Коробка Скоростей Станка

Устройство коробки скоростей неразрывно связано со всей структурой привода шпинделя. Коробка скоростей может быть встроена в корпус шпиндельной бабки; в этом случае коробку скоростей называют шпиндельной бабкой, и наоборот, шпиндельную бабку называют коробкой скоростей. Если коробка скоростей расположена в отдельном корпусе и связана со шпиндельной бабкой какой-либо передачей, то коробку скоростей называют или редуктором, или коробкой скоростей, независимо от того, вынесена ли последняя переборная группа в шпиндельную бабку или нет.

Разработка схемы устройства коробки скоростей производится совместно с построением схемы всего привода шпинделя. При этом общие требования, перечисленные в статье «Выбираем двигатель шпинделя для ЧПУ станка» применительны к кинематической схеме, должны учитываться в меру их относительного значения, которое определяется назначением станка. Например, плавность вращения шпинделя имеет для отделочного станка относительно большее значение, чем для обдирочного.

Коробка скоростей должна давать рассчитанный ряд чисел оборотов шпинделя от n min до n max по нормали Н11-1 с отклонениями не свыше предусмотренных этой нормалью и передавать мощность, обусловленную назначением станка. Плавная и бесшумная работа передач, Точное без вибраций вращение шпинделя необходимы для получения заданной точности и чистоты обработанной поверхности.

Эти свойства шпиндельной бабки обеспечиваются достаточной жесткостью корпуса, валов, шпинделя и их опор, целесообразным расположением электродвигателя, качеством Изготовления элементов привода и его сборки.

Необходимая точность изготовления деталей привода повышается с увеличением максимальных чисел оборотов промежуточных валов и наибольших окружных скоростей зубчатых колес, особенно шпиндельных передач. Степень точности зубчатых колес должна соответствовать их максимальной окружной скорости. Выбор классов точности подшипников качения должен быть обоснован. Так как стоимость этих подшипников сильно растет с повышением класса точности, то во всех случаях следует применять шарико- и роликоподшипники наиболее низкого из возможных классов точности.

Механизмы коробки скоростей должны быть легко доступны для наблюдения за их работой, периодических осмотров в целях предупредительного ремонта, для регулирования подшипников, муфт, тормозов, деталей системы управления.

Корпус коробки скоростей должен быть уплотнен в местах выхода валов и в стыках всех крышек так, чтобы из него не вытекало масло, а внутрь не попадали грязь, абразив и смазочно-охлаждающая жидкость.

Технологические требования к коробкам скоростей подробно рассматриваются в книгах по технологии машиностроения; поэтому здесь кратко указываются лишь важнейшие из этих требований:

• Возможная простота конструкции, которая характеризуется в значительной степени общим количеством валов, зубчатых колес, муфт, подшипников и деталей системы управления.
• Удобная механическая обработка деталей, особенно корпуса коробки, как наиболее трудоемкой детали. Количество отверстий с несовмещенными осями должно быть возможно малым. Диаметры отверстий, расположенных на одной оси, должны уменьшаться в одну сторону, чтобы их можно было обработать, не поворачивая корпус на 180°. Это требование не обязательно при обработке корпуса с двух сторон на агрегатных станках при крупносерийном производстве или на поворотном столе расточного станка при единичном или мелкосерийном производстве. Выступы на наружных поверхностях корпуса желательно располагать в одной плоскости для возможности сквозного фрезерования или строгания одновременно нескольких корпусных деталей. Внутренние подрезки и нарезание резьбы в расточенных отверстиях осложняют обработку, и их рекомендуется избегать.
• Уменьшение количества оригинальных деталей за счет относительного увеличения нормальных деталей; ограничение числа посадок, модулей зубчатых колес, технологичная конфигурация больших зубчатых колес значительно уменьшают трудоемкость изготовления коробки скоростей.
• По тем же соображениям желательны унификация конструкции и внедрение ранее освоенных заводом подузлов.
• Простота сборки при минимальном объеме пригоночной работы. Желательна независимая сборка отдельных подузлов и всей коробки с последующим монтажом ее на станке.
• Конструкция стыка корпуса со станиной должна обеспечивать удобную выверку коробки скоростей или шпиндельной бабки. Не должно быть зазоров в стыках в местах расположения крепежных винтов.

Корпус коробки скоростей обычно отливают из чугуна марки СЧ 15-32 по ГОСТу 1412-54, а в некоторых случаях из чугуна более высокого качества, например СЧ 28-48. При сложной и ажурной конфигурации корпуса следует подвергать отливку старению для снятия внутренних напряжений.

В некоторых моделях прецизионных станков корпус шпиндельной бабки и коробку скоростей отличают из сплава инвар (36% Ni, остальное - Fe), у которого коэффициент теплового расширения равен (1÷2) х 10(-6), т. е. в 5-10 раз меньше, чем у обычных чугунов, с целью устранить влияние температурных деформаций бабки на точность работы станка.

Для зубчатых передач вводятся допуски на предельные отклонения расстояний между осями валов. Отверстия под подшипники валов обычно выполняются по 2-му классу точности. Отклонения формы отверстия не должны превышать 1/3÷1/2 поля допуска не неточность диаметра.

Допуски на неточность отверстий под подшипники шпинделя устанавливают в зависимости от требований, предъявляемых к точности и шероховатости поверхностей деталей, обработанных на станке, большей частью - по 1-му классу точности.

Для обработанных поверхностей корпуса, перпендикулярных к осям отверстий, допускаемые отклонения ограничиваются обычно 0,01-0,03 мм на 100 мм радиуса. Предельные отклонения на расстояния между этими поверхностями составляют 0,2-0,5 мм, так как точное осевое положение валов не имеет значения для работы коробки, тогда как перекос крышек, базирующихся на торцовые поверхности корпуса, может вызвать одностороннее прилегание торцов крышек к наружным кольцам подшипников качения и перекос.

Ось шпинделя должна быть параллельна основанию корпуса шпиндельной бабки. Оси валов должны быть взаимно параллельны. Отверстия под подшипники шпинделя должны быть соосны.

В современных моделях станков все зубчатые колеса коробки скоростей подвергают закалке и шлифуют.

Коробка скоростей, как и весь привод шпинделя, имеет две расчетные цепи передач, соответствующие наименьшему числу оборотов шпинделя n min при обработке инструментами с пластинкой из твердого сплава и инструментами из быстрорежущей стали. Вторая цепь должна быть рассчитана на мощность в 2-3 раза меньшую, чем первая цепь.

В станках общего назначения наименьшее число оборотов шпинделя используется на операциях, не требующих полной установленной мощности электродвигателя, - таких, как нарезание резьбы, развертывание и т. п. В станках этого рода на установленную мощность электродвигателя не рассчитываются цепи передач для получения всей первой четверти ряда скоростей вращения шпинделя, если станок предназначается для обработки инструментами из быстрорежущей стали. Для станков, предназначенных для обработки инструментами, оснащенными пластинками твердого сплава, подобные нормативы пока окончательно не установлены.

Для шестеренной коробки скоростей мощность, подсчитанная по слабому звену, увеличивается с числом оборотов шпинделя.

Недогрузка привода, по сравнению с допустимой расчетной мощностью, на высоких ступенях скорости вращения шпинделя является одной из основных причин низкого к. п. д. привода на этих скоростях. Поэтому сокращение цепи передач на высоких числах оборотов с целью увеличения КПД привода желательно производить так, чтобы оставалось возможно меньше передач, недогруженных по сравнению с допустимой расчетной мощностью, т. е. цепь нужно укорачивать за счет последних ее звеньев, имеющих большие размеры.

Коробки скоростей различают по компоновке и способу переключения скоростей.

На компоновке коробки скоростей проектируемого станка отражаются как общие условия компоновки всего станка, т. е. пространственные и габаритные связи между отдельными узлами, так и пространственные связи между собственно коробкой скоростей и шпиндельной бабкой, включающей в себя шпиндель с его опорами и передачами.

Компоновка коробки скоростей, как и всего станка, в значительной степени определяется назначением станка и его типоразмером. Этим объясняется разнообразие конструктивных компоновок коробок скоростей, несмотря на ограниченность конструктивных элементов, из которых они состоят.

Принятая при проектировании станка компоновка коробки скоростей должна быть обстоятельно обоснована.

Такие коробки скоростей применяются в большинстве станков средних и крупных размеров. Преимуществами такой компоновки являются: компактность привода шпинделя; концентрация управления; меньшее количество корпусных деталей; меньший объем работ по пригонке стыковых поверхностей на сборке.

Недостатки компоновки: возможность распространения вибраций коробки скоростей на шпиндель; нагревание шпиндельной бабки теплом, выделяющимся в коробке скоростей; конструктивные трудности применения, наряду с зубчатой передачей на шпиндель, также передачи гибкой связью.

В современном станкостроении находят применение следующие виды габаритных компоновок шпиндельных бабок со встроенными коробками скоростей:

• Шпиндельные бабки с уменьшением осевых габаритных размеров иногда за счет развития радиальных габаритных размеров (рис. 1). Компоновка этого рода применяется при перемещении шпиндельной бабки по направляющим, перпендикулярным к оси шпинделя, с целью уменьшить возможность вибраций, вызванных консольным расположением двигателя и других вращающихся масс привода (радиально-сверлильные, продольно-фрезерные станки). Применяются подобные шпиндельные бабки также в вертикальных конструкциях станков с верхним приводом шпинделя для уменьшения общей высоты станка и увеличения виброустойчивости (особенности структуры таких приводов см. в статье Выбираем двигатель шпинделя для ЧПУ станка).
• Шпиндельные бабки с уменьшением радиальных габаритных размеров за счет развития осевых габаритных размеров применяются в тяжелых горизонтальных станках токарной группы и в других для уменьшения поперечных размеров станка (и вызванного этим увеличения ширины пролета цеха).
• Шпиндельные бабки с нормальным соотношением между осевыми и радиальными габаритными размерами применяются в большинстве горизонтальных станков малых и средних размеров. Для структуры их привода характерно совместное и умеренное применение средств для сокращения осевых и радиальных габаритных размеров. Так, для уменьшения осевых габаритных размеров применяют обычно одно, а не два связанных колеса, для сокращения радиальных габаритов совмещают оси валов не всех смежных групповых передач.

Рис. 1. Фрезерная головка со встроенным двухскоростным электродвигателем типа МА 203КН1/4ВД

Шпиндельная бабка и коробка скоростей выполняются в виде отдельных узлов, соединенных ременной передачей. Преимущества разделенного привода в этом случае следующие: шпиндельная бабка не нагревается теплом, образующимся от потерь на трение в коробке скоростей; вибрации, возникающие в коробке скоростей, не передаются шпиндельной бабке.

При соединении коробки скоростей и шпиндельной бабки ременной передачей с устройством для разгрузки шпинделя от силы натяжения ремня к указанным преимуществам нужно добавить следующие: а) плавность хода шпинделя при высоких скоростях вращения, что имеет большое значение для чистоты обрабатываемой поверхности и стойкости инструментов при чистовой обработке; б) при переборном устройстве в шпиндельной бабке получаются две передачи различного типа на шпиндель: ременная с разгрузкой шпинделя от натяжения ремней - для чистовой обработки (большие n шпинделя) и зубчатая - для черновой обработки; расширяется диапазон режимов обработки, что важно для скоростного резания; в) в последнем случае при выключении перебора сокращается цепь передач для высоких ступеней скорости вращения шпинделя, что увеличивает к. п. д. привода и облегчает условия пуска и торможения.

Для удобства надевания ремня (ремней) применяется консольное расположение шкива у конца шпинделя.

Способ переключения передач коробки скоростей в основном определяется назначением станка и зависит прежде всего от частоты переключений и длительности рабочих ходов.

Если какое-либо из переключений скоростей коробки требуется часто, его желательно производить быстро и на ходу. Так, в токарно-револьверных станках малых и средних размеров вторая переборная группа переключается чаще других соответственно чередованию сверления и развертывания, сверления или обтачивания и нарезания резьбы; поэтому переключения передач этой группы предпочтительно производить фрикционными муфтами.

При малой величине основного времени рабочего перехода скорости желательно переключать быстро на ходу, чтобы относительная доля вспомогательного времени не была большой.

Числа оборотов настраивают путем смены колес групповой передачи между смежными валами при неизменном расстоянии между их осями.

Преимущества настройки сменными колесами:

• Малые осевые габариты. Количество передач в группе конструктивно не ограничено - оно лимитируется лишь предельными передаточными отношениями при максимальном диапазоне регулирования группы.
• Если необходимый диапазон регулирования привода не превосходит указанных величин, то настройка чисел оборотов производится только одной группой передач.
  Таким образом, структура и конструкция привода при применении в нем сменных колес упрощаются (см. например, привод шпинделя многорезцовых станков).
• При сменных колесах возможность аварийных включений передач исключается без применения каких-либо блокирующих устройств.

Для передач с обратными значениями передаточных отношений возможно обратное включение одной и той же пары колес. Благодаря этому уменьшается общее количество зубчатых колес групповой передачи. Все же при малых значениях знаменателя ряда и большом числе ступеней скорости иногда бывает целесообразно для уменьшения числа сменных колес вместо одной группы ввести две последовательные группы со сменными колесами.

Недостаток сменных колес - сравнительно большая затрата времени на смену их. Для ускорения этой операции применяют посадку сменных колес на шлицевых валиках, реже - на конических шейках валов с врезными шпонками (рис. 1).

В осевом направлении сменные колеса фиксируются на валу быстросъемными поворотными шлицевыми кольцами с фиксаторами или быстросъемными шайбами с прорезью, благодаря которой шайба легко снимается (в сторону) без полного свинчивания крепежной гайки или винта. Размер гайки или головки болта берется таким, чтобы они свободно проходили через отверстие (расточку) сменного колеса.

Нередко сменные колеса удерживаются на месте выступами крышки, смонтированной с малым осевым зазором. Недостатком сменных колес является трудность уплотнения без прокладок закрывающей их крышки при горизонтальном расположении валов.

Для устранения утечки масла применяют конструкции с отбортовками стенок и отражателями.

Сменные колеса используют при относительно редкой настройке привода шпинделя на операцию (а не на переходы операции) при массовом и серийном производстве, в автоматах, полуавтоматах, специальных и операционных станках, а также для поднастройки универсальных станков на партию деталей.

Групповые передачи с передвижными блоками колес могут передавать большие крутящие моменты и мощности при относительно малых радиальных габаритах. Как и у всякой группы передач с зубчатыми колесами, радиальные габаритные размеры могут получиться при данном модуле наименьшими при условии

ip max ip min = 1,

где ip max и ip min - наибольшее и наименьшее передаточные отношения передач группы.

В коробках этого типа колеса, не участвующие в передаче мощности шпинделю, не находятся в зацеплении, поэтому они не изнашиваются в это время.

Вследствие указанных преимуществ переключение скоростей передвижными блоками колес получило широкое применение в коробках скоростей станков, преимущественно - универсальных, несмотря на свойственные таким колесам нижеперечисленные недостатки.

• Сложность переключения передач - для этого необходимо выключить привод коробки скоростей, притормозить валы коробки до медленного вращения, переключить скользящие блоки колес, растормозить привод и включить привод коробки.
• Возможность аварий при переключении передвижных колес на быстром ходу или при одновременном включении между смежными валами двух передач одной группы. Поэтому необходима блокировка, не допускающая аварийных включений.
• Относительно большие осевые габариты групповой передачи.
• Относительно большие осевые габариты не позволяют применять больше 4 передач в группе со скользящими блоками колес. В отдельных редких случаях при вынесении деталей передач, смежных с группой таких колес, за пределы корпуса коробки скоростей возможна группа 6 передачам.

Такое ограничение числа передач в группе и увеличение числа групп передач не осложняет структуру привода шпинделя только в тех случаях, когда для редукции чисел оборотов электродвигателя до наименьшего числа оборотов шпинделя требуется цепь передач с числом звеньев, достаточным для размещения потребного числа групп передач с передвижными колесами.

Длинная цепь редукции обычно бывает в приводах шпинделей универсальных станков, имеющих широкий диапазон регулирования. В приводах этих станков передвижные колеса являются основным типом групповых передач.

Большие силы для переключения крупных передвижных блоков колес ограничивают их применение в тяжелых станках с ручным управлением коробкой скоростей.

Передвижные блоки колес монтируют на зубчатых (шлицевых) валах; как правило, в них применяют прямозубые колеса.

В коробках скоростей современных станков кулачковые муфты часто выполняют в виде зубчатых муфт, не требующих ручной пригонки при изготовлении и дающих более равномерное распределение: сил сцепления на больших рабочих поверхностях, чем у кулачковых муфт других типов.

Преимуществами переключения передач кулачковыми муфтами являются малые осевые перемещения таких муфт при переключениях, возможность передачи косозубыми и шевронными колесами, а также меньшие усилия для переключения, чем у передвижных блоков колес, что имеет значение для коробок скоростей тяжелых станков.

Недостатки переключения передач кулачковыми муфтами: а) возможность поломки кулачков или зубьев муфты при включении передач на ходу при большой разности скоростей вращения; это вызывает необходимость выключать и притормаживать привод при переключении скоростей или вводить синхронизаторы для предварительного уменьшения разности скоростей вращения сцепляемых половинок муфты; б) холостое вращение колес включенных зубчатых передач вызывает потери от трения в зацеплениях и в опорах колес на валах.

При опорах скольжения в некоторых коробках (со ступенями возврата) эти потери сильно снижают КПД и вызывают самоторможение зубчатых передач. Но даже и при опорах качения холостое вращение зубчатых колес вызывает потери, особенно заметные на высоких ступенях скорости шпинделя.

Рис. 2. Схема переключения шпиндельных передач станка

Эти недостатки ограничивают применение переключений кулачковыми муфтами в коробках скоростей современных станков. Наиболее удачными являются комбинации зубчатых муфт с передвижными колесами, исключающие или ограничивающие холостое вращение зубчатых колес. Сюда относятся переборные устройства шпиндельных бабок токарных станков со шпинделем, разгруженным от натяжения ремня, и шпиндельные передачи, выполненные по схеме рис. 2, исключающей холостое вращение колес при высоких скоростях вращения шпинделя (рис. 3).

Переключение передач зубчатыми муфтами иногда применяют в коробках скоростей тяжелых станков, чтобы избежать больших усилий, нужных для переключения тяжелых блоков передвижных колес.

Рис. 3. Развертка коробки скоростей токарного станка 1А62

Возможность быстрого и плавного переключения передач на ходу делает фрикционные муфты эффективным средством для сокращения времени, затрачиваемого на управление станком. Кроме того, такой способ переключения позволяет применять в коробке косозубые и шевронные передачи.

Ограниченная величина крутящего момента, большие радиальные и осевые габариты, затрудняющие применение больше двух передач в группе и больше трех групп в коробке скоростей, потери и износ при холостом вращении постоянно сцепленных передач, а также снижение к. п. д. вследствие трения в выключенных муфтах являются основными недостатками коробок скоростей с переключением фрикционными муфтами.

Иногда к этим недостаткам прибавляются эксплуатационные неполадки буксование и нагревание муфт, необходимость их частой регулировки, передача тепла от муфт шпиндельному узлу, что неблагоприятно отражается на точности работы станка.

Переключение групповых передач фрикционными муфтами применяется преимущественно в небольших и средних токарно-револьверных станках, иногда в сочетании с многоскоростным электродвигателем. В крупных токарно-револьверных станках применяется переключение фрикционными муфтами передач второй переборной группы.

Благоприятные перспективы имеют коробки скоростей с электромагнитными дисковыми и с порошковыми эмульсионными муфтами, позволяющими применять дистанционное и автоматическое управление коробками скоростей.

На рис. 4 приведена развертка коробки скоростей токарно-револьверного автомата 1Б136 с шестью электромагнитными муфтами (постоянного тока, 24 в). Как видно из чертежа, при каждой установленной паре сменных зубчатых колес A/B можно иметь, переключая соответствующие муфты, три правые и три левые скорости вращения шпинделя.

Рис. 4. Коробка скоростей токарно-револьверного автомата 1Б136

Требования, предъявляемые к конструкциям коробок скоростей металлорежущих станков: плавность хода, точность, вращение без вибраций, бесшумность работы передач, достаточная жесткость корпусов, валов, шпинделей и опор. Не менее важными являются качество изготовления деталей, сборка и технологичность конструкций.

Корпус коробки скоростей отливают из серого чугуна марок СЧ 15-32 и СЧ 28-48. Отливки подвергают старению.

Допуски на неточность отверстий под подшипники шпинделя устанавливают чаще всего по 1-му классу точности в системе отверстия, а промежуточных валов - по 2-му классу. Отклонения формы отверстий не должны превышать 1/3-1/2 поля допуска.

Зубчатые колеса, работающие со скоростями, не превышающими 1-2 м/с, изготовляют из стали 40ХФА. Сталь 40Х находит применение при окружных скоростях до 12 м/с. При наличии же ударных нагрузок используют цементуемую сталь 20Х. Для ответственных зубчатых колес, работающих со скоростями более 12 м/с, применяют сталь 12ХН3А и 18ХГТ.

В коробках скоростей наряду с одиночными зубчатыми колесами применяют блоки двух, трех, реже - четырех колес. Цельный блок (рис. 5, а) Выгоден по себестоимости, однако имеет такие недостатки, как невозможность шлифовки зубьев у всех колес, неодинаковая их долговечность, выводящая из строя весь блок при износе одного колеса. Это привело к составным блокам, которые показаны на рис. 5, б, в, г. Они позволяют производить шлифовку всех зубьев, упрощают заготовки. За счет самоустановки колес происходит более равномерное распределение нагрузки. Конструкция блока значительно упрощается при склеивании затвердевающей клеевой композицией. Большое значение имеет форма закругления зуба. Применение бочкообразной формы (рис. 5, д) приводит к выравниванию эпюр удельных нагрузок, повышает долговечность передачи.

Рис. 5. Конструкция блоков зубчатых

Ведущие колеса на валу электродвигателей с целью уменьшения шума, где это позволяют условия, изготовляют из текстолита. Окружную скорость в этом случае можно принимать до 40-50 м/с. Материал сопряженного колеса должен иметь твердость не ниже НВ 200-220.

Степень точности зубчатых передач регламентируется ГОСТ 1643-72, а шероховатость рабочей поверхности - ГОСТ 2789-73 (рис. 6).

Рис. 6. Характеристика зубчатых колес

Конструкции коробок скоростей весьма разнообразны и зависят прежде всего от общей компоновки станков и способов переключения передач. По компоновке все коробки делят на две группы: встроенные в корпус и с раздельным приводом; по способам переключения - на четыре группы: со сменными колесами, с передвижными колесами, с муфтами, с бесступенчатыми передачами.

Коробки, встроенные в корпус, применяют в станках общего назначения. Они компактны, имеют меньшее количество корпусных деталей и соответствующих пригонок. Вместе с тем встроенные коробки служат источником вредных вибраций и нагрева шпиндельных узлов, имеют технологические трудности.

В станкостроении применяют следующие размерные компоновки.

• Шпиндельные бабки с нормальным соотношением радиальных и осевых размеров (станки малых и средних размеров).
• Шпиндельные бабки с уменьшенными осевыми размерами в результате увеличения радиальных размеров. Данные компоновки применяют в целях уменьшения возможных вибраций, вызванных консольным расположением, электродвигателя и других вращающихся деталей. Их применяют также в вертикальных конструкциях с верхним приводом шпинделя чтобы уменьшить высоту и повысить виброустойчивость станков (радиально-сверлильные и продольно-фрезерные станки).
• Шпиндельные бабки с уменьшенными радиальными размерами в результате увеличения осевых размеров (тяжелые токарные и некоторые другие станки).

Коробки скоростей с раздельным приводом (с редуктором) обеспечивают более плавное вращение шпинделя. Последний не нагревается; вибрации, возникающие в приводе, не передаются шпиндельной бабке.

Коробки со сменными колесами применяют для упрощения конструкции станка в тех случаях, когда время на перенастройку мало по сравнению с общим временем. Кроме того, сменные колеса значительно упрощают конструкцию станка. Достоинства этой передачи в ее малых осевых размерах; конструкция допускает большое количество передач (i_max : i_min = 8 ÷ 10); исключена аварийность. Сменные колеса широко используют при массовом и серийном производстве в автоматах, зубо- и резьбонарезных станках, в специальном и операционном оборудовании, а также в некоторых универсальных станках. В качестве примера можно привести сменные колеса α-b, установленные в коробке скоростей револьверного станка 1Н318 (рис. 7). Валы для удобства имеют консольную часть. Колеса закрепляют с помощью шпоночных соединений и быстросъемных шайб, либо сажают на шлицах.

Рис. 7. Коробка скоростей револьверного станка 1Н318

Коробки скоростей с муфтами применяют очень часто. В таких передачах используют кулачковые, зубчатые, фрикционные, электромагнитные и порошковые эмульсионные муфты. Преимуществами переключения кулачковыми муфтами являются малые осевые перемещения, незначительные усилия при переключении, возможность передачи вращения косозубыми и шевронными колесами. Недостатками их являются возможность поломки кулачков при включении и холостое вращение передач, не участвующих в движении. Эти недостатки ограничивают применение данных муфт.

Фрикционные муфты, благодаря быстроте и плавности передач на ходу, сокращают время управления станком. Они позволяют применять в коробке косозубые и шевронные передачи. Недостатки этих муфт заключаются в ограничении величины крутящего момента, в больших размерах, затрудняющих применение более двух передач в группе и более трех групп в коробке. Потери мощности и изнашивание при холостом вращении постоянно сцепленных передач, трение в выключенных муфтах не способствует повышению КПД станка. Фрикционные муфты применяют преимущественно в малых и средних токарно-револьверных станках, иногда в сочетании с многоскоростным электродвигателем.

На рис. 7 показана коробка скоростей станка 1Н318. Привод осуществляется от двухскоростного электродвигателя c n = 1420/2800 об/мин и N = 2,6/3 кВт. Вращение от него передается на шкив клиноременной передачи 1. Через двухступенчатую коробку скоростей, регулируемую двумя электромагнитными муфтами 3 и 4, движение передается на шпиндель через шкив 2. Наличие сменных колес (четыре пары) позволяет получить 16 значений частот вращения с пределом регулирования 100-4000 об/мин. При выключенных муфтах редуктор не работает.

Существенным при проектировании коробок скоростей и подач является выбор средств переключения. В современном станкостроении применяют механические, электрические и гидравлические устройства. Выбор системы управления зависит главным образом от необходимой частоты переключений и потребного для этого времени сравнительно со штучным временем. Если станок предназначается для крупносерийного или массового производства, то системы управления станком должны быть полностью или частично автоматизированы. Органы ручного управления предусматривают рычажные, реечные и винтовые механизмы. Используются они в тех случаях, когда время переключения мало по сравнению с общим временем обработки.

Принцип управления с предварительным набором скоростей (преселективная система) показан на рис. 8, а. Набор скорости, включаемой после той, на которой работает станок, производят предварительно, во время работы. Для этого рукоятку 7 поворачивают на себя. В результате этого деталь б разводит в разные стороны вилки 5 и 8, которые перемещаются по штангам 4 и 9 (рис. 8, б). Вилки охватывают выточки фасонных кулачков 3 и 13, сидящих на шлицах вала 2. Кулачок 13 устанавливают маховиком 14 в положение, соответствующее заданной скорости. В момент переключения поворачивают рукоятку 7 от себя, в результате чего кулачки 3 и 13 сближаются и своими профилированными выступами воздействуют на пальцы рычагов 1 и 10, которые устанавливают переключаемые колеса 11 и 12 в соответствующее положение. Одновременно с этим движением отключается главная муфта.

Рис. 8. Механизм переключения коробки скоростей

Принципиальная схема избирательного переключения (селективное управление) изображена на рис. 9. Рычаги 3 и 7 нижними концами жестко связаны с колесами 4 и 8, находящимися в зацеплении с зубчатыми рейками 2, 5 и 6, 9. Последние могут по высоте занимать три положения, в зависимости от наличия под хвостовиками торцовой плоскости, отверстия или потайных площадок диска 1. Для установки конкретной скорости диск при помощи зубчатого сектора 10 и круглой рейки отводят вниз, поворачивают в соответствующее положение и вновь возвращают к рейкам 2, 5, 6 и 9, устанавливая их в соответствующее положение.

Широкое применение нашли системы дистанционного управления. Одним из наиболее простых и надежных устройств является переключение коробок скоростей электромагнитными муфтами.

В развитии привода главного движения можно отметить следующие основные тенденции. Прежде всего - агрегатирование привода, создание унифицированных коробок скоростей. Важным является сокращение количества органов ручного управления и разработка механизмов однорукояточного управления, в том числе дистанционного. Расширяется применение электромагнитных муфт для переключения коробок, использование механизированных и автоматизированных процессов управления.

Рис. 9. Селективный метод переключения передач