Лекция №5 де 5: металлорежущие станки

5.1 Металлорежущие станки как основное технологическое оборудование машиностроительных заводов

В процессе изготовления изделий в современном машиностроении обработка металлов и других конструкционных материалов резанием играет особую роль. Именно обработка резанием позволяет придать заготовкам деталей машин и приборов, полученных литьем, прокаткой, ковкой, штамповкой и другими методами, требуемую форму, точные размеры и заданное качество поверхности. И хотя обработке резанием присущи серьезные недостатки: сравнительно низкая производительность и образование значительного количества отходов (в среднем 20 % обрабатываемого материала превращается в стружку) — возможность получения высокой точности и качества поверхности, не достижимых другими методами обработки, делает ее незаменимой при изготовлении большинства деталей.

В подавляющем большинстве случаев (за исключением слесарных работ) процесс обработки резанием осуществляют на металлорежущих станках с помощью различных режущих инструментов. Металлорежущие станки являются основным видом технологического оборудования машиностроительных предприятий количественно намного опережая все его остальные виды. Число станков, их технический уровень и состояние в значительной степени характеризуют производственную мощь государства.

5.2. Классификация и кинематические основы металлорежущих станков

Металлорежущим станком называется технологическая машина, предназначенная для размерной обработки металлических и неметаллических заготовок с целью получения сталей заданной формы и размеров с требуемой точностью и заданным качеством поверхности.

Как правило, на станках осуществляется обработка резанием, при которой с поверхности заготовки в виде стружки удаляется припуск, снимаемый с помощью различных режущих инструментов — лезвийных или абразивных. Кроме того, к станкам относят также технологическое оборудование, в котором для размерной обработки используются электрофизические и электрохимические методы, сфокусированный электронный или лазерный луч и т. п.

Классификация и система обозначения станков. В зависимости от характера выполняемых работ (токарных, фрезерных, шлифовальных и т. д.) станки классифицируются на группы. По классификации, разработанной Экспериментальным научно-исследовательским институтом металлорежущих станков (ЭНИМСом), все станки делятся на 9 групп. Каждая из групп, в свою очередь, делится на типы, характеризующие назначение станка, его компоновку, степень автоматизации, вид применяемого инструмента и т. п. (табл. 4.1). С учетом данной классификации ЭНИМС издает каталоги ежегодно выпускаемых металлорежущих станков

Однотипные станки экономически целесообразно создавать по размерным рядам. В размерный ряд входят станки подобные по кинематической схеме, конструкции и внешнему виду, но имеющие разные основные параметры-размеры. За каждым станком ряда закреплен определенный диапазон размеров обрабатываемых деталей. Для основного параметра того или иного размерного ряда установлен ряд стандартных значений, обычней в геометрической прогрессии с некоторым знаменателем (например, для токарных станков согласно ГОСТ 440—81 Е принят стандартный ряд наибольших диаметром обрабатываемой детали: 100; 125; 160; 200; 250; 320; 400; 500; 630; 800; 1000; 12 ,01 1600; 2000; 2500; 3200; 4000; 5000; 6300 мм.

Конструкции станков размерного ряда состоят в основном и унифицированных узлов и деталей, одинаковых или подобных. Это удешевляет производство станков и облегчает эксплуатацией

Типоразмер станка характеризуется его классификационным типом и максимальным значением основного параметра - размера, выбранным из размерного ряда. Конкретное конструктивное исполнение станка данного типоразмера, предназначенного для заданных условий обработки, называется м о д е л ь ю станка. Таким образом, одному типоразмеру может соответствовать несколько различных моделей.

Станки классифицируются по степени универсальности, степени автоматизации, степени точности и по массе.

По степени универсальности (специализации) станки делят на универсальные, специализированные и специальные

Универсальные станки (станки общего назначения) примени» для выполнения разнообразных операций при обработке деталей самой широкой номенклатуры, различных по форме и размера К числу универсальных относятся токарно-винторезные, револьверные, вертикально- и радиально-сверлильные, консольно-ф|резерные, строгальные, долбежные, кругло-, внутри-, плоскошлифовальные и другие станки. Универсальные станки примени главным образом в единичном, мелкосерийном и серийном производствах. Для них характерна частая смена обрабатываем деталей и, следовательно, частая переналадка.

Специализированные станки предназначаются для обработки однотипных деталей сравнительно узкой номенклатуры, сходных по конфигурации, но имеющих различные размеры. Примером таких станке; являются зубо- и резьбообрабатывающие станки, станки для обработки коленчатых и кулачковых валов, колец подшипник качения, труб, муфт и т. п. Специализированные станки имеют высокую степень автоматизации и используются в серийном крупносерийном производстве при больших партиях обрабатываемых деталей, требующих редкой переналадки.

Специальные станки используют для высокопроизводительной обработки одной нескольких почти одинаковых деталей (например, турбин лопаток) в условиях крупносерийного и массового производства

Применение специальных станков позволяет свести к минимуму время обработки за счет ее автоматизации и оптимизации режимов резания и конструкции инструмента.

По степени автоматизации различают простые (неавтоматизированные) станки, полуавтоматы и автоматы.

На простых станках механизированы только рабочие движения, сообщаемые режущему инструменту и обрабатываемой заготовке. Все же остальные движения (установка заготовки, подвод инструмента, изменение режима резания и т. д.) выполняются рабочим вручную. Такие станки применяют в единичном, мелкосерийном и серийном производствах.

В полуавтоматах автоматизированы все движения, составляющие цикл обработки, за исключением движений, связанных с установкой заготовки и снятием обработанной детали, которые выполняются рабочим вручную.

Автоматами называются станки, на которых весь цикл обработки, включая установку заготовки и снятие обработанной детали, осуществляется автоматически. Рабочий лишь периодически загружает в станок сортовой прокат (прутки) или партии заготовок (периодическое питание автомата) и контролирует размеры и качество поверхности обработанных деталей.

Станки—автоматы и полуавтоматы могут быть с механическим или гидравлическим управлением и с ЧПУ. Первые при изменении объекта производства требуют трудоемкой переналадки и поэтому применяются только в условиях крупносерийного и массового производства. Вторые применяются в условиях производства любой серийности.

По степени точности станки делят на пять классов:

нормальной Н,

повышенной П,

высокой В,

особо высокой А точности

и особо точные С (мастер—станки).

Большинство универсальных станков относится к классу Н. Эти станки предназначены для изготовления деталей с точностью 7…10-го квалитетов по системе ИСО. При переходе к станку более высокого класса точности выдерживаемый допуск обрабатываемой детали ужесточается в 1,6 раза. Станки класса П изготовляются на базе станков класса Н, но при повышенных требованиях к точности обработки ответственных деталей станка, а также к качеству его сборки и регулировки. В станках 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 тяжелые или уникальные (свыше 100 т).

Ранее в СССР, а в настоящее время в странах СНГ принята единая система обозначении универсальных и наиболее распространенных специализированных станков, серийно выпускаемых станкостроительной промышленностью. Эта система основана на принятой классификации станков и позволят. присваивать каждой модели станка индекс (шифр), содержат и краткую техническую характеристику станка. Первая цифра - группа станка, вторая — его тип, третья и четвертая -типоразмер, характеризуемый одним из важнейших параметров станка.

Для большинства типов станков общесоюзными стандартами установлены основные параметры, характеризующие размеры обрабатываемых деталей или геометрические размеры станка. Например, для токарных, круглошлифовальных и зубообрабатывающих станков основным параметром является наибольший диаметр обрабатываемой детали: для сверлильных и внутришлифовальных станков — наибольший диаметр обрабатываемого отверстия; для фрезерных и плоскошлифовальных станков — размеры рабочей поверхности стола: для поперечно-строгальных и Долбежных станков — наибольший ход ползуна и т. д.

Буква после первой или второй цифры индекса - а указывает на модернизацию (конструктивное улучшение) базовой модели станка, причем станок тем более модернизирован, 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 цифр индекса вводится соответствующая буква. В моделях станков с ЧПУ в конце индекса вводят букву Ф с 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 индекс] связанные с автоматической сменой инструмента:

Р — смена инструмента поворотом револьверной головки;

М — смена инструмента из магазина.

Индексы Р и М ставятся перед индексами ФЗ, Ф4.

Рассмотрим несколько примеров. Модель 16К20ПФЗ расшифровывается следующим образом: станок токарно-винторезный ( первые две цифры) с высотой центров над станиной (половина 1. большего диаметра обработки) 200 мм, очередной модернизации ( базовой модели 1620, повышенной точности (П), с контурной с системой программного управления (ФЗ). Модель 2Н125 — станок вертикально-сверлильный (первые две цифры) с наибольшим :условным диаметром сверления 25 мм, модернизации Н базовой ,модели 2125. Модель 6Т80Ш — станок горизонтально-фрезерный (первые две цифры), со столом с размерами 200х600 мм — О (третья цифра), модернизации Т базовой модели 680, широко-универсальный (Ш).

Для обозначения моделей специализированных и специальных станков каждому станкостроительному заводу 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 К-56 — Московский станкостроительный завод «Красный пролетарий», сверлильный станок для обработки турбинных лопаток.

Движения в металлорежущих станках. В процессе 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.

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.

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

Установочные, делительные, вспомогательные движения и управление осуществляются вручную или автоматические. Автоматизация этих движений является важнейшим фактором повышения производительности металлорежущих станков.

Структура металлорежущего станка. Основой любого станка является его более или менее крупные корпусные детали. Корпусные детали определяют пространственную компоновку станка. Компоновкой называется рациональное расположение основных узлов, станка по отношению к обрабатываемой заготовке и друг к другу. Компоновка станка должна обеспечивать высокую жесткость и виброустойчивость, удобство доступа обрабатываемой заготовке и узлам станка при обслуживании и ремонте, минимальную материалоемкость, а также отвечать эргономическим и эстетическим требованиями.

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).

Структура металлорежущего станка

САМ Металлорежущий станок, в него входят:

1 Несущая система,

2 Привод,

3 Система управления,

4 Вспомогательные устройства.

Несущая система включает в себя:

Опорные элементы — неподвижные детали н узлы: станина, плита, стойка, траверса, бабка

И сполнительные органы — подвижные детали и узлы: шпиндель, суппорт, стол, планшайба, ползун

Привод состоит из:

1 Двигателя и

2 Передачи

Система управления может быть:

1 Ручная

2 Автоматическая

2.1 Механическая

2.2 Гидравлическая

2.3 Электронная (с ЧПУ)

Вспомогательные устройства

Система смазывания;

система охлаждения;

устройство для уборки стружки;

система вакуумирования (отсоса) тумана и пыли

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.

Основным опорным элементом любого станка является станина, на которой монтируются остальные узлы и механизмы станка. Станины могут быть горизонтальными (6, рис. 4.1) и верти-

Рис. 4.1. Типовые компоновки металлорежущих станков

. Вертикальные станины (стойки 8) для повышения устойчивости станков опираются на плиту (основание) /. Стойка сверлильного станка называется колонной 5. Ряд станков наряду с горизонтальной станиной имеет одну или две стойки.

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 3 — 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 7 служит для установки инструмента и сообщения ему движения подачи (продольного и поперечного ). Суппорт перемещается по направляющим станины, стойки или траверсы.

Стол 2 служит для сообщения закрепленной на нем заготовке движения подачи: вертикального и горизонтального (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 9 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 14 служит для сообщения режущему инструменту возвратно-поступательного движения (главного на поперечно-строгальных 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.

Система управления станком 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 (станок 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.