Классификация, свойства и узлы металлообрабатывающих станков

Размещено на http://www.allbest.ru/

17

Размещено на http://www.allbest.ru/

Металлообрабатывающий станок - машина для размерной обработки заготовок в основном путём снятия стружки. Кроме металлических заготовок на станках обрабатывают так же детали из других материалов. К станкам относят и технологическое оборудование, использующее для обработки электрофизические и электрохимические методы, сфокусированный электронный или лазерный луч, поверхностное пластическое деформирование и некоторые другие виды обработки.

Помимо основной рабочей операции, связанной с изменением формы и размеров заготовки, на станке необходимо осуществлять и вспомогательные операции для смены заготовок, их зажима, измерения, операции по смене режущего инструмента, контроля его состояния и состояния всего станка.

Собственно станок подразделяется на несколько важнейших частей, обычно называемых узлами.

Главный привод (1) станка сообщает движение инструменту или заготовке для осуществления процесса резания с соответствующей скоростью. У подавляющего большинства станков главный привод сообщает вращательное движение шпинделю, в котором закреплён режущий инструмент или заготовка.

Привод подачи (3) необходим для перемещения инструмента относительно заготовки (или наоборот) для формирования обрабатываемой поверхности. У подавляющего большинства станков привод подачи сообщает узлу станка прямолинейное движение. Сочетанием нескольких прямолинейных, а иногда и вращательных движений можно реализовать любую пространственную траекторию.

Привод позиционирования необходим во многих станках для перемещения того или иного узла станка из некоторой исходной позиции в другую заданную позицию, например, при последовательной обработке нескольких отверстий или нескольких параллельных плоскостей на одной и той же заготовке. Во многих современных станках с числовым программным управлением (ЧПУ) функции приводов подачи и позиционирования выполняет один общий привод.

Несущая система (2) станка состоит из последовательного набора соединённых между собой базовых деталей. Соединения могут быть неподвижными (стыки) или подвижными (направляющие). Несущая система обеспечивает правильность взаимного расположения режущего инструмента и заготовок под воздействием силовых и температурных факторов.

Манипулирующие устройства необходимы для автоматизации различных вспомогательных движений в станке, для смены заготовок, их зажима, перемещения или поворота, смены режущих инструментов, удаления стружки и т.п. Современный многооперационный станок имеет набор манипуляторов транспортёров, поворотных устройств, а в некоторых случаях обслуживается универсальным манипулятором с программным управлением (промышленным роботом).

Контрольные и измерительные устройства необходимы в станке для автоматизации и наблюдения за правильностью его работы. С помощью них контролируют состояние наиболее ответственных частей станка, работоспособность режущего инструмента, измеряют заготовки и изделие. При достаточно высоком уровне автоматизации результаты контроля измерения поступают в управляющее устройство, а оттуда в виде управляющих сигналов корректируют положение узлов станка.

Устройство управления может быть с ручным обслуживанием оператором, с механической системой управления или с ЧПУ. В настоящее время происходит широкое внедрение микропроцессорных устройств ЧПУ для управления всеми видами станочного оборудования.

В зависимости от целевого назначения станка для обработки тех или иных деталей или их поверхностей, выполнения соответствующих технологических операций и режущего инструмента, станки разделяют на следующие основные группы: токарные, сверлильные, расточные, фрезерные, шлифовальные и т. д. (табл. 1). В обозначении конкретных моделей станков первая цифра указывает на группу станка, вторая - на тип, а последние цифры характеризуют размер рабочего пространства, т.е. предельно допустимые размеры обработки.

Таким образом, обозначение токарно-винторезного станка модели 16К20П следует расшифровать так: токарно-винторезный станок (первые две цифры) с высотой центров (половина наибольшего диаметра обработки) 200 мм, повышенной точности (П) и очередной модификации (К).

Универсальные станки, иначе называемые станками общего назначения, предназначены для изготовления широкой номенклатуры деталей, обрабатываемых небольшими партиями в условиях мелкосерийного и серийного производства. Универсальные станки с ручным управлением требуют от оператора подготовки и частичной или полной реализации программы, а также выполнения функции манипулирования (смена заготовки и инструмента), контроль и измерение.

Специализированные станки предназначены для обработки заготовок сравнительно узкой номенклатуры. Примером могут служить токарные станки для обработки коленчатых валов или шлифовальные станки для обработки колец шарикоподшипников. Специализированные станки имеют высокую степень автоматизации, и их используют в крупносерийном производстве при больших партиях, требующих редкой переналадки.

Специальные станки используют для производительной обработки одной или нескольких почти одинаковых деталей в условиях крупносерийного и особенно массового производства. Специальные станки имеют, как правило, высокую степень автоматизации.

Автоматическая линия образуется из набора станков-автоматов, расположенных последовательно в соответствии с ходом технологического процесса и связанных общим транспортом и общим управлением. Переналаживаемая автоматическая линия может в режиме автоматической переналадки переходить от обработки одной детали к обработке другой похожей на неё детали.

Гибкие производственные модули (ГПМ) представляют собой автоматизированную универсальную технологическую ячейку, основой которой является станок с полным набором манипуляторов, контрольных и измерительных устройств обеспечивающих работу по безлюдной технологии в течение не менее двух смен.

Станки наиболее распространённых технологических групп образуют размерные ряды, в которых за каждым станком закреплён вполне определённый диапазон размеров обрабатываемых деталей. Например, в группе токарных станков возможности станка характеризуются цилиндрическим рабочим пространством (рис. 1, а), а для фрезерных, расточных (многооперационных станков) - прямоугольным рабочим пространством.

В зависимости от массы станка, которая связана с размерами обрабатываемых деталей и его типом, принято разделять станки (токарные, расточные, шлифовальные) на лёгкие (до 1 т), средние (1-10 т), тяжёлые (более 10 т). Станки также условно разделяют на классы точности - нормальной (Н), повышенной (П), высокой (В), особо высокой (А) и особо точные станки или мастер-станки (С). Класс точности обозначают соответственно буквами Н, П, В, А, С.

Технико-экономические показатели и критерии работоспособности станков.

Для сравнительной оценки технического уровня станков и комплектов станочного оборудования, а также для выбора станков в соответствии с решением конкретной производственной задачи используют набор показателей, характеризующих качество, как отдельных станков, так и набора станочного оборудования. Этих показателей - 5 и они рассмотрены ниже.

Эффективность - комплексный (интегральный) показатель, который наиболее полно отражает главное назначение станочного оборудования - повышать производительность труда и соответственно снижать затраты труда при обработке деталей. Эффективность станков,

А=N/C, шт./руб.,

где N - годовой выпуск деталей; С - сумма годовых затрат на их изготовление.

При проектировании станочного оборудования всегда следует стремиться к максимальной эффективности, а показатель А при этом следует рассматривать как условную функцию

А=N/C max.

Распространенным критерием оценки новой техники является срок окупаемости дополнительных капиталовложений, который определяется по формуле

где К₁, К₂ - капиталовложения соответственно по новому и базовому вариантам производства; С₁, С₂ - текущие затраты по двум вариантам производства.

Величина обратная сроку окупаемости, коэффициент эффективности дополнительных капиталовложений, определяется так

Показателем сравнительной экономической эффективности является также минимум производственных затрат. Приведенные затраты по i-ому варианту

где С_i - годовые текущие затраты; К_i - капиталовложения по i-ому варианту;Е_Н - нормативный коэффициент эффективности капиталовложений.

Производительность станка определяет его способность обеспечивать обработку определенного числа деталей в единицу времени.

Штучная производительность (шт./год) выражается числом деталей, изготовленных в единицу времени, при непрерывной безотказной работе

шт./год,

где Т₀ - годовой фонд времени; Т - полное время цикла изготовления детали.

При изготовлении на универсальном станке разных деталей его штучную производительность определяют по условной, так называемой представленной детали, форму и размеры которой берут усредненными по всему рассматриваемому множеству деталей. Все исходные параметры представленной детали (масса, размеры, допуски и т. д.) определяют для всей группы (семейства) рассматриваемых деталей, как средневзвешенные величины

где х - величина данного параметра внутри каждого интервала;

_сх - частость по интервалам изменения величины х;

_с - общая частость (весомость) деталей рассматриваемой группы.

Производительность определяют по среднему значению времени цикла обработки, которое без учета потерь выражается как

где t_P - время обработки резанием;

t_B - время на все виды вспомогательных операций, не совмещаемых по времени с обработкой.

Штучная производительность связана с годовым выпуском деталей коэффициентом использования , учитывающим потери годового фонда времени

Причины потери годового фонда времени приведены на рис.Станки общего назначения

Станки с ЧПУ

Все виды внецикловых потерь сокращаются при комплексной автоматизации и совершенствовании системы управления.

Надежность - свойство изделия сохранять свою работоспособность в течение требуемого промежутка времени - это обобщенное свойство, включающее понятия безотказности и долговечности.

Надежность станка - свойство станка обеспечивать бесперебойный выпуск годной продукции в заданном количестве в течение определенного срока службы и в условиях применения технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Безотказность станка - свойство станка непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени. Безотказность может быть оценена по следующим показателям:

Вероятность отказа определяется по результатам испытаний N₀ элементов, из которых отказали

N_OT=N_O-N_И,

а N_И - оказались исправными

Вероятность безотказной работы

Интенсивность отказов - условная плотность вероятности возникновения отказа в единицу времени

Вероятность безотказной работы может быть представлена в зависимости от интенсивности отказов, отсюда следует

Долговечность станка - свойство станка сохранять работоспособность в течение некоторого времени с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта до наступления предельного состояния. Изнашивание подвижных соединений в станке является важнейшей причиной ограничений долговечности по критерию сохранения первичной точности.

Ремонтопригодность - свойство, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Технический ресурс - наработка от начала эксплуатации или ее возобновления после среднего и капитального ремонта до перехода в предельное состояние.

Технологическая надежность станков и станочных систем, как свойство сохранять во времени первоначальную точность оборудования и соответствующее качество обработки, имеет важное значение в условиях длительной и интенсивной эксплуатации.

Диагностирование является эффективным средством повышения надежности станков и станочных систем, при этом осуществляется направленный сбор текущей информации о состоянии станка и его важнейших узлов.

Гибкость станочного оборудования это способность к быстрому переналаживанию при изготовлении других, новых деталей. Чем чаще происходит смена обрабатываемых деталей и чем большее число разных деталей требует обработки, тем большей гибкостью должен обладать станок или соответствующий набор станочного оборудования.

Гибкость характеризуется двумя показателями - универсальностью и переналаживаемостью.

Универсальность определяется числом разных деталей, подлежащих обработке на данном станке, т. е. номенклатурой U обрабатываемых деталей. При этом следует иметь в виду, что отношение годового выпуска N к номенклатуре U определяет серийность изготовления S=N/U.

Целесообразная гибкость оборудования связана с номенклатурой обрабатываемых деталей, см. рис.

Переналаживаемость определяется потерями времени и средств на переналадку станочного оборудования, при переходе от одной партии заготовок к другой партии. Таким образом, переналаживаемость зависит от числа Р партий деталей, обрабатываемых на данном оборудовании в течение года. При этом средний размер партии P=N/P связан с характером производства и с переналаживаемостью оборудования.

Применение средств вычислительной техники для управления станками, оснащение их манипуляторами и устройствами ЧПУ позволили существенно повысить гибкость оборудования при высокой степени автоматизации.

Точность станка в основном предопределяет точность обработанных на нем изделий. По характеру и источникам возникновения все ошибки станка, влияющие на погрешность обработанной детали, условно разделяют на несколько групп.

Геометрическая точность зависит от ошибки соединений и влияет на точность взаимного расположения узлов станка при отсутствии внешних воздействий. Она зависит главным образом от точности изготовления соединений базовых деталей и от качества сборки станка.

Кинематическая точность необходима для станков, в которых сложные движения требуют согласования скоростей нескольких простых. Нарушение согласованных движений нарушает правильность заданной траектории движения инструмента относительно заготовки и искажает тем самым форму обрабатываемой поверхности.

Жесткость станков характеризует их свойство противостоять появлению упругих перемещений под действием постоянных или медленно изменяющихся во времени силовых воздействий. Жесткость - отношение силы к соответствующей упругой деформации в том же направлении j=F/. Величину обратную жесткости называют податливостью с = 1/j = /F.

Жесткость большинства соединений, таких как неподвижные стыки, направляющие, подшипники качения и скольжения, не является постоянной величиной вследствие отсутствия прямой пропорциональности между силой и упругим перемещением.

Жесткость станков при большом числе упругих деталей и соединений между ними обычно близка к постоянному значению. Жесткость же отдельных соединений, предварительно не затянутых и имеющих зазоры, существенно не линейна и зависит от характера приложения силы.

Для повышения общей жесткости станка целесообразно выявлять элементы с пониженной жесткостью и затем принимать меры к ее повышению до уровня жесткости других последовательно нагруженных упругих звеньев.

Виброустойчивость станка определяет его способность противодействовать возникновению колебаний, снижающих точность и производительность станка. Особую опасность при вынужденных колебаниях представляют резонансные колебания, возникающие при совпадении частоты внешних воздействий с частотой собственных колебаний одного из упругих звеньев станка. Основные пути повышения виброустойчивости станков: устранение источников периодических возмущений; подбор параметров упругой системы для обеспечения устойчивости; повышение демпфирующих свойств; применение систем автоматизированного управления уровнем колебаний.

Теплостойкость станка характеризует его сопротивляемость возникновению недопустимых температурных деформаций при действии тех или иных источников теплоты. К основным источникам теплоты относятся процесс резания, двигатели, подвижные соединения, особенно при значительных скоростях относительного движения.

Точность позиционирования характеризуется ошибкой вывода узла станка в заданную позицию по одной или нескольким координатам. На точность позиционирования влияет большое число системных и случайных погрешностей.

1В62Г - токарно-винторезный станок с высотой центров 620мм упрощенной модификации.

1В365 - токарно-винторезный револьверный с высотой центров 650 мм.

3Д756 - станок плоскошлифовальный с выдвижным круглым магнитным столом и вертикальным шпинделем.

6М610Ф3 - станок продольно-фрезерный расточной двухстоечный

Базовые детали металлорежущих станков служат для создания требуемого пространственного размещения узлов, несущих инструмент и обрабатываемую деталь, и обеспечивают точность, взаимного расположения под нагрузкой. Совокупность базовых деталей между инструментом и заготовкой образует несущую систему станка. К базовым деталям относят станины, основания, колонны, стойки, поперечины, ползуны, траверсы, столы, каретки, суппорты, планшайбы, корпуса шпиндельных бабок и т. п. (рис. 1.1).

Рис.1.1. Базовые детали фрезерно-расточного станка

По форме они условно могут быть разделены на три группы: брусья -- детали, у которых один габаритный размер больше двух других; пластины, у которых один размер значительно меньше двух Других; коробки -- габаритные размеры одного порядка.

Направляющие обеспечивают правильность траектории движения заготовки и (или) инструмента и точность перестановки узлов. Во многих случаях направляющие выполняют как одно целое с базовыми деталями. Базовые детали и направляющие должны иметь:

-первоначальную точность изготовления всех ответственных поверхностей для обеспечения требуемой геометрической точности высокую жесткость, определяемую контактными деформациями подвижных и неподвижных стыков, местными деформациями и деформациями самих базовых деталей;

-высокие демпфирующие свойства, т. е. способность гасить колебания между инструментом и заготовкой от действия различных источников вибраций;

-долговечность, которая выражается в стабильности формы базовых деталей и способности направляющих сохранять первоначальную точность в течение заданного срока эксплуатации.

Кроме того, базовые детали должны иметь малые температурные деформации, из-за которых могут произойти относительные смещения между инструментом и заготовкой, а направляющие должны обладать малой величиной и постоянством сил трения, так как от этого зависит точность позиционирования узлов станка. Перечисленные основные требования, предъявляемые к базовым деталям и направляющим станков, могут быть удовлетворены при правильном выборе материала и конструктивными принципами, которые являются общими, несмотря на многообразие форм.

Конструирование базовых деталей -- это поиск компромиссного решения между противоречивыми требованиями: создание конструкций жестких, но имеющих малую массу; простых по конфигурации, но обеспечивающих высокую точность; дающих экономию металла, но учитывающих возможности литейной технологии при проектировании литых конструкций и возможности технологии сварных конструкций. Конструирование базовых деталей во многом опирается на богатый опыт, накопленный за долгие годы, как в нашей стране, так и за рубежом.

ГС 2116 - настольно-сверлильный станок для обработки отверстий в мелких деталях, с наибольшим условным диаметром сверления 16мм.

ВЗ-379-01 - точильно-шлифовальный напольный станок со встроенным пылеотсосом предназначен для заточки слесарного инструмента, а также обдирки и зачистки мелких деталей.

СФ676 - широко-универсальный горизонтально-консольный фрезерный станок .

Литература

металлообрабатывающий станок узел

1. Металлорежущие станки, под редакцией Н.С. Ачеркана, 1966 г., 1 и 2 т.

2. Металлорежущие станки и автоматы, под редакцией А.С. Проникова, 1981 г.

3. Металлорежущие станки, под редакцией В.Э. Пуша, 1986 г.

4. Станочное оборудование автоматизированного производства, под редакцией В.В. Бушуева, 1995 г., 1 и 2 т.

Размещено на Allbest.ru