Проблема повторного попадания в шаг резьбы

Конструкция и работа указателя зацепления

Мне понравился это сайт. Я не технолог, но более двадцати лет назад в Алжире мне довелось преподавать Технологию машиностроения, хотя ехал я туда работать по курсу «Детали машин». Там, среди прочего, мне самому пришлось работать и обучать студентов работе на станочном оборудовании, в том числе и на токарных станках. И тогда я столкнулся с одним остроумным устройством на токарном станке, о котором раньше ничего не знал. Может быть, Вам оно известно, но на сайте, кажется, о нем нигде не упоминается. Речь идет о простом и остроумном устройстве, обеспечивающем нарезание метрической резьбы любого шага с выключением маточной гайки на станке с метрическим шагом ходового винта и любых дюймовых резьб на станке с дюймовым шагом этого винта. Ниже Вы прочтете фрагмент учебного пособия по этой теме, которое я составил для своих студентов, и Вам все будет ясно. Надеюсь, эта записка будет полезна в вашей работе.

Очевидно, что для нарезания резьбы резец при каждом проходе должен попадать в винтовую канавку, образованную на детали его предыдущими проходами (попадать в шаг). Попадание в шаг обеспечивается, если между двумя включениями маточной гайки ходовой винт и деталь совершают целое число оборотов. Отметим, что это условие всегда соблюдается в отношении ходового винта. Сама конструкция маточной гайки предопределяет тот факт, что после размыкания она может снова сомкнуться только после того как ходовой винт сделает целое число оборотов. Иначе витки гайки просто не попадут в витки винта и маточная гайка не сомкнется, то есть не включится. Если шаг нарезаемой резьбы целое число раз укладывается в шаге ходового винта, проблемы с попаданием в шаг нет. В самом деле, целое число оборотов винта всегда соответствует целому числу оборотов детали. Поэтому можно включать маточную гайку при любом положении суппорта. В других случаях нужно принимать специальные меры, для обеспечения условий попадания в шаг нарезаемой резьбы.

Самый простой способ состоит в том, чтобы не размыкать маточную гайку до окончания нарезания резьбы. То есть в конце каждого прохода нужно отвести резец от детали, остановить станок, дать ему задний ход, снова остановиться в исходном положении, дать резцу поперечную или боковую подачу, для нового прохода и повторить цикл. Таким образом, суппорт остается все время в жесткой кинематической связи со шпинделем станка и резец не может не попасть в шаг резьбы. Этот способ не рекомендуется использовать, так как он приводит к ускоренному износу маточной гайки и уменьшает производительность, так как не дает возможности быстрого возврата суппорта в исходное положение. Другой способ состоит в том, что до включения станка в работу метками отмечается положение шпинделя относительно станины и суппорта относительно ходового винта. В конце каждого прохода маточную гайку размыкают и возвращают в исходное положение вручную или с помощью механизма ускоренной подачи. Для повторного включения (смыкания) маточной гайки нужно снова совместить метки взаимного положения. Лучшие результаты дает использование специального устройства, называемого указателем включения, которое устанавливается в суппортах большинства современных станков (Рис. 1).

Рассмотрим конструкцию и работу такого устройства на примере станка «Селтик» (Celtique). На верхнем конце валика, установленного на подшипниках в суппорте (Рис. 2), закреплен с помощью прижимного винта диск указателя 1 с делениями, которые соответствуют 2, 3, 5 и 7 частям его оборота. На нижнем конце этого валика на шпонке установлен блок шестерен 2-3, одна из которых имеет 14, а другая 15 зубьев. Зубчатые венцы этих шестерен корригированы, что дает возможность этим шестерням зацепляться с одной и той же промежуточной шестерней 4. В положении, показанном на рисунке, с шестерней 4 зацепляется шестерня 3. Чтобы ввести в зацепление шестерню 2, нужно извлечь из суппорта свободно вынимающийся вверх валик и перевернуть блок шестерен 2-3. Шестерни 4 и 5 имеют одинаковое число зубьев, но разные модули. Шестерня 5 зацепляется с ходовым винтом.

При работающем станке и неподвижном суппорте, то есть при разомкнутой маточной гайке и вращающемся ходовом винте, этот последний и шестерня 5 ведут себя как червячная передача, приводящая во вращение градуированный диск указателя через посредство шестерен 4 и 3. При остановленном станке, любое перемещение суппорта заставляет вращаться шестерню 5 и, следовательно, диск указателя. В этом случае ходовой винт играет роль зубчатой рейки.

При работающем станке и включенной (сомкнутой) маточной гайке диск указателя остается неподвижным, так как кинематическая пара ходовой винт – шестерня 5 работает одновременно как червячная и как реечная передачи, что дает два взаимокомпенсирующих вращения диска с одинаковой скоростью в разные стороны.

Благодаря одинаковому числу зубьев шестерен 4 и 5, они не оказывают никакого влияния на передаточное число между ходовым винтом и валиком диска. Эта пара шестерен ведет себя как одна паразитная шестерня, установленная между ходовым винтом и блоком шестерен 2 – 3. Это позволяет предполагать при кинематических расчетах, что блок шестерен 2 – 3 зацепляется напрямую с ходовым винтом. Следовательно, один оборот ходового винта соответствует повороту шестерни 3 на один зуб. То есть одному полному обороту диска соответствует либо 14 (когда в зацепление введена шестерня 3), либо 15 (когда в зацепление введена шестерня 2) полных оборотов ходового винта. Или, иными словами, один оборот диска соответствует перемещению суппорта либо на 84 мм (14 х 6), либо на 90 мм (15 х 6) (6 мм – шаг ходового винта).

Цель расчета, который нужно выполнить, исходя из шага нарезаемой резьбы, состоит в том, чтобы найти такую комбинацию числа делений диска и числа зубьев одной из шестерен блока 2 – 3, которая обеспечивает попадание в шаг. Другими словами, ходовой винт и обрабатываемая деталь должны совершить целое число оборотов, в течение поворота диска указателя между двумя выбранными делениями.

Пример: нужно нарезать резьбу с шагом 2,25 мм. Сначала выбираем число зубьев вводимой в зацепление шестерни блока 2 – 3. Шестерня с 14 зубьями соответствует 14 оборотам ходового винта и расстоянию пройденному суппортом 84 мм. В это же время деталь совершает 37,28 оборотов (84 / 2,25). Шестерня с 15 зубьями соответствует 15 оборотам ходового винта и расстоянию пройденному суппортом 90 мм. В это же время деталь совершает 40 оборотов (90 / 2,25). Поэтому выбираем шестерню с 15 зубьями, поскольку она обеспечивает целое число оборотов, как детали, так и ходового винта, в течение одного оборота указателя диска.

Здесь можно бы уже остановить расчет и работать, каждый раз включая маточную гайку в момент, когда неподвижная метка на суппорте совпадает с каким-либо одним и всегда одним и тем же делением диска. Но такая работа приводит к потерям времени, так как каждый раз приходится ждать, пока диск не повернется до единственно нужного деления. Поэтому попытаемся использовать некоторое число делений диска указателя. На диске есть деления, соответствующие двум, трем, пяти и семи частям диска и обозначенные соответствующими цифрами. Число 40 (число оборотов детали) делится на 2 и на 5, но 15 (число оборотов ходового винта) делится только на 5. Поэтому выбираем деления, соответствующие 5 частям диска и обозначенные цифрой 5. Маточную гайку можно включать в моменты, когда неподвижная метка на суппорте совпадает с одним из пяти делений диска, обозначенных цифрой 5.

Теперь нужно настроить указатель следующим образом: - Вынимаем валик с диском 1 и смотрим, какая из шестерен блока 2 – 3 находится внизу. - Если это шестерня с 15 зубьями, все в порядке. Если это шестерня с 14 зубьями, снимаем блок с валика, переворачиваем его и снова ставим на валик. Теперь внизу шестерня с 15 зубьями. Устанавливаем валик на место. - На остановленном станке, ослабляем затяжку прижимного винта диска 1, включаем маточную гайку, поворачиваем диск 1 в положение, в котором одно из делений, обозначенное цифрой 5, совпадает с неподвижной меткой на суппорте. Затягиваем прижимной винт диска. Теперь указатель настроен для нарезания резьбы с шагом 2,25 мм и можно работать, включая маточную гайку в моменты, когда любое из делений диска, обозначенное цифрой 5, совпадает с неподвижной меткой на суппорте.

Весь приведенный выше текст, это почти дословный и немного доработанный перевод с французского одного раздела из учебного пособия, составленного мною для студентов, проходивших практическое обучение именно на станке «Селтик». Поэтому в нем речь идет о конкретном указателе, встроенном в суппорт именно этого станка. Отсюда и некоторая затянутость описания работы, так как промежуточные шестерни 4 и 5 затеняют суть дела. Для подобного указателя есть более простое конструктивное решение (без промежуточных шестерен) с прямым зацеплением с ходовым винтом, как показано на Рис. 1., только устанавливаемое не внутри суппорта, а снаружи. Такое устройство нетрудно сделать самостоятельно и пристроить его на правой боковой стенке суппорта любого станка в зоне ходового винта. Нужно предусмотреть две сменные шестерни и регулировку положения валика, чтобы шестерни с разным числом зубьев могли зацепляться с ходовым винтом.

Хочу поделиться с Вами еще кое-чем.

1. Меня давно занимал вопрос: кто и как сделал первый ходовой винт, от которого произошли все последующие. Имею в виду не Архимеда, который мог изготавливать свои архимедовы винты по грубой технологии для столь же грубых целей, таких как подъем воды. А вот как был сделан первый ходовой винт с достаточно точным шагом? На вашем сайте я нашел ответ. Это про полосу бумаги равномерной ширины, наворачиваемую на цилиндр, по которой размечалась будущая винтовая нарезка. Хочу спросить: это предположение или достоверные сведения? Раньше мне казалось, что есть достаточно простой способ изготовления первого винта или первых винтов. При условии, что к тому времени люди уже умели волочить достаточно длинную проволоку, достаточно постоянного диаметра. Если такую проволоку плотно навить на цилиндр, то это практически готовый винт, который может приводить в движение поводок, вставленный в канавку, образованную проволочной навивкой.

2. Почему Вы не хотите употреблять распространенный термин «маточная гайка» и называете ее разъемной? Она, конечно, разъемная, но ведь это в буквальном смысле гайка – мать, от которой «рождаются» все резьбы, нарезаемые на станке. Интересно, что у французов ходовой винт называется по той же причине «винт – мать» (у них слово винт женского рода). И еще об одном токарном термине. То, что у нас называется «гитара» у французов называется «лира». Пока этого не знал, считал, что наш термин пошел от внешнего вида пары шестерен, напоминающих корпус гитары. Но лира-то никак на гитару не похожа. Теперь думаю, что оба термина пошли от того, что гитару токарного станка, как и музыкальные инструменты, нужно настраивать. Наконец, хочу сказать об одной ошибке, замеченной на вашем сайте, в тексте по нарезанию резьбы резцом. Написано: «Если нарезается резьба, шаг которой делится без остатка на шаг резьбы ходового винта (или шаг резьбы ходового винта делится без остатка на шаг нарезаемой резьбы), то разъемную гайку можно включать в любой момент и резец при этом всегда точно попадет в ранее нарезанную винтовую канавку». Здесь правильно только условие, заключенное в скобки, а первое условие неверно. Предположим, при шаге ходового винта 6 мм нужно нарезать резьбу с шагом 12 мм. Первое условие соблюдается. Но в этом случае маточную гайку можно включать не в любой момент, а только через каждые два оборота ходового винта (через 2, 4, 6, 8 и т.д.). Ведь пока деталь делает один оборот, ходовой винт делает два. Хорошо если при включении каждый раз попадаем на четный оборот винта. А если на нечетный? Будет смещение резца от винтовой канавки ровно на половину шага. Этот пример можно рассмотреть и по-другому. В середине прохода отвели резец и остановили станок. Разомкнули гайку. Повернули шпиндель с деталью на пол-оборота. При этом ходовой винт повернется на полный оборот. Можно снова смыкать гайку. Но резец-то вместе с суппортом остался на месте, а деталь повернута на пол-оборота, то есть резец находится посередине между двумя нитками резьбы.

С уважением, Даниил Добжинский 27.10.09 г.