ED429

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)

Кафедра технологии конструкционных материалов

МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ

И ИНСТРУМЕНТ

Курс лекций по дисциплине «Станки и инструмент» для студентов механических специальностей вузов

Составители Б. И. Калмин, М. С. Корытов

Омск, 2003

2

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение......................................................................................................	4
1. Классификация, маркировка, общее устройство и кинематика
металлорежущих станков.........................................................................	4
1.1. Классификация металлорежущих станков................................	5
1.2. Маркировка металлорежущих станков.....................................	7
1.3. Общее устройство металлорежущих станков...........................	8
1.4. Кинематика металлорежущих станков......................................	10
1.5. Уравнение кинематического баланса........................................	14
2. Станки токарной группы.....................................................................	22
2.1. Назначение и виды обрабатываемых поверхностей...............	22
2.2. Токарно-винторезные и токарные станки................................	22
2.3. Токарно-револьверные станки...................................................	23
2.4. Токарно-карусельные станки.....................................................	24
2.5. Режущий инструмент, применяемый на станках токарной
группы..................................................................................................	25
3. Сверлильные и расточные станки.......................................................	29
3.1. Назначение и виды обрабатываемых поверхностей................	30
3.2. Сверлильные станки....................................................................	30
3.3. Расточные станки.........................................................................	35
3.4. Режущий инструмент, применяемый на станках сверлильно-
расточной группы................................................................................	37
4. Станки фрезерной группы...................................................................	40
4.1. Назначение и виды обрабатываемых поверхностей................	40
4.2. Горизонтально-фрезерные станки.............................................	41
4.3. Вертикально-фрезерные станки................................................	42
4.4. Продольно-фрезерные станки...................................................	43
4.5. Режущий инструмент, применяемый на станках фрезерной
группы.................................................................................................	45
4.6. Универсальные делительные головки.......................................	46
5. Строгальные, долбежные, протяжные станки....................................	49
5.1. Назначение и виды обрабатываемых поверхностей.................	49
5.2. Строгальные и долбежные станки..............................................	50
5.3. Протяжные станки.......................................................................	54
5.4. Режущий инструмент, применяемый на станках седьмой
группы..................................................................................................	55
6. Зубообрабатывающие станки..............................................................	59
6.1. Два метода нарезки зубчатых колес..........................................	59
6.2. Зубофрезерные станки................................................................	61
6.3. Зубодолбежные станки...............................................................	65
6.4. Зубострогальные станки.............................................................	68

3
6.5. Зуборезный инструмент.............................................................	72
7. Шлифовальные станки........................................................................	76
7.1. Назначение и виды обрабатываемых поверхностей................	76
7.2. Круглошлифовальные станки....................................................	77
7.3. Внутришлифовальные станки...................................................	78
7.4. Бесцентровые круглошлифовальные станки............................	79
7.5. Плоскошлифовальные станки...................................................	80
7.6. Специализированные и заточные станки.................................	82
7.7. Абразивный режущий инструмент...........................................	84
8. Автоматизация металлорежущих станков..........................................	89
8.1. Общие понятия об автоматизации металлорежущих станков..	90
8.2. Автоматы с жесткими кинематическими связями....................	91
8.3. Станки с числовым программным управлением......................	92
Литература.................................................................................................	97

4

Введение

К современным машинам и приборам предъявляются высокие требования по технико-эксплуатационным характеристикам, точности и надежности работы. Эти показатели обеспечиваются высокой точностью размеров и качеством обработанных поверхностей деталей машин и приборов. Поэтому, несмотря на большие достижения технологии производства высококачественных заготовок, роль обработки резанием и значение металлорежущих станков в машиностроении непрерывно повышаются.

Современные металлорежущие станки – это разнообразные и совершенные рабочие машины, использующие механические, электрические и гидравлические методы осуществления движений и управления рабочим циклом, решающие самые сложные технологические задачи.

Станкостроение развивается как в количественном, так и качественном отношении. Непрерывно повышаются точность, производительность, мощность, быстроходность и надежность работы станков. Улучшаются эксплуатационные характеристики, расширяются технологические возможности, совершенствуются архитектурные формы станков.

Освоение курса «Станки и инструмент» позволит изучающему: иметь представление о назначении и устройстве металлорежущих станков; знать об основах кинематики станков; ориентироваться в типаже стандартного инструмента, используемого на токарных, сверлильных, фрезерных, шлифовальных и других станках; знать технологические возможности основных типов металлорежущего оборудования по обработке элементарных поверхностей (плоских, цилиндрических, конических), эвольвентных зубьев, кулачков и т. п. подавляющего большинства деталей машин; иметь представление о путях обеспечения высокопроизводительной обработки на металлорежущих станках и об их автоматизации.

Раздел № 1. КЛАССИФИКАЦИЯ, МАРКИРОВКА, ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО И КИНЕМАТИКА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

План тем раздела:

1.1.Классификация металлорежущих станков

1.2.Маркировка металлорежущих станков

1.3.Общее устройство металлорежущих станков

1.4.Кинематика металлорежущих станков

1.5.Уравнение кинематического баланса

5

1.1. Классификация металлорежущих станков

Металлорежущий станок (МРС) – машина для размерной обработки заготовок путем снятия стружки (слоя припуска).

В Российской Федерации все МРС разделены на 10 групп по технологическому методу обработки (в зависимости от характера работы и вида инструмента):

1)Токарные станки (основной технологический метод обработки – точение; их доля составляет 30 % общего парка станков);

2)Сверлильные и расточные станки (оборудование для обработки

отверстий; 20 % парка);

3)Шлифовальные, полировальные, доводочные, заточные станки (работающие абразивным инструментом, 20 % парка);

4)Комбинированные станки и станки для физико-химической обработки (например, для электроэрозионной обработки и др.);

5)Зубо- и резьбообрабатывающие станки ( 6 % парка);

6)Фрезерные станки ( 15 % парка);

7)Строгальные, протяжные, долбежные станки (с прямолинейным

рабочим движением; 4 % парка);

8)Разрезные станки (для разрезания проката);

9)Разные станки (балансировка, правка и т. д.);

0)Резервная группа.

Особое место занимают станки с ЧПУ (числовым программным управлением) и станки типа «Обрабатывающие центры». Эти многоцелевые станки реализуют сразу несколько методов обработки. В зависимости от вида преобладающих операций они обычно относятся к одной из существующих групп станков.

Каждая из 10-ти групп станков подразделяется на 10 типов по виду обработки и инструменту, по степени автоматизации, по числу и расположению основных узлов станка, другим технологическим и конструктивным особенностям. Например, в группе токарных станков различают: одношпиндельные, многошпиндельные, карусельные, револьверные, многорезцовые ст., и т. д.

Каждый тип станков в свою очередь делится на 10 типоразмеров. Классификация станков по комплексу технологических признаков

приведена в табл. 1.1.1. Она построена следующим образом: все металлорежущие станки разбиты на десять групп, каждая группа – на десять типов, а каждый тип – на десять типоразмеров. В группу объединены станки по общности технологического метода обработки или близкие по назначению (например, сверлильные и расточные). Типы станков характеризуют такие признаки, как назначение, степень универсальности, число главных рабочих органов, конструктивные особенности. Внутри типа станки различают

6

по техническим характеристикам. Резервная группа 0 предназначена для станков, работающих по новым технологическим методам.

Таблица 1.1.1. Классификация металлорежущих станков

Группа

Шифр группы

Шифр типа

станков

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Резервные

0

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

Токарные

1

Автоматы и полуавтоматы

Токарно-

Токарно-

Карусель-

Токарные

Многорез-

Специали-

Другие

специали-

револь-

револь-

ные

и лобото-

цовые и

зирован-

токарные

верные

верные

карные

копиро-

ные

зирован-

полуавто-

вальные

ные

маты

Сверлильные и

2

–

Настоль

Полуавтоматы

Коорди-

Радиаль-

Расточные

Отделоч-

Горизон-

Другие

расточные

но- и вер-

одношпин-

много-

натно-

но- и ко-

но-

тально-

сверлиль-

тикально-

дельные

шпин-

расточные

ординат-

расточные

сверлиль-

ные

сверлиль-

но-

ные

дельные

ные

сверлиль-

ные

Шлифовальные,

3

–

Круглош-

Внутри-

Обдироч-

Специали-

Продоль-

Заточные

Плоско-

Прити-

Другие

полировальные,

лифоваль-

шлифо-

но-шлифо-

зирован-

но-шлифо-

шлифо-

рочные,

станки,

доводочные,

ные, бес-

вальные,

вальные

ные шли-

вальные

вальные

полиро-

работаю-

заточные

центрово-

коорди-

фовальные

вальные,

щие абра-

шлифо-

натно-

хонинго-

зивным

вальные

шлифо-

вальные,

инстру-

вальные

доводоч-

ментом

ные

Электрофизиче-

4

–

–

Светолу-

–

Электро-

–

–

Электро-

Анодно-

–

ские и электро-

чевые

химиче-

эрозион-

механиче-

химические

ские

ные, ульт-

ские от-

развуко-

резные

вые, про-

шивочные

Зубо- и резьбо-

5

Резьбона-

Зубодол-

Зуборез-

Зубофре-

Для наре-

Для обра-

Резьбо-

Зубоотде-

Зубо- и

Другие

обрабатываю-

резные

бежные

ные для

зерные для

зания чер-

ботки тор-

фрезерные

лочные,

резьбо-

зубо- и

щие

для ци-

кониче-

цилиндри-

вячных

цов зубьев

провероч-

шлифо-

резьбооб-

линдриче-

ских колес

ческих

колес

колес

ные и об-

вальные

рабаты-

ских колес

колес и

катные

вающие

шлицевых

валов

Фрезерные

6

Барабан-

Верти-

Фрезерные

Продоль-

Копиро-

Верти-

Продоль-

Консоль-

Горизон-

Другие

но-

кально-

непрерыв-

ные одно-

вальные и

кально-

ные двух-

но-

тально-

фрезерные

фрезерные

фрезерные

ного дей-

стоечные

гравиро-

фрезерные

стоечные

фрезерные

фрезерные

консоль-

ствия

вальные

бескон-

операци-

консоль-

ные

сольные

онные

ные

Строгальные,

7

–

Продольные

Попереч-

Долбеж-

Протяж-

Протяжные вертикаль-

–

Другие

долбежные, про-

но-

ные

ные гори-

ные для протягивания

строгаль-

тяжные

односто-

двухсто-

строгаль-

зонталь-

внутрен-

наружного

ные

ные

ные

ечные

ечные

него

Разрезные

8

–

Отрезные, работающие

Правиль-

Ленточно-

Отрезные

Отрезные

–

–

но-

пиль

с дисковой

ножовоч-

резцом

шлифо-

гладким

отрезные

ные

пилой

ные

вальным

или насеч-

кругом

ным дис-

ком

Разные

9

–

Трубо- и

Пилонасе-

Правиль-

–

Для испы-

Делитель-

Баланси

–

–

муфто-

кательные

но- и бес-

тания ин-

ные ма-

ровочные

обрабаты-

центрово-

струмента

шины

вающие

обдироч-

ные

По степени универсальности станки делят на: 1) универсальные (разные виды работ, разные детали); 2) широкого назначения (определенный вид работ, разные детали); 3) специализированные (определенный вид работ, детали разные по размерам, но одной формы, например, станок для обработки коленчатых валов); 4) специальные станки (определенный вид работ, строго определенная деталь).

Универсальные станки применяют в мелкосерийном производстве. Специализированные и специальные станки применяются в условиях

7

крупносерийного и массового производства (большие партии деталей) и имеют высокую степень автоматизации.

Взависимости от массы станка, которая связана с размерами заготовки, станки делят на легкие (до 1 т), средние (1-10 т), тяжелые (св. 10 т).

Станки также разделяют по классам точности – нормальной, повышенной, высокой, особо высокой и особо точные. Буквы, обозначающие класс точности - Н, П, В, А, и С соответственно. Основную группу составляют станки, предназначенные для изготовления деталей 6-9 квалитета. Станки классов А, В и С располагают в специальных помещениях с постоянной температурой и влажностью.

По степени автоматизации различают станки: 1) с ручным управлением;

2) полуавтоматы (выполняется автоматически один рабочий цикл);

3) автоматы (выполняется автоматически много рабочих циклов подряд);

4) станки с ЧПУ (обладают способностью к быстрой переналадке изменением программы).

1.2.Маркировка металлорежущих станков

Всоответствии классификацией станков, каждому станку присваивают определенный шифр. Первая цифра шифра определяет группу станка, вторая – тип, третья (иногда третья и четвертая) – условный размер станка. Буква на втором или третьем месте позволяет различать станки одного типоразмера, но с разными техническими характеристиками. Буква в конце шифра означает модификацию станка одной базовой модели. Например, шифром 2Н135 обозначают вертикально-сверлильный станок (группа 2, тип 1), модернизированный (Н), с наибольшим условным диаметром сверления 35 мм (35).

Еще один пример маркировки: 16К20 – токарно-винторезный станок (группа 1 тип 6), модернизированный (К), высота линии центров над станиной и наибольший условный диаметр заготовки – 200 мм.

Шифр станков с программным управлением содержит букву Ф и цифру после нее. В зависимости от характера движения исполнительных органов различают следующие разновидности станков: с числовым позиционным программным управлением (индекс Ф2); с непрерывным программным управлением (индекс ФЗ); многоцелевые станки с числовым позиционным программным управлением (индекс Ф4); многоцелевые станки

счисловым программным управлением (индекс Ф5). При наличии устройства цифровой индикации с преднабором в шифре станка указывают индекс Ф1.

8

Буква Р в конце шифра – означает наличие на станке револьверной головки (устройства для закрепления нескольких инструментов). Буква М в конце шифра означает, что станок оснащен специальным магазином, для смены инструмента.

В шифры станков специальных, специализированных, а также производимых совместно с зарубежными фирмами включают шифры заводов (фирм) производителей и цифры, обозначающие порядковый номер модели или наиболее существенную техническую характеристику. Например, модуль на базе многоцелевого станка с размерами рабочего стола 320 320 мм Ивановского станкостроительного производственного объединения имеет шифр ИР320ПМФ4 (буква М означает, что станок имеет магазин с инструментами).

1.3. Общее устройство металлорежущих станков

Металлорежущий станок (МРС) в общем случае состоит из:

1)рабочих органов (устройства, обеспечивающие закрепление заготовки, инструмента и относительное перемещение заготовки и инструмента в процессе резания);

Пример: У токарного станка это шпиндель с патроном, в котором закрепляется обрабатываемая заготовка, и суппорт, в котором закрепляется резец.

2)несущих узлов (соединения базовых деталей, они обеспечивают правильность взаимного расположения рабочих органов);

Пример: У токарного станка это станина, передняя и задняя бабка. Используют обычно отливки из серого чугуна для защиты от вибраций.

3)приводов (привод – это электроили гидродвигатель с комплексом механизмов, передающих движение от двигателя к рабочим органам станка);

4)прочие элементы:

-устройство управления (ручное, автоматическое или программное);

-манипулирующие устройства (автоматизация вспомогательных движений – смена заготовок, их зажим, перемещение, смена инструмента, удаление стружки);

-контрольные и измерительные устройства.

Приводы МРС могут быть со ступенчатым и бесступенчатым регулированием скорости движения выходных звеньев.

Ступенчатое регулирование осуществляется следующими методами: а) Применением многоскоростного асинхронного электродвигателя; б) Сочетание электродвигателя с механической коробкой скоростей

или ступенчатыми шкивами.

9

Бесступенчатое регулирование осуществляется следующими мето-

дами:

а) Применением механических вариаторов.

Рис. 1.3.1. Пример механического вариатора

Пример механического вариатора приведен на рис. 1.3.1. В вариаторе шкивы 1 и 2, имеющие криволинейную образующую, закреплены соответственно на ведущем I и ведомом II валах. Оси роликов 3, прижатых к поверхности шкивов, устанавливают под различными углами к оси валов. Этим обеспечивают плавное изменение частоты вращения ведомого вала.

б) Применением электродвигателей постоянного тока. в) Гидравлическим регулированием.

Широко распространены, особенно в станках с ручным управлением, асинхронные электродвигатели, для которых характерна высокая надежность и простота обслуживания. Но в станках с числовым программным управлением (ЧПУ) их применяют только в приводах тех исполнительных органов, которые работают с постоянной скоростью, например в приводах поворота и фиксации многопозиционных револьверных головок.

В приводах главного движения используют двигатели постоянного тока. Основу шаговых приводов подач составляют несиловые и силовые шаговые электродвигатели. В первом случае в состав привода включают систему усиления крутящего момента, обычно гидравлического типа. Силовой шаговый электродвигатель связан с винтом подачи или непосредственно, или через редуктор. В следящих приводах подач в основном применяют высокомоментные электродвигатели. Указанные электродвигатели приводов главного движения и подач станков с ЧПУ не только являются источниками движения, но и осуществляют реверсирование и регулирование скорости движения исполнительных органов. Это позволило резко сократить в станках с ЧПУ число механических устройств реверсирования и регулирования скорости.

Реверсирование – изменение направления вращения всего привода – производят переключением фаз асинхронного электродвигателя и изменением полярности электродвигателя постоянного тока. Реверсирование гид-

10

равлических механизмов осуществляют золотниками. В механизмах с зубчатыми колесами реверсирование производят переключением кулачковых или фрикционных дисковых муфт.

1.4. Кинематика металлорежущих станков

Кинематическая схема является условным графическим изображением взаимосвязи тех механизмов станка, которые обеспечивают заданные законы движения исполнительных органов.

Это совокупность условных обозначений передач и механизмов, которые осуществляют движение элементов станка.

Каждая схема состоит из отдельных кинематических цепей.

Пример: У токарного станка кинематическая схема содержит две кинематические цепи – цепь главного движения обеспечивает вращение шпинделя с заготовкой; цепь подач обеспечивает поступательное движение суппорта с резцом.

На схеме указываются численные значения диаметров шкивов, чисел зубьев зубчатых колес, их модулей зацепления и т. д. По кинематической схеме станка, зная частоту вращения ведущего вала, можно определить частоту вращения любого вала кинематической цепи.

Ряд основных условных обозначений на кинематических схемах МРС приведен в табл. 1.4.1.

Таблица 1.4.1. Условные обозначения на кинематических схемах

МРС