Системы Управления Станком

Эксплуатационные качества станка, в частности его производительность, удобство и простота обслуживания и надежность работы, в большой степени зависят от того, насколько удачно сконструирована система управления им. В соответствии с характером выполняемого станком процесса и обусловленной этим конструкции станка система управления распадается на ряд цепей. Соответственно выполняемой функции одни из цепей управления должны быть независимы от остальных, другие должны быть взаимно связаны - сблокированы.

Система управления и защиты фрезерного станка в целом представляет нередко сочетание механических, электрических и электронных, гидравлических, пневматических устройств, причем иногда в одном станке используются почти все эти средства.

Степень автоматизации системы управления колеблется в современных станках в пределах между вполне автоматизированным управлением, когда станок после пуска работает без всякого участия рабочего в управлении, и полностью ручным управлением («ручные» станки). Общая тенденция современного станкостроения направлена в сторону автоматизации все большего количества операций управления и максимального упрощения остальных операций, выполняемых вручную.

Решающее значение приобретают в станкостроении системы автоматического управления - централизованная (независимая, или система временного контроля) и система путевого контроля (зависимая). В системах первого типа команда на управление исполнительным органом выполняется независимо от его положения и от того, выполнена ли предыдущая команда. В системах путевого контроля команда исполнительным органом выполняется в зависимости от его положения.

Возрастает также число станков с программным управлением, т. е. с принудительным автоматическим осуществлением цикла по определенному закону посредством сменного элемента или элементов, задающих этот закон. Для этой цели может быть применен, например, барабан, сходный с контроллерным. На поверхности барабана прикреплены медные полоски, каждая из которых при вращении его замыкает соответствующую электрическую цепь, выполняющую определенную функцию управления. Вместо такого барабана можно применить также перфорированную ленту или карту, магнитную ленту, ленту (пленку) с оптической записью и т. д. Все более широкое применение получают системы числового программного управления.

Важное значение приобретает задача автоматизации управления при проектировании новых моделей станков в связи с широким распространением скоростных методов обработки металлов резанием, что требует уменьшения вспомогательного времени на управление станком. Это необходимо учитывать при разработке системы управления для станков новых моделей всех типов.

К системе управления станком предъявляются следующие требования.

Для обеспечения безопасности и охраны здоровья рабочего органы управления должны быть сконцентрированы и расположены в удобных зонах управления, а если нужно, и дублированы, чтобы рабочему не приходилось много ходить вокруг станка.

Необходимо избегать такой конструкции управления, при которой некоторые из органов управления вращаются во время работы станка.

Электрические кнопки и поворотные переключатели должны быть утоплены в крышке или защищены стенкой, кольцами и т. п.; это требование не относится к кнопкам «Стоп».

Для предупреждения аварий, которые могут быть вызваны неудачной конструкцией системы управления или ошибками рабочего, применяют следующие меры:

• фиксируют органы управления в каждом из занимаемых ими положений;
• блокируют механизмы управления, т. е. создают такие связи между отдельными цепями управления, которые делают невозможным одновременное включение двух несовместных движений, включение лишь одной или нескольких определенных цепей (например, включение подачи стола фрезерного станка при неподвижном шпинделе или выключение шпинделя при продолжающейся подаче стола);
• ставят ограничители пути установочных перемещений;
• используют сигнальные устройства.

При обработке радиоактивных и токсических материалов необходимо применять дистанционное управление и специальные меры по технике безопасности.

При компоновке постов управления и размещении маховичков, рычагов, ручек, поворотных рукояток, кнопок и других органов управления необходимо учитывать физиологические факторы человека. Необходимая для управления сила на рукоятках и маховичках механизмов передвижения не должна превышать 80 н, а при возможности производить эти передвижения также механическим путем - 160 н. Если возможно, лучше принимать для предельной силы значение 60-65 н, а если операция управления производится часто, - 40-45 н.

Важными факторами удобства и легкости управления являются размеры, форма и расположение той части органа управления, за которую рабочий берется рукой, и зона, в которой расположены органы управления станком.

Если органы управления, перемещаясь во время работы станка вместе с узлом, на котором они установлены, уходят от рабочего в неудобную Для управления зону, то следует дублировать органы управления для аварийной остановки станка; необходимо также дублировать по крайней мере важнейшие органы управления. Эта задача решается удобнее всего применением подвесных кнопочных станций (постов).

На операцию управления должно затрачиваться тем меньше времени, чем чаще она производится.

Мнемоничность управления достигается прежде всего согласованием направления движения руки с направлением движения управляемой части станка, в соответствии с правилами ГОСТа 9146-59, «Направление движений в станках». В нем регламентированы направления движений органов управления для осуществления ручных или механизированных движений перемещаемых элементов станка, связанных с установкой взаимного расположения обрабатываемой заготовки и инструмента.

Степень мнемоничности управления зависит от числа органов управления, которыми должен манипулировать рабочий при обслуживании станка: запоминание управления тем труднее и затраты времени на переключения тел: больше, чем больше количество органов управления. Понятна поэтому общая тенденция современного станкостроения в сторону уменьшения этого количества. Наилучшей в этом отношении является такая система, при которой для переключений приходится действовать лишь одним органом управления или при кнопочном управлении нажимать одну кнопку.

Другой путь сокращения количества органов управления станком - сосредоточение, например, в одной рукоятке или маховичке нескольких различных, но одноименных или родственных функций. Объединение управления разноименными функциями в одном органе допустимо, если система управления автоматизирована настолько, что ошибки управления практически исключены.

Точность перемещений, производимых различными органами управления, может быть весьма различной. В одних случаях достаточна точность, измеряемая миллиметрами (например, при установке суппорта продольно-строгального станка на поперечине), в других необходимая точность перемещений измеряется микрометрами (например, на координатно-расточных станках).

В каждом конкретном случае необходимую точность работы цепи управления следует определить исходя из ее назначения и выполняемой ею функции.

Система управления станка слагается из цепей независимых или сблокированных. Каждая из этих цепей выполняет в станке определенную функцию и состоит из: а) управляющего органа (элемента), получающего в должный момент цикла команду от датчика; б) элементов и передач, назначением которых является передача команды, полученной управляющим органом, исполнительному органу, производящему необходимое движение управления; эта передача сопровождается обычно преобразованием перемещения управляющего органа по величине и по направлению, а одновременно и силы, приложенной к этому органу; в) исполнительного органа.

Датчиком команды может быть рука или нога рабочего, обслуживающего станок; упор, движущийся вместе со столом, салазками и т. п.; кулачок на распределительном валу автомата; копир в форме модели, эталона или графического шаблона («чертежа») и т. д.

Для передачи команды исполнительному органу цепи управления используются механические элементы и передачи, аппаратура электрическая, электронная, гидравлическая и пневматическая в самых разнообразных сочетаниях.

Исполнительный орган цепи управления, осуществляющий требуемое перемещение соответствующей части станка, имеет в большинстве случаев форму механического элемента (рычага, рейки, вилки), например движения исполнительных органов фрезерного станка. Иногда его функцию выполняет масло под давлением или сжатый воздух, непосредственно воздействуя на перемещаемую часть.

Если проектируемый станок предназначается для крупносерийного или массового производства, то управление им должно быть, как правило, полностью или почти полностью автоматизировано: станок должен быть сконструирован как автомат или полуавтомат.

Применяя различного рода автоматизирующие элементы или устройства, иногда очень несложные, можно сократить число операций управления, выполняемых вручную, до минимума, а иногда и превратить неавтоматический станок в полуавтомат или автомат.

Наивыгоднейшую степень автоматизации управления проектируемого станка можно установить в каждом отдельном случае, сопоставляя обусловленное автоматизацией осложнение конструкции, а отсюда увеличение трудоемкости, себестоимости, иногда и уменьшение эксплуатационной надежности станка, с одной стороны, с достигаемыми этой автоматизацией экономическим эффектом и облегчением обслуживания, с другой.

Автоматические остановы в конце обработки в большинстве случаев целесообразны, а иногда и необходимы (например, в сверлильных станках - при сверлении и нарезании глухих отверстий) и удорожают станок, как правило, незначительно.

Трудности представляет и следующий этап - выбор наиболее рациональной конструкции системы управления, что обусловлено разнообразием возможных комбинаций средств механики, электротехники, электроники, гидравлики и пневматики при решении этой задачи. Можно, например, спроектировать систему вполне автоматического управления, используя только механические элементы и передачи, как это сделано во многих современных токарно-револьверных автоматах.

Гидравлические системы управления заслуживают предпочтения, когда проектируемый станок должен иметь гидравлический привод для подачи или для главного движения: в таких случаях не потребуется ставить насосный агрегат для обслуживания одной лишь системы управления.

Электрические, гидравлические, электрогидравлические и электропневматические системы очень удобны для дистанционного управления станками.

Для многомоторных станков электрическое управление обычно наиболее удобно. Возможности его чрезвычайно широки и непрерывно возрастают. В настоящее время можно, например, синхронизировать управление двумя копировально-фрезерными полуавтоматами так, что по одному и тому же копиру один из них будет изготовлять правый, другой в то же время левый штампы.

Применение пневматики в системах управления ограничено прежде всего необходимостью наличия пневматической сети в цехе, где будет установлен станок

Система управления может быть построена так, что для перехода от одного числа оборотов к какому-либо другому (или от одной подачи к какой-либо другой) необходимо пройти через все промежуточные числа оборотов (или подачи). Недостатки таких систем последовательного переключения скоростей - большая затрата времени на переключения, чем при других типах механизмов управления, большой износ зубьев колес с торцов - в коробках с передвижными блоками и износ кулачков - в коробках с кулачковыми муфтами.

Этих недостатков нет в системах избирательного, или селективного переключения, которые позволяют перейти от одной скорости к произвольной другой, минуя все промежуточные скорости (числа оборотов, подачи).

Еще большее сокращение времени на переключение достигается при применении систем управления с предварительным набором (выбором) скорости, или преселективных систем.

Всем трем названным системам переключения присущ тот недостаток, что если торцы зубьев передвижных блоков колес или кулачков (зубьев) сцепных муфт упрутся в торцы зубьев или кулачков сопряженных деталей при включенных валах коробки, то произвести переключение невозможно. В подобных случаях приходится сообщать валам коробки небольшой поворот - вручную, или от толчковой кнопки, или, наконец, посредством толчковых включений фрикционной муфты, если она имеется; все это связано с лишней затратой времени.

Выбор типа системы управления зависит главным образом от того, как часто приходится производить переключения, следовательно, насколько управление будет утомительно для рабочего и насколько велика Доля вспомогательного времени на переключения чисел оборотов, подач и т. д., в общем штучном времени.

Формы органов ручного управления, применяемых в современных станках, довольно разнообразны; наиболее распространенные маховички со спицами и без спиц, вращающиеся рукоятки, ручки рычагов управления, кнопки поворотные - нормализованы (нормали машиностроения МН 4-58 - 12-58); их следует применять. Во всех случаях, где особые условия не требуют специальных форм этих органов.

Съемные органы управления, вообще говоря, нежелательны - они нередко теряются. Однако иногда их приходится применять, например, с целью взаимной блокировки этим простейшим способом несовместных движений управления.

Как уже упоминалось, крайне нежелательно допускать вращение маховичков и рукояток во время работы станка, особенно при быстрых ходах, когда и эти органы управления вращаются быстро, что представляет опасность для рабочего; маховичок должен автоматически (например, пружиной) отсоединяться от валика, на котором он сидит, на все время автоматического движения управляемой им части станка.

Ножное управление используется в станках значительно реже ручного. Чаще всего педали служат для управления зажимными устройствами, например пневматическими или электрическими патронами, так как при снятии обработанной детали и загрузке новой заготовки нередко бывают заняты обе руки рабочего.

Исходное движение управляющего органа в большинстве случаев вращательное, движение управляемого элемента или части станка - чаще прямолинейное, чем вращательное. Поэтому в цепях управления используются все механические передачи, при помощи которых вращательное или, реже, прямолинейное движение преобразуется в иное прямолинейное или во вращательное.

Из механических передач чаще других применяются рычажные, реечные и винтовые передачи, в системах однорычажного управления кулачковые, кулисные и мальтийские механизмы.

Основное достоинство реечной передачи - возможность произвольного расположения рейки в плоскости реечного колеса или зубчатого сектора, сцепляющегося с рейкой; это позволяет перемещать деталь, связанную с рейкой, в любой плоскости. Одно и то же реечное колесо можно вводить в зацепление с несколькими рейками, как это может понадобиться в избирательных системах управления; при этом становятся ненужными специальные блокирующие элементы. Для примера на рис. 1 показано устройство управления коробкой скоростей, которая имеет пять передвижных деталей на двух параллельных валах - два двойных блока и три зубчатых колеса. Перемещения их производятся тремя рукоятками 6, 7 и 8, которые укреплены на одной общей оси и при помощи зубчатых секторов могут передвигать в осевом направлении пять тяг 1-5 с вилками, по числу передвижных элементов коробки.

Рис. 1. Применение реечных передач в механизме управления коробкой скоростей

Недостаток этого решения - «многорычажность», делающая в данном случае управление недостаточно удобным. Передача винтом с гайкой особенно удобна для точных перемещений. Комбинируя ее с сильно редуцирующей передачей, можно сделать очень малые, измеряемые микрометрами перемещения от руки, требуемые, например, при периодической подаче на глубину резания в шлифовальных станках. Достоинство винтовой передачи заключается в том, что она позволяет создать в конце цепи управления большую силу, необходимую, например, для перемещения тяжелого узла станка без включения в эту цепь промежуточных передач. Иногда имеет значение то обстоятельство, что реечная передача позволяет перемещать соответствующий узел станка быстрее, нежели винтовая. Это различие между обеими передачами исчезает, если применить винт большого шага (рис. 2).

Передачи мальтийские (см. мальтийский механизм), цевочные, кулачками и неполнозубыми колесами удобны для управления посредством одного маховичка или рукоятки несколькими передвижными блоками колес, муфтами и т. д.

Для переключения скоростей шпинделя или подач широко используется простейший рычажный механизм в виде валика с вилкой, на наружном конце которого закреплены рукоятка, маховичок и т. п. Вилка связана с перемещаемой деталью лишь в осевом направлении и не мешает ей вращаться. При повороте рукоятки вилка переводит муфту или блок вдоль валика в должное положение. Если путь перемещения велик, то во избежание перекосов вилки необходимо предусмотреть для нее направляющую, например, в виде планки, круглых стержней, шлицевого (зубчатого) валика.

Рис. 2. Деталь управления передвижным блоком колес коробки подач продольно-строгального станка

Цепи управления деталями одного и того же узла можно сделать независимыми друг от друга. Подобное решение приводит обычно к громоздкой многорычажной (многорукояточной) системе управления, неудобной для обслуживания станка, неэкономичной в отношении затрат времени на управление и утомительной для рабочего.

Значительно лучше их однорычажные (однорукояточные) системы, в которых каждый узел управляется при помощи лишь одного-двух ручных органов. Такие системы представляют одну из характерных тенденций конструирования современных станков, в которых операции ручного управления играют еще существенную роль. Механизмы однорычажного управления получаются нередко довольно сложными и дорогими. Поэтому при проектировании нового станка нужно сопоставить варианты обеих систем управления и оценить, насколько оправдывается осложнение конструкции и удорожание станка эксплуатационными преимуществами и экономическими выгодами, достигаемыми при однорычажной системе управления.

Если машинное время операции исчисляется многими часами, то экономия секунд или немногих минут при выполнении операций ручного управления не играет роли; в подобных случаях однорычажное управление может быть оправдано стремлением предупредить возможность такой ошибки при наладке или обслуживании станка, которая могла бы повлечь за собой брак обработанной детали. Напротив, однорычажная система заслуживает предпочтения перед многорычажной во всех случаях, когда оператору приходится манипулировать органами ручного управления сравнительно часто, как, например, при работе на станках средних и малых размеров. Наиболее распространенные системы однорычажного управления можно разделить на две основные группы:

• Однорычажные системы управления с постоянными связями между органом управления и управляемыми деталями. Все перемещения последних осуществляются за счет выбранной структуры и конструкции цепи управления. В этих цепях широко используются барабанные и плоские кулачки, кулисные передачи, мальтийские механизмы, а также гидравлические, пневматические, электрогидравлические и другие устройства.
• Однорычажные системы управления, в которых один и тот же управляющий орган можно связывать с несколькими различными цепями управления. Управляющий орган принимает в таком случае форму рычага или маховичка, который переставляется вдоль своего валика, форму шаровой рукоятки с неизменным центром вращения и т. п.

Принципы конструирования систем однорычажного управления поясняются приведенными ниже примерами.

В конструкции по рис. 3 рукоятку 3 можно поворачивать как в горизонтальной плоскости вместе с валиком 4, так и в вертикальной, вокруг пальца 1. При повороте ее в горизонтальной плоскости длинное колесо 10, составляющее одно целое с валиком 4, передвигает ползун с рейкой 11 и вилкой, и трехвенцовый блок 12 перемещается вдоль валика 9 вправо или влево. Если поворачивать рукоятку 3 в вертикальной плоскости, валик 4 перемещается вверх или вниз, круглая рейка 8 поворачивает зубчатое колесо 7 с валиком 6, на котором оно закреплено. Вилка 14, заклиненная на валике 6, перемещает при этом вдоль валика 5 двойной блок 13. Шесть вырезов в планке (селекторе) 2 соответствуют шести ступеням скорости, которые дают все возможные комбинации рабочих положений тройного и двойного блоков. Когда рукоятка 3 находится вне этих вырезов, оба блока занимают нейтральные положения.

Рис. 3. Пример системы однорычажного управления станком

На рис. 4 показана схема устройства однорычажной системы управления 16 ступенями скорости шпинделя фрезерного станка. Числа оборотов шпинделя переключаются здесь посредством четырех передвижных двойных блоков колес α, b, c и d. Для построения разверток кривых на барабанах 1 и 3, из которых первый управляет блоками колес с и d, а второй - блоками α и b, достаточно располагать структурным графиком коробки скоростей, который наглядно указывает порядок переключений. Пользуясь таким графиком, легко построить развертки канавок на управляющем барабане, как это сделано для данной коробки на рис. 5.

Рис. 4. Пример системы однорычажного управления с барабанными кулачками и мальтийской передачей

Размеры X, Y, Z и т. д., ширина и форма канавок определяются соответственно величинам путей перемещения блоков, диаметрам роликов, которые входят в канавки, и т. д.

В конструкции по рис. 4 валы обоих барабанов связаны мальтийской передачей 5-4 с четырехпазовым крестом. Таким образом, барабан 1, управляющий блоками c и d, делает полный оборот за каждые четыре оборота барабана 3, который управляет блоками α и b, соответственно структурной формуле коробки: 16=4•2•2. Поэтому на барабане 3 канавка для блоков α и b должна иметь лишь по одному правому и левому рабочему положению (отрезок К разверток на рис. 5), так же как канавка для блока а на барабане 1 (см. рис. 4); канавка на барабане 1 для блока с должна иметь два правых и два левых рабочих положения (рис. 5).

Рабочие положения описанного устройства фиксируются диском 2.

Рис. 5. Построение разверток кривых барабанов 1 и 3 механизма управления по рис. 4

Плоские кулачки с закрытыми кривыми обладают по сравнению с барабанными кулачками преимуществом большей компактности, что обусловлено малой толщиной их и возможностью расположения управляющих кривых на обеих сторонах каждого диска. Пример применения плоских кулачков в системе однорычажного управления скоростями шпинделя фрезерного станка приведен на рис. 6. Как это видно из кинематической схемы коробки, шпиндель имеет здесь 4•2•1•2=16 ступеней скорости. Коробка скоростей сходна по устройству с изображенной на рис. 4, и управление ею отличается лишь тем, что два барабана заменены здесь двумя дисками. Диск 1 управляет двухвенцовыми блоками c и d обеих переборных групп передач и имеет для этого две канавки - по одной с каждой стороны. Диск 2 имеет только одну канавку, для обоих двухвенцовых блоков α и b. Ролики α' и b', отвечающие этим блокам, расположены в этой канавке на расстоянии 180° один от другого.

Рис. 6. Пример системы однорычажного управления с дисковыми (плоскими) кулачками и рычажными передачами

Если бы управление всеми блоками было объединено на одном плоском кулачке, то ролики α' и b' должны были бы быть смещены на (360°/16)2=45°, как это видно из сравнения разверток двух канавок для блоков α и b. Следовательно, при выбранной конструкции механизма управления кулачок 2 должен делать 180°/45°= 4 оборота за один оборот кулачка 1; в этом отношении конструкция механизма не отличается от описанной выше (рис. 4). Это достигается здесь соответствующей передачей между кулачком 2, непосредственно связанным с рукояткой, и кулачком 1. Установленное число оборотов шпинделя указывается на циферблате стрелкой, связанной с кулачками.

При помощи одной рукоятки или одного маховичка можно перемещать большое количество деталей механизмов станка, следовательно, управлять большим числом скоростей главного движения, подач, быстрых (ускоренных) и установочных движений. Используя средства электротехники, гидравлики и пневматики, особенно удобные для дистанционного управления, можно рукоятку или маховичок системы однорычажного управления отделить от самого станка, поместив их на подвесном или переносном пульте.

Выбор комбинации механических и других средств, наиболее целесообразной в эксплуатационном и технологическом отношениях, должен быть сообразован в каждом конкретном случае проектирования с повышением производительности, достигаемым применением однорычажного управления, с одной стороны, и удорожанием станка, обусловленным более сложной системой управления, с другой. При оценке сравниваемых вариантов однорычажного управления не следует упускать из виду существенного недостатка многих из них - необходимости пройти при переключении скорости или подачи через все промежуточные значения их. Это влечет за собой не только непроизводительные потери времени, но и повышенный износ деталей системы управления. Поэтому, если переключения придется производить часто, то варианты с такого рода особенностью нежелательны.

Шаровые рукоятки, которые могут поворачиваться в двух или нескольких плоскостях, обладают тем преимуществом, что их не приходится переводить через все промежуточные положения. Принцип использования шаровой рукоятки поясняет рис. 7. Два передвижных блока колес 7 и 8, сопряженных с четырьмя зубчатыми колесами ведомого вала 12, можно перемещать посредством вилок 6 и 9, укрепленных на тягах 5 и 10. Обе тяги вместе с вилками перемещаются одной рукояткой 1, укрепленной в крышке коробки на шаровом шарнире 2. Рукоятка имеет на конце шарик 3, который можно завести в гнездо колодки 4 или 11; при повороте рукоятки 1 она передвигает эту колодку вместе с ее тягой вдоль оси последней и одновременно соответствующий блок колес.

Когда тяги 5 и 10 находятся в среднем положении (при этом оба блока занимают нейтральное положение), гнезда колодок 4 и 11 расположены одно против другого, и шарик 3 рукоятки можно завести в любое из них. После того как один из блоков займет рабочее положение, ввести шарик 3 в другое гнездо уже невозможно.

Одной и той же шаровой рукояткой, включая ее в различные цепи управления, можно управлять большим количеством скоростей или подач.

Рис. 7. Четырехпозиционная шаровая рукоятка

Затраты времени на переключения могут быть уменьшены, если систему управления сконструировать так, чтобы большая часть манипуляций, необходимых для переключения, производилась в то время, когда станок работает, без изменения установленного для данной операции режима работы. После окончания этой операции скорость переключается очень быстро одним движением рукоятки или нажатием кнопки. Такие системы управления называются системами с предварительным выбором, или, точнее, набором скорости (подачи), или также преселективными системами управления. Эти системы экономически оправдываются в таких станках, характер работы которых требует сравнительно частого изменения скорости главного движения или подачи (например, в револьверных станках). Если машинное время на отдельные операции значительно (например, при обработке крупных деталей на больших станках), то обосновать экономическую целесообразность таких систем управления нельзя. Вопрос о рациональности применения преселективной системы управления должен решаться в каждом отдельном случае на основе технико-экономического расчета.

Число различных систем управления с предварительным набором скорости, получивших применение в современных станках, довольно велико. В конструктивном отношении эти системы могут существенно различаться, но общими для них остаются принцип разрыва цепи управления на время подготовки очередной скорости и применение переключающих фасонных кулачков, аналогичных кулачкам или барабанам систем однорычажного управления.

Понятие об устройстве систем управления с предварительным набором скорости дает рис. 8. Прежде всего поворачивают рукоятку 1; при этом деталь 2 перемещает в противоположные стороны по направляющим штангам 4 и 10 вилки 3 и 11, которые охватывают выточки фасонных кулачков 5 и 12. Затем маховичком поворачивают валик 6, на шлицах которого сидят эти кулачки. Скорость переключается поворотом рукоятки 1 в противоположную сторону. При этом выключается главная фрикционная муфта, валики коробки скоростей притормаживаются, сблизившиеся кулачки 5 и 12, воздействуя выступами на пальцы рычагов 7 и 8, поворачивают их вокруг осей 9, и вилки на концах этих рычагов переводят соответствующие блоки колес в Новые положения.

Рис. 8. Пример системы управления с предварительным набором скоростей

В качестве второго примера на рис. 9 дана схема гидрофицированной системы управления скоростями шпинделя и подачами радиально-сверлильного станка. Система работает следующим образом.

Насос 1 нагнетает масло в аккумулятор 2. После заполнения аккумулятора необходимым объемом масла открывается отверстие, через которое масло под давлением (1,0÷1,2)•10(6) н/м2 (10-12 αm) отводится к местам смазки подшипников и зубчатых колес сверлильной головки.

Подготовка необходимого переключения блоков зубчатых колес в коробке скоростей и коробке подач производится маховичками 6 и 7, которые через конические передачи 8 и 9 поворачивают в должные положения внутренние втулки избирательных цилиндров 5 и 10. При этом полости давления цилиндров окажутся соединенными с верхними и нижними полостями двухпозиционных цилиндров 4 и трехпозиционного 11, поршеньки которых жестко связаны с рычагами вилок, переключающих блоки колес. Пока главный золотник з закрыт и полости избирательных цилиндров не находятся еще под давлением, все блоки остаются в прежних положениях. Перемещения блоков произойдут, как только золотник з будет соединен с гидросистемой управления рукояткой 12, которая включает мнoгoдисковую муфту станка.

Сопоставление существующих конструкций систем управления с предварительным набором скоростей дает основания считать, что дальнейшее развитие их пойдет главным образом в направлении использования в них средств гидравлики, пневматики и электротехники при одновременном упрощении механической части.

Рис. 9. Схема гидрофицированной системы управления с предварительным набором скоростей

Выше упоминалось об эксплуатационных недостатках систем последовательного переключения и о преимуществах избирательного, или селективного способа переключения. Эти преимущества тем значительнее, чем больше число переключений, т. е. число ступеней скорости шпинделя или скоростей подачи. Принцип работы селективных механизмов переключения поясняется на рис. 10-14.

На рис. 10 изображена принципиальная схема однорукояточного селективного механизма переключения скоростей, разработанного Станкозаводом им. Свердлова и примененного в горизонтально-расточных станках этого завода. Для включения одной из четырех возможных скоростей ведомого вала 7 нужно ручкой 1 оттянуть селекторный диск 2 на себя, отодвинув его таким образом от реечных толкателей 3, попарно сцепленных с зубчатыми колесами 11; затем повернуть диск в соответствующее положение, руководствуясь при этом указателем с риской (по шкале), после чего продвинуть диск вперед до отказа. Селекторный диск передвинет вперед соответствующую пару реечных толкателей, и вилки рычагов 5 и 10 переведут в требуемые положения двухвенцовые блоки 6 и 9. Электрический элемент 4 служит здесь для автоматического толчкового включения электродвигателя 8 при контакте сопряженных колес в зоне невключения.

Рис. 10. Принципиальная схема селективного переключения четырех скоростей однорукояточным механизмом горизонтально-расточного станка 262Г Станкозавода им. Свердлова

Селективный механизм переключения скоростей, схема которого представлена на рис. 11, имеет так же, как предыдущий механизм, лишь один селекторный диск и отличается от него только большим количеством реечных толкателей, посредством которых перемещаются двухвенцовые блоки 1-4 для переключения 4•2•2=16 скоростей. Основные геометрические размеры механизмов такой конструкции определяются из очевидных соотношений: при обозначениях, принятых на рис. 11-13.

Рис. 11. Принципиальная схема однодискового механизма селективного переключения 16 скоростей

Расстояние между осями пары реечных толкателей

C=2r+d-2m,

где m - модуль реечных колес z1-z4, (рис. 11).

Диаметр концентричных окружностей, на которых расположены отверстия под цапфы реечных толкателей:

Di=C/sin(β/2)=C/sin(kα/2)

k - целое число, а α=360°/n, где n - число требуемых переключений. Следовательно,

Di=C/sin((k•180°)/n)

Величина перемещения толкателей зависит от ширины b зубчатых венцов передвижных блоков и отношения Ri/r где Ri - радиус рычага передвигающего соответствующий блок. Обычно Ri=(3÷5)r.

Рис. 12. К определению геометрических размеров элементов механизма по схеме рис. 11

Рис. 13. К определению геометрических размеров элементов механизма по схеме рис. 11

Селективный механизм переключения скоростей на рис. 14 отличается от описанных выше тем, что имеет два селекторных диска вместо одного. Остальные отличия этого механизма от изображенного на рис. 11 не требуют пояснений.

Обладая важным эксплуатационным достоинством - возможностью переходить от любой скорости к любой другой, минуя все промежуточные, эти селективные механизмы не лишены и недостатков: конструктивно и технологически они довольно сложны, блоки зубчатых колес, расположенные на одном валу коробки, должны быть обеспечены блокирующим устройством, не допускающим одновременного включения двух блоков, и др. Селективный механизм двухдисковый компактнее однодискового, в остальном они практически равноценны. Подробный анализ их конструкции показывает, что число повторных отключений и включений блокируемых блоков зубчатых колес, зависящее от конструкции селективного механизма и способа блокировки, может быть довольно значительным и вызывать не только излишние потери времени при переключениях скоростей, но и повышенный износ торцов зубьев колес. В этом отношении селективные механизмы с балансирами (применяемые, например, в станке модели 679 для фрезерования канавок спиральных сверл) или с поворотными пальцевыми толкателями (в универсальных фрезерных станках моделей 675 и 676) лучше механизмов с реечными толкателями: они не требуют повторных, кинематически не обоснованных включений.

Рис. 14. Принципиальная схема двухдискового механизма селективного переключения 16 скоростей

Широко применяется в современных станках дистанционное управление, позволяющее оператору производить большую часть необходимых операций управления, оставаясь на более или менее значительном расстоянии от управляемых узлов станка. Такие системы управления во многих случаях удобны, а для крупных и в особенности уникальных станков необходимы. Станки, предназначенные для обработки материалов, обладающих естественной или искусственной (радиоизотопы) радиоактивностью, снабжаются дистанционными системами управления всеми операциями - от закрепления заготовки на станке до съема с него обработанной детали или полуфабриката. Это тем более необходимо, что станки этого назначения бывают установлены в отдельном помещении, изолированном от оператора, или работают погруженными в глубокий колодец, заполненный водой.

Дистанционным управлением оснащаются также станки для обработки заготовок, от бериллия, опасного своей токсичностью.

В крупногабаритных станках система дистанционного управления охватывает большее или меньшее количество операций в зависимости от размеров станка по фронту, по высоте, иногда и ширине, от его конструкции - расположения на нем узлов, размеров и веса обрабатываемых заготовок и частоты выполнения операций управления.

В зависимости от местонахождения поста управления, на котором сосредоточены органы управления станком, а также от других соображений применяют различные системы дистанционного управления - электромеханические, электрогидравлические и др.

Пост централизованного дистанционного управления выполняется часто в виде подвесного пульта (или дублированных пультов при больших габаритах станка), на котором смонтированы электрические кнопки, иногда и некоторые рукоятки управления. Чаще всего на таких пультах располагают кнопки «Пуск» и «Стоп» главного привода станка, такие же пары кнопок для некоторых узлов (например, планшайбы карусельного станка, траверсы, тяжелых салазок, зажимных устройств, коробок передач и пр.).

Компоновки и конструкции систем дистанционного управления отличаются большим разнообразием в отношении выбора средств, элементов систем и комбинирования их. Самый принцип управления на расстоянии предопределяет особенно широкое использование в них средств электротехники и гидравлики, в меньшей степени пневматики. Для переключений зубчатых передач коробок скоростей и подач удобны электромагнитные фрикционные муфты, позволяющие осуществить полное дистанционное управление скоростями главного движения и рабочих подач, быстрыми (ускоренными) перемещениями, реверсированием узлов станка, иногда и предварительным набором очередной скорости. Применение электромагнитных муфт, соленоидов, оснащение отдельных узлов станка индивидуальными электродвигателями и т. п. позволяют свести функции оператора главным образом - к нажатию кнопок и повороту рукояток на посту управления.

В тех случаях, когда пост управления расположен так, что непосредственное визуальное наблюдение за ходом обработки, состоянием инструмента, показаниями контрольно-измерительной аппаратуры и пр. невозможно или затруднено, применяют промышленные телевизионные установки. Такая установка использована, например, на большом токарно-карусельном станке КУ-65 (с диаметром стола 6,5 м). Передающую телекамеру этой установки можно перемещать в вертикальном направлении вверх и вниз и поворачивать в горизонтальной плоскости. Управление телекамерой - дистанционное, с пульта централизованного управления.

Пример механизма дистанционного переключения горизонтальных подач тяжелого поперечно-строгального станка приведен на рис. 15. Электродвигатель этого механизма включается с пульта управления. Через цилиндрическую зубчатую и червячную передачи и мнoгoдисковую фрикционную муфту и гайку сообщается поступательное движение винту, с которым жестко связана вилка блока зубчатых колес. После того как блок занял требуемое положение, вилка автоматически стопорится фиксатором, срабатывает соответствующий конечный выключатель, двигатель останавливается.

Рис. 15. Механизм дистанционного управления горизонтальной подачей тяжелого поперечно-строгального станка 7М386 КЗТС