Методика расчёта многошпиндельных головок

ющего инструмента по данным таблицы 4.1. Ширина зуб-
чатых колёс головки принимается равной Ют (здесь т —
модуль, мм). Диаметры валов для промежуточных зубча-
тых колёс выбираются равными диаметру d_x рабочих шпин-
делей головки.

Подшипники скольжения по рабочей поверхности под-
бираются в соответствии с размерами шпинделей и валов,
для которых они предусматриваются. Расчёт подшипников
осуществляется по давлению р и величине pv (здесь v — ско-
рость взаимного перемещения, м/с). Фактически значения р,
МПа (для радиальных подшипников-втулок, например,

здесь d_l и 1_Х — диаметр и длина подшипника, мм;

Р_г — радиальная сила, действующая на подшипник.

Р и pv должны быть меньше допускаемых значений, ко-
торые принимаются: для радиальных подшипников —
р = 1...3 МПа, pv = 6...12 МПам/с; для осевых (колец и пят) —
р = 4...12 МПа, pv = 2...4 МПам/с.

8. Проверочный расчёт на прочность. Расчёт на прочность
выполняется для сильно нагруженных деталей: зубчатых
колёс, некоторых валов, подшипников.

Таблица 4.1
Рекомендуемые значения диаметров
шпинделей и модулей зубчатых колес

Расчёт зубчатых колёс на контактную прочность и проч-
ность при изгибе осуществляется путём определения факти-
ческих напряжений и сравнения их с допускаемыми.

Контактное напряжение <у_к = а_см в полюсе зацепления

где а_смо — контактное напряжение без учёта дополнитель-
ных нагрузок,

где К_н — коэффициент нагрузки;

Z_e — коэффициент, учитывающий механические свой-
ства материалов зубчатых колёс, для стали Z_e = 190;

Z_H — коэффициент, учитывающий форму сопряжённых
поверхностей зубьев в полюсе зацепления;

Z_E — коэффициент, учитывающий суммарную длину кон-
тактных линий;

Zg — коэффициент, учитывающий наклон зуба;

F_t — окружная сила на делительном цилиндре в торцо-
вом сечении.

здесь M_Kpi и М_кр2 — крутящие моменты соответственно на
шестерне и зубчатом колесе, Н-мм;

di и d₂ — диаметры начальных окружностей соответствен-
но шестерни и колеса, мм);

Ь — рабочая ширина венца зубчатой передачи, мм;

i_n — передаточное число. Напряжение изгиба в опасном
сечении

где K_F — коэффициент нагрузки при расчёте на изгиб;
т — модуль зубчатого зацепления, мм;

э Y_FS — коэффициент, учитывающий влияние формы зуба
ю концентрацию напряжения;

i Yp — коэффициент, учитывающий влияние наклона зуба;
Y_e — коэффициент, учитывающий влияние перекрытия
зубьев.

Коэффициенты нагрузки определяются из зависимостей

^КН = ^КА^КНу^КНрКна •
^KF - ^A^Fv^KFp^Fa.

где К_А — коэффициент, учитывающий внешнюю динами-
ческую нагрузку, принимается по таблице 4.2;

K_Hv, K_Fv — коэффициенты, учитывающие внутреннюю
динамическую нагрузку;

К_Нр, Крр — коэффициенты, учитывающие неравномер-
ность распределения нагрузки по длине контактных линий;

К_На, K_Fa — коэффициенты, учитывающие распределе-
ние нагрузки между зубьями. Коэффициенты определяются
по стандарту.

Таблица 4.2
Коэффициент К_А внешней динамической нагрузки
при расчёте зубчатых колёс на прочность

11олученные значения ст„, и а_ш сравниваются с допускаемыми напряже-
ниями [<у_см] и [ею] и должны быть меньше их значений.

Можно также ориентировочно определить значение мо-
дуля т' и сравнить его с принятым т. Если т' < т, то зубча-
тая пара по прочности соответствует условиям работы. Та-
кой расчёт может являться также проектным.

Ориентировочное значение модуля т', мм при заданном

параметре вычисляется по формуле:

где К_т — вспомогательный коэффициент, принимается для
прямозубых передач К_т = 14, для косозубых с коэффициен-
том осевого перекрытия е_в > 1 и шевронных передач
К_т = 11,2; для косозубых передач с е_в< 1 К_т = 12,5;

Z — число зубьев шестерни; величины с индексом 1 от-
носятся к шестерне, с индексом 2 — к колесу.

Ориентировочное значение модуля /га' при заданном ме-
жосевом расстоянии а,„ вычисляется из выражения

где К_та — вспомогательный коэффициент, принимается для
прямозубых передач К_та = 1400; для косозубых с ^ > 1 и
шевронных передач К^ = 850, для косозубых передач с е_в < 1

9. Расчёт валов головки. Валы для зубчатых колёс рас-
считываются на прочность и жёсткость из условия нормаль-
ной работы зубчатых колёс и подшипников, являющихся их
опорами. При расчёте на жёсткость диаметральные размеры
валов получаются больше, чем при расчёте на прочность. Валы
на прочность рассчитываются по фактическим напряжени-
ям а по формуле;

^гД^е [°ud — допускаемые напряжения материала при изгибе, МПа;
М_экв — эквивалентный момент в опасном сечении вала,

Z — момент сопротивления в опасном сечении вала, для
круглого сплошного сечения вала Z = О,Id³ (здесь d — диа-
метр вала в мм), мм.

Под действием внешних сил валы подвергаются упругим
деформациям на изгиб и кручение. При этом определяются
действительные угол закручивания и прогиб в опасных сече-
ниях и сравниваются с допускаемыми значениями а и у_п
(подраздел 10.3).

10. Расчёт подшипников качения. Расчёт осуществляет-
ся по стандартам и справочной литературе. Динамическая
грузоподъёмность, эквивалентная динамическая нагрузка и
долговечность подшипников качения связаны зависимостя-
ми (при Р < 0,5С):

где L,L_h — долговечность соответственно в миллионах оборотов
и часах (для многошпиндельных головок L_h - 2500....4500 ч);

С — грузоподъёмность радиальная (С_г) и осевая (С_а), Н;

Р — эквивалентная нагрузка радиальная (Р_г) и осевая

(Л>). Н;

Pi — показатель степени, для шариковых подшипников
Ру — 3, для роликовых — р_х = 10/3;

п — частота вращения подшипника, об/мин.

По нагрузке Р, частоте п и долговечности L{L_h) из приве-
дённых зависимостей определяется необходимая грузоподъ-
емность С, в соответствии с которой по стандартам (размеры
и технические требования) подбираются нужные подшипни-
ки качения.

Рабочие шпиндели изготовляются из сталей 45, 50, 45Х
и 50Х, зубчатые колёса — из сталей 20Х, 40Х и других,

корпуса головок — из серого чугуна G415, алюминиевого
сплава АК7ч и других металлов.

Компоновка головки производится в соответствии с при-
нятой кинематической схемой и рассчитанными размерами
основных деталей. Размеры и форма всех остальных дета-
лей, входящих в головку, принимаются по конструктивным
соображениям, но с учётом действующих стандартов.

При конструировании многошпиндельных головок кри-
вошипного типа необходимо определить диаметры рабочих
шпинделей, радиус кривошипов, диаметр и длину кривошип-
ной шейки шпинделей и ведущего вала, а также местополо-
жение оси этого вала относительно рабочих шпинделей го-
ловки.

Диаметры шпинделей определяются по моментам реза-
ния (М_кр) на инструментах. Диаметр ведущего вала рассчи-
тывается по суммарному моменту всех рабочих шпинделей.

При определении радиуса г кривошипов следует учиты-
вать, что с его увеличением уменьшаются действующие на
кривошипные шейки силы Р_к, диаметр d и длина I этих шеек:

№„.„

P_K=p_adl и Р_к=~^,

гдер_д — допускаемое давление на поверхностях скольжения.

Увеличение г невозможно при малом расстоянии между
шпинделями головки; с возрастанием г увеличивается так-
же неуравновешенность её движущих частей. Для малых
значений г допуск и зазор в сопряжении кривошипной шей-
ки с поводковой плитой необходимо уменьшать.

Положение оси ведущего вала головки можно определить
графоаналитическим методом. При этом вычерчивается рас-
положение рабочих шпинделей головки в плане с кривоши-
пами, повёрнутыми в одну сторону (рис. 4.10, а). Перпенди-
кулярно к этим кривошипам откладываются силы, равные:

р   ^Мкр1 _D   М_кр2                              М_крп

Г                     Г                              Г

156

Рис. 4.10 Схема для определения положения оси ведущего вала
многошпиндельной головки кривошипного типа

Затем находится направление равнодействующей этих сил
(линия 1-1). После этого вычерчивается расположение шпин-
делей с кривошипами, повёрнутыми на 90 °, и действующи-
ми на них теми же силами (рис. 4.10, б). Как и в предыду-
щем случае, проводится линия равнодействующей этих сил
(линия 2-2). Пересечение линий 2-2 и 1-1, т.е. точка 0, опре-
деляет положение оси кривошипной шейки ведущего вала.
На расстоянии г от этой точки на линии 1-1 (рис. 4.10, б)
расположена ось ведущего вала (точка 0_г). Правильное опре-
деление положения оси ведущего вала обеспечивает плавную
и надёжную работу всех шпинделей.

Хорошо сконструированные головки кривошипного типа
удовлетворительно работают при условии одновременного
презания и выхода из зоны обработки всех её инструментов.

Диаметр и длина шейки кривошипа ведущего вала рас-
считываются по радиальной силе:

На эту шейку обычно монтируются подшипники каче-
ния, в то время как кривошипные шейки рабочих шпинде-
лей из-за стеснённости пространства чаще всего вращаются в
подшипниках скольжения.

4.4 Инструмент для ППД и приспособления
для безвибрационной обработки

Система для ППД состоит из приспособлений для безвиб-
рационной обработки, для вибрационной обработки с источ-
никами вибрации, для вибрационной обработки без источни-
ков вибрации, для комбинированной обработки резанием и
ППД. Особенностью приспособлений этой системы является
необходимость обеспечения подвижности устанавливаемых
инструментов. Например, шары должны вращаться относи-
тельно трёх осей системы координат, ролики относительно
одной оси.

При ППД используются: для безвибрационной обработки
шары; алмазные, твердосплавные и минералокерамические
наконечники; конические, прямые, сферические, закруглён-
ные, с цилиндрической ленточкой, с торовой поверхностью
ролики (рис. 4.11, а, б, в, г); для вибрационной обработки с
источниками вибрации шары, наконечники и полуволновые
концентраторы 1 с рабочим элементом 2 со сферическими ра-
бочими поверхностями (рис. 4.11, а, б, ж); для вибрационной
обработки без источников вибрации конические с наклонной
выпуклостью, фасонные клиновые и наклонные, профильные
синусоидальные и косинусоидальные с постоянными и пере-
менными параметрами ролики (рис. 4.11, д, е).

Шары из стали типа ШХ15 используются от покупных
шарикоподшипников. Наконечники для выглаживания ар-
мируются кристаллами естественного или искусственного
алмазов, композитами эльбора, другими сверхтвёрдыми ма-
териалами. Ролики всех разновидностей обычно изготавли-
ваются из сталей У12А, ХВГ, ШХ15, 5ХНМ, ЭХ12, твёрдых
сплавов ВК6М и ВК8М, минералокерамики марок ЦМ-332,

ВОК-60, ОНТ-20. Концентраторы (волноводы) изготавлива-
ются из сталей ЗОХГСА, 45, 50; рабочие элементы из твёр-
дых сплавов группы ВК (припаиваются припоями марок
ПСр40, ПСр45, ПСр50Кд).

В универсальных приспособлениях для обработки наруж-
ных цилиндрических и других поверхностей могут разме-
щаться шаровые головки или алмазные наконечники. При-
способление для алмазного выглаживания муфт вторичного
вала, шестерен привода спидометра и других деталей коро-
бок перемены передач автомобилей ГАЗ показано на рисун-
ке 4.12. В корпусе 9 приспособления размещены пружина 4
и держатель 8 инструмента (алмазного наконечника, шаро-
вой головки) 7, который закрепляется винтом 6. В резцедер-
жателе токарно-винторезного станка приспособление устанав-
ливается посредством планки 12. Необходимая сила поджи-
ма инструмента к заготовке обеспечивается сжатием пружи-

Ptcc. 4.12 Приспособление с алмазным наконечником

для обработки наружных цилиндрических

и торцовых поверхностей

ны 4 путём перемещения упора 3 при вращении винта 1 в
крышке 2. Момент касания инструмента 7 и возможное пе-
ремещение суппорта в направлении заготовки фиксируется
по шкале индикатора 10 при воздействии стойки 5 на его
ножку. Индикатор закреплён на корпусе кронштейна 11, а
держатель 6 удерживается от проворота посредством шпон-
ки 13.

Рисунок 4.13 иллюстрирует переналаживаемое приспо-
собление для раскатывания и алмазного выглаживания от-
верстий диаметром от 12 мм и более. Приспособление уста-
навливается в резцедержатель токарного станка корпусом 7,
который с помощью оси 8 шарнирно соединяется с держав-
ками 2 (а) и 4 (б). Сила поджима алмазного наконечника 9
(рис. 4.13, а), закреплённого винтом 1 в державке 2, обеспе-
чивается сжатием тарированной пружины 6 при вращении
винта 5 и контролируется по шкале 3, установленной на кор-
пусе 7. Сферическая шайба 4 позволяет обеспечивать круго-

Рис. 4.13 Переналаживаемое приспособление для обработки
ППД отверстий диаметром, от 12 ЛСД* № более

1 Г *

вой контакт головки винта 5 с конической выточкой дер-
жавки 2 при их относительном повороте.

При раскатывании отверстий державка 2 заменяется на
державку 4 (рис. 4.13, б). Шар 2 удерживается в заданном
положении планкой-сепаратором 3 и в процессе обработки
обкатывается по поверхности наружной обоймы шарикопод-
шипника 1.

Более высокопроизводительными являются многоинстру-
ментальные приспособления. На рисунке 4.14 представлено
ротационное приспособление с коническими роликами. Каж-
дый ролик 3 с торцов зацентрован и размещён в вырезе сепа-
ратора 1 между двумя шарами 2 по центровым гнёздам так,
что не касается поверхности сепаратора. Приспособление на-
девается на наружную поверхность зажатой в патроне токар-
ного станка заготовки 9. При этом ролики конусной втул-
кой 4 под воздействием сжатой при вворачивании гайки 8 в
корпус 7 поджимаются к обрабатываемой поверхности заго-
товки. Втулка 4 удерживается от вращения шарами 5, рас-
положенными в двух соосных отверстиях корпуса. Крепле-
ние приспособления в резцедержателе станка осуществляет-
ся с помощью рукоятки 10. Конструкция приспособления по-

зволяет уменьшить воздействие роликов на сепаратор, повы-
сить точность обработки, снизить силы трения между инст-
рументами и деталями приспособления.

4.5 Приспособления для виброобработки ППД
с источниками вибрации

Виброобработка ППД шарами, алмазными и другими
наконечниками с источниками вибрации осуществляется с
целью активизации деформации материала и образования
высоко работоспособных регулярных микрорельефов рабочих
поверхностей. Вибрация с определённой амплитудой и час-
тотой п₃ происходит в направлении подачи s.

Для виброобработки ППД используется обычное металло-
режущее оборудование с установкой на него приспособлений
в виде виброголовок электромеханического, электромагнит-
ного, пневматического, гидравлического и другого действия.
На рисунке 4.15 показана виброголовка для токарно-винто-
резных станков типа мод. 16К20. Приспособление оснащено
электромагнитным приводом Ш-образной формы, питающимся
однофазным током напряжением 220 В и частотой 50 Гц. Оно
позволяет бесступенчато регулировать амплитуду колебания
от 0,4 до 1,2 мм за счёт изменения зазора а вращением гаек 8;
обеспечивает частоту вибрации 6000 1/мин., бесступенчатое
регулирование силы поджима инструмента от 50 до 600 Н в
рабочем состоянии путём изменения сжатия пружины 19 вра-
щением пробки 18 в корпусе 20 и может использоваться не
только для обкатывания наружных, но и для раскатывания
внутренних цилиндрических поверхностей, что достигается
заменой Г-образного штока 23 на прямой. Для обеспечения
вибровыглаживания шаровая головка, состоящая из корпу-
са 24 с сепаратором, шарикоподшипника 2 с осью и шара 1,
заменяется на алмазный наконечник.

Осевое колебание инструмента обеспечивается взаимодей-
ствием сжатой гайкой 6 пружины 5 и якоря 9, который с
частотой п_дв ^ = 6000 1/мин. поджимается к установленному

Рис. 4.15 Переналаживаемая виброголовка

электромагнитного действия для вибронакатывания

и алмазного вибровыглаживания заготовок

из различных материалов

на подставке 12 ярму 11 при прохождении через катушку 10
переменного тока. Ярмо 9 посредством обоймы 14 соединено
со втулкой 3, которая посредством пальца 7 шарнирно соеди-
нена со штоком 23, установлена в подшипниках 16 и совер-
шает осевые колебания при взаимодействии электромагнита
и пружины 5, упирающейся в закреплённое на втулке 3 коль-
цо 9. Подшипники 16 размещены во втулках 25 и 11, соеди-
нённых, как и основание 12, с угольником 13, посредством
которого виброголовка устанавливается в резцедержатель
станка. Сила поджима вибрирующего инструмента 1 к обра-
батываемой поверхности передаётся от сжатой пружины 19
через вилку 21, ролик 22 с осью, шток 23, корпус 24 и шари-
коподшипник 2 с осью. Масса описанной виброголовки при-
мерно в два раза меньше массы подобного устройства с при-
водом от индивидуального электродвигателя.

Виброголовка для обработки за один проход плоских по-
верхностей на вертикально-фрезерных станках показана на

рисунке 4.16 [4]. Приспособление хвостовиком 3 эксцентри-
кового устройства устанавливается в шпиндель, а корпусом 7
крепится, например, к корпусу 2 головки вертикально-фре-
зерного станка. В корпусе 7 установлены верхние 4 и ниж-
ние 7 V-образные направляющие с шарами 6. Между направ-
ляющими размещена осциллирующая каретка 14 также с
V-образными направляющими. На каретке установлен шпин-
дель 13 с инструментом 12. Привод вибрации осуществляет-
ся от шпинделя станка посредством регулируемого эксцент-
рикового устройства, в котором при наладке приспособления
можно вращением винта 5 перемещать ползун 8 с закреп-
лённой на нём осью тяги 9 и этим изменять амплитуду виб-
рации инструмента. Сила поджима инструментов к обраба-
тываемой поверхности обеспечивается тарированной пружи-
ной 10, предварительное сжатие которой осуществляется вра-

Рис. 4.16 Виброголовка с механическим приводом

от станка для вибронакатывания плоских поверхностей

на вертикально-фрезерных станках

щением гайки 11. Подача обеспечивается перемещениями
стола станка, число двойных ходов п_двх регулируется изме-
нением частоты вращения шпинделя станка, а амплитуда 2А
колебаний инструмента — изменением положения ползуна 8
с осью тяги 9.

Обеспечение вибрации от источника плавного движения
станка исключает необходимость подключения виброголов-
ки к энергосети, позволяет уменьшить её габариты и себес-
тоимость.

Вибрация с ультразвуковой частотой обеспечивается в
перпендикулярном направлении к обрабатываемой поверх-
ности и служит для повышения эффективности ППД при
обработке с малыми силами Р маложёстких заготовок. Для
ультразвуковой обработки фасонных поверхностей в виде
желобов (криволинейный концентратор, рис. 4.11, ж) наруж-
ного кольца шарикоподшипников из закаленных сталей типа
ШХ15СГ используются автоматизированные устройства, схе-
ма одного из которых представлена на рисунке 4.17.

Ультразвуковое выглаживание осуществляется твердо-
сплавным рабочим элементом 1, размещённым в криволи-
нейном концентраторе 2, который установлен на магнито-
стрикционном преобразователе 3, функционирующем от уль-
тразвукового генератора 4. JX,nn обеспечения обработки ППД
в установке предусмотрены суппорт 5, насосная станция 6
для подачи СОЖ, электромагнитный патрон 7 для закрепле-
ния обрабатываемой заготовки 10, шпиндельная бабка 8 и
редуктор 9 привода шпинделя. Рациональные параметры
режима ультразвуковой обработки ППД желобов наружных
колец, например шарикоподшипника № 2226 (радиус жело-
ба 14,72to',ooi • ^сила статического поджима инструмента
Р = 250 Н, радиус сферы инструмента г_с = 3,5 мм (материал
рабочей части ВК8), амплитуда вибрации 2А = 30 мкм, пода-
ча S = 0,18 мм/об, скорость выглаживания и = 50 м/мин.,
СОЖ — масло индустриальное И-40А. Цикл обработки в ав-
томатическом режиме — 2 мин.

Рис. 4.17 Схема устройства для ультразвукового
выглаживания желоба колец шарикоподшипников

4.6 Оснастка для виброобработки ППД
без источников вибрации

Одним из направлений развития и расширения исполь-
зования обработки ППД в автоматизированном производстве
является создание инструмента и приспособлений без источ-
ников вибрации, что снижает массу и габаритные размеры
оснастки, не требует дополнительного подключения к энер-
госетям, упрощает автоматическую установку на станки и
снятие оснастки с оборудования, улучшает условия работы и
сохраняет длительное время точность многоцелевых станков
за счёт исключения вибрационного воздействия на них, со-
кращает энергетические затраты на обработку.

Первый опыт вибронакатывания имел место при приме-
нении фасонных клиновых и наклонных роликов (рис. 4.11, д)
при вибронакатывании галтелей крупных деталей на Урал-
машзаводе. В дальнейшем были созданы профильные сину-
соидальные и косинусоидальные ролики с постоянными и

переменными параметрами (рис. 4.11, е), регулируемые на-
клонные ролики, другие инструменты и устройства для виб-
ронакатывания поверхностей деталей и образования регуляр-
ных микрорельефов.

Приспособление (рис. 4.18, а) состоит из крышек /, пла-
стин 2, шарикоподшипников 3, штифта-стопора 4, пружи-
ны 5, державки 6, регулировочных гаек 7, вилки 8, роли-
ка 9, винта 10, цапфы 11, шайб 12, гайки 13.

Ролик диаметром d_p и радиусом закругления г_р сфери-
ческой выточкой А установлен на сферическую часть Б цап-
фы. При этом штифт-стопор, установленный на резьбе в от-
верстии ступицы ролика, входит цилиндрическим хвостови-
ком в паз В на сферической части цапфы и стопорится кон-
тргайкой. Гайка 13 наружной резьбовой поверхностью вкру-
чивается в отверстие ролика, конической поверхностью Г упи-
рается в сферическую часть цапфы и стопорится винтом. Цап-
фа с роликом установлена на шарикоподшипниках в полуот-
верстиях вилки, которые накрыты съёмными крышками и
предохраняются от загрязнения пластинами и шайбами. Вил-
ка своим хвостовиком И входит в отверстие державки и на-
ходится под воздействием силы Р, обеспечиваемой тариро-
ванной пружиной, предварительное сжатие которой осуще-
ствляется перемещением регулировочных гаек 7 по резьбе
хвостовика вилки.

Наладка и работа устройства осуществляется следующим
образом. На собранном устройстве ролик в отжатом состоя-
нии устанавливается по угломеру на заданный угол наклона /J
для обеспечения требуемого осевого биения S = (d_p - 2r_p)sinj5
рабочего профиля и предварительно фиксируется в этом по-
ложении закручиванием штифта-стопора до упора в дно па-
за В цапфы. Окончательная фиксация положения ролика
на цапфе осуществляется закручиванием гайки 13 до упора
конусной выточки Г в сферическую часть цапфы, после это-
го окончательно затягивается и фиксируется контргайкой
штифт-стопор, предотвращающий отклонение от заданного
положения и самооткрепление при знакопеременном кине-

Рис. 4.18 Приспособление для вибронакатывания
с регулируемым наклонным роликом (а)
и схема наносимых следов обработки (б)

матико-динамическом воздействии на него обрабатываемой
поверхности за счёт расположения паза В под углом 45 ° к
оси цапфы. Пазы Ж на ролике и Е на гайке 13 служат для
затягивания вилчатым ключом резьбового соединения ро-
лик-гайка. Смазывание шарикоподшипников осуществля-
ется консистентной смазкой (солидолом С) при снятых пла-
стинах.

За счёт угла наклона /?, осевого биения 5 рабочего профи-
ля и перемещения точки контакта гладкого ролика в процес-
се вибронакатывания на поверхность заготовки 14 наносят-
ся следы в виде синусоид с длиной волны Я = d_p, амплитудой
2А = 8 и углом направления у = arctg4,92A/A. Путём измене-
ния угла Я ролика может осуществляться переналадка при-
способления и обеспечиваться следы обработки с различны-
ми параметрами 2А (2А_1г 2А₂ и т.д.) и у (y_lt y₂ и т.д.) при
одной подаче S₀ на оборот заготовки (рис. 4.18, б). За счёт
изменения подачи указанным устройством можно обеспечи-
вать образование как ПРМР, так и ЧРМР видов 3, 4 и 5
(ГОСТ 24774-81) с различными значениями параметров 2А и
у на цилиндрических, плоских, фасонных и других поверх-
ностях деталей с использованием токарных, фрезерных, стро-
гальных, расточных и других станков.

На рисунке 4.19 показано виброраскатное устройство,
ролики которого имеют наклонные витки (выпуклости). Ус-
тройство состоит из роликов 1, сепаратора, включающего
упоры 2, их цапфы 3, половины с охватываемым 4 и охваты-
вающим 5 поясками, штифты 6; раздвижного механизма,
включающего пружину 7, оправку 8, конусные втулки 9 и
гайку 10.

Ролики с рабочим участком в виде витка Л с выпуклой
поверхностью равномерно установлены своими цилиндричес-
кими хвостовиками в радиальные пазы Р упоров, которые
посредством цапф шарнирно соединены с половинами 4, 5
сепаратора. Последние соединены между собой посредством
центрирующих поясков с возможностью углового и осевого
относительных перемещений за счёт взаимодействия штиф-

тов половины 4 с окружными пазами К половины 5 сепара-
тора. От среднего положения I штифты в окружных пазах
могут занимать крайние положения II, III, что соответствует
относительному повороту в одну или другую сторону в зави-
симости от направления подачи S, диметра D обработки и
направления вращения п устройства или заготовки в зависи-
мости от осуществляемой на станке схемы обработки.

Рис. 4.19 Трёхроликовое виброраскатное устройство,
исключающее проскальзывание роликов

Радиальное перемещение роликов осуществляется с по-
мощью пружины и размещёнными посредством шпонок Ш
на оправке конусными втулками, которые раздвигаются или
сдвигаются в осевом направлении при вращении гайки, рас-
положенной на резьбе оправки.

Наладка и работа устройства осуществляется следующим
образом. При заданных параметрах (S, D, п) режима обработ-
ки ролики самоустанавливаются по угловому положению от-
носительно оси устройства в направлении обработки и за счёт
фрикционного взаимодействия с обрабатываемой поверхнос-
тью вынуждают половины 4,5 сепаратора поворачиваться одна
относительно другой в пределах перемещения штифтов в ок-
ружных пазах. В этом случае упоры на цапфах также повора-
чиваются относительно фланцев половин сепаратора на угол а
(на виде С показано одно из крайних положений ролика при
относительном повороте половины до крайнего положения II
штифтов в окружных пазах), обеспечивая полный контакт
опорных торцовых поверхностей и хвостовиков роликов с ра-
бочей торцовой поверхностью и пазами Р упоров.

Вместе с относительным поворотом половины сепаратора
за счёт криволинейности окружных пазов К радиусом R = L
сдвигаются или раздвигаются на величину ЛЬ = 1,(1 - cos a).
В результате обеспечивается постоянство зазоров между опор-
ными торцами роликов и торцами упоров. За счёт сферичес-
кой боковой поверхности упоров диаметром d сохраняется
постоянство зазоров между цилиндрической поверхностью
осевых пазов половин сепаратора и повернутыми на угол а
упорами, что повышает жёсткость соединений ролики-упо-
ры и упоры-половины сепаратора и исключает загрязнение
соединений. В сечении А-А показано положение хвостовика
в радиальном пазу упора и цапф в радиальных отверстиях
половины 5 сепаратора.

Использование роликов с наклонной выпуклостью диа-
метром d„ позволяет при подаче S наносить на обрабатывае-
мую поверхность следы в виде синусоид с длиной волны 7td_p,
наложенных на винтовые линии с углом наклона а.

4.7 Приспособления для комбинированной обработки
с использованием ППД

Комбинированная обработка занимает важное место в
машиностроении. С её помощью успешно решаются задачи
повышения качества и улучшения эксплуатационных свойств
деталей и соединений. При совмещении различных способов
и методов обработки в один процесс за счёт применения ком-
бинированных инструментов и приспособлений на их базе
обеспечивается значительное повышение производительнос-
ти обработки заготовок.

На рисунке 4.20 показана конструкция многоэлементно-
го комбинированного фрезерно-накатного приспособления для
совмещённой обработки плоских поверхностей резанием и
ППД (рис. 4.20). Оно состоит из корпуса 12 фрезы с закреп-
лёнными на нём с помощью клиньев 11 и винтов 10 ножа-
ми 4 и корпуса 7 накатной головки, соединённых по посадке
с натягом по 7-му квалитету точности. Накатывание обрабо-
танной резанием поверхности производится шарами 6, раз-
мещёнными в сепараторе 8, который имеет возможность сво-
бодного вращения на шарикоподшипнике 9 относительно
корпуса накатной головки. Шары базируются на кольце 5
упорного подшипника, установленного в корпусе накатной
головки.

Заточка ножей фрезы может производиться как в сборе с
корпусом 12, так и вне его с последующей установкой в спе-
циальном настроечном приспособлении. Выступание шаров над
иершинами ножей (натяг) регулируется гайкой 3. Сила под-
жима шаров к обрабатываемой поверхности создаётся тарель-
чатыми пружинами 2 посредством гаек 1. Приспособление
устанавливается в шпиндель станка конусом К корпуса 12.

Совмещённая обработка плоскостей фрезерованием на-
катыванием с помощью описанного комбинированного при-
способления осуществляется с натягом 0,05...0,15 мм при
подаче на шар 0,03...0,08 мм/шар и глубине резания 1...3 мм.
11ри этом достигается шероховатость по Ra — 0,32...0,63 мкм.

Рис. 4.20 Комбинированное
фрезерно-накатное приспособление

Рисунок 4.21 иллюстрирует комбинированное приспособ-
ление для обработки резанием и ППД, работающее с самопо-
дачей, которую осуществляют накатные ролики.

В вилке 6, которая установлена посредством подшипни-
ка скольжения 8 и упорного шарикоподшипника 7 в корпу-
се 9, в цилиндрических втулках 5 с прямоугольными пазами
посредством осей 3 смонтированы ролики 4. Перед роликами
в диаметральной плоскости, проходящей через ось враще-
ния, в соответствующих гнёздах закреплены резцы 2. Кор-
пус устанавливается, например, в резцедержателе токарного
станка.

Рис. 4.21 Приспособление для совмещённой
комбинированной обработки сферических поверхностей

Втулки с роликами могут поворачиваться вокруг своей
оси, благодаря чему ролики по шкале, нанесённой на наруж-
ной поверхности вилки, могут устанавливаться на требуе-
мый угол самоподачи и фиксироваться винтами. Заготовка 1
и процессе обработки устанавливается в центрах станка и
вращается с частотой /i₃«В связи с установкой роликов под
углом к плоскости вращения заготовки вилка получает вра-
щательное движение с частотой п_х относительно оси своего
хвостовика, обеспечивая круговую подачу при обработке ре-
занием и ППД сферической поверхности заготовки.

Пример использования приспособления с профильным
роликом для вибронакатывания корпусов по копиру приве-
дён на рисунке 1.9.

4.8 Расчёт оснастки для обработки ППД

Расчёт и конструирование приспособлений для обработки
ППД начинается с расчёта и выбора инструментов. Диаметр
сферического инструмента может определяться по формуле

где S — подача при обработке, мм/об;

Rz, Ra — требуемые высотные параметры шероховатос-
ти обработанной поверхности по ГОСТ 2789-73, мм.

Наибольшие трудности вызывает определение парамет-
ров несферического инструмента и особенно профильных ро-
ликов, для расчёта которых предложена изложенная ниже
методика.

По выбранному значению угла наклона следов обработки у
и принятому размаху инструмента 5 определяется длина вол-
ны Я профильных роликов по формуле

где 8 = 2А = 1...10 мм;

у принимается: для улучшения износостойкости поверх-
ностей — 31...35⁰, для улучшения противозадирности —око-
ло 45 °, для улучшения прочностных характеристик —
60...65 ° и т.д.

Для синусоидальных роликов с переменными параметра-
ми Я и 5 следует задавать коэффициент кратности z_ft. Напри-
мер принято, что оба параметра Я и <5 переменные. Тогда гоф-
ры в виде синусоид с Я и 8 будут попеременно чередоваться с

гофрами в виде синусоид с параметрами Я_х = l/z_k и 8_Х = 8/z_k,
при этом угол у направления следов обработки будет посто-
янным. Возможен и такой вариант: переменным принимает-
ся один из параметров, например Я. Тогда гофры в виде сину-
соид с Я и 8 будут попеременно чередоваться с гофрами с

Х_г = Я/г_А и 8. При этом угол убудет иметь значения у₁ и у₂- В
косинусоидальных роликах длина волны прямых участков
обычно равна длине косинусоид Я. Сказанное подтверждает-
ся развёртками следов обработки, наносимых различными
профильными роликами (рис. 4.22).

Диаметр d_p определяется по формулам:
для синусоидальных роликов с постоянным значением Я:

для синусоидальных роликов с переменным значением Я:

■j'.
для косинусоидальных роликов:

где dp и Я — в мм;

z_k — коэффициент кратности;

т — количество синусоид, косинусоид и прямых участ-
ков, укладывающееся целое число раз на длине nd_p, значе-
ние т принимается конструктивно из соображений обеспе-
чения рационального значения d_p.

Ширина роликов Ь_р в месте контакта с осью выбирается кон-
структивно. Диаметр й_ц отверстия под ось (цапфу) определяется
из условий допускаемых контактных напряжений (смятия):

где Р — сила поджима инструмента к заготовке, Н;

tedd ~ допускаемое напряжение смятия для принятых
металлов пары ролик-ось, МПа.

Радиус г_р скругления рабочего профиля ролика прини-
мается от 1 до 12 мм и зависит от твёрдости материала и
требований к шероховатости обработанной поверхности. Чем
ниже твёрдость и меньше высотные параметры шероховато-
сти поверхности, тем большее значение может иметь г_р.

После расчёта и выбора инструмента определяется требу-
емая сила Р поджима инструмента к заготовке. При накаты-