ЛЕКЦИИ ПО КУРСУ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ. Лекции по курсу металлорежущие станки
 Скачать 3.81 Mb.
|
|
Производительность Производительность станка определяет его способность обеспечивать обработку определенного числа деталей в единицу времени. 9 Штучная производительность (шт./год) выражается числом деталей, изготовленных в единицу времени, при непрерывной безотказной работе , 0 T T Q шт./год, где Т 0 – 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 , / c cx x x 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 , B P t t T 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 Q N Причины потери годового фонда времени приведены на рис. Станки общего назначения 10 Станки с ЧПУ Все виды внецикловых потерь сокращаются при комплексной автоматизации и совершенствовании системы управления. 3. Надежность 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 N 0 элементов, из которых отказали N OT =N O -N И , а N И - оказались исправными O OT N N t Q Вероятность безотказной работы / 1 O И N N t Q t P Интенсивность отказов – условная плотность вероятности возникновения отказа в единицу времени 1 dt dN N t OT И Вероятность безотказной работы может быть представлена в зависимости от интенсивности отказов, отсюда следует 11 t dt t e t P 0 1 t t P t N N dt dN N dt t dP O И OT O 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. 4. Гибкость 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. 12 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. 5. Точность 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 13 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. Формообразование на станках Тело любой детали есть замкнутое пространство, ограниченное реальными геометрическими поверхностями, которые образованы в результате обработки тем или иным способом (литьем, штамповкой, резанием и т.д.). При этом какой бы способ обработки ни был применен, реальные поверхности детали всегда отличаются от идеальных геометрических поверхностей, которыми мы мысленно оперируем при конструировании. Поверхности, полученные на металлообрабатывающих станках резанием, отличаются от идеальных формой, размерами и шероховатостью. Любую поверхность можно представить, как след движения одной линии (образующей) по другой (направляющей). Обе эти линии называют производящими, причем образующая может быть направляющей и наоборот. Например, круговая цилиндрическая поверхность может быть представлена как 14 след движения прямой линии по окружности (а) или след движения окружности по прямой (б). а) б) в) г) Боковую поверхность зуба прямозубого цилиндрического колеса можно рассматривать как след движения эвольвенты вдоль прямой линии (в) или след движения прямой по эвольвенте (г). Таким образом, с геометрической точки зрения процесс образования поверхности сводится к осуществлению движения одной производящей линии по другой. Производящие линии на станках образуются материальными точками и линиями режущей кромки инструмента за счет согласованных относительных движений заготовки и инструмента. Причем следует подчеркнуть, что почти все производящие линии на станках непрерывно образуются (имитируются) в течение всего времени формирования поверхности. В процессе непрерывной имитации обеих производящих линий и формируется с помощью резания требуемая поверхность. Согласованные относительные движения заготовки и режущего инструмента, которые непрерывно создают производящие линии, а следовательно, поверхность заданной формы в целом, называют формообразующими (рабочими) движениями и обозначают буквой Ф. В зависимости от формы производящей линии и метода ее образования движения формообразования могут быть простыми и сложными. К простым движениям формообразования относят вращательное, которое обозначают Ф(В) и прямолинейное – Ф(П). Сложными формообразующими движениями являются те, траектории которых образуются в результате согласованности взаимозависимых двух и более вращательных или прямолинейных движений, а также их сочетаний. Примеры условной записи сложных формообразующих движений: Ф(В 1 В 2 ), Ф(В 1 П 1 ), Ф(В 1 П 2 П 3 ) и т.д. Запись двух и более простых движений в одних общих скобках говорит о том, что они зависят друг от друга и тем самым создают единое сложное движение. 15 Методы образования производящих линий При обработке поверхностей резанием в зависимости от вида режущего инструмента и формы его режущей кромки используют четыре метода образования производящих линий: копирование, обкат, след и касание. Метод копирования состоит в том, что форма производящей линии получается в виде копии (отпечатка) формы режущей кромки инструмента или его профиля. Другими словами, формы образуемой производящей линии и режущей кромки инструмента совпадают (идентичны). Этот метод применяют в тех случаях, когда для получения производящих линий используют фасонный режущий инструмент. В связи с тем, что форма образуемой производящей линии уже заложена непосредственно в режущем инструменте, для получения производящей линии методом копирования не требуется никакого формообразующего движения. Метод обката заключается в том, что форма образуемой производящей линии возникает в виде огибающей ряда последовательных положений, занимаемых режущей кромкой инструмента при обкатывании ею без скольжения образуемой линии. В процессе получения производящей линии либо режущая кромка инструмента катится по образуемой ею же линии, либо они взаимно обкатываются. Другими словами, образуемая производящая линия и линия режущей кромки инструмента должны быть взаимоогибаемыми. Для получения производящей линии методом обката требуется одно, но всегда сложное формообразующее движение – движение обката (качения). Метод следа состоит в том, что форма производящей линии получается в виде следа режущей точки (практически это весьма короткий обрезок линии) кромки инструмента при относительном движении заготовки и инструмента. Поэтому для получения производящей линии методом следа необходимо одно простое или сложное формообразующее движение (в зависимости от формы образуемой линии) Метод касания заключается в том, что форма производящей линии возникает в виде огибающей мест касания множества режущих точек вращающегося инструмента в результате относительных движений оси вращения инструмента (шпинделя) и заготовки. Этот метод характерен при образовании производящих линий с участием таких инструментов, как фрезы и шлифовальные круги, имеющих множество режущих точек, а следовательно, 16 точек касания, формирующих траекторию образуемой производящей линии. Для получения производящей линии методом касания требуется два, реже три формообразующих движения. Образование поверхностей Процесс образования поверхностей резанием состоит в том, что за счет согласованных относительных движений заготовки и инструмента непрерывно образуются обе производящие линии при одновременном относительном их перемещении. Каждая производящая линия образуется одним из указанных выше четырех методов, поэтому образование поверхностей характеризуется сочетанием двух из четырех методов образования производящих линий, причем это может быть сочетание одноименных методов. Например, при образовании круговой цилиндрической поверхности с помощью резца обе производящие линии (окружность и прямая) получаются одним и тем же методом – методом следа. В общем случае число движений формообразования для создания поверхности определяется суммой движений формообразования необходимых для образования обеих производящих линий. Во всех случаях общее число формообразующих движений при формировании поверхностей резанием практически не превышает трех. Поэтому металлорежущие станки бывают с одним, двумя или тремя движениями формообразования. Так как в металлорежущих станках образование поверхностей осуществляется резанием, то все формообразующие движения станка одновременно являются движениями резания. Причем, если в станке имеется одно движение формообразования, то оно является движением скорости резания (обозначается Ф V ). Если в станке есть два движения формообразования, то одно из них, имеющее большую скорость, является движением скорости резания Ф V , а второе, имеющее меньшую скорость, является движением подачи (обозначается Ф S ). Из трех движений формообразования в станке одно будет движением скорости резания Ф V , имеющим наибольшую скорость, а два других – движениями подачи Ф S1 и Ф S2 Классификация движений в станках Все движения в станках, в том числе и формообразующие, называются исполнительными. По целевому признаку их можно разделить на движения: формообразования Ф, установочные Уст, деления Д, управления Упр, вспомогательные Всп. Установочными называют движения заготовки и инструмента, необходимые для перемещения их в такое относительное положение, при котором становится возможным с помощью формообразующих движений получать поверхности требуемого размера. Примером установочного движения является поперечное движение Уст (П) резца для установления его в положение, позволяющее получить круговой цилиндр требуемого диаметра Д (рис. б). Иногда установочное движение, при котором отсутствует резание, называют наладочным. 17 а) б) Если при установочном движении происходит резание материала, то такое движение называют движением врезания (обозначается В Р ). Например, поперечное перемещение резца для образования канавки требуемого диаметра d (рис. в) будет движением врезания В Р (П). Иногда движение врезания по своей структуре может совпадать с движением формообразования или осуществляться одновременно с ним. Делительными называют движения, необходимые для обеспечения равномерного расположения на заготовке одинаковых образуемых поверхностей. в) Движением деления будет движение Д (В) поворота дисковой фрезы на угол α при затыловании ее зубьев (рис. г). Делительные движения могут быть периодическими или непрерывными, что зависит в основном от конструкции режущего инструмента. К вспомогательным движениям относятся движения, обеспечивающие установку, зажим, освобождение, смазывание, удаление стружки, правку инструмента и т. п. К движениям управления относят те, которые совершают органы управления, регулирования и координирования всех других исполнительных движений станка. К таким органам относятся муфты, реверсирующие устройства, кулачки, ограничители кода и др. г) Определяющую роль в формировании кинематической структуры станка играют движения формообразования, установочные (врезания) и деления. Любое исполнительное движение в станке можно охарактеризовать пятью пространственными параметрами: траекторией, скоростью, направлением, путем и исходной точкой. Наиболее важными параметрами любого движения являются траектория и скорость. 18 В зависимости от характера исполнительного движения, формы его траектории, схемы резания, вида и конструкции режущего инструмента движение теоретически можно настраивать по двум, трем, четырем или пяти параметрам. Наибольшее число параметров настройки может потребоваться лишь сложному движению с незамкнутой траекторией. По четырем параметрам (за исключением настройки на траекторию) осуществляется настройка простого движения с незамкнутой траекторией, по трем параметрам (на траекторию, скорость и направление) – сложное движение с замкнутой траекторией. |