У.П.Установка станков. Сергей Александрович Рябов Евгений Борисович Щелкунов установка металлорежущих станков на фундамент и виброизолирующие опоры электронное учебное пособие
 Скачать 2.76 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева» Кафедра металлорежущих станков и инструментов Сергей Александрович Рябов Евгений Борисович Щелкунов УСТАНОВКА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ НА ФУНДАМЕНТ И ВИБРОИЗОЛИРУЮЩИЕ ОПОРЫ Электронное учебное пособие Кемерово 2017 КузГТУ, 2017 С. А,Рябов, Е.Б. Щелкунов, 2017 Вперед 1 УДК 683.3 1 дополнительный титульный экран Рецензент(ы) Иванов А.С.. – начальник технического отдела Кемеровского Опыт- ного Ремонтно-Механического Завода Коротков А. Н. – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой металлорежущих станков и инструментов ФГБОУ ВО «Куз- басский государственный технический университет имени Т. Ф. Горба- чева» Рябов С.А.,Щелкунов Е.Б. . Установка металлорежущих станков на фундамент и виброизолирующие опоры: электронное учебное пособие [Электронный ресурс] для студентов направления подготовки 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспе- чение машиностроительных производств» / С.А. Рябов, Е.Б. Щелкунов; КузГТУ. – Ке- мерово, 2017. – 1 оптический диск (26,1 Мб) Аннотация: Рассмотрены вопросы выбора способа установки металлорежущих станков нормальной точности,повышенной точности и высокоточных. Приведены рекомендации по уста- новке и закреплению оборудования на фундамент и установке станков на виброизоли- рующие опоры. Текстовое (символьное) электронное издание Минимальные систем- ные требования: Частота процессора не менее 1,0 ГГц; ОЗУ 512 Мб; 20 Гб HDD; операционная система Windows XP; CD-ROM 4- скоростной; ПО для чтения файлов PDF-формата; SVGA- совместимая видеокарта; мышь. КузГТУ, 2017 С.А.Рябов, Е.Б.Щелкунов, 2017 Вперед 2 2 дополнительный титульный экран Сведения о программ- ном обеспечении, ко- торое использовано для создания элек- тронного издания MS Word Сведения о техниче- ской подготовке мате- риалов для электрон- ного издания Редактор З. М. Савина Объем издания в еди- ницах измерения объ- ема носителя, занятого цифровой информаци- ей (байт, Кб, Мб) 26,1 мегабайт Наименование и кон- тактные данные юри- дического лица, осу- ществившего запись на материальный носи- тель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кузбасский государ- ственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева» 650000, Кемерово, ул. Весенняя, 28 Тел./факс: 8(3842) 58-35-84 3 ПРЕДИСЛОВИЕ Установка оборудования – важнейший этап производствен- ного процесса, который неразрывно связан с технологическими процессами изготовления деталей и эксплуатацией оборудования. Способ установки станка влияет на основные показатели его качества – точность обработки и шероховатость обработанной поверхности, стабильность точностных параметров и производи- тельность, поэтому очень важно научить студентов решать зада- чи по правильной установке, выборке и закреплению оборудова- ния. Учебное пособие состоит из шести глав. Первая глава по- священа характеристике способов установки металлорежущих станков. Во второй главе приведены рекомендации по установке ме- таллорежущих станков нормальной точности. В третьей главе рассмотрены вопросы виброизоляции стан- ков, размещения станков и оценки уровня колебаний основания и приведены рекомендации по установке станков повышенной точ- ности и высокоточных В четвертой главе рассмотрены вопросы установки станков на фундамент, дана характеристика способов установки оборудо- вания. В пятой главе приведены рекомендации проектированию и конструкциям фундаментов, закреплению станков на фундамен- тах с помощью фундаментных болтов. В шестой главе приведены материалы по установке станков на виброизолирующие опоры. В настоящее время в учебной литературе по металлорежу- щим станкам нет рекомендаций по установке и монтажу металл- орежущих станков. Учебное пособие может быть использовано в качестве ос- новной литературы при изучении одноименного курса для сту- дентов направления подготовки 15.03.05 «Конструкторско- технологическое обеспечение машиностроительных произ- водств», профиль «Металлообрабатывающие станки и комплек- сы»и при изучении курса «Металлорежущие станки», профиль «Технология машиностроения». 4 Учебное пособие может оказаться полезным при выполне- нии дипломного проекта и для успешной работы на производ- стве. Главы 1, 2, 3, 6 написаны Рябовым С. А. (доц., к.т.н. кафед- ры металлорежущих станков и инструментов КузГТУ), главы 4, 5 – Щелкуновым Е.Б. (доц.,к.т.н. кафедры технологии машино- строения ФГБОУ ВПО КнАГТУ). 1. ВЫБОР СПОСОБА УСТАНОВКИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ Способ установки станка влияет на основные показатели его качества – точность обработки и шероховатость обработанной поверхности, стабильность точностных параметров и производи- тельность. При выборе способа установки станка необходимо учиты- вать следующее: 1. Высокие требования к точности и качеству поверхности обрабатываемых на станке деталей определяют значительно более жесткие, чем для других машин, требования к точности взаимного расположения и перемещения узлов станка и значительно более низкий уровень допустимых величин упругих перемещений и амплитуд колебаний. 2. Разнообразные нагрузки, действующие в станках (по характеру, месту приложения, величине, спектральному составу и т. п.), по-разному влияют на работоспособность станка при различных способах установки. Следует учитывать действие статических нагрузок от веса неподвижных и перемещающихся узлов станка и сил резания и динамических нагрузок – сил инерции переменных составляющих силы резания, сил, возникающих в работающем приводе при ударах и раскрытии зазоров и т. п. К статическим нагрузкам, действующим вне станка, но оказывающим влияние на его работоспособность, могут быть отнесены осадки основания, приводящие к деформациям элементов несущей системы, а к динамическим нагрузкам – колебания основания. Станок – это потенциально автоколебательная система, и параметры установки в ряде случаев могут определять область устойчивой работы станка. 3. С точки зрения требований к фундаментам под машины последние обычно делят на три группы: машины, не чувствительные к колебаниям, приходящим извне, и не являющиеся источниками колебаний; машины, требующие защиты от колебаний, приходящих извне; машины с динамическими нагрузками, служащие источниками колебаний. 5 6 Значительная часть станков, например шлифовальные, явля- ясь источниками колебаний основания, в то же время требуют защиты от колебаний, приходящих к станку. Требования к установке существенно зависят от класса точ- ности, размеров и конструктивных особенностей станка. Станки нормальной точности предназначены для черновых и получистовых операций. Для этих станков характерна работа на интенсивных режимах со значительными сечениями среза. Так как независимо от типа и размера станка зона обработки располагается примерно на одном и том же, удобном для обслу- живания уровне от пола, в станках средних размеров сплошные по высоте станины обычно имеют относительно высокую жест- кость, их деформации существенного влияния на работоспособ- ность станка не оказывают и при выборе способа установки, как правило, могут не рассматриваться. В тяжелых станках допусти- мый уровень упругих перемещений может быть обеспечен только благодаря соответствующей установке станка, и требуемая жест- кость системы станина-фундамент назначается из условия огра- ничения деформаций системы под действием сил резания, веса перемещающихся узлов и в результате неравномерных осадок фундамента. В станках нормальной точности уровень колебаний от воз- мущений, действующих в приводе, или от сил резания обычно значительно выше уровня колебаний от внешних источников – колебаний основания. Жесткость закрепления станков на фунда- менте оказывает существенное влияние на устойчивость при ре- зании. Таким образом, основными требованиями, предъявляемыми к установке станков нормальной точности, являются: - ограничение упругих перемещений станин (преимуще- ственно тяжелых станков) под действием сил резания, веса пере- мещающихся узлов и осадок фундамента; - ограничение уровня колебаний, вызываемых возмущения- ми, действующими в станке; - обеспечение устойчивости при резании в заданном диапа- зоне условий обработки. Высокоточные станки предназначены для финишных опе- раций. Для этих станков характерна работа с весьма малыми си- 7 лами резания. Уровень колебаний от возмущений, действующих в приводе, низкий, он соизмерим с уровнем колебаний, вызывае- мых колебаниями основания. Основное требование, предъявляе- мое к установке высокоточных станков, – обеспечение надежной защиты от колебаний основания – виброизоляция. В станках средних размеров частоты собственных колеба- ний системы, определяющие чувствительность станка к колеба- ниям основания, как правило, существенно выше, чем в тяжелых станках. Поэтому для станков средних размеров виброизоляция может быть обеспечена при более высоких частотах собственных колебаний станка на опорах, чем для тяжелых станков, и средства виброизоляции, используемые для станков средних размеров и тяжелых, оказываются различными. Следует отметить, что при виброизолирующей установке податливость опор определяет существенные величины упругих перемещений под действием веса перемещающихся узлов станка и значительный уровень колебаний, возникающих, например, при реверсах узлов. Отсюда вытекает дополнительное требование к виброизоли- рующей установке точных станков – ограничение упругих пере- мещений под действием веса перемещающихся узлов и уровня колебаний, вызываемых возмущениями, действующими в станке. На основании анализа влияния различных способов уста- новки станков на их работоспособность можно выделить факто- ры, которые в первую очередь необходимо учитывать при уста- новке (табл. 1.1, 1.2). Установка станка должна не только обеспечивать нормальную (паспортную) работоспособность станка в течение заданного срока службы, но и отвечать требованиям техники безопасности. Кроме того, принятое решение должно быть наиболее экономичным. На выбор способа установки станков существенное влияние оказывают технологические особенности производства. Как из- вестно, массовое производство характеризуется постоянным со- вершенствованием технологического процесса, что вызывает ча- стую смену и перестановку станков в цехе. Особенно часты пере- становки оборудования на предприятиях, занятых выпуском но- вой техники, при смене объектов. 8 Таблица 1.1 Учет статических деформаций системы при установке станков Типы станков Статические деформации системы по д д ей ст ви ем веса пе рем е- щаю щи хся уз- ло в по д д ей ств ием си л р еза ни я в резуль тате нер авн оме рн ы х оса до к ф ун да- мен та Токарные: токарные и револьверные средних размеров тяжелые токарные + + + отделочные вальцетокарные + + токарно-карусельные + Сверлильно-расточные: радиально-сверлильные + координатно-расточные + алмазно-расточные горизонтально-расточные + + консольно- и бесконсольно-фрезерные продольно-фрезерные + + Зубофрезерные: нормальной точности точные Строгальные: продольно-строгальные + + поперечно-строгальные и долбежные проточные зубодолбежные Шлифовальные: круглошлифовальные и внутришлифоваль- ные вальцешлифовальные + + плоскошлифовальные резьбошлифовальные зубошлифовальные 9 Таблица 1.2 Учет колебаний элементов системы и устойчивости при резании при установке станков Типы станков Колебания элементов системы Усто йч иво сть при реза ни и по д д ей ств ием возм ущ ен ий в ста нке в резуль тате ко ле бан ий о с- но ва ни я Токарные: токарные и револьверные средних размеров + + тяжелые токарные отделочные + + вальцетокарные + токарно-карусельные + Сверлильно-расточные: радиально-сверлильные + координатно-расточные + + алмазно-расточные + + горизонтально-расточные консольно- и бесконсольно-фрезерные + + продольно-фрезерные + Зубофрезерные: нормальной точности + точные + + Строгальные: продольно-строгальные + поперечно-строгальные и долбежные + протяжные + зубодолбежные + + Шлифовальные: круглошлифовальные и внутришлифовальные + + вальцешлифовальные + + плоскошлифовальные + резьбошлифовальные + зубошлифовальные + + 10 Для основных цехов массового производства типична спе- циализация оборудования по изделиям и операциям, когда даже универсальные станки работают с заданными режимами и ис- пользуются только на предварительных или только на чистовых операциях. В этих условиях рекомендуется использовать наиме- нее трудоемкие способы крепления станков, например с помо- щью самоанкетирующихся болтов, а там, где это возможно с точ- ки зрения работоспособности станков и техники безопасности, следует ставить станки, не закрепляя болтами. Для станков, встроенных в автоматические линии и связан- ных общим транспортом, важны тщательность установки и по- стоянство выверки. Это вынуждает жестко закреплять на фунда- менте даже те станки, которые могли бы удовлетворительно ра- ботать и без крепления. В цехах индивидуального, мелкосерийного и в ряде случаев серийного производства, в ремонтно-механических цехах, в ре- монтных и инструментальных отделениях цехов массового про- изводства универсальные станки обычно используются на разно- образных операциях в широком диапазоне режимов. Поэтому при выборе способа установки следует ориентиро- ваться на наиболее тяжелые условия работы станка. В настоящее время наиболее распространена установка станков на фундаменты трех видов (рис. 1.1): бетонные полы первого этажа (общая плита цеха); утолщенные бетонные ленты, ленточные фундаменты), специально проектируемые массивные фундаменты (одиночные или общие) – обычные (на естественном основании), свайные и виброизолированные (на резиновых ков- риках или пружинах). Установка станка может быть жесткой или упругой. К жесткой установке относятся те способы установки станка на жесткие (металлические) опоры (с креплением или без креп- ления), когда фундаментом служит общая плита цеха или бетон- ный блок, опирающиеся на естественное основание или перекры- тие. К упругой установке относятся все способы установки стан- ка на упругие опоры и те виды установки на жесткие опоры, ко- гда фундаментом служит бетонный блок, опирающийся на упру- гие опорные элементы – резиновые коврики, пружины и т. п. 11 Рис. 1.1. Виды фундаментов станков: а – пол (общая плита) цеха; б – ленточный; в – обычный; г – свайный; д – на резиновых ковриках; е – на пружинах Рассматривая специфические особенности жесткой и упру- гой установки, следует подчеркнуть следующее. При жесткой установке станка станина и фундамент дефор- мируются совместно. Естественно, что при этом величины упру- гих перемещений и уровень колебаний от силовых факторов, действующих в станке, окажутся меньшими, чем при упругой установке, но вся система будет весьма чувствительной к внеш- ним воздействиям – осадкам фундамента и колебаниям основа- ния. Различные способы жесткой установки обеспечивают раз- ную жесткость соединения станины с фундаментом. Наибольшая жесткость достигается при креплении станка анкерными болта- ми, несколько меньшая – при установке без крепления болтами, но с подливкой опорной поверхности станины цементным рас- твором, и еще меньшая – при установке без болтов и без подлив- в д г б а е 12 ки (этот способ применяется преимущественно при частой пере- становке станков). При упругой установке станок изолирован от внешней сре- ды. На его работоспособность меньше влияют внешние возмуще- ния, но уровень перемещений и колебаний от возмущений, дей- ствующих в станке, окажется больше. Различные способы упру- гой установки обеспечивают разную степень чувствительности станка к колебаниям основания и возмущениям, действующим в станке. Чем ниже частоты собственных колебаний, определяемые жесткостью опор и массой системы, тем выше степень виброизо- ляции. При одних и тех же частотах собственных колебаний си- стемы виброизоляции чем больше жесткость опор и масса систе- мы, тем ниже уровень колебаний, вызываемых работой механиз- мов станка. В соответствии с этим наиболее эффективным, но и самым дорогим средством виброизоляции, применяемым для особо точных станков, являются фундаменты на пружинах, наиболее дешевым, обеспечивающим удовлетворительную сте- пень виброизоляции для большинства станков средних размеров, – упругие виброизолирующие опоры. В настоящее время в машиностроении большинство станков нормальной точности средних размеров (около 90–95 % всех станков) устанавливаются на пол цеха, причем около 30 % из них с креплением болтами, 30–35 % без крепления болтами, но с под- ливкой цементным раствором и около 30 % без крепления болта- ми и без подливки – непосредственно на жесткие или упругие опоры. Выбор способа установки в ответственных случаях, в част- ности для специальных, тяжелых или высокоточных станков, станков, работающих в автоматизированных комплексах, и т. п., производится заводом-изготовителем с учетом условий на кон- кретной площадке, где будет размещаться оборудование. Способ установки универсальных станков, составляющих значительную часть станков парка, назначают при проектировании новых пред- приятий технологии строительных организаций, а в действующих цехах – заводские механики. Это связано с тем, что при проекти- ровании универсального станка конструктор не знает, в каких условиях будет эксплуатироваться станок, для каких операций он будет использоваться, каковы будут наиболее часто применяемые 13 режимы обработки, требования к точности деталей, где будет установлен (на первом этаже или на перекрытии) и т. п. Поэтому заранее оговорить наиболее рациональный для данного универ- сального станка способ установки трудно. В соответствии с этим в настоящей работе приведены общие рекомендации по установ- ке станков и отмечены случаи, требующие специального рас- смотрения. Особое внимание должно быть уделено установке автомати- зированных станков и станков, работающих в автоматизирован- ных комплексах, – станков с ЧПУ, обрабатывающих центров, ав- томатических линий из специализированных, специальных или агрегатных станков. Установка таких станков имеет свою специ- фику, определяемую условиями эксплуатации, требованиями, предъявляемыми к станкам, их конструкцией и т. п. При выборе способа установки должны учитываться следу- ющие особенности автоматизированного оборудования: 1. Повышенная интенсивность эксплуатации, при которой ресурс оборудования выбирается в значительно более короткие сроки, чем для станков обычного типа, а сокращение сроков службы в результате неправильной установки приводит к суще- ственно более высоким затратам на восстановление работоспо- собности. Влияние способа установки на срок службы автоматизиро- ванного оборудования может быть наглядно проиллюстрировано таким примером. Для двух одинаковых автоматических линий, установленных одна на жестком фундаменте, а другая на пере- крытии второго этажа, время работы до восстановительного ре- монта различалось в несколько раз; станки, работающие на пере- крытии, приходилось ремонтировать каждые 1,5–2 года. 2. Высокая производительность, достигаемая благодаря ин- тенсификации рабочего процесса к увеличению скоростей холо- стых перемещений, определяющих высокий уровень динамических нагрузок в станках. Значительные динамические нагрузки требуют жесткого ограничения уровня колебаний станков и соответственно высокой точности установки, так как в противном случае не будут обеспечены установленные сроки службы станков. 3. Высокая степень автоматизации, в том числе обеспечи- вающая автоматическое получение заданного качества обработки 14 партии деталей, что вызывает необходимость сохранения ста- бильных условий обработки в течение достаточно длительного времени. В связи с этим следует принимать во внимание все фак- торы, которые могут привести к нарушению точности установки: неравномерные осадки фундаментов, температурные деформа- ции, связанные с колебаниями температуры в цехе в течение сме- ны, нарушение точности установки от действия динамических нагрузок и т. п. 4. Конструктивные особенности автоматизированных стан- ков, например наличие в станках с ЧПУ направляющих качения или гидростатических с малым трением или значительный вес узлов многооперационных станков при расположении непосред- ственно на станке тяжелых многоинструментальных магазинов. Эти обстоятельства обусловливают сравнительно низкие соб- ственные частоты колебаний узлов и высокую чувствительность станков к колебаниям от динамических нагрузок, действующих в станке, и со стороны основания. 5. Связанность станков, работающих в автоматических комплексах, с общей транспортной системой, что требует обес- печения высокой точности монтажа и сохранности ее во времени. 6. Необходимость размещения под станками подвалов для транспортировки стружки, подвода электроэнергии, сжатого воз- духа и пр., обусловливающая сравнительно сложные конструк- тивные формы фундаментов (с каналами, шахтами, приямка- ми и т. п.). 7. Высокая стоимость, заставляющая стремиться к макси- мально возможному повышению коэффициента использования оборудования и сроков его службы, определяет также необходи- мость сокращения сроков монтажа за счет широкого применения фундаментов современных конструкций и способов установки и крепления станков. Опыт установки автоматизированного оборудования пока- зал, что нормальная его работоспособность обеспечивается толь- ко в тех случаях, когда станки установлены с учетом изложенных выше соображений. Так, для станков с ЧПУ в связи с высокими требованиями к точности при высоком уровне динамических нагрузок наиболее рациональной оказывается установка на инди- видуальных фундаментах или на полу из бетонных плит, разде- 15 ленных деформационными швами, причем толщина плит должна приниматься большей, чем для обычных станков того же веса (40–60 см). При этом достигается защита станков от высокоча- стотных колебаний основания и обеспечивается сравнительно не- высокий уровень колебаний от возмущений, действующих в станке. Установка таких станков на резинометаллические опоры, при которой уровень колебаний элементов станка оказывается значительно выше, чем при жесткой установке, в большинстве случаев использована быть не может. Для установки автоматических линий перспективно приме- нение специальных фундаментов с настилом из проката, так называемых «балочных фундаментов», или «фундаментов с ба- лочным поддоном». Относительно высокая стоимость балочных фундаментов окупается существенным сокращением сроков мон- тажа линий. Специфические строительные задачи проектирования и рас- чета фундаментов – выбор марки бетона, защита бетона от вред- ного воздействия масел, гидроизоляция фундаментов, выполне- ние температурно-усадочных швов, выбор размеров подошвы и глубины заложения фундамента, расчет фундаментов по несущей способности основания и т. п. – решают в соответствии со строи- тельными нормами и правилами (СНиП П-19-79). |