Делительная головка

Делительная головка — это металлорежущее приспособление, устанавливаемое на фрезерных, координатно-расточных, шлифовальных и других станках, предназначенное для периодического или непрерывного поворота заготовки вокруг её оси на заданный угол, а также для точного деления окружности на равные или неравные части. Делительные головки широко применяются в машиностроении и приборостроении для обработки зубчатых колёс, шлицевых валов, многогранных деталей, кулачков, свёрл, метчиков и других изделий, требующих точного позиционирования.

История

Первые прототипы делительных устройств появились в конце XVIII — начале XIX века в связи с развитием точного машиностроения и необходимостью изготовления зубчатых колёс. Одним из ключевых этапов стало изобретение делительной машины, позволявшей нарезать зубья с высокой точностью. В 1830-х годах американский изобретатель Эли Уитни усовершенствовал фрезерный станок, добавив к нему механизм деления. В России активное внедрение делительных головок началось в конце XIX — начале XX века на оружейных и патронных заводах, где требовалась массовая обработка деталей с точным угловым позиционированием.

В XX веке, с развитием станкостроения, делительные головки стали универсальными, оснащались сменными делительными дисками и лимбами. В 1950–1960-х годах в СССР были разработаны типовые конструкции (например, головки УДГ-160, УДГ-250), которые до сих пор используются на многих предприятиях. С появлением числового программного управления (ЧПУ) в 1970–1980-х годах появились электронные делительные головки, управляемые от системы ЧПУ станка.

Классификация

Делительные головки классифицируются по нескольким признакам.

По способу деления

• Непосредственное (простое) деление. Поворот заготовки осуществляется вручную по лимбу или делительному диску с фиксацией в заданном положении. Используется для обработки небольшого количества деталей или при грубом делении.
• Простое деление с помощью делительного диска. Головка оснащена сменным делительным диском с отверстиями, расположенными по концентрическим окружностям. Поворот осуществляется на определённое число отверстий.
• Дифференциальное деление. Применяется для деления окружности на число частей, которое невозможно получить простым делением. Вращение шпинделя и делительного диска согласуется через сменные зубчатые колёса (гитару).
• Непрерывное деление. Используется для фрезерования винтовых канавок, спиралей, червяков. Шпиндель головки вращается непрерывно, синхронизированно с продольной подачей стола станка.

По конструкции

• Универсальные делительные головки (УДГ). Наиболее распространённый тип. Позволяют выполнять все виды деления (простое, дифференциальное, непрерывное). Обычно имеют шпиндель, установленный в корпусе, делительный диск, лимб и механизм фиксации.
• Оптические делительные головки. Оснащены оптическим устройством (микроскопом) для точного отсчёта угла поворота. Применяются в инструментальном производстве и при изготовлении прецизионных деталей.
• Электронные (цифровые) делительные головки. Управляются от системы ЧПУ или автономного контроллера. Позволяют программировать углы поворота, автоматизировать процесс и повысить точность.
• Полууниверсальные делительные головки. Выполняют только простое деление (без дифференциального). Часто используются в мелкосерийном и ремонтном производстве.

По типу привода

• Ручные. Поворот осуществляется вручную через рукоятку или маховик.
• Механические. Вращение передаётся от привода станка (например, от ходового винта) через зубчатую передачу.
• Электрические. Оснащены электродвигателем, управляемым от контроллера или ЧПУ.

Устройство и принцип работы

Основные элементы универсальной делительной головки:

• Корпус — чугунная или стальная конструкция, на которой крепятся все узлы. Устанавливается на стол станка с помощью Т-образных пазов.
• Шпиндель — вращающийся вал, на котором закрепляется заготовка (через патрон, планшайбу, центры или оправку). Шпиндель имеет коническое отверстие для установки центра.
• Делительный диск (лимб) — сменный диск с отверстиями, расположенными по концентрическим окружностям. Количество отверстий на каждой окружности различно (например, 24, 30, 36, 40, 48, 60, 72, 84, 96, 120). Диск может быть неподвижным или вращающимся.
• Механизм фиксации — фиксатор (штифт), входящий в отверстие делительного диска для фиксации шпинделя в заданном положении.
• Рукоятка — рычаг для поворота шпинделя. Один оборот рукоятки соответствует повороту шпинделя на определённый угол (обычно 1/40 или 1/60 оборота).
• Гитара сменных зубчатых колёс — набор шестерён, используемый для дифференциального деления и непрерывного вращения.
• Лимб (шкала) — градусная шкала на корпусе или шпинделе для грубого отсчёта угла.

Принцип работы: оператор поворачивает рукоятку на определённое число оборотов и долей оборота (по делительному диску). Шпиндель через червячную передачу (обычно с передаточным отношением 1:40 или 1:60) поворачивается на заданный угол. Например, при передаточном отношении 1:40 один полный оборот рукоятки соответствует повороту шпинделя на 9° (360° / 40). Для деления окружности на 10 частей необходимо повернуть рукоятку на 4 оборота (40 / 10).

Применение

Делительные головки используются в следующих операциях:

• Фрезерование зубчатых колёс — нарезание зубьев цилиндрических, конических и червячных колёс.
• Фрезерование шлицевых валов — обработка прямых и винтовых шлицев.
• Фрезерование многогранников — изготовление квадратных, шестигранных, восьмигранных деталей (например, головок болтов, гаек).
• Фрезерование винтовых канавок — обработка спиральных канавок на свёрлах, метчиках, фрезах, червяках.
• Сверление и зенкерование отверстий — равномерное расположение отверстий по окружности (например, во фланцах, дисках, маховиках).
• Шлифование — точное позиционирование заготовки для шлифования граней, пазов, профилей.
• Координатная обработка — установка заготовки под заданным углом для обработки наклонных поверхностей.

Точность и погрешности

Точность делительной головки определяется классом точности станка и самой головки. Для универсальных головок погрешность деления составляет от 1–2 угловых минут до 10–15 угловых минут. Оптические головки обеспечивают точность до 1–2 угловых секунд. Электронные головки с обратной связью (энкодером) могут достигать точности до 0,001°.

Основные источники погрешностей:

• Люфт в червячной передаче.
• Износ делительного диска и фиксатора.
• Неточность установки головки на столе станка.
• Деформация заготовки при закреплении.

Интересные факты

• В СССР делительные головки выпускались по стандартам ГОСТ 8615-69 (головки делительные универсальные) и ГОСТ 8616-69 (головки делительные оптические). Наиболее распространённой была модель УДГ-160 (диаметр шпинделя 160 мм).
• В некоторых конструкциях делительных головок применяется червячная передача с отношением 1:60, что позволяет делить окружность на 60, 120, 180 и другие части, кратные 60.
• Для дифференциального деления используются наборы сменных зубчатых колёс с числом зубьев от 20 до 120, что позволяет получать практически любое число делений.
• В современном станкостроении делительные головки часто интегрируются в обрабатывающие центры с ЧПУ, где их функции выполняют поворотные столы и индексаторы.

Источники

• ГОСТ 8615-69. Головки делительные универсальные. Технические условия.
• ГОСТ 8616-69. Головки делительные оптические. Технические условия.
• Аверьянов О.И. «Металлорежущие станки». — М.: Машиностроение, 2007.
• Калашников А.С. «Технология машиностроения». — М.: Высшая школа, 2005.
• Справочник технолога-машиностроителя. Под ред. А.М. Дальского. — М.: Машиностроение, 2003.