9.5 Делительные головки

Делительные головки применяются при выполнении различных фрезерных операций, связанных с периодическим поворотом детали на определенный угол (деление на равные и неравные части) и для непрерывного вращения заготовок, согласованного с движением вдоль оси при нарезании винтовых канавок. Делительные головки используют при изготовлении различных инструментов (фрез, зенкеров, метчиков), фрезеровании зубчатых колес, пазов и шлицев, зубьев на торцах (зубчатых муфт) и др. деталей.

Различают делительные головки для непосредственного деления, оптические делительные головки и универсальные делительные головки. Универсальные делительные головки делятся на лимбовые и безлимбовые.

На рис.256 показана схема обработки детали с использованием делительной головки. Заготовка 1 (зубчатое колесо) установлена на оправке в центрах шпинделя делительной головки 2 и задней бабки 3. Модульной дисковой фрезе 8 сообщают вращение, а рабочему столу - продольную подачу. В результате обрабатывается впадина между двумя соседними зубьями колеса. Возвратив стол в исходное положение, заготовку поворачивают на угол, соответствующий шагу зубчатого колеса. Поворот заготовки и ее фиксирование осуществляется делительной головкой. Внутри корпуса головки смонтирован шпиндель 4, который периодически поворачивают, вращая рукоятку 5. Положение рукоятки фиксируется делительным диском (лимбом) 6 с рядами отверстий, равномерно расположенных по окружностям. Пружинное устройство фиксирует рукоятку 5 при попадании в соответствующее отверстие делительного диска. На делительном диске делительной головки расположены по 11 окружностей со следующими числами глухих отверстий: 24-25-28-30-34-37-38-39-41-42-43-46-47-49-51-53-54-57-58-59-62-66.

На рис.261 показаны кинематические схемы делительных головок с лимбом. Вращение шпинделю передается от рукоятки 1 через группы зубчатых колес 3-6 и червячную передачу 7-8. Положение рукоятки при повороте на необходимый угол фиксируется делительным диском 2. Передаточное отношение всех передач, кроме червячной и сменных колес, обычно равно единице.

Различают следующие способы настойки делительных головок: непосредственное, простое, дифференциальное и на нарезание винтовых канавок.

Непосредственное деление применяется для деления заготовок на наиболее часто употребляемое число частей. Простое деление применяется на делительных головках с лимбами и на безлимбовых.

На шпинделе делительной головки установлен диск, имеющий определенное число пазов на равных расстояниях друг от друга. Диск поворачивается рукояткой и выполняют деление окружности (например, на 2, 3, 4, 6, 12 частей при 12 пазах).

Простое деление (рис.258, а) применяют, когда передаточное отношение цепи между валом с рукояткой и шпинделем головки может быть выражено в виде простой дроби. Простое деление на z равных частей выполняют при вращении рукоятки 1 относительно неподвижного диска 2 на n_рук оборотов рукоятки, т.е.

Обозначая найдем число оборотов рукоятки n_рук=N/z.

Величину называют характеристикой головки (обычно N=40).

Отсюда n_рук=N/z.= A/B,

где В- число отверстий, на одной из окружностей делительного диска; А- число отверстий, на которое нужно повернуть рукоятку.

Раздвижной сектор, состоящий их двух радиальных линеек раздвигают на угол, соответствующий числу А отверстий, и скрепляют линейки. Если левая линейка упирается в фиксатор рукоятки, то правая совмещается с отверстием, в которое нужно при очередном повороте ввести фиксатор.

Случаем простого деления называется тот случай, когда деление окружности на равные части производится при неподвижном диске, а на безлимбовой головке без участия дополнительной гитары.

Дифференциальное деление осуществляется на универсальных делительных головках. Дифференциальное деление применяется в тех случаях подобрать делительный диск с необходимым числом отверстий невозможно. Если для числа Z на диске нет нужного числа отверстий, принимают число Zф, близкое к Z, для которого имеется соответствующее число отверстий и удовлетворяющее простому способу деления.

Если выполнить простое деление, то шпиндель повернется на 1/Zф оборота вместо 1/Z. Для компенсации полученной разницы шпинделю сообщают дополнительный поворот, равный (1/Z - 1/ Zф). Если эта разность будет положительна, то дополнительный поворот делают в ту же сторону, что и основной; если разница отрицательна, то поворот делают в противоположную сторону.

Таким образом, рукоятка 1 (рис.258, б) должна совершить основной поворот, чтобы разделить окружность на Zф частей, и дополнительный, чтобы компенсировать разницу. Это достигается путем медленного поворота делительного диска 2 на величину дополнительного поворота рукоятки.

Вращение диску передается от шпинделя делительной головки через сменные колеса a-b, c-d, коническую пару 9-10 и зубчатые колеса 3-4. Расчет настройки сводится к определению передаточного отношения сменных зубчатых колес.

Величина дополнительного вращения рукоятки равна величине поворота диска

Обозначая (обычно С=1) и решая уравнение получим

.

Фрезерование винтовых канавок, расположенных равномерно по окружности представлено на рис.257. Заготовку 1, установленную в центрах делительной головки 2 и задней бабки 3, вместе со столом 5 поворачивают на угол ω, равный углу наклона винтовой линии канавки. В результате средняя плоскость фрезы 4 совпадает с направлением канавки. Заготовке сообщают непрерывное вращение, а столу продольную подачу вдоль линии ab. Шпиндель делительной головки вращают от ходового винта продольной подачи стола по цепи сменных зубчатых колес a₁-b₁, c₁-d₁, далее через пары 9-10, 3-4 и диск 2 на рукоятку 1, передачи 5-6 и 7-8. За один оборот шпинделя стол должен переместиться на величину шага винтовой линии канавки tр.

Уравнение кинематического баланса

tв- шаг ходового винта.

Учитывая уравнение настройки кинематической цепи

.

Универсальная делительная головка мод. УДГ-135 и ее настройка.

Делительная головка выполнена с высотой центров 135 мм и применяется с задней бабкой и с люнетом (рис.259). Делительная головка состоит из основания 3 и корпуса 4. Корпус может поворачиваться в вертикальной плоскости от -10º до +90º и закрепляется гайками 2. Делительная головка крепится к столу фрезерного станка двумя болтами 21, головки которых входят в Т-образный паз стола, а через шпонки-сухари 20 обеспечивается точная установка ее по оси станка. Шпиндель 14 смонтирован в коническом отверстии корпуса и задней втулки, на нем закреплено червячное колесо (z = 40), сцепляющееся с однозаходным червяком. Червяк можно вывести из зацепления с колесом рукояткой 6. На центре шпинделя закреплен поводок 13 для передачи вращения заготовок. Оба конца шпинделя выполнены с коническими отверстиями. Шпиндель поворачивают рукояткой 1 с фиксатором через передачу 33/33 и червячную пару 1/40 (рис.259, б).

Контроль за величиной поворота шпинделя производится с помощью делительного диска 17. Для быстрого отсчета требуемого числа отверстий на диске применен раздвижной сектор 19. Для непосредственного деления имеется диск 15 с фиксатором 16. При простом делении делительный диск 17 фиксируется защелкой 12, и после поворота шпинделя производят его зажим рукояткой 5. Задняя бабка 23 предназначена для поддержания второго конца заготовки или оправки и выполнена так, что позволяет с помощью рукояток 7 и 9 перемещать пиноль с центром в продольном и в вертикальном направлениях. Рукояткой 8 зажимается пиноль. Люнет 22 служит опорой при обработке длинных и точных деталей. Гайкой 10 производится подъем подпятника, а рукояткой 11 - зажим. У делительных головок УДГ-135 делительные диски для простого и дифференциального метода деления выполнены двусторонними с глухими отверстиями: на одной стороне диска имеются окружности с числами отверстий 16, 17, 19, 21, 23, 29, 30 и 31, а на другой стороне – 33, 37, 39, 41, 43, 47, 49 и 54. К делительным головкам УДГ-135 прилагаются гитара и сменные зубчатые колеса с числами зубьев: 25, 30, 35, 40, 50, 60, 70, 80, 90 и 100.

Непосредственное деление. При помощи рукоятки 6 выключается червяк, рукояткой 5 производится отжим шпинделя, рукояткой 16 выводится фиксатор из диска 15 непосредственного деления. Диск 15 имеет 3 ряда отверстий, расположенных по окружности с числами 24, 30 и 36. Число отверстий, на которое нужно повернуть шпиндель, определяется по формуле:

p = n/z ,

где n - число отверстий на окружности диска, z - число делений на заготовке.

Угол поворота шпинделя: α = 360º/z.

Простое деление. Выводится фиксатор из диска 15 непосредственного деления на весь период работы. Вводится в зацепление червяк с червячным колесом через рукоятку 6. Делительный диск 17 соединяется с корпусом головки. Поворот шпинделя осуществляется поворотом рукоятки 1 через передачи 33/33×1/40. Гитара расцеплена. Диски имеют 16 рядов отверстий окружностей с числами: 16, 17, 19, 21, 23, 29, 30, 31, 33, 37, 39, 41, 43, 47, 49, 54. Для установки фиксатора на любой ряд отверстий рукоятка вместе с планкой 18 опускается или поднимается по пазу и закрепляется. Для поворота рукоятки в новое положение фиксатор вытягивают из отверстия диска.

Поворот шпинделя на 1/z об. должен быть произведен за n оборотов рукоятки. Расчетное уравнение для этого случая:

где: n_рук - число оборотов рукоятки, z- количество частей, на которое требуется выполнить деление.

Таким образом, расчетная формула: .

Число 40 называется характеристикой делительной головки. Число оборотов рукоятки может быть не только в виде целого числа, но и выражаться сложной дробью. Поэтому для точного отсчета поворота рукоятки применяется делительный диск. При целом числе оборотов рукоятка выполняет необходимое число оборотов относительно любого отверстия окружности, где был вначале введен фиксатор. При дробном числе, например n_рук =2/3, подбираем ряд отверстий на диске с числом, кратным 3, например 39, тогда будем иметь n_рук =2/3 =26/39, т.е. рукоятка должна повернуться на 26 отверстий по окружности ряда с числом отверстий 39. Можно было бы взять другой ряд, например с 54 отверстиями, тогда рукоятку надо повернуть n_рук=2/3 =36/54, т.е. на 36 отверстий по окружности ряда 54. Таким образом, число оборотов рукоятки можно выразить:

где а - целое число оборотов рукоятки, b - число отверстий, на которое надо повернуть дополнительно рукоятку, c - число отверстий в одном из рядов диска.

Число с должно быть кратным числу z. Для сокращения времени для отсчета отверстий, на которое надо повернуть рукоятку, применяют сектор 19. Он состоит из двух радиальных линеек, которые раздвигаются одна относительно другой на угол по числу отверстий b, не считая первого отверстия, в которое вставлен фиксатор. Сектор следует переставлять тотчас же после деления, т.е. он всегда должен находиться в положении, которое требуется для следующего отсчета.

Дифференциальное деление. Ряд отверстий на диске подбирается уже по фиктивному числу z_ф, близкому к необходимому z и предполагаемая ошибка в повороте шпинделя ( ) устраняется дополнительным поворотом его рукоятки в результате вращения делительного диска. Допустим, что в отверстие А неподвижного диска должен войти фиксатор рукоятки (рис.259, в). Но в данном случае при вращающемся диске отверстие А окажется в положении А₀ и рукоятка должна будет продолжать поворачиваться на угол φ до попадания в А₀. Таким образом, шпиндель получает дополнительный поворот, и расчетное уравнение кинематической цепи поворота шпинделя примет вид:

об.шп.

где: n_рук×33/33×1/40 - основной поворот шпинделя,

1/z×x×22/22×39/39×33/33×1/40 - дополнительный поворот шпинделя.

Решая уравнение относительно х, будем иметь: .

Заменив n_рук = 40/z_ф, получим .

Числом z_ф надо задавать таким, чтобы можно было выбрать отверстия на диске. Делительная головка имеет 12 сменных зубчатых колес с числами зубьев 25, 30, 35, 40, 50, 55, 60, 70, 80, 90, 100.

Фрезерование винтовых канавок. Кинематическая схема настройки показана на рис.263. От ходового винта продольной подачи стола с шагом t_хв = 6 мм вращение передается через зубчатые колеса 24/28×28/24, сменные колеса гитары х, коническую передачу 22/22, далее через две пары колес 39/39×33/33, червячную передачу 1/40 к шпинделю заготовки 3.

Таким образом, имеем два движения, необходимых для образования винтовых канавок: поступательное движение стола вместе с заготовкой и вращательное движение ее от шпинделя делительной головки 4. За один полный оборот заготовки стол должен пройти путь, равный шагу винтовой канавки. Уравнение кинематической цепи:

где Т_вк- шаг винтовой канавки в мм.

Выражение Т_вк/i_хв представляет собой число оборотов ходового винта за 1 об. заготовки. Решая уравнение относительно х, получим .

Для большинства универсальных фрезерных станков шаг резьбы ходовых винтов продольной подачи стола принят равным 6 мм, следовательно, окончательная формула настройки гитары:

х = 240/ Т_вк.

Для фрезерования последующих канавок необходимо повернуть шпиндель заготовки на 1/z об., для чего надо, не размыкая кинематическую цепь, вынув фиксатор, рукояткой повернуть относительно диска:

n_рук = 40/z.

При фрезеровании винтовых канавок стол 1 необходимо повернуть по отношению к оси 2 шпинделя станка на угол φ, равный углу наклона винтовой линии к оси детали. В случае, когда угол φ > 45º и поворот на такой угол невозможен, следует применить универсальную головку.

Безлимбовые делительные головки

Безлимбовые делительные головки отличается от лимбовых тем, что они не имеет делительных дисков (рис.261, г). Рукоятка 1 поворачивается на один полный оборот и фиксируется в постоянном положении на неподвижном диске 2. Величину поворота шпинделя устанавливают сменными колесами a2-b2, c2-d2.

При простом делении на z частей кинематическая цепь имеет вид

.

Учитывая, что N=z₄/z₃ - характеристика головки, тогда .

Применяются также безлимбовые делительные головки со сменными колесами. Кинематическая схема этих головок показана на рис.7. Здесь поворот шпинделя с заготовкой производится за 1 оборот рукоятки. Настройка на заданное число частей производится сменными колесами: для простого деления (рис.261, а) – с одной гитарой х₁, для дифференциального деления (рис.261, б) – двумя гитарами х₁ и х₂ и для фрезерования винтовых канавок – двумя гитарами х₁ и х₂ (рис.261, в).

Уравнение кинематической цепи для простого деления (рис.261, а):

.

i_диф= 2, тогда .

Оптические делительные головки.

На рис.262 показан общий вид оптической делительной головки, которая применяется для точных отсчетов углов при изготовлении приспособлений, измерительных инструментов, шкал, а также для контроля точных деталей. В корпусе 1 смонтирована поворотная часть 2, несущая шпиндель 3 головки. Механизм головки состоит из червячной пары очень точного изготовления. На шпинделе смонтирован стеклянный диск 4 с точными градусными делениями, проектируемыми на минутную шкалу, помещенную в окуляре 5. Через окуляр производится наблюдение за поворотом шпинделя и отсчет с большой точностью в минутах и в секундах. Деталь, которую необходимо точно разделить, закрепляют в шпинделе головки. Деление заключается в простом поворачивании шпинделя на заранее вычисленные углы, отсчитываемые через окуляр микроскопа 3 по шкале диска 4.