Мальтийский механизм, состоящий из кривошипа и креста (рис. 1), не позволяет изменять угол поворота, как это делает храповый механизм станка. Поэтому в станках эти механизмы применяют преимущественно в делительных устройствах с постоянным углом периодического поворота - для периодических поворотов (индексирования) шпиндельных блоков токарных автоматов и полуавтоматов, револьверных головок, многопозиционных столов и т. п.
Если в кинематическую цепь между мальтийским крестом и поворачиваемой им частью станка ввести передачу с изменяемым передаточным отношением (например, гитару сменных зубчатых колес), то можно регулировать угол поворота этой части при неизменном угле периодического поворота креста.
В современных станках используются, за редкими исключениями, «правильные» («нормальные», т. е. с одинаковыми углами между смежными пазами креста, как на рис. 1) плоские мальтийские механизмы внешнего зацепления с радиальным направлением пазов.
Рис. 1. Схема плоского мальтийского механизма с внешним зацеплением
Для сокращения потерь производительности, обусловленных периодическими поворотами креста, нужно уменьшить время поворота (деления) мальтийского креста. Так как время простоя, зависит от технологического процесса обработки, то при постоянной угловой скорости это возможно лишь за счет уменьшения числа пазов креста и включения в кинематическую цепь передачи, отвечающей требуемому числу позиций периодически поворачиваемой части. Такое решение не выгодно, а иногда и неприемлемо, так как с уменьшением числа пазов при одинаковых прочих условиях возрастают инерционные моменты на кривошипе и на мальтийском кресте.
Другой способ сокращения времени поворота мальтийского креста - увеличение скорости кривошипного вала в периоды поворота креста; однако возможность этого ограничена увеличением инерционных моментов.
Более выгодные соотношения между временем поворота мальтийского креста и временем простоя можно получить, останавливая кривошип или замедляя его вращение на то время, пока периодически поворачиваемая деталь должна оставаться в покое, и автоматически включая кривошип незадолго до деления; при этом угловая скорость кривошипа может быть выбрана настолько высокой, чтобы время поворота было достаточно малым. Такое решение применяется в станках агрегатной конструкции с приводом поворота многопозиционного стола от отдельного электродвигателя через мальтийский механизм.
Если кинематическая связь между распределительным валом и кривошипом должна сохраняться неразрывной, задача может быть решена включением в цепь между ними передачи, удовлетворяющей двум условиям: а) на каждый полный оборот распределительного вала кривошип также делает один оборот; б) за время поворота распределительного вала на некоторый угол δ, оставляемый на деление, кривошип поворачивается на угол 2β.
Следовательно, для этой цели может быть использована в принципе любая передача со средним передаточным отношением iср=1, ведомый элемент которой вращается с переменной скоростью при постоянной угловой скорости ведущего элемента, например, передача эллиптическими зубчатыми колесами.
Другое решение - сочетание мальтийского механизма со звездчатым, с кулисой и т. д. Однако такие конструкции технологически сложны или ненадежны в эксплуатации, поэтому они нашли применение лишь в единичных моделях станков.
Наибольшее угловое ускорение мальтийского креста быстро растет с уменьшением числа его пазов; например, максимальное ускорение трехпазового креста примерно в 23 раза больше, чем шестипазового при одинаковой угловой скорости кривошипа, т. е. мальтийские механизмы с малым числом пазов у креста невыгодны в динамическом отношении. Поэтому при проектировании мальтийского механизма для периодического деления трех- или четырехпозиционного стола, головки и т. п. нередко будет более целесообразным применить пяти,- шести- или даже восьмипазовый крест и ввести между ним и индексируемой частью станка передачу с соответствующим передаточным отношением.
Конструктивное оформление
Конструкция проектируемого мальтийского механизма зависит от принятой схемы и от допустимого габарита его.
Ведущий элемент может быть сконструирован в виде рычага, цевочного диска, зубчатого или червячного колеса, несущего цевку. Последняя имеет форму ролика (втулки), надетого на палец непосредственно или на иглах; иногда цевкой служит шарикоподшипник - подходящего диаметра, надетый на палец. В мальтийских механизмах станков применяют как одноопорные (консольные), так и двухопорные ролики. Предпочтения заслуживает вторая, более жесткая конструкция.
Ведомый элемент изготовляется как цельная деталь в форме креста или диска, либо собирается из отдельных секторов или планок, прикрепленных к периодически поворачиваемой части станка так, что промежутки между ними образуют пазы креста.
Материалом для изготовления роликов служит сталь типа ШХ15, закаленная до твердости HRC 59-63, или сталь 20Х, цементованная и закаленная до HRC 56-62.
Рабочие детали мальтийского креста изготовляют обычно из стали 40Х, закаленной до HRC 45-50.
Расчет проектируемого мальтийского механизма сводится к определению мощности, необходимой для поворота креста, к проверке деталей механизма на контактные напряжения и кривошипного пальца или оси ролика - на изгиб.
Если мальтийский механизм приводится от отдельного двигателя (например, в станках с многопозиционными столами), то для выбора двигателя необходимо принимать в расчет наряду со средней мощностью также наибольшую мощность во время поворота креста, с одной стороны, и способность двигателя переносить кратковременные перегрузки, с другой. Определение наибольших крутящих моментов на валу креста и на валу кривошипа необходимо также для расчета деталей механизма.
Выбор между мальтийскими механизмами с внешним и с внутренним зацеплением зависит от заданных условий работы соответствующего узла проектируемого станка. При одинаковом числе пазов и одинаковом значении времени поворота креста максимальное угловое ускорение креста для мальтийского механизма с внутренним зацеплением значительно больше, чем для такого же механизма с внешним зацеплением. Это преимущество мальтийских механизмов последнего типа нередко является решающим критерием выбора.
Сферические мальтийские механизмы
Преимуществами сферических (пространственных) мальтийских механизмов по сравнению с плоскими являются прежде всего возможность передачи периодических движений между взаимно перпендикулярными валами без применения промежуточных механизмов - конических зубчатых или червячных передач, а также компактность, меньшие инерционные силы и моменты. Однако они получили в металлорежущих станках, главным образом в агрегатных полуавтоматах и некоторых специальных станках (например, в двухстороннем восьмишпиндельном горизонтально-расточном и резьбонарезном полуавтомате 1С285 для обработки секций отопительных радиаторов), лишь ограниченное применение. Это относится как к отечественным, так и к зарубежным станкам и объясняется тем, что плоские мальтийские механизмы сравнительно давно освоены станкостроительной промышленностью, на ряде заводов нормализованы. Благодаря этому часто бывает выгоднее применить плоский мальтийский механизм в комбинации с другой механической передачей, нежели осваивать производство сферических механизмов.
Структурные свойства мальтийского механизма
По условию безударного входа цевки (ролика) водила в паз креста (рис. 2) и выхода из него центральный угол α поворота водила за рабочий ход деления (поворот креста на угол β между пазами) является дополнительным к углу между пазами креста, т. е.
α + β = 180°
При четырех пазах угол поворота водила α = 90°, при шести α = 120°.
Такие величины центрального угла поворота вынуждают приводить водило мальтийского механизма от быстроходного вспомогательного вала (револьверная головка токарно-револьверного автомата), от используя отдельный электропривод станков с индивидуальным двигателем (поворот стола некоторых вертикальных многошпиндельных полуавтоматов), или, если водило мальтийского механизма смонтировано на распределительном валу, сообщать этому валу быстрый (ускоренный) ход во время поворота креста (поворот шпиндельного блока горизонтальных многошпиндельных автоматов).
Для уменьшения угла поворота водила и при шестишпиндельном блоке предпочитают применять четырехпазовый крест, располагая водило на распределительном валу и вводя зубчатые передачи с передаточным отношением i = ⅔ к шпиндельному блоку и к барабану стойки с направляющими трубами.
Рис. 2. Структурные свойства мальтийского механизма
