Учебное пособие 800481

Встанках классов В и А точность достигается за счет конструктивных особенностей отдельных узлов при высоких требованиях к качеству изготовления, сборки и регулировки узлов и станка в целом.

Станки класса С изготовляются индивидуально и применяются для изготовления деталей, требующих наивысшей точности обработки (делительных и эталонных зубчатых колес, измерительных винтов, деталей станков класса В и А). Станки классов В, А и С работают в специальных термоконстантных помещениях, в которых поддерживаются постоянные температуры и влажность.

По массе станки делят на легкие (до 1 т), средние (до 10 т) и тяжелые (свыше 10 т). В свою очередь, тяжелые станки делятся на крупные (до 30 т), собственно тяжелые (до 100 т) и особо тяжелые или уникальные (свыше 100 т).

ВРоссии принята единая система обозначений универсальных и наиболее распространенных специализированных станков, серийно выпускаемых станкостроительной промышленностью. Эта система основана на принятой классификации станков и позволяет присваивать каждой модели станка индекс (шифр), содержащий краткую техническую характеристику станка.

Индекс модели состоит из трех-четырех цифр и обычно включает в себя одну или несколько прописных букв русского алфавита. Первая цифра указывает группу станка, вторая — его тип, третья и четвертая — типоразмер, характеризуемый одним из важнейших параметров станка или детали (наибольшим диаметром обработки, размерами стола и т. п.). Буква после первой или второй цифры индекса указывает на модернизацию (конструктивное улучшение) базовой модели станка, причем станок тем более модернизирован, чем дальше эта буква от начала алфавита. Буква или буквы в конце индекса обозначают модификацию (видоизменение) базовой модели станка. Например, для указания класса точности станка после

231

цифр индекса вводится соответствующая буква (кроме класса Н).

Вмоделях станков с ЧПУ в конце индекса вводят букву

Фс цифрой, означающей принятую систему управления: Ф1

— с цифровой индикацией и предварительным набором координат; Ф2 — с позиционной системой управления; ФЗ — с контурной системой управления; Ф4 — с универсальной системой для позиционной и контурной обработки. Кроме того, введены индексы, связанные с автоматической сменой инструмента: Р — смена инструмента поворотом револьверной головки; М — смена инструмента из магазина. Индексы Р и М ставятся перед индексами Ф2, ФЗ, Ф4,

Рассмотрим несколько примеров. Модель 16К20ПФЗ расшифровывается следующим образом: станок токарновинторезный (первые две цифры) с высотой центров над станиной (половина наибольшего диаметра обработки) 200 мм, очередной модернизации (К) базовой модели 1620, повышенной точности (П), с контурной системой программного управления (ФЗ). Модель 2Н125 — станок вертикальносверлильный (первые две цифры) с наибольшим условием диаметром сверления 25 мм, модернизации Н базовой модели 2125. Модель 6Т80Ш — станок горизонтально-фрезерный (первые две цифры), со столом с размерами 200х600 мм — № 0 (третья цифра), модернизации Т базовой модели 680, широкоуниверсальный (Ш).

Для обозначения моделей специализированных и специальных станков каждому станкостроительному закону присвоен индекс из двух букв. В обозначении модели такого станка к буквам добавляются цифры, указывающие порядковый номер модели. Например, ЕЗ-9 — Егорьевский станкостроительный завод «Комсомолец», специализированный станок для нарезания зубчатых реек; МК-56 — Московский станкостроительный завод «Красный пролетарий», сверлильный станок для обработки турбинных лопаток.

232

5.1.13.Движения в металлорежущих станках

Впроцессе работы станка его подвижные органы совершают реальные движения, которые делятся на рабочие (основные), установочные, делительные, вспомогательные и движения управления.

Рабочими, называются взаимосогласованные движения режущего инструмента и обрабатываемой заготовки, непосредственно связанные с процессом резания. Эти движения являются формообразующими, т. е. определяющими форму обработанной детали. Они сообщаются инструменту и заготовке исполнительными (рабочими) органами станка — шпинделем, суппортом, столом и т. д.

Рабочие движения делятся на главное движение и движение подачи.

Главное движение (движение резания) обеспечивает отделение стружки от заготовки. Оно осуществляется с наибольшей скоростью, со значительным усилием, превосходящим сопротивление обрабатываемого материала резанию, и на него затрачиваются основная часть мощности привода станка. В зависимости от вида обработки главное движение может быть либо вращательным (в большинстве случаев) либо прямолинейным возвратно-поступательным и может осуществляться либо инструментом, либо заготовкой. Вращательное главное движение характеризуется частотой вращения заготовки (токарные станки) или инструмента (сверлильные, расточные, фрезерные, шлифовальные станки), мин –1

n = 1000v / (πD),

где v — скорость резания, м/мин; D — диаметр заготовки или инструмента, мм.

У строгальных, долбежных и протяжных станков главным является прямолинейное возвратно-поступательное движение, характеризуемое частотой двойных ходов, мин –1

233

v K

n2 х p ,

L K 1

где К = vx / vp ; а vp , vx — скорости соответственно рабочего и холостого ходов; L — длина хода инструмента (стола), м, определяемая длиной обрабатываемой детали

Движение подачи позволяет подводить под режущую кромку инструмента все новые участки поверхности заготовки и тем самым распространить процесс резания на всю обрабатываемую поверхность. В большинстве случаев подача осуществляется прямолинейно, однако применяется также подача вращательным движением (круговая подача), а при обработке по копиру или на станках с ЧПУ подача может осуществляться по заданной траектории. Движение подачи может совершать либо инструмент (токарные, сверлильные, про- дольно-строгальные станки), либо заготовка (фрезерные, по- перечно-строгальные станки). У протяжных станков движение подачи обычно отсутствует (подача обеспечивается конструкцией инструмента). Обработка заготовки на шлифовальных и некоторых других станках, напротив, ведется с двумя-тремя различными подачами. На станках с возвратнопоступательным главным движением (строгальных, долбежных) подача осуществляется периодически (прерывисто), в конце холостого хода. Прерывистой обычно является и поперечная подача на шлифовальных станках.

Подача характеризуется величиной перемещения инструмента за один оборот заготовки (токарные станки) или инструмента (сверлильные и расточные станки) либо перемещением заготовки за один двойной ход инструмента (поперечнострогальные и долбежные станки) или перемещением инструмента за один двойной ход заготовки (продольно-строгальные станки). Подача задается соответственно в миллиметрах на 1 оборот или в миллиметрах на двойной ход.

При фрезеровании подачу задают в мм/зуб фрезы, а на фрезерном станке устанавливается минутная подача

234

sм = szzn ,

где sz — подача на один зуб фрезы, мм/зуб; z — число зубьев фрезы; n — частота вращения шпинделя (фрезы), мин -1.

Перед началом обработки исполнительные органы станков осуществляют установочные движения, необходимые для приведения инструмента и заготовки в такое исходное относительное положение, при котором с помощью рабочих движений становится возможным получить поверхность заданного размера. Например, при точении цилиндрической детали на токарном станке установочным будет поперечное движение резца (на деталь) для получения требуемого диаметра,

В случае необходимости получения на заготовке равномерно расположенных одинаковых поверхностей на станке осуществляются делительные движения, которые могут быть периодическими или непрерывными. Предназначенные для деления механизмы представляют собой либо отдельную делительную головку, либо часть конструкции станка или приспособления. В качестве примера можно привести изготовление зубчатого колеса или зубчатой рейки. При периодическом делении заготовка колеса после обработки очередной впадины между зубьями поворачивается на 1/z часть окружности, где z

—число зубьев колеса (круговое деление), а заготовка рейки перемещается на величину шага (линейное деление). В случае непрерывного деления инструмент и заготовка совершают взаимосогласованные движения, воспроизводящие при формообразовании необходимые последовательные положения их, соответствующие зацеплению зубчатой, реечной или червячной передачи (обработка по методу обката).

Вспомогательными называются движения, подготавливающие процесс резания, но сами в нем не участвующие. К их числу относятся движения, связанные с установкой и закреплением заготовки, подводом и отводом инструмента, его правкой, удалением стружки и т. п.

235

Для обработки очередной заготовки исполнительные органы станка возвращаются в исходное положение, производя одно или несколько холостых (вспомогательных) движений, при которых резания не происходит. Сочетание рабочих и холостых движений образует периодически повторяющийся цикл работы станка.

Движениями управления осуществляются пуск и остановка станка, переключение скоростей и подач его исполнительных органов, их реверсирование. Эти движения совершаются органами управления станка — муфтами, передвижными блоками зубчатых колес, реверсивными устройствами, кулачками, ограничителями хода и т. д.

Установочные, делительные, вспомогательные движения и движения управления осуществляются вручную или автоматически.

5.1.14. Структура металлорежущего станка

Основой любого станка являются его более или менее крупные корпусные детали, неподвижные и подвижные, в совокупности определяющие его контур. Эти базовые детали служат для создания требуемого пространственного размещения исполнительных органов — узлов, несущих режущий инструмент и обрабатываемую заготовку, и обеспечивают точность их взаимного расположения и перемещения в процессе обработки. Совокупность базовых деталей между инструментом и заготовкой образует несущую систему станка. К базовым деталям относятся станины, стойки, траверсы, бабки, суппорты, столы, планшайбы, ползуны и т. п. Базовые детали должны обладать высокой жесткостью и виброустойчивостью, сохранять заданную точность в течение всего срока эксплуатации станка, иметь технологичную конструкцию и минимальную массу.

Корпусные детали определяют пространственную компоновку станка. Компоновкой называется рациональное рас-

236

положение основных узлов станка по отношению к обрабатываемой заготовке и друг к другу. Компоновка станка должна обеспечивать его высокую жесткость и виброустойчивость, удобство доступа к обрабатываемой заготовке и узлам станка при обслуживании и ремонте, минимальную материалоемкость, а также отвечать эргономическим и эстетическим требованиями.

Несмотря на большое число и разнообразие конструкций станков, в их устройстве есть много общего. С точки зрения выполняемых функций практически все составные части станка можно свести к четырем основным группам: несущей системе, приводу, системе управления, вспомогательным устройствам (см. схему).

В несущую систему станка входят его опорные элементы и исполнительные органы.

Опорными элементами станка являются его неподвижные корпусные детали и узлы, служащие базой для размещения как его подвижных деталей и узлов, так и отдельных элементов и механизмов. Для перемещения по ним подвижных деталей и узлов опорные элементы имеют направляющие.

Основным опорным элементом любого станка является станина, на которой монтируются остальные узлы и механизмы станка. Станины могут быть горизонтальными и вертикальными. Вертикальные станины (стойки) для повышения устойчивости станков опираются на плиту (основание). Стойка сверлильного станка называется колонной. Ряд станков наряду с горизонтальной станиной имеет одну или две стойки.

Для размещения механизмов станков (коробок скоростей со шпинделем, коробок подач и т. п.) в тех случаях, когда они не расположены внутри станины или стойки, применяются бабки или головки (шпиндельные, шлифовальные и т. д.). У некоторых станков (например, шлифовальных) бабки могут быть подвижными и осуществлять движение подачи. Консоль фрезерного станка с размещенной в ней коробкой подач перемещается по вертикальным направляющим станины.

237

Исполнительными органами станка называются его подвижные детали и узлы, сообщающие режущему инструменту и обрабатываемой заготовке необходимые движения — рабочие, вспомогательные, установочные, делительные.

У станков с вращательным главным движением наиболее важным исполнительным органом является шпиндель — вал, сообщающий вращение режущему инструменту или обрабатываемой заготовке. Обычно шпиндель представляет собой выходной вал коробки скоростей станка. Шпиндель вращается в подшипниках станины или шпиндельной бабки.

Суппорт служит для установки инструмента и сообщения ему движения подачи (продольного sпр и поперечного sпоп). Суппорт перемещается по направляющим станины, стойки или траверсы.

Стол служит для сообщения закрепленной на нем заготовке движения подачи - вертикального sверт, горизонтального sгор (фрезерные, поперечно-строгальные, долбежные, расточные, шлифовальные станки) или возвратно-поступательного главного движения (продольно-строгальные станки). У некоторых типов станков (сверлильных, протяжных) столы в процессе обработки заготовки неподвижны.

Планшайба представляет собой круглый стол, сообщающий непрерывное вращение заготовкам на карусельных, зубофрезерных, плоскошлифовальных и других станках. Обычно планшайба вращается относительно вертикальной оси (исключение составляют токарно-лобовые станки).

Ползун служит для сообщения режущему инструменту возвратно-поступательного движения (главного на поперечнострогальных и долбежных станках и подачи на зубошлифовальных станках).

Исполнительные органы станка приводятся в движение приводом, состоящим из источника движения — двигателя и передачи — механизма или среды (рабочая жидкость, воздух), передающей движение от двигателя к исполнительным органам станка.

238

Система управления cтанком может быть ручной или автоматической. Ручное управление осуществляется рабочим, обслуживающим станок, с помощью рукояток, штурвалов, кнопок и т. п. Автоматическое управление осуществляется по заданной программе и может быть либо механическим или гидравлическим (станки-автоматы и полуавтоматы), либо электронным (станки с ЧПУ и многоцелевые). У станков с ЧПУ и многоцелевых электронная система управления, обычно выполняемая в виде отдельного блока, вынесенного за пределы станка, имеет весьма сложную конструкцию и ее стоимость может многократно превышать стоимость собственно станка.

Вспомогательные устройства обслуживают процесс обработки: обеспечивают смазывание станка, охлаждение зоны резания, отсос тумана и пыли, работу гидро- и пневмосистемы, автоматическую уборку стружки и т.д.

5.1.15. Передачи, применяемые в станках

Для сообщения движения исполнительным органом станка применяют разные передачи, чаще всего механические. Каждая такая передача (кинематическая пара) представляет собой простейший механизм, состоящий из двух-трех отдельных деталей, и содержит ведущее и ведомое звенья. Ведущее звено сообщает требуемое движение ведомому звену.

Механические передачи делятся на две группы: механизмы для передачи вращательного движения и механизмы для преобразования вращательного движения в поступательное.

По принципу действия передачи первой группы делятся на передачи трения (ременные) и передачи зацепления (цепные, зубчатые, червячные). В этих передачах движение передается от ведущего вала к ведомому валу. Основным кинематическим параметром, определяющим соотношение движений между звеньями, является передаточное отношение i = n2 / n1 ,

239

откуда n2 = n1i, где n1 и n2 — частота вращения соответственно ведущего и ведомого валов.

Передачи первой группы понижающими (i < 1) или повышающими (i > 1).

Для передач второй группы основным кинематическим параметром является ход передач H — величина поступательного перемещения ведомого звена за один полный оборот вращающегося ведущего звена, мм/об.

Для реечной передачи Н = πmz, где m — модуль зацепления, мм; z - число зубьев реечной шестерни.

Для передачи винт — гайка Н = kP, где k — число заходов винта; Р — шаг ходового винта, мм. Чаще всего k = 1, тогда Н = Р.

5.1.16. Кинематика станков

Для анализа движения различных органов станков применяются кинематические схемы, дающие наглядное представление о кинематике станков, а в некоторой степени и об их конструкции.

Кинематической цепью называется совокупность кинематических пар, связывающих источник движения с исполнительным механизмом или два исполнительных органа станка между собой. Кинематические пары (ременные, зубчатые, червячные и другие передачи) располагаются в определенной последовательности.

Кинематической схемой называется условное изображение совокупности кинематических цепей станка в одной плоскости. Для вычерчивания элементов кинематических схем пользуются условными обозначениями. На кинематической схеме указывают числа зубьев колес, числа заходов червяков, шаги ходовых винтов, диаметры шкивов, мощность и частоту вращения двигателей. Валы обозначают римскими цифрами.

Кинематическая схема станка состоит из нескольких кинематических цепей (главного движения, подачи, вспомога-

240