень велики. При
обработке единичных партий деталей при соответствующей конструкции
копировального устройства в качестве копира могут быть использованы
образцовые детали.
Уменьшение затрат времени на настройку и подналадку и возможность
использования высоких режимов резания приводят к тому, что гидрокопи-
ровальные полуавтоматы вытесняют многорезцовые полуавтоматы также
из крупносерийного производства.
483
ГЛАВА III СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
В станках-автоматах каждый подвижной элемент ра-
бочих органов, совершающий в процессе осуществле-
ния автоматического цикла однокоординатное перемещение, должен
получать движение от своего привода.
Приводы подвижных элементов основных рабочих органов должны
обеспечивать возможность выполнения как медленных рабочих, так и
быстрых холостых ходов и изменения направления движения, а в ряде
случаев также изменения скорости рабочего хода; приводы подвижных
элементов вспомогательных рабочих органов — только изменения направ-
ления движения.
Как указывалось выше (стр. 58), для перемещения подвижных эле-
ментов рабочих органов станков-автоматов могут быть использованы
как циклически работающие, так и управляемые приводы.
При циклически работающих приводах необходимые изменения в ха-
рактере движения подвижного элемента происходят либо вследствие
присущих данному приводу законов движения (кривошипно-шатунный,
кулисный приводы, привод с мальтийским крестом), либо, при кулачко-
вом приводе, благодаря приданию соответствующего профиля кулачку.
Циклически работающие приводы, за исключением кулачковых,
позволяют осуществить только простейшие автоматические циклы движе-
ний. Так, центральный кривошипно-шатунный механизм обеспечивает
только изменение направления движения при одинаковой скорости пря-
мого и обратного ходов, кулисный привод позволяет также получить и
более высокую скорость обратного хода (см. стр. 283), приводы с маль-
тийским крестом могут быть использованы только для периодического
поворота. Кулачковый привод может быть применен для однокоординат-
ных перемещений при любой сложности автоматического цикла, что обес-
печивается приданием соответствующей формы кулачку.
Циклически работающие приводы совмещают в себе как функции
привода, так и функции системы управления.
Управляемые приводы имеют схему и конструкцию, которые обеспе-
чивают возможность изменения скорости и направления движения рабо-
чего органа, а также его остановку. Однако необходимые изменения
в характере движения подвижного элемента происходят только при
поступлении соответствующего сигнала, который является сигналом
управления. Таким образом, управляемые приводы могут функциони-
ровать только при наличии системы управления, вырабатывающей си-
гналы управления.
В качестве управляемых приводов могут быть использованы электро-
приводы, механические, гидравлические и пневматические приводы,
а также комбинированные приводы, например электромеханические,
пневмогидравлические и др.
В электроприводах сигналы управления воздействуют на электро-
аппаратуру управления электродвигателем, в результате чего происходит
соответствующее изменение скорости или направления вращения элек-
тродвигателя.
В механических приводах необходимые изменения скорости и на-
правления движения достигаются путем переключения кинематических
цепей, которое производится с помощью механизмов автоматического
переключения со вспомогательными приводами (см. гл. II, раздел второй),
срабатывающих при поступлении сигнала управления.
При гидро- и пневмоприводах сигналы управления воздействуют
на аппаратуру переключения потоков масла или сжатого воздуха.
484
При комбинированных приводах сигналы управления воздействуют
на различные звенья привода, входящие в его состав. Например, при
электромеханическом приводе сигналы управления воздействуют и на
электропривод, и на механизмы переключения кинематических цепей.
Следует заметить, что циклически работающие приводы могут быть
вместе с тем и управляемыми. В процессе управления обычно осуще-
ствляется изменение скорости циклически работающего привода, напри-
мер увеличение скорости в процессе выполнения быстрых холостых ходов.
Сигналы управления, вырабатываемые системой автоматического
управления, могут быть подразделены на две группы.
Сигналы первой группы подаются в процессе нормаль-
ного хода автоматического цикла и обеспечивают:
1)	выполнение перемещений всех подвижных органов в заданной
последовательности, в заданном направлении, с установленной скоростью
рабочих или холостых ходов и в пределах заданной длины хода;
2)	перемещение режущего инструмента и обрабатываемой детали
друг относительно друга по заданной траектории в случае использо-
вания методов профилирования по копиру со следящей системой управле-
ния или вычислительных устройств для осуществления функционально
связанных перемещений (при использовании методов геометрического
или кинематического профилирования относительное перемещение по
заданной траектории осуществляется без участия системы автоматического
управления);
3)	изменение скорости главного рабочего движения и движения подачи
при переходе от одного этапа цикла к другому в тех случаях, когда авто-
матический цикл работы предусматривает такое изменение;
4)	выполнение переходов, протекающих при отсутствии относитель-
ного перемещения циклически работающих органов, например при за-
чистке поверхностей, обтачиваемых фасонными резцами, при выхаживании
в процессе шлифования и т. п.
Сигналы второй группы подаются при нарушении нор-
мального хода автоматического цикла и обеспечивают:
1) защиту и блокировку путем выключения станка и подачи предупре-
дительного сигнала в случае поломки или затупления инструмента,
перегрузки станка, выхода размеров заготовки за пределы допуска;
2) автоматическую подналадку при выходе из пределов допуска
размеров обрабатываемой поверхности как вследствие износа режущего
инструмента, так и упругих деформаций системы СПИД и других причин.
Состав сигналов, вырабатываемых системой автоматического управле-
ния конкретного станка-автомата, зависит от характера выполняемого
технологического процесса и функций, возлагаемых на систему автомати-
ческого управления данного станка-автомата. Выработка сигналов второй
группы возлагается на систему автоматического управления лишь в от-
дельных случаях. Выработка сигналов, указанных в пунктах 3 и 4, опре-
деляется характером выполняемого технологического процесса. Необхо-
димость выработки сигналов, указанных в пункте 2, обусловливается
структурой системы автоматического управления. Обязательной функцией
системы автоматического управления является выработка сигналов пер-
вой группы, указанных в пункте 1.
Сигналы первой группы должны вырабатываться в момент перехода
от одного этапа цикла к другому. Очередной этап цикла, как правило,
заканчивается при заданном взаимном расположении подвижных элементов
рабочих органов станка-автомата. Отдельные этапы цикла некоторых
станков-автоматов могут заканчиваться при других условиях, определя-
ющих окончание соответствующего перехода, выполняемого на данном
485
этапе цикла. К наиболее характерным условиям, определяющим оконча-
ние очередного этапа цикла вне зависимости от взаимного расположения
циклически работающих органов, относятся:
1) получение заданных размеров обрабатываемой поверхности;
2) истечение заданного промежутка времени, например при зачистке
поверхности, обрабатываемой фасонным резцом, при выхаживании шли-
фовальным кругом в процессе шлифования.
В качестве примеров других условий, определяющих окончание
очередного этапа цикла вне зависимости от взаимного расположения
циклически работающих рабочих органов, укажем на достижение задан-
ного веса на автоматах для подгонки по весу, на устранение дисбаланса
на балансировочных автоматах и т. п.
Для подачи сигналов управления в надлежащий момент система
автоматического управления должна хранить информацию об условиях
окончания соответствующего этапа цикла:
1)	заданном взаимном расположении подвижных элементов рабочих
органов в момент окончания очередного этапа цикла;
2)	заданных размерах обрабатываемой поверхности;
3)	заданном промежутке времени, в течение которого должен быть
выполнен соответствующий переход;
4)	некоторых других условиях, определяющих окончание соответ-
ствующего этапа цикла.
Для перехода к следующему этапу цикла система автоматического
управления должна также хранить информацию о том, какие подвижные
элементы рабочих органов, в каком направлении и с какой скоростью
должны двигаться при осуществлении этого этапа цикла.
Если в процессе осуществления автоматического цикла производится
автоматическое изменение скорости главного рабочего движения, то
система автоматического управления должна получать информацию
о скорости главного рабочего движения на различных этапах цикла.
При использовании системы автоматического управления для осу-
ществления функционально связанных перемещений подвижных элемен-
тов необходима также информация, обеспечивающая поддержание требу-
ющейся функциональной связи.
Вся та информация, которая должна быть заранее сообщена системе
автоматического управления, называется задающей инфор-
мацией.
Задающая информация должна быть тем или иным способом зафиксирова-
на. Зафиксированная информация называется программой работы стан-
ка, а материальный носитель информации — программоносителем.
Сигнал управления должен быть подан в тот момент, когда условия окон-
чания очередного этапа цикла, зафиксированные в программе, будут выпол-
нены.
В зависимости от методов фиксации задающей информации момент
окончания очередного этапа цикла, а соответственно и момент подачи
сигнала управления определяется либо только на основе задающей инфор-
мации, либо на основе совместного использования задающей информа-
ции и информации, возникающей в результате выполнения условий окон-
чания очередного этапа цикла. Информация о выполнении условий окон-
чания очередного этапа цикла может быть названа информацией
обратной связи.
Информация обратной связи вырабатывается с помощью датчи-
ков обратной связи.
Системы автоматического управления с управляемыми приводами
в большинстве случаев имеют в своем составе датчики обратной связи.
486
Системы автоматического управления с циклически работающими при*
водами обычно не имеют в своем составе датчиков обратной связи.
В системах автоматического управления станками основную роль
играет информация о взаимном расположении подвижных элементов ра-
бочих органов в момент окончания очередного этапа цикла, так как
только при правильном их взаимном расположении может быть обеспе-
чена необходимая точность размеров, получаемых в процессе обработки,
и возможность нормального взаимодействия рабочих органов при выпол-
нении следующего этапа цикла.
В программе может быть зафиксирована либо информация о поло-
жении подвижных элементов рабочих органов относительно осей коор-
динат станка к моменту окончания очередного этапа цикла, определя-
ющая соответственно и их взаимное расположение, либо информация
о величине их перемещения к этому же моменту, также определяющая
их взаимное расположение.
Если сигналы управления подаются при заданном положении подвиж-
ных элементов, то можно сказать, что система управления вырабатывает
сигналы управления вфункции положения. Если сигнал управ-
ления подается в функции положения, в момент прихода подвижного
элемента в заданное положение должен возникнуть сигнал обратной связи,
поступающий в систему управления. Как уже указывалось выше (см.
стр. 59), подобный сигнал может быть получен с помощью переключа-
ющих, сигнальных и жестких упоров.
Так как в отличие от других методов подачи сигналов точность поло-
жения подвижного элемента при срабатывании очередного ограничителя
хода не зависит от ошибок, возникших при срабатывании ограничителей
на предыдущих этапах цикла, то при подаче сигналов в функции положе-
ния ошибка в положении, возникшая по тем или иным причинам на одном
из этапов цикла, не вызывает отклонений в положении на всех остальных
этапах цикла. Таким образом, при подаче сигналов в функции положения
исключается накопление ошибок, которое с течением времени может
привести к нарушению нормального хода цикла.
Если сигналы управления подаются по окончании перемещения
подвижного элемента на заданную величину, то можно сказать, что
система управления вырабатывает сигналы управления в функции
перемещения. За начало отсчета при всяком последующем пере-
мещении принимается то положение, которое занимал подвижной эле-
мент по окончании предыдущего перемещения, вследствие чего ошибки
на одном из перемещений сказываются на положении подвижного элемента
на всех остальных этапах цикла, что при повторении ошибок может с тече-
нием времени привести к нарушению нормального хода автоматического
цикла.
Системы управления, подающие сигналы управления в функции
перемещения, могут функционировать только при их очень высокой
надежности, исключающей возможность появления и накопления ошибок.
Повышения надежности системы управления с подачей сигналов
в функции перемещения можно достигнуть, заменив рассмотренный
метод задания перемещений от плавающего начала координат методом
задания перемещений от постоянного начала координат. Дальнейшего
повышения надежности можно добиться, используя при установке подвиж-
ного элемента в положение, соответствующее началу координат, сигнал,
подаваемый в функции положения.
Системы управления, вырабатывающие сигналы управления в функции
перемещения, могут быть построены как на основе использования сигна-
лов обратной связи, так и без их использования.
487
При использовании системы обратной связи информация о величине
фактического перемещения рабочего органа вырабатывается с помощью
датчиков, непрерывно измеряющих величину перемещения, имеющих ту
или иную конструкцию. Информация, вырабатываемая датчиками пере-
мещения, поступает в систему управления, где она сравнивается с зада-
ющей информацией. При совпадении фактической и заданной величин
перемещения система управления вырабатывает сигналы управления,
предусмотренные для соответствующего этапа цикла.
Информация о величине перемещения, выполняемого с определенной
скоростью, может быть заменена информацией о промежутке времени,
необходимого для выполнения этого перемещения и определяемого исходя
из заданной величины перемещения и скорости. В этом случае сигналы
подаются в функции времени.
Система управления, вырабатывающая сигналы управления в функции
времени, не позволяет воспользоваться информацией обратной связи,
так как сигналы вырабатываются по истечении заданного промежутка
времени независимо от положения подвижных элементов. Возможные
отклонения в скорости перемещения и в выдержке времени приводят
к отклонению в величине перемещений со всеми вытекающими отсюда
последствиями. Поэтому подача сигналов в функции времени находит
ограниченное применение в системах управления станками-автоматами—
преимущественно в комбинации с дополнительными жесткими ограничи-
телями ходов.
Если система автоматического управления имеет в своем составе при-
боры для автоматического контроля тех или иных размеров обрабатывае-
мой поверхности, то соответствующие сигналы управления подаются
в функции получаемых размеров. Приборы автоматиче-
ского контроля контролируют в течение всего периода обработки изменя-
ющиеся размеры обрабатываемой поверхности и по получении заданного
значения подают сигналы, поступающие в систему управления, которая
при этом вырабатывает сигналы управления, предусмотренные программой
для следующего этапа цикла.
Функции контроля нормального хода процесса система автомати-
ческого управления осуществляет с помощью соответствующих датчиков,
конструкция и принцип действия которых зависят от их назначения.
Циклически работающие защитно-блокировочные устройства [90]
в большинстве случаев применяются на многопозиционных станках.
Они исключают возможность обработки в последующей позиции детали,
не прошедшей обработки на предыдущей позиции. Например, в предыду-
щей позиции производится сверление группы отверстий малого диаметра,
а в последующей — их развертывание. При малом диаметре вероятность
поломки сверл возрастает. В случае поломки одного из сверл на позицию
развертывания попадает деталь, не имеющая отверстия, что может при-
вести к поломке станка. Для защиты станка от поломки между двумя ука-
занными позициями вводится контрольная позиция. В этой позиции
имеется подвижной рабочий орган, несущий контрольный калибр, пред-
ставляющий собой в рассматриваемом случае группу штифтов, соосных
с обрабатываемыми отверстиями. В процессе перемещения рабочего органа
контрольной позиции штифты вводятся в отверстия. В случае отсутствия
одного из отверстий перемещение калибра вместе с рабочим органом
становится невозможным и калибр, расположенный на подвижных салаз-
ках, сдвигается относительно рабочего органа, что вызывает появление
соответствующего сигнала.
Автоматическая подналадка производится в случае появления откло-
нений в размерах обрабатываемых деталей либо путем изменения положе-
488
ния режущего инструмента относительно рабочего органа, либо путем
замены инструмента. Изменение положения режущего инструмента про-
изводится с помощью специального управляемого привода, а замена —
с помощью автооператоров или многопозиционных инструментодержате-
лей, также имеющих управляемые приводы. Автоматическая подналадка
или замена режущего инструмента происходит периодически; система
управления этими процессами автономна.
Система автоматического управления станком-автоматом или авто-
матической линией складывается из ряда систем управления однокоорди-
натными перемещениями подвижных элементов рабочих органов и системы
управления, синхронизирующей их работу.
Синхронизация работы однокоординатных систем управления осуще-
ствляется либо системой управления общим автома-
тическим циклом, либо системами группового управ-
ления, работа которых, в свою очередь, синхронизируется системой
управления общим автоматическим циклом.
Системы группового управления, а также системы управления одно-
координатными циклами, работающие на основе местной программы,
являются системами местного самоуправления.
Системы управления однокоординатными циклами целесообразно клас-
сифицировать в зависимости от формы задания в программе и определения
фактического положения подвижного элемента, так как эти факторы
наиболее полно характеризуют основные особенности системы.
Системы управления общим автоматическим циклом и системы груп-
пового самоуправления целесообразно классифицировать в зависимости
от методов синхронизации работы систем управления однокоординатными
циклами.
6.	УПРАВЛЕНИЕ ОДНОКООРДИНАТНЫМИ ЦИКЛАМИ
Для управления однокоординатными циклами могут быть использо-
ваны следующие системы:
1)	путевое управление;
2)	путевое управление с активным контролем;
3)	следящая система управления для позиционных перемещений;
4)	управление с кулачковыми механизмами;
5)	управление в функции времени;
8)	цифровое программное управление.
Рассмотрим принципы работы различных систем, за исключением
следящей системы управления для позиционных перемещений, которая
была рассмотрена выше (см. стр. 480).
Путевое управление
Путевое и программно-путевое управление. Подвижной рабочий орган 4
(рис. III.36) получает движение от управляемого привода 3. В качестве
управляемого привода может быть использован механический привод
с переключаемыми кинематическими цепями, механический привод с одним
или несколькими независимыми электродвигателями, механический при-
вод с гидродвигателем вращательного движения и поршневые приводы
[131, 132].
Необходимые переключения осуществляются с помощью механизмов
автоматического переключения (МАП) 2 при поступлении сигналов от
блока управления 14 по каналу 1. При путевом управлении подача
сигналов производится в функции положения рабочего
489
органа. Информация о положении рабочего органа вырабатывается
с помощью блока упоров 6 (см. стр. 466), относительно которого переме-
щается блок датчиков сигналов 5, которые вырабатывают сигнал при воз-
действии упоров 7. Положение рабочего органа в момент подачи сигнала
определяется предварительной настройкой положения соответствующего
упора. Вместо блока упоров в ряде случаев применяются также поворот-
ные многопозиционные валики (см. рис. III.24, в) и барабаны с упорами,
автоматически поворачивающимися по окончании каждого очередного
этапа цикла.
Упоры могут быть также расположены на барабане 15, кинематически
связанном с приводом рабочего органа или непосредственно с рабочим
органом и вращающемся синхронно с перемещением последнего. При
Рис. III.36. Блок-схема путевого управления
перемещении рабочего
органа в пределах макси-
мальной возможной вели-
чины хода барабан должен
поворачиваться на угол,
не превышающий 360°.
Сигналы, вырабатывае-
мые датчиками, поступают
по каналу 8 к блоку упра-
вления (БУ) 14. При по-
ступлении очередного сиг-
нала положения блок
управления вырабатывает
сигналы управления, необ-
ходимые для выполнения
следующего этапа цикла.
Сигналами управления
определяется направление
и характер движения рабочего органа, т. е. включение быстрого или
рабочего хода, и величина скорости рабочего хода, а в ряде случаев так-
же и скорость главного рабочего движения.
Сигналы управления, определяющие направление и характер дви-
жения (рабочий ход, быстрый ход) рабочего органа, будем называть
цикловыми командами, а сигналы управления, определяющие
скорость рабочего хода и скорость главного рабочего движения, — тех-
нологическими командами.
Характер сигналов управления, подаваемых при данном положении
рабочего органа, определяется либо постоянной информацией, зафикси-
рованной при построении схем блока управления, либо сменной инфор-
мацией программы 9.
При простой структуре однокоординатных циклов, например при
циклах «быстро вперед — рабочая подача — быстро назад», при скачко-
образных и маятниковых циклах сменная программа не является необхо-
димой. Характер сигнала управления, возникающего при подаче очеред-
ного сигнала положения, зависит от того, на какой дорожке блока распо-
ложен упор, воздействующий на датчик. Например, упоры, расположенные
на первой дорожке, воздействуют на датчик, вызывающий появление сиг-
нала выключения быстрого хода вперед и включения рабочей подачи;
упоры, расположенные на второй дорожке, воздействуют на датчик,
вызывающий появление сигнала выключения рабочего хода и вклю-
чения быстрого хода вперед и т. д. Таким образом, программа ци-
кловых команд задается размещением упоров на соответствующих дорож-
ках блока.
490
Рассматриваемый вариант системы управления с постоянно зафикси-
рованными командами для каждого датчика будем называть систе-
мой путевого управления.
При сложной структуре однокоординатных циклов, например при
повторяющихся циклах с переменной длиной хода, сменная программа
цикловых и технологических команд становится необходимой.
При сменной программе комбинация сигналов управления, вызываемая
срабатыванием любого датчика, может быть предварительно настроена,
что позволяет осуществить любую последовательность движений рабочего
органа, необходимую для выполнения осуществляемой технологической
операции.
Фиксация программы может быть произведена различным путем.
Один из вариантов фиксации программы путем расстановки на периоди-
чески поворачивающемся барабане—командоаппарате упоров (рис. III. 14)
рассмотрен выше. Для периодического поворота командоаппарата могут
быть использованы механизмы, описанные в гл. VII первого раздела.
В момент окончания очередного этапа цикла механизм поворота получает
от системы управления команду на включение. Команда на выключение
подается командоаппаратом после поворота его на заданный угол.
Для фиксации программы широко используются различного рода ком-
мутаторы: штеккерные, кнопочные с двух- и многопозиционными пере-
ключателями. Принципы работы таких коммутаторов рассматриваются
ниже (см. стр. 520 и 524). Следует заметить, что коммутаторы конструк-
тивно проще и настройка их менее трудоемка, чем настройка командо-
аппаратов.
Информация о составе цикловых и технологических команд для оче-
редного этапа цикла, зафиксированная в той или иной форме в программе 9,
вводится в блок управления по каналу 11 при поступлении очередного
сигнала положения. При этом команда на ввод информации подается
блоком управления по каналу 10.
Рассматриваемые системы путевого управления с многократным
ограничением положения рабочего органа и сменной программой цикло-
вых и технологических команд будем называть, как это указывалось
ранее (см. стр. 59), системой программно-путевого
управления.
Связь системы местного путевого управления с общей системой управ-
ления осуществляется по каналам 12 и 13.
Методы, которые могут быть использованы для передачи сигналов
управления и положения, зависят от структуры привода, схемы и кон-
струкции механизмов переключения и структуры цикла. При простой
структуре цикла сигналы положения, подаваемые путевыми упорами,
непосредственно используются в качестве сигналов управления.
Путевые упоры, сообщающие информацию о положении рабочего ор-
гана, могут быть, как указывалось выше, жесткими, переключающими
и сигнальными.
Необходимым условием использования жестких упоров в системе
автоматического управления является применение привода соответству-
ющей конструкции. В механическом приводе должна быть установлена
самоуправляющаяся муфта (см. стр. 218), которая выключается при воз-
растании усилия в момент контакта жесткого упора с подвижным рабочим
органом. Жесткие упоры могут применяться при поршневых приводах
обычной конструкции. В момент контакта упора с подвижным рабо-
чим органом рабочее давление повышается до максимальной величины,
определяемой системой привода, и рабочий орган остается прижатым
к упору. При гидравлических приводах величина давления определяется
491
настройкой предохранительного или переливного клапана, при пневмати-
ческих — давлением в воздушной сети.
Однако при рассмотренных формах использования жесткого упора
остановка рабочего органа не вызывает появления сигнала положения
и возобновление работы привода возможно только при поступлении внеш-
него сигнала, который в этом случае подается в функции времени. Такая
схема управления применяется сравнительно редко и преимущественно для
вспомогательных рабочих органов.
Для выработки сигналов обратной связи при использовании жестких
упоров датчики обратной связи приходится связывать с приводом. При
механических приводах подвижные элементы самовыключающейся
муфты воздействуют на путевые выключатели, которые и подают сигнал
положения. В момент контакта упора 2 (рис. III.37, а) подвижного рабо-
чего органа 1 с жестким упором 3 самовыключающаяся муфта 4 переме-
Рис. III.37. Схемы путевого управления
с жестким упором
щается вправо. В конце процесса
выключения наконечник штанги 6
нажимает на путевой выключа-
тель 5.
При гидравлическом приводе
(рис. II 1.37, б) сигнал положения
подается с помощью реле давле-
ния 1 (см. стр. 367).
При повторяющихся однокоор-
динатных циклах с переменной
длиной хода применение жестких
упоров становится затруднитель-
ным, так как жесткий упор исклю-
чает возможность дальнейшего
продвижения рабочего органа. Эта задача может быть решена при ис-
пользовании подвижных жестких упоров. После очередной остановки
рабочего органа жесткий упор при помощи специального привода с соот-
ветствующей системой управления перемешается в новую позицию. В це-
лом такое решение является достаточно сложным и применяется только
в некоторых системах цифрового программного управления.
Жесткие упоры при соответствующем конструктивном оформлении
механизмов выключения могут обеспечивать высокую точность остановки
рабочего органа в заданном положении, которая для лучших конструкций
находится в пределах 0,01—0,02 мм.
Переключающие упоры воздействуют на механизмы переключения либо
непосредственно, либо через механическую передачу и осуществляют пере-
мещение подвижных элементов механизмов переключения, благодаря
чему из схемы управления исключаются блок и каналы управления.
Переключающие упоры используются для перемещения подвижных
элементов механизмов переключения кинематических цепей и золотни-
ков гидравлических и пневматических приводов. При переключении
необходимо выключить одну кинематическую цепь и включить другую.
На схеме, изображенной на рис. III.38, а, одна кинематическая цепь вклю-
чается при включении шестерни /, а другая — при включении шестерни 11.
Переключение осуществляется с помощью рычага 10, воздействующего
на кулачковую муфту. Если бы упоры 4 и 7 подвижного рабочего органа 8
непосредственно действовали на конец рычага 10, то в процессе переключе-
ния рычаг 10 занял бы такое положение, при котором обе шестерни 1 и 11
оказались выключенными. В этот момент прекратились бы движение рабо-
чего органа и процесс переключения, и включение второй кинематической
цепи оказалось бы невозможным. Включение второй кинематической цепи
492
осуществляется с помощью дополнительного механизма, срабатывающего
под действием пружины 3. Упоры 4 и 7 поворачивают сектор 5, который
с помощью штифтов 12 и 9 передает движение рычагу 10. Между штифтами
и рычагом имеется зазор. Рассмотрим процесс переключения. При воздей-
ствии упора 7 на выступ 6 сектора 5 остроугольный выступ сектора нажи-
мает на ролик рычага 2. Рычаг 2 поворачивается, а пружина 3 сжимается.
Повернувшись на некоторый угол, сектор 5 увлекает штифтом 12 рычаг 10
и кулачковая муфта начинает перемещаться. Раньше чем муфта выйдет
из зацепления с шестерней 1, вершина остроконечного выступа отожмет
рычаг 2 в крайнее левое положение, и при дальнейшем повороте сектора 5
ролик рычага 2 под действием пру-
жины 3 будет давить на верхний скос
остроконечного выступа. Дальней-
ший процесс поворота сектора 5, а
следовательно, и процесс выключе-
ния шестерни 1 и включения шестер-
ни 11 будут протекать под действием
пружины 3. Таким образом, процесс
переключения не прекращается.
Процесс выключения шестерни 11
и включения шестерни 1 протекает
аналогично. Благодаря зазору между
штифтами 9, 12 и рычагом 10 рычаг 2
займет под действием остроконечного
выступа сектора 5 крайнее нижнее
положение раньше, чем закончится
процесс выключения шестерни 11, и
дальнейший процесс переключения
будет протекать вследствие давления
ролика на нижний скос остроконеч-
ного выступа.
Следует заметить, что даже в том
случае, когда переключающий упор
производит только выключение одной
из кинематических цепей, наличие
Рис. Ш.38. Схемы управления с пере-
ключающим упором
пружинного механизма является желательным, так как при отсутствии
такого механизма-муфты по окончании процесса выключения трутся своими
торцами, что приводит к повышенному износу и снижению точности оста-
новки.
При гидравлических и пневматических приводах (рис. III.38, б)
аналогичный механизм используется для переключения главного золот-
ника 5. В случае отсутствия пружинного механизма золотник в процессе
переключения занимает такое положение, при котором масло не поступает
ни в правую, ни в левую полость цилиндра, и процесс.движения рабочего
органа, а следовательно, и процесс переключения прекращается.
Сектор 1 может' быть жестко связан с рычагом 2, но при этом между
роликом 3 и стенками паза муфты 4 должен быть соответствующий зазор.
Аналогичный вариант решения может быть использован и в предыдущем
случае.
В рассмотренных схемах упоры могут быть использованы для пере-
ключения только в крайних положениях рабочего органа, так как даль-
нейшему движению препятствует рычаг. Если упор производит переклю-
чения при промежуточных положениях рабочего органа, то применяется
схема, представленная на рис. III.38, в. Рычаг 2 выполнен двуплечим.
Штифт 4, запрессованный в рычаг, выступает вправо, штифт 5 — влево.
493
Упоры 1 и 3 расположены в разных плоскостях, так что упор 1 действует
на штифт 5, а упор 3 — на штифт 4. Произведя соответствующее переключе-
ние, упор продолжает двигаться в том же направлении.
Если по характеру цикла механизм не должен срабатывать при обрат-
ном движении упора, то применяются откидные упоры (рис. III.38, г).
Откидной упор 3 может поворачиваться вокруг оси, закрепленной в осно-
вании 1. При движении упора вперед его поворот ограничивается штиф-
том 2 и упор, нажимая на рычаг, производит необходимое переключение.
При движении рабочего органа назад упор 3 откидывается. Для возврата
откидного упора в исходное положение может быть использована пружина.
Сигнальные упоры воздействуют на датчики сигналов. В качестве
датчиков сигналов могут быть использованы различные электрические,
гидравлические, пневматические, оптические приборы и аппараты.
Рис. III.39. Конечные выключатели
/У
/У
/6
В качестве гидравлических и пневматических датчиков используются
переключаемые упорами золотники, краны, клапаны, направляющие
поток масла или сжатого воздуха к вспомогательным гидравлическим или
пневматическим приводам механизмов переключения. Конструкция таких
аппаратов и схемы их включения в цепи управления рассмотрены в гл. VI
второго раздела.
При данном варианте схемы переключения остановка рабочего органа
в процессе переключения не возникает, вследствие чего отпадает необхо-
димость в описанных выше механизмах для перевода переключаемого
звена через нейтральное положение.
Применение гидравлических и пневматических датчиков позволяет
осуществить дистанционное управление, чем обеспечивается независимость
в выборе места размещения приводов и органов управления. Однако при
сложной структуре цикла и наличии нескольких датчиков появляется
разветвленная сеть трубопроводов.
В случае использования гидравлических и пневматических датчиков
блоки управления представляют собой систему гидравлических или
пневматических аппаратов.
Наиболее гибкими являются схемы с электрическими датчиками сигна-
лов. Электрические датчики обеспечивают возможность дистанционного
управления при любом взаимном размещении приводов и органов автома-
тического управления. Электрические сигналы могут быть использованы
для воздействия на любые виды вспомогательных приводов механизмов
переключения: на электромагнитные муфты, на тяговые электромагниты
494
кулачковых и фрикционных муфт, гидравлических и пневматических
золотников. Однократный электрический сигнал легко может быть преоб-
разован в группу сигналов, необходимых для осуществления переключе-
ний, предусмотренных программой для соответствующего этапа цикла.
В качестве электрических датчиков наиболее широко используются
путевые (конечные) выключатели различного типа (рис. III.39, 40 и 41) [3].
Упоры описанной выше конструкции могут действовать на выклю-
чатели либо непосредственно, либо через промежуточную передачу.
Рис. III.40. Схема размещения путевых переключателей
Путевой выключатель мгновенного действия (рис. III.39) имеет две
пары контактов 2 и 6, которые замыкаются поочередно. Переключение,
т. е. замыкание либо одной, либо другой пары контактов, производится
поворотом рычажка 1, в верхней части которого расположены контактные
планки 3 и 5, связанные с рычажком через пружину. При одном положении
рычажка 1 планка 5 замыкает друг с другом два контакта 6, при другом —
планка 3 замыкает контакты 2.
Микропереключатели
Переключение происходит при воздействии упора на ролик 14 по-
водка 4. Упор, наезжая на ролик, поворачивает поводок 4. На одной оси
с поводком 4 сидит стержень 7, в отверстии которого расположен шарик 9,
нажимающий под действием пружины 8 на планку 11. При повороте
стержня 7 вместе с поводком 4 шарик 9, нажимая либо на один, либо на
другой конец планки 11, поворачивает ее либо в одну, либо в другую сто-
рону. На одной оси 10 с планкой 11 сидит рычажок 1, который, поворачи-
ваясь вместе с планкой, замыкает либо одну, либо другую пару кон-
тактов.
Рассмотрим процесс переключения. В положении, показанном на ри-
сунке, шарик 9 нажимает на левый конец планки 11. Поворот планки под
действием пружины 8 ограничен Г-образным выступом собачки 13, которая
прижата к планке 11 пружиной 16. При переключении стержень 7
495
поворачивается против часовой стрелки. Когда при повороте стержень 7
перейдет через среднее положение, то шарик 9 будет стремиться повернуть
планку И по часовой стрелке. Но планка будет удерживаться от поворота
нижней поверхностью Г-образного выступа собачки 13. При дальнейшем
повороте стержень 7 отведет собачку 13 и планка 11 мгновенно повернется
под действием пружины 8, прижимающей шарик 9 к планке 11. Поворот
планки 11 ограничивается при этом Г-образным выступом собачки 12.
Аналогично происходит переключение при повороте стержня 7 в обрат-
ном направлении.
Если в выключателе установлена пружина 15, то после отхода упора
от ролика выключатель под действием пружины возвращается в исходное
положение. Такой вариант исполнения выключателя называется вариан-
том с самовозвратом. В этом случае одна пара контактов выключателя
является нормально закрытой, а вторая — нормально открытой.
При отсутствии пружины 15 выключатель после отхода упора остается
в том положении, в которое его установил упор. Для перевода его в исход-
ное положение необходимо новое внешнее воздействие. Выключатели
без самовозврата выпускаются с двуплечими рычагами 4. Упор, воздей-
ствующий на одно плечо, переключает выключатель; упор, воздействующий
на другое плечо, возвращает его в исходное положение.
При первом варианте исполнения фиксация поданной команды —
«запоминание» осуществляется электросхемой, подобной приведенной на
рис. Ш.З, в, в которой место кнопки КП занимают контакты путевого
выключателя.
При втором варианте исполнения поданную команду «запоминает»
сам выключатель, оставаясь в положении, которое он принял при воздей-
ствии упора. В большинстве случаев при такой схеме управления возни-
кают трудности при переходе от одного этапа цикла к другому.
В отдельных случаях вариант выключателя без самовозврата может
быть использован для непосредственного замыкания цепей питания аппа-
ратов небольшой мощности, например тяговых электромагнитов.
При путевом управлении путевые выключатели, подающие различ-
ные команды, располагаются в одной плоскости (рис. 111.40). При движе-
нии подвижного элемента в направлении стрелки упор 5, нажимая на
выключатель 2, подает команду для перехода с быстрого хода на рабо-
чий; упор 6, нажимая на выключатель 1, подает команду для быстрого
обратного хода, а упор 4, нажимая на выключатель 3, подает команду
для остановки.
Упор 5 в процессе своего движения проходит также мимо выключа-
телей 1 и 3, которые не должны при этом срабатывать. Для обеспечения
возможности свободного прохода упора мимо выключателей, не управля-
емых данным упором, ролик рычага выключателя может занимать на
рычаге одно из трех положений, в которых ролики обозначены цифрами 7,
8, 9. Так, ролик 7 выключателя 1 располагается слева от рычага, ролик 8
выключателя 2 — в пазу вилки рычага, а ролик 9 выключателя 3 — справа
от рычага. Соответственно упоры 4, 5 и 6 располагаются на разном рас-
стоянии от плоскости крепления.
При обратном движении подвижного элемента упор 5 вновь воздей-
ствует на выключатель 2, однако это воздействие не должно вызывать
появления какой-либо команды. Появление команды может быть исклю-
чено либо за счет соответствующего построения схемы управления, либо
благодаря применению откидного упора (рис. II 1.38, г) или поворотного
ролика 10 (рис. 111.40). Срезанный откидной ролик 10 под действием шен-
кельной пружины поворачивается по направлению часовой стрелки до
ограничителя. При движении упора 11 по направлению стрелки А выклю-
496
чатель срабатывает как обычно. При движении упора в обратном направ-
лении (по направлению стрелки Б) упор нажимает на срезанную часть
ролика и поворачивает его на оси против часовой стрелки, а рычаг выклю-
чателя остается неподвижным.
Отклонение положения подвижного элемента рабочего органа в момент
срабатывания выключателей данного типа может достигать ±0,3 мм при
скорости менее 20 мм!мин [3].
Весьма широко применяются в станках-автоматах микропереключа-
тели (рис. III.41), которые отличаются малыми габаритами. В свободном
состоянии контактный мостик 3 замыкает нормально закрытые контакты 1
и 6, при нажиме упора на кнопку 4 мостик изгибается в противоположном
направлении и замыкает контакты 2 и 5. Возврат кнопки производится
пружиной. В описанном виде микропереключатель может работать только
с упором, перемещающимся в направлении оси кнопки. При работе с про-
ходными упорами применяются многочисленные модификации микровы-
ключателей с рычажными передачами к толкателю. Одна из таких модифи-
каций с рычагом 7 представлена на рис. III.41.
При данном варианте конструкции рычаг 7, поворачиваясь под воздей-
ствием шенкельной пружины, утапливает кнопку, а при нажиме упора на
ролик рычага кнопка освобождается. Данный конструктивный вариант
исключает возможность нажима на кнопку с усилием, превышающим до-
пустимое.
Отклонение положения рабочего органа в момент срабатывания микро-
переключателя зависит от его конструктивного оформления: при скорости
менее 20 мм!мин и непосредственном воздействии упора на кнопку откло-
нение составляет ±0,05 мм; при воздействии упора на промежуточный
толкатель, встроенный в переключатель, оно составляет ±0,1 мм, а при
наличии рычажной передачи ±0,2 мм [3].
В настоящее время в станках начинают применять бесконтактные
электрические датчики сигналов положения [37]. В корпусе 8 датчика
(рис. III.41) размещается чувствительный элемент и полупроводниковая
аппаратура, служащая для преобразования сигнала. При вводе в щель
датчика пластины 9, перемещающейся вместе с рабочим органом, датчик
вырабатывает электрический сигнал.
Бесконтактные датчики более совершенны, так как они не подвер-
гаются износу и их работа не нарушается при запыленности помещения.
Отклонение в положении рабочего органа в момент срабатывания
зависит от типа бесконтактного выключателя; так, для серийных выклю-
чателей БСП-11, БВК-24 отклонение находится в пределах 0,5—1 мм. При
использовании переключателей повышенной точности при соответству-
ющих условиях отклонение составляет ±0,005—0,1 мм [114].
Принцип работы оптических датчиков аналогичен принципу работы
оптических устройств с фотоэлементами, применяемых в копировальных
следящих системах управления, работающих по чертежу (см. стр. 480).
Сигнал вырабатывается прн попадании в поле зрения объектива штриха
отсчетной линейки. Оптические датчики находят применение при цифро-
вом программном управлении.
В одной и той же системе управления однокоординатным циклом могут
быть использованы различные виды упоров и датчиков. Например, на гори-
зонтальнофрезерных станках моделей 6Н82, 6Н12 и их модификациях
переключение с рабочего хода на быстрый и обратно осуществляется с по-
мощью электромагнита, переключающего муфты 714 2 и М3 (см. стр. 254),
изменение направления движения — реверсированием электродвигателя,
а выключение хода стола — кулачковой муфтой. Сигналы для переклю-
чения с рабочего хода на быстрый и обратно и для реверсирования подаются
497
сигнальными упорами, воздействующими на конечные выключатели,
а выключение хода стола производится переключающими упорами.
При путевом управлении используются схемы с механическим при-
водом, представленные на рис. 11.25, и схемы поршневых приводов, рас-
смотренные в гл. VI второго раздела.
Следует заметить, что приведенные выше данные об отклонении поло-
жения рабочего органа относятся к моменту срабатывания выключателя,
точность же останова зависит также от ряда других факторов, рассмотрен-
ных выше (см. стр. 568).
Наиболее совершенные системы путевого управления с уменьшением
скорости перед остановкой позволяют получить точность перемещения,
превышающую 0,01 мм, при более простых схемах точность находится
в пределах 0,05—0,1 мм.
С целью обеспечения высокой точности остановки прибегают к умень-
шению скорости движения перед остановкой иногда до 2—5 мм/мин.
При бесступенчатом изменении скорости движения рабочего органа такое
уменьшение достигается сравнительно легко, при ступенчатом — требуется
более или менее значительное усложнение конструкции. Вместе с тем
уменьшение скорости приводит к потере производительности.
Достоинством путевого управления является его гибкость, т. е. воз-
можность настройки применительно к каждой конкретной технологической
операции и использования при неограниченной длине хода, недостатками—
сравнительно сложная конструкция привода и необходимость применения
независимого привода для каждого однокоординатного перемещения.
Путевое управление находит значительное применение на универсаль-
ных станках, например, на продольно- и консольнофрезерных, протяжных,
зуборезных и др., которые используются при этом как полуавтоматы.
Путевое управление применяется для автоматизации установочных пере-
мещений на горизонтально- и координатнорасточных станках, где, исполь-
зуя блоки упоров или многопозиционные поворотные валики с упорами,
фиксируют программу установочных перемещений, необходимую для по-
следовательного совмещения осей всех обрабатываемых отверстий с осью
шпинделя. Однако на горизонтально- и координатнорасточных станках
путевое управление для установочных перемещений не получило значи-
тельного распространения в связи с появлением цифрового программного
управления.
Программно-путевое управление нашло значительное применение
при автоматизации копировальнотокарных, револьверных, карусельных
станков. Эти станки, автоматизированные на основе программно-путевого
управления, можно эффективно использовать для обработки сравнительно
небольших партий деталей.
Путевое управление широко используется на агрегатных головках,
так как они должны легко настраиваться в соответствии с характером
любой технологической операции, для выполнения которой предназна-
чается станок, создаваемый на базе агрегатных головок.
Путевое управление с активными измерительными приборами [19, 49].
При данной системе управления наряду с блоком упоров 1 (рис. 111.42, а),
вырабатывающим сигналы положения, имеется активный измерительный
прибор 3, который вырабатывает сигналы в функции изменения размеров
обрабатываемой детали 2. Автоматический цикл движений выполняется
в следующей последовательности. После получения внешнего сигнала ра-
бочий орган быстро перемещается вперед по сигналу, подаваемому упором,
производится переключение на рабочую подачу; дальнейшее управление
происходит в функции сигналов, подаваемых активным измерительным
прибором 3. Подвижной штифт 4 активного измерительного прибора на-
498
ходится в контакте с обрабатываемой поверхностью. По мере снятия
припуска штифт опускается, при этом прибор вырабатывает сигналы,
которые по каналу 5 поступают к блоку управления. Первый сигнал посту-
пает по окончании удаления чернового припуска, и блок управления выра-
батывает сигналы, обеспечивающие переключение станка с чернового
режима на чистовой (изменение подачи, чисел оборотов и т. п.). После полу-
чения заданного размера прибор подает второй сигнал, при поступлении
которого выключается подача
обработка без подачи, либо
непосредственно подается ко-
манда для быстрого отвода
рабочего органа. Если в авто-
матическом цикле предусмат-
ривается выхаживание, то
время выхаживания обычно
настраивается с помощью
реле времени и команда для
быстрого отвода подается по-
сле поступления сигнала от
реле времени (61, 76, 21].
Активный измер ительный
прибор 3 должен быть пред-
варительно настроен по
эталону в соответствии с
окончательным размером
обрабатываемой поверхности
и величиной припуска, оста-
вляемого на чистовую обра-
ботку.
Данный метод управления
практически может быть ис-
пользован только при шли-
фовании, когда величина
припуска уменьшается посте-
и либо производится выхаживание, т. е.
пенно.	Рис. щ 42. Схемы применения активных измери-
При шлифовании наруж- тельных приборов при наружном шлифовании
ных цилиндрических поверх-
ностей применяется несколькосхем измерения. В зависимостиотчислаточек
контакта измерительного прибора с обрабатываемой поверхностью схемы
измерения, а соответственно и приборы называются одноконтактными (рис.
III.42, а), двухконтактными (рис. III.42, б) или трехконтактными (рис.
III.42, в и г). При одноконтактной схеме измерения большое влияние на
точность измерения оказывает положение измерительного щупа. Например,
при положении щупа, показанном на рис. II 1.42, а, отжатие обрабатывае-
мой детали под действием сил резания оказывает лишь небольшое влияние
на показания прибора. При горизонтальном расположении измеритель-
ного щупа смещение детали под действием сил резания непосредственно
передается щупу.
Таким образом, при одноконтактной схеме возрастает число факторов,
снижающих точность измерения. Достоинствами одноконтактной схемы
измерения является более простая конструкция измерительного прибора
и лучший доступ в зону обработки, что особенно важно при автоматиче-
ской загрузке.
При двухконтактном методе измерений (рис. II 1.42, б) влияние отжатий
детали на точность измерения сводится почти к нулю. Размер детали
499
определяется как расстояние между двумя точками 3 и 4, в которых прои-
сходит контакт неподвижной измерительной лапки 2 и подвижного измери-
тельного рычага 5 измерительного прибора 1 с деталью. При данной схеме
доступ в зону обработки становится возможным только при удалении изме-
рительного прибора из зоны обработки, для чего измерительный прибор
снабжается специальным приводом 6, получающим сигналы от системы
автоматического управления.
При трехконтактной схеме (рис. III.42, в) контакт происходит в точ-
ках /, 2 и 3. Измерительный щуп, контактирующий с деталью в точке 3,
связан с измерительным прибором 4. Полностью исключается влияние
отжатия, однако при этом усложняется удаление прибора из зоны обра-
ботки для снятия обработанной детали и установки заготовки и возврат
прибора в рабочее положение.
Рис. III.43. Схемы применения активных измерительных приборов
при внутреннем шлифовании
По схеме измерения, представленной на рис. III.42, г, в двух точках
с обрабатываемой поверхностью контактирует седло 2, а в третьей —
измерительный щуп 3 прибора 1. Приборы этого типа удобны и не тре-
буют сложных движений при вводе и выводе их из зоны обработки в про-
цессе автоматической загрузки.
При шлифовании отверстий для активного контроля применяются
обычные жесткие калибры (рис. Ш.43, а) и различные измерительные
приборы, с помощью которых осуществляется контроль размера при кон-
такте либо в одной (рис. III.43, б), либо в двух (рис. III.43, в) точках.
При автоматической загрузке требуются более или менее сложные пере-
мещения измерительных приборов для автоматического удаления их из
зоны обработки и последующего ввода в эту зону.
Жесткие калибры 5 и 6 устанавливаются на штанге 3, пропущенной
через полый шпиндель 4. Штанга 3 связана поперечиной 2 со штангой 10
и под действием пружины 12 стремится переместиться вправо и ввести
калибры 5 и 6 в отверстие детали 7. Калибр 6 может войти в отверстие
после удаления чернового припуска, а калибр 5 — после того, как раз-
мер достигнет .заданной величины.
В момент входа шлифовального круга в отверстие детали 7 штанга 9,
связанная с неподвижной шлифовальной бабкой 8, нажимает на штангу 10
и отводит калибры влево. При выходе шлифовального круга в процессе
перемещения рабочего органа — стола 11 влево штанга 10 отрывается от
штанги 9 и под действием пружины 12 штанга 3 стремится переместиться
вправо. До тех пор, пока в отверстии детали 7 имеется припуск, переме-
щение штанги 3 ограничивается калибрами. Таким образом, после каждого
очередного хода стола 11 штанга 3 пытается ввести калибры в отверстие
500
детали 7. Как только черновой припуск будет снят, в отверстие войдет
калибр 6, произойдет дополнительное смещение штанги 3 вправо и замы-
кание контактов 1, благодаря чему поступает первый сигнал для изме-
нения режима обработки. По удалении чистового припуска смещение
штанги 3 возрастает и замыкаются контакты 13, в результате поступает
второй сигнал, свидетельствующий об окончании обработки.
Активные измерительные приборы применяются также при плоском
шлифовании. В процессе плоского шлифования при каждом очередном
ходе стола наконечник измерительного щупа уходит за пределы обраба-
тываемой поверхности, что вызывает опускание измерительного щупа
и должно было бы вызвать появление сигнала, соответствующего оконча-
нию процесса обработки. Однако появление такого сигнала исключается
с помощью дополнительного электронного прибора. Благодаря наличию
указанного прибора сигнал вырабатывается прибором только при условии
длительного пребывания наконечника на требующемся уровне, при пере-
беге же наконечник находится на низком уровне только короткое время,
и сигнал при этом не поступает.
Для активного контроля могут быть использованы наряду с приборами,
работающими на основе контактного метода измерения, также приборы,
работающие на основе бесконтактного метода измерения: пневматические,
фотоэлектрические, индуктивные, изотопные и др.
Приборы для контактных методов измерения могут иметь различную
конструкцию, и для подачи сигналов в них могут быть использованы
электрические контактные датчики, индуктивные датчики, пневматиче-
ские электроконтактные датчики и др.
Широко распространены приборы с различными электр©контактными
датчиками. На рис. III.44 изображен один из приборов завода «Калибр».
Измерительный наконечник щупа 1 под действием пружины 12 прижи-
мается к поверхности обрабатываемой детали. С измерительным щупом
связан толкатель 13, который нажимает на штифт рычага 3. Рычаг закреп-
лен на двух перекрещивающихся плоских пружинах 6 и 7. Точка пере-
сечения пружин является точкой качания рычага 3. Штифт 14 рычага 3
прижимается к толкателю под действием пружины 2.
В начале работы станка щуп приподнят вверх и рычаг повернут под
действием пружины 2 против часовой стрелки. При этом контакт 11
рычага 3 прижимается к контакту 8 регулировочного винта 10. По мере
снятия припуска щуп под действием пружины 12 опускается вниз. Тол-
катель 13 нажимает на штифт 14 и поворачивает рычаг по часовой стрелке,
при этом контакты 11 и 8 размыкаются. При размыкании контактов
подается команда для перехода с режима чернового шлифования на режим
чистового шлифования. При дальнейшем опускании щупа 1 в момент
получения заданного размера в соприкосновение приходят контакты 4
и 5, замыкание которых является сигналом для перехода к выхаживанию
или для выключения станка. В соответствии с заданным размером регу-
лируемые контакты настраиваются по эталону путем вращения накатан-
ных головок 9 с лимбом. С контактами датчика сблокированы сигнальные
лампы 15 и 16, включение которых сигнализирует о начале или конце
того или иного этапа цикла.
Новые модели подобных приборов базируются на тех же принципах,
однако в них внесены некоторые конструктивные изменения.
В качестве другого примера рассмотрим конструктивную схему при-
бора для двухконтактного измерения (рис. III.45). Прибор закреплен
на подвижном штоке 1 поршневого привода. Непосредственно со штоком
связана планка 2, относительно которой может перемещаться планка 3,
к которой с помощью плоской пружины 5 прикреплен корпус прибора.
501
Рис. 111.44. Измерительный прибор с электроконтактпым дагчаком
502
Смещением планки 3 относительно планки 2 производится установка при-
бора по высоте.
Неподвижная губка 13 может перемещаться по направляющим в форме
ласточкина хвоста, имеющимся на передней стенке прибора, с помощью
винта 12. Неподвижная губка 13 переставляется в процессе настройки
прибора в соответствии с обрабатываемым диаметром. Подвижная губка 14
выполнена в форме рычага, качающегося на плоских пружинах 16 и 15.
Прибор имеет индуктивный датчик сигналов, состоящий из двух кату-
шек 7 и 19, прикрепленных к планке 17, подвешенной на плоской пру-
жине 18, и якоря 9, подвешенного на плоской пружине 10. При повороте
Якоря на плоской пружине изменяется зазор между сердечниками кату-
шек и якорем, вследствие чего изменяется индуктивное сопротивление
катушек и вырабатывается электрический сигнал. Поворот якоря 9 про-
исходит под действием наконечника рычага 14. В начале обработки ниж-
ний конец рычага 14 опущен вниз и ощупывающий конец рычага 14 под
действием пружины 11 прижат к обрабатываемой детали. Между нако-
нечниками рычага 14 и якоря 9 имеется зазор; при этом зазор между
якорем 9 и сердечником катушки 7 равен минимальному.
По мере снятия припуска рычаг 14 под действием пружины 11 начи-
нает поворачиваться, в результате чего наконечники рычага 14 и якоря 9
приходят в соприкосновение. При дальнейшем повороте рычага 14 пово-
рачивается и якорь 9. Возникающее при этом изменение зазора между
якорем и сердечниками катушек вызывает появление электрического
сигнала. При дальнейшем изменении зазора вырабатывается второй
сигнал.
Настройка прибора производится с помощью микрометрического
винта 6, который перемещает планку 17 с индуктивным датчиком.
Планка 17 прижимается к винту 6 пружиной 8. С помощью винта 6 регу-
лируется зазор между наконечниками якоря 9 и рычага 14. Дальнейшая
регулировка осуществляется путем настройки электрической схемы.
Пружина 5 обеспечивает поворот прибора при установке его в рабо-
чее положение в момент контакта наконечника неподвижной губки 13
С обрабатываемой заготовкой. Опускание прибора при отводе ограничи-
вается регулируемым болтом 4 с пружинным амортизатором.
Пневматический прибор активного контроля 27 (рис. Ш.46) имеет две
подвижных лапки 2 и 25, закрепляемые на направляющих 1 и 26 в форме
ласточкина хвоста.Перестановкой лапок по направляющим прибор настра-
ивается в соответствии с заданным размером. Процесс измерения осуще-
ствляется с помощью пневматического измерительного устройства [58, 59].
К пневматическому измерительному устройству от сети подается
сжатый воздух, который подвергается тщательной очистке. Давление
воздуха, поступающего к прибору, устанавливается с помощью редукци-
онного клапана 24. Через жиклеры 19 и 20 воздух поступает к сильфо-
нам 18 и 22, перемещающим мостик 7, подвешенный на плоских пружи-
нах 16 и 23. Вместе с мостиком перемещается гибкая связь 8, поворачи-
вающая стрелку 9, предназначенную для визуального отсчета по шкале 11.
Сигналы управления подаются с помощью контактов 12 и 6, перемеща-
ющихся вместе с мостиком 7. Пока замкнуты контакты 6 и 4, проис-
ходит черновое шлифование, при размыкании этих контактов подается
сигнал для перехода на чистовое шлифование, при замыкании контактов 12
и 14 — сигнал на выхаживание. Каждый из контактов 14 и 4 можно регу-
лировать либо независимо друг от друга, либо совместно. В последнем
случае мостик, несущий контакты 4 и 14 и подвешенный на пружинах 5
и 13, смещается с помощью винта 15, к которому мостик прижимается
пружиной 10.
503
Рис. Ш.46. Пневматический электроконтактный измерительный прибор
Смещение мостика 7 в процессе обработки происходит благодаря изме-
нению давления в сильфоне 18. Оба сильфона связаны с атмосферой: силь-
фон 22 через регулируемый дроссель 21, а сильфон 18 — через дроссельное
отверстие измерительного прибора 27, с которым сильфон соединяется
через трубопроводы 17 и 3. Сечение дроссельного отверстия прибора
изменяется по мере перемещения губок 2 и 25. В начале обработки его
сечение больше и давление в сильфоне 18 меньше. В результате мостик 7
смещается под действием давления в сильфоне 22 влево. По мере снятия
припуска сечение отверстия прибора 27 уменьшается, и давление в силь-
фоне 18 возрастает, в результате чего мостик 7 смещается вправо.
Направляющие 1 и 26 в форме ласточкина хвоста прикреплены к мости-
кам 30 и 31 измерительного прибора. Мостик 37 расположен позади
мостика 31 и подвешен на пружинах 38 и 44. Мостик 30 подвешен на
пружинах 37 и 43. Под действием пружины 36 и аналогичной пружины
мостика 30 оба мостика перемещаются навстречу друг другу. Перемеще-
ние мостиков ограничивается упорными штифтами. На выступе мостика 31
установлено сопло 42, к которому через гибкий трубопровод 33 и колено 32
подведен воздух от сильфона 18. Сопло прикрывается торцом регулируе-
мого винта 29, ввинченного в выступ мостика 30. После регулировки
винт 29 стопорится винтом 28. В начале процесса обработки мостик 30
смещен вверх, а мостик 31 — вниз и зазор между соплом и торцом винта 29
имеет большую величину. По мере снятия припуска мостики 30 и 31
сближаются и зазор уменьшается, что и приводит к изменению давления
в сильфоне 18.
Все элементы прибора прикрепляются к основанию 40.
Гидравлический поршень 41 служит для открывания губок в момент
подачи прибора в рабочее положение. Конический конец плунжера воз-
действует на угольники 34 и 35, прикрепленные к мостикам, и разводит
лапки. Возврат плунжера осуществляется пружинами 39.
Пневматические измерительные приборы находят все более широкое
применение вследствие своей высокой точности и надежности. Они при-
меняются для автоматического управления в функции заданных размеров
как при обработке наружных, так и внутренних поверхностей.
При использовании системы управления с активными измерительными
приборами рассеяние размеров обрабатываемых деталей находится в пре-
делах 0,005—0,008 мм, что в ряде случаев меньше допусков 2-го класса
точности.
Системы управления с активными измерительными приборами полу-
чили чрезвычайно широкое распространение на шлифовальных станках
в- шарикоподшипниковой промышленности.
На шлифовальных станках применение управления с активными изме-
рительными приборами особенно эффективно, так как в отличие от метода
подачи сигналов по положению рабочего органа данная система исключает
влияние износа шлифовального круга, колебаний в величине деформаций
и других факторов на точность обработки.
Управление с кулачковыми механизмами [61, 128]
В общем случае кулачок 5 (рис. Ш.47, а), осуществляющий переме-
щение рабочего органа 4, получает движение от управляемого привода 3,
с помощью которого производится изменение скорости вращения кулачка
на отдельных этапах автоматического цикла.
Сигналы управления приводом 3 вырабатываются блоком управле-
ния И на основе поступающей к нему информации. Информация, опре-
деляющая скорость вращения кулачка 5 для каждого этапа цикла,
505
фиксируется в местной программе 7 и по каналу о вводится в блок
управления 11 перед началом очередного этапа цикла. Информация об
окончании очередного этапа цикла поступает от барабана 6 с упорами (вра-
щающегося синхронно с кулачком 5) по каналу 12.
Блок управления 11 подает по каналу 1 соответствующие сигналы
механизмам автоматического управления 2.
Информация, поступающая от системы управления общим автомати-
ческим циклом работы станка, подается к блоку управления 11 по ка-
налу Р; информация обратной связи, вырабатываемая блоком 11, посту-
пает в систему управления общим автоматическим циклом работы станка
по каналу 10.
Рис. III.47. Схемы управления с кулачко-
выми механизмами
Данная схема может претерпевать значительные изменения в зависи-
мости от функций, выполняемых кулачком, и характера автоматического
цикла.
Как уже указывалось, основной особенностью кулачковых механизмов
является возможность совместить в кулачке функции реверсивного управ-
ляемого привода и управления. Придавая соответствующую форму
кулачку, можно зафиксировать всю программу, включая последователь-
ность движений, величину и скорость рабочих и холостых ходов и направ-
ление перемещений при любом однокоординатном цикле, благодаря чему
отпадает необходимость в сложном управляемом приводе и в системе
управления, что приводит к существенному упрощению конструкции.
Система управления с кулачковыми механизмами обеспечивает весьма
высокую точность перемещения. Так, на станках-автоматах продольного
точения, имеющих в системе управления кулачковые механизмы, точность
перемещения столь высока, что рассеяние размеров обработанных дета-
лей находится в пределах 3 мкм.
Недостатком простейшего варианта системы является затрата значи-
тельной доли общего времени цикла на холостые ходы, так как углы
холостых ходов определяются величиной допустимых углов подъема,
вопрос о которых рассмотрен в гл. V второго раздела.
С целью сокращения затрат времени на холостые ходы кулачковый
механизм используется совместно с простейшим вариантом управляемого
привода 3. Управляемый привод позволяет получить в процессе осуще-
ствления автоматического цикла две скорости вращения кулачка: предва-
506
рительно настраиваемую медленную, используемую при рабочих ходах,
и постоянную быструю, используемую при холостых ходах.
При медленном вращении движение передается кулачку 8 (рис. 111.47, б)
от вала 1 привода через сменные шестерни 4, червячную передачу 5, муфту
обгона 6 (см. стр. 216) и червячную передачу 7. Быстрое вращение пере-
дается через шестерни 2—3 и червячную передачу 7. Шестерня 3 сидит
на валу червяка свободно и при поступлении сигнала по связи 10 сцеп-
ляется с ним в момент включения быстрого хода с помощью муфты 11.
При включении быстрого вращения вал червяка червячной передачи 7
расцепляется с приводом рабочего хода благодаря наличию муфты обгона 6.
Для включения быстрого хода применяются кулачковые, фрикционные
и электромагнитные муфты. Включение и выключение быстрого хода
осуществляется с помощью упоров диска 9. Упоры могут быть как пере-
ключающими, так и сигнальными.
Переключающие упоры непосредственно или через систему передач
перемещают подвижные элементы муфты. Такая схема управления широко
используется в многошпиндельных и одношпиндельных токарных автома-
тах с кулачковыми механизмами.
Сигнальные упоры применяются при использовании электромагнитной
муфты для включения быстрых ходов или при наличии привода быстрых
ходов с независимым электродвигателем. Сигнальные упоры обычно воз-
действуют на конечные выключатели. Электрические сигналы, возника-
ющие при замыкании конечных выключателей, после преобразования их
в блоке управления используются для включения и выключения электро-
магнитной муфты или электродвигателя быстрых ходов.
Программа включения и выключения быстрых ходов задается при
расстановке упоров. В момент выключения рабочих ходов включается
тормоз привода быстрых ходов.
При повторяющихся циклах каждому очередному замкнутому переме-
щению рабочего органа соответствует отдельный участок профиля кулачка,
состоящий из участков кривых быстрого подвода, рабочего хода и быстрого
отвода, что приводит к усложнению формы кулачка и увеличению его
размеров. Для устранения указанных недостатков в некоторых станках
кулачок используется только в качестве реверсивного привода и является
постоянным. Профиль состоит из двух участков: первый соответствует
ходу вперед и имеет меньший угол подъема, а второй соответствует ходу
назад и имеет больший угол подъема. Каждое очередное перемещение
происходит при постоянной длине хода и конечные положения рабочего
органа также остаются постоянными, изменяется только величина рабо-
чего хода. Изменение величины рабочего хода достигается изменением
момента переключения быстрого вращения кулачка на медленное при
движении рабочего органа вперед. Скорость каждого рабочего хода также
может изменяться в соответствии с информацией, зафиксированной
в программе.
Сигналы для переключения с быстрого хода на рабочий и обратно
подаются упорами диска 9 (рис. III.47, б). Информация для изменения
скорости рабочего хода может быть зафиксирована различными способами;
переключение скоростей происходит при поступлении сигналов, пода-
ваемых упорами диска 9.
При такой схеме управления значительно усложняется конструкция
как привода, так и органов управления. Вместе с тем возрастают потери
холостых ходов. Вследствие недостатков данная модификация находит
ограниченное применение и встречается лишь в некоторых моделях
токарно-револьверных автоматов, например выпускаемых фирмами «Клив-
ленд», «Питтлер».
507
При местном самоуправлении привод кулачкового вала выключается
после одного оборота кулачка. Сигнал выключения подается упорами
барабана 6 (рис. III.47, а).
Для выключения вращения кулачкового вала при местном самоуправ-
лении широко используются однооборотные муфты (рис. III.47, в). Непре-
рывно вращающаяся червячная шестерня 4 сидит на валу и сцепляется
с ним с помощью однооборотной муфты 3 (см. стр. 396). При включении
системы местного самоуправления внешний сигнал поступает по каналу 2.
Выключение происходит автоматически после одного оборота кулачка 1.
Для обеспечения возможности использования постоянных кулачков
при переменной величине рабочего хода применяется система управления
Рис. III.48. Схема управления с кулачковыми механизмами при использо-
вании отдельных кулачков для рабочего и быстрого ходов
с двумя кулачками (рис. III.48), из которых один сообщает движение
подвижному элементу на рабочем, а другой — на быстром ходу.
Продольный суппорт 18 многошпиндельного автомата (рис. 1.55) полу-
чает движение от рычага 16 через сухарь 19, который входит в паз
колодки 15, закрепленной на штанге 17, жестко связанной с суппортом 18.
Рычаг 16 связан шатуном 4 с кулисой 11.
Кулиса может качаться около оси 14, закрепленной в ползушке 2, кото-
рая перемещается по цилиндрической направляющей /. Вторая пилиндриче-
ская направляющая удерживает ползушку от проворота. В паз кулисы вхо-
дит кулисный камень 9, сидящий на оси 10, закрепленной в ползушке 5,
которая может перемещаться по цилиндрической направляющей 6.
В ползушках 2 и 5 закреплены оси роликов 3 и 7. Каждый из роликов
входит в свой паз кулака 8, который сообщает продольное движение
ползушкам 2 и 5. При ходе суппорта вперед (влево) ползушки 2 и 5 дви-
гаются вправо. При движении ползушки 2 происходит быстрый, при
движении ползушки 5 — рабочий ход. Пазы расположены таким образом,
что вторая ползушка начинает движение после окончания движения первой
ползушки.
Изменение величины рабочего, а соответственно быстрого хода произ-
водится путем перестановки по дуговому пазу кулисы колодки 13, удер-
живаемой планками 12. После перестановки колодка зажимается.
508
При движении ползушки 2 кулиса 11 поворачивается около оси 10
и одновременно скользит вдоль, кулисного камня. При движении пол-
зушки 5 кулиса 11 поворачивается около оси 14.
При перестановке колодки 13 изменяются плечи кулисы: по мере .
приближения колодки 13 к оси 14 увеличивается величина быстрого хода
и уменьшается величина рабочего хода. Суммарная величина перемеще-
ний на быстром и рабочем ходу остается постоянной.
Быстрый ход назад происходит при одновременном движении обеих
ползушек вправо.
В период быстрого хода как вперед, так и назад включается быстрое
вращение кулачкового вала, для чего используются рассмотренные выше
схемы управляемого привода кулачковых валов. Подобные кулачковые
механизмы с цилиндрическими и дисковыми кулачками весьма широко
применяются на многошпиндельных токарных автоматах.
Важнейшими достоинствами системы управления с кулачковыми меха-
низмами являются: чрезвычайная простота привода, так как для осуще-
ствления большого числа однокоординатных циклов можно использо-
вать один кулачковый вал с постоянным направлением вращения, на
котором размещаются все необходимые кулачки; простота и надежность
системы управления; сравнительно высокая точность перемещений.
Существенным недостатком большинства модификаций систем управ-
ления с кулачковыми механизмами является необходимость изготовления
специальных кулачков для каждой программы перемещений, что влечет
за собой большие затраты на подготовку производства.
При использовании комплекта сменных кулачков или механизмов,
обеспечивающих настройку величины рабочих и холостых ходов при
постоянных кулачках, время настройки остается значительным.
Из-за больших затрат на изготовление кулачков или на настройку
область применения систем управления с кулачковыми механизмами огра-
ничивается станками, предназначенными для работы в крупносерийном
и массовом производстве.
При большой длине хода резко возрастают габариты кулачковых
механизмов, что приводит к увеличению размеров всего станка в целом.
Поэтому применение систем управления с кулачковыми механизмами
ограничивается также длиной ходов рабочих органов, которая обычно не
должна превышать 200—300 мм.
Управление с подачей сигналов
в функции времени
При данной системе управления вся программа, как правило, фикси-
руется путем расстановки упоров на дорожках вращающегося барабана —
командоаппарата 1 (рис. III.49) [130]. Барабан получает вращение
от вала 3 через сменные шестерни 2 и червячную передачу. С помощью
сменных шестерен 2 настраивается время одного оборота барабана /,
которое равно расчетному времени цикла. Каждая из дорожек предназ-
начается для размещения упоров, подающих сигналы определенного
характера. Например, на первой дорожке размещаются упоры, включа-
ющие быстрый ход вперед, на второй — упоры, включающие рабочий
ход вперед, и т. д. Расстояния между упорами устанавливаются исходя
из расчетной продолжительности каждого этапа цикла. Упоры воздей-
ствуют на датчики сигналов 4, сигналы которых непосредственно направ-
ляются к механизмам автоматического переключения привода.
Не исключается возможность использования блока управления и тем
или иным образом зафиксированной программы.
509
Как указывалось выше, вследствие возможного рассогласования про-
граммы подобные системы в чистом виде не применяются. В комбинации
с жесткими путевыми упорами подобная система может быть использована
для вспомогательных рабочих органов, например для управления меха-
низмом подачи и зажима материала. Первым подается сигнал для освобо-
ждения зажатой детали по истечении расчетного промежутка времени,
Рис. 111.49. Блок-схема системы управления с подачей сигналов
в функции времени
которое берется с запасом и обеспечивает перемещение подвижного эле-
мента до упора, затем подается сигнал для загрузки новой заготовки; по
истечении следующего расчетного интервала, который также берется
с запасом, подается сигнал для зажима и т. д. При подобной модификации
системы значительно упрощается схема управления, но увеличиваются
затраты времени и не обеспечивается блокировка.
Управление автоматической подналадкой и сменой инструмента
Поскольку подача сигналов управления в функции получаемых разме-
ров обрабатываемых поверхностей возможна только при наличии актив-
ного контроля, который может быть осуществлен лишь при некоторых
видах шлифовальных работ, то вместо непосредственной функциональной
связи между размерами обрабатываемой поверхности и подачей сигналов
управления вводят систему автоматической подналадки [1].
Автоматическая подналадка может осуществляться либо в функции
изменения размеров обрабатываемых деталей, либо в функции изменения
размеров режущего инструмента.
При автоматической подналадке в функции размеров обработанной
детали 8 (рис. III.50, а) последняя автоматически переносится из рабочей
в контрольную позицию 11 или на специальный контрольный автомат, где
размеры детали контролируются с помощью активных измерительных
приборов описанного выше типа. Изменение размеров последовательно
обрабатываемых деталей партии обычно носит систематический характер
и происходит либо вследствие износа режущего инструмента, либо из-за
температурных деформаций, либо от совместного действия обоих указан-
ных факторов. Поскольку изменение размеров обрабатываемых деталей
носит систематический характер, то вслед за появлением деталей, размеры
которых близки к предельным, следует ожидать появления деталей, раз-
меры которых выходят за пределы поля допуска, т. е. бракованных дета-
лей. Для того чтобы не допустить брака деталей, необходимо при появ-
лении деталей, размеры которых близки к предельным, внести поправку
в настройку станка — осуществить его подналадку. Активный измери-
510
тельный прибор настроен таким образом, что сигналы вырабатываются
при появлении деталей, размеры которых близки к предельному размеру.
Подналадка может быть осуществлена при поступлении от активного
измерительного прибора единичного сигнала. Такое решение является
самым простым и поэтому находит наибольшее применение. Однако под-
наладка на основе единичного сигнала может оказаться преждевременной,
так как отклонение единичной детали может быть и случайным. В более
совершенных системах автоматической подналадки используются матема-
тические приборы, анализирующие сигналы, поступающие от активного
измерительного прибора. Например, математический прибор может выра-
батывать сигнал управления только при последовательном и непрерывном
поступлении некоторого, заранее установленного числа сигналов от изме-
рительного прибора; при наличии соответствующих датчиков измеритель-
ного прибора математический прибор может вырабатывать сигнал в функ-
ции среднего арифметического значения отклонения и т. п.
По сигналу подналадки происходит включение приводов, осуще-
ствляющих перемещение соответствующих подвижных элементов рабочих
органов на заранее установленную величину, благодаря чему изменяется
взаимное расположение режущего инструмента и обрабатываемой детали,
а соответственно и размер обработанной поверхности.
Необходимое изменение во взаимном расположении обрабатываемой
детали и режущего инструмента может быть достигнуто либо путем изме-
нения положения, занимаемого основным рабочим органом 2 в момент
получения заданного размера, либо путем смещения на заданную вели-
чину вспомогательных салазок 6 относительно основного рабочего органа.
Первый вариант имеет значительные преимущества перед вторым,
так как при таком варианте отпадает необходимость в дополнительных
салазках и приводе, что приводит к упрощению конструкции и системы
511
управления. Однако возможности применения этого варианта весьма
ограничены. Применение такого варианта исключается в случае использо-
вания управления с кулачковыми механизмами. В системе путевого управ-
ления такое решение может быть реализовано при использовании подвиж-
ных упоров со специальным приводом, срабатывающим по сигналу управ-
ления подналадкой. Аналогичные решения применяются также и при
дополнительных подвижных салазках (рис. III.50, б и в). Весьма просто
это решение может быть осуществлено при подаче сигналов в функции
перемещения в системах цифрового программного управления.
Вследствие того, что возможности использования первого варианта
ограничены, наибольшее применение находит второй вариант, который
может быть выполнен в различных модификациях. При модификации,
представленной на рис. III.50, а, перемещение салазок 6 осуществляется
с помощью привода 4, поворачивающего винт 3 на строго фиксированную
величину. В качестве такого привода может быть использован храповой
механизм с поршневым приводом или тяговым электромагнитом. Сигналы,
вырабатываемые измерительным прибором 10, по каналу 9 поступаю!
к блоку 7, который вырабатывает сигнал управления, направляющийся
по каналу 5 к приводу 4.
Если подналадка осуществляется изменением положения, занимаемого
основным рабочим органом, то при подаче сигналов управления в функ-
ции перемещения сигналы подналадки, вырабатываемые прибором 10,
направляются по каналу 12 к блоку 13 и от него к блоку управления
приводом 1 рабочего органа, что вызывает перемещение рабочего органа
на установленную для подналадки величину.
При рассмотренной схеме подналадки на точности выполнения задан-
ного перемещения сказывается чувствительность привода, переменность
сил трения и другие факторы.
Модификация, представленная на рис. III.50, б, отличается тем, что
перемещение дополнительных салазок при подналадке ограничивается
многопозиционными жесткими упорами барабана 4. В барабане 4 распо-
ложено несколько упоров, которые отличаются один от другого по высоте
на величину, равную перемещению дополнительных салазок при под-
наладке. При подналадке сигналы поступают: по каналу 2 к приводу 1
перемещения салазок и по каналу 3 к приводу 5 поворота многопозицион-
ных упоров. Привод 1 отводит салазки от упора, привод 5 поворачивает
барабан 4 упоров и устанавливает в рабочее положение следующий упор,
который короче предыдущего, вслед затем привод 1 подает салазки до
упора. В качестве приводов 1 и 5 могут быть использованы поршневые
приводы. Для преобразования движения штока поршня привода 5 в пово-
рот барабана 4 может быть применен храповой механизм.
Модификация, представленная на рис. III.50, в, отличается наличием
подвижного упора 1. При поступлении сигнала от измерительного при-
бора привод 2 перемещает упор 1 на заданную величину. В качестве
привода 2 может быть использован храповой механизм с поршневым дви-
гателем или тяговым электромагнитом.
Рассмотренные схемы находят применение в отдельных моделях спе-
циальных токарных автоматов, в некоторых моделях шлифовальных
автоматов, в частности в плоскошлифовальных для непрерывного шлифо-
вания, в бесцентровошлпфовальных, в некоторых моделях зуборезных
автоматов [105].
При подаче сигналов подналадки в функции износа режущего инстру-
мента активные измерительные приборы 2 (рис. III.50, г) используются
для контроля износа режущего инструмента. Контроль износа произво-
дится либо периодически, либо непрерывно. Так, резец подается в кон-
512
Трольную позицию периодически, а контроль износа шлифовальных кру-
гов зубошлифовального станка производится непрерывно. При выходе
износа за пределы установленного допуска подаются, так же как в предыду-
щих случаях, сигналы управления приводам 1 и 3.
Следует заметить, что принципы, используемые для подналадки станка
В функции износа режущего инструмента, могут быть также применены
для первичной наладки станка. В этом случае система автоматического
управления приводит режущий инструмент в контакт с измерительным
прибором до начала обработки. Когда режущий инструмент займет поло-
жение, предусмотренное настройкой, измерительный прибор подает сиг-
нал для перехода на автоматический цикл работы. В дальнейшем под-
наладка осуществляется так, как это описано выше.
Возможности размерной подналадки ограничены вследствие затупле-
ния режущей кромки инструмента. При затуплении возникает необходи-
мость смены режущего инструмента. Система управления подналадкой
может быть использована для подачи соответствующего сигнала. Для
автоматической смены инструмента в соответствии с поступившим сигна-
лом станок должен иметь автооператор или многопозиционный инстру-
ментодержатель. Автоматическая смена инструмента пока осуществляется
только на станках некоторых моделей |1].
Автооператоры встречаются на станках с цифровым программным
управлением (см. стр. 692), где они используются для замены одних
видов режущих инструментов другими в соответствии с программой.
Для смены затупившегося инструмента применяются многопозиционные
инстр ументодержател и.
На одном из токарных станков, имеющем систему автоматической под-
наладки и смены инструмента, смена резцов производится поворотом мно-
гопозицнонного барабана (смонтированного на поперечном суппорте),
в котором установлен набор одинаковых резцов, имеющих одинаковый
вылет от оси поворотного барабана. Для автоматической подналадки
использована схема, представленная на рис. II 1.50, б. После того , как
многопозиционный барабан 4 с упорами сделает один оборот, салазки,
несущие режущий инструмент, занимают исходное положение, в этот же
момент подается команда для поворота многопозиционного барабана
с резцами, в рабочую позицию устанавливается новый резец. Таким
образом, смена инструмента производится после выполнения определен-
ного наперед заданного числа подналадок. Число подналадок устанавли-
вается опытным путем и определяется числом позиций многопозиционного
барабана упоров.
В рассмотренных выше случаях подналадка производилась на основе
информации, полученной при измерении обработанных деталей. На неко-
торых шлифовальных станках подналадка выполняется принудительно,
после того как обработано определенное заданное число деталей, уста-
навливаемое опытным путем. После обработки заданного числа деталей
осуществляется правка круга, обеспечивающая постоянство положения
режущей кромки круга относительно обрабатываемой детали.
7.	ЦИФРОВОЕ ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ
При рассмотренных выше системах управления процессы фиксации
программы требуют более или менее значительных трудовых затрат.
Последнее обусловлено тем, что для фиксации в программе информации
о величине ходов рабочих органов требуется либо придание соответству-
ющих размеров программоносителям (кулачкам, копирам), либо точная
настройка большего или меньшего числа путевых упоров, активных
измерительных приборов.
17 И. М. Кучер 417	513
Основная особенность цифрового (числового) программного управления
состоит в том, что информация о величине рабочих ходов сообщается
системе управления в виде чисел, характеризующих величину требующихся
перемещений 12, 45].
Число, информация о котором сообщается системе управления (в даль-
нейшем будем называть его информационным числом),
определяется исходя из разрешающей способности си-
стемы управления. Разрешающей способностью называется то
наименьшее перемещение рабочего органа, которое может быть задано
системой управления или зарегистрировано системой обратной связи.
Если величина перемещения рабочего органа равна L, а разрешающая
способность Д/, то информационное число
* = £•	(Ш.4)
Разрешающая способность тем выше, чем меньше Д/.
Рис. III.51. Блок-схема цифрового программного упра-
вления
В системе цифрового программного управления информация о числе
может быть сообщена системе управления в форме той или иной комбина-
ции электрических сигналов. Информация о комбинации электрических
сигналов, определяющих величину перемещения для каждого из этапов
цикла, должна быть зафиксирована в том или ином виде в программе 3
(рис. III.51). Параллельно с информацией о величине перемещений для
каждого этапа цикла фиксируется также информация о цикловых и тех-
нологических командах. При переходе от одного этапа цикла к другому
система управления станком воспринимает очередную порцию информа-
ции и преобразует ее в электрические сигналы. Информация о величине
перемещений вводится по каналу 4 в блок сравнения 8 системы управ-
ления. Информация о цикловых и технологических командах вводится
по каналу 5 в блок управления 6. Блок управления вырабатывает сиг-
налы, поступающие к механизмам автоматического переключения при-
вода рабочего органа. Рабочий орган начинает перемещаться. В процессе
перемещения рабочего органа датчик обратной связи, состоящий из непо-
движной 1 и подвижной 2 частей, сообщает информацию о перемещении
или положении рабочего органа, которая по каналу 9 поступает к блоку
сравнения 8. На основе сравнения задающей информации и информации
обратной связи блок сравнения вырабатывает сигналы, поступающие по
каналу 7 к блоку управления 6. На основе этих сигналов блок управле-
ния может управлять скоростью перемещения рабочего органа, по выпол-
нении же заданного перемещения подает сигнал для выключения привода.
514
Существуют также системы цифрового программного управления, не
имеющие в своем составе устройств для выработки информации обрат-
ной связи.
Для фиксации программы могут быть использованы различные виды
программоносителей (рис. III. 52): внутренние программоносители —
панели с многопозиционными (б) и двухпозиционными переключателями,
штеккерные (в) и кнопочные панели и внешние программоносители —
перфорированные карты и ленты (а), магнитные ленты, киноленты и др.
На штеккерных и кнопочных панелях, а также на панелях с двух-
И многопозиционными переключателями информация для одного этапа
цикла обычно занимает одну строчку. На панелях информация фикси-
руется: путем установки в каждой строчке соответствующей комбинации
штеккеров, которые вставляются в гнезда штепсельного коммутатора;
нажимом соответствующей комбинации кнопок; переключением соответ-
Рис. III.52. Панели для фиксации программы
ствугощей комбинации двух- или многопозиционных переключателей.
Формы фиксации программы на внешних программоносителях зависят от
вида программоносителя. Например, на перфокартах и перфолентах
информация фиксируется путем пробивки соответствующей комбинации
отверстий.
Как указывалось выше, информация для каждого этапа цикла после-
довательно вводится в систему управления станком.
Информация, зафиксированная на панели, вводится путем подключе-
ния очередной строчки к системе управления станком.
Внешние программоносители вводятся в специальные читающие
устройства, которые преобразуют информацию, зафиксированную
на программоносителях, в электрические сигналы. Для получения инфор-
мации, необходимой для выполнения очередного этапа цикла, программо-
носитель перемещается внутри читающего устройства.
В настоящее время существует большое число различных схем и кон-
структивных решений, применяемых в системах цифрового программного
управления. Для изучения принципов работы этих систем их целесооб-
разно классифицировать в соответствии с характером задающей информа-
ции и методами сравнения задающей информации с информацией обратной
связи. Согласно этому принципу классификации систему цифрового про-
граммного управления металлорежущими станками можно подразделить
на следующие основные группы:
I)	число-импульсная суммирующая система;
2)	число-импульсная следящая система (с непрерывным контролем);
3)	шаговая число-импульсная система;
4)	система с путевым контролем;
5)	аналоговая система;
6)	фазочувствительная система.
515
Одни из этих систем позволяют осуществить функциональную связь
между перемещениями по двум или более координатам, а другие — не
позволяют. Первые могут быть использованы как для позицион-
ных, так и для функционально связанных перемещений, вто-
рые — только для позиционных.
При позиционных перемещениях движение по одной коорди-
нате протекает независимо от движений по другой координате. Такой
принцип перемещения удовлетворяет условиям работы на многих стан-
ках: на горизонтально- и координатнорасточных при совмещении оси обра-
батываемого отверстия с осью шпинделя, при обработке ступенчатых
поверхностей на токарных и карусельных станках и т. п.

4
Блок
Привод
S
Х_
ч
Блок
сравнени^илравления
Программа
Сумма
(серия)
Цикловые
—1	tncpuH) итехноло -
I импульсов гические
команды
Привод
Привод
Привод
10
4
Программа
Цикловые и
Величина  ----------.
технологичен
перемещения'
кие
команды
Блок
управления
Программа
Серия
Цикловые
итетм.
| импульсов гические
команды
. t
 управле-
ния
Программа
Величина
ъремещеиия
___L_
Преобра-
зователь
итехноло
гические
команды
.7
Блок
Блок
(равнения - управлений
.8
6
в
Рис. III.53. Блок-схемы систем цифрового программного управления
Функционально связанные перемещения необходимы для обработки
контурно- и пространственно-сложных поверхностей фрезерованием, при
токарной обработке контурно-сложных поверхностей.
В число-импульсных системах суммирующей и непрерывного действия
сигналы обратной связи подаются в виде электрических импульсов, выра-
батываемых в процессе движения рабочего органа после каждого очеред-
ного перемещения его на величину разрешающей способности. Простей-
ший датчик, вырабатывающий подобные сигналы обратной связи, пред-
ставляет собой многоконтактную пластину 3 (рис. III.53, а). Вместе
с рабочим органом 2 движется щетка 9, подключенная к одному из полю-
сов источника питания. При соприкосновении щетки с очередным высту-
пом контактной пластины 3 вырабатывается электрический сигнал —
импульс, который поступает к блоку 8, называемому блоком
сравнения. Очевидно, что величина перемещения определяется чис-
лом импульсов обратной связи, поступивших в блок сравнения. В число-
импульсной суммирующей системе задающая информация 4, зафиксиро-
ванная в программе 5, должна содержать сведения о числе импульсов,
соответствующем заданному перемещению. Это число импульсов, пред-
ставляющее собой задающую информацию, также вводится в блок сравне-
ния 8. В процессе движения рабочего органа суммарное число импульсов,
516
Поступивших по каналу обратной связи, сравнивается в блоке сравнения
С заданным числом импульсов. Когда суммарное число импульсов обрат-
ной связи станет равно заданному числу импульсов, то блок сравнения
Вырабатывает сигнал, поступающий к блоку управления 7, который по
Связи.10 управляет приводом 1. Команда, подаваемая блоком управле-
ния, определяется составом цикловых и технологических команд 6, зафик-
сированных в программе.
Сигнал, как это видно из изложенного, подается в функции перемеще-
ния. При этом могут сказываться указанные выше дефекты, присущие
данному методу подачи сигнала. Если отсчет при очередном перемещении
ведется от начала предыдущего, то возможно накопление ошибок. При
отсчете перемещений на всех этапах цикла от одного и того же началь-
ного положения ошибки предыдущего перемещения не сказываются на
Последующих. Возможность использования той или иной формы отсчета
определяется устройством блока сравнения. Программа должна быть
'составлена в соответствии с принятым методом отсчета. Система позволяет
Осуществлять лишь позиционные перемещения.
Число-импульсная система непрерывного действия отличается от рас-
смотренной выше суммирующей методом ввода задающей информации.
Если при суммирующей системе в блок сравнения сразу вводилось инфор-
мационное число, то в число-импульсной системе непрерывного действия
число вводится постепенно в виде отдельных импульсов, следующих
с равными интервалами один за другим. Задающая информация предста-
вляет собой серию импульсов, число которых равно информационному
Числу, а скорость поступления такова, что за время, необходимое для
'перемещения подвижного элемента на заданное расстояние, вводится
Вся серия.
Таким образом, в блок сравнения поодиночке поступают задающие
импульсы и импульсы обратной связи. Каждый поступивший задающий
импульс гасится поступающим вслед за ним импульсом обратной связи.
Если скорость перемещения рабочего органа будет меньше расчетной, то
следующий задающий импульс поступит раньше, чем будет погашен
предыдущий. В результате в блоке сравнения накопится избыток зада-
ющих импульсов и блок сравнения подаст блоку управления сигнал,
вызывающий увеличение скорости подвижного элемента.
Если скорость движения подвижного элемента будет больше расчет-
ной, то очередной импульс обратной связи поступит раньше задающего
импульса и в блоке сравнения окажется избыток импульсов обратной
связи и он подаст блоку управления сигнал, вызывающий уменьшение
скорости подвижного элемента.
При число-импульсной системе непрерывного действия система управ-
ления приводом должна следить за рассогласованием числа задающих
импульсов и импульсов обратной связи в блоке сравнения. Поэтому она
и может быть названа следящей. Движение подвижного органа прекра-
щается с окончанием серии импульсов.
Число-импульсная следящая система может быть использована для
осуществления функционально связанных перемещений. Она требует
более сложной системы подготовки или преобразования задающей инфор-
мации и более сложного привода.
В число-импульсной шаговой системе (рис. Ш.53, б) задающая инфор-
мация также представляет собой серию импульсов, которые непосред-
ственно поступают в блок управления 3 и оттуда к шаговому приводу 1,
сообщающему движение подвижному элементу 2. В качестве шагового
привода может быть использован либо силовой шаговый электродви-
гатель, принцип действия которого аналогичен принципу действия
517
описанного выше шагового электродвигателя малой мощности (см. стр. 406),
либо шаговый электродвигатель малой мощности совместно с гидроуси-
лителем (см. стр. 407).
Скорость движения пропорциональна частоте следования задающих
импульсов.
Движение прекращается по окончании серии импульсов задающей
информации. Таким образом, система работает без обратной связи. Сигналы
управления вырабатываются в функции перемещения. Система может быть
использована при осуществлении функционально связанных перемещений.
В системах управления с путевым контролем сигналы управления
вырабатываются в функции положения (рис. III.53, в). Очевидно, что дат-
чик положения должен иметь такую конструкцию, чтобы при изменении
любого зафиксированного датчиком положения подвижного элемента на
величину разрешающей способности вырабатывался бы новый сигнал
положения.
В простой форме подобный датчик положения представляет собой
плоский коллектор 3, от каждой из контактных пластин которого идет
свой провод, подключаемый в блоке сравнения 8 к своему контакту 9.
Контактная щетка 10, подключенная к одному из полюсов цепи питания,
скользит при перемещении подвижного элемента 2 по коллектору 3,
поочередно вступая в контакт с пластинами коллектора. При вводе зада-
ющей информации 4 контактное устройство 7 подключает к блоку управ-
ления ту контактную пластину коллектора, при совмещении с которой
щетки 10 должна произойти остановка.
Таким образом, рабочий орган останавливается при заданном в про-
грамме положении независимо от того, из какой исходной точки он начал
свое перемещение, что и характерно для подачи сигнала в функции поло-
жения. Необходимое положение определяется в процессе подготовки
программы.
Поскольку система вырабатывает сигналы в функции положения, то
ей присущи положительные качества, характерные для этой системы.
Практически система может быть использована только для перемеще-
ния из позиции в позицию.
При аналоговой системе величина перемещения представляется в виде
какой-либо другой физической величины. На рис. Ш.53, г изображена
аналоговая система, в которой величина перемещения подвижного эле-
мента 2 представляется в форме напряжения, снимаемого щеткой 10,
движущейся вместе с подвижным элементом 2, с потенциометра 3. Потен-
циометр 3 представляет собой сопротивление, подключенное к источнику
питания. Напряжение на щетке, скользящей по сопротивлению, прямо
пропорционально расстоянию щетки от начала потенциометра. Это напря-
жение подается к блоку сравнения 9. Для того чтобы блок сравнения мог
сравнивать задающую информацию с информацией обратной связи, инфор-
мационное число, зафиксированное в программе 4, должно быть преобра-
зовано в напряжение, которое и сравнивается в блоке сравнения с напря-
жением обратной связи.
Преобразование задающего числа в напряжение осуществляется в пре-
образователе информации 7. При подаче к преобразователю зафиксирован-
ной комбинации электрических сигналов он вырабатывает напряжение,
пропорциональное информационному числу.
При совпадении величины задающего напряжения и напряжения обрат-
ной связи блок сравнения вырабатывает сигнал, поступающий к блоку
управления 8, управляющему приводом 1.
Система может быть использована также и для функционально свя-
занных перемещений.
618
Принципы действия фазочувствительной системы рассматриваются ниже.
Значительное применение находят также комбинированные системы
управления, в которых для перемещения подвижного элемента в задан-
ное положение используется две или более систем управления.
Рассмотренные принципиальные схемы естественно не могут обеспе-
чить в представленном виде высокой разрешающей способности и в такой
форме непригодны для практического использования, однако они пол-
ностью отражают принципы работы систем каждого вида.
Характерной особенностью всех систем цифрового программного
управления, за исключением шаговой число-импульсной системы, является
наличие в системе датчиков обратной связи. Характер сигнала, подавае-
мого датчиком, зависит от того, в какой системе используется датчик, и от
типа самого датчика. Однако независимо от характера сигнала датчики
обратной связи могут быть разбиты так же, как отсчетные устройства,
на кинематически связанные с приводом рабочих органов, кинематически
связанные с рабочим органом и непосредственно связанные с рабочим
органом (см. стр. 454).
Все сказанное выше относительно различных связей отсчетных
устройств с рабочим органом и их влиянии на точность полностью отно-
сится к аналогичным связям датчиков.
Следует заметить, что применительно к системам цифрового программ-
ного управления приходится рассматривать два критерия точности:
1) точность, которая характеризует рассеяние положения рабочего
органа при многократной остановке в одном положении и при подходе
к положению остановки при движении в двух разных направлениях;
2) повторную точность, которая характеризует рассеяние поло-
жения рабочего органа при многократной остановке и подходе рабочего
органа к положению остановки с одной стороны.
Повторная точность обычно бывает выше точности, понятие о которой
дано ранее.
Влияние на точность перемещений зазоров в кинематических цепях
привода датчиков может быть устранено не только при использовании
специальных устройств для устранения зазоров (см. стр. 409), но и при
соответствующем построении автоматического цикла движений, который
должен обеспечивать постоянное направление движения рабочего органа
при подходе к точке остановки. В тех случаях, когда в соответствии
с программой рабочий орган подходит к точке остановки, двигаясь в обрат-
ном направлении, его перемещают на величину, несколько превосходя-
щую требуемую, а затем возвращают назад на величину, равную пере-
бегу. Такая схема движений может быть использована при перемещении
стола и шпиндельной бабки на расточных станках, при обработке резцом
ступенчатых поверхностей на станках токарной группы и т. п.
При составлении программы для рассмотренных систем цифрового
программного управления необходимо зафиксировать информационное
число или серию импульсов, число которых равно информационному
числу. В иной форме фиксируется программа при фазочувствительной
системе цифрового программного управления.
При фиксации информационного числа оно может быть представлено
в той или иной системе счисления: десятичной, двоичной, двоично-десятич-
ной и др. Системой счисления в значительной мере определяется форма
кода, который может быть использован для фиксации информации. Раз-
личные формы кода, а соответственно и системы счисления обладают
соответствующими достоинствами и недостатками, которые проявляют
себя в зависимости от вида используемого программоносителя, читающего
устройства и т. п.
519
Информационное число может быть преобразовано системой управле-
ния в серию импульсов. Серия импульсов может быть также задана
в унитарном коде, при котором число информационных знаков
равно информационному числу.
Программоносители, фиксация информации
и чтение программы
Панели управления с десятипозиционными переключателями. При деся-
типозиционных переключателях (рис. III.54) информационное число пред-
ставляется в десятичной системе счисления. Каждая строчка переключа-
телей панели управления соответ-
ствует одному этапу цикла. Левая
группа переключателей служит
для фиксации информации о вели-
чине перемещения, правая — о
характере цикловых команд I, II,
III, IV. С помощью группы пере-
ключателей, показанных на рис.
III.54 в большом масштабе, зафик-
сировано число 246. При разре-
шающей способности системы
0,1 мм данной информации соот-
ветствует перемещение рабочего
органа на 24,6 мм, при разрешаю-
Рис. III.54. Панель управления с десятипозиционными переключате-
лями
щей способности 1—246л1Л1, при разрешающей способности 10—2460 мм.
Чем выше разрешающая способность и больше максимальная величина
хода, тем больше переключателей должно быть в строчке.
На панелях с двухпозиционными и кнопочными переключателями
и штепсельных коммутаторах информация фиксируется в двоичном коде,
так же, как на перфокартах и перфолентах, поэтому устройство штеп-
сельных коммутаторов целесообразно рассмотреть после ознакомления
с методами фиксации информации на перфокартах.
Перфокарты и перфоленты. Для фиксации программы на перфокартах
и перфолентах применяются различные виды кода. Для фиксации числа
в десятичном коде необходим участок перфокарты или перфо-
ленты, состоящий из десяти строк (рис. III.55, а). Каждая из строк соот-
ветствует одной из цифр от 0 до 9. Количество вертикальных дорожек
равно количеству знаков в числе. Так, для фиксации четырехзначного
числа необходимы, как это показано на рис. II 1.55, а, четыре дорожки,
для фиксации семизначного числа потребовалось бы семь дорожек и т. д.
Единицы фиксируются на первой (правой) дорожке, десятки на второй,
сотни на третьей и т. д. На рис. III.55, а зафиксировано число 5281.
Для этого на первой дорожке проколото отверстие в строке, соответ-
520
ствующей цифре 1 (проколотые отверстия залиты черным), на второй
дорожке — в строке, соответствующей цифре 8, и т. д.
Десятичный код отличается наглядностью, так как он позволяет
визуально прочесть зафиксированное число. Существенным недостатком
десятичного кода является значительное увеличение размеров програм-
моносителя и усложнение читающего устройства, вследствие чего эта
форма кода практически не используется.
Двоичный код базируется на двоичной системе счисления,
в которой имеется всего две цифры — единица и нуль. Рассмотрим, как
могут быть представлены различные числа в двоичной системе счисления.
Обратимся вновь к десятичной системе. В десятичной системе единица,
стоящая в разряде с номером п, обозначает число, равное 10п—\ напри-
Рис. Ш.55. Фиксация программы на перфорированной карте
и ленте
мер, единица, стоящая во втором разряде (10), обозначает 101, единица,
стоящая в третьем разряде (100), обозначает 102, единица, стоящая в чет-
вертом разряде (1000), обозначает 103 и т. д. Аналогично в двоичной
системе единица, стоящая в разряде пг, обозначает число, равное 2"~1’,
например единица, стоящая во втором разряде (10), обозначает 21, еди-
ница, стоящая в третьем разряде (100), обозначает 2®, единица, стоящая
в четвертом разряде (1000), обозначает 28 и т. д.
Изображение цифр от 0 до 9 десятичной системы в двоичной и их
обозначение на перфорированной ленте приведено на рис. III.55, б.
Цифра 1 записывается в обеих системах одинаково. Цифра 2 записывается
в двоичной системе, как 1 во втором разряде и 0 в первом. Цифра 3 запи-
сывается как сумма чисел 2 и 1, т. е. как 1 во втором и 1 в первом раз-
рядах. Цифра 4 записывается, как 1 в третьем разряде. Цифра 5 запи-
сывается как сумма чисел 4 и 1, т. е. как 1 в третьем и 1 в первом разрядах.
Любое число можно представить как сумму чисел, каждое из которых
является степенью числа 2. Например, число 5281 равно 4096 + 1024 +
+ 128 + 32 4- 1. Каждое из чисел, составляющих число 5281, является
степенью числа 2: 5281 = 212 4- 210 4- 27 4- 25 4- 2°. Для того чтобы
видеть, какие степени числа 2 отсутствуют в этом числе, запишем его
521
в виде: 5281 = 1-212 + 0 - 211 + 1 -210 + 0 - 29 + 0 - 28 + 1 -27 + 0-26 +
+ 1-2а + 0-24 + 0-23 4- 0-22 + 0-21 + 1-2°. Соответственно в двоичной
системе число 5281 запишется в виде 1010010100001, а на перфоленте
изобразится в форме, представленной на рис. III.55, в. Как видно, изобра-
жение числа 5281 в двоичной системе требует всего одной строчки, кото-
рая имеет 13 точек для пробивки отверстий, в отличие от десятичной,
при которой требовалось 10 строчек и 40 точек для пробивки отвер-
стий.
Таким образом, при двоичном коде величина программоносителя может
быть значительно уменьшена, а конструкция читающего устройства упро-
щена. Благодаря отмеченным достоинствам двоичный код находит боль-
шое распространение.
Одним из недостатков двоичного кода является невозможность (или
сложность) визуального определения зафиксированного числа.
При двоично-десятичном коде (код 8421) каждая
цифра числа, представленного в десятичной системе, записывается в двоич-
ной системе на отдельной строчке (рис. III.55, г). Так, для записи
числа 5281 потребуется четыре строчки. В первой строчке записана цифра 5,
во второй 2, в третьей 8, в четвертой 1 в двоичной системе. Число, зафик-
сированное в двоично-десятичном коде, можно прочесть визуально. Объем
информации при этой системе кодирования несколько больше, чем при
двоичном коде, и значительно меньше, чем при десятичном.
Имееся ряд других форм кодов, которые обладают теми или иными
преимуществами. Так, код Грея, в основу которого положен двоичный
код, устраняет возможность получения ложной информации при исполь-
зовании кодовых датчиков, некоторые коды упрощают процесс контроля
и т. п. [2].
Для каждого этапа цикла на перфокарте должна быть зафиксирована
как информация о величине перемещения, так и информация о цикловых
и технологических командах. Последняя фиксируется в произвольном
коде и каждой команде присваивается определенная комбинация проби-
тых отверстий. Расположить всю информацию в одной строчке обычно
не представляется возможным и для размещения всей информации для
одного этапа цикла используется несколько строчек перфокарты или
перфоленты. Группа строчек, служащая для фиксации информации, отно-
сящейся к одному этапу цикла, носит название кадра.
Ленты, применяемые для фиксации информации, могут иметь различ-
ное число дорожек. Наибольшее распространение получили восьми-
и пятидорожечная ленты [2, 4]. При пятидорожечной ленте в одной строчке
располагается всего пять отверстий, что недостаточно для фиксации
информации о величине перемещения. Вследствие этого информация
о величине перемещения фиксируется не вдоль строки, а вдоль дорожки,
аналогично фиксируется информация о цикловых и технологических
командах. Информация считывается либо с целого кадра, либо построчно.
В последнем случае последовательно считываемая информация разме-
щается необходимым образом в запоминающем устройстве.
Перфокарты и перфоленты изготовляются с помощью специальных
устройств — перфораторов. Конструкции перфораторов чрезвы-
чайно многообразны — от ручных, на которых каждое отверстие проби-
вается непосредственно нажимом на пуансон рукой, до клавишных.
В зависимости от конструкции перфоратора либо требуется предваритель-
ный перевод числа из десятичной системы в двоичную, для чего исполь-
зуются переводные таблицы и линейки, либо в перфоратор вводится
информационное число в десятичной системе, а при пробивке это число
автоматически представляется в двоичном коде.
522
Для чтения программы, т. е. для преобразования информации, зафик-
сированной на перфокартах или перфолентах, в электрические сигналы,
применяются как контактные, так и бесконтактные методы. При одной
из форм контактного метода (рис. Ш.56, а) перфорированная карта или
лента 1 лежит на поверхности контактной пластины 2. На поверхность
карты опираются контактные щетки 3, каждая из которых представляет
собой пучок стальных проволок, торцовая поверхность которого отшли-
фовывается под углом. В процессе чтения программы строчки программо-
носителя последовательно подводятся к щеткам. Щетки, совпадающие
с отверстиями программоносителя, приходят в соприкосновение с контакт-
ной пластиной, к которой подведен ток, и через эти щетки будут поданы
электрические сигналы. При перемещении программоносителя щетки
приподнимаются.
Другой вариант читающего устройства представлен на рис. Ш.56, б.
При перемещении перфокарты ощупывающие штифты 4 опускаются вниз
Рис. III.56. Схемы читающих устройств
с помощью электромагнита 1, который поворачивает качающуюся рамку 8.
Последняя, поворачиваясь вокруг оси 9, нажимает на выступы штиф-
тов 4 и опускает их вниз. Штифты 4, нажимая на пружины 6, размы-
кают контакты 5 и 7. Когда очередная строчка перфокарты совмещается
с линией штифтов 4, электромагнит 1 освобождает рамку, и штифты 4
под действием пружины 3 перемещаются вверх. Перемещению штифтов
препятствует перфокарта, и переместиться могут только те штифты,
которые совпадают с отверстиями, пробитыми в данной строчке перфо-
карты 2. Контакты 5 и 7, расположенные под штифтами 4, совпадаю-
щими с отверстиями перфокарты, замыкаются, и от читающего устройства
в систему управления поступают соответствующие сигналы.
Для чтения информации, зафиксированной на перфокартах или лен-
тах, применяются фотоэлектрический и пневматический методы. При фото-
электрическом методе (рис. 11.56, в) с одной стороны перфокарты распо-
лагается источник света /, с другой — фотосопротивления 3. Через отвер-
стия перфокарты 2 свет падает на фотосопротивления. От освещенных
фотосопротивлений поступают электрические сигналы, которые обычно
нуждаются в дополнительном усилении.
При пневматическом читающем устройстве (рис. Ш.56, г) сжатый
воздух, поступающий по трубе 5 в камеру 4, попадает через отверстия
перфокарты 3 и плиты 2 в трубки 1, каждая из которых подведена
к датчику сигналов.
Для перемещения перфокарт и перфолент в читающих устройствах
применяются различные транспортирующие механизмы с собственными
приводами.
523
Читающее устройство осуществляет замыкание цепей электромагнит-
ных реле или бесконтактных релейных элементов.
Следует заметить, что информационное число, зафиксированное на
перфокарте или перфоленте, может быть также преобразовано с помощью
генераторов импульсов в серию импульсов.
Штепсельные и кнопочные коммутаторы и коммутаторы с двухпози-
ционными переключателями. Принцип действия штепсельного коммута-
тора иллюстрирует схема, представленная на рис. III.57. Штепсельный
коммутатор состоит из нескольких рядов штепсельных гнезд. Каждый
Рис. III.57. Схема штепсельного коммутатора
ряд служит для фиксации информации о величине перемещения и о цик-
ловых и технологических командах для одного этапа цикла.
Каждое штепсельное гнездо, в которое вставляется штеккер 6, состоит
из двух изолированных обкладок 2 и 3. Обкладки 2 всех штепсельных
гнезд присоединены к общему проводу 1, связанному с источником пита-
ния, а обкладки 3 присоединяются через щетки 4 многорядного шагового
искателя телефонного типа к цепям, служащим для передачи сигналов
к соответствующим блокам системы управления. В частности, на пред-
ставленной схеме эти цепи используются для питания катушек реле
Ру—Pw, а контакты реле выполняют, в свою очередь, необходимые пере-
ключения в блоках системы управления.
Шаговый искатель имеет несколько рядов расположенных по дуге
окружности контактов. По контактам каждого ряда скользит контактная
щетка 4, подключенная к обмотке одного из реле. От каждого из контак-
тов идет провод, который подключается к обкладке штеккерного гнезда.
Схема подключения развернута на рис. III.57 только для реле Plv. Все
524
контакты подключаются к гнездам одной колонки. Соответственно ряд
контактов шагового искателя, осуществляющих питание реле Р10, подклю-
чен к гнездам десятой колонки: первый контакт к обкладке гнезда, распо-
ложенной в первом ряду коммутатора, второй контакт — к обкладке
гнезда, расположенного во втором ряду, и т. д. Аналогично подключен
ряд контактов шагового искателя, осуществляющих питание реле Р9, ит. д.
На схеме все провода, отходящие от каждого из контактов одного ряда
шагового искателя, показаны в виде пучка, обозначенного одной линией,
в действительности же контакты каждого реле подключаются так же,
как контакты реле Рго.
При положении щеток шагового искателя, показанном на рис. Ш.57,
к обмоткам реле подключены только гнезда ряда I коммутатора. Поскольку
штеккеры 6 вставлены в гнезда первой, третьей, четвертой и шестой коло-
нок, то питание получат только реле Pr, Р3, Pt и Рв.
После перемещения щеток шагового искателя на один шаг к обмоткам
реле будут подключены гнезда ряда II коммутатора и питание получат
те реле, в гнезда которых будут вставлены штеккеры.
Вторые концы обмоток реле подключены к общему проводу 5. Таким
образом, при подключении очередного ряда гнезд штепсельного комму-
татора срабатывает новая комбинация реле.
Часть вертикальных колонок отводится для фиксации цикловых и тех-
нологических команд, а остальные — для фиксации величины переме-
щений.
Величины перемещений могут быть заданы в двоичном коде, а цикло-
вые и технологические команды в произвольном коде.
Фиксация программы осуществляется установкой штеккеров в соот-
ветствующих гнездах.
При кнопочных коммутаторах предварительное замыкание соответ-
ствующих цепей в каждом из рядов производится нажимом кнопок, а при
двухпозиционных переключателях — перестановкой переключателей
в положение «включено».
Недостатком коммутаторов является сравнительно малый объем инфор-
мации, который не обеспечивает выполнения сложных технологических
операций, что ограничивает применение штепсельных коммутаторов
в системах цифрового программного управления. Другим недостатком
фиксации программы с помощью коммутаторов является необходимость
затраты времени на набор программы при обработке каждой повторя-
ющейся партии деталей, что приводит к увеличению затрат времени на
обработку.
С целью сокращения затрат времени на набор программы на коммута-
торах применяют специальные перфокарты с пробитыми отверстиями для
установки штеккеров.
Более широко различные коммутаторы применяются для фиксации
цикловых и технологических команд в системах путевого программного
управления.
Магнитные и киноленты. Магнитная лента, аналогичная применяемой
в магнитофонах, изготовляется из ацетилцеллюлозы толщиной 0,03 мм,
на которую наносится слой ферромагнитной эмульсии. Для записи про-
граммы на магнитной ленте служат электромагнитные головки 3
(рис. III.58, а). Сердечник катушки состоит из двух полуколец, между
концами которых имеется зазор 2 шириной 0,01—0,02 мм. На сердечнике
помещаются катушки 4. В процессе записи программы магнитная лента 1
движется с равномерной скоростью мимо зазора сердечника. При про-
пускании переменного тока требующейся частоты через обмотки электро-
магнитной головки в зазоре 2 возникает переменное магнитное поле,
525
вследствие чего на равномерно движущейся ленте образуются поперечные
«магнитные штрихи» 5. Интервалы между штрихами при постоянной ско-
рости ленты зависят от частоты переменного тока. Магнитные штрихи
можно обнаружить, насыпав на ленту железные опилки.
Запись программы производится с помощью соответствующего про-
граммирующего устройства. Программа представляет собой серию маг-
нитных штрихов. Число штрихов равно информационному числу.
При воспроизведении программы лента с такой же скоростью, как
и при записи, протягивается мимо аналогичной читающей магнитной
головки; при этом вследствие
перемещения магнитных штри-
хов перед зазором в сердечнике
возникает переменный магнит-
ный поток, возбуждающий элек-
тродвижущую силу в обмотках
катушки. Каждому штриху со-
ответствует один импульс тока;
при воспроизведении програм-
мы импульсы следуют один за
другим. Импульсы нуждаются
в усилении.
Рассмотренная форма фи-
ксации программы может быть
использована в число-импуль-
сных следящей и шаговой си-
стемах.
По ширине ленты размещается несколько дорожек, на каждой из кото-
рых может быть зафиксирована программа перемещений одного из рабо-
чих органов станка.
Кинолента в ряде случаев используется как обычная перфолента. Воз-
можна также запись программы черными штрихами 4 (рис. III.58, б).
При движении кинопленки 2 в читающем устройстве штрихи проходят
мимо фотосопротивлений 3, освещенных источником света 1. В момент
прохождения штриха мимо фотосопротивления луч света прерывается и
возникает электрический сигнал.
В практике применяются также и другие виды программоносителей.
Число-импульсные системы
Число-импульсные системы, суммирующая и непрерывного действия,
имеют ряд общих элементов, к которым в первую очередь относятся дат-
чики импульсов обратной связи.
Датчики импульсов обратной связи. При высокой разрешающей спо-
собности системы, которая для координатнорасточных станков дости-
гает 0,001 мм, а для других типов станков находится в интервале 0,01—
0,1 мм, очередной импульс должен подаваться при перемещении рабочего
органа на весьма малую величину, что вызывает определенные трудности
при создании датчиков, имеющих высокую разрешающую способность
и точность.
Высокая разрешающая способность может быть получена, например,
при использовании датчиков, кинематически связанных с приводом рабо-
чего органа.
Датчик 1 (рис. III.59, а) представляет собой обычный коллектор, сидя-
щий на валу червяка привода рабочего органа 2. При вращении вала
пластины коллектора контактируют со щеткой, скользящей по поверх-
ности коллектора, и в момент контакта возникает электрический импульс.
Ь26
Если червячное колесо имеет 50 зубьев, датчик — десять пластин,
а ходовой винт — шаг 5 мм, то один импульс будет поступать при пере-
мещении рабочего органа на 0,01 мм.
Вместо коллектора можно использовать бесконтактный фотоэлектри-
ческий датчик, который представляет собой диск 1 (рис. III.59, б) с про-
резями 5. С одной стороны диска расположен источник света 4, а с дру-
гой — фотосопротивление 3. При
периодически освещается в момент
ланной в металлическом слое 2,
при этом возникает импульс тока.
Импульсы обратной связи мо-
гут быть также получены с по-
мощью рассмотренного выше
индуктивного датчика (см. стр.
465), применяемого в отсчетных
устройствах.
Рассмотренные датчики могут
быть использованы как кинемати-
чески связанные с рабочим орга-
ном. Для получения высокой раз-
решающей способности передача,
связывающая рабочий орган с дат-
чиком, должна иметь большое по-
вращении диска фотосопротивление
прохождения перед ним прорези, сде-
Рис. III. 59. Схемы датчиков импульсов об-
ратной связи, кинематически связанных
с приводом рабочего органа
вышающее передаточное отношение, что вызывает трудности при кон-
структивном оформлении подобных датчиков.
Конструкции датчиков, непосредственно связанных с рабочим органом,
весьма разнообразны: фотоэлектрические датчики с металлическими и стек-
лянными штриховыми шкалами, фотоэлектрические датчики с дифрак-
ционными решетками, индуктивные датчики, индуктосины и др.
При фотоэлектрических датчиках со штриховыми шкалами изображе-
ние шкалы с помощью оптической системы проектируется на фотоэле-
Рис. 1П.60. Фотоэлектрический датчик
менты, и при движении шка-
лы темное изображение
штриха, попадая на фотоэле-
мент, вызывает импульс элек-
трического тока. Однако при
такой простейшей схеме
представляется весьма за-
труднительным обеспечить
высокую разрешающую спо-
собность, так как при малом
интервале между штрихами
и соответствующей толщине
штриха нельзя получить чет-
ких импульсов обратной свя-
зи. Обычно интервал между
штрихами шкалы равен 1 мм. Для получения высокой разрешающей спо-
собности применяют датчики обратной связи более сложной конструкции,
которые по аналогии с отсчетными устройствами могут быть названы
двухшкальными датчиками.
Изображение штрихов стеклянной или металлической линейки 5
(рис. 111.60) с помощью объектива 4 проектируется на экран 3. При этом
интервал L между штрихами на экране в 50—100 раз больше интервала
между штрихами на линейке. Перед экраном располагается фотоэлектри-
ческий датчик 2. При движении рабочего органа штрихи линейки,
527
спроектированные на экран, перекрывают фотоэлектрический датчик,
в результате чего возникает импульс тока.
Высокая разрешающая способность достигается путем предваритель-
ного смещения фотодатчика 2 относительно экрана с помощью вспомога-
тельной системы цифрового программного управления.
При смещении фотодатчика относительно начального положения, при
котором проекция штриха совпадала с фотодатчиком, первый импульс
последует после того, как штрих переместится на величину смещения
фотодатчика, а рабочий орган — на величину меньше 1 мм. Общая вели-
чина перемещения будет складываться из этого дополнительного переме-
щения, определяемого смещением датчика, и перемещения, задаваемого
числом импульсов. Величина смещения датчика определяется дробной
частью общей величины перемещения рабочего органа и масштаба увели-
чения на экране. В зависимости от масштаба увеличения перемещению
Рис. III.61. Индуктивный дат-
нии
рабочего органа на 0,01 мм соответствует
смещение датчика на 0,5—1 мм. Таким обра-
зом, высокая разрешающая способность си-
стемы цифрового программного управления
перемещениями рабочего органа может быть
получена при низкой разрешающей способ-
ности системы программного управления
смещением фотодатчика.
Каретка 1 фотодатчика получает движе-
ние от специального привода с электродви-
гателем 6. Величина смещения задается
в программе информационным числом, равным числу сотых (или тысяч-
ных) долей в дробной части общей величины перемещения рабочего органа.
Импульсы обратной связи при перемещении фотодатчика подаются датчи-
ком обратной связи 7. При этом не требуется особо высокая точность
системы программного управления перемещением фотодатчика.
В качестве датчика обратной связи, непосредственно связанного с рабо-
чим органом, может быть использован индуктивный винт, применяемый
в описанном выше (см. стр. 462) отсчетном устройстве. При перемещении
рабочего органа с помощью индуктивного винта формируются сигналы
в виде синусоидально изменяющегося тока. Так как единичный сигнал
поступает при перемещении рабочего органа на сравнительно большую
величину, то такая система имеет низкую разрешающую способность.
Высокая разрешающая способность может быть получена с помощью меха-
низма предварительного поворота индуктивного винта, как это имело
место в описанном выше отсчетном устройстве. Предварительный поворот
индуктивного винта 1 (рис. III.61) осуществляется специальным приводом
с электродвигателем 2 при помощи вспомогательной системы цифрового
программного управления с датчиком обратной связи 3.
Датчики обратной связи с индуктивными винтами используются на
координатнорасточных станках с цифровым программным управлением
станкостроительного завода им. С. М. Кирова в Одессе.
Высокая разрешающая способность может быть получена также
с помощью датчика обратной связи с дифракционными решетками. Дифрак-
ционная решетка / (рис. Ш.62) представляет собой прозрачную линейку,
на которой нанесены черные штрихи, чередующиеся с просветом (растры),
либо V-образные углубления. На одном миллиметре решетки, предназ-
наченной для датчиков обратной связи станков, размещается 100—
200 штрихов. Штрихи располагаются перпендикулярно направлению дви-
жения. Впереди подвижной решетки располагается небольшой отрезок
неподвижной решетки 2, штрихи которой расположены под небольшим
528
Рис. III.62. Датчик с дифракционной
решеткой
углом. Через обе решетки проходит луч света, создаваемый соответству-
ющим источником. Вследствие дифракции света на неподвижной решетке
появляется ряд поперечных темных полос. Во время движения решетки 1
эти полосы перемещаются сверху вниз или снизу вверх в зависимости от
направления движения решетки. При
перемещении решетки 1 на величину
шага штрихов поперечные полосы
перемещаются на величину своего
шага, который равен нескольким
миллиметрам. Перед решеткой поме-
щается фотоэлектрический датчик 3.
При перемещении полос датчик то
освещается, то затемняется, в резуль-
тате чего возникает синусоидально
изменяющийся электрический сиг-
нал, который с помощью соответству-
ющей электронной аппаратуры пре-
образуется в импульсы обратной
связи.
Число-импульсная суммирующая
система. Показанная на рис. III.63
блок-схема дает представление о
принципах действия число-импуль-
сной суммирующей системы. Привод
перемещения рабочего органа вклю-
чается электромагнитной муфтой 1,
программа движений задается на
перфокарте 6, импульсы обратной
связи генерируются датчиком 2.
Информация о величине перемещений фиксируется двоичным ходом на
шести дорожках перфокарты. Две дорожки используются для фиксации
цикловых и технологических команд. Информация считывается щетками 7.
Через отверстия перфокарты щетки контактируют с поверхностью пла-
стины 5, которая в момент считывания программы подключается к сети
с помощью контактов 4. Щетки 7, считывающие информацию о величине
перемещения, подключены к ячейкам I—VI двоичного счетчика 8,
Ь29
представляющего собой запоминающее и сравнивающее устройство.
Ячейки могут быть построены на основе электронных ламп, полупровод-
никовых элементов, реле и др. Работа ячеек двоичного счетчика рассма-
тривается ниже. Ячейки, щетки которых в момент ввода информации были
подключены к сети, переводятся в состояние 1, а остальные ячейки нахо-
дятся в состоянии 0. Ячейки I—VI управляют контактами I—VI блока
управления 9. Через контакты I—VI включается цепь питания обмотки
реле Р„, контакты которого включают электромагнитную муфту Э при-
вода. Если одна из ячеек счетчика 8 пришла в состояние 1, то реле Рд
срабатывает, включается электромагнитная муфта и начинается движение
рабочего органа. От датчика 2 по каналу 3 к двоичному счетчику 8 посту-
пают импульсы обратной связи. При поступлении каждого очередного
импульса информационное число, зафиксированное в счетчике, умень-
шается на единицу. Когда число импульсов обратной связи становится
равным информационному числу, все ячейки счетчика приходят в состоя-
ние 0, цепь питания обмотки реле Ру размыкается и контакты реле отклю-
чают электромагнитную муфту. Движение рабочего органа прекращается.
По команде блока управления перфокарта перемещается на один шаг
и начинается новый этап цикла.
Для иллюстрации принципа работы двоичного счетчика рассмотрим ре-
лейный двоичный счетчик (рис. III.64, а—д). На схеме представлено только
четыре ячейки. Каждая ячейка состоит из реле Р, конденсатора С и сопро-
тивлений Rlt R2 и R3. Конденсатор С может поочередно подключаться
либо к положительному, либо к отрицательному источнику питания, либо
к обмотке реле Р. Если конденсатор имел положительный заряд, то при
подключении его к обмотке реле оно срабатывает, и его контакты замыкают
цепь самопитания реле. Если конденсатор имел отрицательный заряд,
то при подключении его к обмотке реле, стоящего на самопитании,
через обмотку идет ток противоположного направления и реле отклю-
чается.
Подключение конденсатора к положительному или отрицательному
источнику питания осуществляется с помощью контактов реле данной
ячейки. Если реле выключено, то конденсатор подключен к положитель-
ному источнику питания, если реле включено, то конденсатор подключен
к отрицательному источнику питания. Подключение конденсатора
к обмотке реле осуществляется с помощью контактов реле младшей ячейки.
Если реле младшей ячейки выключено, то конденсатор отключен от обмотки
реле и подключен к сети питания; если реле младшей ячейки включено,
то конденсатор отключен от сети питания и подключен к обмотке реле
данной ячейки.
Подключение конденсатора первой ячейки осуществляется контактами
датчика обратной связи. При перемещении рабочего органа на вели-
чину разрешающей способности размыкаются контакты Ьг, замыкаются
контакты Ds, размыкаются контакты D2 и вновь замыкаются контак-
ты £>!•
В положении 0 реле всех ячеек выключены, конденсаторы подключены
к положительному источнику питания, но источник питания отключен от
сети питания контактами реле Р2—Рп.
Для ввода информации служат цепи 1, 2, 3, 4, . . которые подклю-
чены к щеткам читающего устройства. Если через щетку проходит ток,
то соответствующее реле срабатывает. Предположим, что информацион-
ное число равно 4 или в двоичной системе 100. При вводе этого числа
в счетчик (рис. III.64, б) срабатывает реле Р3 ячейки III. Реле Р3 стано-
вится на самопитание, а,его нормально открытые контакты замыкаются
и подключают конденсатор С3 к отрицательному источнику питания Еэ.
530
Одновременно другая пара нормально открытых контактов Р3 подключает
положительный источник питания Е2 к цепи 5, а третья пара включает
цепь питания обмотки реле Ру (см. рис. III.63). Рабочий орган начинает
двигаться.
При перемещении рабочего органа на величину разрешающей способ-
ности датчик обратной связи производит первый цикл переключений
Рис. III.64. Схема работы двоичного релейного счетчика
в ячейке I счетчика, в результате чего в счетчике вместо двоичного
числа 100 (4) остается число 11 (3). К моменту начала работы датчика кон-
денсатор С\ заряжен положительным зарядом. При замыкании контак-
тов О2 срабатывает реле Рг (рис. III.64, в), которое становится на само-
питание. Ячейка I переходит из состояния 0 в состояние 1. Одновременно
цепь питания конденсатора Сг подключается к отрицательному источнику
531
питания и при замыкании контактов Бг конденсатор получает отрица-
тельный заряд.
Включение реле Plt в свою очередь, вызывает соответствующие пере-
ключения в ячейке II. Конденсатор С2, который был заряжен положи-
тельно, подключается нормально открытыми контактами к обмотке
реле Р2, которое срабатывает и становится на самопитание. Ячейка пере-
ходит из состояния 0 в состояние 1. Нормально открытые контакты реле Р2
подготовляют цепь питания конденсатора С2 от отрицательного источника
питания.
Нормально открытые контакты реле Р2, находящиеся в ячейке III,
подключают отрицательно заряженный конденсатор С3 к обмотке реле Р3,
которое при этом выключается. Ячейка III переходит из состояния 1
в состояние 0.
Характер дальнейших переключений, происходящих при поступле-
нии второго и третьего импульсов, можно проследить по схемам, пред-
ставленным на рис. III.64. При поступлении четвертого импульса ячейка /
также переходит в состояние 0, и рабочий орган останавливается.
Как уже указывалось выше, при выключении привода с помощью
кулачковых и фрикционных муфт или путем отключения электродвигателя
высокая точность останова может быть достигнута только при резком
замедлении скорости хода перед остановкой, что во многих случаях ведет
к значительным потерям производительности. При число-импульсной
системе для включения и выключения привода могут быть использованы
однооборотные муфты (см. стр. 396). При одном обороте муфты рабочий
орган перемещается на величину разрешающей способности. Величину
перемещения можно задать, задавая число оборотов однооборотной муфты.
Сделав заданное число оборотов, вал муфты останавливается с весьма
высокой точностью. Отклонение в угловом положении вала не превы-
шает 1—2°. Однако при высокой разрешающей способности системы
и значительной скорости хода однооборотная муфта должна была бы делать
очень большое число оборотов в минуту. Для того чтобы избежать чрез-
мерного повышения числа оборотов и использовать преимущества, свя-
занные с высокой точностью останова, однооборотные муфты могут быть
применены совместно с дифференциально-суммирующим приводом
(рис. II 1.65).
Рабочий орган получает движение от валика 8 сателлитов конического
дифференциала. Коническому дифференциалу вращение передается с одной
стороны от шестерни 4 через реверсивную однооборотную роликовую
муфту 5 (см. стр. 397) и через передачу 6, с другой — от шестерни 2 через
аналогичную муфту и винтовые шестерни 11. Шестерни 2 и 4 получают
вращение от реверсивного привода 1. Однооборотные муфты включаются
и выключаются с помощью электромагнитов Эг—по сигналам, посту-
пающим от блока управления 13.
За один оборот муфты 5 рабочий орган перемещается на величину в 10
(или от 20 до 50) раз меньшую, чем при одном обороте муфты 3, т. е. при
включении муфты 3 система работает с низкой разрешающей способностью,
при включении муфты 5 — с высокой разрешающей способностью. Обе
муфты включаются одновременно.
Информация о величине перемещения состоит из двух информацион-
ных чисел, первое из которых получается как частное от деления величины
перемещения на величину низкой разрешающей способности, а второе —
как частное от деления остатка на величину высокой разрешающей спо-
собности. Первое число вводится в блок сравнения (£С) 12, второе —
в блок сравнения (БС) 14. Импульсы обратной связи поступают: к блоку
12 — от датчика 10 по связи 15, к блоку 14 — от датчика 7 по связи 9.
532
Поскольку перемещение, заданное с высокой разрешающей способно-
стью, происходит параллельно с перемещением, заданным снизкой разреша-
ющей способностью, то малая скорость вращения однооборотной муфты 5
практически не вызывает увеличения затрат времени на перемещение.
Рис. Ш.65. Блок-схема число-импульсной системы цифрового про-
граммного управления с дифференциально-суммирующим приводом
Число-импульсные системы с дифференциально-суммирующим приво-
дом и однооборотными муфтами находят применение на токарных станках
с цифровым программным управлением. Повторная точность такой
системы при разрешающей способности 0,01 мм составляет 0,005 мм.
Рис. Ш.66- Блок-схема число-импульсной следящей
системы
Число-импульсная следящая система. Серия импульсов, число которых
равно информационному числу, может быть зафиксирована на магнитной
ленте (рис. Ш.66). Сигналы, считанные магнитной головкой 5, поступают
к определителю направления перемещения 6, который расшифровывает
533
полученные сигналы и определяет заданное в программе направление
перемещения рабочего органа. Одновременно сигналы поступают к регу-
лятору скорости 7, который создает напряжение, пропорциональное
частоте сигналов. Сигналы регулятора скорости усиливаются в усили-
теле 8 и направляются к приводу 1, который сообщает движение рабо-
чему органу.
От определителя направления импульсы поступают также к реверсив-
ному счетчику 4. К этому же счетчику поступают сигналы обратной
связи. Импульсы обратной связи генерируются датчиком обратной связи 2,
в качестве которого на при-
веденной схеме использован
датчик с дифракционными
решетками. Сигналы обрат-
ной связи также проходят
через определитель напра-
вления 3.
В реверсивном счетчике
задающие сигналы гасятся
сигналами обратной связи;
таким образом, в счетчике
находится алгебраическая
Рис. Ш.67. Блок-схема шаговой число-импульсной сумма задающих сигналов И
системы	сигналов обратной связи.
Счетчик вырабатывает сиг-
нал, пропорциональный этой сумме, т. е. числу импульсов, находя-
щихся в счетчике. Этот сигнал поступает к усилителю 8 и изменяет ско-
рость движения таким образом, чтобы уменьшить рассогласование между
числом задающих импульсов и числом импульсов обратной связи, посту-
пивших в счетчик.
Шаговая число-импульсная система. Рабочий орган получает движе-
ние от шагового электродвигателя 6 (рис. III.67). Серия импульсов, зафик-
сированная на магнитной ленте 1, считывается магнитной головкой 2
и, пройдя через усилитель считывания 3, поступает к распределителю
импульсов 4, который направляет сигналы к отдельным обмоткам шаго-
вого электродвигателя (см. стр. 406). Сигналы предварительно проходят
через силовые усилители 5.
Системы с путевым контролем
Схема с десятипозиционными переключателями. Подготовка электри-
ческих цепей осуществляется десятипозиционными переключателями 8, 9,
8', 9' и т. д. (рис. II 1.68), а замыкание в момент прихода рабочего органа
в заданное положение — с помощью электроконтактного переключателя,
который получает движение от реечной шестерни 1. Вместе с реечной
шестерней вращается диск со щеткой 2, которая скользит по пластинам
неподвижного коллектора 3. Каждая из десяти пластин коллектора под-
ключена к одному из контактов десятипозиционного переключателя 9.
В свою очередь, контакт переключателя 9 присоединен к скользящему
контакту 7 щеточного диска 5. Щетка последнего скользит по пластинам
неподвижного коллектора 6. Пластины коллектора 6 подключены к кон-
тактам переключателя 8. Цепь обмотки управляющего реле Рк замыкается
через диск со щеткой 2, коллектор 3, переключатель 9, диск 5, коллектор 6,
переключатель 8 и контакты реле Рш. Предположим, что переключатели
установлены так, что к переключателю 9 подключен контакт № 3, а к пере-
ключателю 8 — контакт № 8. Цепь питания обмотки управляющего
534
реле Рк окажется замкнутой в том случае, если щетка диска 2 совпадет
с пластиной № 3 коллектора 3, а щетка 5 — с пластиной № 8 коллек-
тора 6.
Диск 5 получает движение от диска 2 через зубчатую передачу 4. Бла-
годаря соответствующей конструкции передачи 4 диск 5 поворачивается
скачкообразно на угол, равный углу между пластинами коллектора 6
при повороте диска 2 на один оборот. Таким образом, щетка диска 5
совпадает с пластиной № 8 коллектора 6 после восьми оборотов диска 2,
а щетка диска 2 совпадает с пластиной № 3 коллектора 3 после того,
как диск 2 повернется еще на 0,3 оборота. В этот момент обмотка реле Рк
будет подключена к сети и поступит команда для выключения привода.
Если диск 2 делает один оборот при перемещении рабочего органа
на 10 мм, то к моменту остановки рабочий орган переместится на 83 мм.
Рк	Рис. III.68. Блок-схема цифрового программного упра-
ТГ вления с путевым контролем при задании программы
десятипозиционными переключателями
Соответственно переключатель 9 служит для установки единиц, а пере-
ключатель 8 — десятков миллиметров.
Для настройки величины перемещения в соответствии со следующим
этапом цикла служит вторая группа переключателей 9' и 8' [25]. Соот-
ветствующая группа переключателей подключается к обмотке реле Рк
при переходе к следующему этапу цикла с помощью шагового реле Рш.
Схема с кодовой линейкой или барабанами. Кодовая линейка 1
(рис. III.69) состоит из ряда контактных дорожек I, II, III и т. д., кото-
рые на рис. III.69 условно показаны с просветами. Число дорожек равно
числу разрядов двоичной системы счисления, необходимых для задания
максимального возможного перемещения рабочего органа при принятой
разрешающей способности.
Каждая контактная дорожка состоит из чередующихся контактных
выступов и изолированных участков.
По контактным дорожкам скользят щетки 2. К контактным дорожкам
подведено напряжение. В зависимости от положения щеток по длине
кодовой линейки под напряжением оказывается та или иная комбинация
щеток. Получаемый при этом сигнал сравнивается с заданным сигналом
и в случае совпадения этих сигналов вырабатывается сигнал управле-
ния.
Комбинации подключенных щеток задаются в виде двоичных чисел.
Например, если задана комбинация 00101, то это значит, что подключены
535
щетки, расположенные на дорожках / и ///. Комбинация подключенных
щеток должна изменяться при каждом очередном перемещении рабочего
органа на величину разрешающей способности. Участок кодовой линейки,
равный величине перемещения щеток на величину разрешающей способ-
ности, можно рассматривать как строчку, в которой двоичное число зафик-
сировано в виде контактных и изолированных участков. На рис. III.69, а
такие строчки условно показаны с просветами. Примем, что черным обо-
значены контактные участки, а белым — изолированные. Строчка 0 соот-
ветствует цифре 0 и в этой строчке нет ни одного контактного участка,
все щетки отключены от источника питания. В строчке 1 есть только один
Рис. III.69. Блок-схема цифрового программного управления с кодовой
линейкой (а) и кодовым барабаном (б)
контактный участок на дорожке /, что соответствует двоичному
числу 00001. Если щетки находятся на строчке /, то подключенной ока-
зывается только щетка, движущаяся по дорожке I.
В строчке 2 имеется также только один контактный участок, но рас-
положенный на дорожке II, что соответствует двоичному числу 00010.
Если щетки находятся на строчке 2, то подключенной оказывается только
щетка, движущаяся по дорожке II, и. т. д.
Таким образом, контактные и изолированные участки располагаются
в строчке так же, как отверстия в перфокарте. При этом комбинация кон-
тактных участков представляет собой номер строчки в двоичном счисле-
нии. Например, для строчки 25 комбинация участков представляется
двоичным числом 11001, т. е. контактные участки имеются на дорож-
ках I, IV и V.
Блок сравнения состоит из двух групп ячеек 4 и 5 (рис. III.69, а).
В каждой ячейке группы 4 параллельно включен один из нормально
закрытых контактов 1Р\—IPs задающих реле и один из нормально откры-
тых контактов ПР}—UPs реле обратной связи. В каждой ячейке группы 5
параллельно включен один из нормально открытых контактов IP}—1Р5
536
задающих реле и один из нормально закрытых контактов IIP j—ПР& реле
обратной связи.
Обе группы ячеек и реле Рк, управляющее включением и выключением
привода, соединены последовательно. Если реле Рк находится под напря-
жением, то привод выключен и подвижной элемент не двигается. Пред-
положим, что подвижной элемент находится в начальном положении
и щетки расположены на строчке 0. Тогда все нормально закрытые кон-
такты ГРт—1РЪ и ПРХ—НРЪ замыкают цепь питания реле Рк, которое
отключает привод рабочего органа. Введем с помощью читающего устрой-
ства 3 информационное число 11 (01011). Контакты задающих реле 1Р±—
1РЪ займут положение, показанное на схеме. В момент ввода задающего
числа нормально открытые контакты IIPi—НР5 реле обратной связи
разомкнуты, и при вводе информационного числа размыкается цепь реле Рк
и начинается движение подвижного элемента. По мере перемещения под-
вижного элемента меняются комбинации подключенных реле ПРг—НР6.
Когда щетки совместятся со строчкой 11 кодовой линейки, то контакты
реле обратной связи ПРг—НР6 окажутся в состоянии, показанном
на чертеже. При этом ток пойдет по цепи, показанной жирным, и
цепь питания реле Рк окажется замкнутой, а подвижной элемент оста-
новится.
Срабатывание происходит тогда и только тогда, когда щетки совпадают
с такой строкой, на которой контактные участки имеются только в тех
разрядах, в которых стоят единицы. Например, при совпадении щеток
со строчкой 27 щетки, движущиеся, по дорожкам I, II и IV, окажутся на
контактных участках, но одновременно на контактном участке будет
щетка, движущаяся по дорожке V; при этом нормально закрытые кон-
такты VP5 окажутся разомкнутыми, и реле Рк не сработает.
В большинстве случаев блок сравнения строится на бесконтактных
элементах.
Так как при двоичном коде могут иметь место ложные срабатывания,
то применяется либо модифицированный двоичный код — код Грея, либо
вводится дополнительная контактная дорожка, аналогичная первой,
только с более узкой контактной частью и подключение всей схемы проис-
ходит через контактные участки этой дорожки. Таким образом, схема
включается только тогда, когда щетки полностью перешли на очередную
строчку. Этим исключаются ложные срабатывания и вследствие смеще-
ния щеток.
Разрешающая способность рассмотренной схемы низкая, так как
ширина строчек не может быть сделана очень малой. Для повышения
разрешающей способности применяются двухшкальные датчики с кодо-
выми барабанами и дисками.
Схема двухшкального датчика с двумя кодовыми барабанами
(рис. III.69, б) аналогична схеме двухразрядного переключателя. Кодовый
барабан 3 с высокой разрешающей способностью получает вращение через
шестеренно-реечную передачу 1—2, а кодовый барабан 5 с низкой разре-
шающей способностью поворачивается по окончании одного оборота бара-
бана 3 на одну строчку через передачу 4. В развернутом виде кодовые
барабаны представляют собой кодовые линейки. Вместо барабанов могут
быть применены кодовые диски.
При использовании двухшкальных кодовых датчиков можно получить
высокую разрешающую способность.
Кодовые линейки и диски, заменяющие барабаны, могут быть изго-
товлены из прозрачного материала с черными и прозрачными клетками.
В этом случае для выработки сигналов вместо щеток используются фото-
датчики.
537
Аналоговая система
Информационное число, зафиксированное на перфокарте 1 (рис. II 1.70),
преобразуется с помощью «преобразователя представления» 7 в напря-
жение, пропорциональное информационному числу, которое подается
к блоку сравнения, состоящему из усилителя 6 и поляризационного
реле Рк, управляющего приводом 2. С другой стороны к блоку сравнения
подводится напряжение от скользящего контакта 5, связанного с рабочим
органом. При перемещении рабочего органа скользящий контакт 5 сколь-
зит по поверхности сопротивления 4, включенного обоими концами в цепь
питания. При такой схеме включения, называемой схемой потенциоме-
Рис. 1П.70. Блок-схема аналоговой системы цифрового програм-
много управления
тра [52], напряжение на скользящем контакте пропорционально пути,
пройденному скользящим контактом, а следовательно, и рабочим органом.
Поляризованное реле срабатывает в зависимости от знака алгебраи-
ческой суммы напряжений, поступающих от преобразователя представле-
ний и датчика обратной связи. Если задающее напряжение, установленное
преобразователем представления, по абсолютной величине больше напря-
жения обратной связи, то поляризованное реле включает движение рабо-
чего органа 3 влево, если меньше — вправо. Перемещение продолжается
до тех пор, пока задающее напряжение и напряжение обратной связи
не станут равны по абсолютной величине, в этот момент поляризованное
реле выключается и движение рабочего органа прекращается.
Для того чтобы остановить рабочий орган в тот момент, когда сколь-
зящий контакт придет в точку D датчика обратной связи, необходимо
с помощью преобразователя установить в точке С напряжение, равное
напряжению в точке D потенциометра 4. Для этого в цепь АС надо вклю-
чить сопротивление, равное сопротивлению участка потенциометра I,
а в цепь ВС — сопротивление, равное сопротивлению участка потенцио-
метра L—I.
Включение соответствующих сопротивлений осуществляется с помощью
магазинов сопротивлений —Ry и Ri—Ry. Сопротивления Ri = R[,
538
/?2 = R2 и т. д. Величина сопротивлений изменяется пропорционально
числам двоичной системы, т. е. /?2 = 2/?1? R3 = 4Rlt Ri — 8R1 и т. д.
Общее сопротивление элементов Rx—Rj и Rx—R7 равно сопротивлению
потенциометра 4.
Если число сопротивлений в магазине равно п, то общее сопротивле-
ние магазина (2" — 1) R7 и, следовательно, сопротивление равно
сопротивлению участка потенциометра 4 длиной А£ = L : (2П — 1). Дли-
ной участка А£ определяется разрешающая способность системы.
Включение требующейся комбинации сопротивлений осуществляется
с помощью реле/\—Р7, обмотки которых подключены к щеткам читающего
устройства. Нормально закрытые контакты реле Р7—Р7 включены парал-
лельно сопротивлениям R7—R7, а нормально открытые контакты — парал-
лельно сопротивлениям Rx—R7. Если все реле отключены, то напряже-
ние в точке С равно нулю и рабочий орган находится в исходном
положении, а скользящий контакт 5 совпадает с начальной точкой потен-
циометра 4.
Если рабочий орган должен переместиться от начала отсчета на вели-
чину I, то информационное число будет равно . При вводе информа-
ционного числа в читающее устройство срабатывает комбинация реле,
включающая такую часть сопротивлений Рл—R7, общее сопротивление
которой равно сопротивлению участка длиной I и одновременно выклю-
чающая такую же часть сопротивлений Rx—Ri, так что сопротивление
оставшейся группы сопротивлений равно сопротивлению участка потен-
циометра 4 длиной L—I. Включение сопротивлений Rx—R7 происходит
при размыкании шунтирующих их контактов реле Р±—Р7, а выключение
сопротивлений Rx—R? — при замыкании шунтирующих их контактов
реле Ri—Ri.
Предположим, что I = 13А£. На перфокарте зафиксировано информа-
ционное число 13 = 1101. При вводе этого числа в читающее устройство
окажутся замкнутыми цепи питания обмоток реле Plt Р3 и Pit благодаря
чему включатся сопротивления Rlt R3 = 4Rr и = 8Rlt а аналогич-
ные сопротивления Ri, Rs и Rt выключатся.
В качестве потенциометра обратной связи может быть использован
многовитковый потенциометр с коррекционным устройством [52], кине-
матически связанный с рабочим органом. Сопротивления магазина могут
быть подогнаны с высокой точностью. Все это позволяет достигнуть
довольно высокой точности аналоговой системы. По экспериментальным
данным, точность при позиционном перемещении стола фрезерного станка
со скоростью 500 мм!мин составляет ±0,02 мм.
Фазочувствительная система
Представление о принципах работы фазочувствительной системы может
дать модель, представленная на рис. П1.71. На движущейся ленте 3
изображена синусоида. Над лентой расположен фотоэлектрический дат-
чик 4, на который через узкую щель проектируется участок ленты. В зави-
симости от того, какая часть изображения синусоиды в данный момент
совпадает с датчиком, будет меняться интенсивность освещения датчика,
а соответственно и величина задающего сигнала, вырабатываемого дат-
чиком.
Фотоэлектрический датчик 2 расположен на подвижном элементе,
получающем движение от управляемого привода 6. Под фотодатчиком
539
движется лента 1 с изображением синусоиды, шаг которой больше шага
синусоиды, изображенной на ленте 3.
Сигналы, вырабатываемые датчиками 4 и 2, направляются к блоку
сравнения — фазовому дискриминатору (фазовому детектору) 5, который
в функции разности полученных сигналов вырабатывает сигнал управле-
 ния, поступающий к приводу 6
Рис. Ш.71. Модель фазочувствительной системы
и вызывающий перемещение
подвижного элемента в напра-
влении, обеспечивающем умень-
шение разности сигналов, полу-
чаемых от датчиков 2 и 4.
Разность в сигналах, посту-
пающих от датчиков 2 и 4,
возникает вследствие разности
шагов изображения на лентах 1
и 3. При движении обеих лент
с одинаковой скоростью осве-
щенность датчиков 2 и 4 будет
различной. Так, при перемеще-
нии ленты 3 на один шаг лента
1 переместится из положения
аа в положение bb и датчик 2
будет освещен больше, чем дат-
чик 4. Так как разность (рас-
согласование) в сигналах, поступающих от датчиков 2 и 4, появится сразу
же после начала движения, то фазовый дискриминатор сразу же начнет
вырабатывать сигнал управления, вызывающий движение подвижного эле-
мента с датчиком вправо, и к моменту перемещения ленты 3 на один шаг
датчик 2 переместится вместе с подвижным элементом в положение bb.
Практически в процессе
движения всегда остается
какое-то рассогласование.
Величина перемещения
задается с помощью сиг-
нала, представляющего со-
бой синусоидально изме-
няющееся напряжение,
фаза которого непрерывно
сдвигается. Сдвигу фазы
на 360° соответствует пе-
ремещение рабочего органа
на определенную величи-
ну. Общая величина пе-
ремещения задается в про-
грамме углом сдвига фаз.
Такой фазомодулирован-
ный сигнал может быть
также зафиксирован на
магнитной ленте 10 (рис.
Рис. III.72. Блок-схема фазочувствительной системы
цифрового программного управления
III.72), которая намагничена таким образом,
что при протягивании ее перед магнитной головкой возникает сигнал
в форме синусоидально изменяющегося напряжения, которое непрерыв-
но смещается по фазе.
Задающий фазомодулированный сигнал, считываемый головкой 9,
после усиления в усилителе 8 поступает к фазовому дискриминатору (фазо-
вому детектору) 7. С другой стороны к фазовому детектору подводится
540
аналогичный сигнал от сельсина 5, являющегося датчиком обратной
связи. Трехфазный ток для питания обмотки статора 6 сельсина возбу-
ждается с помощью сигналов, также зафиксированных на магнитной
ленте 10. Сигналы считываются головкой 12, усиливаются усилителем 11
и поступают к блоку 13, вырабатывающему трехфазный ток возбуждения
для питания обмотки статора сельсина.
В обмотке ротора сельсина возбуждается переменный ток. Предполо-
жим, что в момент начала работы задающий сигнал и сигнал обратной
связи совпали по фазе. Вследствие того, что фаза задающего сигнала
смещается относительно фазы сигнала, определяющего частоту тока,
питающего обмотку статора сельсина, то между задающим сигналом
и сигналом обратной связи появляется сдвиг фаз АЛ. Фазовый дискри-
минатор вырабатывает сигнал, пропорциональный рассогласованию фаз,
который используется для управления приводом 1. Сельсин связан с рабо-
чим органом 2 зубчато-реечной передачей 3—4. Сигнал, вырабатываемый
фазовым дискриминатором, заставляет перемещаться рабочий орган 2
и поворачиваться сельсин в направлении, обеспечивающем уменьшение
величины рассогласования. Движение рабочего органа продолжается до
тех пор, пока к фазовому дискриминатору поступает задающий сигнал.
Имеется большое число различных форм фазочувствительных систем.
Принципы задания и исполнения цикловых
и технологических команд в различных системах управления
Методы задания технологических и цикловых команд определяются
видом используемого программоносителя. На панелях управления команды
задаются с помощью переключателей или штеккеров, на перфокартах —
пробивкой соответствующей комбинации отверстий в произвольном коде,
на магнитных лентах — записью соответствующей комбинации штрихов.
Сигналы, поступающие на основе информации, зафиксированной
в программоносителе, расшифровываются блоком управления и исполь-
зуются для управления механизмами переключения привода или незави-
симыми электродвигателями привода.
В качестве примера рассмотрим привод с электромагнитными муфтами
(рис. III. 73). Привод получает вращение от электродвигателя 1
(рис. III.73, а). При рабочем ходе движение передается через червячную
передачу 11, при быстром — через коническую передачу 9. Червячная
шестерня связана с винтом, осуществляющим перемещение рабочего
органа 12, через муфту обгона 10. При включении конической передачи 9
муфта обгона 10 автоматически расцепляет червячную шестерню и ходовой
винт, который получает быстрое вращение от конической передачи.
Включение, выключение и реверсирование рабочего и быстрого ходов
осуществляются электромагнитными муфтами. Муфты 15 и 17 служат для
включения и реверсирования рабочего хода. Шестерни 14 и 18, связан-
ные с муфтами 15 и 17, сидят свободно на валу червяка, на котором закреп-
лен диск 16. При включении одна или другая электромагнитная муфта
сцепляется с диском 16 и соответствующая шестерня передает вращение
валу червяка. Шестерня 14 получает вращение от электродвигателя через
шестерню 13, шестерня 18 — через шестерни 2 и 3. Таким образом,
шестерни 14 и 18 вращаются в различных направлениях. Включая ту или
другую шестерню, можно изменять направление рабочего хода.
Шестерни 8 и 4 привода быстрых ходов также имеют различное направ-
ление вращения. Включая одну из них с помощью электромагнитных
муфт 5 или 7. которые сцепляются с диском 6, получают быстрый ход
в том или ином направлении.
541
Если набор команд производится на пульте управления, то необходи-
мая для данного этапа цикла команда (рис. III.73, б) устанавливается
с помощью переключателей 19, 20 и т. д., каждый из которых располо-
жен в соответствующей строчке пульта.
Одни концы обмоток электромагнитных муфт ЭМ1—9Mi присоеди-
нены к общему источнику питания, другие — к контактам переключате-
лей. При наборе необходимой команды скользящий контакт переключа-
теля совмещается с контактом соответствующей электромагнитной муфты.
Например, с помощью переключателя 19 включена электромагнитная
муфта ЭМ1г что соответствует быстрому ходу вперед, а с помощью пере-
ключателя 20 — электромагнитная муфта ЭЛ43, что соответствует рабочему
ходу вперед.
команд
Скользящие контакты переключателей 19, 20 и т. д. подключены к кон-
тактам шагового искателя 21, который поочередно подключает переклю-
чатели цикловых команд. Шаговый искатель 22 подключает переключа-
тели технологических команд.
При фиксации команд на перфорированной ленте (рис. III.73, в)
обмотки электромагнитных муфт подключаются к цепи питания с помощью
контактов реле РВХ и РВ2. Муфты ЭМ^ и Э7И3 (рис. II 1.73, а) вклю-
чаются с помощью нормально закрытых контактов реле РВг, а муфты ЭМ2
и ЭМ^— с помощью нормально открытых контактов реле РВ^ Муфты
ЭМг и ЭМ2 включены в общую цепь, которая подключается к источнику
питания нормально закрытыми контактами реле РВ2. Аналогично общая
цепь питания муфт ЭЛ43 и ЗЛ14 подключается к источнику питания нор-
мально открытыми контактами РВ2.
Таким образом, два реле позволяют включить одну из четырех муфт.
Например, если реле PBt и РВ2 выключены, то включена муфта ЭМи
если реле РВУ выключено, а реле РВ2 включено, то включена муфта ЭМ2,
получающая питание через нормально закрытые контакты РВ2 и нор-
мально открытые контакты реле РВ1г которые при включении реле замк-
нутся. Очевидно, что код, в котором задаются цикловые и технологи-
ческие команды, определяется выбранной схемой управления и является
произвольным.
542
Применение систем цифрового программного управления
при функционально связанных перемещениях
При цифровом программном управлении функционально связанные
перемещения двух рабочих органов, необходимые для образования участка
профиля аб (рис. Ш.74), осуществляются системой автоматического управ-
ления на основе информации, зафиксированной в программе.
Следует заметить, что во многих случаях контурно- и пространственно-
сложные поверхности обрабатываются фрезой с радиусом г, поэтому
в процессе перемещения рабочих органов должна быть воспроизведена
траектория движения центра фрезы а а5. В ряде случаев траектория
движения центра фрезы может быть задана уравнением, а система циф-
рового программного управления позволяет воспроизвести эту траекторию
на основании заданного уравнения и координат начальных точек кривой.
Однако в большинстве слу-
чаев траектория разбивает-
ся на ряд участков: а «ь
и т. д. и каждый уча-
сток кривой заменяется
другой линией, достаточно
близко совпадающей с за-
данной. Такой метод за-
мены заданной кривой
приближенной называется
аппроксимацией.
Заданная кривая может
быть также заменена ря-
дом отрезков прямых линий, как это показано на рис. III.74, а. При
этом отклонение фактически получающейся ломаной линии от заданной
кривой определяется ошибкой А. При достаточно малой длине участков
а а1г и т. д. ошибка А будет столь незначительна, что замена задан-
ной кривой рядом прямых линий окажется вполне приемлемой. Подоб-
ная форма замены заданной кривой называется линейно-кусоч-
ной аппроксимацией.
Заданная кривая может быть также заменена рядом участков, каждый
из которых очерчен кривой определенного вида, например параболой.
Для каждого участка заменяющая кривая имеет свои параметры. На гра-
ницах участков кривые плавно сопрягаются. При данной форме аппрок-
симации повышается точность обработки, оказывается возможным умень-
шить число участков, на которое разбивается заданная кривая, но одновре-
менно усложняется либо система управления, либо подготовка программы.
Координаты точек а , аг, а*, . . ., ап называются координатами опор-
ных точек профиля. Координаты опорных точек профиля, выраженные
информационным числом, вводятся с помощью читающего устройства
в вычислительное устройство системы управления станком. Вычислитель-
ное устройство (интерполятор) необходимо для определения координат
промежуточных точек профиля в интервале между опорными точками.
При перемещении одного рабочего органа из точки с координатой хп_г
в точку с координатой хп (рис. III.74, б) второй рабочий орган должен
переместиться из точки с координатой уп_х в точку с координатой уп.
Величина приращения координаты Лу является функцией приращения Ах
координаты х. Вычислительное устройство определяет величины прира-
щения координат и подает соответствующие сигналы приводам рабочих
органов, осуществляющих необходимые перемещения.
543
Схема подготовки и воспроизведения программы. Подготовка про-
граммы и обработка контурно- и пространственно-сложных поверхностей
по заданной программе складываются из следующих этапов (рис. III.75).
На основании чертежа 1 профиль обрабатываемой детали разбивается
на ряд участков 2. Разбивка профиля производится с учетом характера
траектории движения центра фрезы, которая может быть построена гра-
фически.
С помощью имеющихся вычислительных средств определяются коор-
динаты опорных точек траектории 3. Координаты опорных точек, выра-
женные информационным числом, фиксируются с помощью перфоратора 4
на перфоленте. Одновременно фиксируются цикловые и технологические
команды.
Рис. Ш.75. Схема подготовки и воспроизведения программы при обработке
контурно- и пространственно-сложных поверхностей
Так как определение координат опорных точек траектории является
трудоемкой операцией, то при наличии соответствующих вычислительных
машин последние могут быть использованы для выполнения вычислитель-
ных работ. В этом случае на перфокарте фиксируются координаты точек
профиля обрабатываемой детали 6 и радиус фрезы, выраженные информа-
ционными числами. Перфокарта вводится в читающее устройство вычис-
лительной машины 7, которая определяет координаты опорных точек
траектории и фиксирует их кодом совместно с цикловыми и технологи-
ческими командами на перфоленте.
Полученная первичная программа 5 используется в дальнейшем либо
для непосредственного управления станками, либо для подготовки вто-
ричной программы на магнитной ленте.
Если первичная программа 5 применяется непосредственно для управ-
ления станком, то она поступает в читающее устройство интерполятора 8,
который подает сигналы управления соответствующим рабочим органам
станка 9.
Если первичная программа 5 используется для составления вторичной
программы, то она поступает в интерполятор 10, где на основе первичной
программы вырабатывается вторичная программа, фиксируемая на магнит-
ной ленте. Вторичная программа поступает в командовоспроизводящее
устройство 11, которое подает сигналы управления рабочим органам
станка 12.
Второй метод позволяет применить дорогостоящий интерполятор для
обслуживания группы станков, что приводит к уменьшению первоначаль-
544
пых затрат. Однако при обработке крупных деталей программа на магнит-
ной ленте имеет столь большой объем, что оказывается целесообразным
использовать интерполятор, непосредственно связанный со станком.
При аналоговой системе управления интерполятор представляет собой
сравнительно несложное устройство, что позволяет иметь в системе управ-
ления каждым станком свой интерполятор.
Принципы работы вычислительных устройств для определения коор-
динат промежуточных точек профиля. Вычислительные устройства для
определения координат промежуточных точек профиля в большинстве
случаев представляют собой весьма сложные электронные или полупро-
водниковые машины. Ознакомление с такого рода машинами выходит за
рамки данной работы. Однако представление о принципах работы подоб-
ных машин может быть получено при рассмотрении простейшей прин-
ципиальной блок-схемы (рис. Ш.76). Вычислительное устройство
(рис. II 1.76, а) позволяет определить координаты промежуточных точек
профиля, образованного рядом наклонных линий (рис. III.76, б).
Не останавливаясь на теоретических соображениях, заложенных
в основу схемы, перейдем непосредственно к ее рассмотрению.
Вычислительное устройство состоит из генератора тактовых импуль-
сов ГИ, который непрерывно через определенные промежутки времени
подает импульсы, двух двоичных счетчиков X и У и двух регистров X и У.
От генератора Г И импульсы направляются к ячейкам двоичных счет-
чиков X и У. Все ячейки подключены к генератору тактовых импульсов
параллельно. Импульсы поступают к ячейкам через вентили И. Если
вентиль открыт, то импульсы проходят к ячейке, если закрыт — не про-
ходят.
Вентилями управляют ячейки регистров X и У. Если ячейка регистра
находится в состоянии 1, то управляемый ею вентиль открыт, если в состоя-
нии 0 — закрыт.
В ячейки регистров вводятся информационные числа, определяющие
координаты хв и ув наклонной прямой. В зависимости от значений коор-
динат х0 и у0 открываются определенные вентили И, и тактовые импульсы
поступают к соответствующим ячейкам двоичных счетчиков X и У. По
мере поступления тактовых импульсов ячейки двоичных счетчиков запол-
няются. При переполнении ячеек двоичный счетчик X и У, в свою
18 И. М. Кучер 417
545
очередь, выдает импульс. Импульсы, поступающие от двоичных счетчиков,
либо непосредственно направляются в систему управления станком и вызы-
вают соответствующие перемещения рабочих органов, либо записываются
с помощью аппаратуры на магнитной ленте.
Порядок следования импульсов, поступающих от счетчиков X и У,
зависит от значений координат х0 и у0. Информационные числа, опреде-
ляющие координаты х0 и у0, вводятся в регистры с помощью перфокарт
или перфолент.
Рассмотрим работу вычислительного устройства на конкретном при-
мере применительно к схеме с четырьмя ячейками в каждом регистре
и соответственно в двоичном счетчике. Перед началом работы для сокра-
щения времени первоначального заполнения счетчиков в них вводится
двоичное число 1000, называемое машинной единицей. Полная емкость
четырехразрядного двоичного счетчика равна 1111, что соответствует
десятичному числу 15.
Двоичные счетчики подают сигналы при переполнении, т. е. при пере-
ходе ячейки IV из состояния 1 в состояние 0.
Предположим, что надо воспроизвести наклонную прямую с коорди-
натами ,х0 = 10 и у0 = 5. В двоичной системе х0 = 1010 и у0 = 0101.
Соответствующие двоичные числа введены в регистры X и У. Тогда при
подаче импульсов генератором они будут поступать к ячейкам II и IV
счетчика X, так как при вводе в регистр числа 1010 открываются вен-
тили Я2 и Я4. Импульсы поступают также к ячейкам I и III счетчика У,
так как при вводе в регистр У двоичного числа 0101 открываются вен-
тили И1 и И3. Ко всем ячейкам импульсы поступают одновременно.
Порядок изменения чисел, образующихся в двоичных счетчиках при
последовательном поступлении тактовых импульсов от генератора, приве-
ден в табл. III.1.
При подаче первого тактового импульса к ячейкам II и IV счетчика X
поступают сигналы, т. е. в счетчик вводится число 1010; в десятичной
Таблица III.1
Порядок поступления импульсов по каналам X и Y
Порядковый номер тактового импульса	Координата у			Координата х			Порядковый номер ! тактового импульса	Координата у			Координата х 9		
	Состояние ячеек регист- ра 2322212°	Состояние ячеек счетчи- ка 2322212°	Сигнал у	Состояние ячеек регист- ра 2®222*2°	Состояние ячеек счетчи- ка 2«2г2»2°	Сигнал х		Состояние ячеек регист- ра 232®212°	Состояние ячеек счетчи- ка 2322212°	Сигнал у	Состояние ячеек регист- ра 23222>2”	Состояние ячеек счетчи- ка 23222‘2”	Сигнал х
0	0101	1000	0	1010	1000	0	11	0101	1111	0	1010	ОНО	1
1	0101	1101	0	1010	0010	1	12	0101	0100	1	1010	0000	1
2	0101	0010	1	1010	1100	0	13	0101	1001	0	1010	1010	0
3	0101	0111	0	1010	оно	1	14	0101	1110	0	1010	0100	1
4	0101	1100	0	1010	0000	1	15	0101	ООН	1	1010	1110	0
5	0101	0001	1	1010	1010	0	16	0101	1000	0	1010	1000	1
6	0101	оно	0	1010	0100	1	17	0101	1101	0	1010	0010	1
7	0101	1011	0	1010	1110	0	18	0101	0010	1	1010	1100	0
8	0101	0000	1	1010	1000	1	19	0101	0111	0	1010	оно	1
9	0101	0101	0	1010	0010	1	20	0101	1100	0	1010	0000	1
10	0101	1010	0	1010	1100	0	21	0101	0001	1	1010	1010	0
546
системе это число равно 10; так как ранее в счетчик была введена машин-
ная единица, т. е. число 8, то счетчик оказывается переполненным,
ячейка II переходит в состояние 1, а ячейка IV — в состояние 0. От
счетчика X поступает один импульс по каналу X. При подаче второго
тактового импульса ячейка II счетчика переходит из состояния 1 в состоя-
ние 0 и переводит ячейку III в состояние 1; ячейка IV благодаря поступ-
лению тактового импульса переходит из состояния 0 в состояние 1. При
поступлении третьего тактового импульса ячейка II переходит в состоя-
ние 1, ячейка III остается в состоянии 1, а ячейка IV благодаря поступ-
лению тактового импульса из состояния 1 переходит в состояние 0, при
этом от счетчика по каналу X поступает очередной импульс, и т. д.
Аналогично происходит изменение чисел и в счетчике Y.
Расположение магнитных штрихов при записи импульсов, поступа-
ющих от счетчиков X и Y, на магнитной ленте представлено на рис. III.77,а.
Рис. III.77. Программа перемещения и воспроизведение траекто-
рии движения центра фрезы и профиля детали
При воспроизведении программы, зафиксированной на магнитной ленте,
каждому штриху соответствует перемещение рабочего органа в направле-
нии соответствующей координаты на величину разрешающей способности
системы. В зависимости от расположения магнитных штрихов на дорож-
ках X и Y перемещения в направлении каждой из координат происходят
поочередно или одновременно. На рис. III.77, б показана получающаяся
при этом траектория движения центра фрезы. Центр фрезы перемещается
по ломаной линии; фреза, имеющая радиус г, обрабатывает профиль аб.
Если учесть, что фреза при поступлении одного импульса перемещается
на 0,01—0,05 мм, то можно представить себе, что обработанный профиль
мало отличается от прямой линии.
В действительности схема линейного интерполятора значительно слож-
нее рассмотренной нами. Еще более сложные схемы имеют нелинейные
интерполяторы, обеспечивающие движение центра фрезы по тем или иным
кривым; участкам парабол, эллипсов и др., которые используются при
аппроксимации траектории движения центра фрезы.
На рис. III.78 показана вычислительная машина для подготовки на
магнитной ленте программы работы станка. Первичная программа гото-
вится с помощью перфоратора с десятичной клавиатурой и включает в себя
координаты опорных точек профиля обрабатываемой детали. Если те или
иные участки профиля очерчены дугами окружности, то в программу
включаются координаты центров окружностей и их радиусы. Кроме того,
в программу входят также сведения о диаметре фрезы, с помощью которой
*	547
производится обработка, и цикловые и технологические команды. На осно-
вании этих исходных данных машина составляет вторичную программу
на магнитной ленте.
Для обработки контурно- и пространственно-сложных поверхностей
могут быть использованы число-импульсные следящие, число-импульсные
шаговые, аналоговые и
Рис. LII.78. Вычислительная машина для подготовки
. программы
в усилителе 5 эти импульсы направляются
фазочувствительные систе-
мы.
В качестве примера
рассмотрим блок-схему
число-импульсной шаго-
вой системы для обработки
контурно-сложных поверх-
ностей. Рабочие органы 2
и 3 (рис. III.79) имеют
приводы 1 и 4 с шаговыми
электродвигателями. На
двух дорожках магнитной
ленты 9 записаны импуль-
сы, вызывающие переме-
щение рабочих органов 2
и 3. Импульсы, записан-
ные на дорожке у, считы-
ваются головкой 8 и,
пройдя через усилитель
считывания 7, поступают
к распределителю импуль-
сов 6'. После усиления
к приводу 4. Аналогично
импульсы, записанные на дорожке х, считываются головкой 10 и, пройдя
через усилитель считывания 11, распределитель импульсов 12 и уси-
литель 13, поступают к шаговому двигателю привода 1 рабочего
органа 2.
Результатом функционально
связанных перемещений рабо-
чих органов 2 и 3 является
перемещение обрабатываемой
детали относительно режущего
инструмента по заданной траек-
тории.
Различные системы цифро-
вого программного управления
для осуществления функцио-
нально связанных перемещений
рабочих органов используются
на фрезерных станках для обра-
ботки контурно- и пространст-
венно-сложных поверхностей. В
частности, такими системами
Рис. III.79. Блок-схема число-импульсной ша-
говой системы цифрового программного упра-
вления для обработки контурно-сложных по-
верхностей
управления оборудованы некоторые модели отечественных фрезерных
станков.
Имеются отдельные модели зубообрабатывающих станков, в которых
функциональная связь между перемещениями заготовки и режущего
инструмента осуществляется с помощью системы цифрового программного
управления.
548
Н. УПРАВЛЕНИЕ ОБЩИМ АВТОМАТИЧЕСКИМ ЦИКЛОМ РАБОТЫ СТАНКА
Для управления однокоординатными циклами различных рабочих
органов одного и того же станка или их подвижных элементов могут быть
использованы различные системы управления. Конкретные формы син-
хронизации работы систем управления отдельными однокоординатными
циклами зависят от сочетания различных систем управления однокоорди-
натными циклами в одном станке, характера общего автоматического
цикла работы станка и других факторов. Однако независимо от конкрет-
ных схем и конструктивных решений системы управления общим автома-
тическим циклом работы станка могут быть разбиты на три основные
группы, отличающиеся принципами синхронизации работы систем управ-
ления однокоординатными циклами:
1)	центральная система управления;
2)	централизованная система с местным самоуправлением;
3)	децентрализованная система с местным самоуправлением и взаим-
ной связью систем местного самоуправления.
Рассмотрим принципы работы различных систем управления общим
автоматическим циклом работы станка.
Блок-схемы систем управления
общим автоматическим циклом работы станка
Принципиальная блок-схема станка-автомата представлена на
рис. III.80. Накопитель 1 служит для накопления и подачи заготовок
к автооператору 2 (рис. III.80, а), который переносит заготовки в зону
обработки и загружает их в зажимное приспособление 19. Обработка осу-
ществляется с помощью инструментов, закрепленных в инструментодер-
жателях рабочих органов 13, 16 и др. Рабочие органы имеют управляе-
мые приводы <3, 10, 15 и 18 с механизмами автоматического переключе-
ния 4, 9, 14 и 17, получающими сигналы от системы автоматического
управления.
Для центральной системы управления характерно наличие единой
общей программы работы 6, включающей в себя всю информацию, опреде-
ляющую последовательность перемещений, величину ходов и скорость
перемещения всех рабочих органов. Сигналы, вырабатываемые на основе
информации, зафиксированной в программе, передаются общему блоку
управления 7, который, в свою очередь, вырабатывает сигналы, посту-
пающие к механизмам автоматического переключения по каналам 5, 8,
11 и 12.
Центральная система управления функционирует без использования
сигналов обратной связи при синхронизации работы систем управления
однокоординатными перемещениями.
Для централизованной системы с местным самоуправлением
(рис. III.80, б) характерно наличие наряду с общей программой 4 работы
станка местных программ 1.
В общей программе фиксируется последовательность работы всех рабо-
чих органов или групп рабочих органов и информация, определяющая
величину ходов и скорость перемещения части рабочих органов. Для части
рабочих органов или групп рабочих органов информация, отсутствующая
в общей программе, фиксируется в местных программах.
В блок-схеме, представленной на рис. III.80, б, местное самоуправ-
ление имеет группа рабочих органов, состоящая из автооператора и зажим-
ного приспособления. В местной программе зафиксирована последова-
тельность работы автооператора и зажимного приспособления, а также
направление и величина перемещений.
549
Сигнал начала работы группы рабочих органов, имеющих местное
самоуправление, подается в требующийся момент на основе информации,
зафиксированной в общей программе, блоком управления 5 и поступает
к блоку 2 местного самоуправления по связи 3. Дальнейшая работа авто-
оператора и 'зажимного приспособления протекает в соответствии с про-
граммой местного самоуправления. Следующий сигнал, поступающий от
системв! управления общим автоматическим циклом работы станка, дол-
жен быть подан на основе инфор-
мации, зафиксированной в общей
программе, по окончании движе-
ний рабочих органов, заданных
местной программой. При центра-
лизованной системе управления
не предусматривается поступление
в систему управления общим авто-
матическим циклом работы станка
сигналов, информирующих об
окончании перемещений рабочих
органов, выполняемых в соответ-
ствии с местной программой. По-
этому очередной сигнал может
быть подан системой управления
Рис. III.80. Блок-схемы систем управления общим автоматическим циклом работы станка:
а — центральная; б — централизованная; в — децентрализованная
общим автоматическим циклом станка по истечении расчетного промежут-
ка времени, необходимого для выполнения перемещений, заданных про-
граммой местного самоуправления. При подаче сигналов в функции вре-
мени возможно возникновение отмеченных выше (стр. 488) нарушений
в работе системы управления.
Централизованная система управления функционирует без использо-
вания сигнала обратной связи в системе управления общим автоматиче-
ским циклом работы станка. В системах местного самоуправления воз-
можно применение сигналов обратной связи.
При децентрализованной системе (рис. III.80, в) общая программа
работы станка складывается из ряда местных программ /, 4 и т. д. В каждой
местной программе фиксируется последовательность работы, величина
ходов и скорость перемещения одного или нескольких рабочих органов
или их подвижных элементов. По выполнении перемещений, предусмо-
550
грешных местной программой, местный блок управления подает сигнал
для включения следующей группы рабочих органов. Сигнал для включе-
ния следующей группы рабочих органов может быть подан либо по окон-
чании работы предыдущей группы, либо по окончании одного из этапов
цикла. В последнем случае работа обеих групп может протекать парал-
лельно в течение того или иного промежутка времени или работа первой
группы может приостановиться, а затем возобновиться по сигналу, посту-
пающему от блока управления второй группы.
В блок-схеме (рис. III.80, в) местная программа 1, как и в предыдущем
случае, содержит информацию, необходимую для управления автоопера-
тором и зажимным приспособлением. По окончании работы данной группы
блок управления 2 вырабатывает сигнал, который по каналу 6 поступает
к блоку управления 5, включающему движение следующей группы рабо-
чих органов, работа которых протекает в соответствии с программой 4.
По окончании работы этой группы блок управления 5 вырабатывает
сигнал, поступающий по каналу 3 к блоку управления 2. При этом возоб-
новляется работа первой группы рабочих органов и т. д.
Центральная система управления общим автома-
тическим циклом работы станка исключает применение каких-либо систем
местного самоуправления с собственной программой, так как вся ин-
формация должна быть зафиксирована в единой общей программе.
Широкое распространение получила центральная система с кулачко-
выми механизмами. Монтируя все кулачки, управляющие однокоорди-
натными циклами, на общем кулачково-распределительном валу, полу-
чают единую общую программу работы станка.
Центральная система управления может быть осуществлена при подаче
всех сигналов управления в функции времени, которые вырабатываются
на основе единой общей программы. Общая программа может быть зафик-
сирована в рассмотренной выше форме (стр. 509). Однако вследствие ука-
занных выше недостатков управление общим автоматическим циклом
работы станка при подаче сигналов в функции времени практически не
применяется.
Центральная система управления может быть также осуществлена
при использовании для управления однокоординатными циклами некото-
рых систем цифрового программного управления, так как при этом вся
необходимая информация фиксируется на программоносителе.
При централизованной системе управления часть
сигналов подается в функции положения или перемещения, а часть —
в функции времени. И те, и другие сигналы должны вырабатываться на
основе информации, зафиксированной в общей программе. Такая сме-
шанная информация может быть зафиксирована, если в системе управле-
ния общим автоматическим циклом работы станка использован кулачково-
распределительный вал.
При централизованной системе для осуществления различных одно-
координатных циклов на одном и том же станке могут быть применены
различные приводы, что в ряде случаев позволяет упростить конструкцию
и кинематику и уменьшить размеры соответствующих узлов, а также
сократить затраты времени на холостые ходы. Например, при использо-
вании кулачково-распределительного вала для перемещения основных
рабочих органов вспомогательные рабочие органы, в частности меха-
низмы зажима и подачи заготовки, могут получать движение от поршне-
вых приводов с системой местного самоуправления.
Децентрализованная система управления допускает
использование на одном станке любых систем управления однокоординат-
ными циклами, так как при любой системе управления может быть
551
получен выходной сигнал, поступающий к системе управления другим
однокоординатным циклом. Свобода выбора систем управления одно-
координатным циклом обусловливает также свободу выбора приводов.
Выбор той-или иной системы управления общим автоматическим цик-
лом работы станка, приводов рабочих органов и систем управления одно-
координйтными циклами определяется характером выполняемых техно-
логических операций, величиной годового выпуска и единовременно
обрабатываемой партии деталей, общей компоновкой станка, длиной ходов
рабочих органов.
Выбор системы управления в значительной мере предопределяет также
выбор методов фиксирования информации, а следовательно, и затраты на
подготовку и смену программы (см. также гл. I, п. 10 первого раздела).
В условиях крупносерийного и массового производства, когда к смене
программы приходится прибегать редко и затраты на подготовку и смену
программы раскладываются на большое число деталей, величина этих
затрат не сказывается существенно на себестоимости операции. При обра-
ботке небольших партий деталей смена программы происходит часто
и затраты на подготовку и смену программы, которые раскладываются на
небольшое число деталей, могут весьма существенно отразиться на себе-
стоимости операции. Поэтому в последнем случае необходимо выбирать
такие системы управления, при которых затраты на подготовку и смену
программы были бы минимальными.
Длина ходов рабочих органов имеет существенное значение для выбора
приводов. Если при малой длине ходов возможно применение любых видов
приводов, то при большой длине ходов исключается применение кулач-
ковых механизмов и базирующихся на них систем автоматического управ-
ления. При средней длине ходов (до 1,5—2 м) могут быть использованы
как механические, так и поршневые приводы, при большой длине ходов —
механические с электро- или гидродвигателем.
Как указывалось выше, при больших размерах выпуска обрабатывае-
мых деталей технологический процесс обработки на автомате целесооб-
разно строить на основе применения для каждого перехода отдельного
режущего инструмента, совершающего простые движения, что при слож-
ных технологических операциях приводит к увеличению числа рабочих
органов, а следовательно, и управляемых приводов. В этом случае простое
конструктивное решение, как правило, может быть получено при исполь-
зовании систем управления с кулачковыми механизмами: при неповто-
ряющихся циклах рабочих органов — центральной системы, при повто-
ряющихся — централизованной. Однако применение систем управления
с кулачковыми механизмами ограничено длиной ходов рабочих органов.
При большой длине ходов рабочих органов необходимость в исполь-
зовании управляемых механических или поршневых приводов возникает
также и в условиях крупносерийного и массового производства. В этом
случае для управления общим автоматическим циклом работы станка
целесообразно применять децентрализованную систему.
Управляемые механические и поршневые приводы используются также
и при малой длине ходов, в частности в агрегатных головках. В последнем
случае применение указанных видов привода обусловлено простотой
настройки головки применительно к конкретной конструкции станка,
в котором она используется. В других случаях применение указанных
видов приводов определяется общей компоновкой станка, затрудняющей
использование кулачковых механизмов.
При небольших размерах выпуска обрабатываемых деталей техноло-
гический процесс обработки, как указывалось выше, целесообразно
строить на основе обработки всех однотипных участков поверхности одним
552
инструментом, совершающим многокоординатные перемещения (смотри
стр. 54—61). В этих условиях возможность использования кулачковых
механизмов практически исключается, так как затраты на кулачки слож-
ной конфигурации экономически не оправдываются. Необходимые циклы
движений рабочих органов могут быть получены в этом случае при исполь-
зовании управляемых приводов и систем программно-путевого, цифрового
программного управления местными циклами и следящих систем управ-
ления позиционными перемещениями. .
При программно-путевом управлении местными циклами система управ-
ления общим автоматическим циклом работы стайка может быть только
децентрализованной. При цифровом программном управлении местными
циклами система управления общим автоматическим циклом работы
станка может быть центральной и децентрализованной.
Рассмотрим некоторые характерные модификации систем управления.
Центральная, централизованная
н децентрализованная системы управления
с кулачковыми и другими циклически работающими механизмами
Системы управления с кулачковыми механизмами широко применяются
на станках-автоматах, используемых в серийном и массовом производстве.
Центральная система управления. При центральной системе управле-
ния все рабочие органы полу-
чают движение от кулачков,
расположенных на едином
к у л а ч к о в о - р асп редел ител ь-
ном валу, который может
состоять из нескольких от-
ветвлений 3, 4 и 8 (рис.
III.81, а), связанных между
собой постоянно включенны-
ми зубчатыми передачами.
Если однокоординатные цик-
лы движений рабочих орга-
нов и их подвижных элемен-
тов, осуществляемых на
автомате, являются однократ-
ными, то передаточные отно-
шения передач, связывающих
ответвления кулачково-рас-
пределительного вала, равны
единице. Если один из одно-
координатных циклов являет-
ся повторяющимся, то при-
меняйся ОДИН ИЗ двух рис. щ §1. Центральная система управления с ку-
вариантов. В первом случае	лачково-распределительным валом
кулачок, осуществляющий
повторяющийся цикл движений, выполняется многопрофильным (рис.
III.81, б и в) и вращается с такой же угловой скоростью, с какой
вращаются остальные кулачки. Число участков профиля соответст-
вует числу однократных циклов, из которых складывается по-
вторяющийся  цикл. Во втором случае кулачок, осуществля-
ющий повторяющийся цикл движений, располагается на ответвлении
кулачково-распределительного вала, связанного с основным валом пере-
дачей, передаточное отношение которой равно числу однократных циклов
553
в повторяющемся цикле (рис. III.81, г). Схема, изображенная на
рис. III.81, г, предназначена для осуществления движений, необходимых
для сверления .ряда отверстий, расположенных с одинаковыми интерва-
лами. Кулачок 2 сообщает повторяющиеся движения гильзе шпинделя 1,
а кулачан.4 — периодическое перемещение столу 3. Если в ряду имеется
12 отверстий, то передаточное отношение передачи, связывающей кула-
чок 4 с кулачком 2, равно 12.
Если кулачки, представленные на рис. II 1.81, б и в, позволяют осу-
ществить повторяющийся цикл с переменной величиной хода подвижного
элемента при каждом перемещении, то при схеме, представленной на
рис. III.81, г, величина хода при всех повторяющихся перемещениях
остается одинаковой.
Если при рассмотренной схеме однокоординатные циклы, из которых
складывается повторяющийся цикл, должны происходить при различной
длине рабочего хода, то возможно применение рассмотренной выше моди-
фикации кулачкового привода (рис. III.47, б).
Более совершенные варианты для осуществления рассмотренных цик-
лов могут быть получены при централизованной или децентрализованной
системах управления.
При центральной системе управления для периодического поворота
многопозиционного барабана 7 (рис. III.81, а) или многопозиционного
стола используются храповые механизмы, а также передачи с мальтий-
ским крестом. Последние пользуются большим распространением. Криво-
шип 5 закрепляется на одном из ответвлений кулачково-распределитель-
ного вала. Мальтийский крест 6 может быть связан с рабочим органом
либо непосредственно, либо через промежуточную передачу. Фиксатором
управляет один из кулачков кулачково-распределительного вала.
Для сокращения времени холостых ходов кулачково-распределитель-
ный вал имеет две скорости вращения: настраиваемую скорость рабочего
хода и постоянную скорость быстрого — холостого хода. Включением и
выключением холостого и рабочего хода управляют упоры диска 2,
подающие сигналы управления механизмам переключения привода 1.
Рассмотрим вопрос об определении времени цикла Т при проектирова-
нии автомата с центральной системой управления применительно к схеме
управления, приведенной на рис. III.81, а. Автомат имеет следующие
рабочие органы: механизм зажима материала, механизм подачи мате-
риала, продольный суппорт, первый поперечный суппорт, второй попе-
речный суппорт, механизм фиксации поворотного блока, механизм пово-
рота блока (см. рис. 1.55, а).
В процессе проектирования отдельных кулачковых механизмов (см.
гл. V, раздел второй) нами определены: цикловые углы ух для всех участ-
ков профиля кулачка, осуществляющих перемещение подвижных эле-
ментов на холостом ходу; время холостых ходов tx, происходящих под
действием замыкающей силы; время всех рабочих ходов. Составим прин-
ципиальную циклограмму (рис. III.82), определяющую последователь-
ность отдельных этапов цикла, и пометим на ней известные нам цикловые
углы и время для тех этапов цикла, для которых углы неизвестны.
Работа продольного суппорта осуществляется параллельно с работой
поперечных суппортов; известно, что время работы каждого из попереч-
ных суппортов меньше времени работы продольного суппорта, поэтому
при расчете времени цикла надо принимать во внимание время работы
продольного суппорта. Так как одной из операций, выполняемых про-
дольным суппортом, является глубокое сверление, то в середине рабочего
хода продольный суппорт отводится на быстром ходу и потом, возвратив-
шись на быстром ходу, вновь продолжает работу.
554
Пользуясь принципиальной циклограммой, мы можем определить
суммарный угол Ух несовмещенных, т. е. протекающих последовательно
холостых ходов, суммарное время S tp несовмещенных рабочих ходов
и суммарное время S несовмещенных холостых ходов.
В нашем случае суммарный угол несовмещенных холостых ходов скла-
дывается из углов:	— освобождение материала; — подача мате-
риала; 7*3 — зажим материала; ух4 — быстрый ход продольного суппорта
вперед; ухЪ — быстрый отвод продольного суппорта при выводе сверла;
Кв—быстрый подвод продольного суппорта; ух1—быстрый отвод про-
дольного суппорта в исходное положение; ух8 — вывод фиксатора; ух9 —
поворот блока; ух10—фиксация блока.
При постоянной скорости вращения кулачкового вала время,
затрачиваемое на те или иные этапы цикла, пропорционально цикловым
углам. Исходя из этого можно
написать
Т S гР + X tx
360° ~ 360° - S Vx ’
откуда время цикла
Т =	360°. (Ш.5)
360° - S ?Х
Если кулачковый вал имеет
быстрый ход, то все или часть
холостых ходов осуществляются
на быстром ходу. В частности,
в рассматриваемом случае на
медленном ходу будут осущест-
вляться холостые ходы, соответ-
ствующие углам ухЪ и yxfi, так
суппорты. Время цикла определится по формуле
ПоСорот
блока
Шиксатор
Поперечный
суппорт П
Поперечный
cynnopml
Продольный
суппорт
Подача
материала
Зажим
материала
&
&
Рнс. Ш.82. Принципиальная циклограмма к рас-
чету времени цикла
как в это время работают поперечные


<ш-б)
где V. ухм — суммарный угол холостых ходов, осуществляемых при
медленном вращении кулачково-распределительного вала;
S Ух. б — суммарный угол холостых ходов, осуществляемых при
быстром вращении кулачково-распределительного вала;
пб — число оборотов в минуту кулачково-распределительного
вала при вращении на быстром ходу.
Первый член уравнения представляет собой время поворота на медлен-
ном ходу в период осуществления рабочих и холостых ходов, выполняемых
при медленном вращении кулачкового вала. В рассматриваемом примере
Z2 Ух. м УхЬ “Ь Txfi-
Второй член уравнения представляет собой время поворота кулач-
кового вала на быстром ходу на угол S Т*. б-
Цикловые углы для тех участков холостых ходов, для которых задано
время t, определяются по формулам:
при вращении кулачкового вала с постоянной рабочей скоростью
<IIL7>
555
при включении быстрого хода во время холостых ходов
= ~v~ЬгТ" f360° - (S	+ L ь. б) I
7 i lV « Zj
(111.8)
При качающихся толкателях, зная цикловые углы уц, углы про-
филя находятся по формулам (11.54) или (11.55).
Если необходимо определить время цикла при настройке автомата,
находящегося в эксплуатации, то следует пользоваться формулами
(Ш.5) и (III.6), исключив из них член £ так как в руководствах по
настройке указываются углы ух для всех холостых ходов, либо даются
таблицы или формулы для их определения.
2
Рис. 1П.83. Централизованная
система управления с кулачково-
распределительным валом
Центральная система управления широко применяется в одно- и
многошпиндельных универсальных токарных автоматах и полуавтоматах
и в ряде моделей специальных автоматов и полуавтоматов.
Централизованная система управления. При централизованной системе
управления также предусматривается центральный кулачково-распреде-
лительный вал, состоящий из ответвлений 17, 25 (рис. II 1.83, а), на кото-
рых закреплены кулачки 16, 20, осуществляющие перемещения основных
рабочих органов. Наряду с центральным кулачково-распределительным
валом, осуществляющим управление общим автоматическим циклом работы
станка, имеются системы местного самоуправления.
556
Кулачково-распределительный вал 28 с кулачками 26 и 27 приводит
в движение механизмы подачи и зажима материала. Кулачково-распреде-
штельный вал 28 включается однооборотной муфтой 2 (стр. 396), которая
сцепляет шестерню 3 с непрерывно вращающимся валом /; вращение
передается через шестерни 3—4. Включение однооборотной муфты 2
происходит по сигналу, подаваемому упорами диска 24.
Местное самоуправление имеет также механизм переключения револь-
верной головки 5. Поворот револьверной головки осуществляется
с помощью мальтийского креста 7. Кривошип 8 получает вращение от
вала 1 через шестерни 14—12—11—10—9. Фиксатором управляет кула-
чок 6. Шестерня 14 сцепляется с валом 1 однооборотной муфтой 13 по
сигналу, подаваемому упорами диска 23.
Интервал между сигналом включения системы местного самоуправле-
ния и следующим сигналом определяется временем, необходимым на все
перемещения, осуществляемые системой местного самоуправления. Это
время можно определить, зная кинематику приводов для перемещения
рабочих органов, имеющих систему местного самоуправления. Так, в рас-
сматриваемом случае все перемещения происходят за один оборот вала 1
и время всех перемещений равно времени одного оборота вала 1.
Кулачково-распределительный вал системы управления общим авто-
матическим циклом работы станка может иметь или только одну постоян-
ную настраиваемую скорость или две, из которых одна настраивается,
а вторая — скорость быстрого хода. Привод 15, с помощью которого
производится включение одной из двух скоростей, получает сигналы от
упоров диска 18.
Ответвления 17 и 25 центрального кулачково-распределительного вала
связаны между собой передачами 19, 21 и 22.
Время цикла при централизованной системе определяется по выра-
жению
360°-(Svx.« + S Тл-.б)	360 Яб ’
где У, /м — суммарное время ходов, осуществляемых механизмами с мест-
ным самоуправлением, в мин.
Цикловой угол определяется по формуле
Ъ =	Г360°“+ STx.б)]. (Ш-10)
z > fp + z । -r 7 । t/л
Централизованная система управления рассмотренного типа широко
применяется в одношпиндельных токарно-револьверных автоматах.
Для подачи и зажима материала и поворота револьверной головки
можно использовать поршневые приводы. В этом случае сигналы управ-
ления поступают к механизмам переключения указанных приводов.
На рис. 111.83, б показан вариант централизованной системы управ-
ления применительно к циклу, для осуществления которого была исполь-
зована центральная система управления, изображенная на рис. III.81, г.
При большом числе отверстий в ряду кулачок 4 становится сложным
и громоздким. Вместе с тем для каждого шага и числа отверстий тре-
буется свой кулачок. При централизованной системе управления переме-
щение стола 4 (рис. III.83, б) на величину шага осуществляется с помощью
однооборотной муфты 1, сменных шестерен 2 и винта 3. Включение одно-
оборотной муфты происходит по сигналу, поступающему от упоров диска 5
кулачково-распределительного вала 6. С помощью сменных шестерен 2
(рис. 11.149, б) настраивается шаг. Используя кулачковый механизм,
557
обеспечивающий изменение величины хода рабочего органа, и звено изме-
нения числа оборотов кулачково-распределительного вала, получим
универсальный полуавтомат.
Подобные схемы могут быть применены в станках для нарезания реек,
для фрезерования зубьев по окружности и торцу, сверления круговых
рядов отверстий и т. п.
Децентрализованная система управления. Последний вариант схемы
может быть также выполнен с децентрализованной системой управления.
В этом случае кулачково-распределительный вал 6 также должен вклю-
чаться однооборотной муфтой. В конце хода шпиндельной гильзы вверх
кулачково-распределительный вал подает сигнал для включения меха-
низма перемещения стола и выключается. В свою очередь, механизм
перемещения стола, заканчивая работу, подает сигнал однооборотной
муфге кулачково-распределительного вала 6. В данном случае децентра-
лизованная система не имеет особых преимуществ и позволяет лишь
несколько сократить размеры кулачка.
Децентрализованная система находит значительное применение при
параллельной работе нескольких рабочих органов на многопозиционных
станках. Каждый рабочий орган, закончив работу, останавливается, что
достигается выключением кулачково-распределительного вала системы
местного самоуправления. По окончании работы последнего из парал-
лельно работающих органов подается сигнал для включения механизма
поворота многопозиционного барабана или стола, имеющего систему
местного самоуправления. После поворота подается сигнал для включения
механизмов параллельно работающих рабочих органов.
Следует заметить, что любой из кулачково-распределительных валов
системы местного самоуправления может иметь две скорости вращения:
настраиваемую и быстрых ходов.
Такая схема управления применяется на вертикальных многошпин-
дельных полуавтоматах, на агрегатных многопозиционных станках,
имеющих агрегатные головки с кулачковыми механизмами.
При децентрализованной системе время общего цикла определяется
как сумма затрат времени на несовмещенные циклы с местным само-
управлением.
Последовательность выполнения расчетов при проектировании систем
автоматического управления с кулачковыми механизмами и определение
скорости быстрого хода. На основе выбранного технологического про:
цесса и общей компоновки станка разрабатывается принципиальная цик-
лограмма и эскизный проект станка, определяющий расположение рабо-
чих органов, ответвлений кулачково-распределительного вала и системы
передач от кулачков к рабочим органам. В процессе разработки эскизного
проекта намечаются также и первоначальные размеры кулачков, которые
должны быть увязаны с общими габаритами станка и размерами рабо-
чих органов.
На основе принятой общей компоновки и технологического процесса
определяют путь быстрого подвода, рабочего хода и быстрого отвода
каждого из рабочих органов и соответствующие величины подъема про-
филя кулачков, пользуясь методикой расчета кулачковых механизмов,
изложенной в гл. V второго раздела.
Далее определяют, пользуясь той же методикой, допустимые углы
подъема профиля, выбирают форму профиля и находят цикловые углы
быстрых ходов. Если перемещение происходит под действием замыкающей
силы, то определяют время соответствующих холостых ходов.
Время рабочих ходов определяют на основе принятого технологиче-
ского процесса и режимов резания.
558
Полученных данных достаточно для определения времени цикла при
центральной системе управления и отсутствии быстрого хода кулачково-
распределительного вала. Если предполагается ввести быстрый ход
кулачково-распределительного вала, то первоначально определяют время
цикла (полагая, что кулачково-распределительный вал не имеет быстрого
хода), пользуясь при этом формулой (Ш.5). Определив время цикла при
отсутствии быстрого вращения кулачково-распределительного вала, нахо-
дят число оборотов кулачково-распределительного вала в минуту:
п = -^.	(III.11)

23 65 678 3 Кп^оВ/мин
Рис. Ш.84. График изменения времени цикла
в зависимости от скорости быстрого хода кулач-
ково-распределительнио вала
Задаваясь рядом значений числа оборотов кулачково-распределитель-
ного вала на быстром ходу пб Г> п, определяют ряд значений времени
цикла Тб1, Т^, . . . и т. д. при принятых значениях п6, находят отноше-
ния	и т. д.,' где Т —
время цикла при отсутствии
быстрых ходов, и строят график
(рис. III.84). Отношениеха-
рактеризует повышение произ-
водительности в процентах. Гра-
фик носит гиперболический ха-
рактер, несли в первоначальный
период повышение числа обо-
ротов скорости быстрого вра-
щения кулачковораспредели-
тельного вала дает заметное
снижение времени цикла и соот-
ветственно повышение производительности станка, то дальнейшее повыше-
ние скорости, не давая существенного выигрыша в производительности,
приводит к повышению динамических нагрузок и снижению долговечно-
сти и точности станка. В рассматриваемом случае следует остановиться
на п = 8-н10 об/мин. Если автомат предназначен для обработки раз-
личных деталей, то строят семейство кривых для характерных деталей.
При централизованной системе управления необходимо также опреде-
лить время циклов, осуществляемых механизмами с системой местного
самоупр явления.
В токарно-револьверных автоматах на подачу и зажим материала,
на поворот револьверной головки в зависимости от размера автомата
затрачивается 0,5—1 сек, время делительных перемещений, включаемых
однооборотной муфтой, может быть уменьшено при малых приведенных
моментах инерции до 0,1—0,2 сек.
Задаваясь рядом значений времени, затрачиваемого на осуществление
циклов с местным самоуправлением, строят график изменения произво-
дительности и выбирают те значения, при которых дальнейшее уменьше-
ние времени не дает существенного увеличения производительности.
Далее проверяют динамические нагрузки, возникающие при принятых
скоростях, и определяют возможность практического осуществления меха-
низма, звенья которого обладают необходимой прочностью и жесткостью.
Цикловые углы холостых ходов, для которых задано Время, опреде-
ляют по формулам (Ш.7) или (III.8).
В процессе проектирования приходится прибегать к корректировке
первоначально принятых размеров кулачков, передаточных отношений
промежуточных передач и т. п.
559
Децентрализованная система программно-путевого управления
Децентрализованная система управления общим автоматическим цик-
лом работы «танка при местном путевом самоуправлении находит широ-
кое применение в различных специализированных и специальных станках-
автоматах и полуавтоматах. В этом случае взаимные связи местных систем
самоуправления определяются однозначно и зафиксированы благодаря
соответствующей коммутации цепей управления.
При обработке деталей различной конфигурации необходимо изменять
характер взаимосвязей систем местного самоуправления в соответствии
с конкретным технологическим процессом. Эта задача может быть решена
при использовании децентрализованной системы программно-путевого
Рис. Ш.85. Децентрализованная система программно-путевого
управления с поворотным барабаном для фиксации цикловых
и технологических команд
управления. В этом случае последовательность перемещений рабочих
органов, имеющих системы местного самоуправления, устанавливается
соответствующей программой, в которой фиксируется необходимая инфор-
мация, определяющая характер взаимосвязей систем местного самоуправ-
ления [88].
Подобная система управления может иметь различные модификации.
Децентрализованная система с поворотным барабаном (командоаппа-
ратом) для фиксации цикловых и технологических команд. Путевые сиг-
нальные упоры каждого из рабочих органов подают сигналы, поступа-
ющие к механизмам автоматического переключения /, управляющим
приводом 2 барабана 3 (рис. III.85). При поступлении очередного импульса
барабан 3 поворачивается на определенный фиксированный угол. На бара-
бане можно устанавливать сигнальные или переключающие упоры, воз-
действующие на соответствующие аппараты блока управления 4, пере-
дающего команды механизмам управления рабочих органов. На каждой
из дорожек барабана устанавливаются упоры для определенного вида
команд. Упоры, расположенные на одной образующей линии, представ-
ляют собой строчку. При повороте барабана упоры, образующие одну
строчку, одновременно подают необходимую комбинацию сигналов. Раз-
мещая соответствующим образом упоры, можно установить любую после-
довательность работы рабочих органов.
560
Как барабан 3, так и привод 2 могут иметь различное конструктивное
оформление. Для вращения барабана могут быть использованы любые
виды приводов периодического поворота на строго фиксированный угол
(гл. VIII, раздел второй). Значительное применение находят храповые
механизмы с поршневым приводом [130] или с тяговым электромагнитом.
Барабан 3 может иметь ряд кольцевых или продольных канавок,
в которых закрепляются упоры. В барабане могут быть расположены
строчками резьбовые отверстия, в которые ввертываются стержни, явля-
ющиеся упорами. В качестве сигнальных упоров можно использовать
магнитные штрихи, которые наносятся на магнитном барабане. В этом
случае информация воспринимается магнитными головками.
Переключающие упоры могут непосредственно воздействовать на золот-
ники гидравлических или пневматических приводов. В этом виде рас-
сматриваемая система часто применяется и в специальных станках вслед-
ствие удобства централи-
зованного расположения
аппаратуры управления.
Децентрализованная си-
стема с фиксацией цикло-
вых и технологических
команд па панели. Сигналы
от блоков упоров 1, 2 и 3
(рис. II 1.86), связанных
с поперечными салазками,
консолью и продольным
столом фрезерного станка,
поступают к пульту упра-
вления 5. Информация о
характере цикловых и тех-
нологических команд, а
также о последовательно-
сти движений подвижных
элементов фиксируется на
редкого сигнала от блоков
Рис. III.86. Децентрализованная система программно-
путевого управления с фиксацией цикловых и тех-
нологических команд на панели
панели 4 (стр. 524). При поступлении оче-
упоров включается очередная строчка панели
управления.
Подобная система управления получила распространение в консольно-
п продольнофрезерных станках различных моделей [88], в карусельных
и токарно-револьверных станках, которые при этом превращаются в полу-
автоматы или автоматы, пригодные для эксплуатации в условиях обра-
ботки сравнительно небольших партий деталей.
На токарно-револьверных станках упоры размещаются на поворотных
барабанах (см. стр. 452).
Децентрализованная система комбинированного программно-путевого
и следящего управления для позиционных перемещений. Как указывалось
выше (см. стр. 60), данная система применяется на автоматизированных
токарных станках, предназначенных для обработки небольших партий
деталей.
Для предварительных проходов используется местное программно-
путевое управление, а для окончательной обработки — следящая система
управления позиционными перемещениями. Такая система управления
применяется на гидрокопировальных токарных полуавтоматах.
Гидрокопировальный суппорт 16 (рис. III.87) перемещается по направ-
ляющим продольного суппорта 17, получающего движение от поршневого
гидродвигателя 19. При следящем управлении щуп 13 опирается на
копир 10 и золотник следящей системы управляет перемещениями
561
Рис. Ш.87. Децентрализованная система комбинированного программно-паевого и следящего управления для
позиционных перемещений
суппорта 16 (см. стр. 481). При предварительных проходах, когда исполь-
зуется система программно-путевого управления, продольные перемеще-
ния ограничиваются кинематически связанными с рабочим органом путе-
выми упорами 7, а поперечные — многопозиционными упорами 11. Про-
грамма фиксируется на штеккерной панели 5.
Сигнальные путевые упоры 7 жестко связаны с лимбами 8, имеющими
круговые шкалы. Лимбы 8 расположены на барабане 9, который через
промежуточные передачи 21—22 связан с продольным суппортом 17.
Таким образом, барабан 9 поворачивается синхронно с перемещением
продольного суппорта. В исходном положении все шкалы установлены
на нуль, а резец находится у правого торца обрабатываемой детали.
Поворачивая лимбы 8 и устанавливая по шкале необходимую длину хода,
смещают упоры относительно начального положения. В требующемся
положении лимбы закрепляют. При движении продольного суппорта
в конце каждого очередного перемещения соответствующий упор воздей-
ствует на сопряженный с ним путевой переключатель 6 и вызывает под-
ключение к блоку управления 4 очередной строчки штеккерной панели
управления, в которой зафиксирована информация, необходимая для
выполнения очередного этапа цикла. От блока управления сигналы посту-
пают: по каналу 3 к механизмам автоматического переключения 20 порш-
невого гидродвигателя 19; по каналу 2 к приводу 18 поворота барабана 12
многопозиционных упоров и по каналу 1 к тяговому электромагниту 14
переключения следящего золотника.
При предварительных проходах положение копировального суппорта
и соответственно диаметр обрабатываемой поверхности определяются не
копиром, а упорами И. Барабан 12 с упорами 11, смещаясь в осевом
направлении, воздействует на щуп 13 и, смещая следящий золотник,
прекращает движение гидросуппорта 16. Смещение барабана 12 проис-
ходит под действием неподвижно закрепленного упора 15. При переме-
щении гидрокопировального суппорта один из упоров 11, находящийся
в соответствующей позиции, вступает в контакт с упором 15 и барабан 12
смещается в осевом направлении.
При включении тягового электромагнита 14 гидросуппорт 16 совер-
шает быстрый обратный ход, предшествующий переключению многопози-
ционных упоров.
Упоры 11 настраиваются в соответствии с заданными диаметрами усту-
пов. Число упоров обычно не превышает шести, что ограничивает число
предварительных проходов. Поскольку при предварительных проходах
не требуется высокая точность получаемых размеров, то настройка упо-
ров менее трудоемка, чем в тех случаях, когда по упорам получаются
окончательные размеры.
По окончании предварительной обработки барабан 12 поворачивается
в положение, при котором упоры 11 не ограничивают перемещение суп-
порта 16, и его движение продолжается до тех пор, пока щуп 13 не придет
в соприкосновение с копиром 10, и последний проход производится при
управлении перемещениями гидросуппорта с помощью копира.
Барабан 23 служит для управления вторым суппортом.
Описанную систему управления имеют гидрокопировальные полуав-
томаты, выпускаемые станкостроительной промышленностью ЧССР. Ана-
логичная система управления применяется на гидрокопировальных полу-
автоматах «Магкомат» (ГДР).
Гидрокопировальные полуавтоматы с подобными системами управле-
ния находят все большее распространение как в условиях мелкосерийного
производства, так и при обработке более или менее значительных партий
деталей.
563
Децентрализованная система цифрового программного управления
Система управления общим автоматическим циклом станка при циф-
ровом программном управлении однокоординатными перемещениями зави-
сит от вида последних.
При число-импульсной шаговой системе, работающей только на основе
задающей информации без использования системы обратной связи, система
управления общим автоматическим циклом является центральной. При
других системах цифрового программного управления однокоординатными
перемещениями переход от одного этапа цикла к другому происходит по
поступлении сигнала об окончании предыдущего этапа цикла, что харак-
терно для децентрализованной системы управления. В качестве примера
рассмотрим децентрализованную систему цифрового программного управ-
ления токарным станком (рис. 111.88).
Токарный станок, оснащенный системой цифрового программного
управления, имеет компоновку обычного токарного станка 160]. На попе-
речном суппорте установлено два резцедержателя: передний и задний.
Вся обработка осуществляется двумя резцами. Например, спереди может
быть расположен подрезной резец для обработки цилиндрических и тор-
цовых поверхностей, а сзади — резец для прорезки канавок. При пооче-
редном перемещении поперечных и продольных салазок осуществляется
обработка ступенчатых валиков, втулок, дисков.
Для управления однокоординатными перемещениями продольных
и поперечных салазок применена число-импульсная суммирующая система.
Продольные салазки получают движение, как обычно, от ходового
вала 23, который на рабочем ходу сцепляется электромагнитной муф-
той 28 с выходным валом коробки подач, а на быстром холостом ходу
получает движение от электродвигателя 21. Продольные перемещения
ограничиваются с помощью передвижного упора 27. Передвижной упор
перемещается из позиции в позицию с помощью ходового винта 30, кото-
рый отключен от коробки подач станка и получает движение от коробки
дифференциально-суммирующих приводов 20 (стр. 533). Коробка диффе-
ренциально-суммирующих приводов имеет независимый электродвига-
тель 19. Включение и выключение однооборотных муфт дифференциально-
суммирующего привода осуществляется электромагнитами /£?; сигналы
обратной связи после каждого оборота подаются датчиками обратной
связи 15.
Упор 27 выполняет одновременно функции сигнального и жесткого
упора. В момент контакта суппорта с упором 27 путевой выключатель 26
подает сигнал, который направляется к блоку управления. Блок управ-
ления вырабатывает сигнал, вызывающий отключение электромагнитной
муфты 28. Отключение муфты происходит с некоторой задержкой времени,
в результате суппорт прижимается к упору 27, муфта проскальзывает
и упор 27 выполняет функции жесткого упора. Блок управления выраба-
тывает сигнал, вызывающий переход к выполнению следующего этапа
цикла, предусмотренного программой.
Так как в момент остановки суппорт находится в контакте с упором 27,
то для последующего перемещения суппорта на заданную величину необ-
ходимо предварительно переместить на эту же величину упор 27. Когда
вслед за этим суппорт переместится до упора 27 и остановится, он пройдет
путь, равный заданному.
Информация о величине перемещения упора фиксируется на перфо-
карте 6 в двоичном коде в виде двух информационных чисел, из которых
одно получается в результате деления величины перемещения на величину
низкой разрешающей способности (2 мм), а второе — в результате
564
Рис, 111.88. Цифровое программное управление автоматизированного токарного станка
деления остатка на величину высокой разрешающей способности (0,1 мм)
системы управления перемещениями продольного суппорта. Каждое из
двух получённых информационных чисел фиксируется в своей строке
перфокарты. В произвольном коде фиксируется информация, определя-
ющая-характер цикловых и технологических команд.
Считывание информации производится последовательно строка за
строкой.
Сигналы, вырабатываемые читающим устройством на основе информа-
ции, зафиксированной на перфокарте, поступают по каналу 7 к дешифра-
тору 5, который направляет их к соответствующим блокам. Информация
о величине перемещений направляется по каналу 8 к блоку запоминания
и сравнения 11, который состоит из двух двоичных счетчиков, а инфор-
мация о характере цикловых и технологических команд — по каналу 9
к блоку управления 13. По окончании считывания всей информации,
относящейся к очередному этапу цикла, блок управления подает сигналы
по связи 16 электромагнитам 18, которые включают однооборотные муфты
дифференциально-суммирующего привода. Начинается движение упора.
В процессе движения упора датчики обратной связи 15, установленные
на валах однооборотных муфт, подают сигналы обратной связи, поступа-
ющие к блоку сравнения 11. Когда один из валов сделает заданное число
оборотов, соответствующий счетчик вырабатывает сигнал, поступающий
по каналу 12 к блоку управления 13, который выключает однооборотную
муфту данного вала. Когда второй вал также сделает заданное число
оборотов и упор 27 придет в заданное положение, второй счетчик выраба-
тывает сигнал, на основе которого блок управления выключает вторую
однооборотную муфту и включает электромагнитную муфту 28. Продоль-
ный суппорт начинает перемещаться, и его движение продолжается до
тех пор, пока он не придет в контакт с упором. Возможно также совмест-
ное движение суппорта и упора, если скорость упора превышает ско-
рость суппорта.
При быстрых перемещениях продольного суппорта электромагнитная
муфта 28 выключена. Включение и выключение быстрых ходов осуще-
ствляется пуском и остановом электродвигателя 21. Включение быстрого
хода происходит при вводе соответствующей задающей информации,
зафиксированной на перфокарте и поступающей по каналу 10 к блоку
управления приводом быстрых ходов 14, который подает соответствующий
сигнал электродвигателю 21 по связи 17.
Величина перемещения на быстром ходу задается информационным
числом, которое вводится в один из счетчиков блока запоминания и сравне-
ния 3 системы управления поперечным суппортом (в этот момент она не
используется по основному назначению). Сигналы обратной связи при
быстром перемещении продольного суппорта подаются датчиком 22,
кинематически связанным с ходовым валом, и поступают по каналу 1
к счетчику блока сравнения 3. Когда число импульсов обратной связи
становится равным информационному числу, блок 3 вырабатывает сиг-
нал, поступающий по каналу 4 к блоку управления 14, и электродвига-
тель привода быстрых ходов отключается.
Система управления быстрыми перемещениями может иметь низкую
разрешающую способность и невысокую точность, так как точность уста-
новки суппорта в'заданное положение определяется не системой управ-
ления быстрыми ходами, а упором 27, система управления перемеще-
ниями которого имеет высокую разрешающую способность и точность. ;
Поперечный суппорт получает движение от коробки подач через цеп-
ную передачу 29, сообщающую вращение ходовому валу 25, расположен-
ному позади станка. От ходового вала 25 приводится во вращение диффе-
566
ренциально-суммирующий привод 24. Управление дифференциально-сум-
мирующим приводом 24 осуществляется с помощью блока сравнения
и запоминания 3 и блока управления 2 так же, как управление диффе-
рента льно-суммирующим приводом 20. При быстрых ходах дифферен-
циал ьно-суммирующий привод 24 получает движение от ходового вала 25,
а при быстрых холостых — от независимого электродвигателя. Разреша-
ющая способность системы управления 0,5 и 0,01 мм.
Продольные и поперечные подачи настраиваются коробкой подач; при
одной настроенной подаче можно включить одну из двух автоматически
сменяемых продольных и одну из четырех автоматически сменяемых попе-
речных подач.
Станки с подобной системой автоматического управления пригодны
для обработки небольших партий деталей. Подготовка программы в зави-
симости от конфигурации обрабатываемой детали занимает 1—7 ч, смена
программы — 2—3 мин, настройка инструментов — 10—15 мин. На стан-
ках можно обрабатывать детали с допусками по 2-му классу точности.
Два станка может обслужить один рабочий, при этом работу 4-го разряда
может выполнять рабочий 1—2-го разряда.
Отмеченные особенности системы цифрового программного управления
создают перспективы для широкого внедрения автоматизированных стан-
ков даже в условиях мелкосерийного производства.
Групповое местное самоуправление при подаче сигналов
в функции времени при жестких ограничителях ходов
Как уже указывалось выше, для группового местного самоуправления
используются те же системы, которые применяются для управления
общим автоматическим циклом работы станка. В отличие от других слу-
чаев при групповом самоуправлении вспомогательными рабочими орга-
нами может быть использована также центральная система управления
с подачей сигналов в функции времени и с жесткими ограничителями ходов
(рис. III.89). Ряд рабочих органов 2 получает движение от поршневых
двигателей 4. В процессе работы каждый из рабочих органов должен
занимать только одно из двух положений, которые определяются разме-
щением жестких упоров 1 и 3. Подобный характер носят перемещения
567
подвижных элементов автооператоров, зажимных приспособлений и дру-
гих вспомогательных рабочих органов. Эти перемещения должны проис-
ходить в определенной последовательности. Последовательность задается
расстановкой переключающих или сигнальных упоров на барабане 10.
За один ©борот барабана происходят перемещения всех рабочих органов,
входящих в данную группу. Время одного оборота барабана определяется
как сумма времени, затрачиваемого на каждое из перемещений. При этом
время на каждое из перемещений берется со значительным запасом. Углы
между упорами барабана 10 пропорциональны интервалам времени.
Упоры барабана 10 воздействуют на механизмы автоматического пере-
ключения 5 приводов 4.
Привод 8 барабана 10 включается по сигналу, поступающему по
каналу 6 от системы управления общим автоматическим циклом работы
станка. Включение производится с помощью механизмов автоматического
переключения 7. По окончании одного оборота упор барабана 10 посылает
по каналу 9 сигнал к механизмам автоматического переключения, и вра-
щение барабана прекращается. Одновременно по каналу И выдается
сигнал в систему управления общим автоматическим циклом работы
станка.
Для включения и выключения барабана 10 может быть использована
однооборотная муфта, независимый электродвигатель и другие меха-
низмы.
Подобное решение позволяет значительно упростить схему и конструк-
цию механизмов автоматического управления данным групповым циклом.
Существенным недостатком этого варианта управления является отсут-
ствие контроля выполнения заданных перемещений. Несмотря на этот
недостаток, подобные схемы управления находят некоторое применение.
Расчет циклограммы при управляемых приводах
Расчет циклограммы имеет своей целью определение времени цикла.
Так как общее время цикла складывается из времени, необходимого для
выполнения отдельных этапов цикла, протекающих последовательно, то
прежде всего следует составить принципиальную циклограмму, позво-
ляющую выявить последовательность выполнения отдельных этапов
цикла. В дальнейшем производится расчет времени выполнения каж-
дого этапа цикла и общее время цикла находится как сумма времени,
необходимого для выполнения всех последовательно протекающих этапов
цикла.
Рассмотрим вопрос о затратах времени на выполнение рабочих и холо-
стых ходов.
Расчет времени рабочих ходов. Скорость рабочих ходов определяется
в процессе выбора режимов работы. На этой скорости рабочий орган
двигается до момента подачи сигнала остановки. После подачи сигнала
остановки движение рабочего органа еще продолжается в течение некото-
рого промежутка времени. Рассмотрим процессы, происходящие в период
остановки рабочего органа.
От момента подачи сигнала остановки до момента выполнения команды
(разрыва кинематической цепи, переключения золотника гидропривода
и т. п.) проходит некоторый период времени. Этот период времени может
изменяться вследствие различных случайных причин в определенных
пределах, при этом величина отклонения составляет Д/с. В зависимости
от длительности прохождения сигнала команда будет выполнена при раз-
личном положении подвижного элемента рабочего органа. При минималь-
ном времени прохождения сигнала рабочий орган (рис. III.90) будет
568
занимать положение Xi, при максимальном — положение хг. Если откло-
нение во времени прохождения сигнала А 4, а скорость рабочего хода vp,
то отклонение в положении рабочего органа в момент выполнения команды
составит
А/с = k.tcvp.
(III.12)
После исполнения команды начинается процесс останова рабочего
органа. Этот процесс носит весьма сложный характер, так как он сопро-
вождается колебаниями многомассовой системы с самотормозящимися
звеньями, изменением коэффициента трения направляющих, связанным
с изменением скорости в процессе останова. Исследованию процессов
останова с учетом указанных явлений посвящен ряд работ [10, 26, 34, 35,
40, 91, 117, 121]. Рассмотрим процесс останова в предположении, что
после исполнения команды рабочий орган продолжает двигаться по инер-
ции равномерно замед-
ленно.
Движение рабочего
органа происходит благо-
даря кинетической энер-
гии вращающихся звеньев
кинематической цепи и ки-
нетической энергии самого
рабочего органа. Торможе-
ние рабочего органа про-
исходит под действием сил
трения на направляющих,
рабочего сопротивления и
тормозного момента, если
в процессе останова осу-
ществляется торможение
привода либо с помощью
Рис. Ш.90. Циклограмма процесса останова подвиж-
ного элемента рабочего органа
специального тормоза, либо путем торможения электродвигателя.
При принятом допущении путь торможения может быть определен
по формуле
по Т]
<₽г"~ 2ЛГ”
(111.13)
а время торможения — по формуле
(III.14)
которые получаются путем преобразования формулы (1.118).
Приведенный момент инерции вычисляется относительно того вала,
который отключается от привода в момент останова, либо относительно
вала тормоза. Если в процессе останова кинематическая цепь не размы-
кается, то момент инерции определяется либо относительно вала электро-
двигателя, либо относительно вала тормоза.
Перемещение рабочего органа за время торможения определяется по
формуле
lT — q'<pT,	(III. 15)
где q — величина перемещения рабочего органа при повороте вала,
относительно которого определяется момент инерции, на 1 рад.
569
При поршневых приводах формулы (Ш.13) и (III.14) принимают вид
=	(Ш.17)
где т — масса движущихся частей;
Рс — сила сопротивления в период торможения.
Путь торможения также не является стабильным и колеблется в неко-
торых пределах вследствие колебаний коэффициента трения, натяга
направляющих на различных участках пути, нагрева и других факторов.
Отклонение пути торможения составляет Д/г, а угла поворота Д<рт.
Наибольшее отклонение положения рабочего органа при останове
будет равно
Д/ = Д/с + Д/г.	(III. 18)
Отклонение пути торможения составляет какую-то часть % пути тор-
можения
Д/г = %lT.	(III.19)
Подставив вместо соо выражение -у-, преобразуем формулу (III.13),
а подставив полученное выражение в формулу (III. 19), получим
J V2
Подставив выражение (III. 12) и (III.20) в уравнение (III.18), получим
J V2
Л1 = ^р+%-^~.	(Ш.21)
При заданной точности останова Д/находим из выражения (III.21) наиболь-
шую допустимую скорость рабочего хода v перед остановом
Vp =	=	1		.	(111.22) np 7] Г/ Mcq‘
Так как скорость рабочего хода vp определяется условиями резания,
то в тех случаях, когда скорость vp оказывается меньше скорости vp,
необходимо обеспечить автоматическое замедление скорости перед оста-
новом до величины vp. Сигнал перехода на замедленную скорость должен
быть подан заблаговременно с учетом отклонения времени прохождения
сигнала Д/с.
Таким образом, время рабочего хода складывается из времени tp
движения при скорости vP, времени торможения при переходе от ско-
рости vp к скорости vp, времени движения при скорости vp и времени
торможения при останове.
В зависимости от времени происхождения сигнала величина пути,
проходимого при скоростях vp и vp, будет изменяться, соответственно
будет изменяться и время рабочего хода.
570
Обозначим:
АД и Д/с — отклонение времени прохождения сигнала соответ-
ственно при скорости рабочего хода vp и при замед- .
ленной скорости vp;
1п и /Г2 — путь торможения соответственно при переходе со
скорости vp на скорость vp и при останове;
Д/п и Л/Г2 — отклонение пути торможения соответственно при пе-
реходе со скорости vp на скорость v'p и при останове;
t71 и tTi — время торможения соответственно при переходе со
скорости vp на скорость vp и при останове;
А/п и Л/г, — отклонение времени торможения соответственно при
переходе со скорости vp на скорость vp и при оста-
нове;
41 и 4s — время движения на скорости vp соответственно при
&tc = 0 и при наибольшем значении <\tc.
Время рабочего хода будет наименьшим (рис. III.90) при движении
на скорости Up до точки Xi, при торможении во время перехода из точки хг
В точку Х2 и из точки х2 в точку Хз
4 mm = 4г + 41 + А41 + 4а-	(III.23)
Время рабочего хода будет наибольшим при движении на скорости vp
до точки хъ торможении во время перехода из точки Xj в точку х2, дви-
жении на скорости vp из точки х2 в точку х2 и торможении при переходе
из точки х2 в точку Хз.
4 шах = 41 + 41 + 4+42 + Д4а,	(Ш-24)
где /3 — время движения на скорости vp из точки х2 в точкух2.
i   VP ^4 + AZn	т J nr.
Пренебрегая величиной /Г2, А/Г2 и Л/п, время tpl найдем из выражения
tpl = ...L-4p.^.= 4i . t	(I П .26)
где I — величина рабочего хода;
а время /Л2 — из выражения
/	(II 1.27)
vp
Время А/Л1 и А/п, мало и им также можно пренебречь при определе-
нии времени цикла.
Путь торможения при переходе от скорости vp к скорости vp опреде-
ляется по формуле
а время торможения — по формуле
tn = Jn^pVp)-,	(Ш.29)
где Jnp1}, Мс и q' — приведенный момент инерции, приведенный момент
сопротивления и величина перемещения рабочего органа при повороте
571
на 1 рад вала, относительно которого определяется приведенный момент
инерции, в период перехода со скорости vp на скорость vp.
Путь торможения при останове определяется по формуле
-г-	=	(Ш-30)
а время торможения — по формуле
/	fl
.	(111.31)
где Jnpi}, Мс и q — приведенный момент инерции, приведенный момент
сопротивления и величина перемещения рабочего органа при повороте
на 1 рад вала, относительно которого определяется приведенный момент
инерции, в период останова.
При расчете времени цикла следует также найти среднее время цикла,
используя при этом среднее арифметическое времени рабочих ходов.
Для расчета поршневых приводов можно воспользоваться этими же
формулами, подставляя вместо момента инерции массу подвижных частей,
а вместо момента сопротивления — силу сопротивления Рс и прини-
мая q = 1.
При поршневых приводах полученное по расчету время следует уве-
личивать [12] на 0,8—1,0 сек для учета времени возрастания давления
(при переходе с холостого на рабочий ход, при остановке с помощью
жесткого упора и подаче команды с помощью реле давления), а также
других неучтенных затрат времени.
Для выполнения указанных расчетов необходимо иметь сведения об
отклонении времени срабатывания различных аппаратов, входящих в цепь
преобразования сигнала в команду.
Некоторые общие данные о времени срабатывания, а также о возмож-
ных отклонениях этого времени приведены выше (см. стр. 169). Время
срабатывания указывается также в каталогах соответствующей аппара-
туры. В табл. III.2 приведены некоторые данные, опубликованные в рабо-
тах, вышедших в последнее время.
Таблица Ш.2
Время срабатывания
Наименование аппарата	Время срабатывания в сек	Отклонение времени срабатывания в сек	Источник
Реле:			
типа ЭП (переменный ток 127 в)	0,02	0,01	1401
РКС (постоянный ток 24 в)	0,05	0,02	140]
Р ПИ-70	—	0,003	134]
ММК	—	0,007	134]
МКУ-48	0,03	— .	—
Магнитные пускатели	До 0,1	—	—
Золотник:			
с электро гидравлическим управлением	0,1	—	[12]
с переключающим электромагнитом	0,06—0,18	—	112]
572
Следует заметить, что при малой величине рабочих ходов и высокой
|>>чности останова, а соответственно малых значениях скорости vp время
рабочих ходов, найденное на основе изложенного выше уточненного рас-
чета, значительно превышает время, подсчитанное по формулам (1.31)—
(1.33), вследствие чего действительная производительность автоматизи-
рованного станка может быть определена только на основе уточненного
расчета.
Определение скорости и расчет времени холостых ходов. Методика
определения скорости зависит от вида холостого хода. Установим следу-
ющие виды холостых ходов:
1)	точные установочные перемещения, например установочные пере-
мещения стола расточного станка, установочные перемещения попереч-
ного суппорта токарного станка в соответствии с диаметром обрабаты-
ваемой поверхности и т. п.;
2)	холостые ходы основных рабочих органов, предшествующие рабо-
чим ходам;
3)	холостые ходы, не требующие точного ограничения, например
обратный холостой ход суппорта при путевом управлении;
4)	холостые ходы с жесткими ограничителями.
При точных установочных перемещениях скорость в конце хода сни-
жается до величины, обеспечивающей необходимую точность останова.
Величина замедленной скорости vs определяется по формуле (III.22).
При переходе с быстрой скорости холостого хода на замедленную ско-
рость изменяется либо непрерывно, либо ступенчато. Вопросам выбора
закона изменения скорости посвящен ряд работ [26, 35, 40].
Рассмотрим простейший случай непосредственного перехода с быстрой
скорости иб на замедленную v3, который весьма распространен.
Наименьшее и наибольшее время холостого хода определяется при ука-
занных условиях формулами, аналогичными формулам (III.23) и (III.24),
только вместо 1р1 и надо подставить время движения /б1 и /б2 на ско-
рости v6. Время t61 определяется по формуле (III.26), а время t5„ — по
формуле (III.27), в которые вместо vp подставляется v5.
Время /3 движения на замедленной скорости определяют по фор-
муле (III.25), путь 1Т1 — по формуле (III.28), время tT1 и tT2 — по фор-
мулам (III.29) и (III.31), подставляя в эти формулы вместо vri скорость
и вместо vp скорость о3.
Пренебрегая временем Л/г?, наибольшее время холостого хода можно
представить в виде
Jiiptj (с!б Чз) Чр Л . J пр т;₽з
МсЧ" ' Чз М'сд
(II 1.32)
Так как отдельные члены приведенного выражения с увеличением v6
уменьшаются, а другие увеличиваются, то величина /хп1ах может иметь
минимум.
Дифференцируя выражение (III.32) по v6, находим значение v6, при
котором txmax достигает минимума
пр тГз .
2Мсд'
^ПР Т] ! .\t(
2Mcq' 43
(III.33)
573
В полученном выражении первым членом в числителе можно пре-
небречь, так как он всегда много меньше второго члена.
Определив #б, можно найти и tx шах. При расчете времени
цикла следует пользоваться средним значением tx.
Если Холостой ход предшествует переходу на рабочую подачу, то
необходимо пользоваться теми же формулами, которые приведены выше
для точных установочных перемещений, подставляя вместо v3 скорость
рабочего хода vp. При определении v6 по формуле (III.33) следует опре-
делить значения v6 при наименьшем и наибольшем возможном значе-
нии vp и принять среднее из двух полученных значений.
При определении скорости холостых ходов, не требующих точного
ограничения, и холостых ходов, величина которых ограничивается жест-
кими ограничителями, следует построить графики зависимости произво-
дительности от скорости указанных холостых ходов. Для этого перво-
начально определяется время всех рабочих ходов и холостых ходов, ука-
занных в пунктах 1 и 2, а затем вычисляется время холостых ходов, ука-
занных в пунктах 3 и 4, при ряде значений скорости этих холостых ходов,
и строится график изменения производительности, аналогичный приве-
денному выше для систем управления с кулачковым валом (см. стр. 559).
Во многих случаях необходимо определить скорость холостых ходов для
нескольких однокоординатных перемещений. Предположим, что скорость
холостого хода для первого однокоординатного перемещения обозна-
чена ос, а скорость второго — v6. Примем для скорости % значение &бь
а для скорости Vf, значение v6i и определим время цикла. Далее, сохра-
няя значение об1 скорости v6, придадим скорости v6 значение ця и вновь
определим время цикла. Таким образом, сохраняя значение скорости пб1
и придавая скорости v'e ряд значений от vei до v6i, получим ряд значений
времени цикла и определим зависимость повышения производительности
от v'c при постоянном значении i>6i скорости ve- Далее придадим ско-
рости % значение Пег и, придавая скорости % ряд значений от va до Vei,
вновь определим зависимость повышения производительности от ско-
рости v6. В результате может быть построено семейство кривых,
на основе которого можно выбрать оптимальное значение скорости v6
для холостых ходов, указанных в пунктах 3 и 4.
При построении кривых необходимо задаваться реально возможными
значениями скорости холостых ходов, которые лежат в пределах от 1000
до 12 000 mmImuh. Меньшие значения относятся к меньшей длине ходов,
большие — к большей.
При определении времени срабатывания пневматических цилиндров
следует пользоваться методикой, изложенной в работе [23], или графи-
ками, приведенными в работе [27].
Использование следящей системы управления
для коррекции режима или взаимного расположения
обрабатываемой детали и инструмента
с целью повышения производительности и точности обработки
Повышение производительности. Заранее устанавливаемый режим
обработки определяется исходя из заданных параметров заготовки. Однако
параметры заготовки колеблются в определенных пределах. Например,
при шлифовании предусматривается быстрый подвод шлифовального
круга к заготовке и переход на медленную рабочую подачу на расстоянии,
определяемом приведенным выше расчетом. Так как заготовка изготов-
ляется с определенным отклонением, то ее фактический размер может
574
быть меньше наибольшего, и шлифовальный круг пройдет значительный
путь на малой скорости, не производя никакой полезной работы. Для
устранения указанных потерь используется следящая система управле-
ния. В момент контакта круга с обрабатываемой деталью возрастает мощ-
ность, потребляемая электродвигателем привода шлифовального круга,
и это изменение используется в качестве сигнала для перехода на рабо-
чую подачу, чем исключается потеря времени на медленное перемещение
вхолостую. Такой метод используется на станках для шлифования колец
шарикоподшипников.
На станках для шлифования крупных валов при изменении мощности,
потребляемой приводом шлифовального круга, корректируется попереч-
ная подача для поддержания указанной мощности на заданном при
настройке уровне.
Повышение точности. На крупных токарных станках фирмы VDF
в процессе обточки валов производится измерение диаметра обработанной
поверхности, и при выходе этого размера за пределы допуска измеритель-
ный прибор вырабатывает сигнал, поступающий к приводу, смещающему
поперечный суппорт вместе с резцом на величину, компенсирующую воз-
никшую ошибку.
Подобный метод разработан и экспериментально проверен кафедрой
технологии машиностроения ЛПИ.
Кафедрой технологии машиностроения Станкина разработаны методы
компенсации отклонений, возникающих вследствие упругих  деформа-
ций [104]. Специально встроенные датчики вырабатывают сигнал, про-
порциональный упругим перемещениям, который вызывает либо соот-
ветствующее смещение режущего инструмента относительно обрабаты-
ваемой детали, либо изменение подачи.
Подобные коррегирующие устройства находят все большее примене-
ние в станках с программным управлением.
ГЛАВА
Раздел четвертый
КОНСТРУКЦИИ ХАРАКТЕРНЫХ УЗЛОВ
И ЭЛЕМЕНТОВ СТАНКА
I
КОРПУСНЫЕ ДЕТАЛИ ОСТОВА СТАНКА
Конфигурация основных корпусных деталей остова
станка (плит, тумб, станин, стоек, коробчатых деталей
и его подвижных рабочих органов) выявляется в процессе разработки
общей компоновки станка. Дальнейшей задачей проектирования явля-
ется выбор формы поперечных сечений этих деталей, обеспечивающей
необходимую прочность, жесткость и устойчивость системы при мини-
мальном весе, а также выбор формы направляющих, по которым пере-
мещаются элементы подвижных рабочих органов [42].
Вес корпусных деталей составляет около 80—85% веса станка в целом;
совершенство конструкции этих деталей оказывает большое влияние
на металлоемкость станка.
Поскольку большинство корпусных деталей, за исключением тумб
оснований, плит и некоторых коробчатых деталей, снабжено направляю-
щими, то целесообразно рассмотреть в первую очередь характерные формы
направляющих.
1.	НАПРАВЛЯЮЩИЕ
Конструкция направляющих должна обеспечивать необходимую точ-
ность перемещения рабочего органа по прямолинейной или круговой
траектории и длительное сохранение этой точности.
Необходимая точность перемещения достигается, как это указывалось
выше, благодаря соответствующей геометрической точности направляю-
щих, применению направляющих такой формы, которая исключает воз-
можность свободы перемещения рабочего органа под действием состав-
ляющих сил резания, а также высокой жесткости направляющих, пре-
дотвращающей значительные перемещения вследствие упругих деформаций.
Свобода перемещения рабочего органа в большинстве случаев огра-
ничивается специальными устройствами для устранения зазоров, воз-
никающих между контактирующими поверхностями направляющих как
в процессе изготовления, так и при износе.
Вследствие наличия зазора в направляющих изменение направления
движения рабочего органа может сопровождаться его поворотом вокруг
оси, перпендикулярной к плоскости направляющих. В ряде случаев,
особенно на прецизионных станках, погрешности, возникающие при пово-
роте салазок в момент изменения направления движения рабочего органа,
могут выходить за пределы допустимой величины. Тогда возникает необ-
ходимость в применении конструкции направляющих, которая исклю-
чала бы возможность такого поворота.
С целью длительного сохранения точности направляющим должны
быть приданы размеры, обеспечивающие их работу при давлениях, не пре-
576
вышающих допустимые, а также предусмотрена надежная система смазки.
Для изготовления направляющих следует использовать износостойкие
материалы. Профиль направляющих должен быть выбран с учетом вли-
яния износа на изменение точности перемещения.
В современных станках применяют направляющие скольжения, каче-
ния, комбинированные.
Характер работы направляющих скольжения в значительной мере
определяется системой смазки. В соответствии с системой смазки направ-
ляющие скольжения могут быть подразделены на следующие модифи-
кации [71, 72, 95]: направляющие смешанного трения без разгрузки,
с гидроразгрузкой, с механической разгрузкой; направляющие жидкост-
ного трения гидродинамические без гидроразгрузки, с гидроразгрузкой;
гидростатические направляющие жидкостного трения; аэростатические
направляющие.
Смешанное трение возникает при периодической подаче смазки на
направляющие. При непрерывной подаче масла под небольшим давле-
нием достигается гидроразгрузка и значительно улучшаются условия
смазки, но возникают серьезные трудности, связанные со сбором и воз-
вратом отработанного масла, стекающего с направляющих.
Механическая разгрузка осуществляется с помощью подпружиненных
роликов. Таким образом, в этом случае имеет место как бы распределение
нагрузки между направляющими скольжения и качения.
Наиболее широко применяется система смазки без гидроразгрузки
как наиболее простая.
При гидродинамических направляющих в процессе движения со зна-
чительной скоростью образуются масляные клинья, чем обеспечивается
жидкостное трение. Гидродинамические направляющие находят значи-
тельное применение на карусельных станках, иногда применяются на про-
дольнострогальных. Гидродинамические направляющие с гидроразгруз-
кой отличаются обязательным наличием циркуляционной системы смазки.
В гидростатических направляющих смазка подается к масляным кар-
манам под давлением, регулируемым системой дросселей 172], чем обеспе-
чивается работа в условиях жидкостного трения и при малых скоростях
перемещения, что приводит к снижению тягового усилия, стабилизации
сил трения и как следствие — к повышению точности перемещения рабо-
чих органов. В гидростатических направляющих толщина масляного
клина зависит от нагрузки, что может вызвать определенные изменения
положения рабочего органа в работе и появление погрешностей обработки.
При гидростатических направляющих возникают уже отмеченные выше
трудности, связанные со сбором и возвратом отработанного масла. Несмо-
тря на это обстоятельство, гидростатические направляющие начинают
находить применение на станках высокой точности, где их преимущества
играют существенную роль.
К аэростатическим направляющим подается под давлением сжатый
воздух. Подобные направляющие еще не нашли сколько-нибудь значи-
тельного применения и используются в отдельных случаях для уменьше-
ния усилия, необходимого для периодического ручного перемещения
отдельных узлов, например задней бабки.
При использовании направляющих качения снижаются тяговые уси-
лия, может быть повышена точность перемещения. Однако возможности
применения направляющих качения ограничены, так как при больших
нагрузках на направляющих возникают значительные контактные дав-
ления.
Комбинированные направляющие применяют для устранения пово-
рота салазок при изменении направления перемещения рабочего органа.
19 И. М. Кучер 417
577
В этом случае основные несущие направляющие выполняют в форме
направляющих скольжения, а направляющие, перпендикулярные к ос-
новным,— в форме направляющих качения (см. стр. 584).
При весьма'малых перемещениях, осуществляемых с очень высокой
точностью, прямолинейное перемещение заменяется перемещением по
дуге путей поворота корпуса рабочего органа вокруг оси. Такое конструк-
тивное решение используется, например, на различных шлифовальных
станках (см. стр. 605).
Конструкции направляющих скольжения и качения весьма много-
образны. Выбор как формы, так и конструкции производится в соответст-
вии с конкретными условиями работы.
Направляющие скольжения
Наиболее простую форму имеют плоские направляющие (рис. IV. 1, а).
Рабочий орган 3 опирается на плоскости 4 и 5 направляющих. Переме-
щение рабочего органа в вертикальном направлении ограничивается план-
ками 1 и 8, в горизонтальном — плоскостями 2 и 6. Для устранения зазо-
ров в вертикальной плоскости производится пришабривание планок 1 и 8.
Для устранения зазора в горизонтальной плоскости служит регули-
руемая планка 7, которая поджимается винтами 9. Пришабривание пла-
нок 1 и 8 и регулирование планки 7 с помощью большого числа вин-
тов 9 является трудоемкой операцией. Рассмотренная конструкция ре-
гулировочной планки с винтами не обеспечивает получения высокой
жесткости при повороте направляющих в горизонтальной плоскости.
При небольшой длине направляющих подвижного рабочего органа
вместо планки 7 может быть использован, клин 1 (рис. IV. 1, в) с укло-
ном 1 : 50. Перемещением клина в осевомнаправлениис помощью гаек 2 и 3
обеспечивается тонкая регулировка зазора, вместе с тем значительно повы-
шается жесткость направляющих. При большой длине подвижных направ-
ляющих регулировочные клинья могут быть установлены на двух проти-
воположных концах направляющих.
Для устранения зазора в вертикальном направлении на основных
планках 1 и 8 (рис. IV. 1, а) могут быть установлены дополнительные
планки, регулируемые так же, как планка 7, или регулируемые клинья,
аналогичные по конструкции клину, показанному на рис. IV. 1, в. Введе-
ние дополнительных регулируемых элементов приводит к усложнению
конструкции и снижению жесткости.
Модификация плоских направляющих, показанная на рис. IV. 1, б,
отличается тем, что перемещение в горизонтальной плоскости ограничи-
вается плоскостями 1 и 2 узкой направляющей, применение которой спо-
собствует повышению точности.
В отдельных случаях, когда вес подвижных рабочих органов обеспе-
чивает надежное замыкание направляющих и силы, возникающие в про-
цессе работы станка, не вызывают перемещения подвижного рабочего
органа в вертикальном направлении, плоские направляющие могут быть
выполнены без планок 1 и 8 (рис. IV. 1, а).
Поверхность плоских направляющих может быть сделана сколь
угодно большой в соответствии с величиной воспринимаемых нагрузок,
чем обусловливается применение плоских направляющих в тяжелых стан-
ках. Обработка плоских направляющих не представляет затруднений.
Недостатком их является трудность устранения зазоров.
Плоскими направляющими снабжают станины тяжелых токарных
станков, продольнофрезерных станков, траверсы, стойки, консоли.
578
Применение призматических горизонтальных корытообразных
(рис. IV. 1, г) или выпуклых (рис. IV. 1, д) направляющих исключает
появление зазора в горизонтальной плоскости как при первоначальной
сборке, так и в процессе износа, что является их существенным преиму-
ществом по сравнению с плоскими направляющими. Корытообразные
Рис. IV. 1. Направляющие скольжения
призматические направляющие хорошо удерживают смазку, что очень
важно при высокой скорости движения, в частности для направляющих
столов продольнострогальных, шлифовальных станков.
Трудоемкость обработки призматических направляющих значи-
тельно больше трудоемкости обработки плоских направляющих. Осо-
бой трудоемкостью отличаются парные призматические направляющие
(рис. IV.I, г). Для упрощения обработки применяют комбинированные
ф
579
направляющие, состоящие из одной призматической и одной или двух
плоских. В тяжелых продольнострогальных и продольнофрезерных стан-
ках используются комбинации из корытообразной и плоской направляю-
щих, в токарных*станках средних размеров и в расточных — из выпуклой
призматической и плоской направляющих (рис. IV.l,d).
Угол профиля призматических направляющих выбирается с учетом
соотношения сил, действующих в горизонтальном и вертикальном направ-
лениях, так, чтобы равнодействующая сил не могла вызвать движения
стола по наклонной поверхности направляющей.
При выпуклых призматических направляющих создаются благоприят-
ные условия для удаления стружки, при корытообразных направляю-
щих удаление стружки затруднено.
Призматические направляющие обладают высокой жесткостью при
повороте в плоскости расположения направляющих.
Значительное распространение получили в станках направляющие
в форме ласточкина хвоста (рис. IV. 1, е), которые отличаются компакт-
ностью и простотой регулировки. Для устранения зазора как в вертикаль-
ном, так и в горизонтальном направлениях достаточно одной планки
1 или 2. Планка 1 регулируется так же, как планка 7, показанная на
рис. IV. 1, а. Вместо планки 1 может быть использован клин, аналогич-
ный клину, показанному на рис. IV. 1, в. Планка 2 регулируется винтами 3
и закрепляется винтами 4. Последний вариант конструкции имеет невысо-
кую жесткость. Вообще жесткость направляющих в форме ласточкина
хвоста ниже жесткости рассмотренных ранее конструкций, однако вслед-
ствие малых габаритов по высоте эта форма направляющих широко при-
меняется для перемещения кареток суппортов, столов консольнофрезер-
ных станков и других рабочих органов.
В ряде случаев используются комбинированные направляющие
(рис. IV. 1, ж), в которых сочетаются элементы направляющих в форме
ласточкина хвоста и плоских направляющих. Такие направляющие
имеют большее число регулирующих элементов, чем обычные в форме
ласточкина хвоста, и отличаются несколько более высокой жесткостью.
Комбинированными направляющими снабжаются различного рода
траверсы.
В ряде случаев в станках применяются круглые направляющие,
имеющие форму цилиндрической поверхности. Такие направляющие
используются для вертикального перемещения траверсы радиальносвер-
лильного станка, для перемещения шпиндельных гильз сверлильных
и фрезерных станков, скалок расточных станков, скалок задних бабок
токарных станков. В некоторых моделях токарных полуавтоматов и авто-
матов круглые направляющие применяются для перемещения суппортов.
В отдельных случаях для перемещения ползунов, имеющих сравни-
тельно небольшое поперечное сечение, при большой длине хода исполь-
зуются многогранные (четырех-, шестигранные) замкнутые направляю-
щие (рис. IV. 1,з и и). В частности, шестигранные направляющие имеют
ползуны суппортов крупных карусельных станков.
В большинстве случаев направляющие выполняются за одно целое
с литыми корпусными деталями. В целях повышения долговечности
направляющие делают накладными — из материалов, имеющих более
высокую, износостойкость.
Детали, выполняемые заодно с направляющими, отливают из чугуна:
более крупные детали (станины, стойки) — из чугуна СЧ 21-40, моди-
фицированного чугуна; сопряженные с ними детали — из чугуна СЧ 15-36.
Направляющие деталей, отлитых из чугуна, для повышения износостой-
кости подвергают поверхностной закалке.
580
Направляющие в виде накладных планок или призм, которые при-
крепляются на винтах к соответствующим поверхностям литых деталей,
изготовляют из конструкционной углеродистой стали, подвергаемой
закалке (HRC 50—52), или из цементируемых углеродистых сталей 15, 20
(HRC 55—60). В отдельных случаях накладные направляющие изготов-
ляют из легированных сталей 40Х, ШХ15.
В последнее время получили распространение, особенно в тяжелых
станках, накладные направляющие из текстолита и других синтетических
материалов, а также цветных сплавов. Накладные направляющие из тек-
столита либо прикрепляются на винтах, либо приклеиваются. Направля-
ющие из цветных металлов (ЦАМ, бронза, баббит) выполняются в виде
накладных планок или получаются путем наплавки.
Накладные планки устанавливают на коротких направляющих. При-
менение накладных направляющих из указанных материалов исключает
появление заедания, повышает износостойкость, что имеет особое значе-
ние для тяжелых станков, где подобные направляющие в основном и
используются.
Смазка {67, 95] подается через отверстия, открывающиеся на поверх-
ности направляющих. По длине направляющих размещается ряд отвер-
стий, соединяющихся между собой каналами или трубопроводами, в кото-
рые масло подается от насоса смазочной системы. Направляющие рабо-
чих органов, перемещающиеся со значительными скоростями, смазываются
непрерывно, направляющие рабочих органов, совершающих движение
с малой скоростью, — периодически. В последнем случае смазочный
насос приводится в движение или вручную или от вала того или иного
периодически включаемого привода.
Наиболее благоприятные условия смазки направляющих рабочих
органов, совершающих движение подачи и работающих в условиях сме-
шанного трения, получаются при наличии закрытых поперечных кана-
вок на направляющих подвижного рабочего органа. Если смазка под-
водится через отверстия, выходящие в канавки подвижного рабочего
органа, то канавки должны быть изолированы одна от другой. Если смазка
подводится через отверстия в подвижных направляющих, то поперечные
канавки подвижного рабочего органа соединяются между собой продоль-
ной канавкой, расположенной у края направляющих.
Расчет направляющих ведется либо по наибольшим, либо по средним
удельным давлениям. При скоростях, характерных для движения подачи
у чугунных направляющих станков средних размеров, допускаемые наи-
большие давления не превышают 25—30 кПсм2, а у тяжелых станков—
10—15 кПсм2. Допускаемые средние удельные давления вдвое ниже.
При определении средних удельных давлений можно воспользоваться
значениями реакций, полученными при определении тяговых усилий,
и найти среднее удельное давление как частное от деления величины реак-
ций на площадь направляющих. В более ответственных случаях необхо-
димо применять уточненные методы расчета [42].
При разработке конструкции направляющих, особенно прецизионных
станков, необходимо предусматривать защиту их от стружки, металли-
ческой и абразивной пыли. Для удаления стружки на торцах подвижных
салазок, перемещающихся по направляющим, устанавливается фетровая
подушка 2 (рис. IV.2, а), которая прижимается щитком 1. Однако в фет-
ровую подушку внедряются мелкие частицы стружки, металлическая
пыль, которые изнашивают направляющие станины.
По опыту станкостроительного завода им. Я. М. Свердлова, хорошо
зарекомендовали себя латунные съемники 2 стружки (рис. IV.2, б), кото-
рые прижимаются к направляющим под действием сегментной пружины 1.
581
Рис. IV. 2. Защита направляющих
Сварные, штампованные или литые щитки 1 (рис. IV.2, в), устанавлива-
емые на торце подвижных салазок, могут быть использованы при сравни-
тельно небольшой длине хода и наличии свободного места для переме-
щения щирга. Подобные щитки устанавливаются на торцах столов шли-
фовальныфстанков, на салазках некоторых моделей револьверных станков.
При недостатке места щитки выполняются телескопическими [14].
Одним из средств защиты являются металлические шторки 1 (рис.
IV.2, г), которые, будучи связа-
ны с подвижным рабочим орга-
ном, сматываются с барабана 2,
снабженного спиральной пружи-
ной.
На шлифовальных станках, где
исключается повреждение защит-
ного устройства стружкой, могут
быть использованы защитные гар-
мошки 1 (рис. IV.2, д), изгото-
вляемые из ткани или кожзаме-
нителей [5 ].
Направляющие качения
В качестве тел качения в направляющих качения [64, 65] используются
(рис. IV.3) шарики, иглы, ролики. Детали, плоскости которых контак-
тируют с телами качения, могут быть выполнены стальными термически
обработанными или чугунными.
В качестве материала для сталь-
ных деталей применяется цемен-
тируемая сталь 20Х, для чугун-
ных — чугун СЧ 21-40.
В шариковых направляющих
(рис. IV.3, а) планки 1 и 6 свя-
Рис. IV. 3. Направляющие качения
заны с неподвижным основанием
8, а деталь 4 — с подвижным ра-
бочим органом 5. Шарики 2 распо-
ложены в сепараторах 3. Одна из
планок (/ или 6) используется для
регулирования зазора в направля-
ющих или для создания предва-
рительного натяга. Регулирование
в этой конструкции осуществляет-
ся путем смещения планки 6 вин-
тами 9, после чего планка 6 за-
крепляется винтами 7. Планка 6
может быть также выполнена
в форме клина.
Для защиты направляющих
рабочий орган 5 снабжен высту-
пами, которые входят в пазы планок и образует лабиринтное уплотнение.
В направляющих, показанных на рис. IV.3, б, применены в качестве
тел качения иглы, которые расположены в пазах сепараторов, а в направ-
ляющих, представленных на рис. IV.3, в, — ролики.
Рассмотренные формы направляющих качения могут быть исполь-
зованы при сравнительно небольшом отношении длины хода к длине
направляющих, так как при большой длине хода часть тел качения, пере-
мещаясь вместе с сепаратором, выходит за пределы направляющих и число
тел качения, контактирующих с направляющими, уменьшается.
При большой длине хода применяют направляющие, в которых обеспе-
чивается движение тел качения по замкнутой траектории. Тела качения
направляются козырьками, расположенными на торцах подвижного рабо-
чего органа, во внутренние каналы подвижного рабочего органа, пройдя
по которым, они вновь возвращаются в рабочую зону (см. рис. IV.4).
Для роликов применяют сепараторы в форме цепей, которые охваты-
вают две звездочки, расположенные на подвижных направляющих, что
приводит к увеличению габаритов и усложнению конструкции направ-
ляющих.
При небольших нагрузках направляющие скольжения катятся по двум-
трем подшипникам качения, расположенным на осях в неподвижном
основании. Для обеспечения правильно-	Таблица IV.1
го положения роликов их оси делаются
эксцентричными, чем обеспечивается
необходимая регулировка.
Расчет направляющих качения ве-
дется по контактным напряжениям. Для
определения наибольших контактных
напряжений определяют на основе урав-
нений статики эпюры распределения
давлений на направляющих. Так как
направляющие качения применяются
при сравнительно небольших нагруз-
ках, то обычно решение этой задачи не
представляет трудностей, так как при
Значения условных напряжений
в кПсм*
Тип направляющих	Сталь- ные	Чугун- ные
Шариковые	6	0,2
С короткими роли- ками	200	20
С длинными роли- ками	150	15
указанных условиях не возникают зна-
чительные опрокидывающие моменты и основную роль играют нагрузки
от веса подвижных элементов. Тяговые усилия при указанных условиях
и применении направляющих качения также имеют небольшую величину,
и их влиянием на распределение нагрузок можно пренебречь. Построив
эпюры распределения давлений на направляющих, находят наибольшее
давление на единицу длины направляющих ргаах.
Усилие, действующее на наиболее нагруженное тело качения, может
быть найдено по формуле
^шах Ргаах^>
(IV. 1)
где t — шаг между телами качения.
Допускаемая нагрузка на одно тело качения может быть определена
164 ] по формулам:
для роликовых направляющих
рдоп = kdbl,	(IV.2)
где k — условные напряжения, относимые к площади сечения тел каче-
ния, в кГ!смг (см. табл. IV. 1);
d — диаметр ролика [шарика — в формуле (IV.3)] в см;
b — длина ролика в см;
В — поправочный коэффициент, учитывающий твердость направля-
ющих (табл. IV.2);
для шариковых направляющих
рйоп = kd2l.	(IV.3)
При пониженной точности изготовления (суммарное отклонение от
прямолинейности направляющих на длине контакта составляет 15—
583
Значения коэффициента |
Таблица IV.2
Тип ‘направляющих	Чугунные направляющие			Стальные направляющие			
	Твердость НВ			Твердость HRC			
	170—180	200—210	230	60	57	55	50
Роликовые Шариковые	0,75 0,65	1 1	1,2 1,3	1	0,8	0,7	0,52
20 мкм, извернутость 0,02 мм на 1000 мм, равномерность тел качения 2—
3 мкм) значения k следует снижать на 20—30%, при весьма высокой точ-
ности— повышать на 50%.
Комбинированные направляющие конструкции ОКБС применяют на
серийных горизонтальнорасточных станках 2А.622 завода им. Я. М. Сверд-
лова. Верхний стол 1 (рис. IV.4) опирается на плоские горизонтальные
Рис. IV.4. Комбинированные направляющие скольжения н качения
А-А
направляющие. Направляющие стола снабжены накладками из сплава
ЦАМ, вертикальные направляющие саней — стальными закаленными
накладками 3 и 4, по которым катятся ролики 7 вкладышей 2 и 5, уста-
новленных на концах направляющих стола. В процессе движения стола
ролики перемещаются по О-образному пазу вкладышей 2 и 5. Два вкла-
дыша 5, расположенные по концам стола, прижимаются мощными тарель-
чатыми пружинами 6. Натяг, создаваемый пружинами, исключает пово-
рот стола при изменении направления перемещения.
584
2.	КОРПУСНЫЕ ДЕТАЛИ
Плиты, основания, тумбы, станины
Плиты, основания и тумбы опираются на фундамент станка и через
них фундаменту передаются нагрузки, возникающие в процессе работы
станка. Станины могут опираться либо непосредственно на фундамент
станка, либо на основания или тумбы. Положение верхней плоскости ста-
нины определяет положение рабочих органов и, следовательно, обраба-
тываемой детали и режущих инструментов, которые должны находиться
в зоне, максимально удобной для обслуживания. Указанными соображе-
ниями в значительной мере определяется положение верхней плоскости
станины в процессе проектирования станка. Станина по высоте должна
удовлетворять в первую очередь требованиям жесткости [42].
У станков средних размеров, например токарных, револьверных,
верхняя плоскость станины для удобства обслуживания располагается на
значительной высоте. Поэтому, при сравнительно небольшой высоте самой
станины, обычно удовлетворяющей требованиям жесткости, верхняя пло-
скость станины не может опираться непосредственно на фундамент и при-
ходится вводить промежуточные тумбы и основания. У ряда моделей
станков средних размеров, например шлифовальных, с целью увеличения
жесткости делают сплошные станины.
У крупных станков — продольнофрезерных, строгальных, карусель-
ных, расточных — верхняя плоскость станины должна располагаться
достаточно низко, поэтому станины этих станков выполняются сплош-
ными и непосредственно опираются на фундамент. Необходимая жесткость
обеспечивается работой станины совместно с фундаментом. Жесткость
самой станины должна быть такой, чтобы она допускала деформации ста-
нины в процессе выверки и удовлетворяла условиям эффективной меха-
нической обработки.
Установка плит, оснований и станин на фундамент. Размеры опорной
поверхности должны соответствовать весу станка. Допускаемые давления
на фундамент не должны превышать при этом 8—10 кГ!см2. Для создания
необходимой опорной поверхности плиты, основания и станины в ряде
случаев приходится снабжать наружными (рис. IV.5, о и б) или внутрен-
ними фланцами. Во фланцах располагаются также отверстия для фунда-
ментных болтов. При наличии внутренних фланцев (рис. IV.5, в) гайки
размещаются в специальных карманах.
При небольшой удельной нагрузке для крепления с помощью фунда-
ментных болтов используются лапы (рис. IV.5, г и д). Отверстия для
фундаментных болтов могут иметь также продолговатую форму пазов.
В ряде случаев рядом с отверстием для фундаментного болта распола-
гается резьбовое отверстие для регулировочного болта (рис. IV.5, е).
С помощью регулировочных болтов, опирающихся на металлические
плиты, производится выверка станка при установке. При отсутствии
регулировочных болтов выверка осуществляется с помощью клиньев,
которые помещаются между поверхностью фундамента и опорной поверх-
ностью. Тяжелые и прецизионные станки обычно устанавливают на регу-
лируемых башмаках (рис. IV.5, ж). При регулировании клин 1 переме-
щается по основанию 3 с помощью гаек 2.
Некоторые разновидности фундаментных болтов представлены на
рис. IV.5, з, и, к. Фундаментные болты с анкерными плитами 1
(рис. IV.5, к) применяются при установке тяжелых станков.
Для перемещения станков в процессе установки по контуру опорной
поверхности делается ряд пазов (рис. IV.5, л) для ломика.
585
Легкие и средние станки могут устанавливаться на общей бетонной
плите цеха. После установки под станки подливается бетон. Станины
этих станков должны иметь достаточную жесткость без учета их совмест-
ной работы с фундаментом.
Тяжелее станки устанавливают на специальных фундаментах, пред-
ставляющих собой в ряде случаев сложные инженерные сооружения
Рис. IV. 5. Установка на фун-
дамент плит, оснований, ста-
нин
с большой глубиной залегания. Необходимая жесткость обеспечивается
при совместной работе станины с фундаментом. При большой длине ста-
нины бетон после установки подливается только под привод и в зону раз-
мещения портала. Остальная часть станины во избежание больших тем-
пературных деформаций и деформаций от проседания фундамента уста-
навливается на башмаках и притягивается фундаментными болтами.
Легкие прецизионные станки большой жесткости устанавливают на
регулируемых опорах, расположенных в трех точках. При большой
586
длине станины число регулируемых опор увеличивается. В случае уста-
новки прецизионных станков на общей плите между плитой и станком
прокладывают изоляционные прокладки. Особо прецизионные станки
устанавливают на специальных фундаментах, изолированных от вибра-
ций, передаваемых извне, для чего под фундамент закладывается слой
шлака, песка или подводятся упругие элементы — стальные пружины,
специальные башмаки.
Многочисленные конструкции виброизолирующих опор [43, 99] начи-
нают находить все более широкое применение. Простейшая конструкция
виброизолирующей опоры
(рис. IV.6) представляет
собой резиновую подушку
со стальным вкладышем,
на который опирается
болт, ввернутый в чашку,
поддерживающую основа-
ние станка.
Плиты. Как элементы
остова станка плиты ис-
пользуются в консольно-	Рис. IV.6. Виброизолнрующие опоры
фрезерных, вертикально-
и радиальносверлильных, поперечнострогальных станках. Плиты этих
станков имеют сходную конфигурацию и представляют собой верхнюю
и нижнюю стенки, связанные между собой системой ребер. В качестве при-
ния обрабатываемых деталей и различного
мера на рис. IV.7 приведен чертеж плиты радиальносверлильного станка.
Так как плиты радиальносверлильных станков служат для закрепле-
рода приспособлений, то они
снабжаются Т-образными па-
зами для крепежных болтов.
В плитах консольнофре-
зерных станков располагают
резервуары для смазочно-
охлаждающей жидкости.
Плиты расточных коло-
нок, которые служат для за-
крепления крупных деталей
и имеют большую поверх-
ность, обычно выполняются
сборными из отдельных сек-
ций.
Плиты рассчитываются
Рис. IV.7. Плита	как пластины, расположен-
ные на упругом основании
[42].
Основания и станины. Конструктивные формы оснований отличаются
от конструктивных форм станин, опирающихся непосредственно на поверх-
ность фундамента, в основном отсутствием направляющих, что позволяет
не рассматривать специально конструкцию оснований.
Станины, опирающиеся непосредственно на фундамент, могут быть
названы станинами-основаниями. Формы станин-оснований весьма мно-
гообразны и зависят от общей компоновки станка, поэтому можно ука-
зать только на некоторые наиболее характерные разновидности: про-
дольные станины-основания крупных токарных, продольнофрезерных,
продольнострогальных, двухстоечных координатнорасточных, горизон-
тальнорасточных станков, расточных колонок; короткие станины
587
бесконсольнофрезерных, координатнорасточных с двухкоординатным пе-
ремещением стола, зубофрезерных станков; Т-образные станины
различных шлифовальных станков.
В станинах-основаниях располагаются те или иные механизмы приво-
дов, резервуары для смазочно-охлаждающей жидкости, резервуары для
масла, в ряде случаев шкафы для электроаппаратуры. Особенности кон-
5300
Рис. IV. 8. Станины-основания
струкции, связанные с расположением указанных устройств, являются
чисто индивидуальными.
Характерные формы станин-оснований представлены на рис. IV.8.
Для обеспечения соответствующей жесткости станины-основания снаб-
жаются необходимым числом продольных стенок и продольных и попе-
речных ребер. Окнам, имеющимся в стенках станин, рекомендуется при-
давать круговую форму. Несколько специфическую форму имеют ста-
о)
л
нины-основания крупных токарных станков, снабжаемые сквозными шах-
тами, через которые стружка проваливается в коридор, расположенный
в фундаменте.
Станины, опирающиеся на тумбы или основания, в основном приме-
няют, как указывалось выше, в токарных и револьверных станках. Харак-
терные формы станин токарных станков представлены на рис. IV.9. Ста-
нина с П-образными поперечными ребрами (рис. IV.9, а) имеет несколько
меньшую жесткость, но проще в производстве, чем станина с диагональ-
588
ними Т-образными ребрами (рис. IV.9, б). Представленная на рис. TV.9, а,
бив форма станин токарных станков обусловлена необходимостью сво-
бодного отвода стружки через окна, расположенные между ребрами.
Однако незамкнутая форма сечения станины значительно снижает ее
жесткость, поэтому на некоторых моделях токарных станков отказываются
от классических форм сечений с целью повышения жесткости. Сечение,
представленное на рис. IV.9, г, при котором отвод стружки осуществляется
через окна боковой стенки, позволяет повысить жесткость в 4 раза по
сравнению с жесткостью станины, имеющей П-образные ребра. Однако
условия для отвода стружки при данной форме станины ухудшаются.
Поскольку роль станины в общей жесткости токарного станка сравни-
Рис. IV. 10. Станина карусельного станка
тельно невелика и упругие перемещения, обусловленные деформациями
станины, составляют около 15% от общей величины перемещения, то
жесткость не является решающим фактором при выборе формы станины
токарного станка.
При расчете станины рассматриваются как балки постоянной жест-
кости 142]. Станины продольнофрезерных, продольнострогальных и дру-
гих станков для обработки плоскостей рассчитываются на изгиб в верти-
кальной плоскости, станины токарных станков — на изгиб в поперечном
направлении и на кручение. Аналогично рассчитываются станины расточ-
ных станков.
Влияние фундамента учитывается коэффициентом повышения жест-
кости.
Деформации станины, как правило, не оказывают существенного влия-
ния на изменение относительного положения режущего инструмента
и обрабатываемой детали [42], что снижает актуальность расчета станин
на жесткость.
Специфика конструкции станин с круговыми направляющими опреде-
ляется их круглой формой. Конструктивные особенности подобных станин
наиболее ярко выражены у карусельных станков (рис. IV. 10).
Стойки и порталы
Стойки являются конструктивными элементами остова различных
типов станков: консольных, бесконсольных и продольнофрезерных, зубо-
фрезерных, сверлильных, горизонтально- и координатнорасточных, кару-
сельных, плоскошлифовальных и др. Конфигурация стоек в вертикаль-
ном направлении изображена на рисунках, иллюстрирующих формы общей
589
компоновки различных типов станков (см. гл. И, раздел первый). Стойки
либо устанавливаются на основании нижней опорной поверхностью, либо
прилегают к основанию нижней частью боковой поверхности. Стойки
соединяются с основанием болтами. Отверстия для болтов располагаются
во фланцах или карманах, аналогичных карманам для фундаментных
болтов. СРбйки двухстоечных станков (продольнострогальных, продольно-
фрезерных, карусельных, координатнорасточных), прикрепленные к осно-
ванию и связанные между собой поперечной балкой, образуют портал.
Стойки работают на изгиб в двух взаимно перпендикулярных направ-
лениях и на кручение вокруг вертикальной оси. Для жесткости стоек
большое значение имеет форма поперечного сечения. Особенно велики
деформации стоек при закручивании в случае появления искажения
контура поперечного сечения. Для устранения искажения контура попе-
речного сечения стойки снабжаются поперечными перегородками или
Рис. IV. И. Сечения стоек
поперечными ребрами жесткости. В отдельных случаях введением попе-
речных перегородок удается увеличить жесткость стоек в 10 раз. Рас-
стояние между поперечными перегородками [42] должно быть равно
примерно 2/3 длины линии контакта сопряженной детали, передающей
крутящий момент стойке. Окна в поперечных перегородках, имеющие
площадь, не превышающую 0,2—0,3 общей площади поперечного сечения,
не вызывают существенного снижения жесткости стойки. Влияние окон
на жесткость в значительной мере зависит от формы окна. Минимальное
снижение жесткости вызывают окна треугольной и круглой формы.
Поперечные ребра, расположенные по контуру стойки, также способ-
ствуют повышению крутильной жесткости стойки. Даже при небольшой
высоте поперечных ребер, равной 0,05—0,1 соответствующего размера
стойки в поперечном сечении, жесткость повышается примерно на 40%.
Продольные ребра способствуют повышению жесткости при изгибе.
Однако жесткость повышается сравнительно мало — на 10—20%.
Окна, расположенные в стенках, резко снижают жесткость стоек,
особенно окна, расположенные в узкой стенке.
В тех случаях, когда внутри стойки располагаются те или иные меха-
низмы, как это имеет место, например в консольнофрезерных станках,
где в стойке размещается привод главного движения, конструкция стойки
в значительной мере определяется условиями размещения механизмов.
Так как размещение противовеса в стойке приводит к увеличению размера
окон в перегородках и снижению жесткости, то в некоторых случаях про-
тивовесы выносят наружу, придавая им соответствующую форму.
На рис. IV. 11 представлен ряд характерных сечений стоек. Формы
сечения изменяются в зависимости от типа и размеров станка: например,
590
стойки горизонтальнорасточных станков меньших размеров не имеют
вертикальных перегородок, а стойки некоторых моделей двухстоечных
станков снабжаются вертикальными перегородками. Отношение размеров
поперечного сечения стоек одностоечных станков, стойки которых рабо-
тают на кручение, рекомендуется принимать близким к 1 : 1, продольно-
строгальных и продольнофре-
зерных 1 : 2—1 : 3, карусель-
ных 1:3 — 1:4.
Соединение стоек двухстоеч-
ных станков поперечной балкой
может быть выполнено в различ-
ных формах (рис. IV. 12). Фор-
мы, представленные на рис.
IV. 12, а и в, отличаются от
формы, показанной на рис. IV. 12, б, более высокой жесткостью. Выбор
одной из этих двух форм соединения в значительной мере обусловли-
вается технологическими соображениями. С технологической точки зре-
ния наиболее простой является форма, приведенная на рис. IV. 12, а.
Коробчатые детали
Коробчатые детали в основном служат для размещения в них различ-
ного рода механизмов: валов и зубчатых колес коробок скоростей
и подач, отдельных групп передач кинематической цепи, шпиндельных
узлов. Коробчатые детали могут являться как элементами остова станка,
Рис. IV. 13. Коробчатые детали
так и элементами подвиж-
ных рабочих органов. Так,
шпиндельная бабка токар-
ного станка является эле-
ментом остова станка, а
шпиндельные бабки про-
дольнофрезерных, расточ-
ных, радиальносверлиль-
ных и других станков —
подвижными рабочими
органами. Коробчатые де-
тали обоих видов имеют
одинаковую конструкцию,
при этом подвижные ко-
робчатые детали либо не-
посредственно снабжают-
ся направляющими, либо
располагаются на салаз-
ках.
Поскольку в коробчатых деталях располагаются механизмы, то стенки
коробчатых деталей должны быть снабжены бобышками для размещения
подшипников валов. Подшипники размещаются как в основных, так
и в промежуточных стенках коробчатой детали.
Для монтажа механизмов должен быть обеспечен доступ во внутреннюю
полость коробчатой детали. Доступ обеспечивается через одну из откры-
тых стенок детали, которая может закрываться откидной крышкой
(рис. IV.13, а) или крышкой, установленной на винтах (рис. IV.13, в).
В ряде случаев полость коробчатой детали остается открытой.
При неразъемных корпусах детали, монтируемые на валу, в процессе
монтажа приходится удерживать на весу, поочередно надевая их на вал,
591
пропускаемый через отверстия в стенках корпуса. При большом весе монти-
руемых деталей процесс становится затруднительным. Поэтому коробча-
тые детали крупных станков нужно делать разъемными (рис. IV.13, г и д),
несмотря на усложнение технологического процесса обработки.
Коробчатые детали прикрепляют к опорным поверхностям оснований,
станин, стоек. При этом корпус коробчатой детали может располагаться
с внешней стороны корпуса станины (рис. IV.13, а и б) или входить внутрь
его (рис. IV.13, в). Отверстия для крепежных болтов располагаются на
фланцах, лапах или карманах, аналогичных карманам фундаментных
болтов.
При установке шпиндельных бабок необходима строгая координация
положения оси шпинделя относительно направляющих, которая дости-
Рис. IV. 14. Установка шпиндельных бабок
гается либо путем создания у коробчатой детали вспомогательных бази-
рующих поверхностей, контактирующих с направляющими станины, либо
путем введения регулировочных элементов. Вспомогательные поверх-
ности имеются на коробчатых деталях, представленных на рис. IV. 14, а
и б. У детали, показанной на рис. IV. 14, а, вспомогательная поверхность
контактирует с боковой поверхностью направляющей; у детали, изобра-
женной на рис. IV. 14, б — с призматической. При отсутствии вспомога-
тельных базирующих поверхностей коробчатая деталь устанавливается
в требующееся положение с помощью болтов 1 (рис. IV. 14, в). Для регу-
лирования положения детали в вертикальной плоскости используются
резьбовые втулки 1 (рис. IV. 14, г), которые опираются на поверхность
станины.
Коробчатые детали изготовляют из чугуна марки СЧ 15-32 или свари-
вают из стальных листов
Под действием нагрузок, приложенных к валам, происходит деформа-
ция стенок, в которых расположены подшипники. Как показывают иссле-
дования [42], величина деформаций в основном определяется толщиной
этих стенок. Жесткость может быть повышена при введении ребер, свя-
зывающих бобышки с гранями коробки.
Подвижные стойки, порталы, траверсы
Подвижные стойки отличаются от неподвижных только наличием на
нижнем основании направляющих, перемещающихся по направляющим
станины. Подвижные стойки имеются у расточных колонок, у радиально-
сверлильных станков некоторых моделей.
592

Подвижные порталы образуются двумя подвижными стойками, свя-
занными поперечной балкой. Подвижные порталы имеются у карусельных
станков большие размеров.
Траверсы, перемещающиеся по направляющим стоек одностоечных
и двухстофцых станков в вертикальном направлении, имеют горизонталь-
ные направляющие для перемещения суппортов или шпиндельных бабок
(см. гл. II, раздел первый).
Траверсы двухстоечных продольнофрезерных, продольнострогальных,
карусельных и координатнорасточных станков имеют характерную кон-
струкцию, изображенную на рис. IV. 15, а—в. Траверса 3 удерживается на
направляющих планками 14. Для устранения зазоров служат клинья 13.
Рис. IV. 16. Колонна и траверса радиальносверлильного
станка
Перемещение траверсы осуществляется с помощью вертикальных винтов,
расположенных в стойках, и гаек 1 и 5, прикрепленных к траверсе 3.
В требующемся положении траверса закрепляется четырьмя прижим-
ными планками 2 и 4.
Механизм зажима получает движение от независимого электродвига-
теля 16. Червячная шестерня 11 с гайкой, расположенной внутри сту-
пицы, перемещает штангу 12, имеющую резьбовую часть 10. На концах
штанги нарезаны зубчатые рейки, которые зацепляются с шестернями 15,
сидящими на двух валиках 8. На эксцентричных шейках валиков 8 рас-
положены шариковые подшипники 6 и 9. При повороте валиков 8 под-
шипники перемещают штоки 7, которые поворачивают прижимные
планки 2 и 4. Под гайки прижимных планок подложены сферические
шайбы. Регулирование силы прижима каждой из планок 2 осуществляется
с помощью гаек 17. Электродвигатель выключается с помощью конечного
выключателя.
В нише траверсы располагаются ходовые винты и валы.
Траверсы работают на изгиб в двух взаимно перпендикулярных направ-
лениях и на кручение. Благодаря значительному расстоянию между
опорами, которое у крупных карусельных станков достигает 15—18 м,
в траверсе могут возникнуть большие напряжения, поэтому необходима
594
проверка ее на прочность. Деформации траверсы особенно сказываются
на смещении инструмента в вертикальном направлении. Недостаточная
жесткость траверсы может оказаться одним из серьезных факторов, спо-
собствующих возникновению вибраций.
Отношение размеров поперечного сечения траверсы рекомендуется
принимать близким к 1 : 1.
Траверсы одностоечных станков имеют форму, близкую к форме бруса
равного сопротивления. Подобную же форму имеют траверсы радиально-
сверлильных станков, перемещающиеся по цилиндрической направля-
ющей поверхности колонны (рис. IV. 16). Для закрепления в требующемся
положении траверса, имеющая надрез, стягивается.
Колонны радиальносверлильных станков, а в ряде случаев и стойки
как радиальносверлильных станков, так и расточных колонок, делаются
поворотными. Внешняя колонна 1 (рис. IV. 16) поворачивается вокруг
внутренней колонны 2. В требующемся положении колонна закрепляется
стяжным хомутом 3, состоящим из двух половин, связанных шарниром.
Для зажима используются механизмы с независимыми приводами.
Конструктивное оформление элементов
корпусных деталей
Конструкция корпусных литых деталей должна удовлетворять общим
требованиям: простота изготовления моделей и стержней, простота фор-
мовки, получение отливки без литейных пороков и высоких остаточных
напряжений (табл. IV.3), удобство очистки литья.
Для повышения жесткости корпусные детали в зоне сопряжения
с направляющими и бобышками выполняют с двойными стенками
Рис. IV. 17. Конструктивное оформление элементов корпусных деталей
IV. 17, б). Бобышки обычно располагаются внутри корпуса, а внешние
торцы бобышек — в одной плоскости, что обеспечивает удобство механи-
ческой обработки.
Особо крупные станины и плиты выполняют составными. Станины
обычно разделяются на секции по длине. Виды соединений секций станин
и плит представлены на рис. IV. 17, виг.
Наряду с литыми в станкостроении применяют и сварные корпусные
детали 150]. Сварные конструкции преимущественно применяются в мел-
косерийном и индивидуальном производстве. Сварные станины обычно
имеют меньший вес по сравнению с литыми, так как благодаря высокому
модулю упругости стали по сравнению с чугуном одинаковая жесткость
может быть получена при меньшем сечении стенок. При малой толщине
листов, из которых изготовляется сварная деталь (3—6 мм), необходимая
жесткость достигается за счет ввариваемых перегородок и ребер. Поэтому
трудоемкость изготовления сварных деталей из тонких листов выше,
595
Таблица IV.3
Рекомендуемые толщины стенок и сопряжений в чугунных отливках
станин станков (в мм)
?-
В	Стенки Внутренние
£	Н	В	Стенки вертикальные									Направляющие и горизонтальные стейки			
			наружные					внутренние							
			а	R	5		А		s2	А,	А %				R,
600—1000	300	400	10 12	5	10	30	25	8 10	12	14	3	18	25	14	10
1000—1500	400	700	12 14	8	12	35	30	10 12	12	16	8	20	30	16	10
1500—2250	500	1000	14 16	8	12	35	35	12 14	14	18	8	25	35	16	10
2250—3000	500	1200	16 18	10	15	40	40	14 16	14	20	10	25	40	18	15
3000—4000	600	1400	18 20	10	15	40	40	16 18	16	22	10	30	45	18	15
4000—5000	600	1600	20 22	10	20	45	45	18 20	16	24	12	30	45	20	15
5000—6500	700	1800	22 24	10	20	45	45	20 22	20	26	12	35	50	22	15
6500—8000	700	2000	24 26	15	20	55	50	22 24	20	28	15	35	55	24	15
8000—10000	800	2000	26 28	15	20	55	50	24 26	20	30	15	40	60	26	20
Примечания: 1. Размеры уклонов в мм: для стенок станин наименьшего размера с —6; ft =50; сг = = 4; hi =35; для остальных станин с =8; ft = 70; ct=6; ftt = 50; для первых трех размеров cs = 8; ft2 = 70; для остальных = 10; fta = 60. 2. Припуски на обработку, определяемые по ГОСТу 1855—55. ие учтены															
596
чем трудоемкость изготовления аналогичных деталей из толстых листов
толщиной 10—12 мм.
Следует отметить, что все рекомендации по конструктивному оформле-
нию корпусных деталей и их направляющих, изложенные в данной главе,
полностью относятся также и к корпусным деталям подвижных рабочих
органов.
ГЛАВА II ПОДВИЖНЫЕ РАБОЧИЕ ОРГАНЫ СТАНКОВ
3.	СТОЛЫ, СУППОРТЫ, ПОЛЗУНЫ
Столы
Столы служат для закрепления и перемещения обра-
батываемой детали. Столы могут иметь одно-, двух-
и трехкоординатное перемещение. В ряде случаев на столах, совершающих
прямолинейное движение, устанавливаются поворотные или вращаю-
щиеся столы.
Однокоординатное движение имеют столы продольнострогальных, про-
дольнофрезерных, двухстоечных координатнорасточных, некоторых моде-
лей горизонтальнорасточных станков. Конструкция столов перечислен-
ных станков представлена на рис. IV. 18, а. Коробчатое сечение и про-
дольные и поперечные перегородки обеспечивают необходимую жесткость
этих столов в поперечном направлении. Характер деформации столов
в продольном направлении в значительной мере определяется деформа-
цией станин, так как длина станин обычно принимается такой, чтобы
исключалось свисание стола в крайних положениях.
К нижней поверхности стола прикрепляется либо рейка, либо гайка
ходового винта.
Однокоординатные столы широко применяют также на кругло- и пло-
скошлифовальных станках (рис. IV. 18, б). Столы шлифовальных станков
в большинстве случаев получают движение от поршневых гидравлических
двигателей. Цилиндр поршневого двигателя обычно жестко связан со
597
станиной, а шток — с подвижным столом. На подвижном столе универ-
сального круглошлифовального станка, показанном на рис. IV.18, б,
установлен поворотный стол (см. стр. 74).
Двухкрординатные столы применяют на бесконсольнофрезерных, одно-
стоечных ^.оординатнорасточных, некоторых моделях плоскошлифоваль-
ных станков. Столы перечисленных типов станков имеют однотипную
конструкцию: поперечные салазки, перемещающиеся по направляющим
станины, и продольный стол, перемещающийся по направляющим попе-
речных салазок. Аналогичную конструкцию имеют поперечные салазки
и продольный стол при трехкоординатном перемещении. Поэтому конструк-
ция поперечных салазок и продольного стола будет рассмотрена ниже,
при описании конструкции трехкоординатных столов.
Специфическую конструкцию имеют двухкоординатные столы попе-
речнострогальных станков (рис. IV. 19). Двухкоординатное движение стола
осуществляется путем перемещения траверсы 4 по вертикальным направ-
ляющим станины и стола 2 по горизонтальным направляющим траверсы.
Траверса удерживается на плоских направляющих станины планками 7
и в требующемся положении закрепляется прихватами 5. Зазор в направ-
ляющих устраняется с помощью клина 10.
При перемещении траверсы вращение сообщается гайке 8, выполнен-
ной заодно с червячным колесом. Винт 6 закреплен неподвижно.
Стол 2 жестко прикреплен к основанию <3, которое перемещается по
горизонтальным направляющим траверсы. Стол получает движение от
ходового винта 9.
Стойка 1, которая жестко связывается со столом после его установки
по высоте, служит для повышения жесткости системы. При движении
стола по горизонтальным направляющим стойка скользит по опорной
поверхности плиты.
Подобную же компоновку имеют столы некоторых моделей широко-
универсальных фрезерных станков. Перемещение в направлении третьей
координаты получает фрезерная головка, смонтированная на ползуне
и перемещающаяся вместе с ним.
Столы с трехкоординатным перемещением характерны для консольно-
фрезерных станков. Продольный стол 1 (рис. IV.20, а) перемещается по
направляющим поворотных салазок 8, которые служат для установки
стола под углом (см. стр. 76). При установке стола под углом поворотные
салазки поворачиваются относительно поперечных салазок и центрируются
кольцом 10. В требующемся положении поворотные салазки закрепляются
с помощью нескольких болтов 19. Болты 19 перемещают стержни 20,
концы которых заходят в конические отверстия скалок 21. Буртики, рас-
положенные на нижних концах скалок, входят в Т-образный кольцевой
паз 9 поперечных салазок. При завинчивании болтов 19 скалки 21 подтя-
гиваются вверх, и поворотные салазки прижимаются к поперечным.
Поперечные салазки перемещаются по направляющим консоли 13,
которая, в свою очередь, может подниматься и опускаться в вертикаль-
ном направлении по направляющим стойки станка.
Консоль представляет собой коробчатую деталь, внутри которой рас-
положена коробка подач, получающая движение от электродвигателя 23,
и механизмы приводов продольного, поперечного и вертикального пере-
мещений.
От выходного вала 1 коробки подач движение передается валу II
(рис. IV.20, б) и далее шестерням 29, 28, 22 и 27, расположенным в тор-
цовом отсеке консоли. Вертикальное перемещение включается муфтой Л11г
поперечное — муфтой ТИ2 и продольное — муфтой 7, расположенной
в поворотных салазках.
598
Рис. IV.20. Трехкоор-
динатный стол кон-
со л ьнофрезер ного
станка
При включении вертикального перемещения движение передается через
шестерни 26 и 2.4, 25 и 17 телескопическому винту вертикального переме-
щения. Телескопический винт состоит из центрального винта 16 и полого
винта 15. i
Центральный винт входит во внутреннюю резьбу полого винта, кото-
рый, в свою очередь, ввернут в резьбу стойки 14, прикрепленной
к плите станка.
Поперечные салазки получают движение от винта V. Гайка винта V
расположена в кронштейне 11, прикрепленном к поперечным салазкам.
Продольный стол получает движение от вала IV, вдоль которого сколь-
зит шестерня 18, расположенная в кронштейне, связанном с поперечными
салазками. Далее движение передается через шестерни 12 и 4 шестерне 5,
которая свободно вращается в разъемном подшипнике поворотных сала-
зок и имеет торцовые зубья. Шестерня 5 может быть сцеплена муфтой 7
с гильзой 6, которая связана скользящей шпонкой с ходовым винтом 2.
Гайка 3 винта 2 неподвижно закреплена в кронштейне поворотных сала-
зок. При вращении винт 2 вместе со столом 1 перемещается в продольном
направлении.
Поворотные салазки имеют только столы универсальнофрезерных стан-
ков; столы горизонтально- и вертикальнофрезерных станков не имеют
поворотных салазок.
Двухкоординатные столы имеют аналогичную конструкцию попереч-
ных салазок и продольного стола.
Суппорты и ползуны
Суппорты могут иметь как одно, так и двухкоординатные перемещения.
Конструкции суппортов чрезвычайно многообразны и зависят от типа
и размера станка.
Однокоординатные перемещения имеют поперечные и продольные
суппорты одно- и многошпиндельных токарных автоматов и полуавтома-
тов, суппорты револьверных головок и др.
Ряд конструкций суппортов токарных автоматов и полуавтоматов,
получающих однокоординатное перемещение от кулачков, показан в гл. V
второго раздела.
Как указывалось выше, производительность станка во многом зависит
от того, насколько тщательно проработан вопрос об установочных пере-
мещениях режущего инструмента. Характерным примером конструкции,
при разработке которой было уделено большое внимание установочным
перемещениям, является суппорт прецизионного автомата фасоннопро-
дольного точения (рис. IV.21 и II.73). В процессе работы суппорт имеет
однокоординатное перемещение, при этом каретка 5 перемещается по
направляющим основания 6. Резец закрепляется в резцедержателе 7.
Установка резца в радиальном направлении осуществляется с помощью
микрометрического винта рычажной передачи кулачкового механизма.
Для установки резца в продольном направлении, а вершины резца —
в осевой плоскости основание 6 выполнено заодно с цапфой 2. Цапфа,
обработанная с допусками посадки Clt расположена в отверстии стойки.
Установка вершины резца в осевой плоскости производится поворотом
основания 6 вокруг оси цапфы. Поворот осуществляется с помощью вин-
та 9, к которому под действием пружины 8 прижимается штифт 4, за-
прессованный в основание 6. Для установки резца в продольном направ-
лении цапфа смещается вдоль оси с помощью винта 3 и лимба 1. При пово-
роте лимба на одно деление суппорт перемещается на 0,005 мм.
600
Наряду с суппортами, перемещающимися по прямолинейным направ-
ляющим, в ряде конструкций станков применяются суппорты с круглыми
направляющими.
У многих многошпиндельных токарных автоматов и полуавтома-
тов (см. стр. 86) продольный суппорт имеет призматическую форму
(рис. IV.22, б) и перемещается по цилиндрической трубчатой направля-
ющей, ось которой совпадает с осью поворотного блока. На гранях суп-
порта расположены направляющие в форме ласточкина хвоста, на кото-
Рис. IV.21. Суппорт автомата фасоннопродольного точения
рых устанавливаются державки для режущего инструмента. Число граней
суппорта соответствует числу позиций.
Некоторые модели токарных автоматов и полуавтоматов имеют кача-
ющиеся суппорты (рис. IV.22, а). Радиальная подача осуществляется
поворотом суппорта вокруг оси скалки. При двухкоординатном переме-
щении качающийся суппорт перемещается в продольном направлении
вместе со скалкой, которая движется в направляющих втулках корпуса.
Двухкоординатные суппорты применяют на токарных, карусельных,
револьверных, продольнострогальных станках. Некоторые характерные
Рис. IV.22. Специальные конструкции однокоординатных суп-
портов
компоновки двухкоординатных суппортов представлены в гл. II первого
раздела (см. стр. 74). В качестве примера рассмотрим конструкцию суп-
порта продольнострогального станка (рис. IV.23, а). В поперечном направ-
лении перемещаются салазки /, которые движутся по направляющим
траверсы. На поперечных салазках установлены поворотные салазки 2,
по направляющим которых перемещается вертикальный суппорт 3. При
обработке наклонных поверхностей поворотные салазки закрепляются
в требующемся положении с помощью болтов, заходящих в Т-образный
паз поперечных салазок. Механизм привода поперечных салазок и верти-
кального суппорта рассмотрен выше (см. гл. IV второго раздела). Верти-
кальный суппорт получает движение от шестерни 9, которая связана
скользящей шпонкой с винтом 5. Гайка 6 винта 5 закреплена неподвижно,
601
а гайка 12 может смещаться в осевом направлении для устранения зазора.
Вручную суппорт перемещается с помощью рукоятки, надеваемой на вал 4.
На вертикальном суппорте расположена поворотная плита 8 с откид-
ной доской 10. Для предохранения резца от повреждения при обратном
Рис. IV.23. Двухкоординатные суппорты: а — продольнострогального станка; б — кару-
сельного
ходе откидная доска приподнимается с помощью толкающего электро-
магнита 11 и резец отводится от обработанной поверхности. При обра-
ботке вертикальных и наклонных поверхностей поворот откидной доски
не обеспечивает отвода резца от обработанной по-
верхности, так как вершина резца перемещается
в плоскости обработанной поверхности. Для обе-
Рис. IV.24. Ползун поперечнострогального станка
спечения отвода резца при строгании вертикальных и наклонных поверх-
ностей поворотная плита 8 устанавливается под углом и закрепляется
прижимной планкой 7. При повороте откидной доски вершина резца
перемещается в плоскости, расположенной под углом к обработанной по-
верхности, что обеспечивает отход вершины от обработанной поверхности.
На карусельных станках вертикальный суппорт должен иметь большой
ход, что обеспечивается применением суппортов, имеющих форму ползу-
нов (рис. IV.23, б).
602
Ползуны, так же как суппорты, в основном служат для сообщения
движения резцам, в частности на поперечнострогальных и долбежных
станках.
Ползун 4 (рис. IV.24) поперечнострогального станка, перемещающийся
по направляющим станины, несет вертикальный суппорт 2 с поворотной
и откидной досками; на последней установлен резцедержатель 1. При обра-
ботке наклонных поверхностей суппорт может устанавливаться под углом.
В требующемся положении суппорт закрепляется стяжным хомутом 3.
Ползун связан с кулисным механизмом серьгой 8. Для установки
положения ползуна в продольном направлении ползушка 7 может пере-
мещаться относительно ползуна с помощью винта 5. В требующемся
положении ползушка закрепляется рукояткой 6.
Ползуны долбежных станков сходны по своей конструкции с ползу-
нами суппортов карусельных станков.
В некоторых станках ползуны используются для перемещения шпин-
дельных головок. Подвижные ползуны со шпиндельными головками при-
меняются на широкоуниверсальных фрезерных станках, на некоторых
моделях бесконсольнофрезерных и координатнорасточных станков.
Резцедержатели
Для крепления режущего инструмента суппорты снабжаются различ-
ного рода резцедержателями, которые либо являются нормальной при-
надлежностью станка, либо специально проектируются для конкретной
технологической операции. Простейшую конструкцию имеют резцедер-
жатели строгальных станков. На продольнострогальных станках резцы
закрепляются с помощью нажимных планок (рис. IV.23, а). На попе-
речнострогальных станках резец вставляется в паз круглого резцедержа-
теля и закрепляется болтом. Поворачивая резцедержатель вокруг оси,
можно установить резец под углом (рис. IV.24).
Резцедержатели карусельных станков (рис. IV.23, б) имеют пазы, в кото-
рых резцы закрепляются прижимными болтами; подобные пазы имеются
и у одиночных резцедержателей токарных и револьверных станков.
На токарных станках и на поперечных суппортах револьверных стан-
ков широко применяются четырехгранные поворотные резцедержатели
(рис. IV.25), в которых закрепляется по четыре резца, используемых
поочередно.
Корпус 13 резцедержателя центрируется цилиндрическим выступом
салазок 1 суппорта. В требующемся положении резцедержатель фикси-
руется коническим фиксатором 3, который входит в гнездо 2 и закреп-
ляется рукояткой 14, которая навинчивается на палец 16. Этой же рукоят-
кой осуществляется освобождение фиксаторов и поворот резцедержателя.
С рукояткой 14 жестко связана втулка 9 с внутренними шлицами,
вдоль которых может перемещаться гильза 10 с торцовыми храповыми
зубцами, сцепляющимися под действием пружины 8 с зубцами кулачка 11.
При повороте рукоятки 14 первоначально освобождается корпус 13, вслед
затем кулачок 11, действуя скосом, вытягивает фиксатор 3. К моменту,
когда фиксатор выйдет из гнезда, стенка дугового выреза кулачка 11
упрется в штифт 18, и при дальнейшем повороте рукоятки 14 вместе с нею
будет поворачиваться корпус 13. После поворота корпуса на 90° шарико-
вый фиксатор 17, предназначенный для предварительной фиксации, вой-
дет в очередное гнездо под действием пружины 15. При повороте руко-
ятки 14 в обратном направлении корпус 13 останется на месте. Кулачок 11
освободит фиксатор 3, который под действием пружины 4 войдет в гнездо.
При дальнейшем повороте рукоятки 14 противоположная стенка выреза
603
кулачка 11 упрется в штифт 18. Так как корпус головки зафиксирован,
то дальнейшее движение кулачка 11 прекратится, торцовые зубцы кулачка
отожмут гильзу 9 вверх, и она не будет препятствовать повороту рукоятки.
В конце поворота рукоятка прижмет корпус к основанию.
Подгонкой по толщине шайбы 6, которая располагается между флан-
цем 5 и рукояткой 14, обеспечивается удобное для работы положение
рукоятки 14 в момент окончания процесса зажима. Усилие предваритель-
ной фиксации регулируется винтом 12. Смазка механизмов осуществляется
через масленку 7.
Рис. IV.25. Резцедержатели: а — поворотный; б — быстросменный
Быстросменные резцедержатели (рис. IV.25, б) позволяют использо-
вать в процессе выполнения технологической операции большое число
заранее настроенных резцов. Каждый из резцов закрепляется в быстро-
сменной резцедержавке 1. Для крепления резцедержавки служит кор-
пус 3, который, в свою очередь, закреплен на суппорте станка. При уста-
новке державка опирается на призматический выступ корпуса, чем обес-
печивается постоянство ее положения в горизонтальной плоскости. Поло-
жение державки, а следовательно, и вершины режущего инструмента
в вертикальном направлении устанавливается с помощью винтов 4, бур-
тики которых опираются на поверхность корпуса. Закрепление державки
осуществляется с помощью плунжера 2, буртик которого входит в Т-образ-
ный паз державки. При повороте эксцентрика 5 плунжер 2 притягивает
державку к корпусу.
4.	ПОДВИЖНЫЕ ШПИНДЕЛЬНЫЕ РАБОЧИЕ ОРГАНЫ
Шпиндельные суппорты и бабки
Подвижные шпиндельные суппорты применяют на различных моделях
зубо- и резьбофрезерных станков. На рис. IV.26 представлен схематический
чертеж шпиндельного суппорта зубофрезерного станка. Салазки 1, на
которых установлена поворотная часть 2 суппорта, перемещаются по вер-
604
тикальным направляющим стойки. С поворотной частью жестко связана
шпиндельная бабка 4, которая имеет установочное перемещение вдоль
оси шпинделя 3. Шпиндель получает вращение через систему конических
зубчатых передач. Для установки шпинделя под углом служит червячная
передача 5 и зубчатая передача 6 с внутренним зацеплением. В требу-
ющемся положении поворотная часть закрепляется с помощью болтов,
Рис. IV.26. Шпиндельный суп-
порт зубофрезерного станка
заходящих в Т-образный паз салазок 1.
Суппорты резьбофрезерных станков имеют
двухкоординатное перемещение.
Подвижные шпиндельные бабки отлича-
ются от неподвижных только наличием на-
правляющих. Подвижные шпиндельные баб-
ки могут устанавливаться на одно- и двух-
координатных и поворотных салазках (см.
гл. II, раздел первый). В корпусе подвиж-
ной шпиндельной бабки монтируются меха-
низмы привода главного рабочего движения,
а в ряде случаев и механизмы подачи. В част-
Рис. IV.27. Конструктивные схемы шпиндельных
бабок, установленных на шарнирной опоре для
осуществления точных перемещений
ности, коробки скоростей и подач размещают в корпусах подвижных
шпиндельных бабок радиальносверлильных и расточных станков.
Как указывалось выше, при малых перемещениях, осуществляемых
с высокой точностью, прямолинейное перемещение заменяется дуговым.
Шлифовальные бабки крупных шлифовальных станков, предназначенных
для шлифования выпуклых (бомбированных) валов бумажных машин
и прокатных станов, имеют качающуюся плиту 3 (рис. IV.27), которая
в процессе воспроизведения выпуклой образующей поворачивается около
оси 2 поперечных салазок 1. Аналогичное решение используется в некото-
рых моделях прецизионных шлифовальных станков. Вместо оси 2 приме-
няются также крестообразные упругие подвески 4.
Шпиндельные гильзы и скалки
Подвижные шпиндельные гильзы получают перемещение вдоль оси
шпинделя (рис. IV.28), которое является либо рабочим движением подачи,
либо установочным движением. Движение подачи сообщается обычно
шпиндельным гильзам различных сверлильных станков (рис. IV.28, а).
Шпиндель 1 со шлицевым концом смонтирован в гильзе 3, которая направ-
ляется втулкой 2 или цилиндрическим отверстием корпуса. Гильза имеет
лыску. На том участке гильзы, где снята лыска, нарезана зубчатая рейка,
сцепляющаяся с реечной шестерней 4, сообщающей гильзе движение
вдоль оси шпинделя. Зубчатая рейка может быть также привернута к
гильзе.
605
Шпиндельные гильзы фрезерных станков (рис. IV.28, б) обычно имеют
только установочные перемещения. Так же, как в предыдущем случае,
шпиндель 4 со шлицевым концом смонтирован внутри гильзы 5. На гильзе
нарезана рейка, сцепляющаяся с реечной шестерней или с червяком 6,
которые пр ^установочных перемещениях приводятся в движение вручную.
При использовании червяка обеспечивается более высокая точность уста-
новочных перемещений.
В требующемся положении
гильза закрепляется с помощью
втулок 2 и 3 и гайки 1.
Подвижные скалки переме-
щаются либо в отверстии кор-
пуса, либо в отверстии шпин-
деля.
Подвижные скалки, переме-
щающиеся в отверстии корпуса,
не имеют вращательного движе-
ния и могут быть применены
в качестве подвижных рабочих
органов с однокоординатным
перемещением. Такие подвиж-
ные скалки широко использу-
ются для перемещения в осевом
направлении неподвижных и
вращающихся центров задних
бабок токарных, резьбофрезер-
ных, шлифовальных и других
станков.
Подвижные скалки, переме-
щающиеся в отверстии шпинде-
ля, получают вращательное дви-
жение вместе со шпинделем и
движение подачи вдоль оси
шпинделя. Подобные подвиж-
ные скалки применяются в го-
ризонтальнорасточных, а также в некоторых моделях радиальносверлиль-
ных станков. Их конструкции будут рассмотрены совместно с конст-
рукциями соответствующих шпиндельных узлов.
Уравновешивание вертикально перемещающихся рабочих органов
Уравновешивание имеет своей целью уменьшение усилий, необходи-
мых для перемещения, и повышение точности перемещений. Осуще-
ствляется оно с помощью грузов, пружин и гидравлических цилиндров.
Уравновешивающий груз 1 (рис. IV.29, а) связывается с подвижным
рабочим органом тросом или цепью. Груз обычно размещается в стойке.
В ряде случаев применяются предохранительные устройства, исключа-
ющие падение груза при обрыве гибкой связи (рис. IV.29, б). При обрыве
гибкой связи 2 рычаг 1 поворачивается под действием пружины 3 и запа-
дает во впадину зубьев рейкт
Для уравновешивания гильзы, вертикальных ползунов и т. п. значи-
тельное применение находят пружинные механизмы (рис. IV.29, в). Один
конец плоской спиральной пружины 3 связан с неподвижным валиком 1,
а второй — с поворотным корпусом 2, к которому прикреплен конец
гибкой связи 4. Натяжение пружины можно регулировать, поворачивая
606
валик 1 с помощью червячной передачи. Применяется также другой
вариант пружинного механизма, при котором вращается валик 1, свя-
занный реечной шестерней с подвижным рабочим органом.
Рис. IV.29. Уравновешивание вертикально перемещающихся рабочих органов
Механизмы для закрепления периодически перемещающихся
рабочих органов
Для повышения точности обработки и устранения возможности воз-
никновения вибраций периодически перемещающиеся рабочие органы
после выполнения необходимых установочных перемещений закрепляют
с помощью зажимов на направляющих. Зажимные механизмы могут при-
водиться в действие вручную с помощью рукояток и с помощью специаль-
ных приводов. При ручных приводах зажимных механизмов требуются
значительные затраты времени и не обеспечивается постоянство усилия
зажима, что сказывается на точности установки рабочего органа в задан-
ное положение. Для точных станков возникающее смещение может иметь
существенное значение.
Конструктивные формы зажимных механизмов и их приводов чрезвы-
чайно многообразны и определяются конструкцией направляющих, усло-
виями размещения зажимного механизма и его привода и т. п.
Зажим обычно осуществляется с помощью короткой прижимной
планки, которая при направляющих типа ласточкин хвост имеет клиновую,
а при плоских — плоскую форму.
При закреплении рабочего органа планка прижимается к поверхности
направляющих с помощью затяжного болта. Число прижимных планок
зависит от формы направляющих. При плоских направляющих устанав-
ливаются как минимум две прижимных планки: по одной на каждой
направляющей. В ряде случаев число прижимных планок увеличивается
до четырех: по одной на конце направляющих (рис. IV.15). При направ-
ляющих типа ласточкин хвост ограничиваются либо одной прижимной
планкой, располагая ее посередине направляющих, либо устанавливают
две прижимные планки по концам направляющих.
Прижимная планка прижимается к направляющим с помощью затяж-
ного болта, который затягивается либо с помощью гайки, навинченной
на конец болта, либо с помощью рычага (рис. IV. 15). Как в первом,
607
так и во втором случае зажимной механизм может получать движение
либо от механического, либо от электро- или гидропривода.
При механических приводах зажимных механизмов, получающих дви-
жение от одной из кинематических цепей станка, прижим, как правило,
приводился.в движение от кулачковых механизмов. Такого рода зажим-
ные механизмы находят значительное применение в поворотных столах
и револьверных головках, где механизмы зажима приводятся в движение
автоматически при включении привода поворота.
Один из вариантов зажима с электроприводом рассмотрен нами выше
(рис. IV. 15).
При зажимных механизмах с независимым электродвигателем зажим
и освобождение осуществляются включением
вращения электродвигателя в том или ином
направлении. Усилие зажима ограничивается
муфтой, передающей крутящий момент,
Рис. IV.30. Привод меха-
низмов зажима периоди-
чески перемещающихся
салазок
аппаратурой, ограничивающей момент, развиваемый электродвигателем.
В некоторых случаях выключение электродвигателя при зажиме осущест-
вляется с помощью конечного выключателя в функции положения звеньев
зажимного механизма. Однако при этом трудно достигнуть постоянства
усилия зажима. Выключение электродвигателя при освобождении за-
жима в большинстве случаев производится с помощью конечных выклю-
чателей.
Как указывалось выше, вследствие различия величины коэффициентов
трения движения и покоя при освобождении зажимного механизма необ-
ходимо приложить больший крутящий момент, чем при зажиме, так как
при зажиме приходится преодолевать силы трения движения, а при осво-
бождении — силы трения покоя. Для создания необходимого крутящего
момента при освобождении в ряде случаев используют явление удара.
Вращение от электродвигателя 1 (рис. IV.30) передается через ше-
стерни 2—7—6 шестерне 3 с поводком б, с помощью которого приводится
во вращение гайка 4 с поводком а. Гайка 4 перемещает шток 5, связан-,
ный с соответствующими звеньями привода зажимного механизма. При’
включении электродвигателя 1 гайка 4 начнет вращаться только после
608
того, как шестерня 3 сделает почти целый оборот. В этот период звенья,
расположенные до гайки 4, приобретут кинетическую энергию, которая
и будет использована для создания необходимого крутящего момента при
освобождении зажима.
В качестве гидропривода обычно используется поршневой привод.
При использовании качающегося гидроцилиндра 1 (рис. IV.31) шток
можно непосредственно связать с кривошипом 2, который сидит на шли-
цах на валике 5. При повороте кривошипа 2 гайка 7 со сферическим
буртиком нажимает на прижимную планку 6, которая прижимается
к направляющим. Регулировка осуществляется с помощью гайки 4. Вели-
чина прижимного усилия ограничивается с помощью реле давления.
При освобождении зажима выключение осуществляется конечным вык-
лючателем 3.
Подача масла к гидроцилиндру производится с помощью гибких шлан-
гов, потоком масла управляют с помощью золотников.
Подобные зажимные устройства применяют на расточных станках 2636
конструкции ОКБС, выпускаемых заводом им. Я- М. Свердлова.
Вариант гидропривода с независимым насосом представлен на
рис. IV.32. Механизм зажима получает движение от вала 1. Вал приво-
дится в движение поршнем 11 с зубчатой рейкой, которая зацепляется
с шестерней 2. К поршневому двигателю масло подается насосом 4 с неза-
висимым электродвигателем 3. В зависимости от направления вращения
электродвигателя, а соответственно и насоса, масло подается либо в одну,
либо в другую полость поршневого двигателя. При подаче масла в одну
полость поршневого двигателя из второй полости масло засасывается
насосом. Утечки компенсируются поступлением масла из масляной ванны
через обратный клапан.
Так как при зажиме усилие должно находиться в определенных пре-
делах, то в поршень встроен напорный золотник, ограничивающий
20 И. М. Кучер 417	609
сь
5

-3
Рис. IV.32. Гидропривод механизма зажима периодически пе-
ремещающихся салазок
максимальное давление в системе в момент зажима. При среднем положе-
нии золотника 9, который удерживается в этом положении пружинами 6,
упирающимися в выступы втулок 7, происходит перемещение поршня 11,
который приводит в движение механизмы зажима. Когда усилие зажима,
а следовательно, и давление в соответствующей полости, например в поло-
сти 5, достигнет заданной величины, золотник 9 смещается и через каналы 8
и 10 сообщаются обе полости поршневого двигателя.
Подобные зажимные механизмы применяются на отечественных ради-
альносверлильных станках.
В ряде зажимных устройств зажим осуществляется с помощью пру-
жинных тарельчатых шайб, а освобождение — с помощью гидропривода.
Рис. IV.33. Механизмы с тарельчатыми пружинами и гидроприводом для зажима пе-
риодически перемещающихся салазок
В простейшем варианте (рис. IV.33) шайбы 2, действуя на фланец затяж-
ного болта, прижимают планку 3. При подаче масла в полость гидроци-
линдра 1 шток нажимает на фланец болта и освобождает планку 3, сжи-
мая шайбы 2.
Так как для зажима требуются значительные усилия, то гидроцилиндр
становится громоздким. Оригинальная конструкция, позволяющая резко
уменьшить размеры гидроцилиндра, разработана ОКБС и применена на
расточных станках завода им. Я. М. Свердлова. При зажиме прижимная
планка 6 под действием усилия, приложенного со стороны тарельчатых
шайб, поворачивается около линии контакта ролика 5 с планкой и, дей-
ствуя как рычаг, осуществляет зажим. Ролики 5 смонтированы в пол-
зушке 4. При освобождении зажима шток 8 поршня гидроцилиндра вместе
с ползушкой 4 перемещается вправо, и линия контакта ролика 5 с планкой
оказывается правее линии действия силы тарельчатых пружин 7. Планка
перестает работать как рычаг, и зажимное действие прекращается.
В данном случае гидропривод должен преодолеть только силу трения
при перемещении ползушки.
При наличии специальных приводов зажимных механизмов для зажима
и освобождения периодически перемещающихся рабочих органов может
быть использовано дистанционное управление. Включение и выключение
611
механизмов зажима может быть также сблокировано с включением и вы-
ключением приводов установочных перемещений, что приводит к сокраще-
нию затрат времени на управление. Вопрос о размещении органов управ-
ления рассматривался выше (см. гл. III, раздел первый).
ГЛАВА III ШПИНДЕЛЬНЫЕ УЗЛЫ И ПЛАНШАЙБЫ
Шпиндели и планшайбы, имеющие круговые направля-
ющие, сообщают вращательное движение либо обраба-
тываемой детали, либо режущему инструменту. Точность вращения, жест-
кость и плавность вращения шпинделей и планшайб, как правило, имеют
решающее значение для точности обработки на станке, поэтому конструк-
ции этих узлов должно быть уделено большое внимание.
5.	ШПИНДЕЛЬНЫЕ УЗЛЫ
Основными элементами конструкции шпинделя являются: собственно
шпиндель, шпиндельные подшипники и ведущее звено, сообщающее вра-
щение шпинделю. Как указывалось выше, в отдельных конструкциях
внутри шпинделя располагается подвижная скалка.
Шпиндели
Шпиндели представляют собой цельные или полые валы, конструкция
которых обеспечивает закрепление тех или иных зажимных приспособле-
ний, оправок или режущего инструмента. Конструктивное оформление
посадочных мест для приспособлений и инструмента определяется назна-
чением станка.
Характерные конструктивные формы посадочных мест токарных стан-
ков представлены на рис. IV.34, а, б ив. Значительное распространение
получила конструкция, изображенная на рис. IV.34, а. Приспособление 1
навинчивается на резьбу, имеющуюся на конце шпинделя, и центрируется
буртиком шпинделя. Для устранения самоотвинчивания приспособления
в некоторых конструкциях имеется прихват 2, который входит в канавку
шпинделя и прижимается болтом.
Шпиндель имеет коническое отверстие с конусом. Морзе, в которое
вставляется центр или конец оправки, служащей для закрепления обра-
батываемой детали.
Шпиндель выполняется полым с цилиндрическим сквозным отверстием.
Достоинством данной конструкции является простота обработки поса-
дочных мест и малые затраты времени на снятие и установку приспособ-
ления. Наличие некоторого зазора между посадочным отверстием приспо-
собления и центрирующим буртиком снижает точность центрирования
и жесткость крепления.
Более высокая жесткость и точность центрирования могут быть достиг-
нуты при креплении приспособления на удлиненном коническом конце
шпинделя (рис. IV.34, б) с помощью накидной гайки. Наибольшая жест-
кость при высокой точности центрирования достигается при фланцевом
конце шпинделя с коротким конусом (рис. IV.34, в). В корпус приспособ-
ления ввернуты шпильки 2 с утолщенной средней частью. Шпильки про-
ходят вместе с зажимными гайками 3 через отверстия фланца шпинделя
и кольца 1. После поворота кольца гайки 3 затягиваются.
612
Оба последних варианта требуют большой затраты времени на обра-
ботку посадочных мест. Время на установку и снятие приспособления
возрастает, особенно при фланцевом креплении.
Формы посадочных мест шпинделей, показанные на рис. IV.34, айв,
характерны также для револьверных станков и для шпинделей бабок,
сообщающих вращение обрабатываемой детали, шлифовальных станков.
Рис. IV.34. Концы шпинделей
Концы сверлильных шпинделей (рис. IV.34, г) имеют коническое отвер-
стие с конусом Морзе и поперечный паз 1, в который входит лапка хвосто-
вика инструмента или приспособления. В верхнюю часть паза вставляется
при выбивании инструмента клин. Концы сверлильных шпинделей много-
шпиндельных и агрегатных станков (рис. IV.34, д) имеют цилиндриче-
ское отверстие, куда входит скалка 1 с коническим отверстием для кре-
пления инструмента. Для регулирования положения режущего инст-
румента скалка 1 может смещаться в осевом направлении с помощью
613
гайки 3. В требующемся положении скалка закрепляется стопорным
винтом 2.
Концы скалок расточных шпинделей имеют такую же конструкцию,
как концы сверлильных шпинделей (рис. IV.34, г), и дополнительный
паз 2, в который забивается клин для крепления оправки.
Характерная конструкция посадочных мест шпинделей фрезерных
станков представлена на рис. IV.34, е. Оправки устанавливаются в кони-
ческое отверстие переднего конца шпинделя и затягиваются тягой 1.
Крутящий момент передается сухарями 2, которые входят в пазы фланца
оправки. Фрезы больших диаметров устанавливаются непосредственно
на торце шпинделя, при этом сухари 2 входят в торцовые пазы фрезы.
Крепление фрез осуществляется с помощью болтов, которые ввинчи-
ваются в резьбовые отверстия, имеющиеся на торце шпинделя.
У фрезерных станков малых размеров для посадки инструментов
и оправок используется обычный конус Морзе.
В тех случаях, когда по характеру конструкции шпинделя не пред-
ставляется возможным выполнить его полым, крепление оправок с ко-
ническим хвостом осуществляется с помощью накидного колпака
(рис. IV.34, ж). Накидной колпак 1 имеет прямоугольную прорезь,
а оправка — двойной буртик с лысками. При установке оправки первый
буртик проходит через паз колпака и при навинчивании колпак прижи-
мает оправку к гнезду. Колпак при свинчивании выталкивает оправку
из гнезда. Эта конструкция обеспечивает также быстросменное крепление.
Шпиндели револьверных станков и токарных автоматов, предназначен-
ных для прутковых работ, имеют специфическую конструкцию, так как
внутри шпинделей размещаются механизмы подачи и зажима материала.
Конструкция этих устройств будет рассмотрена в гл. VI данного
раздела.
Концы шпинделей шлифовальных станков обычно имеют конический
хвостовик (рис. IV.34, з), на котором закрепляется планшайба 1 шли-
фовального круга. Круг закрепляется на планшайбе с помощью фланца 2,
снабженного кольцевым пазом, в котором устанавливаются подвижные
сухари, служащие для балансировки круга.
Выбор материала шпинделя определяется условиями износостойкости
посадочных мест, а при подшипниках скольжения — также условиями
работы подшипниковых шеек шпинделя. Для изготовления шпинделей
применяются стали 45, 40Х, 20Х, реже— 12ХНЗ, 13ХНВА. Ответствен-
ные участки шпинделей, изготовленных из сталей 45 и 40Х, подвергают
термообработке до твердости HRC 24—30; при закалке токами высокой
частоты стали 45 — до HRC 45—50, а стали 40Х —до HRC 50-ь 58.
Цементируемые стали подвергают цементации и последующей закалке
до HRC 56—62.
Высокая износостойкость достигается при изготовлении шпинделей
из хромоалюминиевых сталей 40X10, 35ХЮА, подвергающихся азотиро-
ванию (нитрированию).
Шпиндельные опоры
Шпиндели монтируются на двух, реже — на трех опорах. В одной из
опор должны быть расположены подшипники, воспринимающие осевые
нагрузки и ограничивающие осевое перемещение шпинделя. Подшипники
второй опоры должны допускать свободное перемещение конца шпинделя
при температурном удлинении. При размещении подшипников, ограничи-
вающих осевое перемещение шпинделя, в задней опоре температурное
удлинение приводит к смещению переднего конца шпинделя, что может
614
повлечь за собой искажение. размеров обрабатываемых поверхностей,
отсчитываемых вдоль оси шпинделя. Это обстоятельство следует учитывать
при разработке конструкции шпиндельного узла.
В качестве опор шпинделей используются как подшипники скольже-
ния, так и качения. Область применения подшипников скольжения
в последнее время сильно сузилась.
Шпиндельные опоры должны обеспечивать высокую точность враще-
ния шпинделя и сохранение этой точности в течение длительного периода
времени. Одним из условий высокой точности вращения является неболь-
шая величина зазоров в подшипнике, а при подшипниках качения —
создание предварительного натяга. Шпиндельные подшипники должны
обладать также высокой жесткостью и виброустойчивостыо.
Характерной особенностью работы большинства шпиндельных под-
шипников является переменность режима работы — чисел оборотов
и нагрузок. При этом во всем диапазоне чисел оборотов и нагрузок кон-
струкция опор должна обеспечивать вращение шпинделя с необходимой
точностью без дополнительного регулирования.
Во многих случаях конструкция шпиндельных опор должна создавать
возможность регулирования зазора или натяга в процессе первоначаль-
ной сборки и по мере износа.
Опоры скольжения. В течение длительного времени значительное рас-
пространение имела опора, выполненная в виде конического разрезного
вкладыша (рис. IV.35, а). Конический разрезной вкладыш 3 входит в кони-
ческое отверстие втулки 2 или корпуса. При перемещении вкладыша
с помощью гаек 1 и 4 он деформируется, и при этом изменяется зазор.
Во время регулирования форма вкладыша искажается. Для устранения
этого явления в разрез вкладыша, имеющего форму ласточкина хвоста,
вводят головки болтов 5, имеющие аналогичную форму. При затягивании
615
болтов вкладыш раздается, прижимается к поверхности отверстия,
и искажение отверстия вкладыша уменьшается.
Неплотное прилегание вкладыша к отверстию корпуса снижает жест*
кость опоры.
Односторонний износ вкладыша не может быть устранен регули-
рованием.
В современных станках вкладыши этого типа встречаются редко.
Известное распространение получила также опора с конической шей*
кой шпинделя (рис. IV.35, б). Если подшипник, ограничивающий осевое
перемещение шпинделя, располагается в задней опоре, то регулирование
зазора осуществляется осевым смещением вкладыша 1. В ином случае
при регулировании производится подгонка кольца, расположенного
между упорным подшипником и буртиком шпинделя. Такая опора обла*
дает высокой жесткостью, так как вкладыш при регулировании не дефор*
мируется и его контакт с опорной поверхностью не нарушается. Форма
вкладыша при регулировании не искажается. Однако односторонний износ
при регулировании не устраняется.
В настоящее время подобные опоры встречаются лишь у отдельных
моделей станков.
В современных прецизионных станках, работающих при небольших
нагрузках, главным образом в шлифовальных, встречается опора с нераз-
резным коническим вкладышем (рис. IV.35, в). Подшипник этого типа
носит название подшипника Макензена. Тонкостенный вкладыш имеет
три (или более) выступа, которые опираются на коническую поверхность
отверстия корпуса. При осевом смещении вкладыша с помощью гайки /
он деформируется и при этом между поверхностью шпинделя и внутрен-
ней поверхностью вкладыша образуются сегментообразные карманы,
в которых размещается масло. Таким образом создается несколько масля-
ных клиньев. Минимальный зазор в подшипнике равен в рабочем состоя-
нии 0,002-—0,003 мм. Благодаря малым зазорам и наличию нескольких
масляных клиньев подшипники этого типа обеспечивают высокую стабиль-
ность положения оси шпинделя. Смазка подшипников осуществляется
керосином или смесью керосина с маслом.
Подшипник обладает низкой несущей способностью и используется
при нагрузках, не превышающих 100 кГ. Недостатком данной конструкции
является также сложность ее изготовления, так как она должна быть
выполнена с весьма высокой точностью.
Значительное распространение в современных шлифовальных станках
получили различные конструкции многозкладышных подшипников. Про-
стейшими являются двухвкладышные. В отличие от обычных подшипни-
ков с разъемным вкладышем двухвкладышные подшипники шпиндель-
ных опор (рис. IV.36, а) имеют один неподвижно закрепленный вкла-
дыш 4 и второй вкладыш 3, который поджимается либо пружиной 1,
либо давлением масла, которое подается специальным насосом под пор-
шень 2.
Благодаря подвижности одного из вкладышей обеспечивается компен-
сация температурного расширения вала. Однако при этом снижается
жесткость несущего масляного слоя из-за увеличенного всплывания вала.
Как показывают исследования [110], угол охвата неподвижного вкла-
дыша не должен превышать 120°.
Трехвкладышный подшипник (рис. IV.36, б) имеет два неподвижно
закрепленных вкладыша 2 и 3 и один вкладыш /, который поджимается
плоской пружиной 4. Исследования показывают [ПО], что подшипники
этого типа вследствие неблагоприятного расположения масляных клиньев
обладают низкой несущей способностью и долговечностью.
616
ЭНИМСом разработана конструкция трехвкладышного подшипника
(рис. IV.36, в) с самоустанавливающимися вкладышами. Благодаря тому,
что вкладыши 4 опираются на сферические опоры регулирующих винтов 5,
они занимают в процессе работы такое положение, которое способствует
образованию масляного клина благоприятной формы и исключает появле-
ние кромочного давления. Эти подшипники обладают высокой несущей
способностью и жесткостью масляного слоя [ПО]. Кольца 1 и 2, прижа-
Рис. IV.36. Многовкладышные шпиндельные подшипники скольжения
тые друг к другу пружиной 3, обеспечивают надежное уплотнение под-
шипника.
Шейка шпинделя подобного подшипника должна иметь шероховатость
10—12-го класса, а вкладыши — не ниже 8-го класса. Обработка вклады-
шей должна производиться путем алмазной расточки. Шабровка рабочих
поверхностей вкладышей не допускается. Монтажные зазоры находятся
в пределах 0,001—0,002 мм. Для смазки подшипника описанного типа
применяют маловязкие сорта масла.
Новая модификация многоклинового подшипника ЭНИМСа (рис. IV.37)
отличается тем, что вместо отдельных вкладышей применен цельный под-
шипник, представляющий собой кольцо У-образного сечения 2, связанное
617
диафрагмой с внутренним толстостенным кольцом. В этом кольце выре-
заны три сегмента таким образом, что оставшиеся три сегмента образуют
вкладыши 4 шйшипника. При этом в диафрагме, связывающей вкла-
дыши 4 сг-У-образной частью наружного кольца, прорезаны пазы 3 и 5.
Таким образом вкладыш удерживается на ножке, связывающей его
с У-образной частью кольца. Благодаря деформациям этой ножки вкладыш
может самоустанавливаться. Поскольку в этой конструкции исключены
всякие стыки, то она может иметь высокую жесткость.
Регулирование зазора осуществляется подтяжкой крышки 9 после
подшлифовки подкладки 1. При подтяжке крышки 9 происходит дефор-
мация У-образной части кольца, вследствие чего вкладыш смещается
к оси и зазор уменьшается.
Рабочий зазор в подшипнике колеблется в зависимости от диаметра
шейки и скорости скольжения в пределах 3—15 мкм.
Осевую нагрузку воспринимает опорное кольцо 8, которое своим сфе-
рическим торцом опирается на три вкладыша 6, расположенные в вырезах
подшипника и упирающиеся во внутренний буртик стакана 7.
Подшипники такой конструкции находят применение на шлифоваль-
ных, отделочных токарных, алмазнорасточных станках.
Вкладыши подшипников скольжения изготовляют из бронзы различ-
ных марок: Бр.ОФ 10-0,5, Бр.ОЦС 6-6-3, Бр.СЗО и др. С целью экономии
дефицитных материалов подшипники выполняются биметаллическими,
залитыми тонким слоем бронзы. В ряде случаев используются подшип-
ники, залитые баббитом. Для изготовления тихоходных подшипников
применяются антифрикционные чугуны.
При высоких окружных скоростях требуется тщательная отделка
поверхностей вкладышей и шеек шпинделя, высокая поверхностная твер-
дость шеек шпинделей, циркуляционная смазка, обеспечивающая охлажде-
ние подшипника и шейки, тонкая очистка масла с помощью фильтров,
а в ряде случаев включение в систему смазки радиаторов для охлаждения
масла. Тонкая фильтрация масла в прецизионных станках должна обес-
печивать удаление частиц с размерами больше 0,001—0,002 мм.
618
Расчет подшипников ведется в соответствии с методикой, разработанной
в гидродинамической теории смазки.
При высокой скорости вращения и сравнительно малых нагрузках
применяются подшипники с «воздушной смазкой» [129].
Опоры качения. В опорах шпинделей применяются подшипники каче-
ния различных типов: шариковые радиальные, шариковые радиально-
упорные, роликовые цилиндрические, роликовые конические, специаль-
ные двухрядные роликовые подшипники с коническим отверстием вну-
треннего кольца, игольчатые.
Рис. IV. 38. Шпиндельные подшипники качения
Подшипники качения, используемые в опорах шпинделей, отличаются
высокой точностью. Подшипники нормальной точности применяются
лишь в редких случаях, например в сверлильных станках. В остальных
случаях используются подшипники классов П (повышенный), ВП (особо
повышенный), В (высокий), АВ (особо высокий), А (прецизионный), СА
(особо прецизионный) и С (сверхпрецизионный). Чем выше класс точности
станка, тем соответственно выше класс точности подшипников, исполь-
зуемых в опорах шпинделей. Обычно в передней опоре применяются
более точные подшипники, чем в задней.
Специфическую конструкцию имеет подшипник с коническим отвер-
стием внутреннего кольца (рис. IV.38, а и б). Внутреннее кольцо 2 садится
на коническую шейку шпинделя. При перемещении внутреннего кольца
с помощью гаек 1 коническая шейка распирает кольцо и его диаметр
увеличивается, вследствие чего устраняются зазоры между роликами
и кольцами и создается предварительный натяг благодаря деформации
роликов.
Недостатком конструкции, представленной на рис. IV.38, а, является
сложность регулирования, так как не предусмотрена возможность смеще-
ния кольца 2 влево в случае получения чрезмерного натяга в процессе
619
регулирования. Для того чтобы избежать чрезмерного натяга, между
внутренним кольцом подшипника и буртиком шпинделя устанавливают
мерное кольцо. Однако подгонка мерного кольца также является весьма
трудоемкой операцией. В наиболее совершенных конструкциях (рису-
нок IV.38, б) натяг создается с помощью гайки 1, а смещение кольца
в обратном направлении осуществляется с помощью гайки 3. В требу-
ющемся положении гайка 1 стопорится стопором 2.
Следует заметить, что искажение формы образующей при натяге
внутреннего кольца выходит за пределы допустимого для прецизионных
станков.
С предварительным натягом могут быть собраны также и радиальные,
и радиальноупорные шариковые подшипники обычной конструкции. При
этом различают две формы натяга — предварительный и внутренний.
Натяг создается смещением наружных и внутренних колец пары подшип-
ников друг относительно друга.
Предварительный натяг может быть осуществлен в двух вариантах.
При первом варианте натяг создается с помощью гаек 1 (рис. IV.38, в)
и может быть отрегулирован в процессе сборки. Наружные кольца под-
шипников 2 и 4 и распорное кольцо 3 сжаты между буртиком корпуса
и фланцем 5. Внутренние кольца подшипников могут быть сжаты гай-
ками 1. При сжатии внутренние кольца смещаются относительно наруж-
ных и при этом создается необходимый натяг. Величина натяга опреде-
ляется сборщиком и в значительной мере зависит от его квалификации.
В процессе эксплуатации станка величина натяга может регулироваться.
Строго заданная величина натяга может быть получена при установке
распорных колец разной ширины между наружными и внутренними коль-
цами (второй вариант). Требующаяся ширина колец определяется экспе-
риментально. Пара подшипников совместно с внутренним распорным
кольцом (рис. IV.38, д) устанавливается на оправку, наружное кольцо
нижнего подшипника опирается на кольцевой выступ опорного фланца,
а к верхнему фланцу, опирающемуся на наружное кольцо верхнего под-
шипника, прикладывается заданная осевая нагрузка. Под действием
приложенной нагрузки кольца смещаются и расстояние h, фактически
получающееся между наружными кольцами подшипников, измеряется.
В соответствии с полученным размером подгоняется ширина распорного
кольца. После установки обоих распорных колец на место и сжатия
внутренних колец гайками создается натяг, соответствующий нагрузке,
приложенной при экспериментальном определении ширины кольца.
Внутренний натяг создается с помощью пружин. Внутренние кольца
обоих подшипников (рис. IV.38, г) сжаты гайками. Под действием пру-
жин 2, расположенных в отверстиях гильзы 1 и упирающихся во фла-
нец 3, наружное кольцо подшипника 4 смещается вправо. Через шарики
усилие передается внутреннему кольцу и шпинделю, который также сме-
щается вправо до тех пор, пока не возникнет натяг в подшипнике 5. Вну-
тренний натяг сохраняет постоянную величину в процессе эксплуатации
станка.
В последнее время в шпиндельных опорах начал находить применение
двусторонний конический роликовый подшипник (рис. IV.39) с цельным
наружным кольцом. Благодаря специальной технологии изготовления
достигается высокая точность подобного подшипника. Кроме того, под-
шипник имеет высокую нагрузочную способность и просто регулируется.
Шпиндельные подшипники качения, точность которых выше нормаль-
ной точности, монтируются как на шейках шпинделя, так и в гнездах
корпуса на посадках 1-го класса точности. Выбор посадки производится
в зависимости от условий работы подшипников.
620
Преимущественно применяются посадки П х и Нг системы отверстия
для монтажа подшипников на шпинделе и посадки П1 и Нг системы вала
при монтаже подшипников в корпусе; реже используется посадка 7\.
Для быстроходных шпинделей назначаются посадки с меньшим натягом.
В ряде случаев допустимые зазоры и натяги столь малы, что они
не укладываются в допуски стандартных посадок и специально огова-
риваются на чертеже.
При назначении посадок следует помнить, что сочетание отклонений
вала, обработанного с допусками по системе отверстия, с отклонениями,
установленными для отверстий внутреннего кольца подшипников каче-
Рис. IV.39. Двухрядный конический роликовый шпиндельный подшипник
ния, дает значительно меньший зазор или больший натяг, чем те, которые
соответствуют выбранной посадке в системе отверстия. Чрезмерный натяг
может привести к заклиниванию подшипника.
Высокие требования предъявляются к точности геометрической формы
посадочных мест подшипников качения шпиндельных опор. Отклонения
геометрической формы цилиндрических поверхностей посадочных мест
приводят к деформации колец подшипников качения, а отклонения S
Рис. IV.40. Отклонение посадочных мест
шпиндельных подшипников (а) и влия-
ние биения подшипников на биение кон-
ца шпинделя (б)
поверхностей упорных буртиков от плоскости, перпендикулярной к оси
цилиндрических поверхностей, — перекосу колец. Как деформации, так
и перекос колец снижают точность вращения шпинделя.
Суммарное отклонение цилиндрических поверхностей по конусности
и овальности не должно выходить за пределы половины допуска на диа-
метр (рис. IV.40, а).
(^гоах — ^min) ~F (^max -4nin) б;
С^тах ^min) 4“ (^тах ^min) -С б,
где б — допуск на диаметр.
621
Торцы прижимных гаек должны располагаться в плоскости, перпен-
дикулярной к оси цилиндрической поверхности. При шлифовании торцов
гайки базируются по резьбе.
На рис. IV.40, б изображены схемы, иллюстрирующие влияние биения
шпицдйця. в опорах на биение рабочего конца шпинделя. Пользуясь
этими схемами и зная допуски на биение внутреннего кольца подшипни-
ков в передней и задней опорах, можно определить биение переднего
конца шпинделя и сравнить его с допустимым. При монтаже в одной опоре
нескольких подшипников биение уменьшается.
Осевое усилие предварительного натяга определяется по формуле
А„ = 1,58 tg ± 0,54А,	(IV.4)
где Я — радиальная нагрузка на подшипник;
А — осевая нагрузка на подшипник;
Р — расчетный угол контакта шариков.
Принимается знак «плюс», если осевая нагрузка уменьшает натяг,
и «минус» — если увеличивает. Полученные расчетным путем значения
величины предварительного натяга должны быть проверены в работе.
Конструкции шпиндельных узлов
Конструктивное оформление шпиндельных узлов отличается чрезвы-
чайным многообразием; рассмотрим несколько характерных примеров.
Большим распространением пользуются шпиндельные узлы, в опорах
которых применяются двухрядные роликовые подшипники с коническим
Рис. IV.41. Шпиндельные узлы: а — токарного станка 1К62; б — фрезерного
станка 6Н83
отверстием внутреннего кольца (серия 3182100). На подобных подшипни-
ках монтируются шпиндели токарных, фрезерных, расточных и коорди-
натнорасточных и. других станков.
622
Шпиндельный узел токарного станка 1К62, работающий при числах
оборотов и нагрузках, изменяющихся в широком диапазоне, представлен
на рис. IV.41, а. Передняя опора, в которой смонтирован роликовый
подшипник серии 3182100 с внутренним диаметром 100 мм, имеет описан-
ную выше конструкцию (см. стр. 619). В задней опоре смонтированы
радиальноупорные шариковые подшипники. Предварительный натяг этих
подшипников осуществляется через промежуточную шайбу 1 с проре-
зями, которая служит температурным компенсатором. При создании натяга
лепестки шайбы 1 деформируются и поддерживают натяг при удлинении
заднего конца шпинделя.
Осевые нагрузки воспринимаются радиальноупорными подшипниками
задней опоры. При температурном удлинении шпинделя его передний
конец смещается в осевом направлении.
Рис. IV.42. Шпиндельный узел фрезерного станка 6Н81 с разделенным приводом
Для предотвращения вытекания масла из передней опоры на шпинделе
имеется маслоотражательный конус, выполненный в форме канавки,
и маслоуплотнительная канавка во фланце. В задней опоре установлено
уплотнительное кольцо 2. Смазка подшипников осуществляется плунжер-
ным насосом коробки скоростей.
Шпиндель получает вращение от подвижной шестерни, сидящей на
шпинделе на шлицах. Шестерня может занимать одно из двух положений,
соответствующих включению той или иной группы скоростей.
Шпиндель фрезерного станка 6Н83 (рис. IV.41, б) смонтирован на
трех подшипниках. В передней и средней опорах расположены роликовые
конические подшипники, в передней—класса А, в средней— В, а в зад-
ней — шариковый класса В. Третья опора повышает виброустойчивость
шпиндельного узла. Зазоры в опорах устраняются с помощью гайки 1
при стягивании внутренних колец подшипников. При наличии осевых
нагрузок, направленных от задней опоры к передней, передний подшип-
ник разгружается, что снижает его жесткость. При температурном удли-
нении шпинделя уменьшается натяг в обоих конических подшипниках.
Для повышения плавности хода при фрезеровании на шпинделе имеется
маховик.
На рис. IV.42 представлен шпиндельный узел фрезерного станка 6Н81,
имеющего разделенный привод и разгруженный шпиндель. Передняя
опора шпинделя 2 состоит из двух шариковых подшипников 1, собранных
623
Рис. IV.43. Шпиндельный узел горизон-
тальнорасточпого станка
с предварительным натягом, а задняя — из одного шарикового подшип-
ника. Натяг осуществляется гайкой 3.
При высоких скоростях шпиндель получает вращение непосредственно
от приводного шкива 9, смонтированного на подшипниках 8. Шкив 9
сцепляется со шпинделем с помощью подвижной втулки 6, которая при
этом перемещается влево и входит в зацепление со шлицевыми выступами
шпинделя. Одновременно при перемещении втулки перемещаются ше-
стерни 10 п 13 переборного валика 12, которые при этом выходят из зацеп-
ления с шестернями 7 и 4. Последняя жестко связана с маховиком 5,
закрепленным на шпинделе на шпонке. Втулка 6 и шестерня 10 связаны
поводком 11.
При включении группы низких скоростей вращение передается через
шестерни перебора. Валик перебора смонтирован на шариковых под-
шипниках 14.
Ленточный тормоз . 18, барабан которого выполнен заодно со шки-
вом 9, приводится в действие пружиной 17. При включении вращения
шпинделя электромагнит 15, связанный с рычагом 16, выключает тормоз.
Специфическую конструкцию имеют шпиндельные узлы горизонтально-
расточных станков (рис. IV.43). Горизонтальнорасточной станок имеет два
полых шпинделя. Шпиндель 10 сообщает вращение скалке 19, переме-
щающейся в осевом направлении, а шпиндель 9 — планшайбе 1 с радиаль-
ным суппортом 2. Шпиндель 9, получающий вращение от шестерни 7,
закрепленной на шпонке 8, смонтирован на конических роликовых под-
шипниках 6 и 11. Регулирование зазора в подшипниках осуществляется
гайками 12 и 13.
На коническом конце шпинделя на шпонке 5 сидит планшайба 1, полу-
чающая вращение от шестерни 3.
Шпиндель 10, получающий вращение от шестерни 15, сидящей на
шпонке 14, смонтирован на подшипниках 4 и 16, регулируемых гайками 17
и 18. Подшипник 4 расположен в отверстии шпинделя 9 и защищен уплот-
нительным кольцом.
От шпинделя 10 вращение передается шпонками 27 скалке 19, в кото-
рой имеется два продольных паза. Скалка 19, изготовленная из нитри-
рованной стали 35ХЮА, перемещается в закаленных втулках 26, 28 и 29,
изготовленных из стали ШХ15. Конец скалки связан подшипниками 20
и 22 с ползушкой 21, которая может перемещаться по направляющим
хвостовой части 24 шпиндельной бабки. Ползушка получает движение
от винта 25, который входит в гайку 23.
Радиальный суппорт получает движение через планетарный механизм
(см. стр. 199) [33]. Вращение передается валу 10 (рис. IV.44), располо-
женному в подшипниках корпуса планшайбы 1. На валу 10 сидит червяк,
зацепляющийся с червячной рейкой 5, прикрепленной к радиальному
суппорту 4 болтами 6. Червяк состоит из двух частей 7 и 8, между кото-
рыми имеется зазор. Червяк 8 упирается в подшипник 9, а червяк 7
можно перемещать для устранения осевого зазора вдоль оси вала 10
с помощью болта 13. В требующемся положении болт 13 закрепляется
с помощью фиксатора 12, который входит в зубцы буртика болта и
винта 11.
Корпус планшайбы'центрируется цилиндрической поверхностью шпин-
деля 15 и закрепляется болтами 16. Суппорт перемещается по направ-
ляющим в форме ласточкина хвоста с регулируемой планкой 3. Крайние
положения при перемещении суппорта определяются по указателю 14.
Если при работе суппорт должен оставаться неподвижным, то он закреп-
ляется двумя зажимами 2. Суппорт имеет Т-образные пазы для закреп-
ления инструментодержателей и продолговатое окно для прохода скалки.
625
В качестве примера шпиндельного узла, смонтированного в подвижной
гильзе, рассмотрим шпиндельный узел быстроходного вертикальнофре-
зерного станка высокой точности (рис. VI.45). Шпиндель 6, смонтирован-
ный на шариковых подшипниках с внутренним натягом в гильзе 5, полу-
чает вращение от шкива 1, сидящего на втулке 2. Так как втулка вра-
щается на независимых подшипниках, то усилие натяжения ремня не
передается шпинделю, который связан со втулкой скользящими шпонками.
Внутренний натяг создается пружинами 7.
Смазка подшипников осуществляется маслоразбрызгивающими кону-
сами 10. Конуса погружены в масляные ванны. Под действием центро-
бежной силы масло поднимается по поверхности конуса и, разбрызги-
ваясь, поступает в подшипник в виде масляного тумана.
Все гильзы уравновешиваются пружиной 8, расположенной внутри
полой скалки 9, на которой нарезана зубчатая рейка. В требующемся
положении гильза закрепляется при стягивании корпуса, имеющего надрез.
Для установки гильзы имеет-
ся ограничитель 5, переме-
щающийся по микрометри-
ческому винту и снабженный
отсчетными шкалами. При
перемещении гильзы упор 4
приходит в контакт с буртом
ограничителя.
Специфическую конструк-
цию имеют шпиндельные
узлы, совершающие плане-
тарное движение (см. стр. 49),
например шпиндельные узлы
планетарношлифовальных и
шпоночнофрезерных станков.
Подшипники шпинделя 5
(рис. IV.46) смонтированы
в эксцентрично расположен-
ных отверстиях гиЛьзы 4,
которая, в свою очередь,
помещается в эксцентрично
расположенных отверстиях
барабана 6. Вращением гиль-
зы 4 с помощью червяка 7
устанавливается необходи-
мый эксцентриситет оси шпин-
деля относительно оси бара-
бана 6. В требующемся поло-
жении гильза 4 закрепляется
втулками 8.
В процессе работы шпин-
дель получает вращение от
шестерни 1, связанной кресто-
вой муфтой 2 с фланцем 3, а ба-
Рис. IV.44. Планшайба
рабан 6 — от шестерни 9. Крестовая муфта обеспечивает передачу вра-
щения шпинделю при смещении его оси относительно оси шестерни 1.
Благодаря вращению барабана 6 с эксцентрично расположенным шпин-
делем обеспечивается получение паза заданной ширины независимо от
диаметра шпоночной фрезы. Ширина паза настраивается путем изменения
эксцентриситета шпинделя.
626
Расчет шпинделей ведется в соответствии с общей методикой расчета
валов. Шпиндели рассчитываются на прочность и жесткость. Если
в каждой из опор шпинделя имеется по одному подшипнику качения,
то расчет ведется как при ножеобразных опорах. При подшипниках
расточного станка с радиальным суппортом
скольжения и нескольких подшипниках качения в одной опоре полагают,
что в передней опоре действует реактивный момент, величину которого
принимают равной от нуля до 0,3—0,35 момента, изгибающего шпиндель
в передней опоре. Большие значения соответствуют большим нагрузкам.
Наиболее важным является расчет шпинделя на жесткость. Однако
расчеты шпинделей на жесткость разработаны недостаточно, так как
627
отсутствуют точные критерии, определяющие допустимую величину
прогиба шпинделя. При чистовой обработке отклонения размеров и формы
Рис. IV.45. Шпиндельный узел быстроход-
ного фрезерного станка
обрабатываемой детали, возникаю-
щие вследствие деформации шпин-
деля должны составлять часть до-
пускаемых отклонений.
Поскольку отклонения, возни-
кающие в процессе обработки,
определяются не только жестко-
стью шпинделя, но и рядом дру-
гих факторов: неравномерностью
припуска, изменением взаимного
расположения обрабатываемой де-
тали и инструмента, размерами
обрабатываемой детали и др., то
выбор исходных данных для рас-
чета шпинделя на жесткость ста-
новится сложной задачей.
Шпиндели станков проверяют
на виброустойчивость. Обычно
определяется критическое число
оборотов шпинделя. Между кри-
тическим и наибольшим числом
оборотов должна существовать
зависимость, определяемая по
формуле
Рис. IV.46. Шпиндель с планетарным движением
Задние бабки и люнеты
Совместно со шпиндельными узлами работают задние бабки и люнеты.
Задние бабки, поддерживающие свободный конец обрабатываемой
детали, передний конец которой связан со шпинделем, имеют подвижную
скалку 2 (рис. IV.47), в переднюю часть которой вставляется неподвиж-
ный или вращающийся центр. У токарных станков средних и больших
размеров вращающийся центр выполняется в форме короткого вращающе-
гося шпинделя 1. К опорам вращающегося шпинделя задней бабки предъ-
являются такие же требования, как к опорам основного шпинделя.
628
В требующемся положении скалка задней бабки закрепляется так же,
как подвижная шпиндельная гильза (рис. IV.28, б), втулками 3.
В ряде случаев для создания постоянства усилия поджима заднего
центра и сокращения затрат вспомогательного времени для перемещения
скалки задней бабки применяют гидравлические и пневматические порш-
невые двигатели.
Люнеты используются для поддержания обрабатываемых деталей
на токарных и шлифовальных станках или для поддержания борштанг
на расточных станках.
Рис. IV. 48. Люнеты
На токарных станках применяют ходовые и неподвижные люнеты.
Неподвижный люнет (рис. IV.48, а) устанавливается на станине станка.
Деталь поддерживается тремя выдвижными кулачками, которые могут
быть снабжены вращающимися роликами. Верхний кулачок распола-
гается в откидной крышке люнета, которая открывается при установке
обрабатываемой датели. Ходовой люнет (рис. IV.48, б) устанавливается
на суппорте и. перемещается вместе с ним. Два кулачка поддерживают
обрабатываемую деталь в зоне, расположенной непосредственно за резцом.
629
В автоматизированных станках люнеты снабжают специальным при-
водом для отвода кулачков в момент снятия обработанной детали и уста-
новки заготовки. Люнеты расточных станков представляют собой под-
шипники с откидными крышками.
6.	ПЛАНрВАЙБЫ И СТОЛЫ
Вращающиеся планшайбы и столы имеют круговые направляющие,
воспринимающие нагрузки, возникающие в процессе работы. Центри-
рование планшайб и столов выполняется либо направляющими, либо
шпинделем, либо совместно направляющими и шпинделем. Если центри-
рование осуществляется направляющими, то они имеют У-образную
форму. При наличии центрирующего шпинделя направляющие могут
быть плоскими.
Планшайбы
Планшайбы являются рабочими органами карусельных станков и
совершают главное рабочее движение. Планшайбы крупных карусельных
станков достигают диаметра 18 м. Карусельные станки с диаметром план-
_________0W
Рис. IV.49. Планшайба и шпиндельный узел карусельного станка
шайбы больше 10—12 м имеют две планшайбы, одну центральную цель-
ную и вторую кольцевую, внутри которой расположена центральная
планшайба. Планшайбы могут вращаться как независимо друг от друга,
так и совместно. Крупные планшайбы делаются сборными из отдельных
секций. Кольцевые планшайбы центрируются У-образными направляю-
щими, центральные планшайбы крупных карусельных станков и план-
шайбы карусельных станков средних размеров имеют также центрирую-
щий шпиндель.
Планшайбы выполняются коробчатого сечения с верхней и нижней
стенками, связанными кольцевыми и радиальными ребрами. В качестве
примера на рис. IV.49 приведен разрез планшайбы и шпиндельного узла
630
Рис. IV.51. Поворотный стол горизонтальнорасточного станка
8
карусельного станка 1541 [103]. Осевые нагрузки воспринимаются пло-
скими направляющими с накладками из текстолита, а радиальные —
роликовыми подшипниками серии 3182100.
В ряде конструкций в нижней опоре монтируется радиальный и упор-
ный подшипники, либо радиальноупорный, благодаря чему шпиндель
воспринимает часть осевых нагрузок, что способствует разгрузке направ-
ляющих.
В одно- и двухстоечных станках небольших размеров вместо напра-
вляющих скольжения начинают находить применение крупногабаритные
высокоточные подшипники качения.
Направляющие скольжения рассчитывают по удельным давлениям.
Большое внимание уделяется смазке направляющих, работающих
при высоких скоростях скольжения.
В зонах подводки масла в направляющих вышабривают У-образные
углубления [42], способствующие созданию поддерживающего масляного
слоя.
Вращающиеся столы карусельнофрезерных, карусельношлифовальных,
зубофрезерных станков имеют такую же конструкцию, как планшайбы.
В ряде случаев вращающиеся столы устанавливают на салазках, совер-
шающих прямолинейное движение. В частности, такую конструкцию
имеют столы зубофрезерных станков (рис. IV.50).
Круговые направляющие стола, изображенного на рис. IV.50, а, пред-
ставляют собой как бы подшипник с конической шейкой шпинделя боль-
шого диаметра.
Стол, изображенный на рис. IV.50, б, имеет круговые направляющие
У-образной формы и центрирующий шпиндель. Такое конструктивное
решение вызывает технологические трудности.
Направляющие вращающихся столов обычно работают при небольших
скоростях скольжения.
Поворотные столы
Поворотные столы поворачиваются только при установочных переме-
щениях. Такие встроенные столы имеют горизонтальнорасточные станки.
На координатнорасточных станках применяются накладные поворотные
столы.
Накладные столы координатнорасточных станков выполняются также
поворотными в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Пово-
ротные столы служат для установки под требующимся углом обрабаты-
ваемой детали.
. Поворотный стол 3 (рис. IV.51) горизонтальнорасточного станка 2А622
опирается на плоские направляющие. На направляющих стола имеются
накладки 1 из сплава ЦАМ. Центрируется стол цилиндрическим ролико-
вым подшипником 4 класса С, сидящим на конической шейке цапфы 5,
жестко связанной с верхним столом.
Для точного поворота стола на 90° служат четыре штриховые марки,
положение которых выверяется в процессе юстировки, и микроскоп.
При повороте направляющие стола разгружают, для чего в полость 6
подается под давлением масло. После поворота стол закрепляется с по-
мощью зажимов описанной выше конструкции — тарельчатых пружин
(рис. IV.33).
Для поворота стола служит специальный привод, от которого враще-
ние передается венцу 2 с внутренним зацеплением.
632
ГЛАВА IV РЕВОЛЬВЕРНЫЕ ГОЛОВКИ,
МНОГОПОЗИЦИОННЫЕ СТОЛЫ И БАРАБАНЫ
7.	РЕВОЛЬВЕРНЫЕ ГОЛОВКИ
Головка револьверного станка
Поворотная револьверная головка 2 расположена на
салазках 1 (рис. IV.52), перемещающихся по направ-
ляющим станины. Головка центрируется коническим роликовым под-
шипником. После поворота головка фиксируется фиксатором 11 и зажи-
мается стяжным хомутом 3. Хомут состоит из двух половин, которые
с одной стороны связаны друг с другом болтом, с помощью которого
регулируется усилие зажима, а с другой — имеют соосные отверстия,
через которые проходит конец вертикального валика 18, расположенного
в салазках. Валик имеет эксцентричную цапфу и при повороте валика
обе половины хомута стягиваются.
Процесс освобождения, поворота, фиксации и зажима револьверной
головки происходит автоматически при перемещении салазок по направ-
ляющим. В конце рабочего хода револьверной головки механизмы зани-
мают положение, показанное на чертеже. При обратном ходе ролик 14
рычага 13 набегает на скос качающегося упора 15 и, поворачиваясь вокруг
оси, вытягивает фиксатор И. В то же время паз вилки 17, сидящей на
оси валика 18, стягивающего хомут, приходит в контакт с пальцем 19
и вилка поворачивается, освобождая хомут. Вслед затем палец 6 приходит
в контакт с торцом качающегося рычага 16 и револьверная головка пово-
рачивается на угол 60°. К концу поворота ролик рычага 13 сходит с упора
и фиксатор 11 под действием пружины 12 заскакивает в следующее гнездо.
При ходе головки вперед рычаг 13 не поворачивается, так как упор 15
откидывается, поворачиваясь вокруг оси. Рычаг 16 также откидывается
под действием пальца 6', нажимающего на скошенную поверхность паза
рычага. Ролик 19 поворачивает вилку 17 в обратном направлении и осу-
ществляет зажим головки.
Синхронно с головкой поворачивается барабан 4 с упорами 5. В конце
рабочего хода регулируемый упор нажимает на упор планки 8, которая
перемещается вдоль оси цапфы 7, жестко связанной со станиной 10.
Вместе с планкой 8 перемещается штанга 9, которая через систему рыча-
гов воздействует на конечный выключатель, подающий сигнал для выклю-
чения рабочей подачи и включения быстрого обратного хода.
Головка токарно-револьверного автомата
Револьверная головка 15 (рис. IV.53) выполнена заодно с конической
цапфой, расположенной в отверстии корпуса 14. Корпус перемещается
по направляющим 1, привернутым к станине. При рабочей подаче головка
получает движение от кулачка через зубчатый сектор 6. Сектор зацеп-
ляется с зубчатой рейкой 7, связанной полым винтом 9 со штоком 8.
Шток 8 соединен шарнирно с шатуном 5 кривошипа 4. При рабочей подаче
кривошипный механизм занимает положение, показанное на чертеже,
и движение рейки непосредственно передается корпусу револьверной
головки. Винт 9 служит для регулирования положения головки в про-
дольном направлении. Винт свободно вращается на конце штока 8, а его
резьба входит в резьбу отверстия рейки. Кривошипный механизм исполь-
зуется для быстрого отвода и подвода револьверной головки в период ее
поворота.
633
10	9	8	7
Рис. IV.52. Револьверная головка револьверного станка 1П326
Рис. IV.53. Револьверная головка токарно-револьверного автомата 1Б140
Механизм поворота и быстрого подвода и отвода получает движение
от шестерни 10, которая через промежуточную передачу включается
однооборотной муфтой (см. стр. 556). От шестерни 10 вращение пере-
дается водилу“72 мальтийского креста, который сидит на валу криво-
шипа 4. Ца этом же валу сидит торцовый кулачок 11, который, поворачи-
вая рычаИ^З, выводит из гнезда фиксатор 16. При включении однооборот-
ной муфты водило делает один оборот и выключается. В начале поворота
шестерни 10 кривошип 4 подтягивает корпус револьверной головки к рейке.
Кулачок И выводит фиксатор 16 из гнезда. Ролик водила 12 входит в паз
мальтийского креста 13 и происходит поворот револьверной головки.
Фиксатор входит в очередное гнездо. Кривошипный механизм выпрям-
ляется и головка быстро подается вперед. Вслед затем начинается рабочий
ход, который осуществляется кулачком. Ролик зубчатого сектора прижи-
мается к кулачку под действием пружины 2, перемещающей корпус
револьверной головки по направляющим.
Державки для инструмента закрепляются в отверстиях револьверной
головки с помощью стяжных втулок, аналогичных втулкам для зажима
подвижных гильз (рис. IV.28, б).
Описанная головка имеет весьма удачную конструкцию и широко
применяется на отечественных и зарубежных токарно-револьверных
автоматах.
Головка револьверно-сверлильного станка
Револьверная шестишпиндельная головка 9 (рис. IV.54) смонтиро-
вана на корпусе подвижной бабки (рис. 1.49), перемещающейся по на-
правляющим стойки. Внутри корпуса размещена коробка скоростей и
подач.
Головка центрируется отверстием фланца 7. После поворота головка
прижимается к фланцу стяжным хомутом 8, состоящим из двух половин.
Шпиндели 10 головки получают вращение от выходного вала 4 коробки
скоростей через ряд шестерен, расположенных внутри цапфы 1. Враще-
ние передается ведущей шестерне 12, также расположенной внутри цапфы.
Внутри шестерни 12 расположен приводной валик 11 с торцовыми зуб-
цами, которые сцепляются с аналогичными зубцами шпинделя, установ-
ленного в рабочую позицию. При переключении головки зубцы приводного
валика расцепляются с зубцами шпинделя. На конце валика сидит диск 14,
на котором нарезаны зубья рейки, зацепляющиеся с зубьями реечной
шестерни, нарезанной на конце валика 3, расположенного в цапфе 1.
Валик 11 выводится из зацепления со шпинделем с помощью поршневого
гидравлического двигателя 2, на штоке которого расположен кулачок,
нажимающий на ролик рычага, закрепленного на конце валика 3. Этот же
поршневой двигатель приводит в движение механизмы фиксатора и зажима
стяжного хомута 8.
Поворот головки осуществляется с помощью другого поршневого дви-
гателя, который перемещает штангу 5.
На штанге расположена качающаяся собачка 6, захватывающая при
перемещении штанги один из шести пальцев, расположенных в торце
револьверной головки.
Для удаления из шпинделей инструментов и державок в цапфе поме-
щен качающийся рычаг 16.
При повороте пробки 13 с эксцентричной цапфой палец 15 переме-
щается вверх и поворачивает рычаг 16. При этом кнопка рычага вытал-
кивает инструмент из шпинделя. При смене инструмента шпиндели по-
следовательно подводятся к рычагу 16.
636

8.	МНОГОПОЗИЦИОННЫЕ СТОЛЫ И ШПИНДЕЛЬНЫЕ БЛОКИ
Многопозиционные столы
Многопозиционный стол, представленный на рис. IV.55, используется
в агрегатных станках, выпускаемых Харьковским заводом агрегатных
станков. Завод изготовляет несколько модификаций столов различного
диаметра, а также с различным числом позиций.
Рис. IV.55. Многопозиционный стол ХЗАС
Планшайба 4 стола центрируется цапфой, запрессованной в основа-
ние 1, и опирается на плоские направляющие и упорный шарикоподшип-
ник. К нижней плоскости планшайбы привинчены планки 5, образующие
пазы мальтийского креста с внутренним зацеплением. Ролик 6, осуще-
ствляющий поворот креста, сидит на пальце, установленном в дисковом
638
кулачке 3, закрепленном на валу 2. Дисковый кулачок 3 приводит в дей-
ствие механизм фиксатора 8. Кулачок нажимает на ролик рычага 12,
который закреплен на валу И рычага 9, перемещающего фиксатор 8.
Фиксатор заходит в гнездо 7 под действием пружины.
При повороте рычага 12 перемещается также толкатель, воздейству-
ющий на конечный выключатель 10, подающий сигнал для включения
агрегатных головок.
Электродвигатель привода механизма поворота приводит в движение
специальный червячный редуктор, червячная шестерня которого соеди-
нена телескопическим валиком с валом 2. Вал червяка связан с привод-
ным валом фрикционной муфтой. На валу червячной шестерни сидит
упор, который после одного оборота шестерни приходит в контакт с жест-
ким упором, фрикционная муфта проскальзывает и вращение червячной
шестерни прекращается. При подаче команды поворота стола жесткий
упор отводится с помощью электромагнита и червячная шестерня начи-
нает вращаться. После начала вращения червячной шестерни жесткий
упор сразу же возвращается на место и шестерня, сделав один оборот,
вновь выключается.
Многопозиционный стол (рис. IV.56) Минского завода автоматических
линий предназначается для агрегатных станков больших размеров. Стол 1,
который центрируется коническим роликовым подшипником, опирается
на плоские направляющие основания 2. При повороте стол получает дви-
жение от периодически включаемого электродвигателя 6 через червячную
и зубчатую передачу с внутренним зацеплением. Фиксация стола осу-
ществляется с помощью пальцев 3, число которых соответствует числу
позиций, и откидной собачки 5. При повороте стола по часовой стрелке
очередной палец 3, входя в выемку собачки, отжимает ее влево. При этом
срабатывает группа конечных выключателей системы управления. Элек-
тродвигатель 6 отключается, и включается электродвигатель 7. По инер-
ции стол продолжает двигаться вперед и палец 3 выходит за пределы
собачки. Под действием пружины 4 собачка возвращается в первоначаль-
ное положение. В этот момент электродвигатель 7 сообщает столу враще-
ние в обратном направлении. При движении стола в обратном направле-
нии палец 3 прижимается к торцу собачки и тем самым стол фиксируется
в требующемся положении. Электродвигатель выключается с помощью
реле тока.
При обратном движении стол вращается медленно и, следовательно,
электродвигатель 7 должен иметь меньшую мощность. Так как при этом
уменьшается момент инерции ротора двигателя, то в результате дости-
гается снижение динамических нагрузок в момент остановки.
Кольцевой стол (рис. IV.57) предназначается для многопозиционных
агрегатных станков с центральной колонной. Стол 7 центрируется гиль-
зой 8, закрепленной на основании 5. Стол опирается на упорный
подшипник 12 и ролики 11, с которыми контактирует стальное коль-
цо 10.
На верхний торец гильзы 8 опирается центральная колонна станка.
Поворот и фиксация стола осуществляются с помощью гидравли-
ческих поршневых приводов. Для поворота стола служит гидравли-
ческий цилиндр 24, имеющий конструкцию, аналогичную представлен-
ной на рис. П.103. Для устранения удара в конце хода в крышку
цилиндра встроен демпфер, имеющий конструкцию, показанную на
рис. 11.135.
Зубчатая рейка, нарезанная на штоке 2 поршня, зацепляется с шестер-
ней 1, свободно сидящей на валу. В момент поворота шестерня 1 сцеп-
ляется с валом кулачковой муфтой 3 и движение передается столу через
639
640
. Кучер 417
$2360
Ф2230
(W5
Ф70£
IV.57.
Ф554
Ф13К Ф
Рис.
Многопозицион-
ный стол с ги-
дравлическим
приводом

ф900п
Ф160Н
M95*l
фЮО$
Ф/и 0 г;
ФЗО^
гмгнЮ
об/мин

Ф930'
ФЮ80
А-А
ФМ5й
шестерни 6 и 9. Включение муфты 3 и фиксация стола осуществляются
с помощью гидравлического поршневого двигателя 18. Шток поршня с зуб-
чатой рейкой сцепляется с шестерней 17, закрепленной на валу 16. Ше-
стерни 15 и 25, также закрепленные на валу 16, служат для вывода и ввода
двух фиксаторов 26 и 14, а шестерня 20, зацепляющаяся с рейкой 19, —
для перемещения вилки 4 муфты 3.
Работа механизма протекает в следующей последовательности. Гидро-
привод 18, поворачивая вал 16, выводит фиксаторы 14 и 26 и включает
муфту 3. Вслед затем включается гидропривод 24 и происходит поворот
стола; по окончании поворота вновь включается гидропривод 18 и
осуществляется фиксация стола, при этом муфта 3 расцепляется. В
конце цикла поршень гидропривода 24 возвращается в исходное по-
ложение.
Сигналы об окончании отдельных этапов цикла подаются кулачками
дисков 13 и 22, воздействующими на конечные выключатели. Диск 22
связан с шестерней 1 через шестерни 21, 27 и 23.
Если в многопозиционном столе располагаются вращающиеся шпин-
дели, то поворотная часть стола снабжается развитыми бобышками,
в которых монтируются опоры шпинделей. Бобышки связываются с верх-
ней плоскостью стола системой ребер, обеспечивающих необходимую
жесткость.
Многопозиционные барабаны
и шпиндельные блоки
Поворотные многопозиционные барабаны располагаются на валу, кото-
рый получает движение от тех или иных механизмов периодического пово-
рота. Гнезда фиксатора размещаются либо непосредственно в теле бара-
бана, либо в специальном фиксаторном диске, закрепленном на том же
валу, на котором сидит барабан. Поворот барабана происходит вместе
с валом, который смонтирован на соответствующих опорах.
В поворотном барабане могут быть смонтированы вращающиеся шпин-
дели. Шпиндели многошпиндельных токарных автоматов монтируются
в так называемых шпиндельных блоках 2 (рис. IV.58). Шпиндельный блок
центрируется внутренней поверхностью отверстия корпуса, которая охва-
тывает наружную поверхность блока. В гнездах блока монтируются
опоры шпинделей 6, получающих вращение от центрального вала 4, рас-
положенного в трубе 5. Поворот шпиндельного блока осуществляется
мальтийским крестом, связанным через промежуточную зубчатую пере-
дачу с шестерней 1. Водило мальтийского креста закреплено на централь-
ном кулачково-распределительном валу (см. стр. 553).
Механизм фиксации шпиндельного блока состоит из двух фиксато-
ров 11 и 12. В момент фиксации фиксаторы, контактируя с наклонными
поверхностями фиксаторных гнезд 3, прижимают шпиндельный блок
к поверхности отверстия корпуса, чем обеспечивается необходимая жест-
кость системы.
Механизм фиксации приводится в движение кулачком кулачково-
распределительного вала, который сообщает движение рычагу 7. Ры-
чаг 7 связан тягой 8 с рычагом 9. В момент фиксации усилие передается
рычагу 9 через мощную пружину, работающую на сжатие. Рычаг 9 свя-
зан с фиксаторами 11 и 12 тягами 10 и 13. Ввод и вывод фиксатора осу-
ществляется поворотом вокруг осей. Фиксаторам усилие передается также
через промежуточные пружины.
Шпиндельные блоки изготовляются из модифицированного чугуна, что
повышает их износостойкость.
642
КхК
ГЛАВА V АГРЕГАТНЫЕ ГОЛОВКИ
9.	головки С ПОДВИЖНЫМИ ГИЛЬЗАМИ
Головки с подвижными гильзами обычно применяются
на агрегатных станках, предназначенных для обработки
небольших деталей и деталей среднего размера [36, 83]. В механизмах
подач таких головок используются механизмы с плоскими и простран-
ственными кулачками, приводы пневмогидравлические и реже — гидравли-
ческие.
Головки с кулачковыми механизмами
Наибольшее распространение получили головки с плоскими кулач-
ками. Такие головки различных типоразмеров выпускаются серийно
Харьковским заводом агрегатных станков.
Механизмам головки движение сообщается от индивидуального электро-
двигателя (рис. IV. 59). Головки выпускаются либо с электродвигателем,
установленным на головке, от которого вращение передается через ре-
менную передачу, либо с фланцевым электродвигателем. Вращение пере-
дается полой втулке, на которой сидит червяк 15, зацепляющийся с чер-
вячным колесом 14 привода подачи. В полую втулку входит шпоночный
конец шпинделя, смонтированного в подвижной гильзе 11. Гильза 11
получает движение от плоского пазового кулака 12, в паз которого входит
ролик, жестко связанный с гильзой. Профиль кулачка (паза) должен
соответствовать характеру производимой технологической операции.
Время цикла — одного оборота кулачка — настраивается с помощью
сменных шестерен 13.
По окончании очередного цикла головка выключается с помощью
муфты 1. В конце обратного хода упор 10, связанный с гильзой, нажимает
на рычаг 6, который захватывает штангу 3 за выступ 7 и перемещает ее
вправо. При этом поворачивается рычаг 2, выключающий муфту 1. Авто-
матическое включение головки по команде, подаваемой системой управ-
ления общим автоматическим циклом работы станка, осуществляется
с помощью электромагнита 9. При включении электромагнита поворачи-
вается рычаг 8, который приподнимает штангу 3, при этом выступ 7
выходит из зацепления с рычагом 6 и штанга 3 под действием пружины 4
перемещается вправо, а муфта 1 включается. Под действием пружины 5
штанга 3 стремится опуститься вниз. После того как гильза начнет пере-
мещаться вперед и рычаг 6 освободится, он вновь заскакивает за выступ 7
и в конце обратного хода процесс выключения повторяется.
На конец скалки надеваются различные насадки: многошпиндельные
сверлильные, фрезерные и т. п.
Головки, используемые для нарезания резьбы, имеют путевой пере-
ключатель для реверсирования направления вращения шпинделя.
Головки устанавливают на салазках, которые служат для настройки
положения головки в направлении оси шпинделя.
Пневмогидравлические головки
Пневмогидравлический привод подачи выполняется в соответствии
с одной из схем, представленных на рис. 11.147. Гильза 1 (рис. IV.60),
в которой смонтирован приводной вал шпиндельной насадки, составляет
одно целое с поршнем 3 привода подачи. При перемещении гильзы вперед
в полость 4 подается сжатый воздух. Масло, находящееся в полости 2, <
переходит в полость 7, отделенную от полости 5 пневмомембраной 6.
Включением быстрого и рабочего хода управляют упоры, расположенные
£44

о
II
Ч1д
Рис. IV.60. Пневмогидравлическая головка
Рис. IV.61. Головка с электромеханическим приводом
о
на штангах 8 и 9. При быстром ходе назад сжатый воздух подается в по-
лость 5 и масло, находящееся в полости 7, выдавливается в полость 2
рабочего цилиндра. Данная схема отличается от схемы, представленной
на рис. 11.147, тем, что сжатый воздух и масло разделяются мембраной 6,
что исключает попадание сжатого воздуха в масло.
10.	головки с подвижным КОРПУСОМ
Головки с подвижными корпусами применяются на станках, пред-
назначенных для обработки крупных деталей. В приводах подач этих
головок используются кулачковые механизмы с пространственными
кулачками, электромеханические приводы с винтом и гайкой, гидравли-
ческие приводы [36, 83, 12]. Приводы с кулачковыми механизмами нахо-
дят сравнительно небольшое применение, так как для каждой технологи-
ческой операции необходимо изготовлять специальный кулачок; кроме
того, без значительного усложнения привода трудно исключить большие
потери времени на холостые ходы и обеспечить получение больших уси-
лий подачи, необходимых при одновременной работе большим числом
инструментов. Наибольшее распространение получили головки с электро-
механическим и гидравлическим приводами.
Головки с электромеханическим приводом
Головки с электромеханическим приводом различных типоразмеров
выпускаются Минским заводом автоматических линий. Корпус 2
(рис. IV. 61) головки перемещается по направляющим плиты 13. Флан-
цевый электродвигатель 1 сообщает движение валу 4, от которого полу-
чают вращение шпиндели шпиндельной коробки, прикрепляемой к торцу
подвижного корпуса. От червяка 3 привода главного движения заим-
ствуется движение рабочей подачи. При быстрых ходах приводу подачи
сообщается движение от электродвигателя 20.
При рабочих ходах вращение получает вращающаяся гайка, пред-
ставляющая собой гильзу 16, в которой жестко закреплена гайка 14
и может смещаться в осевом направлении гайка 18, служащая для устра-
нения зазора в паре винт—гайка. На гильзе 16 жестко закреплена червяч-
ная шестерня 15. Червячная шестерня 15 может получать вращение от
червяка 3 через одну из двух различных кинематических цепей, которые
включаются электромагнитными муфтами 6 и 8. Электромагнитные муфты
сцепляют вал червячного колеса 7 либо с приводным валом сменных ше-
стерен 5, либо — сменных шестерен 9. С помощью сменных шестерен 5
и 9 можно настроить две различные подачи, автоматически переключаемые
в течение цикла. От сменных шестерен вращение передается валу чер-
вяка 11, зацепляющегося с червячным колесом 15. Червяк связан с валом
предохранительной фрикционной муфтой 10. Во время рабочей подачи
винт 17 удерживается электромагнитным тормозом 19. Тормоз включается
пружиной и выключается при подаче тока в обмотку муфты.
Всеми переключениями в процессе осуществления автоматического
цикла управляют упоры, закрепленные в пазу неподвижного основания,
воздействующие на путевые переключатели. При точном останове пере-
мещение корпуса ограничивается жестким упором 12.
Головки с гидравлическим приводом
В агрегатных головках преимущественно используется привод с дрос-
сельным регулированием. Для повышения к. п. д. привода и уменьше-
ния нагрева масла в гидроприводах агрегатных головок применяются
648
сдвоенные лопастные насосы. При рабочих ходах включается один, при
быстрых — оба насоса. Для получения быстрых ходов используются
схемы с дифференциальными цилиндрами. Одна из схем агрегатной го-
ловки была рассмотрена выше (см. стр. 376).
Корпус 2 (рис. IV.62) подвижной головки перемещается так же, как
в предыдущей конструкции, по направляющим неподвижной плиты 6.
Фланцевый электродвигатель 1 сообщает вращение приводному валу 4
и лопастному насосу 3. Резервуар для масла располагается внутри кор-
пуса головки. К корпусу головки прикрепляется цилиндр 5, шток которого
связан с неподвижной плитой.
Рис. IV.62. Головка с гидравлическим приводом
Вся аппаратура управления монтируется в корпусе головки. Упоры,
переключающие конечные выключатели и гидравлические аппараты,
размещаются в пазах плиты или подвижного корпуса.
Наряду с самодействующими агрегатными головками, которые рас-
полагают собственным приводом подач и аппаратурой управления, при-
меняются также несамодействующие агрегатные головки с гидравличе-
ским приводом. В этом случае в головке описанной выше конструкции
помещается только поршневой гидравлический двигатель, а система
питания и гидроаппаратура представляет собой отдельный агрегат. Не-
самодействующие головки более компактны.
В последнее время в практике станкостроения начинают находить
применение самодействующие столы, которые отличаются от самодей-
ствующих головок тем, что вместо подвижного коробчатого корпуса они
имеют плоский подвижной стол, на котором могут устанавливаться либо
различные шпиндельные бабки, либо обрабатываемые детали.
Шпиндельные насадки и коробки
Шпиндельные насадки головок с подвижными гильзами закрепляются
на конце гильзы. Способ крепления насадки определяется конструкцией
конца подвижной гильзы. Если гильза имеет гладкий конец, то хвостовик
насадки с центрирующим отверстием выполняется в форме стяжного
649
Рис. IV.63. Насадка с фланцевым креплением Рис. IV.64. Насадка с выносным
к подвижной гильзе	шпинделем
Рис. IV.65. Насадка для фрезерных работ
650
хомута, который зажимается на конце гильзы. Значительное распростра-
нение получило фланцевое крепление (рис. IV.63). Корпус насадки при-
крепляется болтами к фланцу подвижной гильзы. Ведущий валик 3 связан
торцовым выступом с приводным валом головки. Так как расстояние между
осями шпинделей мало, то подшипники 1 и 2 шпинделей сдвинуты друг
относительно друга в осевом направлении. К корпусу насадки на скалке 5
подвешена кондукторная плита 4 с кондукторными втулками для направ-
ления режущего инструмента. При опускании гильзы с насадкой кондук-
торная плита фиксируется втулками 6 зажимного приспособления. При
дальнейшем движении гильзы сжимаются пружины, расположенные
между корпусом насадки и кондукторной плитой.
Аналогичную конструкцию имеют шпиндельные коробки головок
с подвижными корпусами.
Для выполнения операций, которые требуют подвода инструмента
с внутренней стороны, применяются насадки с выносными шпинделями
(рис. IV. 64).
Для выполнения на агрегатных станках различного рода фрезерных
работ используются насадки со шпинделями, расположенными перпен-
дикулярно к направлению перемещения гильзы или корпуса (рис. IV.65).
Насадка, показанная на рис. IV.65, прикрепляется к фланцу гильзы
и для повышения жесткости поддерживается двумя прикрепленными к торцу
корпуса головки штангами, которые входят в отверстия корпуса насадки.
Расположение шпинделей насадок и шпиндельных коробок опреде-
ляется характером выполняемых технологических операций. Сами шпин-
дельные узлы и ряд деталей передач нормализованы.
ГЛАВА VI АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЗАЖИМНЫЕ,
ТРАНСПОРТИРУЮЩИЕ И ЗАГРУЗОЧНЫЕ
УСТРОЙСТВА
11.	ЗАЖИМНЫЕ УСТРОЙСТВА
Процесс питания станков-автоматов заготовками осу-
ществляется при тесном взаимодействии загрузочных
устройств и автоматических зажимных приспособлений. Во многих слу-
чаях автоматические зажимные устройства являются элементом кон-
струкции станка или его неотъемлемой принадлежностью. Поэтому,
несмотря на наличие специальной литературы, посвященной зажимным
приспособлениям, представляется необходимым вкратце остановиться на
некоторых характерных конструкциях.
Подвижные элементы автоматических зажимных приспособлений полу-
чают движение от соответствующих управляемых приводов, в качестве
которых могут быть использованы механические управляемые приводы,
получающие движение от основного привода рабочего органа или от
независимого электродвигателя, кулачковые приводы, гидравлические,
пневматические и пневмогидравлические приводы. Отдельные подвижные
элементы зажимных приспособлений могут получать движение как от
общего, так и от нескольких независимых приводов.
Рассмотрение конструкций специальных приспособлений, которые
в основном определяются конфигурацией и размерами конкретной обра-
батываемой детали, не входит в задачи настоящей работы, и мы ограни-
чимся ознакомлением с некоторыми зажимными приспособлениями широ-
кого назначения.
651
Зажимные патроны
Имеется большое число конструкций самоцентрирующих патронов
в большинстве случаев с поршневым гидравлическим и пневматическим
приводом, которые применяются на токарных, револьверных и шлифоваль-
ных станках. Эти патроны, обеспечивая надежный зажим и хорошее цен-
трирование обрабатываемой детали, имеют небольшой расход кулачков,
из-за чего при переходе от обработки одной партии деталей к другой
патрон необходимо перестраивать и для обеспечения высокой точности
центрирования обрабатывать центрирующие поверхности кулачков на
месте; при этом закаленные кулачки шлифуются, а сырые обтачиваются
или растачиваются.
Одна из распространенных конструкций зажимного патрона с пнев-
матическим поршневым приводом представлена на рис. IV.66. Пневмати-
ческий цилиндр 2 (рис. IV.66, а) закрепляется с помощью промежуточного
фланца 3 на конце шпинделя 4. Подвод воздуха к пневматическому ци-
Рис. IV. 66. Пневматический зажимной патрон
линдру осуществляется через- буксу 1, сидящую на подшипниках каче-
ния на хвостовике крышки цилиндра. Поршень цилиндра связан што-
ком 5 с зажимным механизмом патрона. Пневматический патрон 7 при-
крепляется к фланцу 6 шпинделя. Головка 8, закрепленная на конце
штока 5, имеет наклонные пазы, в которые входят Г-образные выступы
кулачков 9. При перемещении головки вместе со штоком вперед кулачки
сближаются, при движении назад — расходятся.
На основных кулачках 9, имеющих Т-образные пазы, закрепляются
накладные кулачки 10, которые устанавливаются в соответствии с диа-
метром зажимаемой поверхности обрабатываемой детали.
Благодаря небольшому числу промежуточных звеньев, передающих
движение кулачкам, и значительным размерам трущихся поверхностей
патроны описанной конструкции обладают сравнительно высокой жестко-
стью и долговечностью. В ряде конструкций пневматических патронов
используются рычажные передачи (рис. IV.66, б). Такие патроны обладают
652
меньшей жесткостью и из-за наличия ряда шарнирных соединений изна-
шиваются быстрее.
Вместо пневматического цилиндра может быть использован пневмо-
мембранный привод или гидравлический цилиндр. Вращающиеся вместе
со шпинделем цилиндры, особенно при высоком числе оборотов шпинделя,
требуют тщательной балансировки, что является недостатком данного
варианта конструкции.
Поршневой привод может быть установлен неподвижно соосно со
шпинделем, а шток цилиндра соединен с зажимным штоком муфтой,
обеспечивающей свободное вращение зажимного штока вместе со шпин-
делем. Шток неподвижного цилиндра может быть связан с зажимным
штоком также системой промежуточных механических передач. Такие
схемы применимы при наличии самотормозящихся механизмов в приводе
зажимного приспособления, так как в ином случае шпиндельные под-
шипники будут нагружаться значительными осевыми усилиями.
Наряду с самоцентрирующими патронами применяются также двух-
кулачковые патроны со специальными кулачками, получающими движе-
ние от указанных выше приводов, и специальные патроны.
Подобные же приводы используются при закреплении деталей на
различных разжимных оправках.
Цанговые зажимные устройства
Цанговые зажимные устройства являются элементом конструкции
револьверных станков и токарных автоматов, предназначенных для изго-
товления деталей из прутка. Вместе с тем они находят широкое приме-
нение и в специальных зажимных приспособлениях.
Рис. IV. 67. Цанговые зажимные
устройства
В практике встречаются цанговые
(рис. 1V.67).
Цанга 4 (рис. IV.67, а), имеющая
центрируется задним цилиндрическим
зажимные устройства трех типов
несколько продольных надрезов,
хвостом в отверстии шпинделя 2,
653
а передним коническим — в отверстии колпака 3. При зажиме труба /
перемещает ц$нгу вперед и ее передняя коническая часть входит в кони-
ческое отверстие колпака шпинделя. При этом цанга сжимается и зажи-
мает пруток или обрабатываемую деталь. Зажимное устройство данного
типа имеет ряд существенных недостатков.
Точность центрирования обрабатываемой детали в значительной мере
определяется соосностью конической поверхности колпака и оси вращения
шпинделя. Для этого необходимо достигнуть соосности конического
отверстия колпака и его цилиндрической центрирующей поверхности,
соосности центрирующего буртика и оси вращения шпинделя и минималь-
ного зазора между центрирующими поверхностями колпака и шпинделя.
Так как выполнение указанных условий представляет значительные
трудности, то цанговые устройства данного типа не обеспечивают хоро-
шего центрирования.
Кроме того, в процессе зажима цанга, перемещаясь вперед, захваты- '
вает пруток, который перемещается при этом вместе с цангой, что может
привести к изменению размеров обрабатываемых деталей по длине и к по-
явлению больших давлений на упор. В практике имеют место случаи,
когда вращающийся пруток, прижатый с большой силой к упору, при-
варивается к последнему.
Достоинством данной конструкции является возможность использова-
ния шпинделя малого диаметра. Однако поскольку диаметр шпинделя
в значительной мере определяется другими соображениями и, в первую
очередь, его жесткостью, то данное обстоятельство в большинстве слу-
чаев не имеет существенного значения.
Вследствие указанных недостатков данный вариант цангового зажим-
ного устройства находит ограниченное применение.
Цанга 2 (рис. IV.67, б) имеет обратный конус, и при зажиме материала
труба 1 втягивает цангу в шпиндель. Данная конструкция обеспечивает
хорошее центрирование, так как центрирующий конус расположен не-
посредственно в шпинделе. Недостатком конструкции является пере-
мещение материала вместе с цангой в процессе зажима, что приводит
к изменению размеров обрабатываемой детали, однако не вызывает
никаких осевых нагрузок на упор. Некоторым недостатком является
также слабость сечения цанги в месте резьбового соединения. Диаметр
шпинделя увеличивается незначительно по сравнению с предыдущим
вариантом.
Вследствие отмеченных достоинств и простоты конструкции данный
вариант находит широкое применение на револьверных станках и много-
шпиндельных токарных автоматах, шпиндели которых должны иметь
минимальный диаметр.
Вариант, показанный на рис. IV. 67, в, отличается от предыдущего
тем, что в процессе зажима цанга 4, упирающаяся передней торцовой
поверхностью в колпак 5, остается неподвижной, а под действием трубы 1
перемещается гильза 2. Коническая поверхность гильзы надвигается
на наружную коническую поверхность цанги, и последняя сжимается.
Поскольку цанга в процессе зажима остается неподвижной, то при данной
конструкции не происходит смещения обрабатываемого прутка. Гильза 2
имеет хорошее центрирование в шпинделе, а обеспечение соосности вну-
тренней конической и наружных центрирующих поверхностей гильзы
не представляет технологических трудностей, благодаря чему данная
конструкция обеспечивает достаточно хорошее центрирование обрабаты-
ваемого прутка.
При' освобождении цанги труба 1 отводится влево и гильза 2 пере-
мещается под действием пружины 3.
654
Для того чтобы силы трения, возникающие в процессе зажима на
торцовой поверхности лепестков цанги, не уменьшали бы усилие зажима,
торцовой поверхности придается коническая форма с углом, несколько
превышающим угол трения.
Данная конструкция сложнее предыдущей и требует увеличения
диаметра шпинделя. Однако вследствие отмеченных достоинств она
широко применяется в одношпиндельных автоматах, где увеличение диа-
метра шпинделя не имеет существенного значения, и в ряде моделей ре-
вольверных станков.
Размеры наиболее распространенных цанг нормируются соответствую-
щим ГОСТом. Цанги больших размеров выполняются со сменными губ-
ками, что позволяет уменьшить количество цанг в комплекте и при износе
губок заменять их новыми.
Поверхность губок цанг, работающих при больших нагрузках, имеет
насечку, что обеспечивает передачу больших усилий зажимаемой детали.
Зажимные цанги изготовляют из сталей У8А, У10А, 65Г, 9ХС. Рабо-
чая часть цанги закаливается до HRC 58^-62. Хвостовая часть подвер-
Рис. IV.68. Механизм перемещения зажимной трубы
гается отпуску до HRC 38-S-40. Для изготовления цанг применяют также
цементируемые стали, в частности сталь 12ХНЗА.
Труба, перемещающая зажимную цангу, сама получает движение от
одного из перечисленных видов приводов через ту или иную систему
промежуточных передач. Некоторые конструкции промежуточных пере-
дач для перемещения зажимной трубы представлены на рис. IV.68.
Зажимная труба получает движение от сухарей 7 (рис. IV.68, а),
представляющих собой часть втулки с выступом, заходящим в паз шпин-
деля 8. Сухари опираются на хвостовые выступы 9 зажимной трубы,
которые удерживают их в требуемом положении. Сухари получают дви-
жение от рычагов 5, Г-образные концы которых заходят в торцовую вы-
точку втулки 6, сидящей на шпинделе. При зажиме цанги втулка 4 пере-
мещается влево и, воздействуя внутренней конической поверхностью на
концы рычагов 5, поворачивает их. Поворот происходит относительно
точек контакта Г-образных выступов рычагов с выточкой втулки 6. При
этом пятки рычагов нажимают на сухари 7. На чертеже механизмы по-
казаны в положении, соответствующем окончанию зажима. В этом поло-
жении механизм оказывается замкнутым, а втулка 4 разгружена от осе-
вых усилий. Регулирование усилия зажима осуществляется гайками 3, с
помощью которых перемещается втулка 6. Чтобы избежать необходимости
увеличения диаметра шпинделя, на него посажено резьбовое кольцо 2,
которое упирается в полукольца 1, заходящие в канавку шпинделя.
В зависимости от диаметра зажимной поверхности, который может
колебаться в пределах допуска, зажимная труба будет занимать различное
655
положение в осевом направлении. Отклонения в положении трубы
компенсируются деформацией рычагов 5. В других конструкциях вво-
дятся специальные пружинные компенсаторы.
Данный вариант широко применяется в одношпиндельных токарных
автоматах Имеются многочисленные конструктивные модификации, отли-
чающиеся формой рычагов.
В ряде конструкций рычаги заменяются расклинивающими шариками
или роликами (рис. IV.68, б). На конце зажимной трубы 2 на резьбе
сидит фланец 1. При зажиме цанги фланец вместе с трубой перемещается
влево. Фланец получает движение от гильзы 6, воздействующей через
ролик 4 на диск 3. При перемещении гильзы 6 влево ее внутренняя кони-
ческая поверхность заставляет бочкообразные ролики 4 перемещаться
к центру. При этом ролики, двигаясь по конической поверхности шайбы 5,
смещаются влево, перемещая в этом же направлении диск 3 и фланец /
,с зажимной трубой. Все детали смонтированы на втулке 7, установленной
на конце шпинделя 8. Усилие зажима регулируется навинчиванием-'
фланца 1 на трубу 2. В требующемся положении фланец 1 застопори-
вается с помощью фиксатора 9. Механизм может быть снабжен упругим
компенсатором в виде тарельчатых пружин, что позволяет использовать
его для зажима прутков с большими допусками на диаметр.
Подвижные гильзы, осуществляющие зажим, получают движение от
кулачковых механизмов токарных автоматов или от поршневых приводов.
Зажимная труба может быть также непосредственно связана с поршневым
приводом.
Приводы зажимных приспособлений
многопозиционных станков
Каждое из зажимных приспособлений многопозиционного станка
может иметь либо свой, обычно поршневой, привод, либо подвижные
элементы зажимного приспособления могут получать движение от при-
вода, установленного в загрузочной позиции. В последнем случае меха-
низмы зажимного приспособления, попадающие в загрузочную позицию,
связываются с механизмами привода. По окончании зажима эта связь
прекращается.
Последний вариант широко используется на многошпиндельных то-
карных автоматах. В позиции, в которой происходит подача и зажим
прутка, установлен ползун с выступом. При повороте шпиндельного блока
выступ входит в кольцевую канавку подвижной гильзы 6 зажимного
механизма (см. рис. IV.68, б) и в соответствующие моменты перемещает
гильзу в осевом направлении.
Подобный принцип может быть в ряде случаев использован для пере-
мещения подвижных элементов зажимных приспособлений, установленных
на многопозиционных столах и барабанах. Серьга 8 (рис. IV.69) зажи-
мается между неподвижной 7 и подвижной 1 призмами зажимного при-
способления, установленного на многопозиционном столе. Призма 1
получает движение от ползуна 11 с клиновым выступом 10, который входит
в паз ползуна призмы 1. При перемещении ползуна 11 выступ 10 пере-
мещает призму 1. Угол наклона выступа 10 выбирается исходя из условий
самоторможения механизма.
Ползун 11 может перемещаться с помощью двуплечего рычага, плечи 2
и 3 которого сидят на общей оси. Плечо 2 с помощью сухаря 12 связано
с полузном И. На конце плеча 3 установлен ролик 6, который при при-
ходе очередного приспособления в загрузочную позицию входит в паз
ползушки 5, связанной со штоком гидроцилиндра 4, закрепленного на
656
кронштейне 9. При перемещении штока от центра стола призма 1 пере-
мещается к центру и зажатая ранее деталь освобождается. При пере-
мещении штока гидроцилиндра к центру стола происходит зажим вновь
установленной заготовки.
Для зажима детали может быть использована потенциальная энергия
пружины, установленной в приспособлении. При применении тарельчатых
шайб можно обеспечить весьма большое усилие зажима. При приходе
приспособления в загрузочную позицию шток гидроцилиндра вступает
в контакт с механизмом зажима и, сжимая пружину, освобождает обра-
ботанную деталь. После установки заготовки шток отходит и освобо-
жденная пружина приводит в действие механизм зажима.
А-А
Рис. IV.69. Зажимное приспособление многопозиционного станка, работающее
от привода, установленного в загрузочной позиции
Следует заметить, что подобные простые решения недостаточно исполь-
зуются при проектировании зажимных приспособлений для многопози-
ционных станков при обработке некрупных деталей.
При наличии индивидуальных поршневых двигателей у каждого из
зажимных приспособлений многопозиционного станка к поворотному
столу или барабану должен быть подведен сжатый воздух или масло под
давлением. Устройство для подвода сжатого воздуха или масла анало-
гично описанному выше устройству вращающегося цилиндра (рис. IV.66).
Применение подшипников качения в данном случае излишне, так как
скорость вращения мала.
Каждое из приспособлений может иметь индивидуальный распре-
делительный кран или золотник, либо для всех зажимных приспособлений
может быть использовано общее распределительное устройство.
Индивидуальные краны или распределительные устройства пере-
ключаются вспомогательными приводами, установленными в загрузочной
позиции.
Общее распределительное устройство последовательно подключает
поршневые приводы зажимных приспособлений по мере поворота стола
или барабана. Конструкция подобного распределительного устройства
изображена на рис. IV.70. Корпус 14 распределительного устройства,
657
установленный соосно с осью вращения стола или барабана, вращается
вместе с последними, а золотники 21 и 20 вместе с осью 19 остаются не-
подвижными. Золотник 21 управляет подачей сжатого воздуха в полости 5,
а золотник 20 — в полости 3 зажимных цилиндров.
Сжатый воздух поступает по каналу 13 в пространство между золот-
никами и направляется с помощью последних в соответствующие полости
зажимных цилиндров. Отработанный воздух уходит в атмосферу через
отверстия 12.
В полости 3 сжатый воздух попадает через отверстие 15, дуговую
канавку 17 и отверстия 18 и 16. Пока отверстия 18 соответствующих
цилиндров совпадают с дуговой канавкой, в полости 3 цилиндров посту-
Рис. IV.70. Распределительное устройство поршневых приводов
зажимных приспособлений миогопозициониого стола
пает сжатый воздух. Когда при очередном повороте стола отверстие 18
одного из цилиндров совместится с отверстием 22, полость 3 этого ци-
линдра окажется связанной с атмосферой через кольцевую канавку 1,
канал 2, кольцевую канавку 4 и канал 12.
Полости 5 тех цилиндров, в полости 3 которых поступает сжатый
воздух, должны быть связаны с атмосферой. Полости 5 соединяются
с атмосферой через каналы 6, 7, дуговую канавку 9, каналы 10, 11, коль-
цевую канавку 4 и отверстие канала 12.
В полость 5 цилиндра, находящегося в загрузочной позиции, должен
поступать сжатый воздух, который подается через отверстие 8 и ка-
налы 7 и 6.
Таким образом, при повороте многопозиционного стола происходит
автоматическое переключение потоков сжатого воздуха.
Аналогичный принцип используется и для управления потоками
масла, подаваемого к зажимным приспособлениям многопозиционных
станков [83].
Подобные же распределительные устройства применяются и на стан-
ках для непрерывной обработки с вращающимися столами или барабанами.
658
Принципы определения усилий,
действующих в зажимных приспособлениях
Рис. IV. 71. К расчету
усилий в цанговом за-
жимном устройстве
Зажимные приспособления, как правило, проектируются таким обра-
зом, чтобы усилия, возникающие в процессе резания, воспринимались бы
неподвижными элементами приспособлений. Если те или иные силы, воз-
никающие в процессе резания, воспринимаются подвижными элементами,
то величина этих сил определяется на основе уравнений статики.
При обработке тел вращения силы резания обычно уравновешиваются
силами трения, возникающими при зажиме обрабатываемой детали.
Если к обрабатываемой детали одновременно приложено окружное усилие
и осевая сила, то нормальное усилие, которое необходимо приложить
к зажимаемой поверхности, может быть определено
m =	+ р2ос,
где Рск — окружная сила на зажимаемой поверх-
ности;
Рос — осевая сила;
/ — коэффициент трения на зажимаемой
поверхности;
Р — коэффициент запаса.
Коэффициент трения рекомендуется принимать
равным 0,25 при гладких, зажимных поверхностях
зажимных элементов и 0,*3—0,35 при насеченных.
Коэффициент запаса принимают равным 1,2—1,5.
Усилия, действующие в звеньях промежуточ-
ных передач зажимного механизма, определяются
в соответствии с его схемой и конструкцией на
основе уравнений статики. При использовании
в зажимных приспособлениях различного рода
клиновых, эксцентриковых и т. п. механизмов
делении сил, действующих в звеньях механизмов, учитывать силы тре-
ния, так как расчет, выполненный без учета сил трения, может дать
неправильные результаты. Например, при определении осевого усилия,
которое должно быть приложено к цанге, должны быть учтены силы
трения, возникающие на поверхности цанги (рис. IV. 71). Под влиянием
силы трения сила Л/', приложенная к конической поверхности цанги,
отклоняется от нормали на угол трения <р. Из условий равновесия
должно выполняться равенство
N' cos (а + <р) = N,
необходимо при опре-
откуда осевая составляющая
ро. ц = N' sin (а + <p) = V tg (а + ф),
где а — угол наклона образующей конуса цанги.
При углах а = 15° и ф = 6° результат, полученный без учета сил
трения, будет на 33% меньше результата, полученного с учетом сил
трения.
При уточненном расчете учитывают также усилие, необходимое для
деформации лепестков цанги. Эти усилия составляют обычно лишь неболь-
шую часть усилия зажима обрабатываемой детали.
Методика определения сил, действующих в рычажных механизмах
цанговых зажимных устройств, аналогична методике, применяемой при
определении усилий включения фрикционных муфт с рычажными меха-
низмами (см. стр. 214).
659
12.	ТРАНСПОРТИРУЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ
ДЛЯ ПОДАЧИ НЕПРЕРЫВНОЙ ЗАГОТОВКИ
Механизмы для подачи прутков
Для подачи прутковой заготовки широко используются цанговые
устройства (рис. IV.72, а). Внутри зажимной трубы проходит подающая
труба 1, в которую ввернута подающая цанга 2. В тот период, когда пру-
ток зажат зажимной цангой, подающая труба отводится назад, при этом
подающая цанга скользит по поверхности прутка. При перемещении
подающей трубы вперед при открытой зажимной цанге подающая цанга
благодаря силе трения захватывает пруток и перемещает его до упора.
Сила трения создается вследствие упругости предварительно деформиро-
ванной цанги. После того как пруток дойдет до упора, цанга проскальзы-
вает по его поверхности.
Для перемещения подающей трубы используются кулачковые меха-
низмы и поршневые приводы. На токарных автоматах в основном при-
меняются кулачковые механизмы. В многопозиционных токарных автома-
тах привод расположен в загрузочной позиции, в которой происходит
подача и зажим материала. Подающая труба шпинделя, попадающего;
в загрузочную позицию, сцепляется с выступом ползуна, получающего
движение от привода подачи материала.	.
Поскольку подающая труба входит внутрь шпинделя, то с ее помощью
можно осуществлять подачу почти до полного израсходования прутка.
Остающиеся неизрасходованными куски имеют небольшую длину. Недо-
660
статком транспортирующих механизмов с подающей трубой является
необходимость увеличения диаметра шпинделя.
Транспортирующий механизм, представленный на рис. IV.72, б, рас-
полагается позади шпинделя. При подаче пруток 7 захватывается шари-
ками 4 подвижной втулки 2. Втулка перемещается в отверстии крон-
штейна 1. При движении вправо шарики 4, прижатые под действием пру-
жины 6, перемещающей обойму 5 к конической поверхности гильзы 3,
заклиниваются между поверхностями гильзы и прутка, и пруток пере-
мещается вместе с гильзой. При обратном движении втулки 2 шарики
расклиниваются и скользят по поверхности прутка. Во время обратного
хода втулки 2 пруток удерживается либо зажимной цангой, либо анало-
гичным шариковым устройством.
Отрезок прутка, находящийся внутри шпинделя, не может подаваться
с помощью данного механизма. Для подачи этого отрезка используется
следующий пруток.
Механизмы этого типа применяются на одношпиндельных автоматах,
оборудованных подающими трубами, при необходимости обработки мате-
риала с диаметром, превышающим наибольший диаметр прутка, который
проходит через подающую трубу.
На некоторых моделях автоматов, в частности на автоматах фасонно-
продольного точения, подача материала происходит под действием веса
груза (рис. IV.72, в). Пруток 1, расположенный в направляющей трубе 2,
перемещается с помощью толкателя 3 с косынкой 4. Косынка проходит
через продольный паз трубы 2. С одной стороны труба поддерживается
кронштейном станины станка, с другой — кронштейном 10 стойки. С ко-
сынкой 4 связан трос 8, намотанный на барабан 5. Трос 8 направляется
роликом 9. На одной оси с барабаном 5 сидит барабан 6 меньшего диаметра.
На барабан 6 намотан трос 7, к которому подвешен груз 12, расположен-
ный внутри основания 11 стойки. Благодаря разности диаметров бараба-
нов 5 и 6 груз 12 перемещается на небольшую высоту при значительной
длине хода толкателя 3.
 При вертикальном или наклонном расположении шпинделя пруток
подается под действием собственного веса.
Направляющие трубы в ряде случаев имеют внутренние и наружные
обкладки из прорезиненных тканей и других материалов, способствующих
уменьшению шума при работе автоматов.
У некоторых моделей автоматов имеются блокировочные устройства,
выключающие автомат по израсходовании прутка. В зависимости от
конструкции транспортирующего механизма блокировочные устройства
имеют более или менее сложные конструктивные формы. Например, при
транспортирующем механизме с грузом может быть использован конеч-
ный выключатель, срабатывающий под действием косынки в момент при-
хода толкателя в крайнее левое положение. При использовании подающих
труб с цангами конструкция блокировочных устройств становится слож-
ной, и такие устройства применяются сравнительно редко.
В ряде случаев прутковые автоматы оснащают магазинами для авто-
матической загрузки прутков. Конструкции подобных магазинов весьма
многообразны. В качестве примера рассмотрим схему магазина для за-
грузки прутков, используемого на автоматах продольного точения фирмы
«Петерман», имеющих компоновку, аналогичную показанной на рис. 1.60.
Прутки 5 (рис. IV.73) укладывают на цепные транспортеры 1 и 9, снаб-
женные штырями 20. Очередной пруток 17, подвергающийся обработке,
располагается в П-образном коробе 13, закрытом сверху откидной крыш-
кой 24. Подача прутка производится так, как это описано выше, под
действием груза, сообщающего вращение барабану 12, на который
661
662
наматывается тросик 6, прикрепленный к косынке 3, связанной с толка-
телем, подающим пруток.
Когда косынка достигнет крайнего левого положения, конечный выклю-
чатель подает сигнал для загрузки следующего прутка, при этом вклю-
чается электродвигатель, сообщающий движение цепям 4 и 7. На цепи 4
закреплен палец 2, который при движении цепи влево захватывает ко-
сынку 3 и отводит жестко связанный с ней толкатель. После того как
толкатель выйдет из шпинделя, кулачок 16 захватывает собачку 21, сидя-
щую на поводке, жестко связанном со стержнем 26. При движении
стержня 26 вправо связанный с ним сухарь, перемещаясь по скосу ку-
лака 25, поднимает кверху левый конец короба 13, при этом стержень 26
совмещается с осью шпинделя и при дальнейшем движении входит в шпин-
дель. На конце стержня 26 имеется захват, который захватывает конец
прутка, оставшийся в шпинделе. В этот момент кулак 16, двигаясь вместе
с цепью 7, переходит из нижнего положения в верхнее и начинает дви-
гаться назад, при этом он захватывает верхний конец собачки 21 и отводит
стержень 26 вправо, вытаскивая конец прутка из шпинделя. В конце
хода .стержня 26 собачка 21 упирается в неподвижный ограничитель и,
поворачиваясь вокруг оси, расцепляется с кулачком 16.
При дальнейшем движении цепи палец 14 занимает положение 14а
и входит в паз кулака 8. Кулак 8 под действием пальца 14 поворачивается
вокруг своей оси и приводит в движение механизм подачи следующего
прутка в короб.
На одной оси с кулаком 8 сидят кулачки 22 и 15. Кулачок 22 через
систему рычагов 23 открывает крышку 24 короба. Крышка 24 снабжена
планками, на которые падает подаваемый транспортерами пруток. По
планкам пруток направляется в короб.
Подача очередного прутка осуществляется с помощью кулачка 15,
который через систему рычагов 18 приводит в движение храповое колесо 19,
сидящее на одной оси со звездочками, сообщающими движение цепям 1
и 9. При перемещении цепей на один шаг пруток сбрасывается на
планки крышки 24. В этот момент толкатель, подающий пруток, зани-
мает крайнее правое положение и при этом подается сигнал, изменяю-
щий направление движения цепей 4 и 7. Палец 14, двигаясь влево,
поворачивает кулак 8 в обратном направлении. Крышка короба закры-
вается, косынка <3 освобождается, и толкатель, начиная перемещаться
под действием груза, подает пруток в шпиндель. Цепи 4 и 7 занимают
исходное положение.
Конец прутка, извлеченный из шпинделя, сбрасывается в специальную
тар у.
До подачи очередного прутка в короб производится обточка его конца
на конус, необходимая для ввода конца прутка в коническое углубление
толкателя. Обточка конца прутка осуществляется автоматически. Пруток 5,
занимающий положение, показанное на рисунке, зажимается прижимом 10,
и шпиндель И с резцовой головкой подается в осевом направлении.
Прижимом и шпинделем управляют кулачковые механизмы, получаю-
щие движение от привода с независимым электродвигателем.
Механизмы для подачи бунтового материала
Подача материала 4 производится при перемещении каретки 5
(рис. IV.74, а). На каретке установлен механизм 1, захватывающий
материал, имеющий конструкцию, аналогичную представленной на
рис. IV.72, б, и ролики 2, 3 правильного аппарата. При ходе каретки 5
вперед механизм 1 захватывает материал и подает его вперед, разматывая
663
бунт. При ходе каретки назад материал зажат в зоне обработки и
остается неподвижным. Ролики 2 и 3, перегибая при своем движении
вместе с кареткой материал, выправляют его. Стрелка прогиба материала
регулируется перемещением ползунов 6, на которых установлены ролики 3.
Качество правки зависит от стрелы прогиба.
Вместо шарикового захватывающего устройства, которое не может быть
использовано при малом диаметре обрабатываемого материала, можно
применить захватывающее устройство с плашками (рис. IV.74, б). При
Рис. IV.74. Транспортирующие устройства для подачи бунтового материала
перемещении каретки ролики 1 заклиниваются между наклонными по-
верхностями вкладышей 2 и поверхностью плашки 3 и прижимают ее
к подаваемому материалу. При обратном ходе каретки ролики раскли-
ниваются и плашки скользят по поверхности материала.
Вместо самозахватывающих механизмов на многих станках применяют
специальные зажимные механизмы (рис. IV.74, в). Подаваемый материал
зажимается между подвижной и неподвижной губками 1 и 2. Для пере-
мещения подвижной губки может быть использован поршневой или ку-
лачковый привод.
13.	АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЗАГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
ДЛЯ ПОДАЧИ ШТУЧНЫХ ЗАГОТОВОК
Функциями автоматического загрузочного устройства [79] явля-
ются: накопление штучных заготовок, ориентация заготовок относи-
тельно осей координат станка, транспортирование заготовок в рабочую
зону, подача заготовок в зажимное приспособление и удаление из зажим-
ного приспособления обработанных деталей.
Накопители заготовок могут быть разбиты на три основные группы:
магазины, транспортеры- накопители и бункера.
В магазины детали укладываются в определенном ориентиро-
ванном положении, обычно вплотную друг к другу. Магазины имеют ряд
направляющих поверхностей, которые обеспечивают перемещение дета-
лей по направлению к рабочей зоне в зафиксированном при загрузке по-
ложении. Перемещение заготовок в магазинах в большинстве случаев
происходит под действием собственного веса, реже — с помощью допол-
нительных транспортирующих устройств. Заготовка может поступать
664
в зажимное приспособление непосредственно из магазина, однако в боль-
шинстве случаев для передачи заготовки используется автооператор той
или иной конструкции. Для поштучной выдачи заготовок из магазина
применяются отсекатели. Функции отсекателя может выполнять также
автооператор или другие элементы загрузочного устройства. Так как
соответствующая ориентация заготовок достигается при ручной укладке,
то необходимость в ориентирующих устройствах, изменяющих ориента-
цию, принятую при перемещении заготовки в магазине, возникает лишь
в тех случаях, когда для укладки в магазин выгоднее использовать по-
ложение заготовки, отличное от того, которое необходимо для загрузки
заготовки в зажимное приспособление. Переориентация деталей проис-
ходит либо в процессе транспортирования, либо с помощью автоопера-
тора.
Т ранспортеры-накопители могут быть подразделены
на две основные группы: транспортеры-накопители с индивидуаль-
ными ориентирующими устройствами для каждой
заготовки циклического действия и транспортеры-накопи-
тели непрерывного действия. В первом случае каждая
заготовка устанавливается вручную в индивидуальное ориентирующее
устройство и при циклическом перемещении транспортера подается в зону
обработки в строго ориентированном положении. В зажимное приспособ-
ление деталь, как правило, передается с помощью автооператора. На
транспортерах-накопителях непрерывного действия заготовка обычно
лишается только одной степени свободы и для обеспечения правильного
поступления деталей в зону обработки в ряде случаев приходится про-
пускать детали через направляющие и ориентирующие устройства и
магазины.
Бункера представляют собой емкости, куда детали загружаются
навалом без всякой ориентировки, а соответствующие механизмы извле-
кают отдельные заготовки из общей массы, ориентируют и, как правило,
направляют их в магазин, откуда они поступают описанным выше поряд-
ком в зажимное приспособление.
Удаление деталей из зажимного приспособления происходит различ-
ными способами. В простейшем случае освобожденная деталь выпадает
из зажимного приспособления под действием собственного веса. Чаще
деталь удаляется из приспособления выталкиванием. Деталь либо падает
в корыто станка, либо направляется ловителем в приемник. В ряде кон-
струкций для удаления обработанной детали используется специальный
или загрузочный автооператор, который передает ее в приемник.
Магазины
Различные магазины могут быть подразделены на две основные группы:
шахтные и лотковые.
Шахтные магазины представляют собой вертикальную (рис. IV.75, а ие)
или наклонную шахту с поперечным сечением, обеспечивающим необ-
ходимую ориентацию заготовок: магазины для цилиндрических заготовок
типа валов, дисков, втулок, имеют прямоугольное сечение. Шахтные
магазины для цилиндрических заготовок обладают сравнительно неболь-
шой емкостью, так как с увеличением емкости необходимо увеличивать
высоту магазина, что создает неудобства при загрузке магазинов заготов-
ками. С целью увеличения емкости применяют штабельные магазины с во-
ронкообразным расширением (рис. IV.75, в). Заготовки, уложенные
в воронкообразном расширении слоями, могут зависать, образуя своды.
При этом питание магазина заготовками, поступающими из воронкооб-
665
разного расширения, прекращается. Для устранения указанного явления
применяют различного рода ворошители или вибраторы, разрушающие
своды.
Тонкие и длинные заготовки могут перекашиваться в канале магазина.
Для устранения перекашивания заготовок каналу магазина придают
волнообразную форму (рис. IV.75, г).
Весьма удобны для загрузки лотковые магазины (рис. IV.75, б), ко-
торые могут иметь значительную емкость. Однако с увеличением емкости
возрастает длина лотка, из-за чего может возникнуть необходимость в уве-
личении площади, на которой размещается станок.
Значительной емкостью и компактностью обладают змееобразные
лотковые магазины (рис. IV.75, б).
Рис. IV.75. Магазины
Значительную емкость имеют трубчатые шахтные магазины для диско-
вых заготовок (рис. IV. 75, ё), в которых торцы заготовок располагаются
в горизонтальной плоскости. При использовании подобных магазинов
в ряде случаев возникает необходимость в переориентации заготовки при
передаче ее в рабочую зону. Один из простейших вариантов ориентирую-
щего устройства представлен на рис. IV. 75,ж. Заготовка 1 выталкивается
из магазина толкателем 2, который проходит через окно в стенке мага-
зина. Вытолкнутая заготовка попадает на лоток 3 с козырьком 4. Дви-
гаясь по лотку, заготовка занимает вертикальное положение и попадает
в короткий шахтный магазин, имеющий форму, представленную на
рис. IV. 75, а.
Передача заготовки из магазина в зажимное приспособление произ-
водится различными способами. В отдельных случаях удается осуществить
непосредственную передачу заготовки в зажимное приспособление
(рис. IV.76, а). Зажимное приспособление 1 с гнездом 2 перемещается
вместе с кареткой 4, совершающей возвратно-поступательное движение.
При совмещении гнезда 2, освобожденного от обработанной детали,
с магазином 3 очередная заготовка выпадает в гнездо. При обратном
движении каретки 4 верхняя плоскость приспособления отсекает заго-
товки, находящиеся в магазине, а заготовка, попавшая в гнездо 2, зажи-
мается и подается к режущему инструменту. Подобная схема может быть
использована на фрезерных и сверлильных станках. Эта же схема при-
годна для многопозиционных станков. При этом гнездо 2 совмещается
с магазином при повороте многопозиционного стола.
666
При загрузке деталей, получающих в процессе обработки вращатель-
ное движение, ось заготовки перед загрузкой должна быть совмещена
с осью шпинделя. В отдельных случаях магазин может постоянно занимать
такое положение, при котором ось нижней заготовки совмещена с осью
шпинделя. Такое положение магазина характерно для многошпиндельных
многопозиционных токарных автоматов, у которых одна позиция является
загрузочной.
Если магазин не может занимать описанное положение, то заготовку
необходимо транспортировать на линию оси шпинделя станка. Транспорти-
рование может быть осуществлено перемещением самого магазина. Лотко-
вый или шахтный магазин 1 (рис. IV.76, б) устанавливается на подвижных
салазках 2, при перемещении которых ось нижней заготовки совмещается
с осью шпинделя. Магазин может быть выполнен также качающимся
Рис. 1V.76. Транспортирование деталей из магазина в зажимное
приспособление
(рис. IV.76, в). В этом случае совмещение оси заготовки с осью шпинделя
осуществляется поворотом магазина 2 вокруг оси 1. После совмещения
оси заготовки с осью шпинделя заготовка выталкивается из магазина 2
(рис. IV.76, г) выталкивателем 3 в зажимное приспособление 1. Такая
схема передачи заготовок из магазина в зажимное приспособление может
быть использована при консольном закреплении детали в тех случаях,
когда по характеру выполняемой операции магазин может быть распо-
ложен достаточно близко к зажимному приспособлению. При закреплении
детали в центрах возникает необходимость в автооператоре для передачи
заготовки на линию центров. Заготовка выпадает в желоб автооператора 3
(рис. IV.76, д), совмещенный с магазином. При движении влево автоопе-
ратор выносит заготовку на линию центров, при этом верхняя плоскость
автооператора отсекает заготовки, находящиеся в магазине. Деталь
зажимается между центрами. При обратном ходе автооператора лапка 2
под действием заготовки, зажатой между центрами, поворачивается вокруг
оси 1 и не препятствует отходу автооператора. В первоначальное положе-
ние лапка 2 возвращается плоской пружиной 4.
Описанные выше простые решения могут быть использованы далеко
не всегда. Во многих случаях конструкция автооператора значительно
усложняется. В качестве примера рассмотрим конструкцию автоопера-
тора (рис. IV.77, а) для колец, закрепляемых в патроне. Автооператор
представляет собой зажимный патрон с тремя качающимися кулачками 5,
закрепленный на конце подвижной трубы 3. Внутри трубы проходит
667
штанга 4 с конусом 8, которая приводит в движение кулачки 5. Заго-
товки 6 располагаются в канале магазина 1 и выпускаются поштучно ка-
чающимся отсекателем 7. Очередная заготовка, выпущенная отсекателем,
попадает в нижнюю часть магазина. Труба 3 вместе с зажимным патроном
и штангой 4 перемещается вправо до тех пор, пока кулачки не войдут
в отверстие кольца 9. Вслед затем движение трубы 3 прекращается,
а штанга 4 продолжает перемещаться вправо и конус 8 разжимает кулачки
5, которые захватывают заготовку. После того как заготовка будет зажата,
возобновляется движение трубы 3, которая двигается вместе со штангой 4.
При движении трубы вместе с заготовкой последняя разводит лапки 2
и подается в зажимный патрон шпинделя станка. После зажима заготовки
в зажимном патроне шпинделя станка штанга 4 вместе с конусом 8 отходит
влево, при этом задний буртик конуса действует на выступы кулачков 5,
которые освобождают заготовку, после чего происходит совместное дви-
жение влево трубы 3 и штанги 4. Происходит поворот шпиндельного
блока, и в 'загрузочную позицию подается очередной шпиндель с обра-
ботанной деталью. Труба 3 вместе со штангой 4 перемещается вправо
до тех пор, пока кулачки 5 не войдут в отверстие обработанной детали.
Труба 3 останавливается, и при дальнейшем перемещении штанги 4
кулачки 5 под действием конуса 8 зажимают изнутри обработанную де-
таль. Зажимный патрон шпинделя освобождается. Автооператор пере-
мещается вправо до тех пор, пока торец детали не придет в контакт с лап-
ками 2. Труба 3 останавливается, а штанга 4 продолжает перемещаться
и освобождает обработанную деталь. При дальнейшем совместном движе-
нии трубы и штанги лапки 2 снимают обработанную деталь, которая
падает в приемный желоб 10. Срабатывает отсекатель 7. Нижняя лапка
отсекателя выпускает очередную заготовку, а верхняя — задерживает
следующую заготовку в канале магазина. Затем повторяется описанный
выше процесс загрузки.
668
В описанной конструкции магазин занимает такое положение, что
ось транспортируемой из магазина заготовки совмещена с осью „шпинделя.
Если по условиям работы станка магазин должен занимать иное поло-
жение, то характер движений автооператора усложняется. При распо-
ложении магазина 1 (рис. IV.77, б) и оси шпинделя 8, показанном на
чертеже, может быть использован маятниковый автооператор. Зажимный
патрон автооператора, подобный описанному выше, смонтирован в го-
ловке 7 качающегося рычага 2, закрепленного на полой оси 3, совершаю-
щей поворот и возвратно-поступательное движение. Поворотом оси 3
зажимный патрон автооператора совмещается с нижней заготовкой,
находящейся в магазине 1. Автооператор вместе с осью 3 получает осевое
перемещение и кулачки зажимного патрона автооператора вводятся
в отверстие заготовки. Кулачки захватывают заготовку. Ось 3 переме-
щается в обратном направлении, и заготовка выводится из магазина.
Поворотом оси 3 заготовка совмещается с осью шпинделя и продольным
перемещением оси 3 вводится в зажимное приспособление шпинделя.
Для уменьшения осевой длины автооператора штанга 6 с конусом
получает движение от штанги 4, которая связана со штангой 6 рычагом 5.
Для передачи заготовок типа валиков автооператоры снабжаются
клещами (рис. IV.77, в), захватывающими заготовки. Заготовка зажимается
между неподвижной 1 и подвижной 3 губками. Подвижная губка может
замыкаться под действием пружины 2 или получать движение от специаль-
ного привода.
Для деталей с головками типа болтов, винтов, клапанов исполь-
зуются щелевые лотковые магазины (рис.IV. 78, а). Стержень
детали 2 располагается между щеками 3 магазина, а головка опирается на
верхние кромки. Если в рабочей зоне заготовка должна занять горизон-
тальное положение, то на выходе стенкам магазина придается дуговая
форма и на этом участке устанавливается козырек 1. Заготовка, движущая-
ся по дуговому участку, удерживается козырьком и изменяет вертикальное
положение на горизонтальное. Деталь, выпускаемая из канала магазина
отсекателем, захватывается клещевым автооператором. В отдельных
случаях деталь непосредственно из магазина поступает в зажимное при-
способление. Такой принцип подачи заготовок из щелевого лоткового
магазина используется на станках для непрерывного фрезерования шли-
цев винтов. Очередной винт 2 (рис. IV.78, б), поступающий из магазина 3,
попадает в V-образный вырез 6 непрерывно вращающегося диска 1 и увле-
кается им. В V-образных вырезах винты удерживаются планкой 4, при-
жатой пружинами 5. По пути движения винтов расположена фреза,
фрезерующая шлицы. За пределами планки 4 винты выпадают из V-
образных вырезов.
669
Рис. IV.79. Магазин для
дисковых деталей

Транспортирование дисковых заготовок, загружаемых в трубчатый
шахтный магазин, осуществляется как поступательно движущимися,
так и маятниковыми автооператорами. Заготовки 7 (рис. IV.79) зубчатых
колес загружаются в трубчатый магазин. 8. По окончании обработки
очередная пара заготовок, установленных на оправке 5 и прижатых
полым штоком 1 поршня пневматического цилиндра, освобождается И
снимается съемником 4, закрепленным на штоке поршня другого пнев-
матического цилиндра. Затем
рейка 2, нарезанная на штоке
третьего пневматического ци-
линдра, перемещается в пло-
скости, перпендикулярной чер-
тежу, и поворачивает реечную
шестерню 6, на ступице которой
закреплен сектор 3. Сектор 3
захватывает пару заготовок,
поступающих из магазина 8
в дуговой желоб, и транспорти-
рует их к оправке. Ось заго-
товок совмещается с осью
оправки. Полый шток 1 пнев-
матического цилиндра опускает-
ся вниз и надевает заготовки
на оправку. Заготовки удержи-
ваются в процессе обработки
давлением сжатого воздуха.
Заготовки, подаваемые к
оправке, сбрасывают готовые
детали в желоб, по которому
они поступают в приемник.
Для дисковых заготовок,-
имеющих центрирующее отвер-
стие, в последнее время стали
применяться штыревые магази-
ны, представляющие собой вер-
тикальнорасположенный валик,
на который заготовки надеваются центрирующим отверстием. При исполь-
зовании подобных магазинов (см. стр. 108) возникает необходимость
в автооператорах сравнительно сложной конструкции. Автооператор
с зажимным патроном, перемещающийся в вертикальном направлении,
в момент получения заготовки должен быть совмещен с магазином. По мере
уменьшения числа' заготовок в магазине величина вертикального хода
автооператора должна изменяться. Автооператор должен совершать дви-
жения, необходимые для транспортирования заготовки к зажимному при-
способлению.
Штыревые магазины используются в автоматических линиях для
обработки дисковых деталей.
Транспортеры- накопители
Транспортеры-накопители с индивидуальными ориентирующими ус-
тройствами применяются, в первую очередь, для заготовок, которые не
могут быть надлежащим образом ориентированы в магазинах. Известное
распространение получили дисковые (рис. IV .80, а) ибарабан-
н ы е (рис. IV.80, б) транспортеры- накопители. Диско-
670
вый транспортер 1 с центрирующими оправками 2 используется для накоп-
ления и транспортирования заготовок 3 с отверстиями. Центрирующие
оправки располагаются с равными интервалами. При загрузке на оправки
надеваются заготовки. По окончании обработки очередной детали транс-
портер поворачивается на величину шага между оправками и вводит
в рабочую зону следующую заготовку. Передача заготовки в зажимное
приспособление обычно осуществляется автооператором, который снимает
заготовку с оправки и транспортирует ее в зажимное приспособление.
Для заготовок, не имеющих отверстия, применяются дисковые и ба-
рабанные транспортеры с гнездами. Барабан, образованный двумя ди-
сками 2 и 4 (рис. IV.80, б), имееет гнезда 1, расположенные с равными
интервалами, в которые закладываются заготовки 3. Передача заготовок
в зажимное приспособление происходит так же, как в предыдущем случае.
Емкость транспортеров-накопителей описанного типа сравнительно
невелика. Большую емкость могут иметь цепные транспортеры-накопи-
тели. Цепной транспортер 3 (рис. IV.80, в) с центрирующими оправками 2
предназначается для деталей 1 с отверстиями. В транспортерах этого
типа могут быть использованы как специальные, так и стандартные цепи.
Значительную емкость имеют цепные транспортеры элеваторов
(рис. IV.80, г). К звеньям двух параллельно движущихся цепей 3 под-
вешены люльки 1, в которые закладываются заготовки 2. Такие транс-
портеры-накопители удобны при заготовках типа валиков. Для увеличения
671
емкости цепи образуют ряд петель. Транспортеры-накопители этого типа
применяются в автоматических линиях для обработки валов (см. стр. 108).
В отдельных случаях применяются грейферные транспортеры-накопи-
тели (рис. IV.80, д). Заготовки 3 лежат в V-образных вырезах двух не-
подвижных планок 2. Две подвижные планки / с V-образными вырезами
транспортируют заготовки. При этом планки 1 приподнимаются вверх
и, подхватывая заготовки своими V-образными вырезами, выводят заго-
товки из V-образных вырезов неподвижных планок 2. Далее планки 1
перемещают я на один шаг в продольном направлении и опускаются вниз,
оставляя заготовки в V-образных вырезах неподвижных планок, после
чего подвижные планки возвращаются в исходное положение (путь дви-
жения заготовок показан на рисунке стрелками).
При цепных и грейферных транспортерах-накопителях заготовки,
поступающие в рабочую зону, передаются в зажимное приспособление
с помощью автооператоров.
Рассмотренные транспортеры работают циклически, синхронно с обслу-
живаемым станком. За время одного цикла транспортер перемещается
на один шаг.
Транспортеры-накопители непрерывного действия преимущественно
применяются на станках для непрерывной обработки прн простой конфи-
гурации обрабатываемых деталей. Дисковый непрерывно вращающийся
транспортер (диск) 3 (рис. IV.80, е) применяется для подачи заготовок
на непрерывно вращающийся магнитный стол карусельношлифовального
станка. Заготовки 4 укладываются на поверхность горизонтального
транспортирующего диска 3, расположенного внутри кольца 2. При вра-
щении диска 3 заготовки, увлекаемые силой трения, поступают в канал,
образованный перегородкой 5 и кольцом 2, и попадают на стол / кару-
сельношлифовального станка. В рабочей зоне заготовки притягиваются
электромагнитами к столу и шлифуются торцовыми кругами. По выходе
из рабочей зоны заготовки освобождаются и сбрасываются перегород-
кой 6 в лоток.
Более сложное транспортирующее устройство, являющееся транс-
портером-накопителем непрерывного действия применяется на бесцентро-
вошлифовальных станках. Заготовки колец опираются на конический
и цилиндрический валики, получающие вращение от соответствующего
привода. При вращении валиков возникает составлющая силы трения,
направленная вдоль оси валиков, перемещающая заготовки к шлифоваль-
ным кругам бесцентровошлифовального станка.
Механизмы автоматических загрузочных устройств могут получать
движение от различных видов приводов. Выбор приводов загрузочных
устройств в значительной мере связан с выбором конструкции рабочих
органов станка. На станках-автоматах с кулачковыми приводами для при-
вода загрузочных устройств преимущественно используются кулачковые
механизмы, на станках с гидроприводами — поршневые гидравлические
приводы. В качестве приводов автоматических загрузочных устройств
значительное применение находят пневматические поршневые приводы.
Выбор системы управления автоматическими загрузочными устройства-
ми зависит от системы управления общим автоматическим циклом работы
станка. При центральной системе управления с кулачково-распределитель-
ным валом механизмы автоматических загрузочных устройств получают дви-
жение от кулачков, установленных на кулачково-распределительном валу.
При централизованной и децентрализованной системах управления общим
автоматическим циклом работы станка для управления механизмами авто-
матической загрузки используется местное самоуправление с кулачковыми
механизмами, путевое управление и управление в функции времени.
672
Бункера
Конструкции бункеров чрезвычайно многообразны. Класификацию бун-
керов представляется целесообразным построить исходя из принципов
отделения и ориентации заготовок, извлекаемых из бункера. Соответ-
ственно различные конструкции можно подразделить на следующие
группы:
1)	бункера с подвижными захватывающими и ориентирующими ши-
берами и лотками;
2)	бункера с вращающимися захватывающими и ориентирующими
устройствами;
3)	бункера с заталкивающими устройствами;
4)	гравитационные бункера;
5)	вибрационные бункера.
м* щ]	Рис. IV.81. Бункера с захватывающими шиберами
Бункера с подвижными захватывающими и ориентирующими шиберами
и лотками. Наибольшее распространение получили бункера с подвиж-
ными шиберами (рис. IV.81). В бункер 7 (рис. IV.81, о) навалом насы-
паются заготовки. Через щель бункера проходит качающийся шибер 6.
Поверхность 8 шибера представляет собой лоток. При подъеме шибера
в лоток западают заготовки. Положение различных заготовок в лотке
шибера представлено на рис. IV.81, в. При верхнем положении шибера
заготовки соскальзывают и поступают в неподвижный лоток 1, по которому
направляются в рабочую зону. В лоток / проходят только те заготовки,
которые занимают правильное положение в лотке шибера. Например,
при подаче цилиндрических заготовок типа валиков заготовки 2 проходят
в лоток 1, а заготовки 5, занимающие неправильное положение, сбрасы-
ваются вращающимся роликом 3, получающим принудительное движение
от валика 4. Вместо сбрасывающего ролика на шибере может быть уста-
новлен козырек, который не пропускает неправильно лежащие заготовки.
Наряду с качающимися шиберами применяются поступательно дви-
жущиеся шиберы 1 (рис. IV.81, б).
Шиберы могут располагаться как посередине, так и у боковой стенки
бункера. Шиберы обычно получают движение от кривошипно-шатунного
механизма, связанного соответствующими передачами либо с общим при-
водом станка, либо с независимым электродвигателем.
Следует заметить, что поступательно движущиеся шиберы исполь-
зуются для отделения заготовок, загружаемых в магазин с воронкообраз-
ным расширением. Шибер при своем движении обеспечивает стабильное
поступление деталей синхронно с работой станка.
22 И. М. Кучер 417	673
Недостатком бункеров с подвижными шиберами является перемещение
всей массы загруженных заготовок при каждом ходе шибера, что приво-
дит к появлению более или менее значительных нагрузок, а в ряде слу-
чаев и к повреждению заготовок. Достоинством подобных бункеров яв-
ляется сравнительная простота конструкции.
Бункера этого типа находят значительное применение для подачи
пальцев к бесцентровошлифовальным станкам, винтов и болтов, гаек
и других деталей.
Бункера с вращающимися захватывающими и ориентирующими устрой-
ствами. Бункера этой группы в отличие от предыдущей имеют несколько
захватывающих и ориентирующих устройств, из которых каждое захваты-
вает одну деталь или небольшую группу деталей
Рис. IV.82. Бункера с вращающимися захватывающими
и ориентирующими устройствами
Значительное распространение получили относящиеся к этой группе
бункера с вращающимся днищем (рис. IV.82, а). Вращающееся днище 2,
сидящее на оси 3, имеет ряд гнезд 4 и ворошители 7. В процессе вращения
днища заготовки, загруженные в бункер 5, перемещаются и западают
в гнезда 4. В верхнем положении гнездо совмещается с каналом 1 и заго-
товка, находящаяся в гнезде, выпадает в канал и направляется в зону
обработки.
Бункера этого типа могут быть использованы для подачи заготовок
типа гладких и ступенчатых валиков (рис. IV.82, б), роликов, втулок
и колпачков (рис. IV.82, в).
В отдельных случаях, придавая гнездам фасонный профиль, удается
добиться правильной ориентации заготовок сложной формы. Для пра-
вильной ориентации заготовок с центром тяжести, смещенным вдоль оси
(рис. IV.82, д), вращающееся днище снабжается дополнительными ра-
диальными пазами, совмещенными с каждым из гнезд. Вместо канала 1
бункер снабжается в этом случае каналом 6 (рис. IV.82, а). В верхнем
положении заготовки, лежащие на ножевой опоре, образованной двумя
смежными радиальными пазами, переворачиваются и падают в один из
пазов тяжелым концом вниз. В нижнем положении заготовки выходят
674
из паза и поступают в канал 6. Такой метод ориентации может быть ис-
пользован для ступенчатых валиков, колпачков и других заготовок.
Однако такой метод ориентации не может быть рекомендован, так как
более простое решение может быть получено при установке аналогичного
ориентирующего устройства на входе в канал 1.
Бункер с вращающимся днищем /, представленный на рис. IV.82, г,
имеет несколько групповых захватывающих и ориентирующих пазов 4.
В днище имеется центральное углубление, в которое входит лоток 3
и дуговой козырек 5. При вращении днища заготовки, расположенные
в бункере 2, западают в пазы. В процессе поворота днища заготовки,
находящиеся в пазах, удерживаются козырьком 5. Когда очередной паз
совмещается с вертикальной плоскостью, то заготовки выскальзывают
из паза и поступают в канал 3. Бункер может быть использован для за-
готовок типа дисков, гаек и т. д.
При подаче заготовок типа колпачков, втулок в качестве захватываю-
щих устройств могут быть использованы крючки 1 (рис. IV.82, ё). Когда
крючок занимает вертикальное положение, заготовка, захваченная крюч-
ком, соскальзывает и поступает в канал 2. Аналогично протекает работа
захватывающего устройства с карманчиками 2 (рис. IV.82, ж). При вра-
щении диска 1 карманчики захватывают заготовки. Когда очередной
карманчик занимает горизонтальное положение, заготовка выскальзывает
из карманчика и поступает в канал 3.
Захватывающие и ориентирующие гнезда 2 (рис. IV.72, з) могут быть
расположены в стенках полого барабана 1, вращающегося внутри бункера 4.
В процессе подъема заготовки удерживаются дугообразным козырьком
в гнездах, а достигнув верхнего положения, выпадают в лоток 3.
Захватывающие карманчики, крючки могут быть также расположены
на бесконечной цепи, охватывающей звездочку, помещающуюся внутри
бункера.
Один из вариантов конструкции бункера с вращающимся днищем
представлен на рис. IV.83. Цилиндрический кожух бункера 3 приварен
к фланцу, который прикреплен к коробке 1 привода. Днище 5 с вороши-
телями 4 получает вращение от независимого электродвигателя 8 через
систему зубчатых и червячных передач. Фрикционная муфта 9 предохра-
няет привод от поломки. Из гнезд днища заготовки поступают в канал 2
и попадают на винтовой транспортер, состоящий из двух винтов б и 7
с правой и левой резьбой. Винтовой гребень одного винта входит в винто-
вой паз другого. Заготовки попадают во впадину, образованную двумя
смежными витками гребня, и при вращении винтов транспортируются
в продольном направлении в зону загрузки. В рассматриваемой кон-
струкции принудительное вращение сообщается только одному винту,
в других конструкциях принудительное вращение получают оба
винта.
Бункера с заталкивающими устройствами. В качестве примера бункера
с заталкивающим устройством на рис. IV.84, а приведена схема бункера
с вращающейся звездочкой 2. Лопасти звездочки проходят в пазу 1 бун-
кера. При вращении лопасти звездочки заталкивают заготовки, западающие
в паз бункера, в канал 4. От выпадания заготовки удерживаются собач-
кой 3. Заталкивающие выступы могут быть также расположены на беско-
нечной цепи, проходящей через паз основания бункера.
Гравитационные бункера. В гравитационных бункерах заготовки, кото-
рые приводятся в движение ворошителями, под действием силы тяжести
поступают в каналы, по которым они направляются в зону загрузки.
В гравитационном бункере 2 (рис. IV.84, б) заготовки лежат на перед-
ней стенке с закрытыми каналами 4. При движении шибера 1 заготовки 3
675
о
о
Рис. IV.83. Бункер с вращающимся днищем
перемещаются вверх и вниз и под действием силы тяжести поступают
в каналы 4.
Гравитационный бункер для колец (рис. IV.84, е) имеет неподвижную 1
и вращающуюся 4 воронки. На вращающейся воронке расположены
лопасти 3, которые ворошат детали, находящиеся в бункере. Центральный
стержень 2 пропускает в трубчатую часть воронки 4 только кольца,
лежащие на боку. Через трубчатый канал заготовки направляются в зону
загрузки.
Аналогичный бункер может быть использован и для подачи заготовок
типа роликов, в частности конических. В этом случае необходимость
в центральном стержне отпадает
Рис. IV.85. Вибробункер
Гравитационный бункер 5 (рис. IV.84, г) имеет вращающийся барабан 4
с лопастями 3. Барабан выполняет функции элеватора. Лопасти захваты-
вают заготовки и поднимают их наверх. Сверху заготовки падают на
лоток 2. Заготовки, занимающие на лотке правильное положение, про-
ходят в зону загрузки, а остальные сбрасываются вращающимся роли-
ком 6, получающим движение от шкива 1. Заготовки, которые не попали
на лоток, попадают назад в бункер.
Вибрационный бункер. Бункер представляет собой чашку 1 (рис. IV.85)
цилиндрической формы, на внутренней стенке которой расположен вин-
товой лоток 2. Чашка получает винтообразное колебательное движение
с большой частотой. Заготовки попадают на винтовой лоток и благодаря
колебательному движению начинают подниматься по лотку вверх. Послед-
ний виток винтового лотка сопрягается с внешним лотком 9, по которому
заготовки поступают в зону загрузки. В лоток 9 проходят только те за-
готовки, которые заняли правильное положение, остальные заготовки
удаляются и поступают назад в бункер.
677
Бункер установлен на трех наклонных стержнях 4 на плите 6. В ко-
лебательное движение бункер приводится электромагнитом 3. При вклю-
чении электромагнита якорь, прикрепленный к бункеру, притягивается,
при этом стержни 4 деформируются. Бункер опускается, совершая винто-
образное движение. При выключении электромагнита стержни выпрям-
ляются и бункер возвращается в исходное положение. Электромагнит
питается от сети переменного тока через селеновый выпрямитель; таким
образом, бункер совершает 50 колебаний в секунду. Амплитуда колебаний
бункера зависит от напряжения в сети питания, которое регулируется
реостатом. В свою очередь, величина амплитуды определяет скорость
движения деталей в винтовом лотке.
Плита бункера установлена на пружинах 7 на основании 8 и центри-
руется стержнем 5, чем обеспечивается гашение вибраций.
Вопросам расчета загрузочных устройств посвящен ряд работ (16,
79, 1281.
Вторичная ориентация и селекция заготовок
Так как заготовка не всегда может быть загружена в магазин или
в канал бункера в нужном положении, то возникает необходимость в пере-
ориентации заготовок или в селекции заготовок, поступающих в непра-
вильном положении. В ряде случаев переориентация достигается путем
изменения направления лотка или канала. Выше были приведены схемы
переориентации дисковых заготовок, поступающих из трубчатого шахт-
ного магазина (рис. IV.75, ж), и заготовок со шляпками, поступающих
по щелевому лотковому магазину (рис. IV.78, а). Для переориентации
заготовок канал, по которому движутся заготовки, может быть извернут,
как это показано на рис. IV.86, а. При такой форме канала дисковые
заготовки могут переходить из вертикального положения в горизонталь-
ное и наоборот.
Для переориентации заготовок со смещенным вдоль оси центром тя-
жести используют способность заготовки опрокидываться относительно
средней плоскости. С подобным методом переориентации мы уже сталки-
вались выше (рис. IV.82, в).
Для переориентации ступенчатых заготовок используется канал со
специальным приемником (рис. IV.86, б). В боковых стенках воронкооб-
разного расширения канала имеются пазы 2, ширина которых соответ-
ствует диаметру меньшей ступени заготовки 1. На входе в канал в стен-
ках сделаны призматические углубления, на которые устанавливается
поступающая из бункера заготовка. Конец заготовки с меньшим диа-
метром проходит через щель, и заготовка опрокидывается тонким концом
независимо от того, находится ли утолщенная часть справа или слева.
Для переориентации колпачков используется также устройство, пред-
ставленное на рис. IV.86, в. Колпачки, движущиеся донышком вперед,
отскакивают от штифта / и направляются донышком вниз в канал. Кол-
пачки, движущиеся открытым концом вперед, занимают положение,
показанное на чертеже, и, опрокидываясь относительно штифта, также
направляются донышком вперед в вертикальный канал.
В ряде случаев для переориентации заготовок приходится использо-
вать более сложные устройства (рис. IV.86, г). Заготовки, движущиеся
по каналу 1, поступают в пазы периодически поворачивающегося диска 3.
В центральную выточку диска 3 входит выступ крышки 9 с пазом 10.
При совмещении очередного паза диска 3 с пазом 10 заготовки, занимаю-
щие правильное положение, проскальзывают в паз 10 и поступают в ка-
нал 11, по которому они направляются в зону загрузки. Заготовки, зани-
678
мающие неправильное положение, удерживаются в пазу диска 3 и попа-
дают в канал 11 (при совмещении с ним паза диска 3) в перевернутом
положении.
При поступлении заготовок с несимметрично расположенной выточкой
заготовка 4 в момент совмещения ее с пазом 10 удерживается в пазу диска 3
откидной собачкой 5 и транспортируется диском 3 до момента совмещения
с каналом 11. Заготовка 2, занявшая правильное положение, выскальзы-
вает в паз 10, откуда и попадает в канал 11. При подаче колпачки 6,
Рис. IV.86. Ориентирующие и селекционные устройства
занимающие правильное положение, выскальзывают в паз 10, а колпачки 8,
занимающие неправильное положение, удерживаются выступами 7 и
транспортируются дальше до совмещения с каналом 11.
При селекции заготовки, занимающие неправильное положение,
удаляются из транспортирующего устройства и в зону загрузки попадают
только те заготовки, которые занимают правильное положение. Для
удаления заготовок 3 (рис. IV.86, д), занимающих неправильное поло-
жение, часть правой стенки лотка 1 вырезана, а на нижней поверхности
лотка сделан скос 4. Заготовки 2, занимающие правильное положение,
проходят через участок с вырезанной стенкой, заготовки же 3 опроки-
дываются и падают в приемник.
Селекция заготовок широко применяется при использовании вибро-
бункеров. На рис. IV.86, е показан ряд заготовок колпачков, занимающих
679
на винтовом лотке различное положение. Правильное положение зани-
мает только заготовка /. Заготовки 2 и 4 будут сброшены сбрасывателем 5.
Для сбрасывания заготовки <3 нижняя поверхность лотка снабжена вы-
резом 6. Заготовка 3, совместившись с вырезом 6, опрокидывается и па-
дает назад в бункер.
14.	ТРАНСПОРТИРУЮЩИЕ И ЗАГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
Транспортеры
Для транспортирования заготовок на автоматических линиях широко
применяются различные транспортеры и лотки.
Сквозной шаговый транспортер для автоматических линий из агрегат-
ных станков представлен на рис. IV.87, а. Транспортируемые заготовки 4
или приспособления-спутники, перемещающиеся между направляющими
Рис. 1V.87. Шаговые транспортеры
планками 5, опираются на неподвижные планки 6. При транспортирова-
нии приспособлений-спутников планки 6 могут являться также направ-
ляющими. Транспортирование осуществляется подвижными штангами /
с собачками 2. Штанги опираются на ролики 7; штанги состоят из двух
щек, между которыми расположены распорные плитки. Поворотные
собачки 2 также располагаются между щеками штанг 1. Под действием
пружин 3 собачки приподняты вверх. При движении штанг вперед со-
бачки захватывают заготовки и перемещают их на один шаг. При ходе
штанг назад собачки утапливаются заготовками и возвращаются в исход-
ное положение.
Шаговые транспортеры применяются чакже при ветвящейся трассе
транспортирования (см. стр. 108). При транспортировании валов 1
(рис. IV.87, б), перемещающихся по желобу 4, штанга 2 с собачками 3
поддерживается роликами 5, которые вращаются на осях, закрепленных
в кронштейнах 6. Заготовки зубчатых колес 5 (рис. IV.87, в) (см. стр. 108)
транспортируются по щелевому лотку 1. Ступицы заготовок заходят
680
в щель лотка и направляют заготовки. Транспортирование осуществляется
откидными шторками 4, подвешенными на кронштейнах 3 на штанге 2.
Возвратно-поступательное движение транспортеров осуществляется
с помощью поршневых гидравлических двигателей, реже — с помощью
кулисных механизмов.
Для шагового перемещения заготовок применяются также цепные
транспортеры с флажками. Периодическое перемещение цепи производится
с помощью одного из рассмотренных выше приводов для периодического
поворота, от которых движение передается ведущей звездочке цепи.
В качестве независимых межстаночных транспортеров применимы
различные транспортирующие устройства. В большинстве случаев меж-
станочный транспортер должен обеспечить подъем заготовки. Для этой
цели могут быть использованы цепные элеваторы с люльками (рис. IV.88, а).
Из приемного желоба 1 предыдущего станка заготовки 2 выпускаются
отсекателем в люльку 3 цепного элеватора. В верхнем положении заго-
товки сбрасываются в лоток 4, по которому они поступают в зону загрузки.
Весьма несложную конструкцию имеет подъемник, представленный
на рис. IV.88, б. Заготовки, поступающие по лотку 1 от предыдущего
станка, попадают в шахтный магазин 2 и опираются на торец подъем-
ника 6. При перемещении подъемника вверх очередная заготовка отжи-
мает собачку 5 и поднимает всю массу заготовок, находящихся в мага-
зине. При ходе подъемника вниз заготовки удерживаются собачкой.
Верхняя заготовка, находящаяся в шахтном магазине, переходит в ло-
ток 3, по которому она скатывается в магазин 4 следующего станка.
При вибрационных бункерах надобность в дополнительных вертикаль-
ных транспортерах отпадает, так как подъем заготовок по винтовому
желобу бункера может быть осуществлен на требующуюся высоту.
681
Необходимость в дополнительных транспортирующих устройствах
отпадает также и в некоторых других случаях. Например, если рабочая
зона одного станка расположена выше рабочей зоны другого, то транспор-
тирование может происходить по лотку под действием собственного веса
заготовки. Заготовки от одного бесцентровошлифовального станка к дру-
гому могут поступать по горизонтальным лоткам под действием силы,
приложенной к заготовкам со стороны регулирующего круга.
Для создания промежуточных заделов целесообразно использование
в автоматических линиях межстаночных транспортеров-накопителей.
О подобном транспортере для деталей типа колец, втулок и дисков было
упомянуто выше (рис. 1.72). Для деталей типа валов [28] транспортер-
накопитель имеет конструкцию, схематично представленную на рис. IV.89.
Транспортер, как и грейферный, состоит из четырех пилообразных гре-
бенок: неподвижных I и подвижных 2. Подвижные гребенки связаны
шарнирно с шатунами 3 и 4. Последний получает движение от криво-
шипа 5, в результате чего подвижные гребенки двигаются вверх и вниз.
Рассмотрим процесс перемещения деталей по транспортеру.
На этапе I деталь находится в очередном гнезде на неподвижных
гребенках. В конце хода подвижных гребенок деталь скатывается по
наклонным ребрам гребенок и занимают положение, соответствующее
этапу //. При опускании подвижных гребенок деталь ложится на наклон-
ные ребра следующего гнезда неподвижных гребенок и, скатываясь по
этим ребрам, занимает положение, соответствующее этапу III. Таким
образом происходит продвижение (дожатие) детали в зону выдачи. Если на
транспортере скапливается задел, то в каждом из гнезд, занятых заделом,
размещается по две детали. При подходе очередной детали к гнезду,
занятому двумя деталями (четвертый этап), она при подъеме подвижных
гребенок не может скатиться вперед (пятый этап) и при их опускании
остается в предыдущем гнезде (шестой этап). Следующая деталь попадает
в это же гнездо, где теперь оказывается две детали, и т. д.
Наряду со специально изготовляемыми лотками на автоматических
линиях находят значительное применение лотки из нормализованных
элементов. В качестве нормализованных элементов используются
(рис. IV.88, в) стальные ленты различной ширины, между которыми
устанавливаются распорные втулки. Из таких лент и втулок можно ском-
плектовать лотки требующейся ширины и высоты. Весьма важно то, что .
такие лотки могут быть изогнуты в соответствии с требующимся направ-
лением движения заготовок.
682
Автооператоры
При наличии у станков, входящих в автоматическую линию, индиви-
дуальных магазинов или бункерных загрузочных устройств для загрузки
деталей используются методы, рассмотренные выше применительно к авто-
матическим устройствам.
Транспортирующие автооператоры (см. рис. 1.68, б) и автооператоры,
применяемые при параллельном расположении транспортера, подобны
автооператорам автоматических загрузочных устройств. В качестве при-
мера рассмотрим конструкцию автооператоров, используемых при парал-
лельном расположении транспортера.
Автооператор (рис. IV.90) шлифовального станка автоматической
линии для обработки валов (см. стр. 108) служит для установки и съема
валов, транспортируемых по лоткам с помощью шагового транспортера.
Автооператор имеет лапы 10 и 13. Первые служат для снятия заготовок,
прошедших обработку на станке, вторые — для установки новых заго-
товок. Каждые два смежных станка связаны между собой наклонным
лотком. Заготовки, поступающие от предыдущего станка, переходят
с нижнего конца лотка на лапы 13, прикрепленные к колодке 15. Заго-
товки, снятые со стайка лапами 10, проталкиваются шаговым транспорте-
ром в верхний конец следующего лотка.
Лапы получают движение от двух поршневых двигателей, смонтиро-
ванных в одном цилиндре. Лапы 10 прикрепляются к щекам 9 и могут
переставляться по высоте в зависимости от диаметра обрабатываемых ва-
лов. Щеки 9 сидят на оси 7, вращающейся в опорах колодки 6, жестко
связанной со штоком 5. Благодаря повороту оси 7 лапы 10 при снятии
заготовки опускаются вниз и подводятся под заготовку, установленную
в центрах. Поворот лап 10 осуществляется с помощью плоского кулака 14,
прикрепленного к колодке 15, воздействующего на ролик рычага 8,
сидящего на оси 7. Колодка 15 несет лапы 13 и связана с трубчатым што-
ком 4. При перемещении лап 10 вперед ролик рычага 8 скользит по ку-
лачку 14 и переходит на закругленную часть, при этом лапы 10 занимают
положение, показанное на чертеже штрих-пунктиром. В этом положении
лапы подводятся под заготовку. В процессе подвода лап 10 под заготовку
лапки 11, прижатые плоскими пружинами, откидываются. Вслед затем
перемещаются лапы 13, несущие новую заготовку. Кулак 14, действуя
на ролик рычага 8, поднимает лапы 10, которые снимают заготовку,
прошедшую обработку на данном станке, а лапы 13 устанавливают но-
вую заготовку, которая закрепляется между центрами. Лапы 10 и 13
совместно движутся назад. Лапы 12, поджатые плоскими пружинами,
откидываются заготовкой, зажатой между центрами.
Сплошной шток 5 и трубчатый 4 получают движение от поршней 2 и 3.
Цилиндр имеет четыре отверстия 1, 17, 18 и 19 для подвода и слива масла.
На чертеже положение лап и цилиндров соответствует моменту оконча-
ния процесса загрузки. Рассмотрим последовательность перемещения порш-
ней в процессе загрузки (рис. IV.91). Масло подается под давлением в отвер-
стия 17 и 1. Отверстие 18 закрыто, а отверстие 19 сообщается со сливом.
Поршень 2 перемещается до момента контакта с поршнем 3, который под
давлением масла отведен в крайнее левое положение. Лапы 10 опускаются.
Отверстие 19 перекрывается. Поршни 2 и 3 под давлением масла, посту-
пающего в отверстие 1, движутся совместно до момента совмещения лап 10
с заготовкой, установленной на станке. Дальнейшее перемещение поршня 2
ограничивается упором. Масло подается под давлением в отверстие 18.
Благодаря разности площадей усилие, действующее на поршень 3 слева,
больше усилия, действующего справа, и поршень 3 перемещается вправо.
683

Кулак 14 приподнимает лапы 10, которые удаляют заготовку, а лапы 13
выносят новую заготовку на линию центров. Отверстие 1 сообщается со
сливной магистралью, и поршень 2 под давлением масла, поступающего
через отверстие 18, движется влево. После того как расстояние между
торцами поршней 2 и 3 станет равно 110 мм, отверстие 18 перекрывается,
и под давлением масла, поступающего через отверстие 17, оба поршня
совместно движутся влево. Поршень 2 получает движение от поршня 3
через масло, заполняющее отсек между торцами поршней.
Рис. IV.91. Схема работы автооператора: а — опускание лапы снимающего автооператора;
б — совместное движение обоих автооператоров и подвод лапы снимающего автооператора
под обработанную деталь; в — движение загрузочного автооператора, подъем лапы снимаю-
щего автооператора и подача заготовки на линию центров; г — движение снимающего
автооператора до установления интервала между поршнями; д — совместное движение
обоих автооператоров в исходное положение
Необходимые сигналы подаются упорами, закрепленными на штан-
гах 16 и 20, воздействующими на конечные выключатели.
На автоматической линии валов используются также другие виды
автооператоров. На торцефрезерных и центровальных станках с ши-
рокой зоной загрузки применяются автооператоры с двумя независимыми
цилиндрами, а на шлицестрогальных автооператор совершает сложные
движения, необходимые для поворота заготовок, поступающих в лапы
автооператора в горизонтальном положении, в вертикальное. Автоопе-
ратор превращается при этом в достаточно сложную автоматическую
машину.
685
На всех станках автоматической линии для обработки зубчатых колес
(см. стр. 108) применяются автооператоры одинаковой конструкции
(рис. IV.92). В поперечные пазы лотка 9 входят лапы 8 автооператора /.
Автооператор качается на оси 2, закрепленной в колодке 3, жестко свя-
занной со скалкой 4. Вместе со скалкой автооператор может перемещаться
вдоль оси скалки. Процесс разгрузки и загрузки станка происходит
в следующей последовательности. К моменту окончания обработки очеред-
ной заготовки, находящейся на станке, в зоне расположения автоопера-
тора заготовка на лотке отсутствует. Автооператор выдвинут влево, так.
что лапы находятся за пределами лотка и опущены вниз. Автооператор
Рис. IV.92. Автооператор для деталей типа дисков
перемещается влево и лапы подводятся под заготовку. Поворотом авто-
оператора вокруг оси 2 лапы приподнимаются и снимают заготовку. Авто-
оператор перемещается вправо и, поворачиваясь вокруг оси 2, опускает
заготовку в лоток. Шаговый транспортер перемещает поданную автоопе-
ратором заготовку в следующую позицию и на ее место подает заготовку,
обработанную на предыдущем станке. Автооператор поворачивается
вокруг оси 2 и приподнимает заготовку 10, поданную транспортером.
Перемещаясь влево, автооператор переносит заготовку в позицию загрузки
и, опускаясь вниз, отходит назад в исходное положение.
Прямолинейное перемещение автооператоры получают от шестерен 6,
которые сидят на валу 5. Вал 5 проходит вдоль всей линии лотка 9 и при-
водится в движение гидравлическим поршневым двигателем. Подъем
и опускание автооператоров осуществляются штоками 7. Штоки 7 свя-
заны зубчатыми передачами и кривошипными механизмами с продольной
штангой, получающей перемещение от поршневого гидравлического дви-
гателя. Таким образом, автооператоры всех станков автоматической линии
имеют общий привод.
Кантователи
Для изменения положения заготовок, передаваемых от одного станка
к другому, в транспортные системы автоматических линий встраивают
кантователи. Для поворота заготовки вокруг вертикальной оси исполь-
зуются поворотные столы (рис. IV.93, а). Например, валик 2, переме-
щаемый шаговым транспортером, попадает в лоток, закрепленный на
поворотном столе 1. Поворотом стола положение валика изменяют на
180°. Поворотные столы применют также для изменения положения кор-
пусных деталей на 180 и 90°.
€86
Для поворота корпусных деталей вокруг горизонтальной оси исполь-
зуются поворотные барабаны 1 (рис. IV.93, б). Кантуемая деталь входит
в окно 2 и поворачивается вместе с барабаном на 180 или 90°.
Для поворота столов и барабанов используются рассмотренные выше
приводы периодического поворота. В ряде случаев механизм поворота
получает движение от других приводов транспортных устройств автома-
тической линии. Так, на автоматической линии для обработки валов
поворотный стол получает движение от штанги шагового транспортера,
у которой имеется рейка, сообщающая через храповой механизм движение
поворотному столу.
Оригинальное устройство используется для кантования заготовок на
автоматической линии для обработки зубчатых колес. Заготовки, движу-
щиеся по лотку 1 (рис. IV.93, в), попадают в люльку 4, подвешенную
на осях 2 к скобе 3, закрепленной на штанге шагового транспортера.
Конец люльки поддерживается роликами 5. При движении штанги вправо
люлька опрокидывается и занимает положение 4а. При дальнейшем дви-
жении штанги люлька набегает на ролики 6 и вновь занимает горизон-
тальное положение 46. При обратном движении люльки защелки 7, кото-
рые заходят в пазы 8, задерживают заготовку, остающуюся на поверх-
ности лотка. При следующем ходе штанги шторка захватывает перевер-
нутую заготовку и передвигает ее в следующую позицию.
687
Разделение и совмещение потоков заготовок
Необходимость в разделении и совмещении потоков заготовок возни-
кает в том случае, если для выполнения той или иной длительной операции
в автоматической линии используется несколько одинаковых станков.
Тогда поток заготовок, поступающий к группе станков, выполняющих
одну и ту же операцию, разделяется на не-
сколько ручьев в соответствии с числом стан-
ков в группе.
Разделение потоков может быть достиг-
нуто при применении разветвляющихся
лотков (рис. IV.94, а). Лоток 4, по которому
поступает общий поток заготовок, развет-
вляется на два ручья 1 и 2. В зоне разветвле-
Рис. IV.94. Устройства для разделения потоков заготовок
ния установлена заслонка <3, поворачивающаяся вокруг вертикальной оси.
Заслонка поворачивается синхронно с работой станков автоматической
линии. При положении заслонки, показанном на чертеже, очередная
заготовка направляется к первому лотку, в который она проходит при
повороте заслонки, а заслонка занимает положение, показанное штрихо-
вой линией. Следующая заготовка направляется ко второму лотку, в ко-
торый она проходит также при повороте заслонки, а заслонка вновь
занимает положение, показанное сплошными линиями. Таким образом
происходит разделение заготовок на два ручья. При большем числе ручьев
688
используется соответствующее число заслонок. Подобный метод разделе-
ния заготовок применяется в автоматических линиях для обработки колец
шарикоподшипников.
В автоматической линии для обработки валов (см. стр. 108) разделение
потока осуществляется с помощью качающихся лотков. Конец 3
(рис. IV.94, б) наклонного лотка, по которому заготовки поступают от
одного станка к другому, может поворачиваться вокруг оси 1. Если конец
лотка опущен вниз, то очередная заготовка, перемещаемая транспортером,
поступает к нижнему загрузочному автооператору, который и подает
ее на станок. При поступлении следующей заготовки на станке обраба-
тывается предыдущая. До поступления следующей заготовки конец 3
лотка приподнимается и заготовка проходит к верхнему автооператору.
Поскольку станок не закончил обработку предыдущей заготовки, то авто-
оператор не включается и заготовка остается на лапах автооператора.
При следующем возвратно-поступательном перемещении транспортера
собачка проталкивает заготовку в верхний конец лотка, по которому
она поступает ко второму станку данной группы.
Механизм подъема и опускания конца лотка получает движение от
штанги транспортера. На штанге транспортера закреплен упор 4. При ходе
штанги влево упор нажимает на ролик 5 рычага 2. При повороте рычага 2
собачка 14 увлекает храповое колесо 13, на одной оси с которым сидит
кулак 10. В контакте с кулаком 10 находится ролик 8, смонтированный
в пазу колодки 7 лотка 3. Колодка и лоток жестко связаны между собой
болтами 6. Кулак, воздействуя на ролик, осуществляет поворот лотка.
Профиль кулака обеспечивает подъем и опускание лотка в соответствии
с циклом работы группы станков. В процессе поворота кулак приторма-
живается колодками 9 и по окончании поворота фиксируется шариковым
фиксатором 11.
Поворот рычага 2 вправо происходит под действием пружины и огра-
ничивается защелкой 12. При вытягивании защелки угол поворота ры-
чага 2 возрастает, ролик 5 выходит из зоны действия упора 4 и механизм
выключается.
В автоматической линии для обработки зубчатых колес разделение
потока достигается циклическим включением и выключением автоопера-
тора. Если при поступлении в зону автооператора очередной заготовки
на станке обрабатывается предыдущая, то автооператор выключается
и при следующем возвратно-поступательном перемещении шагового
транспортера заготовка проталкивается ко второму станку данной группы.
Накопители автоматических линий
При обработке на автоматических линиях крупных корпусных деталей
загрузка и съем деталей осуществляются с помощью подъемников с руч-
ным управлением, а при обработке деталей других типов для питания
линии используются различного рода накопители. В зависимости от
характера выполняемых операций, конфигурации и размеров обрабаты-
ваемых деталей автоматическая линия может иметь один накопитель,
установленный на входе, ряд промежуточных накопителей, питающих
отдельные участки линии, или каждый из станков может иметь индиви-
дуальный накопитель. Входной накопитель осуществляет питание авто-
матической линии заготовками, а промежуточные групповые или инди-
видуальные накопители принимают заготовки-полуфабрикат от предыду-
щих и передают его последующим станкам. Как указывалось выше,
установка групповых промежуточных накопителей имеет своей целью
обеспечение независимости работы каждого из участков линии от других.
23 и. м. Кучер 417	689
Поэтому групповые промежуточные накопители должны вмещать значи-
тельный запас заготовок-полуфабриката, обеспечивающий работу данного
участка в течение значительного периода времени, необходимого для
подналадки и ремонта станков одного из смежных участков. Индиви-
дуальные накопители устанавливаются либо как необходимый элемент
автоматического загрузочного устройства и в этом случае они имеют
сравнительно небольшую емкость, либо они имеют то же значение, что
и промежуточные групповые накопители, и соответственно их емкость
должна быть достаточно большой.
Из накопителей заготовки могут подаваться либо непосредственно на
станок, либо на транспортирующее устройство автоматической линии.
В первом случае используются рассмотренные выше виды накопителей,
являющиеся элементами соответствующих загрузочных устройств станков
автоматической линии. При этом применяются как магазинные, так и
бункерные загрузочные устройства. Магазинные загрузочные устройства
используются на автоматических линиях для обработки втулок, колец,
дисков и других деталей (см. стр. 103). Бункерные загрузочные устройства
применяются на автоматических линиях для обработки мелких деталей
типа болтов, винтов, гаек, метчиков и т. д.
Конструкция накопителей, применяемых во втором случае, в основ-
ном аналогична конструкции накопителей индивидуальных загрузочных
устройств и отличается лишь некоторыми особенностями, обусловленными
характером процесса передачи заготовки на транспортирующее устрой-
ство автоматической линии.
Специфическую конструкцию имеют магазинные накопители большой
емкости.
В ряде случаев, как указывалось выше (см. стр. 105), используются
промежуточные транспортеры-накопители. Методы передачи деталей со
станка в накопитель и обратно зависят от конструкции транспортера-
накопителя. В одних случаях передача осуществляется автооператорами
(стр. 105), в других приходится вводить дополнительные транспортные
устройства (стр. 107).
Входной накопитель имеет автоматическая линия для обработки ва-
лов, представленная на рис. 1.68, б. Накопитель выполнен в форме лот-
кового магазина. Отсекатель выпускает очередную заготовку, которая
захватывается транспортирующим автооператором. Входной лотковый
винтовой магазин большой емкости и индивидуальные лотковые магазины
малой емкости имеет автоматическая линия для обработки втулок
(рис. 1.68, а).
Переналаживаемая автоматическая линия для обработки валов
(рис. 1.68, а) имеет входной лотковый магазин и промежуточный цепной
транспортер-накопитель. Заготовки, перемещаемые по лотку грейферным
транспортером, попадают в очередную люльку цепного транспортера-
накопителя и уносятся ею. При выдаче заготовок из накопителя люлька
подает заготовку на линию лотка и заготовка проталкивается грейферным
транспортером к следующей группе станков. Накопитель включается
в работу при остановке одной из групп станков, на которые разбита авто-
матическая линия.
Автоматическая линия для обработки зубчатых колес (рис. 1.73, б)
имеет штыревые входной и промежуточный накопители. Из накопителей
заготовки переносятся на транспортирующие устройства станка и обратно
с помощью автооператоров.
При установке группового промежуточного накопителя применяются
два варианта движения заготовок: параллельное и сквозное. При парал-
лельном движении трасса перемещения деталей проходит параллельно
690
накопителю и при работе обеих смежных групп станков заготовки посту-
пают от первой группы ко второй, минуя накопитель. Если вторая группа
станков останавливается, то включается накопитель и заготовки посту-
пают в накопитель. При остановке первой группы станков вторая группа
питается из накопителя. При этом направление движения заготовок
в накопителе изменяется на противоположное. Подобный накопитель
используется в автоматических линиях для обработки валов и зубчатых
колес.
При сквозном движении заготовок конструкция накопителя, как
указывалось выше, должна обеспечить быстрое прохождение заготовки
через накопитель до зоны выдачи, так как после пуска линии вторая
группа станков простаивает в течение времени, необходимого для про-
хождения первой заготовки через накопитель. Этому требованию удовлет-
воряют бункерные накопители. В ряде случаев весьма удачные решения
могут быть получены при использовании вибрационных бункеров, которые
Рис. IV.95. Промежуточные накопители большой емкости
одновременно могут выполнять и функции элеваторов. В качестве при-
мера магазинных накопителей укажем на змеевидные лотковые накопи-
тели с элеватором для подачи заготовок от предыдущего станка в ма-
газин.
Промежуточные накопители большой емкости имеют довольно сложную
конструкцию. В автоматическом цехе для производства поршней исполь-
зуется транспортер-накопитель 4 (рис. IV.95, а) с винтовым расположе-
нием ячеек 5, каждая из которых предназначается для укладки четырех
поршней 1. В ячейке заготовки лежат на двух полках 2 и 6, приваренных
к вертикальным стенкам. Поршни подаются в ячейку автооператором 3.
Автооператор перемещается в радиальном направлении; опускаясь вниз,
он кладет поршни на полки 2 и 6 и возвращается в исходное положение.
Следующая ячейка подается к автооператору поворотом накопителя 4
вокруг оси и одновременным перемещением его вдоль оси. Таким образом,
накопитель совершает винтовое движение.
При выдаче заготовок из накопителя автооператор вводится в ячейку
в опущенном состоянии и, поднимаясь, снимает поршни с полок 2 и 6.
Возвращаясь назад, автооператор выносит заготовки из накопителя
и передает их на транспортирующее устройство автоматической линии.
Накопитель включен параллельно движению заготовок и вступает
в работу только при остановке одного из участков линии.
Накопитель большой емкости для колец шарикоподшипников
(рис. IV.95, б) представляет собой четырехканальные кассеты 3, прикреп-
ленные к бесконечным цепям. В процессе движения кассеты проходят
мимо подводящего канала 1 и отводящего канала 2. При этом заготовки,
поступающие к накопителю, попадают в каналы кассет, откуда они вы-
даются отсекающим механизмом в канал 2. Накопитель вмещает до
1000 колец.
691
15.	АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЗАГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
ДЛЯ СМЕНЫ ИНСТРУМЕНТОВ
Как указывалось выше, развитие станков с цифровым программным
управлением привело к появлению широкоуниверсальных многоопера-
ционных станков (machining centre), предназначенных для выполнения
с одной установки в автоматическом цикле большого числа самых разно-
образных операций. Расширение круга выполняемых операций вызвало
необходимость оснащения станков устройствами для автоматической
смены инструмента. Такие устройства состоят из магазина, в котором
располагается необходимый комплект инструмента, автооператора, пере-
дающего инструмент из магазина к рабочему органу, и приспособления,
осуществляющего автоматическое закрепление инструмента [31 ].
Магазины и автооператоры
Простейшее решение может быть получено при установке магазина
непосредственно на одном из свободных концов рабочего стола. Магазин
выполняется либо в форме плиты с ячейками, либо в форме барабана
(рис. IV.96). При таком решении смену инструмента представляется
возможным осуществить без помощи автооператора.
Рис. IV.96. Автоматическая смеиа инструмента, размещенного в магазине,
установленном на столе
Французская фирма «Эрно—Сомуа» (рис. IV.96) размещает магазин 4,
представляющий собой поворотный барабан, на левом конце продольного
стола 5. По окончании выполнения очередной операции колонна, 1 вместе
со шпиндельной бабкой поднимается вверх и стол 5 вместе с магазином
перемещается до совмещения плоскости, проходящей через ось поворота
магазина перпендикулярно направлению движения, с осью шпинделя 2.
Одновременно колонна 1 перемещается вместе с салазками в поперечном
направлении до совмещения оси шпинделя с осью гнезда магазина. После
совмещения оси шпинделя с осью гнезда магазина колонна 1 опускается
вниз и инструмент вводится в гнездо. Зажимное приспособление освобож-
дается и колонна поднимается, а инструмент остается в магазине. Мага-
зин 4 поворачивается на один шаг и с осью шпинделя совмещается новый
инструмент 3. Колонна опускается вниз и хвостовик инструмента входит
в отверстие шпинделя. Инструмент зажимается и колонна поднимается
вверх. Стол и поперечные салазки перемещаются по программе и инстру-
мент подводится к обрабатываемой детали.
Ь92
Подобный же метод автоматической смены инструмента без поворот-
ного магазина используется на отечественных вертикальнофрезерных
станках 6Н13ГЭ с цифровым программным управлением.
Достоинством такого решения, особенно в последнем варианте, яв-
ляется его простота, недостатком — большие затраты времени на смену
инструмента, вызываемые необходимостью многократно перемещать в про-
цессе смены тяжелые рабочие органы на значительные расстояния. Сокра-
щения затрат времени на смену инструмента можно достигнуть при исполь-
зовании для этой цели автооператоров.
Автооператорами оснащены горизонтальнофрезерные станки фирмы
«Керней—Трекер» (рис. IV.97), имеющие систему цифрового программ-
ного управления. Магазин 1 выпол-
нен в форме конического барабана
с пятнадцатью гнездами для опра-
вок 2 с различными инструментами.
Оправки удерживаются в гнездах
шариковыми фиксаторами. Шарик
западает в кольцевую канавку оправ-
ки. Перенос оправки из магазина
в шпиндель 5 и обратно осущест-
вляется двухзахватным автоперато-
ром 3. Автооператор имеет по концам
дуговые вырезы, которые служат для
захвата оправок. Автооператор может
поворачиваться вокруг оси своего
вала и перемещаться вместе с валом
в осевом направлении. В период меж-
ду сменами инстр умента автооператор
занимает горизонтальное положение
вблизи зеркала станины. При смене
Рис. IV. 97. Автоматическая смена ин-
струмента с помощью автооператора на
широкоуниверсальном многопозиционном
станке с горизонтальным шпинделем
инструмента автооператор поворачи-
вается против часовой стрелки и
верхний вырез охватывает оправку,
расположенную в нижнем гнезде ма-
газина, а нижний вырез охватывает
оправку, зажатую в шпинделе. Поворот автооператора ограничивается жест-
ким упором. После поворота автооператора зажимное приспособление, удер-
живающее инструмент в шпинделе, освобождается и автооператор пере-
мещается в осевом направлении и нижняя оправка вытягивается из
шпинделя, а верхняя — из гнезда магазина. Автооператор сходит с упора
и поворачивается на 180°. Поворот автооператора ограничивается подвиж-
ным упором. В процессе поворота автооператора оправки удерживаются
подпружиненными плунжерами 4.
После поворота на 180° автооператор перемещается по направлению
к станине и в шпиндель вводится новая оправка, а оправка, снятая со
шпинделя, помещается в свободное гнездо магазина. Оправка, установ-
ленная в шпиндель, зажимается и автооператор поворачивается на 90°
и занимает исходное положение.
Все механизмы размещаются в специальном корпусе, расположенном
сверху станины.
Широкоуниверсальные многооперационные станки с цифровым про-
граммным управлением выпускаются также на базе бесконсольных одно-
стоечных вертикальнофрезерных станков. Продольный стол 2 подобного
станка фирмы «Джидинг—Льюис» (рис. IV.98) перемещается по развитым
поперечным салазкам 1. Широкие направляющие для перемещения
693
поперечных салазок по станине и большая длина продольных направ-
ляющих, исключающая свешивание стола в крайних положениях, спо-
собствуют повышению точности станка. Шпиндельная бабка 6 станка
перемещается по вертикальным направляющим стойки.
Станок имеет для инструментов два магазина 3 и 8, представляющих
собой поворотные барабаны с вертикальной осью вращения. Перенос
инструментов из магазинов к шпинделю 5 и обратно осуществляется
с помощью автооператоров. Механизмы поворота магазинов и перемеще-
ния автооператоров размещаются в корпусах 4 и 7. Время смены инстру-
мента по данным фирмы составляет 8 сек.
На станке фирмы «Браун—Шарп», имеющем аналогичную компоновку,
но оснащенном только одним магазином, время смены инструмента со-
ставляет 3 сек.
Рис. IV.98. Автоматическая смена инструмента на широкоунивер-
сальвом многооперационном станке с вертикальным шпинделем
На тяжелых широкоуниверсальных многооперационных станках при
смене инструмента наряду с использованием автооператора приходится
прибегать и к перемещению рабочих органов.
Фирма «Керней—Трекер» выпускает широкоуниверсальный миого-
операционный станок на базе одностоечного расточного станка (рис. IV.99).
Обрабатываемую деталь закрепляют на плите 8, которая устанавливается
на верхних направляющих поворотного стола 9. Поворотный стол вместе
с салазками 10 перемещается по направляющим станины 12 в поперечном
направлении. Колонна 6, несущая шпиндельную бабку 7, перемещается
в продольном направлении.
Оправки 3 с режущими инструментами устанавливают в гнездах бара-
бана 2, закрытого спереди крышкой 1, имеющей в зоне загрузки инстру-
мента вырез. Смена инструмента осуществляется с помощью двухзахват-
ного автооператора 14, принцип действия которого подобен принципу
действия описанного выше автооператора горизонтальнофрезерного станка.
Отличие заключается в том, что автооператор имеет выдвижные ползуны 4,
захватывающие оправки с инструментом.
В момент смены инструмента ось шпинделя станка совмещается с осью/3
захвата автооператора, что достигается перемещением колонны 6 и шпин-
дельной бабки 7. После совмещения оси шпинделя с осью 13 выдвигаются
ползуны 4, перемещающиеся в горизонтальном направлении, и проис-
ходит захват оправок. Автооператор, двигаясь вперед в направлении оси
шпинделя по направляющим кронштейна 5, извлекает одну оправку из
694
магазина, а вторую из отверстия шпинделя. Затем происходит поворот
автооператора на 180° и он перемещается в обратном направлении. При
этом в шпиндель устанавливается оправка с новым инструментом, а отра-
ботавший инструмент помещается в свободное гнездо магазина. Ползуны
вдвигаются в корпус автооператора и колонна со шпиндельной бабкой
возвращается в рабочее положение.
У более крупных моделей подобных станков автооператор переме-
щается по дополнительным направляющим в продольном направлении, что
исключает необходимость перемещения колонны при смене инструмента.
Оператор, взявший инструмент из магазина, идет вправо до совмещения
оси 13 с плоскостью, про-
ходящей через ось шпин-
деля, а шпиндельная бабка
перемещается по напра-
вляющим колонны до со-
вмещения оси шпинделя
с осью 13. Правый ползун
автооператора выдвигается
и захватывает оправку,
установленную в шпинде-
10 11 1!
/4 S
Рис. IV.99. Автоматическая смена инструмента на тяжелом широкоуннвер-
сальном многооперационном станке
ле. Приспособление для зажима инструмента освобождается и автоопера-
тор, перемещаясь в осевом направлении, выводит оправку из шпинделя.
После поворота автооператора на 180° он перемещается параллельно оси
шпинделя в обратном направлении и устанавливает новую оправку в шпин-
дель. После зажима оправки в шпинделе автооператор перемещается к ма-
газину и выполняет все операции по установке в гнезде магазина оправки
с отработавшим инструментом и по извлечению нового инструмента.
Для сокращения затрат времени на смену обрабатываемой детали справа
и слева от стола 9 расположены станины 11 к 15 с направляющими, на
которые плита 8 может быть передвинута с помощью гидропривода. В то
время как одна плита находится на столе 9 и закрепленная на ней деталь
подвергается обработке, на второй плите 8, находящейся на одной из
станин 11 или 15, производится смена заготовки. По окончании обработки
плита 8 с готовой деталью сдвигается на направляющие свободной ста-
нины 11 или 15, а плита с заготовкой перемещается на стол 9.
Автоматические загрузочные устройства для смены инструмента
устанавливаются также на станках токарной группы с программным
управлением.
Токарный станок фирмы «Макс Мюллер» (рис. IV. 100), предназначен-
ный для патронных работ, оснащен барабанным магазином 8 для уста-
новки 12 сменных державок 2 с инструментами. Державки устанавли-
ваются на колодках 9 и удерживаются подпружиненными фиксаторами.
695
Державка, используемая для выполнения очередной операции, уста-
навливается на колодке <3 вертикального суппорта 5. Базирование дер-
жавки осуществляется двумя призматическими выступами, к которым она
прижимается затяжным болтом 6, связанным со штоком гидравличе-
ского цилиндра 4.
Рис. IV. 100. Автоматическая смена инструмента на токарном
станке
Смена державок производится двухзахватным автооператором 7.
При смене продольный суппорт 1 перемещается вправо. Автооператор
движется вперед параллельно плоскости перемещения державки по
призматическим выступам и поворачивается на 90°, после чего возвра-
щается назад. При этом автооператор захватывает за Г-образные выступы
с одной стороны державку, расположенную на суппорте, с другой—дер-
Группа Инструмент
Рис. IV. 101. Кодированная оправка
для автоматически сменяемого инстру-
мента
жавку, расположенную на барабане.
Вновь перемещаясь вперед, автоопера-
тор снимает державки с суппорта и
с колодки магазина и, поворачиваясь
на 180°, устанавливает новую державку
с инструментом на суппорт, а отрабо-
тавшую — на свободную колодку мага-
зина. Очередная державка подается
в загрузочную позицию поворотом ма-
газина.
При смене инструменты могут по-
даваться в загрузочную позицию в раз-
личном порядке. Наиболее просто
решается вопрос при последовательной
подаче инструментов путем поворота
магазина на одно деление. Но при такой подаче каждый инструмент мо-
жет быть использован в автоматическом цикле только один раз. Для
многократного использования одного и того же инструмента необходимо,
чтобы в тот момент, когда инструмент попадает в загрузочную позицию,
возникал бы вполне определенный сигнал, присвоенный именно данному
инструменту. При совпадении сигнала, заданного программой, с сигналом,
подаваемым датчиком магазина, происходит остановка магазина и осу-
ществляется процесс смены инструмента.
696
Для подачи сигнала используются различные методы. Например,
на оправках фирмы «Керней—Трекер» устанавливают наборы колец
(рис. IV. 101). Наборы состоят из двух групп колец по пяти колец в каж-
дой. В набор входят кольца малого и большого диаметра. При установке
оправки в загрузочную позицию кольца большего диаметра нажимают
на микропереключатели и в зависимости от того, в какой комбинации
установлены кольца большего и малого диаметра, возникает та или иная
комбинация электрических сигналов, представляющая собой двоичное
число. Так как в каждой группе имеется пять колец, то возможна 31 ком-
бинация сигналов в каждой группе, т. е. для маркировки инструментов
можно использовать 961 обозначение. Такой метод позволяет размещать
инструменты в магазине в любой последовательности. Недостатком метода
является необходимость увеличения длины оправки на величину участка,
на котором размещаются кольца.
Возможно также кодирование
гнезд магазина.
Автоматическое закрепление
оправок с инструментом
На станках фирмы «Керней—
Трекер» автоматическое закрепле-
ние осуществляется с помощью
разрезной цанги. Перемещение
цанги при зажиме производится
с помощью пакета тарельчатых
пружинных шайб. При освобож-
дении цанги пакет пружинных
шайб сжимается под действием
усилия, приложенного со стороны
штока гидравлического цилиндра,
установленного соосно со шпин-
делем.
На станках фирмы «Эрно—Со-
муа» используются оправки с обыч-
ным коническим концом (рис.
IV. 102). В резьбовое отверстие
оправки /.ввертывается хвостовик
4. При установке оправки хвосто-
вик проходит через отверстие втул-
ки 5 и раздвигает шарики 2,
сидящие в окнах втулки 5, кото-
рые при этом заходят в кольцевую
канавку гильзы 3. Втулка 5 свя-
зана тягой 6 с поршнем 7 гидра-
влического цилиндра. При подаче
масла в нижнюю полость цилин-
дра втулка 5 вместе с поршнем 7
идет вверх. Края канавки гильзы
3 отжимают шарики внутрь и они
дальнейшем движении втулки 5 за-
Рис. IV.102. Механизм автоматического за-
крепления державки с инструментом
входят в выточку хвостовика 4 и при
ягивают хвостовик и оправку в отвер-
стие шпинделя.
При обратном ходе поршня 7 заплечик втулки 5 нажимает на торец
хвостовика и выталкивает оправку из отверстия шпинделя.
697
Для обеспечения совпадения пазов фланца оправки с ведущими шпон-
ками шпинделя шпиндель при смене инструмента останавливается в строго
определенном положении.
Как автоматические устройства для смены, так и для зажима оправок
и державок с инструментами могут иметь различную конструкцию и рас-
смотренные примеры дают представление о принципах конструктивного
оформления подобных устройств.
Для того чтобы в процессе обработки были получены размеры обра-
батываемых поверхностей, предусмотренные программой, инструменты
должны быть координированы относительно базирующих поверхностей
приспособлений для крепления инструмента: например, сверла, фрезы,
развертки должны быть установлены на определенном расстоянии от торца
шпинделя; резцы должны быть установлены с заданным вылетом относи-
тельно базирующих призматических углублений и т. п.; причем эта уста-
новка в ряде случаев должна быть выполнена с весьма высокой точностью.
Для настройки инструментов вне станка применяют специальные машины
с индикаторными и оптическими отсчетными устройствами. Эти машины
представляют собой двухкоординатные столики той или иной конструк-
ции, на которых помещают приспособления для крепления оправок
и державок с настраиваемыми инструментами. Базовые поверхности при-
способлений устанавливают с помощью отсчетных устройств на заданных
расстояниях от индикаторного или оптического прибора, определяющего
положение контролируемого элемента режущего инструмента. Прибор
показывает величину отклонения и путем регулирования положения
инструмента в оправке или в державке это отклонение устраняется.
ГЛАВА VII СМАЗКА, ОХЛАЖДЕНИЕ.
УДАЛЕНИЕ СТРУЖКИ
16.	СМАЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
Смазка имеет большое значение для обеспечения рабо-
тоспособности и долговечности станка, способствует
уменьшению потерь на трение, повышению допустимых скоростей за счет
отвода тепла из зоны тепловыделения и уменьшению износа трущихся
поверхностей.
Для смазки станков преимущественно используют жидкие индустриаль-
ные масла различных марок: для шпиндельных подшипников скольжения
с малым зазором применяют маловязкие сорта масел, для направляю-
щих — масла повышенной вязкости и специальные сорта, обеспечиваю-
щие повышение устойчивости движения, для коробок скоростей и подач —
масла средней вязкости. Консистентные смазки применяют значительно
реже — для смазки подшипников качения, работающих при средних
скоростях, и в сравнительно тихоходных зубчатых передачах.
Системы смазки и аппаратура
Системы смазки [95] должны обеспечивать подачу масла ко всем тру-
щимся поверхностям: подшипниковым узлам, шарнирным соединениям,
направляющим прямолинейного и кругового движения.
Наряду с совершенными системами смазки в станках еще находит
применение индивидуальная смазка отдельных сопряженных трущихся
поверхностей. Для подачи смазки в соответствующих местах предусма-
698
тривают смазочные отверстия и устанавливают масленки (рис. IV.103) —-
фитильные (а), шариковые (б), капельные (в). При индивидуальной смазке
возрастают затраты времени на обслуживание станка и не гарантируется
своевременность подачи смазки.
С целью сокращения затрат времени на процесс смазки применяют
групповые фитильные и капельные масленки. Такие масленки имеют
общий резервуар, из которого масло
через трубки попадает к отдельным
точкам смазки.
В коробках скоростей и подач
применяют смазку разбрызгиванием,
при которой масло, находящееся в нижней
части резервуара, разбрызгивается, в ре-
зультате чего создается масляный туман и
масло поступает к зубчатым колесам и под-
шипникам. При разбрызгивании масло попа-
дает также в карманы, расположенные в
верхней части корпуса, откуда оно может
поступать по трубкам к отдельным точкам.
Как указывалось выше, при смазке разбрыз-
гиванием возрастают потери холостого хода.
S)
А-А
Рис. IV. 103. Смазочная аппаратура
Наиболее совершенными являются циркуляционные системы смазки,
при которых масло засасывается из резервуара насосом и подается по
трубкам к точкам смазки. При циркуляционной смазке обеспечивается
более интенсивное охлаждение смазываемых поверхностей и в случае
необходимости подача смазки под давлением.
В связи с трудностями подачи смазки от одного насоса ко всем рабочим
органам отдельные рабочие органы могут иметь независимую систему
циркуляционной смазки.
Для подачи смазки используются шестеренные насосы, лопастные
насосы упрощенной конструкции с двумя лопастями, плунжерные насосы.
699
Плунжерный насос получает движение от эксцентрика, установленного
на одном из валов привода.
Регулирование подачи масла к различным точкам производится иголь-
чатыми дросселями, которые встраивают в трубопроводы.
Шестеренные и лопастные насосы удобно использовать для смазки
узлов, в механизмах которых имеются быстр обращающиеся валы: коробок
скоростей и подач, приводов быстрых ходов и т. п. От быстровращаю-
щихся валов движение может быть передано насосам. Шестеренные и ло-
пастные насосы могут также получать вращение от отдельных электро-
двигателей.
Рис. IV. 104. Плунжерный насос системы смазки
Плунжерные насосы могут получать движение как от быстро, так
и медленно вращающихся валов. Последнее делает их особенно удобными
для смазки механизмов подвижных рабочих органов, в которых отсут-
ствуют быстр обращающиеся валы: фартуков и суппортов токарных стан-
ков, столов консольнофрезерных станков и т. п.
Плунжерные насосы выполняют либо с одним, либо с несколькими
плунжерами. Последние называются лубрикаторами [101].
Плунжер 2 (рис. IV. 104) получает движение от эксцентрика (см.
эксцентрик 1 на рис. П.39). Масло засасывается через шариковый клапан 4,
размещенный в штуцере 3, и поступает в полость корпуса 1. Через шари-
ковый клапан 6 масло подается в нагнетательный трубопровод 5.
Корпус 1, изображенный на рис. IV. 104, имеет форму, приспособлен-
ную для крепления внутри корпуса на платике вертикальной или гори-
зонтальной стенки. Корпус может быть выполнен также с фланцем, ко-
торый можно крепить к платику, расположенному снаружи стенки, что
облегчает обработку и сборку.
Многоплунжерный насос (рис. IV. 105) имеет ряд плунжеров 5, рас-
положенных по окружности в корпусе 4. Плунжеры приводятся в дей-
ствие кулачком 8. Криволинейная шайба кулачка входит в зазор, образо-
ванный торцом плунжера и винтом 6, ввернутым в скобу, выполненную
700
заодно с плунжером. При вращении кулачка плунжеры поочередно со-
вершают возвратно-поступательное движение. Величину хода регулируют
установкой винта 6: если зазор сделать равным подъему кулачка, то плун-
жер останется неподвижным; если зазор сделать равным толщине шайбы
кулачка, то плунжер будет иметь наибольший ход.
Кулачок вращается вместе с распределительным валиком 11. Масло
поступает от всасывающего трубопровода к кольцевой канавке 12, откуда
оно попадает через поперечное отверстие и далее по центральному каналу
и поперечному отверстию 3 к отверстию корпуса, соединенному с полостью
цилиндра плунжера. Движение плунжеров и поворот распределительного
валика происходят синхронно и поперечное отверстие соединяется с по-
лостью цилиндра плунжера в тот момент, когда плунжер начинает идти
вверх. К моменту начала хода плунжера вниз с полостью цилиндра
плунжера соединяется наклонная канавка 9, которая связывает полость
701
цилиндра плунжера с отводящими.отверстиями, к которым присоединены
трубки 10.
Лубрикатор может приводиться в действие либо вручную с помощью
рукоятки 7, либо от того или иного привода. Распределительный валик 11
связан муфтой обгона 14 с шестерней 1. Шестерня 1 может получать вра-
щение либо от червяка 2, либо от рейки 13. Вал червяка 2 может быть
связан либо с одним из валов механизма смазываемого узла, либо с валом
отдельного электродвигателя малой мощности. Рейка может получать
движение от тягового электромагнита, от пневмоцилиндра или, при изме-
ненном конструктивном исполнении, от эксцентрика или плоского ку-
лачка.
Многоплунжерные насосы обеспечивают индивидуальную дозировку
количества масла, подаваемого к каждой точке.
Рис. IV. 106. Система смазки поперечных салазок фрезерного станка
Одноплунжерные, шестеренные и лопастные насосы подают масло
по общему трубопроводу; масло при этом распределяется по отдельным
отводам к точкам смазки. Общий трубопровод 1 с ответвлениями для
смазки механизмов коробки скоростей показан на рис. 11.41. Для под-
ключения трубок, подающих масло к отдельным точкам, используют
коллекторы. Так, в системе смазки поперечных салазок консольнофрезер-
ного станка (рис. IV. 106) установлено два коллектора 2 и 4. От насоса 1
масло подается к коллектору 2, который связан трубкой 3 с коллектором 4.
От коллекторов 2 и 4 идут трубки к отдельным точкам смазки. К коллек-
торам трубки подключают с помощью штуцеров; в точках смазки трубки
могут либо свободно входить в отверстия, либо также подключаться
с помощью штуцеров.
Различные модификации штуцеров для крепления концов трубок
представлены на рис. IV. 104 и IV. 105. К концу трубки 5 (рис. IV. 104)
припаяно кольцо, которое накидной гайкой прижимается к торцу шту-
цера. Трубки 10 (рис. IV. 105) развальцованы и их развальцованные
концы прижаты внутренней конической поверхностью резьбовой пробки
к наружной конической поверхности вкладыша, находящегося в отверстии
корпуса.
В системах циркуляционной смазки циркулирующее масло подвер-
гается очистке с помощью фильтров той или иной конструкции, что спо-
702
собствует значительному повышению долговечности машин и длительному
сохранению точности [101].
Для фильтрации масла в системах смазки применяют описанные
выше (стр. 372) сетчатые и пластинчатые фильтры. Для улавливания
металлических частиц, попадающих в масло вследствие износа стальных
и чугунных трущихся поверхностей, применяют магнитные фильтры
(рис. IV. 107). В магнитном фильтре поток масла, поступающий в верх-
нюю полость фильтра, проходит через пазы зубчатой крышки и через
решетку, образованную концентрическими трубчатыми элементами. Ре-
шетка расположена внутри магнитного поля,
создаваемого трубчатым магнитом 1. Латунный
трубчатый экран 2 концентрирует магнитное
поле. В зазорах между трубчатыми элементами
решетки ферромагнитные элементы задержива-
ются магнитным полем, одновременно задержи-
ваются и другие частицы, имеющиеся в масле.
Для особо тонкой очистки масла применяют
войлочные, тканевые и бумажные фильтры.
Войлочные и тканевые фильтры подобны пла-
Рис. IV. 107. Магнитный
фильтр
Рис. IV. 108. Контрольная аппаратура
стинчатым (рис. 11.127), только в данном случае центральная трубка окру-
жена трубкой из войлочных колец.
Фильтры могут располагаться: на всасывающем трубопроводе, на
напорной магистрали, на сливной магистрали и параллельно основному
.потоку. На всасывающей магистрали располагают сетчатые фильтры,
параллельно основному потоку — фильтры тонкой очистки, пропускная
способность которых обычно невелика, что затрудняет их расположение
на основной магистрали.
Для контроля работы системы смазки применяют устройства различ-
ной сложности. Простейшими устройствами являются указатели уровня
масла (рис. IV. 108, а), которые дают возможность непосредственно
наблюдать за уровнем масла в резервуаре. Поплавковые уровни с электри-
ческим сигнальным устройством позволяют вести наблюдение за уровнем
масла по шкале прибора, установленного на центральном пульте.
Для контроля поступления масла по отдельным магистралям при-
меняются стеклянные смотровые трубки (рис. IV. 108, б) и сигнальные
устройства (рис. IV.108, в). При наличии потока масла флажок 1 повора-
чивается и размыкает контакты 2, при отсутствии потока контакты остаются
замкнутыми и на пульте появляется соответствующий сигнал.
703
Давление масла контролируется манометрами для визуального наблю-
дения и манометрами с сигнальным устройством. Для сигнализации о па-
дении давления Могут быть использованы реле давления (см. стр. 368),
Температура узлов станка контролируется электрическими пиро-
метрами.
Определение потребной производительности смазочного насоса
Производительность насоса определяется в предположении, что все
количество тепла, выделяемое при трении, отводится маслом, циркули-
рующим в смазочной системе. Количество тепла определяется исходя
из работы сил трения. Если мощность привода равна N кет, а к. п. д. —
т], то работа сил трения равна
А = N (I — ц) квт!ч.
Соответственно количество тепла, выделяемое при трении,
W — 860 N (1 — ц) ккал!ч.
Количество тепла, отводимого смазочной жидкостью,
W = 60Qq> АЛ
где Q — количество подаваемой смазки в л/мин;
с — удельная теплоемкость смазки, в среднем 0,4 ккал!кг  град;
у — удельный вес масла в кГ/л;
At — перепад температуры масла в град при поступлении к трущимся
поверхностям и при выходе; по опытным данным, для зубчатых
передач At = 5-^8°, для подшипников скольжения At =
= 30-?-40о.
Приравняв оба последних выражения, найдем производительность
насоса смазочной системы
Коэффициент k принимают равным 1—3.
Объем резервуара-отстойника принимают равным производительности
насоса за 5—6 мин работы. Отстойник должен иметь спусковое отверстие
для слива масла, закрываемое пробкой.
В ряде случаев для охлаждения масла устанавливают специальные
теплообменники: воздушные и водяные, а также холодильные установки.
17.	СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ
Подача в зону резания охлаждающей жидкости обеспечивает повыше-
ние стойкости режущего инструмента и качества обрабатываемой по-
верхности. В качестве охлаждающей жидкости используется: 5-процент-
ный раствор соды в воде, эмульсии, осерненные масла и др.
Агрегаты системы охлаждения
В состав системы охлаждения входит резервуар-отстойник для охла-
ждающей жидкости, насос, фильтр, приемник для сбора охлаждающей
жидкости и трубопроводы для подачи охлаждающей жидкости в зону
резания и отвода отработанной жидкости в резервуар.
Отстойник-резервуар располагается либо в одном из отсеков станины,
основания, либо выполняется в виде отдельной емкости в фррме сварного
бака, аналогичного по своей конструкции описанным выше бакам гидрав-
лических систем.
704
Для подачи содового раствора и эмульсии применяют центробежные,
а для подачи осерненных масел — шестеренные насосы. Центробежные
насосы выпускаются в одном блоке с приводным электродвигателем.
Для фильтрации охлаждающей жидкости устанавливают сетчатые
фильтры на всасывающем трубопроводе. В прецизионных станках приме-
няют также магнитные сепараторы описанной выше конструкции для
очистки охлаждающей жидкости от металлических частиц и фильтры
с фильтровальной бумагой для тонкой очистки [80].
К зоне резания охлаждающая жидкость подается по обычной системе
трубопроводов. Ответвление трубопровода, по которому жидкость не-
посредственно поступает в зону резания, должно быть гибким, с тем чтобы
наконечник, через который подается охлаждающая жидкость, мог бы
подавать жидкость в зону контакта режущего инструмента с обрабаты-
ваемой деталью. Для этого используются трубопроводы с шарнирными
соединениями или гибкие шланги. Наконечники выполняют со скошен-
ным срезом или сплющенными.
Форма приемников для сбора отработанной охлаждающей жидкости
зависит от общей конструкции станка. Например, станки токарной группы
снабжают корытом, расположенным между тумбами и станиной. В прием-
ник охлаждающая жидкость поступает через сверленую решетку, задер-
живающую стружку. У фрезерных станков охлаждающая жидкость
попадает в желоб, окантовывающий продольный стол, откуда она посту-
пает в желоб поперечных салазок и далее в приемник консоли, который
связан телескопической трубой с основанием. Полость основания является
резервуаром-отстойником для охлаждающей жидкости.
Для предупреждения разбрызгивания охлаждающей жидкости на
станке устанавливают защитные щитки или откидные кожухи. Подобные
щитки кожуха защищают также рабочего от стружки.
В настоящее время начинает находить применение способ подачи
охлаждающей жидкости в распыленном виде, чем обеспечивается более
эффективное охлаждение [93]. В ряде случаев применяется также
охлаждение жидкой углекислотой.
Указания по расчету системы охлаждения
Для определения производительности системы охлаждения могут быть
использованы формулы, аналогичные формулам, приведенным выше для
системы смазки, в которые вместо N (1 — т]) следует подставить эффектив-
ную мощность, затрачиваемую на резание. Перепад температуры может
быть принят равным 15—25° при отсутствии в системе охлаждения спе-
циальных теплообменников.
Найденная по приведенным формулам производительность должна
быть увеличена, если охлаждающая жидкость должна также вымывать
образующуюся в процессе резания стружку. Для определения производи-
тельности системы охлаждения может быть использовано выражение
Q = Qi + kN3lf„
где Ch — количество жидкости, необходимое для удаления стружки;
оно принимается равным 10—30 л1мшг,
Ыэф — эффективная мощность, затрачиваемая на резание, в кет',
k — коэффициент, который принимается равным 2—6.
Объем резервуара-отстойника принимают равным производительности
системы охлаждения за 10—12 мин.
Конструкция резервуара-отстойника должна обеспечивать удобство
его очистки.
705
18.	УСТРОЙСТВА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ СТРУЖКИ
При проектировании станков, особенно станков-автоматов и автомати-
ческих линий, необходимо уделять большое внимание вопросам удаления
стружки. В ряде случаев трудности удаления стружки приводят к дли-
тельным простоям станков или делают их вообще неработоспособными,
так как стружка забивает зону резания.
Удобство удаления стружки во многом предопределяется общей ком-
поновкой станка, которая должна обеспечивать свободный сход стружки
в стружкоприемник под действием собственного веса. В качестве примера
укажем на компоновку гид-
рокопировальных полу-
автоматов (см. рис. 1.41,6),
которые в отличие от обыч-
ных токарных станков
имеют вместо станины с
горизонтальными напра-
вляющими станину с на-
клонными направляющи-
Рис. IV.109. Шнек для удаления стружки ми> расположенную выше
линии центров, чем обеспе-
чивается свободное поступление стружки в стружкоприемник. Для удоб-
ства удаления стружки в станинах и основаниях, как это указано выше,
предусматриваются специальные стружкоотводящие каналы достаточно
большого сечения.
Важно также обеспечить удобство удаления стружки из стружко-
приемника. У некоторых моделей токарных станков стружкоприемник
установлен на катках и после заполнения выкатывается за пределы станка,
где путем опрокидывания стружка перегружается в транспортирующие
тележки или на стружечный конвейер. Так как такое решение может
быть использовано только в отдельных случаях, когда оно допускается
общей компоновкой станка, то для удаления стружки из стружкоприем-
ника применяют местные стружечные транспортеры различной конструк-
ции: ленточные, скребковые, шнековые (рис. IV. 109). Аналогичные транс-
портеры используются на автоматических линиях [83].
Для удаления стружки из труднодоступных мест применяется сжатый
воздух, с помощью которого стружка выдувается в стружкоприемник.
На шлифовальных станках для удаления абразивной пыли устанав-
ливают пылеотсасывающие устройства, которые состоят из вентилятора,
системы трубопроводов и всасывающего патрубка, находящегося в зоне
резания.
Большие затруднения возникают при удалении сливной стружки.
Дробление сливной стружки достигается при использовании режущего
инструмента специальной конструкции.
В заключение необходимо отметить, что при проектировании станка
необходимо решать задачу комплексно, не упуская из поля зрения ни
один из затронутых в данной работе вопросов, так как казалось бы не-
большие дефекты, допущенные при проектировании, могут привести
к тому, что станок, имеющий в основном совершенную конструкцию, ока-
жется неработоспособным.
ЛИТЕРАТУРА
1.	Альтушуллер А. Н.( Рыск ин Г. М. и Чили-
ков В. Г. Автоматическое регулирование размерной настройки
и автоматическая замена инструмента при нарезании внутренней резьбы. — «Станки и ин-
струмент», 1962, № И, с. 22—-26.
2.	Агурский М. С., Вульфсон И. А. иРатмиров В. Л. Станки с число-
вым программным управлением. М., изд-во «Машиностроение», 1966, 379 с.
3.	Аппараты низкого напряжения. Низковольтные аппараты для станкостроения.
Сводный каталог 15. М., Информстандартэлектро, 1967, с. 124.
4.	Ачеркан Н. С., Гаврюшин Л. А., Ермаков В. В. и др. Металлоре-
жущие станки. М., изд-во «Машиностроение», 1965; т. I — 764 с., т. II — 628 с.
5.	Анненберг Э. А. Пленочные материалы для защитных устройств типа растяж-
ных мехов. —«Станки и инструмент», 1962, № 11, с. 35—38.
6.	Архангельский Л. А. Повышение кинематической точности зубофрезер-
ных станков. М., Машгиз, 1954, 200 с.
7.	А ч е р к а н Н. С. Расчет и конструирование металлорежущих станков. М., Маш-
гиз, 1944, 447 с.
8.	А ч е р к а и Н. С. Расчет и конструирование металлорежущих станков., М-,
Машгиз, 1949, 814 с.
9.	Б а ш т а Т. М. Гидравлические следящие приводы. Москва—Киев, Машгиз,
1960, 282 с.
10.	Б л и н о в Ю. Е. Точность безупорной остановки исполнительного органа станка
с программным управлением. — «Станки и инструмент», 1963, № 6, с. 16—18.
11.	Бреев Б. Т. Шлифовальные, заточные и отделочные станки. — «Станки и инстру-
мент», 1967, № 5, с. 6—12.
12.	Брон Л. С. иТартаковский Ж- Э. Гидравлический привод агрегатных
станков и автоматических линий. М., изд-во «Машиностроение», 1967, 354 с.
13.	Б у р к о в В. А. Устранение зазоров в передачах ходовой винт — гайка. —
«Станки и инструмент», 1966, № 11, с. 7—11.
14.	Б у р к о в В. А. Устройства с телескопическими щитками для защиты направ-
ляющих. — «Станки и инструмент», 1966, № 5, с. 24—29.
15.	В е й ц В. Л., ДондошанскийВ. К- и Чиряев В. И. Вынужденные
колебания в металлорежущих станках. М.—Л., Машгиз, 1959, 288 с.
16.	Владзиевский А. П. Автоматические линии в машиностроении. М., Маш-
гиз, 1958, кн. 1 — 430 с., кн. 2 — 340 с.
17.	В о л о ц е н к о П. В., Л е б е н с о н М. Е., М е й с т е м А. М. и др. Обеспе-
чение включаемости зубчатых блоков в коробках скоростей металлорежущих станков. —
«Станки и инструмент», 1967, № 7, с. 17—20.
18.	Воробьева Т. М. Электромагнитные муфты. М., Госэнергоиздат, 1960, 207 с.
19.	В о р о и ц о в Л. Н. Расчет и конструирование автоматических устройств для
контроля линейных величин. М., Машгиз, 1961, 332 с.
20.	Врагов Ю. Д., Лапин Ю. Э. и Нефедов В. С. Вероятностный метод
определения скоростных характеристик быстроходных фрезерных станков. — «Станки и
инструмент», 1963, № 6, с. 8—И.
21.	В ы с о ц к и й А. В. Исследование точности системы активного контроля. —
«Станки и инструмент», 1963, № 1, с. 34—35.
22.	Г е л ь ф е л ь д О. М. Влияние тепловыделения в круглошлифовальном станке
на точность его работы. — «Станки и инструмент», 1961, № 12, с. 9—12.
23.	Герц Е. В. и К р ей н и н Г. В. Динамика пневматических приводов машин-
автоматов. М., изд-во «Машиностроение», 1964, 234 с.
24.	Герц Е. В., Зенченко В. П. и К р е й н и н Г. В. Синтез пневматических
приводов. М., изд-во «Машиностроение», 1966, 211 с.
707
25.	Городецкий М. С. Токарнокопировальный полуавтомат модели 1722 П1
с программным управлением. — «Станки и инструмент», 1962, № 5, с. 14—18.
26.	Городецкий М. С. й Левин А. И. Скорость подхода к заданному поло-
жению в станках с позиционным программным управлением. — «Станки и инструмент»,
1965, No 4, с. 22—25.
27.	Горский А. И. и Иванов-Эмин Е. Б. Выбор транспортирующих ци-
линдров и определение времени их срабатывания. — Автоматизация привода и управления
машин. М., изд-во «Наука», 1967, с. 282—287.
28.	Д в о р н и к о в В. С. Шаговый пилообразный транспортер-накопитель для
транспортировки прямоосных валов. —«Станки и инструмент», 1961, № 7, с. 11—13.
29.	Дмитриев Л. Б. иЛисицынН. М. Исследование магнитострикционного
привода малых подач. —«Станки и инструмент», 1963, № 2, с. 5—9.
30.	Д р у ж и н с к и й И. А. Методы обработки сложных поверхностей. М.—Л.,
Машгиз, 1961, 486 с.
31.	Ермолаев Г. В. Автоматическая смена инструментов на станках с программ-
ным управлением. — «Станки и инструмент», 1967, № 7, с. 33—38.
32.	Ермаков В. В. Гидравлический привод металлорежущих станков. М., Маш-
гиз, 1963, 324 с.
33.	3 а з е р с к и й Е. И. и Г у т н е р И. Г. Токарь-расточник. Л., Машгиз, 1960,
415 с.
34.	Збарский Ю. Ш. и Т е н н е р О. Г. Механизмы точной остановки рабочих
органов прецизионных станков с программным управлением. — «Станки и инструмент»,
1964, № 4, с. 7—9.
35.	Зусман В. Г. и Мейстель А. М. Асинхронный электропривод позицион-
ных механизмов станков. — «Станки и инструмент», 1966, № 6, с. 8—12.
36.	3 о н е н б е р г С. М. Малые агрегатные станки. М., Машгиз, 1962, 292 с.
37.	И в е н с к и й Ю. Н., Туллер А. Г. иЭльпер Г. Л. Бесконтактные путе-
вые выключатели для схем управления электроприводом механизмов. — «Станки и инстру-
мент», 1962, № 4, с. 1—5.
38.	Исследование металлорежущих станков. Сборник работ чехословацких инсти-
тутов. М., Машгиз, 1962, 198 с.
39.	Исследование колебаний металлорежущих станков при резании металлов. Под
ред. акад. В. И. Дикушина и проф. Д. Н. Решетова. М., Машгиз, 1958, 293 с.
40.	И т и и А. М. Выбор скоростей быстрых перемещений в станках. — «Станки и
инструмент», 1961, № 4, с. 13—16.
41.	Каменецкий Г. И. Следящие золотники для станков с программным управле-
нием. — «Станки и инструмент», 1961, № 5, с. 13—18.
42.	Каминская В. В..Левина 3. М. иРешетов Д. Н. Станины и корпус-
ные детали металлорежущих станков (расчет и конструирование). М., Машгиз, 1960, 363 с.
43.	Каминская В. В. и Р и в и н Е. И. Виброизоляция прецизионных станков.—
«Станки и инструмент», 1964, № 11, с. 6—13.
44.	К а ш е п а в а Н. Я- Современные координатнорасточные станки. М., Машгиз,
1961, 280 с.
45.	К и с е л е в В. М. Фазовые системы числового программного управления стан-
ками. М., изд-во «Машиностроение», 1966, 375 с.
46.	К н я ж и ц к и й И. И. Компенсация температурных погрешностей расточных
станков. — «Станки и инструмент», 1963, № 3, с. 4—7.
47.	К н я ж и ц к и й И. И. Расчет коррекционных механизмов. — «Станки и инстру-
мент», 1966, № 4, с. 16—19.
48.	Кольнер С. В. иЕрмолаев Г. В. Автоматическая линия мод. ЛВ10. —
«Станки и инструмент». 1966, № 9, с. 1—5.
49.	Кондашевский В. В. Наладка автоматических приборов для контроля раз-
меров деталей. Москва—Свердловск, Машгиз, 1959, 183 с.
50.	К и п и ц и н В. И. Применение стальных сварных корпусных деталей в металло-
режущих станках. — «Станки и инструмент», 1961, № 12, с. 3—8.
51.	Косовский В. Л. Загрузочное устройство к консольнофрезерным станкам. —
«Станки и инструмент», 1960, № 8, с. 15—18.
52.	Кочубеевский И. Д. иСтражмейстер В. Л. Измерители рассогла-
сования следящих систем. М., Госэнергоиздат, 1963, 80 с.
53.	Кудряшов А. А. Металлорежущие станки для инструментального произ-
водства. М., Машгиз, 1961, 319 с.
54.	Кудинов В. А. Динамика станков. М., изд-во «Машиностроение», 1967,
357 с.
55.	Кудинов В. А. иВоробьева Г. С. Испытание станков общего назначения
на виброустойчивость при резании. — «Станки и инструмент», 1962, № 8, с. 8—12.
56.	Кузнецов С. М. Автоматический механизм для установки на оправку и зажима
заготовки на зубофрезерном станке. — «Станки и инструмент», 1961, № 7, с. 9—10.
57.	КупершмидтШ. Н. и Егоров Ю. В. Автоматическое отсчетное устрой-
ство для расточных станков. — «Станки и инструмент», 1962, № 4, с. 33—36.
708
58.	Курочкин А. П., Окунь У. Ю. иФрейдгейм Н. И. Пневматически»
самобалансирующиеся приборы для контроля размеров. — «Станки и инструмент». 1967.
№ 8, с. 31—32.
59.	К у р о ч к и н А. П., Линд А. Б. иФрейдгейм Н. И. Новая конструк-
ция стабилизатора давления воздуха. — «Станки и инструмент», 1966, № 6, с. 39—40.
60.	Кучер И.М. Станки с цифровым программным управлением. Лениздат, 1961,160с.
61.	Кучер И. М. Конструирование специализированных станков-автоматов и полу-
автоматов. Л., Машгиз, 1952, 260 с.
62.	Кучер И. М. и К у ч е р А. М. Модернизация и автоматизация станков. М.—Л..
Машгиз, 1958, 372 с.
63.	Л е в а ш о в А. В. Основы расчета точности кинематических цепей металлорежу-
щих станков. М., изд-во «Машиностроение», 1966, 212 с.
64.	Л е в и н а 3. М. Расчет и выбор конструктивных параметров направляющих
качения. М., ЭНИМС, 1961, 104 с.
65.	Левина 3. М. Основные характеристики работоспособности направляющих
качения. — «Станки и инструмент», 1965, № 7, с. 7—13.
66.	Лев и т Г. А. Коэффициент полезного действия быстроходных станков и способы
его повышения. М., ЦБТИ, 1950, 46 с.
67.	Л е в и т Г. А. и Л у р ь е Б. Г. Определение потерь в элементах приводов подач
станков и расчет направляющих скольжения по характеристикам трения. М., ЭНИМС,
1961, 89 с.
68.	Л е в и т Г. А. Расчет передач винт—гайка качения (шариковых).—«Станки
и инструмент», 1963, № 5, с. 8—15.
69.	Л е в и т Г. А. Передачи винт—гайка качения. — «Станки и инструмент», 1963,
№ 4, с. 3—7.
70.	Левит Г. А. и Ч у р и ч И. Н. Передача винт—гайка жидкостного трения (гидро-
статическая).— «Станки и инструмент», 1964, № 10, с. И—15.
71.	Левит Г. А. и Л у р ь е Б. Г. Область применения направляющих с различными
видами трения. —«Станки и инструмент», 1966, № 1, с. 1—7.
72.	Л е в и т Г. А. и Л у р ь е Б. Г. Расчет гидростатических замкнутых направля-
ющих. — «Станки и инструмент», 1964, № 6, с. 1—5.
73.	Лебедев А. М., Найдис В. А. иОрлова Р. Т. Тиристорные электро-
приводы подачи тяжелых токарных и карусельных станков. — «Станки и инструмент»,
1966, № 2, с. 13—15.
74.	Л и т в и н Ф.Л. Некруглые зубчатые колеса. Л., Машгиз, 1956, 312 с.
75.	Л у р ь е Б. Г. и О ш е р Р. Н. Масла, обеспечивающие равномерность подачи
столов станков. — «Станки и инструмент», 1960, № 7, с. 16—20.
76.	Л у р ь е Б. Г., П о л я н с к и й П. М. и М а з у р к е в и ч В. В. Автоматиза-
ция круглошлифовальных станков. — «Станки и инструмент», 1962, № 2, с. 16—21.
77.	Л у р ь е Б. Г. Применение теории подобия для расчета металлорежущих стан-
ков на равномерность подачи. —«Станки и инструмент», 1962, № 11, с. 11—14.
78.	Л у р ь е М. 3. Температурные деформации координатнорасточных станков и ме-
тодика их исследования. —«Станки и инструмент», 1961, № 1, с. 10—14.
79.	Малов А. Н. Загрузочные устройства для металлорежущих станков. М., изд-во
«Машиностроение», 1965, 442 с.
80.	Майоров Э. А., Р и в к и н А. И. и Токарев А. И. Установки для очи-
стки охлаждающей жидкости на шлифовальных станках. — «Станки и инструмент», 1959,
№ 11, с. 14—17.
81.	М а т в е е в К. К- Кулачковые поворотные механизмы. — «Станки и инструмент»,
1960, № 12, с. 21—22.
82.	Машиностроение. Энциклопедический справочник. Т. 9. М., Машгиз, 1949, 1208 с.
83.	Me л а м е д Г. И., Цветков В. Д. иАйзман Д. С. Агрегатные станки.
М., изд-во «Машиностроение», 1964, 423 с.
84.	Митрофанов С. П. и Г у т н е р Н. Г. Рациональное использование револь-
верных станков. М.—Л., Машгиз, 1962, 350 с.
85.	М о р о з о в А. И. Применение пневматических устройств для автоматизации
в машиностроении. М., изд-во «Машиностроение», 1965, 139 с.
86.	М у щ т а е в А. Ф. Влияние зазоров в элементах привода на ^плавность пере-
мещения стола. — «Станки и инструмент», 1960, № 8, с. 9—12.
87.	Н а е р м а н М. С. и Г о р л о в В. В. Активный контроль при хонинговании. —
«Станки и инструмент», 1962, № 7, с. 21—22.
88.	Новохатько Э. И. иБагдасарьян И. М. Система программного управ-
ления фрезерными станками мод. С Л12П и 6Л82Г. — «Станки и инструмент», 1963, № 4,
с. 11—14.
89.	Панкратов В. Я. и Воробьев С. А. Гравитационный транспортер. —
«Станки и инструмент», 1966, № 10, с. 1—3.
90.	Пирович Л. Я. Контроль наличия отверстий малых диаметров, обрабатывае-
мых на автоматических линиях и агрегатных станках. — «Станки и инструмент», 1960,
12, с. 28—29.
709
91.	Позиционные системы программного управления станками. М., изд-во «Машино-
строение», 1967, 179 с.
92.	Пратусевич Р. М. Эксплуатационные режимы нагружения универсальных
станков.—«Станки и инструмент», 1960, № 6, с. 7—11.
93.	П р о с к у р я к о в 10. Г. Применение распыленной жидкости для охлаждения
режущего инструмента. — «Станки и инструмент», 1961, № 6, с. 25—29.
94.	П у ш В. Э. Малые перемещения в станках. М., Машгиз, 1961, 123 с.
95.	Пуш В. Э. Системы смазки металлорежущих станков. М., Машгиз, 1948, 170 с.
96.	Решетов Д. Н. Расчет деталей станков. М., Машгиз, 1945, 140 с.
97.	Решетов Л. Н. Кулачковые механизмы. М., Машгиз, 1953, 427 с.
98.	Р и в и н Е. И. Динамика привода станков. М., изд-во «Машиностроение», 1966,
204 с.
99.	Р и в и н Е. И. Виброизолирующие опоры для установки металлорежущих стан-
ков (обзор). —«Станки и инструмент», 1965, № 8, с. 31—38.
100.	Рубинович Б. 3. иЖевел ев Г. И. Точный дистанционный отсчет пере-
мещений в тяжелых станках с помощью сельсинов. — «Станки и инструмент», 1962, № 4.
с. 9—12.
101.	Руководящие материалы по смазочной и фильтрующей аппаратуре (Насосы для
смазки. Фильтры). ЭНИМС.
102.	Руководящие материалы по гидрооборудованию станков (Насосы. Гидродви-
гатели. Аппаратура). ЭНИМС.
103.	Сафронович А. А. и др. Карусельные станки. М., Машгиз, 1960, 175 с.
104.	Самоподнастраивающиеся станки. Под ред. Б. С. Балакшина, М., изд-во «Машино-
строение», 1967, с. 400.
105.	Семенова Л. М. Автоматические приборы для контроля зубчатых колес
прн зубофрезеровании. — «Станки и инструмент», 1963, № 2, с. 35—37.
106.	Серебренников В. Н. Смеситель для получения тонкораспыленной жид-
кости для охлаждения. — «Станки и инструмент», 1962, № 10, с. 10.
107.	Солонин И. С. Математическая статистика в технологии машиностроения.
Москва—Свердловск, Машгиз, 1960, 174 с.
108.	Соколовский А. П. Научные основы технологии машиностроения. М.—Л.,
Машгиз, 1955, 515 с.
109.	Соболев Н. П. Оптика в металлорежущих станках. М.—Л., Машгиз, 1958,
247 с.
ПО. Соколов Ю. Н. Шпиндельные многоклиновые гидродинамические подшип-
ники жидкостного трения. Расчет и проектирование. М., ЭНИМС, 1965, 88 с.
111.	Соболев Н. П. Повышение кинематической точности станков. М.—Л., Маш-
гиз, 1955, 213 с.
112.	Соколов Т. И., Др ужи нс кий И. А., В е р и н И. И. и др. Электро-
копировальнофрезерный полуавтомат. М.—Л., Машгиз, 1951, 135 с.
113.	С ы с о е в И. И., Яковенко В. А. и 3 а с л а в с к и й М. 3. Электромеха-
ническая копировальная система для токарных станков. — «Станки и инструмент», 1965,
№ 8, с. 4—7.
114.	С р и б н е р Л. А. Бесконтактные путевые переключатели повышенной точности.
М., «Энергия», 1967, с.72.
115.	С т е ф а н о в М. В. и М и с е в и ч В. С. Определение усилий включения много-
дисковых масляных муфт. — «Станки и инструмент», 1963, № 3, с. 33—34.
116.	Теория машин-автоматов и гидропневмопривода. Труды третьего совещания по ос-
новным проблемам теории машин и механизмов. М., Машгиз, 1963, 327 с.
117.	Тепинкичиев В. К-, Блинов Ю. Е. и Ч и к м а р д и н Л. 3. Иссле-
дование выбега исполнительного органа станка. — «Станки и инструмент», 1966, № 10,
с. 10—12.
118.	Т л у с ты й И. и По лачек М. Теория возникновения автоколебаний при
обработке и расчет устойчивости металлорежущих станков. — «Станки и инструмент»,
1956; № 3, с. 10—14; № 4, с. 10—14.
119.	Тлустый И. Автоколебания металлорежущих станков. М., Машгиз, 1956,
394 с.
120.	Трифонов О. Н. Гидравлический вал. — «Станки и инструмент», 1960,
№ 8, с. 12—13.
121.	Т у г е н г о л ь д А. К. Точность автоматической остановки при помощи элек-
тромагнитных муфт и тормозов. —«Станки и инструмент», 1966, № 7, с. 5—7.
122.	Фарбер А. М. Технологическая точность зуборезных станков. Москва—Киев,
Машгиз, 1957, 191 с.
123.	Федотов А. И. Измерительные устройств? металлообрабатывающих станков.
Лениздат, 1967, 280 с.
124.	Федотенок А. А. Кинематические связи в металлорежущих станках. М.,
Машгиз, 1960, 299 с.
125.	ФилоненкоС. Н. иЛомакинВ. К. Размерный износ резцов при тон-
ком растачивании. —.«Станки и инструмент», 1966, № 6, с. 31—33.
710
126.	Хаймович Е. И. Гидроприводы и гидроавтоматика станков. Москва—Киев,
Машгиз, 1959, 553 с.
127.	Шаганов В. К- Устройство для автоматического устранения зазора в паре
ходовой винт—гайка. — «Станки и инструмент», 1964, № 12, с. 7—9.
128.	Шаумян Г. А. Автоматы и автоматические линии. М-, Машгиз, 1961, 552 с.
129.	Шейнберг С. А. Электрошпиидели иа подшипниках с воздушной смаз-
кой. — «Стаики и инструмент», 1962, № 3, с. 7—11.
130.	Щербаков В. И., Померанцев Л. М. иЮдицкий С. А. Универ-
сальные пневматические командные устройства. — «Станки и инструмент», 1962, № 2,
с. 5—10.
131.	Щ е р б а к о и В. И. Построение пневматических схем с путевым контролем. —
«Станки и инструмент», 1962, № 5, с. 3—6.
132.	Щербаков В. И. и Ю д и ц к и й С. А. Проектирование систем пневмоавто-
матики с пневматическим путевым контролем.—«Станки и инструмент», 1960, № 10,
с. 5—10.
133.	Шишков В. А. иШилов Е. А. Анализ циклических ошибок резьбошлифо-
вальиых и винторезных станков. — «Стаики и инструмент», 1963, № 2, с. 22—24.
134.	Штерн Л. Т. Применение полимерных материалов в станке модели 1К62.—
«Стаики и инструмент», 1961, № 10, с. 23—27.
135.	Эльясберг М. Е. Основы теории автоколебаний при резании металлов. —
«Станки и инструмент», 1962, № 10, с. 3—8; № 11, с. 3—6.
136.	Эльясберг М. Е. Расчет механизмов подачи металлорежущих станков на
плавность и чувствительность перемещений (о разрывных колебаниях при трении). —
«Станки и инструмент», 1951, № 11, с. 1—9; № 12, с. 1—10.
137.	Яхимович Д. Ф. Универсальный прошивочный ультразвуковой станок
модели 4770. —«Станки и инструмент», 1961, № 6, с. 11—13.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие............................................................ 3
Раздел первый. ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ ОБЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ СТАН-
КОВ ................................................................... 7
Глава I. Образование поверхностен деталей при обработке на металлорежущих
станках...................................................•............ —
1. Обрабатываемые поверхности деталей............................... —
Виды поверхностей................................................  —
Геометрия образования поверхностей ..................................... 9
2.	Основные движения при образовании поверхностей на станках............. 12
Классификация движений ................................................. —
Профилирующие движения................................................. 16
3.	Образование поверхностей при воспроизведении производящей
образующей линии методом копирования реальной режущей кромки ...	20
Круговая или прямолинейная направляющая линия........................... —
Направляющая линия в форме плоской кривой.............................. 22
4.	Образование поверхностей при воспроизведении производящей образующей
линии в виде следа материальной точки .................................... 24
Геометрическое профилирование ........................................ 25
Профилирование по копиру.............................................  26
Кинематическое профилирование......................................... ’	—
Профилирование с использованием вычислительных устройств в системе
управления ..........................................................  27
Комбинированные методы профилирования ................................. —
Образование пространственно-сложных поверхностей....................... 28
5.	Образование поверхностей при воспроизведении производящей образующей
линии в форме огибающей ................................................. 30
Принципы воспроизведения образующей линии как огибающей последователь-
ных положений режущей кромки .......................................... —
Образование поверхностей . '.......................................... 32
Блок-схемы кинематических цепей для воспроизведения образующей линии
по методу огибания.................................................... 33
6.	Образование винтовых поверхностей.................................... 34
Формы винтовых поверхностей........................................... 35
Образование винтовых поверхностей при воспроизведении производящей
образующей линии по методу копирования режущей кромки................. 38
Образование винтовых поверхностей при воспроизведении производящей обра-
зующей линии по методу огибания....................................... 39
7.	Неровности обработанных поверхностей и специальные методы отделочной
обработки............................................................... 42
Неровности обработанных поверхностей.................................... —
Методы обработки............................................... ...	43
8.	Образование поверхностей	при	электро- и ультразвуковой обработке	44
Электрообработка .....................................................   —
Ультразвуковая обработка	.......................................... 45
712
9.	Получение заданных размеров в процессе образования поверхностей	46
Принципы ориентации; установочные перемещения при ориентации и коорди-
нации .................................................................. —
Получение заданных размеров обработанных поверхностей и установочные
перемещения .........................................................   48
Рад	иальные установочные	перемещения при получении заданных размеров	49
Технологические предпосылки автоматизации процесса образования поверх-
ностей и получения заданных	размеров.................................. 50
Особенности получения размеров при параллельной многоинструментной
обработке......................<....................................... 52
Особенности получения размеров при последовательной обработке постоянно
координированными инструментами револьверной головки................... 53
Особенности получения размеров при последовательной обработке инстру-
ментами револьверной головки с многократно изменяющейся координа-
цией .................................................................. 54
Получение размеров при параллельно-последовательной миогопозиционной
обработке.............................................................. 56
Принципы автоматизации ограничения установочных перемещений и рабо-
чих ходов.............................................................. 58
Глава II. Основные рабочие органы станков, автоматов и автоматических
линий, их движения и компоновки ............................................ 62
11.	Компоновки и движения рабочих органов станков ....................... 66
Компоновки и движения при двухкоординатиых перемещениях ............... —
Компоновки и движения при трехкоординатных перемещениях .............. 69
Компоновки рабочих органов, устанавливаемых под углом................. 73
Компоновки и движения станков с револьверными головками .............. 76
Принципы агрегатирования станков ..................................... 80
Компоновки и движения станков для многосторонней обработки............ 81
Компоновки и движения многопозиционных станков ....................... 83
Компоновки и движения станков для непрерывной обработки .............. 86
12.	Компоновки и движения стаиков-автоматов и автоматических линий . -	89
Станки-автоматы........................................................ —
Автоматические линии . :.........................................-	.	97
Глава III. Производительность проектируемого станка и определение его основной
технической характеристики................................................... 111
13.	Производительность и экономическая эффективность...................... 112
Норма времени ......................................................... —
Себестоимость обработки и экономическая эффективность ................. 114
14.	Основные направления повышения производительности и экономической
эффективности проектируемых станков........................................ 115
Сокращение основного времени........................................... —
Сокращение остальных составляющих нормы времени........................ 119
15.	Определение пределов изменения чисел оборотов, скоростей и подач рабочих
органов ................................................................. 125
Главное рабочее движение............................................... —
Движение подачи ..................................................... 129
16.	Определение потребной мощности привода ............................. 131
Понятие о мощности холостого хода...................................... —
Определение мощности привода ........................................ 133
Глава IV. Определение исходных расчетных нагрузок.......................... 138
17.	Определение реакций на направляющих и тяговых усилий ............... 140
Распределение давлений на направляющих .............................. 141
Определение тягового усилия при действии сил в одной плоскости....... 143
Определение тягового усилия при действии сил, расположенных в трех
координатных плоскостях .............................................. 144
18.	Определение усилий при	неустановившемся движении ......... 149
Разгон рабочих органов	........................ —
Исследование процессов разгона с учетом упругих деформаций звеньев . .	152
Торможение ....-.................................................... 155
713
Глава V. Точность, жесткость, колебания ..................	156
19.	Геометрическая и кинематическая точность.......................... 159
Погрешности обработки, возникающие вследствие геометрической неточности
станка.............................................................. —
Методы проверки геометрической точности ............................ 160
Кинематическая точность .......................................... 163
Погрешности установочных перемещений и ограничения рабочих ходов 167
20.	Тепловые деформации и износ режущего	инструмента............ 170
Тепловые деформации ................................................ —
Износ режущего инструмента ....................................... 174
21.	Жесткость и колебания........................................... 175
Основные понятия.................................................... —
Погрешности, возникающие в результате деформаций системы СПИД ....	176
Жесткость станков и ее измерение.................................. 177
Автоколебания при резании ........................................ 180
Устойчивость движения подвижных рабочих	органов	станка............ 184
Раздел второй. КОНСТРУКЦИИ И РАСЧЕТ МЕХАНИЗМОВ КИНЕМА-
ТИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ И ПРИВОДОВ МЕТАЛЛОРЕЖУ-
ЩИХ СТАНКОВ........................................ 187
Глава 1. Привод вращательного движения и схемы передачи................ 189
1.	Общая структура приводов вращательного движения................... —
Блок-ш емы приводов ................................................. —
Блок-схемы электроприводов для бесступенчатого изменения чисел оборотов 192
Импульсные приводы................................................ 194
Связь электродвигателя с	механическими	передачами привода......... 195
2.	Схемы передачи движения к подвижным рабочим органам ............ 197
Прямолинейно движущиеся	рабочие	органы.............................  —
Рабочие органы, смонтированные в поворотных барабанах и столах . . .	198
Рабочие органы, смонтированные на вращающихся планшайбах ......... 199
Глава II. Механизмы кинематических цепей ............................   201
3.	Механизмы включения и выключения ................................. —
V Управляемые механизмы включения и выключения ...................... —
Механизмы перемещения подвижных звеньев кинематических цепей ....	209
Самоуправляющиеся механизмы включения и выключения................ 215
•' Предохранительные устройства..................................... 222
4.	Механизмы реверса...................'........................... 223
Механизмы реверса с цилиндрическими колесами ....................... —
Механизмы реверса с коническими колесами ......................... 225
5.	Блок-схемы приводов быстрых ходов............................... 226
Механизмы быстрых ходов с муфтами включений...................... 227
Механизмы быстрых ходов с дифференциалами и независимыми кинематиче-
скими цепями  .................................................. —
Глава III. Механизмы изменения чисел оборотов приводов вращательного дви-
жения ........................................................... 229
6.	Механизмы ступенчатого изменения чисел оборотов......................... —
*' Элементарные механизмы коробок скоростей и подач ......................... —
Закономерности ступенчатого изменения чисел оборотов.................... 233
Разработка кинематической схемы и кинематический расчет коробок скоро-
стей и подач........................................................ 236
Определение чисел зубьев зубчатых передач коробок скоростей и подач 243
Конструктивное оформление коробок скоростей и подач..................... 246
7.	Механизмы для бесступенчатого изменения чисел оборотов в станках	256
Схемы механизмов для бесступенчатого изменения чисел оборотов ....	—
Конструкции бесступенчатых вариаторов ................................. 259
714
Г лава IV. Механизмы для осуществления прямолинейного движения рабочих ор-
ганов станков............................................................   261
8.	Общая структура приводов ...........................................   —
Механические приводы ................................................ ......
Поршневые приводы прямолинейного движения ............................. 264
9.	Конструкции приводов прямолинейного движения ....................... 267
Приводы с винтом......................................................... —
Приводы с реечными передачами ......................................... 277
Кривошипно-кулисные приводы .......................................... 281
Определение скоростей, сил и к. п. д................................... 284
Глава V. Кулачковые механизмы .............................................. 287
10.	Конструкции кулачковых механизмов ................................... 288
Кулачки и башмаки........................................................ —
Передача движения от кулачка к рабочему органу ........................ 291
11.	Основные понятия и величины, характеризующие кулачковые механизмы
станков-автоматов........................................................ 294
Угол давления, угол подъема профиля и угол наклона толкателя ....	—
Определение скорости рабочего органа .................................. 296
Подъем профиля, ход рабочего органа и выбор передаточного отношения про-
межуточной передачи.................................................... 298
Профильные и цикловые углы............................................. 299
Влияние на производительность станков-автоматов цикловых углов холо-
стых ходов ............................................................ 302
12.	Определение усилий, действующих в кулачковых механизмах, и допустимых
углов подъема профиля...................................................... —
Общая методика определения допустимых углов подъема ..................... —
Определение коэффициента возрастания усилий при поступательно движу-
щемся толкателе...................................................... 304
Определение коэффициента возрастания усилий при стержневом толкателе 306
Определение коэффициента возрастания усилий при качающемся толкателе 307
13.	Профилирование участков рабочих ходов кулачков станков-автоматов . .	309
Дисковые кулачки ........................................................ —
Цилиндрические кулачки	........................................... 311
14.	Профилирование участков быстрых ходов кулачков станков-автоматов . .	—
Дисковые кулачки....................................................... 312
Цилиндрические кулачки	........................................... 317
О сопряжении отдельных	участков	профиля .............................. 318
15.	Динамические нагрузки в кулачковых механизмах станков-автоматов . .	—
Удар в кулачковых механизмах	без	промежуточной передачи ............. 320
Удар в кулачковых механизмах с промежуточной передачей................. 321
. Глава VI. Гидро- и пневмоприводы............................................ 323
16.	Насосы и другие источники питания гидроприводов ..................... 324
Насосы постоянной производительности .................................... —
Насосы переменной производительности................................... 327
Производительность и мощность насосов ................................. 330
Аккумуляторы и пневматические питатели ................................ 332
17.	Гидравлические двигатели............................................... —
Гидравлические двигатели вращательного движения.......................... —
Число оборотов и мощность гидродвигателей ............................. 335
Гидродвигатели с поворотной лопастью................................... 336
Поршневые гидродвигатели прямолинейного движения....................... 337
Определение скоростей и усилий ........................................ 341
18.	Принципы изменения скорости при гидроприводах ....................... 343
Объемное изменение скорости при гидроприводах вращательного движения —
Дроссельное изменениескорости при гидроприводах вращательного движения	345
Объемное изменение скорости при поршневых гидпроприводах............... 351
Дроссельное изменение скорости при поршневых гидроприводах............. 352
Принципиальные схемы быстрых ходов при поршневых двигателях . . .	355
715
19.	Контрольно-регулирующая гидравлическая аппаратура.................. 356
Аппаратура для изменения скорости и поддержания постоянства давления —
Аппаратура для изменения направления потока масла при изменении давле-
ния в системе...................................................... 359
20.	Аппаратура управления.............................................. 362
Краны .............................................................. 363
Золотники .......................................................... 364
Реле давления.....................................................   367
21.	Арматура и вспомогательная аппаратура гидроприводов ............... 368
Гндробакн ............................................................ —
Трубопроводы и их соединения ....................................... 369
Потери давления в трубопроводах и в местных сопротивлениях.......... 370
Фильтры ............................................................ 371
22.	Схемы гидроприводов прямолинейного движения........................ 372
Гидропривод с объемным изменением скорости ........................... —
Гидропривод с дроссельным изменением скорости без редукционного клапана 374
Схемы гидроприводов с дроссельными регуляторами скорости ........-	375
Питание нескольких цилиндров ......................................... 380
Разгон и торможение ...............................................  381
23.	Пневматический и пневмогидравлический приводы ..................... 383
Пневматический привод прямолинейного движения.......................... —
Аппаратура пневматических приводов ................................. 384
Аппаратура для подготовки воздуха .................................. 389
Пневмогидравлические приводы ....................................... 391
Глава VII. Приводы для периодически повторяющихся перемещений рабочих ор-
ганов на точно фиксированную величину..................................... 393
24.	Приводы............................................................... —
Периодически включаемый реверсивный	привод............................ —
Приводы с	однооборотной муфтой .................................... 394
Приводы с	мальтийским крестом...................................... 398
Приводы с	храповыми механизмами ................................... 402
Поршневые	приводы................................................. 404
Шаговые электродвигатели............................................ 405
Ручные делительные приводы ......................................... 408
Устройства для устранения зазоров в	кинематических цепях ........... 409
25.	Фиксирующие механизмы ............................................... 411
Фиксаторы ...........................................................  —
Приводы фиксаторов.................................................. 414
Глава VIII. Кинематические цепи для осуществления функционально связанных
26.	Структура кинематических цепей................................ 415
Одинарные линейные функциональные	связи .......................... —
Двойные линейные функциональные связи........................... 417
Нелинейные функциональные связи................................. 419
Дистанционные передачи и вычислительные устройства для осуществления
функциональных связей ......................................... 424
27.	Коррекционные устройства и делительные механизмы кинематических цепей
для осуществления функционально связанных перемещений............. 425
Кинематика коррекционных устройств . ............................. —
Схемы делительных механизмов ................................... 429
28.	Настройка кинематических цепей ............................... 430
Гитары сменных шестерен........................................... —
Подбор сменных шестерен......................................... 431
Раздел третий. СИСТЕМЫ И МЕХАНИЗМЫ РУЧНОГО И АВТОМАТИЧЕ-
СКОГО УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ ........................................... 436
Глава	1. Ручное и дистанционное управление .................	—
1.	Непосредственное и дистанционное ручное управление................ —
Органы непосредственного ручного управления....................... —
Схемы дистанционного управления . .............................. 438
716
2.	Механизмы управления переключением скоростей и подач................ 440
Однорукояточные механизмы и механизмы с предварительным набором
скоростей и подач.................................................. 442
Механизмы дистанционного переключения скоростей и подач ............. 448
Механизмы программного переключения	скоростей и подач.............. 451
3.	Механизмы точных установочных перемещений и ограничения рабочих ходов 453
Отсчетные устройства .................................................. 454
Ограничители ходов .................................................. 465
Глава II. Следящие системы управления при профилировании по копиру ....	468
4.	Следящее управление при функционально связанных перемещениях рабочих
органов................................................................ 469
Управление при ручном приводе рабочих органов ......................... —
У	правление при механическом приводе с электромагнитными муфтами . .	470
У	правление при	регулируемом	электроприводе ....................... 473
У	правление при	регулируемом	гидроприводе ......................... 476
Принципы следящего управления при фотоэлектрическом копировании по
чертежу.............................................................. 479
5.	Следящее управление, используемое при позиционных перемещениях рабочих
органов................................................................ 480
Однокоординатные гидрокопировальные системы для позиционных перемеще-
ний ............................................................... 481
Двухкоордннатная копировальная система для позиционных перемещений 483
Глава III. Системы автоматического управления	...............	484
6.	Управление однокоординатиыми циклами................................ 489
Путевое управление..................................................... —
У	правление с кулачковыми механизмами.............................. 505
У	правление с подачей сигналов в функции	времени............. 509
У	правление автоматической подналадкой и	сменой инструмента ....... 510
7.	Цифровое программное управление..................................... 513
Программоносители, фиксация информации	и чтение программы........ 520
Число-импульсные системы............................................. 526
Системы с путевым контролем ......................................... 534
Аналоговая система .................................................. 538
Фазочувствительная система .......................................... 539
Принципы задания и исполнения цикловых и технологических команд в раз-
личных системах управления........................................... 541
Применение систем цифрового программного управления при функционально
связанных перемещениях............................................... 543
8.	Управление общим автоматическим	циклом работы станка............... 549
Блок-схемы систем управления общим автоматическим циклом работы стай-
ка .................................................................. —
Центральная, централизованная и децентрализованная системы управления
с кулачковыми и другими циклически работающими механизмами	553
Децентрализованная система программно-путевого управления.............. 560
Децентрализованная система цифрового программного управления ....	564
Групповое местное самоуправление при подаче сигналов в функции времени
при жестких ограничителях ходов ..................................... 567
Расчет циклограммы при управляемых приводах ......................... 568
Использование следящей системы управления для коррекции режима или
взаимного расположения обрабатываемой детали и инструмента с целью
повышения производительности и точности обработки.................... 574
Раздел четвертый. КОНСТРУКЦИИ ХАРАКТЕРНЫХ УЗЛОВ И ЭЛЕ-
МЕНТОВ СТАНКОВ............................................................. 576
Глава	I. Корпусные детали остова станка..................................... —
1.	Направляющие.......................................................... —
Направляющие скольжения.............................................. 578
Направляющие качения ................................................ 582
717
2.	Корпусные детали ................................................  585
Плиты, основания, тумбы,	станины..................................   —
Стойки и порталы.................................................... 589
Коробчатые детали .................................................. 591
Подвижные стойки, порталы, траверсы..............................-	592
Конструктивное оформление	элементов корпусных деталей............... 595
Глава II. Подвижные рабочие органы станков............................... 597
3.	Столы, суппорты, ползуны .......................................	—
Столы.............................................................. —
Суппорты и ползуны	.	 ..................................... 600
Резцедержатели ....................................-................ 603
4	Подвижные шпиндельные	рабочие органы............................... 604
Шпиндельные суппорты и бабки ......................................... —
Шпиндельные гильзы и	скалки....................................... 605
Уравновешивание вертикально перемещающихся рабочих органов ....	606
Механизмы для закрепления периодически перемещающихся рабочих органов 607
Глава III. Шпиндельные узлы и планшайбы.................................  612
5.	Шпиндельные узлы...............................................      —
Шпиндели.............................................................. —
Шпиндельные опоры.................................................... 614
Конструкции шпиндельных узлов ....................................... 622
Задние бабки и люнеты .............................................. 628
6.	Планшайбы и столы ................................................   630
Планшайбы.........................................................     —
Поворотные столы . - ................................................ 632
Глава IV, Револьверные головки, многопозиционные столы и барабаны........ 633
7.	Револьверные головки ...........................	............... —
Головка револьверного станка........................................   —
Головка токарно-револьверного автомата ............................... —
Головка револьверно-сверлильного станка............................. 636
8.	Многопозиционные столы и шпиндельные блоки........................ 638
Многопозициоиные столы ............................................... —
Мншопозиционные барабаны и шпиндельные блоки ....................... 642
Глава V. Агрегатные головки ............................................. 644
9.	Головки с подвижными гильзами....................................... —
Головки с кулачковыми механизмами..................................... —
Пневмогидравлические головки ........................................  —
10.	Головки с подвижным корпусом . ................................... 648
Головки с электромеханическим приводом ..............................  —
Головки с гидравлическим приводом .................................
Шпиндельные насадки и коробки .....................................  649
Глава VI Автоматические зажимные, транспортирующие и загрузочные устрой-
ства ..................................................................... 651
11.	Зажимные устройства .	  —
Зажимные патроны.................................................... 652
Цанговые зажимные устройства ........................................ 653
Приводы зажимных приспособлений многопозиционных	станков ............ 656
Принципы определения усилий, действующих в зажимных приспособлениях 659
12.	Транспортирующие механизмы для подачи	непрерывной	заготовки	660
Механизмы для подачи прутков ......................................... —
Механизмы для подачи бунтового материала	........................ 663
13.	Автоматические загрузочные устройства для подачи	штучных	заготовок	664
Магазины............................................................. 665
Транспортеры-накопители.............................................. 670
718
Бункера .............................................................. 673
Вторичная ориентация и селекция заготовок............................. 678
14.	Транспортирующие и загрузочные устройства	автоматических линий	6^0
Транспортеры............................................................ —
Автооператоры ........................................................ 683
Кантователи........................................................... 686
Разделение и совмещение потоков заготовок ............................ 688
Накопители автоматических линий....................................... 689
15.	Автоматические загрузочные устройства для смены	инструментов........ 692
Магазины и автооператоры................................................ —
Автоматическое закрепление оправок с инструментом .................... 697
Глава VII. Смазка, охлаждение. Удаление стружки............................. 698
16.	Смазочные устройства.................................................. —
Системы смазки и аппаратура ............................................ —
Определение потребной производительности смазочного насоса ............. 704
17.	Системы охлаждения ................................................... —
Агрегаты системы охлаждения............................................. —
Указания по расчету системы охлаждения.................................. 705
18.	Устройства для удаления стружки......................................   706
Литература.................................................................... 707
Иосиф Михайлович Кучер
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ
Редактор издательства инж. Г. И. Курепина
Переплет В. А. Громова
Технический редактор А. А. Бардина
Корректор А. И. Лавриненко
Сдано в производство 31/Х 1968 г.
Подписано к печати 16/Х11 1969 г. М-56964.
Формат бумаги 70X108x/ie-
Привед. печ. л. 63. Уч.-изд. л. 61.
Тираж 100 000 (2-й завод 40 001—70 000) экз-
Зак. 417.	Цена 3 р. 43 к.
Ленинградское отделение
издательства «МАШИНОСТРОЕНИЕ»
Ленинград, Д-65, ул. Дзержинского, 10
Ленин градская типография № 6 Главполиграфпрома I
Комитета по печати при Совете Министров СССР
Ленинград, ул. Моисеенко, 10