Металлорежущие станки

Металлорежущие станкиМеталлорежущие станки. Размерная обработка заготовок деталей ведется на металлорежущих станках. Металлорежущими станками называют машины, осуществляющие размерную обработку заготовок деталей способами механического срезания режущим инструментом материала (припуска) в виде стружки, и машины, проводящие съем материала припуска в результате физико-химического воздействия (испарения, анодного растворения, электроэрозии и т.п.). Номенклатура используемых для обработки станков и их классификация представлены общегосударственной Единой системой условных обозначений станков, приведенной в табл. 31.3. В ней все металлорежущие станки разделены на 10 групп, каждая из которых поделена на 10 типов, а каждый тип — на 10 типоразмеров. В группе станки объединены по технологическому способу обработки заготовок: это группы токарных, фрезерных, шлифовальных и других станков или близких по назначению, строгальные и долбежные. Тип станка в каждой группе отличается расположением рабочих органов (вертикально-сверлильные, радиально-сверлильные и т.п.); количеством главных рабочих органов (одношпиндельные, многошпиндельные); степенью автоматизации (с ручным управлением, полуавтоматы, автоматы, станки с программным управлением). Типоразмер станка указывает на допустимый размер обрабатываемой поверхности детали. Например, по типоразмеру токарные станки характеризуются максимальным размером обрабатываемой заготовки над станиной; сверлильные — максимальным диаметром сверления в сплошном материале средней твердости, фрезерные — размером стола и т.п. Тины металлорежущих станков. Таблица 313. Автоматы и полуавтоматы. Токарные и лобовые. Сверлильные и расточные. Полуавтоматы. Горизон- тально- свер- лильные. Шлифовочные, доводочные и заточные. Внутри- in л ифо- вальные. Продол ыю- шлифо- вальные. Притирочные и полировальные. Разные, работающие абразивом. Электрохимические ко- шцюваль- но-про- шивоч- ные. Электро- эрозион- ные вырезные. Электро- эрозион- ные прошивочные. Электро- эрозион- ные копи- 1Х)вально- проши- вочные, ультразвуковые. Зубо- и резь- бообрабаты- вающие. Зубострогальные для цилиндрических колес. Зуборезные для конических колес. Зубофрезерные для цилиндрических колес. Для нарезания червячных пар. Для обработки торцов зубьев. Зубо- и резьбошлифовальные. Продол ьно- фрезер- ные. Копировальные и гравировальные. Консольные, ши- рокоуни- всрсаль- ные. Протяжные вертикальные. Отрезные, работающие. Правильно- и бес- центро- во-обди- рочные. Для испытания сверл, шлифовальных кругов. По степени универсальности различают станки универсальные, широкого применения, специализированные и специальные. Универсальные станки предназначены для обработки деталей широкой номенклатуры и могут выполнять ряд операций. Станки широкого применения используются при выполнении определенного вида работ для широкого круга заготовок. Специализированные станки служат для обработки деталей, сходных по конфигурации, но имеющих различные размеры. Специальные станки предназначены для обработки деталей одного типоразмера. В соответствии с приведенной классификацией модели станка присваивается условное обозначение, в котором первая цифра определяет принадлежность станка к группе, вторая — к типу станка, последние цифры сообщают один из его характерных размеров. Буква внутри цифр указывает на модификацию базовой модели или его технологические особенности. Например, станок 2Н835 — цифра 2 означает, что станок относится ко второй группе — сверлильный, Н — модернизированный но сравнению с базовой моделью; цифра 8 указывает на принадлежность станка к 8-му типу — горизонтально-сверлильному; последние две цифры означают максимальный диаметр сверления (35 мм). Буква Ф в шифре говорит о том, что станок указанного типа имеет числовое программное управление (ЧПУ), а цифра за ней указывает на вид используемого ЧПУ. Так, индекс Ф1 говорит об оснащении цифровой индикацией и ручным управлением, Ф2 — об оснащении позиционной системой, ФЗ — контурной системой и Ф4 — комбинированной системой управления. В классификации по точности установлено пять классов станков: II — нормальной точности, к нему относится большинство универсальных станков (с ручным управлением); П — повышенной точности; В — высокой точности; А — особо высокой точности и С — особо точные или мастерстанки. Рабочими органами всех станков являются устройства, обеспечивающие закрепление заготовки и относительное перемещение заготовки и инструмента. Электрический или гидравлический двигатель с комплексом механизмов, передающих движение от электродвигателя к рабочим органам станка, называют приводом станка. Различают приводы рабочих, вспомогательных и установочных перемещений заготовки и инструмента. Рабочими движениями называют главное движение и движение подачи; вспомогательными и установочными — движения, служащие для транспортирования и зажима заготовки или инструмента, подвода и отвода рабочих органов станка и т.н. Механизм, передающий движение от одного элемента к другому (с вала на вал) или преобразующий одно движение в другое (вращательное в поступательное), называют передачей. Каждая передача характеризуется передаточным отношением i = п 2 /щ л где п 2 — частота вращения ведомого вала, п — частота вращения ведущего вала. В производстве широкое применение нашли универсальные станки с ручным управлением, станки с ЧПУ, обрабатывающие центры, работающие в составе роботизированных производственных комплексов и гибких автоматизированных систем. Станкам принадлежит ведущая роль в процессах размерной обработки. От них зависят точность и качество деталей, они практически полностью определяют производительность, степень автоматизации и требуемую квалификацию рабочих. Рассмотрим конструкцию современных станков и их эволюцию на примере широко применимых станков токарной группы и станков с ЧПУ. Универсальный токарно-винторезный станок модели 16К20. получил широкое применение в единичном и мелкосерийном производстве (рис. 31.15). Он предназначен для токарной обработки наружных и внутренних поверхностей тел вращения и нарезания крепежных резьб. Основными узлами станка являются привод, станина, передняя (шпиндельная) бабка со шпинделем, суппорт с резцедержателем и фартуком, задняя бабка. Станина 12 является несущей частью станка, на которой монтируются узлы и механизмы. Она воспринимает усилия, действующие при работе механизмов, обеспечивает точное взаиморасположение частей станка и является основным элементом, придающим станку прочность и жесткость, оказывая тем самым влияние на точность обработки. Станина 12 жестко связана через две тумбы с фундаментом и имеет направляющие. По направляющим перемещается суппорт. Рис. 31.15. Конструкция токарно-винторезного станка 16К20 (пояснения см. в тексте) от привода станка, и можно вручную перемещать заднюю бабку 7, жестко фиксируя ее в требуемом положении рукояткой. В нижней части левой тумбы установлен трехфазный асинхронный электродвигатель привода станка, движение от которого через систему передач передается обрабатываемой заготовке и инструменту. Передняя (шпиндельная) бабка 1 неподвижно соединена со станиной. Из нес через подшипниковую опору выходит шпиндель 2 , на конце которого закреплено приспособление (патрон, цанга), в котором вручную устанавливается обрабатываемая заготовка. Шпиндель сообщает закрепленной заготовке главное движение резания D r — вращение, регулируемое коробкой скоростей, помещенной в передней бабке. Задняя бабка 7 служит для поддержания обрабатываемой заготовки при работе в центрах, а также для закрепления инструмента при обработке отверстий. В корпусе задней бабки находится выдвижной вал — пиноль 6, с коническим отверстием для крепления инструмента и приспособлений. Для обработки наружных конусных поверхностей предусмотрена возможность смещения пиноли в поперечном направлении с помощью двух винтов. Па станине между передней и задней бабками располагается суппорт. Он служит для закрепления режущего инструмента и сообщения ему движений подачи. Нижняя каретка 11 суппорта может перемещаться по направляющим станины, осуществляя продольную подачу D sl . Перемещение средних (поперечных) салазок 3 по направляющим каретки обеспечивает поперечную подачу инструмента D s2 . Поворотная часть средних салазок имеет направляющие, по которым можно под любым углом к оси вращения заготовки перемещать вручную верхние салазки 5 с четырехпозиционным резцедержателем 4, в котором закрепляется инструмент — резец. Выполняя вручную движения подачи верхними салазками, установленными под углом к оси подачи, можно обтачивать и растачивать криволинейные поверхности тел вращения. Перемещение суппорта в процессе резания достигается передачей движения от коробки передач 13 к фартуку суппорта 10 с помощью ходового валика 9 или ходового винта 8. Наглядное представление о составе используемых в станке устройств, обеспечивающих согласование движения обрабатываемой детали и инструмента, дает кинематическая схема станка (рис. 31.16). Па ней приведено условное изображение всех механизмов передач и приводов, сообщающих движение шпинделю и суппорту. Для каждого звена передач указаны число зубьев шестерен (z) и диаметр (0) шкива клиноременной передачи. Главное движение и движения подач осуществляются от одного трехфазного асинхронного электродвигателя Ml. Вспомогательные движения станка — быстрые перемещения каретки в продольном и салазок в поперечном направлениях выполняется отдельным приводом от электродвигателя М2. Рис. 31.16. Кинематическая схема станка 16К20: 1 — верхние салазки суппорта с механической подачей; 2 — шпиндель; 3 — коробка скоростей; 4 — гитара; 5 — коробка подач; 6′ — клиноременная передача; 7 — механизм передач фартука; 8 — гайка регулирования усилия подачи; 9 — ходовой винт; — /> 9 — блоки шестерен; — — электромагнитные муфты. В приводе главного движения вращение шпинделю 2 от электродвигателя Ml передается через клиноременную передачу 6 и шестеренчатую коробку скоростей 3. Л ля включения, выключения и изменения вращения шпинделя используется фрикционная муфта М. Передаточное отношение коробки скоростей, регулирующей скорость вращения шпинделя (скорость резания), изменяется передвижными скользящими блоками колес (Б — Б$) вручную с помощью рукояток управления коробки скоростей. Привод подач состоит из звена увеличения шага, механизма реверса, гитары сменных колес, коробки подач и механизма подач фартука. Движение подач, сообщающее движение инструменту при обработке, согласуется с вращением заготовки за счет механических передач, осуществляемых от одного двигателя. Изменение вращения ходового винта обеспечивает реверсивный механизм последовательно через валы VIII, IX и X. Дальнейшее вращение передается сменным зубчатым колесам гитары 4. Передачу применяют для нарезания метрических и дюймовых резьб. Коробка подач имеет две кинематические цепи: одна для нарезания дюймовых резьб, другая — метрических. Включение цепи для нарезания дюймовой резьбы происходит при ручном включении фрикционной муфты А/з (муфты М 2 — М4 выключены). Настройка резьбы на требуемый шаг выполняется подбором сменных зубчатых колес гитары. При нарезании однозаходной резьбы кинематическую цепь настраивают так, чтобы за один оборот шпинделя суппорт с резцом переместился вдоль оси заготовки на шаг нарезаемой резьбы. Комбинируя положение ручных рукояток на коробке передач, рабочий устанавливает требуемое значение подачи и шага резьбы. Механизм передач фартука преобразует вращательное движение ходового вала XXII и ходового винта 9 в прямолинейное поступательное движение суппорта. Движение от ходового вала передается через цилиндрическую передачу, предохранительную муфту М„ и червячную пару зубчатому колесу z = 36, далее на реечное колесо z =10 для осуществления продольной подачи. Поперечная подача включается муфтами М л или М 10 . При этом движение винту передастся через передачу или. Быстрые перемещения суппорта осуществляются от отдельного двигателя М2, расположенного с правой части станины станка. Требования, предъявляемые к станку, сводятся к обеспечению заданной точности обработки и параметров шероховатости в условиях единичного производства. По параметрам точности станок 16К20 отвечает требованиям, необходимым для обеспечения взаимозаменяемости деталей при сборке. Так, при тонком наружном точении точность соответствует 5—8-му квалитетам, а шероховатость поверхности — 6,3—1,6 мкм по параметру R z . Производительность обработки определяется практически вспомогательным временем, затрачиваемым на установку заготовки и инструмента, настройку и управление режимом обработки. В станке перечисленные операции выполняются вручную, чем и объясняется низкая производительность станка и существенная зависимость точности обработки от квалификации рабочего. Токарный станок 16К20ФЗ с ЧПУ представляет собой модернизированный вариант базовой конструкции токарно-винторезного станка 16К20. Для повышения производительности станок оборудован электроприводами, системой ЧПУ, управляющей приводами главных и вспомогательных движений и автоматической коробкой скоростей. Кинематическая схема станка приведена на рис. 31.17. В станке каждое движение осуществляется от отдельного электродвигателя с гидроусилителем. Главное движение — вращение шпинделя — может плавно регулироваться, оно выполняется от высокомоментного электродвигателя постоянного тока Ml через клиноременную передачу 126/182, автоматическую коробку скоростей АКС, клиноременную передачу 200/280 и коробку скоростей шпиндельной бабки 1. В шпиндельной бабке предусмотрено переключение зубчатого блока «Б» вручную для получения трех бесступенчатых диапазонов частот вращения шпинделя. Изменен привод подач (см. рис. 31.16 и 31.17). Продольная подача каретки осуществляется от электродвигателя М2 с гидроусилителями 2 через передачу 30/125 и ходовую винтовую пару качения. Поперечная подача суппорта осуществляется также индивидуально от электрогидравлического привода с двигателем М3. В качестве двигателей привода использованы двигатели постоянного тока с одновременной установкой на ходовых винтах датчиков ВЕ5, согласующих частоту вращения шпинделя и скорость перемещения суппорта, что облегчает настройку и управление станком. В станке предусмотрена автоматизация процесса смены инструмента. Шестипозиционный резцедержатель с горизонтальной осью вращения установлен на поперечных салазках суппорта. Он поворачивается от отдельного электродвигателя М4 через зубчатую и червячную пару, обеспечивая смену инструмента. Как следует из рис. 31.16 и 31.17, использование индивидуальных источников движения для всех исполнительных органов станка обеспечило управление всеми движениями от ЧПУ, укоротило кинематические цепи, что, в свою очередь, повысило жесткость и точность перемещения. Использование управляемых от ЧПУ приводов позволяет постоянно повышать уровень автоматизации выполняемых операций. Так, в последующей модели станков рассматриваемого типа — станке 16К20ФС32 — уже предусмотрены приводы автоматическо- Рис. 31.17. Кинематическая схема станка 16К20ФЗ: 1 —шпиндельная бабка с коробкой передач; 2 — гидроусилитель; М1—МА — электродвигатели; ЭМ 1 —ЭМ6 — электромагнитные муфты. го закрепления и снятия обрабатываемой заготовки; привод автоматического поворота шестипозиционного дискового резцедержателя, заменяющего затупившийся инструмент; приводы подачи смазки и охлаждающей жидкости. Станок рассчитан на работу с промышленным роботом, выполняющим автоматическую установку и снятие обработанных деталей. Обработка на станках с ЧПУ обеспечивает автоматизацию всего цикла работ при выполнении операции, повышает производительность труда, снижает требования к квалификации рабочих- станочников. Недостатком станков с ЧПУ является то, что они в 1,5—10 раз дороже универсальных станков, уступают им по надежности и требуют специального обслуживания. Многоцелевые станки. Очередным этапом автоматизации процессов размерной обработки резанием явилось создание многооперационных многоцелевых станков с ЧПУ, позволяющих превращать заготовку в готовую деталь без съема со станка (рис. 31.18). Станок предназначен для выполнения за один установ операций сверления, зеикерования, развертывания, растачивания отверстий в корпусных деталях, фрезерования по контуру, нарезания резьб метчиками в условиях серийного производства. Помимо автоматической смены инструмента в станке предусмотрена автоматическая смена столов-спутников с заготовками. Станок имеет горизонтальное расположение шпинделя относительно поверхности станка и поворотный стол 1. Вертикально-подвижная шпиндельная бабка 3 расположена внутри подвижной стойки 4. 11а верхнем торце стойки находится магазин 6 с инструментом барабанного типа, а у бокового торца станины на отдельном основании смонтирована поворотная платформа 9 для двух столов-спутников 2 и 8. Поворот магази- Рис. 31.18. Многоцелевой станок (пояснения см. в тексте) на осуществляется от высокомоментного двигателя 7. Номера гнезд магазина закодированы и введены в ЧПУ. Спереди на торце стойки установлен манипулятор 5 (автоматическая двухзахватная рука), производящий смену инструментов. Манипулятор осуществляет вертикальное перемещение, выдвижение и поворот руки на 180°. Механизмы станка осуществляют следующие движения: главное движение — вращение шпинделя с закрепленными в нем инструментом, движение подачи — перемещение стола с заготовкой но оси х у вертикальное перемещение шпиндельной бабки по оси у, горизонтальное перемещение стойки по оси г. Программно-управляемая система станка управляет движением рабочих органов, изменяет режим обработки и положение детали, управляет установкой и съемом инструмента, подачей смазочноохлаждающей жидкости и контролем размеров в процессе обработки и по ее завершении, обеспечивая полностью автоматизированный цикл обработки детали. В современном серийном производстве все большее применение находят гибкие производственные системы (ГПС). Они состоят из исполнительной и единой управляющей системы. Исполнительная система включает станки, роботы, устройства для транспортирования заготовок деталей и отходов производства, контрольно-измерительные устройства, склады заготовок и готовой продукции. Все элементы исполнительной системы — программно-управляемые. Единая управляющая система состоит из средств вычислительной техники, которые управляют как отдельными станками, роботами и технологическими установками, так и всем производством в целом.