ЛЕКЦИИ ПО КУРСУ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ. Лекции по курсу металлорежущие станки
 Скачать 3.81 Mb.
|
|
1 Кирилин Ю.В. ЛЕКЦИИ ПО КУРСУ «МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ» Литература 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. 2 Металлорежущие станки Введение Машиностроение является основой научно-технического прогресса в различных отраслях народного хозяйства. Непрерывное совершенствование и развитие машиностроения связано с прогрессом станкостроения, поскольку металлорежущие станки вместе с некоторыми другими видами технологических машин обеспечивают изготовление любых новых видов оборудования. Правительство всегда придавали большое значение развитию станкостроения, основы которого были заложены в годы первых пятилеток. Крупнейшие теоретические разработки в области станкостроения были осуществлены в ЭНИМСе (экспериментальном научно-исследовательском институте металлорежущих станков), а так же в Московском станкоинсрументальном институте, в техническом университете имени Н. Э. Баумана и в некоторых других организациях. Российские станкостроители освоили выпуск самых разнообразных станков, необходимых для различных отраслей машиностроения. Это станки особо высокой точности, обеспечивающие отклонения долях микрометров, тяжёлые станки для обработки крупных деталей размерами в несколько десятков метров, станки для физико- химических методов обработки, станки-автоматы для контурной программной обработки очень сложных по форме деталей. Особое развитие в последние десятилетия получило числовое программное управление станками. Микропроцессорные устройства управления превращают станок в станочный модуль, сочетающий гибкость и универсальность с высоким уровнем автоматизации. Станочный модуль способен обеспечивать обработку высокой номенклатуры в автоматическом режиме на основе малолюдной или даже безлюдной технологии. Таким образом, современное станочное оборудование является базой для развития гибкого автоматизированного производства, резко повышающего производительность труда в условиях средне- и мелкосерийного производства. Использование гибких производственных систем, состоящих из набора станков, манипуляторов, средств контроля, объединённых общим управлением от ЭВМ, даст возможность и в многономенклатурном крупносерийном производстве стимулировать научно-технический прогресс, быстрый и с минимальными затратами переход к новым более совершенным образцам выпускаемой продукции. Переход от использования станков и других технологических машин машинным системам в виде гибких производственных систем технологического оборудования помимо повышения производительности труда коренным образом изменяют весь характер машиностроительного производства. Создаются условия постепенного перехода к трудосберегающему производству при наивысшей степени автоматизации. Совершенствование современных станков должно обеспечивать повышение скоростей рабочих и вспомогательных движений при соответствующем повышении мощности привода главного движения. Исключительное значение приобретает повышение надёжности станков за счёт насыщения их средствами контроля и измерения, а так же введения в станки систем диагностирования. 3 Повышение скоростей рабочих и вспомогательных движений связано с дальнейшим совершенствованием привода станка, шпиндельных узлов, тяговых устройств и направляющих прямолинейного движения. Применение композиционных материалов для режущих инструментов позволяет уже сейчас реализовать скорость резания 1,5-2 км/мин, а скорость подачи довести до 20-30 м/мин. Дальнейшее повышение скоростей потребует поиска новых конструкций, использующих иные физические принципы и обеспечивающих высокую работоспособность ответственных станочных узлов. Применение станочных модулей возможно только при полной автоматизации всех вспомогательных операций за счёт широкого использования манипуляторов и промышленных роботов. Это относится к операциям связанным со сменой заготовок, режущих инструментов, технологической оснастки, с операциями измерения заготовки, инструмента, с операциями дробления и удаления стружки из рабочей зоны станка. Оснащение станков гибкого автоматизированного производства различными контрольными и измерительными устройствами являются необходимым условием и надёжной работы, особенно в автономном и автоматизированном режиме. В современных станках используют широкий набор средств измерения, иногда очень точных, таких например, как лазерный интерферометр, для сбора текущей информации о состоянии станка, инструмента вспомогательных устройств и для получения и для получения достоверных данных о исправной работе. Специалисты в области технологии машиностроения, металлорежущих станков и инструментов находятся на одном из самых ответственных участков всего научно-технического прогресса. Задача заключается в том, что бы в результате коренного совершенствования технологии обработки, создания новых металлорежущих станков с микропроцессорным управлением, станочных модулей для гибких производственных систем обеспечить техническое и организационное перевооружение всех отраслей машиностроения и на этой основе обеспечит существенное повышение производительности труда. Для успешного творческого труда инженеры станкостроители должны быть фундаментально подготовлены в области математики, физики, вычислительной техники, иметь фундаментальные знания и навыки по общим инженерным дисциплинам и, наконец, хорошо знать свою будущую специальность. Необходимо ясно представлять общие важнейшие свойства и качества, определяющие технологический уровень металлорежущих станков, с тем, чтобы создавать лучшие образцы и новые модели станков. В настоящее время и в обозримом будущем потребуется создание новых моделей станков, станочных модулей, гибких производственных систем, поэтому будущие специалисты-станкостроители должны владеть основами конструирования станков и их важнейших узлов. Для успешного применения вычислительной техники при конструировании необходимо хорошо знать содержание процесса проектирования всех видов станочного оборудования, владеть методами его моделирования и оптимизации. Современный станок органически соединил технологическую машину для решения размерной обработки с управляющей вычислительной машиной на основе микропроцессора. Поэтому специалист-станкостроитель должен хорошо понимать принципы числового программного управления станками, владеть навыками подготовки и контроля управляющих программ. Он должен знать устройства микропроцессорных средств управления, основные их характеристики и возможности применительно к станочному оборудованию. 4 Классификация станков Основные определения 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 5 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. Классификация станков 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 6 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. Тип Наименование Группа 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Токарные 1 Автоматы и полуавтоматы Сверлиль- но-отрез- ные Карусель- ные Токар- но- винто- резные и лобото- карные Много- резцо- вые Специа- лизиро- ванные Разные токарные одно- шпиндель- ные много- шпиндель- ные револьвер- ные Сверлильные и расточные 2 Вертикаль- но-свер- лильные Полуавтоматы: Коорди- натно-рас- точные Радиаль- но-свер- лильные Горизон- тально- расточ- ные Алмаз- но-рас- Точные Горизон- тально- свер- лильные и центро- вальные Разные сверлиль- ные и расточ- ные одно- шпиндель- ные много- шпиндель- ные Шлифовальные и доводочные 3 Кругло- шлифо- вальные Внутри- шлифоваль- ные Обдирочно- шлифо- вальные Специали- зирован- ные шли- фоваль- ные Продоль- но-шли- фоваль- ные Заточ- ные Плоско- шлифо- вальные Притироч- ные и полировоч- ные Разные станки работаю- щие абрази- вами Станки для электро- физико- химической обработки; комбинированные 4 Универ- сальные Полуав- томаты Автоматы Электро- химиче- ские Электро- искро- вые Элек- тро- эрозион- ные, ультра- звуко- вые Анодно- механичес- кие Зубо- и резьбооб- рабатывающие 5 Зубодол- бёжные для цилин- дричес-кой Зуборез- ные для конических колёс Зубофре- Зерные для цилиндри- ческих колёс Зубофре- зерные для нарезания червяч- ных колёс Для обработ- ки торцов зубьев колёс Резьбо- фрезер- ные Зубоот- делоч- ные и обкат- ные Зубо- и резьбо- шлифо- вальные Разные зубо- и резьбо- обраба- тываю- щие Фрезерные 6 Вертикаль- ные Непрерыв- ного действия Продоль- но-фрезер- ные одно- стоечные Копиро- вальные и граворо- вальные Верти- кальные бескон- сольные Продоль- но- фрезер- ные двух- стоеч- ные Широко- универ- сальные Горизон- тальные консоль- ные Разные фрезер- ные Строгальные, долбёжные и Протяжные 7 Продольно-строгальные: Попереч- но- строгаль- ные Долбёж- ные Протяж- ные гори- зонталь- ные Протяжные верти- кальные Разные строгаль- ные односто- ечные двухсто- ечные для внутрен- него протяги- вания для наруж- ного протяги- вания Разрезные 8 Обрезные, работающие Правиль- но-отрез- ные Ленточ- ные пилы Диско- вые пилы Ножо- вочные пилы токарным резцом абразив- ным кругом фрикцион- ным диском Разные 9 Муф-то- трубо- обрабаты- вающие Пилона- секатель- ные Правильно- и бесцен- тровообди- рочне Для ис- пытания инстру- мента Дели- тельные машины Балан- сиро- вочные 1. 7 Классификация металлорежущих станков 2. 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. 8 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. 1. Эффективность 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 , 2 1 2 1 c c k k n где К 1 , К 2 – капиталовложения соответственно по новому и базовому вариантам производства; С 1 , С 2 – текущие затраты по двум вариантам производства. Величина обратная сроку окупаемости, коэффициент эффективности дополнительных капиталовложений, определяется так 1 2 1 2 1 k k c c n E Показателем сравнительной экономической эффективности является также минимум производственных затрат. Приведенные затраты по i-ому варианту , i H i пi k E c З где С i – годовые текущие затраты; К i – капиталовложения по i-ому варианту; Е Н – нормативный коэффициент эффективности капиталовложений. 2. |