Введение

Машиностроение является одной из важнейших отраслей в народном хозяйстве. Оно создаёт условие для развития многих других видов производства и отраслей промышленности. Развитие самого машиностроения зависит от станкостроения. Новые станки различного технологического назначения, прогрессивные конструкции режущего инструмента обеспечивают автоматический процесс обработки, сокращение времени для наладки оборудования, возможность многостаночного обслуживания, повышение качества продукции, производительность труда и культуры производства. В настоящее время на ряд ус задачей повышения эффективности существующего оборудования поставлена задача увеличения производства средств автоматизации, оснащённых микропроцессорами и малыми ЭВМ, а так же гибких производственных систем. Станки с ЧПУ постепенно заменяют оборудование с ручным управлением.

В устройстве металлорежущих станков имеется много общего. Это объясняется самой сущностью процесса резания.

Основу устройства металлорежущих станков составляет совокупность механизмов и других технических устройств, обеспечивающих главным образом два движения -- движение резания (резцом, фрезой, сверлом и т. д.) и движение подачи заготовки или режущего инструмента.

Общие сведения о металлорежущих станках

Анализ конструкции современных металлорежущих станков

Шлифовальный станок, в металлообработке - металлорежущий станок для обработки заготовок абразивным инструментом.

В соответствии с принятой для металлорежущих станков классификацией шлифовальные станки подразделяют на кругло- и внутришлифовальные (в т. ч. бесцентрово-шлифовальные, планетарные), специализированные, плоскошлифовальные и др., работающие абразивным инструментом. Специфика используемого инструмента предъявляет к конструкции и конструкционным материалам некоторые дополнительные требования: виброустойчивость, износостойкость, интенсивный отвод абразивной пыли. Главное движение шлифовального станка - вращение абразивного инструмента, причём его скорость, как правило, значительно выше скорости подачи и других движений.

Наибольшее распространение получили круглошлифовальные станки (например, станок марки 3М196). На этих станках заготовку устанавливают на центрах или в патроне и приводят во вращение навстречу шлифовальному кругу; вместе со столом станка она может совершать возвратно-поступательное движение. Шлифовальный круг в конце каждого (или двойного) хода стола получает поперечное перемещение на глубину резания. На кругло шлифовальных станках обычно шлифуют наружные цилиндрические и конические поверхности и торцы заготовок. На врезных кругло шлифовальных станках шлифование наружных цилиндрических, конических и фасонных поверхностей производится широким кругом (шире размера заготовки); продольная подача здесь отсутствует.

Внутришлифовальные станки предназначены для шлифования внутренних поверхностей вращения. Примером такого станка может служить станок марки 3К228А.

Наиболее распространены внутришлифовальные станки, у которых обрабатываемая заготовка вращается вокруг оси шлифуемого отверстия, а шлифовальный круг - вокруг своей оси. Продольную и поперечную подачи осуществляют кругом. При обработке отверстий крупных заготовок, которые привести во вращение трудно, применяют планетарные внутришлифовальные станки. В этих станках шлифовальный круг вращается вокруг своей оси и вокруг оси шлифуемого отверстия одновременно.

В работе рассмотрен плоскошлифовальный станок марки 3Г71, который предназначен для обработки плоскостей заготовок периферией или торцом шлифовального круга. На таких станках, работающих периферией круга, стол с закрепленной на нём заготовкой совершает возвратно-поступательное или вращательное движение, а вращающийся шлифовальный круг получает поперечную подачу на каждый ход или оборот стола, а также перемещение на глубину резания. В плоскошлифовальных станках, работающих торцом шлифовального круга, в отличие от станков, работающих периферией круга, поперечная подача отсутствует, т.к. диаметр круга больше поперечного размера обрабатываемой заготовки (врезное шлифование).

Специализированные шлифовальные станки предназначены, как правило, для обработки деталей заданной формы, например для шлифования шеек коленчатых валов, деталей штампов, шаблонов, шлицевых деталей и т.д. Обработку заготовок на этих станках осуществляют в основном методом копирования, реже методом огибания.

В общую группу шлифовальных станков входят также станки: притирочные, полировальные, доводочные, заточные, шлицешлифовальные, хонинговальные и др., работающие абразивным инструментом.

Знание функционально общих основных узлов различных типов металлорежущих станков позволяет лучше и быстрее ознакомиться с устройством, управлением и работой любого конкретного станка.

Металлорежущие станки (МРС) предназначены для размерной обработки заготовок путём снятия стружки лезвийным или абразивным режущим инструментом.

Детали, узлы и механизмы МРС по их принципиальному назначению можно разделить на группу несущей и направляющей системы (или, просто, "несущую систему" ) и группу привода и управления . Детали и узлы первой группы обеспечивают правильное направление прямолинейных и круговых перемещений узлов с заготовкой (изделием) и инструментом. С помощью механизмов второй группы осуществляются формообразование и движения управления станком.

К несущей системе относятся:

- станины, основания, стойки, колонны – базовые узлы, на которых устанавливают остальные неподвижные и подвижные узлы и механизмы станков; на базовых узлах выполняют направляющие поверхности (или, просто, "направляющие"), по которым перемещаются подвижные узлы станка;

- суппорты, каретки и салазки суппортов, поперечины суппортов, ползуны, рукава – детали и узлы для поддержания и поступательного или качательного перемещения инструмента;

- столы, сани и салазки столов, консоли – детали и узлы для поддержания и поступательного перемещения обрабатываемых заготовок;

- корпусы шпиндельных бабок, коробок скоростей и коробок подач – детали и узлы для поддержания и направления вращающихся деталей станка;

- шпиндели и их опоры, планшайбы, задние бабки, вращающиеся колонны – детали и узлы для вращения инструментов и изделий.

Механизмы привода обеспечивают вращательные, поступательные, возвратно-поступательные, непрерывные и периодические движения деталей и узлов во время процесса обработки изделия, холостые перемещения, транспортирование заготовок из загрузочных устройств и между позициями обработки, зажим-разжим заготовок, инструментов, узлов станка, отвод стружки и т.д.

С помощью механизмов управления производится пуск и останов станка, изменение направления и скорости движений, управление циклом работы станка и т.п.

1.2 Классификация металлорежущих станков

1.2.1 По технологическому признаку, т.е. в зависимости от характера выполняемых работ и применяемых режущих инструментов МРС делят на 11 групп:

1) токарные станки – предназначены в основном для обработки наружных поверхностей вращения резцами;

2) сверлильные и расточные станки – предназначены для получения и обработки отверстий; режущий инструмент – сверла, зенкеры, развертки, расточные резцы;

3) шлифовальные станки – режущий инструмент – абразивные шлифовальные круги;

4) полировальные и доводочные станки – предназначены для отделочных работ с помощью абразивных брусков, лент, порошков;

5) зуборезные станки – предназначены для обработки зубьев колес;

6) фрезерные станки – обработка ведется многолезвийными инструментами – фрезами;

7) строгальные станки – предназначены для обработки плоских поверхностей резцами;

8) разрезные станки – предназначены для разрезания сортового проката, труб;

9) протяжные станки – обработка ведется многолезвийными инструментами – протяжками;

10) резьбообрабатывающие станки – предназначены для обработки винтовых поверхностей (в группу не входят токарные станки);

11) разные станки – станки, не входящие в перечисленные группы.

1.2.2 В зависимости от степени универсальности , определяемой числом разных деталей, обработка которых возможна на данном станке, МРС делят на универсальные, специализированные и специальные.

К универсальным относят станки общего назначения, предназначенные для выполнения различных операций на изделиях многих наименований (токарно-винторезные, револьверные, карусельные и т.п.), и широкого назначения, предназначенные для выполнения определенных операций на изделиях многих наименований (токарно-отрезные, многорезцовые и т.п.).

К специализированным относят станки, предназначенные для обработки изделий одного наименования и разных размеров (коленчатых валов, труб, муфт, колец подшипников, валков, слитков, инструментов и т.п.).

К специальным относят станки, предназначенные для обработки определенного (одного) изделия.

1.2.3 МРС в зависимости от точностной характеристики разделяют на пять классов:

Класс Н – станки нормальной точности,

Класс П – станки повышенной точности,

Класс В – станки высокой точности,

Класс А – станки особо высокой точности,

Класс С – особо точные станки (мастер-станки).

Станки класса Н обеспечивают обработку деталей по 7-8 квалитетам точности. Если указанную точность принять условно за единицу, то станки класса П обеспечивают точность обработки в 1,25 раза выше, класса В – в 1,25 2 раза выше и т.д.. Для получения таких показателей по точности обработки, как показывает практика, геометрическая точность самих станков должна возрастать по геометрической прогрессии с более высоким знаменателем. Так, соотношение между величинами допусков () для большинства показателей точности станка (биение шпинделя, параллельность оси шпинделя направляющим и т.д.) при переходе от класса к классу принимают равным 1,6:

Станки более высоких классов точности, чем Н, часто называют прецизионными .

Станки класса П изготовляются на базе станков класса Н при повышенных требованиях к качеству производства и подбору базовых деталей (часто – это более качественное изготовление шпинделя и его опор, направляющих), а также к качеству сборки и регулировки. Для получения станков класса В используют специальные конструкции ряда ответственных элементов его, более высокое качество их изготовления и сборки. Станки класса А изготовляются на базе станков класса В при более жёстких требованиях к основным узлам и деталям.

Станки класса С служат для изготовления деталей, определяющих точность прецизионных станков, например, делительных и эталонных колёс, измерительных винтов и т.п..

Станки классов В, А и С должны эксплуатироваться в термоконстантных помещениях.

1.2.4 МРС классифицируют по массе и размерам , по степени автоматизации и др. параметрам. Существует также понятие "уникальный" станок. Уникальные - это станки, изготовленные в единичных экземплярах (например, станки классов точности С или А, станки массой более 100 тонн).

Классификация металлообрабатывающих станков. Металлообраба­тывающий станок - это машина, предназначенная для обработки заготовок в целях образования заданных поверхностей путем снятия стружки или путем пластической деформации. Обработка производит­ся преимущественно путем резания лезвийным или абразивным инс­трументом. Получили распространение станки для обработки заготовок электрофизическими методами. Станки применяют также для выгла­живания поверхности детали, для обкатывания поверхности роликами. Металлообрабатывающие станки zenitech осуществляют резание неметалличе­ских материалов, например, дерева, текстолита, капрона и других пластических масс. Специальные станки обрабатывают также керами­ку, стекло и другие материалы.

Металлообрабатывающие станки классифицируют по различным признакам, в зависимости от вида обработки, применяемого режущего инструмента и компоновки. Все серийно выпускаемые станки разде­лены на девять групп, в каждой группе предусмотрены девять типов (табл. 1).

Станки одного и того же типа могут отличаться компоновкой (например, фрезерные универсальные, горизонтальные, вертикаль­ные), кинематикой, т. е. совокупностью звеньев, передающих движе­ние, конструкцией, системой управления, размерами, точностью обработки и др.

Стандартами установлены основные размеры, характеризующие станки каждого типа. Для токарных и круглошлифовальных станков это наибольший диаметр обрабатываемой заготовки, для фрезерных станков - длина и ширина стола, на который устанавливаются заго-

Товки или приспособления, для поперечно-строгальных станков - наибольший ход ползуна с резцом.

Группа однотипных станков, имеющих сходную компоновку, ки­нематику и конструкцию, но разные основные размеры, составляет размерный ряд. Так, по стандарту, для зубофрезерных станков общего назначения предусмотрено 12 типоразмеров с диаметром устанавлива­емого изделия от 80 мм до 12,5 м.

Конструкция станка каждого типоразмера, спроектированная для заданных условий обработки, называется моделью. Каждой модели присваивается свой шифр - номер, состоящий из нескольких цифр и букв. Первая цифра означает группу станка, вторая - его тип, третья цифра или третья и четвертая цифры отражают основной размер станка. Например, модель 16К20 означает: токарно-винторезный станок с наибольшим диаметром обрабатываемой заготовки 400 мм. Буква между второй и третьей цифрами означает определенную модерниза­цию основной базовой модели станка.

По степени универсальности различают следующие станки - уни­версальные, которые используют для изготовления деталей широкой номенклатуры с большой разницей в размерах. Такие станки приспо­соблены для различных технологических операций:

Специализированные, которые предназначены для изготовления однотипных деталей, например, корпусных деталей, ступенчатых валов сходных по форме, но различных по размеру;

Специальные, которые предназначены для изготовления одной определенной детали или детали одной формы с небольшой разницей в размерах.

По степени точности станки разделены на 5 классов: Н - станки нормальной точности, П - станки повышенной точности, В - станки высокой точности, А - станки особо высокой точности, С - особо точные или мастер-станки. В обозначение модели может входить буква, характеризующая точность станка: 16К20П - токарно-винторезный станок повышенной точности.

По степени автоматизации выделяют -автоматы и полуавто­маты. Автоматом называют такой ставок, в котором после наладки все движения, необходимые для выполнения цикла обработки, в том числе загрузка заготовок и выгрузка готовых деталей, осуществляется автоматически, т. е. выполняются механизмами станка без участия оператора.

Цикл работы полуавтомата выполняется также автоматически, за исключением загрузки-выгрузки, которые производит оператор, он же осуществляет пуск полуавтомата после загрузки каждой заготовки.

С целью комплексной автоматизации для крупносерийного и мас­сового производства создают автоматические линии и комплексы, объединяющие различные автоматы, а для мелкосерийного производ­ства - гибкие производственные модули (ГПМ).

Автоматизация мелкосерийного производства деталей достигается созданием станков с программным управлением (цикловым), в обоз­начение моделей вводится буква Ц (или числовым буква Ф). Цифра после буквы Ф обозначает особенность системы управления; Ф1 - станок с цифровой индикацией (с показом чисел, отражающих, на­пример, положение подвижного органа станка) и предварительным набором координат; Ф2 - станок с позиционной или прямоугольной системой; ФЗ - станок с контурной системой; Ф4 - станок с универ­сальной системой для позиционной и контурной обработки, например, модель 1Б732ФЭ - токарный станок с контурной системой ЧПУ.

По массе станки подразделяются на легкие - до 1 т, средние - до 10 т, тяжелые - свыше 10 т. Тяжелые станки делят на крупные - от 16 т до 30 т, собственно тяжелые - от 30 до 100 т, особо тяжелые - свыше 100 т.

Технико-экономические показатели станков. Для оценки качества станков пользуются системой технико-экономических показателей, наиболее важными из которых являются точность, производитель­ность, надежность, экономическая эффективность, безопасность и удобство обслуживания. Имеют также значение универсальность, сте­пень автоматизации, материалоемкость, габаритные размеры, патен­тоспособность и другие показатели.

Точность станка характеризуется его способностью обеспечить форму, размеры, взаимное расположение с допустимыми отклонени­ями, а также определенную шероховатость обработанных поверхностей изделия.

Производительность станка оценивают чаще всего числом деталей, которые можно изготовить в единицу времени при соблюдении требо­ваний к точности (штучная производительность). Помимо штучной производительности пользуются также понятием «производительность резания». Она измеряется в см3/мин. Штучная производительность зависит от производительности резания и затрат времени tx на холостые ходы и /в на вспомогательные операции, несовмещенные во времени с обработкой, например - на загрузку заготовок или выгрузку деталей. Если /р - время резания, то продолжительность цикла обработки одной детали Т= /р + /х + 4. Тогда Q = I/T= //(^ + tx + tb).

Повышение производительности станка достигается прежде всего увеличением скорости движения, глубины резания, числа одновремен­но работающих инструментов, автоматизацией цикла работы.

Надежность станка является его свойством сохранять при правиль­ной эксплуатации точность и производительность в заданных пределах, а также сохранять свои качества при правильном хранении и транс­портировке. Надежность станка характеризуется рядом показателей. Экономическая эффективность определяется сравнением приведен­ных затрат для нового и заменяемого станка. Приведенные затраты включают в себя себестоимость продукции, изготовляемой на станке, и единовременные капитальные вложения (стоимость оборудования, здания и др.). Экономическая эффективность зависит в первую очередь от производительности станка. Повышение точности станка выгодно, так как благодаря этому устраняется ручная доводка, повышается долговечность или улучшаются другие эксплуатационные качества изготовляемых деталей.

Общие сведения о металлорежущих станках

Тема 1. Классификация металлообрабатывающих станков

Металлорежущий станок - это технологическая машина, предназначенная для обработки материалов резанием с целью получения деталей заданной формы и размеров (с требуемыми точностью и качеством обработанной поверхности). На станках обрабатывают заготовки не только из металла, но и из других материалов, поэтому термин «металлорежущий станок» являет­ся условным.

Станки классифицируют по различным признакам, основ­ные из которых приведены ниже.

По виду выполняемых работ металлорежущие стан­ки (в соответствии с классификацией ЭНИМСа) распределены по девяти группам, каждая из которых подразделяется на девять типов, объединенных общими технологическими признаками и конструктивными особенностями (таблица 3.1).

Маркировка. Моделям станков, выпускаемых серийно, присваивают циф­ровое или цифробуквенное обозначение. Как правило, обозна­чение состоит из трех-четырех цифр и одной-двух букв.

Первая цифра - это номер группы, к которой относится ста­нок, вторая - номер типа станка, третья и четвертая характе­ризуют один из главных параметров станка или обрабатываемой на нем детали (например, высоту центров, диаметр прутка, раз­меры стола и т.п.). Буква после первой или второй цифры ука­зывает, что станок модернизирован, буква, стоящая после цифр, обозначает модификацию (видоизменение) базовой модели станка. Например, модель 7А36 означает: 7 - строгально-протяжная группа, 3 - поперечно-строгальный, 6 - максимальная длина обрабатываемой детали 600 мм, буква А указывает на модернизацию станка базовой модели 736.

Если буква стоит в конце обозначения модели, то она указывает на класс точности станка, например 16К20П - это станок повышенного класса точности; нормальный класс точности в наименовании модели не указывается

В моделях станков с ЧПУ последние два знака – буква Ф с цифрой (1 - станок с цифровой индикации предварительным набором координат; 2 - с позиционнойсистемой управления; 3-е контурной системой управления; 4 - с комбини­рованной системой управления для позиционной и контурной обработки). Например зубофрезерный полуавтомат с комбини­рованной системой ЧПУ - модель 53А20Ф4, вертикально-фре­зерный станок с крестовым столом и устройством цифровой индикации - модель 6560Ф1.

В конце обозначения модели станков с цикловыми система­ми управления ставят букву Ц, а с оперативной системой управ­ления - букву Т. Например: токарный многорезцово-копировальный полуавтомат с цикловым программным управлением - модель 1713Ц; токарный станок с оперативной системой управ­ления - модель К20Т1.

Наличие в станке инструментального магазина отображает­ся в обозначена модели буквой М; например, сверлильный станок с позицией системой программного управления по­вышенной точности инструментальным магазином - модель 2350ПМФ2.

По степени универсальности станки подразделя­ют на:

Универсальные,

Специализированные

Специальные.

П о степени точности обработки станки делят на пять классов.

- Н – Нормальной точности; к этому классу относится большинство универсальных станков;

- П – повышенной точности; станки данного класса изготовляют на базе станков нормальной точности, но требования к точности обработки деталей станка, качеству сборки и регулирования значительно выше;

- В – высокой точности, достигаемой благодаря использованию специально конструкции отдельных узлов, высоких требований к точности изготовления деталей, качеству сборки и регулирования станка в целом;

- А – особо высокой точности; для этих станков предъявляются ещё более жесткие требования, чем к станкам класса В;

- С - особо точные, или мастер-станки, на них изготовляют детали для станков классов В и А.

В зависимости от массы станки подразделяют на:

Легкие - массой до 1 т,

Средние - до 10 т

Тяжелые - свыше 10 т. В свою очередь тяжелые станки делят на крупные (до 30 т), соб­ственно тяжелые (до 100 т) и уникальные (свыше 100 т).

По степени автоматизации различают:

Станки с ручным управлением,

Полуавтоматы

Автоматы.

По расположению шпинделя станки делят на:

Гори­зонтальные,

Вертикальные

Наклонные.

По степени концентрации операций станки подразделяют на:

Однопозиционные;

Многопозиционные. .

Таблица 1. Классификация металлообрабатывающих

Движения в станках

При изготовлении деталей на станках инструмент или заго­товка могут выполнять следующие движения: главное, подачи, деления, обкатки, дифференциальное и вспомогательное.

Главное движение резания D r обеспечивает снятие стружки с заготовки с наибольшей скоростью в процессе резания. Глав­ное движение может быть вращательным и прямолинейным по­ступательным (рисунок 3.1). Это движение может совершать как заготовка, так и режущий инструмент.

Рисунок 1. Движения в станках

Движение подачи D s позволяет подвести под режущую кромку инструмента новые участки заготовки, тем самым обеспечить снятие стружки со всей обрабатываемой поверхности. Скорость подачи v s при лезвийной обработке задается в мм/мин.

Движения деления реализуют для осуществления необходи­мого углового (или линейного) перемещения заготовки относи­тельно инструмента. Делительное движение может быть непрерывным (в зубодолбежных, зубофрезерных, зубострогальных, затыловочных и других станках) и прерывистым (например, в делительных машинах при нарезании штрихов на линейке). Прерывистое движение осуществляется с помощью храпового колеса, мальтийского креста или делительной головки.

Движение обката - это согласованное движение режущего инструмента и заготовки, воспроизводящее при формообразо­вании зацепление определенной кинематической пары. Напри­мер, при зубодолблении долбяк и заготовка воспроизводят за­цепление двух зубчатых колес. Движение обката необходимо для формообразования в зубообрабатывающих станках: зубофре­зерных, зубострогальных, зубодолбежных, зубошлифовальных (при обработке цилиндрических и конических колес).

Дифференциальное движение добавляется к какому-либо движению заготовки или инструмента. Для этого в кинемати­ческую цепь вводятся суммирующие механизмы. Следует отме­тить, что суммировать можно только однородные движения: вращательное с вращательным, поступательное с поступатель­ным. Дифференциальные движения необходимы в зубофрезер­ных, зубострогальных зубошлифовальных, затыловочных и других станках.

Рассмотренные движения участвуют в формообразовании обрабатываемой детали. Однако на станке необходимо осуще­ствлять и другие движения: подвести режущий инструмент к заготовке, отвести его после окончания обработки, зажать заго­товку, снять ее, установить новую, переключить скорость или подачу, выключить станок. Такие движения называются вспо­могательными, они подготавливают процесс резания, но сами в нем не участвуют.

Вспомогательные движения осуществляются вручную или в автоматическом цикле. Автоматизация вспомогательных движе­ний повышает производительность труда.

Контрольные вопросы

1. По каким признакам классифицируются металлорежущие станки?

2. Как формируется шифр модели станков серийного выпуска? Приведите примеры.

3. Какие классы точности станков вы знаете?

4. Что называется главным движением? Приведите примеры стан­ков, у которых главное движение прямолинейное.

5. Какие движения относятся к основным?

6. Как по обозначению модели отличить станок с ручным управле­нием от станка, имеющего программное управление?

7. Назовите вспомогательные движения, которые могут осуществляться на токарном станке.

Тема 2. Базовые детали станков

Несущие или базовые детали станков предназначены для создания требуемого пространственного размещения узлов, несущих инструмент или обрабатываемую заготовку, и обеспечивают точность и их взаимного расположения под нагрузкой. Совокупность базовых деталей между инструментом и заготовкой образуют несущую систему станка.

Базовые детали должны иметь:

Высокую первоначальную точность изготовления всех ответственных поверхностей для обеспечения требуемой геометрической точности станка;

Высокие демпфирующие свойства, то есть способность гасить колебания между инструментом и заготовкой от действия различных источников вибрации;

Высокую жесткость определяемую конкретными деформациями подвижных и неподвижных стыков, местными деформациями и деформациями самих базовых деталей;

Долговечность, которая выражается в стабильности формы базовых деталей и способность направляющих сохранять первоначальную точность в течение заданного скора эксплуатации.

Кроме того базовые детали должны иметь малые температурные деформации, из-за которых могу происходить относительные смещения заготовки и инструментов.

Станины и направляющие станин

Станина. Станина служит для монтажа деталей и узлов станка, отно­сительно нее ориентируются и перемещаются подвижные дета­ли и узлы. Станина, как и другие элементы несущей системы, должна обеспечивать в течение срока службы станка возмож­ность обработки заготовок с заданными режимами и точностью. Это достигается правильным выбором конструкции, материала станины и технологии ее изготовления для обеспечения необ­ходимой жесткости, виброустойчивости и износостойкости на­правляющих.

Станины делят на горизонтальные и вертикальные (стойки).

Основным материалом для изготовления служат чугун - для литых станин, сталь - для сварных

Рисунок 2 - Сечения горизонтальных (а) и вертикальных (5) станин

Направляющие.

Требуемое взаимное расположение узлов станка и возможность относительного перемещения инструмен­та и заготовки обеспечивают направляющие.

По назначению и конструктивному исполнению направляю­щие можно классифицировать по следующим признакам:

По виду движения: направляющие главного движения (на­пример, стол-станина продольно-строгального станка); направляющие движения подачи; направляющие перестановки сопря­женных и вспомогательных деталей и узлов, неподвижных в процессе обработки;

По траектории движения: направляющие прямолинейного и кругового движения;

По направлению траектории перемещения узла в простран­стве: горизонтальные, вертикальные и наклонные;

По геометрической форме: призматические, плоские, ци­линдрические, конические (только для кругового движения) и их сочетания.

Рисунок 3 - Регулировочные элементы с продольным (а) и поперечным (б) клином, с поджимной (в) и накладной пригоняемой (г) планкой

Наибольшее распространение в станках получили направля­ющие скольжения и качения. Направляющие скольжения (рисунок 4) обычно изготовляют из серого чугуна. Чугун используется в тех случаях, когда направляющие выполняются как одно целое со станиной или под­вижным узлом.

Рисунок 4 - Основные формы поперечных сечений направляющих сколь­жения:

а - плоская; б - призматическая; в - в форме ласточкина хвоста; г - ци­линдрическая

По виду трения скольжения различают следующие направля­ющие:

Гидростатические (рисунок 5) - направляющие главного дви­жения и подачи; в этих направляющих смазочный слой созда­ется подачей масла под высоким давлением в специальные кар­маны необходимых размеров;

Со смешанной смазкой - большинство направляющих дви­жения подачи;

С граничной смазкой - направляющие подачи, работающие при очень малых скоростях скольжения;

С воздушной смазкой - аэростатические.

Подача масла в карманы

Рисунок.5 - Схема гидростатических направляющих

В станках широко применяют направляющие качения с ис­пользованием в них шариков и роликов как промежуточных тел качения. Достоинством направляющих качения является малое трение, не зависящее от скорости движения. Направля­ющие качения обеспечивают высокую точность перемещений, равномерность медленных движений, они более долговечны, чем направляющие скольжения. Подобно направляющим скольжения направляющие качения могут быть замкнутыми и незамкнутыми.

Защитные устройства для направляющих обеспечивают их надежную работу и предохраняют рабочие поверхности от по­падания пыли, стружки и грязи. Щитки, прикрепленные к перемещаемому узлу станка (рисунок 6, а) или, реже, к станине, используют при малых перемеще­ниях подвижного узла. Телескопические щитки, состоящие из нескольких подвижных стальных щитков (рисунок 6, б) с уплотнения­ми в подвижных соединениях, применяют в средних и тяжелых станках при значительной длине хода. Стальные ленты (рисунок.6. в - д) используют на различных станках с большой длиной хода подвижного узла. Гармоникообразные меха («гармошки») (рисунок 6, е), изготовленные из различ ных материалов, в том числе полимерных, обеспечивают высо­кую герметичность, применяются на шлифовальных и других станках.

Рисунок 6 - Защитные устройства для направляющих:

а - щитки; б - телескопические шитки; в , г, д - ленты; е - гармоникообразные меха

Шпиндель и его опоры

Шпиндель – это вал металлорежущего станка передающий вращение закреплённому в нём инструменту или обрабатываемой заготовке .

Конструктивная форма шпинделя зависит от способа крепления на нём зажимных приспособления или инструмента, посадок элементов привода и типов применяемых опор. Шпиндели изготавливают пустотелыми для прохода прутка, а так же для уменьшения его массы.

В качестве опор шпинделей станков применяют подшипники качения и скольжения. Так как от шпинделей требуется высокая точность, то подшипники качения должны быть высоких классов точности. В передней опоре применяют более точные подшипники, чем в задней. Шпиндели и подшипники должны быть надежно защищены от загрязнения и высекания смазочного материала, с этой целью используют различные уплотнения.

Контрольные вопросы

1. Станина - это?

2. Классификация направляющих.

3. Дайте определение шпинделю.

Тема 3. Передачи применяемые в станках

Передачи вращательного движения.

Для изменения часто­ты вращения от ведущего звена к ведомому применяют ремен­ные, зубчатые и червячные передачи. Отношение частоты вра­щения ведомого п вд к частоте вращения ведущего п вщ звена на­зывается передаточным отношением.

Ременная передача применяется для передачи вращательного движения между удаленными друг от друга вала­ми. (рисунок 3.7, а)

Рисунок 7 - Передачи вращательного движения

Цепная передача , как и ременная, применяет­ся для передачи вращения между валами, удаленными друг от друга. Эти передачи используются в металлорежущих станках и транспортерах. (рисунок 7, б)

Зубчатая передача - механизм, который с помощью зубчатого зацепления передает и преобразует движение (без проскальзывания) с изменением угловых скоростей и моментов. (рисунок 7, в)

Червячная передача состоит из червяка и червячного колеса. Передаточные отношения червячной передачи рассчитываются по формуле i = z ч /z ч.к , где z ч – число заходов червяка; z ч.к - число зубьев червячного колеса. (рисунок 7, г)

Преимуществами червячной передачи являются компакт­ность, бесшумность, плавность хода, возможность большого ре­дуцирования, к недостаткам передач относится малый КПД.

Передачи поступательного движения.

Эти передачи слу­жат для преобразования вращательного движения в прямоли­нейное поступательное рабочего органа. В станках применяют реечные передачи, винтовые пары (скольжения и качения), ку­лисные, кулачковые механизмы и др.

Реечная передача служит для преобразования вращательно­го движения реечного-колеса в поступательное пе­ремещение рейки и наоборот. Реечная передача может быть выполнена с прямозубым и косозубым зацеплением колеса с рейкой.

Реечные передачи используют в металлорежущих станках, например в токарных, для осуществления движения продольной подачи суппорта с резцом относительно обрабатываемой заго­товки.

Винтовая передана применяется в тех случаях, когда нужно получить движение с малыми скоростями. Вращение сообщает­ся винту; гайка и связанные с нею стол или салазки перемеща­ются прямолинейно-поступательно.

Кривошипно-кулисные механизмы (сокращённо – кулисные механизмы) с возвращающейся кулисой применяются в долбёжных станках, а с касающейся кулисой – в поперечно-строгальных станках. Кулисные механизмы обеспечивают большую скорость при обратном холостом ходе и плавность движения.

Механизмы периодических движений.

Для некоторых стан­ков требуется периодически изменять положение его элементов или отдельных узлов. С этой целью используют храповые и мальтийские механизмы, неполные зубчатые колеса, кулачко­вые механизмы и механизмы с муфтами обгона, электро-, пневмо- и гидромеханизмы.

Храповые механизмы наиболее часто применяются в меха­низмах подачи станков, в которых перемещение заготовки, ре­жущего (резца, шлифовального круга) или вспомогательного (алмаз для правки шлифовального круга) инструмента произво­дится во время перебеге или обратного хода (в строгальных, Долбежных, шлифовальных станках, делительных машинах).

В большинстве случаев храповые механизмы используют для прямолинейного перемещения узлов станка. Собачка периоди­чески поворачивает на определенный угол храповое колесо с на­ружными и внутренними зубьями, кинематически связанное с ходовым винтом перемещения стола, суппорта и др. С помощью Храповых механизмов осуществляют также и круговые периоди­ческие перемещения.

Мальтийские механизмы применяют преимущественно в делительных устройствах с постоянным углом периодического поворота, например для поворота револьверных головок, шпин­дельных блоков и столов токарных автоматов, многопозицион­ных столов и т.п.

Рисунок 8 - Храповые механизмы с несимметричным (а), симметричным (б) профилем зуба и плоский мальтийский махнизм (в):

1 – храповое колесо, 2 – собачка, 3 – рычаг, 4 – кривопошипно-шатунный механизм, 5 – кривошипный диск, 6 – палец, 7 – винт, 8 – штифт, 9 – щиток, 10 – мальтийский крест, 11 – ролик, 12 – кривошип, α- угол, определяющий положение пазов мальтийского креста, ß – угол между осями кривошип и мальтийского креста.

Контрольные вопросы

1. Какие передачи в станках преобразуют вращательное в поступа­тельное движение узла?

2. Назовите механизмы периодических движений. В каких станках они применяются?

Тема 4. Коробки скоростей

Коробки скоростей структурно входят в привод ступенчато­го регулирования главного движения станка .

Коробки скоростей обеспечивают:

Большой диапазон D регулирования скоростей на выходе: D = п max /п min . Здесь п max и п min соответственно максимальная и минимальная частота вращения (мин 1) шпинделя, при прямо­линейном главном движении - максимальное и минимальное число двойных ходов в минуту ползуна или стола;

Отсутствие проскальзывания (постоянное передаточное от­ношение);

Передачу постоянной мощности;

Достаточно большое число различных скоростей на выходе при относительно небольших размерах самих коробок скоростей;

Передачу больших крутящих моментов;

Высокий КПД.

Коробки скоростей компактны, просты в обслуживании и надежны в работе.

Рисунок 9 - Двухваловые передачи коробок скоростей с передвижным блоком зубчатых колёс (а) и с муфтой (б):

I – ведущий вал, II – ведомый вал, 1 – муфта

По способу переключения скоростей коробки скоростей бывают:

- со сменными зубчатыми колесами , которые применяют чаще всего в специализированных станках, автоматах и полуав­томатах при сравнительно редкой настройке привода главного движения. Они имеют малые габаритные размеры, исключают возможность аварийного включения передач. Вместе с тем уве­личивается время на смену колес, когда необходимо изменить величину скорости;

- с передвижными блоками зубчатых колес и муфтами , по­лучившие широкое распространение преимущественно в универсальных станках с ручным управлением. В станках с ЧПУ применяют зубчатые передачи, переключаемые автоматически с помощью индивидуальных электромеханических (реже гидравлических) приводов.

По компоновке различают коробки скоростей с нераз­деленным и разделенным приводом. В первом случае коробка скоростей расположена в шпиндельной бабке, а во втором - вынесена за ее пределы.

Тема 5. Муфты и тормозные устройства

Муфты.

Для соединения двух соосных валов в станках при­меняют муфты различных типов.

Нерасцепляемые муфты служат для жесткого соединения валов. Например, соединения с помощью втулки , через упругие элементы или через промежуточный элемент, имеющий на торцовых плоскостях два взаимно пер­пендикулярных выступа и позволяющий компен­сировать несоосность соединяемых валов.

Сцепляемые муфты применяются для периодического соеди­нения валов. В станках используют сцепляемые кулачковые муф­ты в виде дисков с торцовыми зубьями-кулачками и зубчатые муфты. Недостаток сцепляемых муфт - трудность включения при большой разнице в угловых скоростях ведущего и ведомого элементов.

Фрикционные муфты лишены указанного недостатка сцепляе­мых муфт, их можно включать при любых скоростях вращения ведущего и ведомого элементов. Возможность проскальзывания ведомого элемента при перегрузках предотвращает аварии ме­ханизмов станка. Фрикционные муфты бывают конусные и дис­ковые. В приводах главного движения и подачи широко приме­няют многодисковые муфты, передающие значительные крутя­щие моменты при сравнительно небольших габаритах.

Рисунок 10 - Муфты для соединения валов:

а – жесткая типа втулки; б – с упругими элементами; в – крестово-продвижная; г – кулачковая; д – многодисковая с механическим приводом; е – электромагнитная; 1 – шайба: 2 – диск; 3- шарик; 4,5,8,12 – втулки; 6 – гайка; - 7 – пружина: 9 – катушка; 10 – диски; 11 – якорь

Предохранительные муфты , соединяющие два вала при нормальных условиях работы, разрывают кинематическую цепь при превышении нагрузки. Это происходит при разрушении специального элемента, при проскальзывании сопрягаемых или трущихся частей (например, дисков) и расцеплении кулачков двух сопрягаемых частей муфты. Разрушаемым элементом обычно является штифт, площадь сечения которого рассчиты­вают в соответствии с заданным крутящим моментом.

Муфты обгона предназначены для передачи крутящего мо­мента при вращении звеньев кинематической цепи в заданном направлении и для их разъединения при вращении в обратном направлении, а также для передачи валу различных по частоте вращений, например медленного (рабочего) и быстрого (вспо­могательного). Муфта обгона позволяет передавать дополни­тельное (быстрое) вращение без выключения основной цепи.

Тормозные устройства.

Для остановки или замедления дви­жения подвижных узлов или отдельных элементов станков ис­пользуют тормозные устройства . Торможение может осуществ­ляться механическими, электрическими, гидравлическими, пневматическими или комбинированными средствами. В станках, не имеющих гидро- или пневмопривода, применяют меха­ническое или электрическое торможение. Основные виды ме­ханических тормозов: ленточные , колодочные и многодисковые.

Многодисковый тормоз представляет собой обычную мно­годисковую муфту, корпус которой жестко закреплен на непо­движной части станка. Привод тормозов на универсальных станках обычно ручной. На автоматизированных станках при­вод тормозов управляется дистанционно по программе.

Тормоза устанавливают на быстроходных валах коробок ско­ростей. При необходимости их блокируют с пусковыми муфтами.

Контрольные вопросы:

1. Для чего предназначены коробки скоростей?

2. По способу переключения скоростей коробки скоростей бывают?

3.Опишите классификацию муфт.

4. Назначение тормозных устройств.

5. Основные виды ме­ханических тормозов?

Тема 6. Коробки передач

Коробки передач в металлорежущих станках предназначены для изменения величины и направления подачи переключением зуб­чатых передач.

Конусный набор с накидным зубчатым колесом применяют в приводах подач токарно-винторезных станков с ручным управлением. Число зубчатых колес в данном наборе достигает десяти, переключение производится рукояткой 1 , перемещающей накидное колесо 2. Преимущество этой переда­чи - малая металлоемкость (число зубчатых колес на два боль­ше числа передач). Однако из-за наличия накидного зубчатого колеса конусный набор не может быть использован в станках, передающих большие мощности, так как механизм имеет низ­кую жесткость. Другим недостатком является невозможность применения этой передачи в цепях, где реверсируется движение ведущего вала, так как движение с конуса на накидное зубчатое колесо (или наоборот) может передаваться только в направле­нии, указанном на рисунке.

Конусный набор с вытяжной шпонкой - ком­пактный механизм, реализующий до 10 различных передаточ­ных отношений. Управление переключением всех передач пары конусов осуществляется одной рукояткой, связанной с вытяж­ной шпонкой 3. К недостаткам этого механизма относятся: не­возможность передачи больших крутящих моментов вследствие недостаточной жесткости полого вала, в котором перемещается тяга с вытяжной шпонкой; неудовлетворительное базирование узких зубчатых колес; повышенный износ зубчатых колес (все постоянно находятся в зацеплении) и вытяжной шпонки; низ­кий КПД.

Рисунок 11 - Схемы механизмов коро­бок подач:

а - конусный набор с накидным зуб­чатым колесом; 6 - конусный набор с вытяжной шпонкой; в - конический дифференциал: г - планетарный меха­низм; д - однопарная гитара; 1 - ру­коятка; 2 - накидное зубчатое колесо; 3 - вытяжная шпонка; 4 - Т-образный вал; 5- поволок. 6 - крышка гитары; 7. 8- сменные зубчатые колеса

Гитара - это звено настройки кинематической цепи с помощью сменных зубчатых колес; применяется в различных ки­нематических цепях: коробок скоростей, подач, обкатки в диф­ференциальных цепях станков различных типов, особенно в серийном и массовом производствах. В большинстве случаев для получения заданных передаточных отношений применяют либо двухпарную гитару (две пары сменных зубчатых колес), либо однопарную (рисунок 3.11, д); трехпарные гитары используют­ся крайне редко, когда необходимы малые передаточные отно­шения или требуется высокая точность их настройки. Однопарные гитары не дают высокой точности подбора заданного пере­даточного отношения, так как обычно в наборе очень мало смен­ных колес (8... 10 шт.) и, кроме того, конструкция гитары такова, что расстояние между осями сменных колес В = const. При под­боре двух сменных зубчатых колес z 1 и z 2 необходимо удовлет­ворять условию их сцепляемости

В = m(z, + z 2 )/2, (1)

где т - модуль зубчатых колес.

Коробки передач с бесступенчатым регулированием не обеспе­чивают точных передаточных отношений, поэтому их применяют лишь в тех случаях, когда подачи определяются режимами резания.

ГЛАВА 1. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ И ДВИЖЕНИЙ В НИХ

§ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ СТАНКОВ

Металлорежущим станком называется машина, предназначенная для обработки заготовки определенной формы в соответствии с рабочим чертежом детали путем снятия стружки. Металлорежущие станки классифицируют по различным признакам.

По степени специализации различают станки:

1) универсальные, применяемые для выполнения различных операций на заготовках широкой номенклатуры;

2) специализированные, обрабатывающие однотипные заготовки, сходные по конфигурации, но имеющие различные размеры;

3) специальные, применяемые для обработки заготовок одного типоразмера. Специализированные и специальные станки используют в крупносерийном и массовом производстве, а универсальные, как правило, - в единичном и мелкосерийном.

По степени точности (ГОСТ 8-82 Е) станки разделены на классы; нормальной точности (класс Н), повышенной (класс П), высокой (класс В), особо высокой точности (класс А), а также особо точные или мастер-станки (класс С). Станки класса П строят с повышенными требованиями к точности изготовления и сборки. Точность станков классов В, А, С достигается за счет особенностей конструкции, высокой точности изготовления и специальных условий сборки и эксплуатации в помещениях с нормальной температурой и влажностью.

По массе станки делят на легкие - массой до 1 т, средние - до 10 т и тяжелые - свыше 10 т. Тяжелые станки, в свою очередь, подразделяют на крупные - от 10 до 30 т, собственно тяжелые - от 30 до 100 т, особо тяжелые - массой более 100 т.

По виду выполняемых работ и применяемых режущих инструментов все серийно выпускаемые станки делят на девять групп, каждая группа разделена на девять типов станков. Классификационная таблица (табл. 1) разработана ЭНИМС.

1. Классификация станков

Продолжение табл. 1.

Обозначение модели серийно выпускаемых станков состоит из сочетания трех или четырех цифр, иногда с добавлением букв. Первая цифра обозначает номер группы по классификационной таблице, вторая цифра указывает тип станка. Третья, а иногда и четвертая цифры характеризуют основные параметры станка, различные для станков разных групп. Так, для фрезерных станков - это типоразмер стола, для поперечно-строгальных и долбежных - максимальный ход ползуна и т. д. Буква, если она находится между цифрами, указывает на модернизацию базовой модели станка. Буква после цифр обозначает модификацию или класс точности станка.

Например, вертикально-сверлильный станок модели 2Н150: здесь 2 - сверлильный, Н - модернизация, 1- вертикальный, 50 - наибольший условный диаметр сверления.

В моделях станков с программным управлением для обозначения степени автоматизации добавляется буква Ф с цифрой: Ф1 - станки с цифровой индикацией и преднабором координат, Ф2 - станки с позиционными и прямоугольными системами числового программного управления (ЧПУ); Ф3 - станки с контурными системами ЧПУ и Ф4 - станки с универсальной системой ЧПУ для позиционной и контурной обработки. Например, станок 6Р11Ф3 - вертикально-фрезерный консольный с контурной системой ЧПУ с первым типоразмером стола. Для станков с цикловыми системами программного управления введен индекс Ц, с оперативными системами - индекс Т (например, 16К20Т1).