Оборудование машиностроительного производства
Литература: Бушуев В.В. Станочное оборудование машиностроительного производства.
Пуш. Металлорежущие станки.
Проников А.С. Металлорежущие станки и автоматы.
Основным видом оборудования машиностроительных заводов являются металлорежущие станки, которые предназначены для формообразования изделий путем обработки металлов резанием. Заготовками для обработки на станках служат: прокат, отливки, поковки, штамповки. Обработка на станках является основным методом изготовления деталей машин. Трудоемкость обработки на станках составляет 30-40% общей трудоемкости изготовления машин и приборов. Только обработкой на станках можно получить детали с высокой степенью точности и нужной чистоты обрабатываемых поверхностей.
Детали изготавливаются по следующей схеме: изготовление заготовки (горячая обработка) – обработка на станках (холодная обработка).
Между операциями холодной обработки перед финишными операциями включают операцию термообработки для придания материалу детали нужных механических свойств.
Темпы развития станкостроения, количественное и качественное состояние станочного парка, как правило, определяет уровень развития экономики, промышленный потенциал страны.
Это объясняется тем, что станки предназначены для изготовления деталей других машин, т.е. для производства средств производства.
Поэтому станкостроение занимает ведущее место в машиностроении, являясь его основой, его сердцевиной.
'
Краткий исторический обзор развития отечественного станкостроения
История отечественного станкостроения берет начало в 18 веке, когда талантливые русские механики создали ряд оригинальных станков.
А.К.Нартов – окончил Московскую школу математических и навигационных наук. Личный токарь Петра 1, построил ряд токарных станков, в том числе копировально-токарных, станки для нарезания винтов, для обтачивания цапф орудий. Это он изобрел механический суппорт к токарному станку (1712г), опередив на 70 лет англичанина Генри Модели.
Сидоров- Красильников создал в начале 18 века ряд станков с водяным приводом для сверления пушечных стволов.
Яков Батишев создал станки для одновременной обточки 12 и 24 ружейных стволов на тульском оружейном заводе.
М.В.Ломоносов сконструировал сферотокарный станок для обработки металлических сферических зеркал.
Можно назвать еще целый ряд русских самоучек (Льва Собакина, Алексея Сурнина, Павла Захаву и многих других), которые обогатили технику того времени станками новых типов.
Нашей стране принадлежит также приоритет в создании научных основ станкостроения
Русский академик А.В. Гадогин впервые в мире в 1876 году доказал, что лучшей эксплуатационной характеристикой должен обладать станок, у которого числа оборотов шпинделя составляют ряд геометрической прогрессии.
Однако техническая отсталость России мешала воплощению в жизнь этих разработок и идей, а станкостроение в царской России не поднималось до уровня самостоятельной отрасли, большая часть ввозилась из-за границы. Из 90-100 тыс станков, которыми в 1914-1917 гг располагала вся промышленность России, станков отечественного производства было менее 20%.
1925 г – 14 съезд партии положил начало развития советского станкостроения. Началась реконструкция старых заводов и создание новых. В 1932 г вступает в строй Московский станкозавод им. Серго Орджоникидзе, в 1934 г – Московский завод "Станкоконструкция", в 1935 г – Тбилисский станкозавод им. Кирова, Саратовский завод зуборезных станков, в 1936 г Киевский завод станков -автоматов им.Горького, в 1939 г – Краматорский завод тяжелого станкостроения.
В 1930 году открылся станкоинструментальный институт в г.Москве. Началась подготовка инженеров по станкам в МВТУ им. Баумана.
В 1933 году создается научно-исследовательский институт металлорежущих станков - ЭНИМС- как центр исследований в области станкостроения.
В 1937 г - завершается переход на выпуск станков только с индивидуальным электроприводом.
В 1939 г наладчик СТЗ Иночкин создал первую в мире автоматическую линию из станков действующего производства.
Станкостроение успешно решает свои задачи в период Великой Отечественной войны.
В это время широкое распространение получила массово-поточная обработка на агрегатных станках.. В последующие годы шел процесс изменения структуры станочного парка в сторону увеличения автоматов и полуавтоматов.
Общие сведения о металлорежущих станках
В основу создания конструкции новых станков положен принцип конструктивной преемственности, согласно которой станки создаются в виде нормального ряда типоразмеров. В этот ряд включаются станки, подобные по кинематике, конструкции и внешнему виду. Этот принцип позволяет обеспечить экономичное производство станков, а также максимально использовать унифицированные и стандартные узлы и детали. Размерным рядом называют группу однотипных станков, подобных по кинематической схеме, внешнему виду, конструкции, но имеющих различные основные параметры.
Например, ГОСТ предусматривает выпуск 15 размеров карусельных станков с диаметром обработки от 0,8 м до 20 м.
Типоразмер – это один из представителей членов размерного ряда определенного типа станков с конкретными параметрами и размерами.
Модель – это конкретное конструктивное исполнение станка, определенного типоразмера.
Классификация металлорежущих станков
По конструкции и назначению трудно найти более разнообразные машины, чем металлорежущие станки, поэтому и классифицируются они по различным признакам.
1. По методам обработки, которые характеризуются видом инструмента и характером обрабатываемой поверхности, станки делят на токарные, карусельные, строгальные, долбежные, фрезерные, шлифовальные и др.
2. По степени универсальности станки можно разделить на следующие группы:
а) универсальные станки – для выполнения разнообразных операций на различных изделиях (токарно-винторезные, карусельные, револьверные и т.д.);
б) станки широкого назначения – для выполнения определенных операций на многих изделиях (токарные отрезные, токарные многорезцовые и т.п.);
в) специализированные станки для обработки определенных изделий, но различных размеров (станки для обработки коленчатых валов, труб, муфт, подшипников, лемехов и др.), серийное производство;
г) специальные станки – для обработки определенного изделия (одного или нескольких подобных). Применяются в массовом производстве. Эти станки легче автоматизировать, так как они имеют большую стабильность технологического процесса;
3. По классам точности работы подразделяют станки нормальной точности и прецизионные (высокоточные). Рекомендуется применять пять классов точности: класс Н – станки нормальной точности (обеспечивают 2 кл. точности обработки, класс П – станки повышенной точности, класс В – станки высокой точности, класс А – особо высокой точности, класс С – станки особо точные специальные мастер-станки, служащие для изготовления деталей прецизионных станков;
В зависимости от веса станки делят на легкие - весом до 1 т , станки нормального веса – до 10 т, крупные – 10-30 т, тяжелые – 30-100 т, особотяжелые (уникальные) – свыше 100 т.
Для станков хонинговальных, внутришлифовальных, зубообрабатывающих градация тяжелых станков отличается (несколько легче).
Требования, предъявляемые к металлорежущим станкам
Современное машиностроение предъявляет к металлорежущим станкам все более высокие требования в отношении их качественных показателей. Такими показателями являются:
1) максимальная производительность при обеспечении заданной точности и шероховатости обработанной поверхности;
точность работы станка ( статическая и динамическая);
простота и легкость обслуживания и управления;
надежность в работе;
низкая себестоимость изготовления деталей на станке;
малые затраты на изготовление станка и малые эксплуатационные расходы;
малая металлоемкость и габарит;
технологичность конструкции;
9) возможность переналадки станка при смене объекта производства (для некоторых типов станков);
10) хороший внешний вид станка.
Система обозначения станков. Нумерация станков
Для обозначения типов и моделей станков в СССР принята разработанная ЭНИМС система, по которой все серийно выпускаемые станки разбиты на 9 групп, каждая из которых разбита на 9 типов.
Первая цифра модели станка обозначает его принадлежность к той или иной группе, вторая цифра – тип станка. Следующие одна или две цифры характеризуют какой либо главный параметр станка (высоту центров для токарного станка, наибольший диаметр сверления отверстий для сверлильных станков и т.д.).
Буква после первой цифры указывает, что станок является модернизированным, а буква в конце цифр означает видоизменение (модификацию) основной модели станка.
Например 1К62; 1К62ПУ и т.д.
Таким образом:
группа - токарные станки предназначены для обработки тел вращения.
группа – сверлильные и расточные, предназначены для обработки круглых отверстий.
группа – шлифовальные, полировальные, доводочные станки. В качестве режущего инструмента применяются абразивные круги, бруски, ленты, порошки, пасты.
группа – комбинированные станки.
группа – зубо- и резьбообрабатывающие станки, в том числе зубо- и резьбошлифовальные .
группа – фрезерные станки, у которых в качестве режущего инструмента применяются фрезы.
группа – строгальные, долбежные и протяжные.
группа – отрезные станки.
9 группа – разные.
Каждая группа делится на 9 подгрупп (типов) в зависимости от назначения станка, его компоновки, степени автоматизации, вида применяемого инструмента и его количества.
Станки токарной группы делятся на следующие подгруппы:
- одношпиндельные токарные автоматы и полуавтоматы;
- многошпиндельные токарные автоматы и полуавтоматы;
- револьверные;
- сверлильно-отрезные;
- карусельные;
- токарные и лобовые;
- многорезцовые;
- специализированные;
– разные.
Примеры обозначения станков: 1К62 – базовая модель; 1К62А – с копировальным устройством; 1К62Б – повышенной точности; 1К62Т – особо высокой точности. Для обозначения специальных станков, созданных на базе универсальных, сохраняется прежняя нумерация, но с добавлением буквы С: 2135С, 2135С1; 2135С2.
Для обозначения специальных и специализированных станков каждому станкозаводу присваивается индекс из одной или нескольких букв, после которых следует порядковый номер модели.
Так Егорьевский завод "Комсомолец" имеет индекс ЕЗ. Например: ЕЗ-36 – станок для нарезания некруглых зубчатых колес.
МК-56 – станок завода "Красный пролетарий" для обточки лопаток газовых турбин.
Геометрические и реальные поверхности
Геометрические поверхности деталей машин, приборов и; инструментов отличаются большим разнообразием, которые классифицируются следующим образом: 1) плоскости; 2) цилиндры круговые и некруговые; 3) конусы круговые и некруговые; 4) линейчатые поверхности; 5) сферические поверхности.
Применяя различные процессы резания и соответствующие инструменты, на станках можно получить поверхности практически любой формы.
Очень редко детали машин ограничиваются одной поверхностью (шарик подшипника).Чаще всего детали ограничиваются несколькими поверхностями (зубчатое колесо имеет эвольвенту, цилиндр и плоские поверхности).
Реальные поверхности отличаются от геометрических идеальных по-верхностей лишь наличием шероховатости и волнистости, но они мо-гут быть получены теми же методами, что и геометрически идеальные поверхности).
Геометрические методы образования поверхностей
Любая геометрическая поверхность образуется как след движения производящей линии, называемой образующей, по другой производящей линии, называемой направляющей, т.е. образующая линия – это которая движется, а направляющая – по которой движется образующая. Производящие линии реальной поверхности создаются при помощи вспомогательных элементов: материальной линии и точки.
Движения, необходимые для образования производящих линий будем называть движениями формообразования и обозначать буквой Ф.
Существует 4 метода образования производящих линий: 1) метод копирования; 2) метод обката; 3) метод следа; 4) метод касания.
Чтобы образовать поверхность, надо образующую 1 перемещать на направляющей линии 8.
Если при образовании поверхностей образующую и направляющую линии можно менять местами, то поверхности называются обратимыми.
Цилиндр образуется прямой и окружностью – это обратимая поверхность, а коническая – это необратимая поверхность.
Общее число формообразующих движений
.
Н0 – число движений, необходимых для образования образующей производящей линии;
НН – число движений, необходимых для образования направляющей производящей линии;
НС – число совместных движений.
Теоретически НФ max = 6, а практическое число движений не бывает больше чем 3, за счет совмещенных движений.
Движения в станках
Движение происходит в пространстве и во времени. Рассмотрим сначала параметры, характеризующие движение в пространстве, которое характеризуется следующими параметрами:
траектория – это форма пути, по которому движется точка А;
путь – это протяженность траектории, т.е. расстояние между точками А1 и А2;
скорость перемещения точки по траектории V1;
направление движения, исходное положение.
Во времени движение характеризуется двумя параметрами:
- моментом начала движения, который характеризует положение данного движения в общем цикле станка;
- характером движения во времени.
Движение может быть непрерывным и прерывистым.
Движение, которое необходимо для выполнения каких либо производственных функций будем называть исполнительным движением.
Исполнительное движение отличается одно от другого сочетанием вращательных и поступательных движений. При одном элементарном движении возможно сочетание: V1 и П2.
Индексы нельзя повторять. При двух элементарных движениях : возможно сочетание В1 В2, В1 П2, П1 П2. При трех элементарных движениях : В1В2В3, В1П2Пз, В1В2Пз, П1П2П3. Если исполнительное движение состоит из одного элементарного, то оно называется простым. Если из нескольких – то сложным. Движения в станке необходимо настраивать по 5 вышеприведенным параметрам: траектории, пути, скорости, направлению и исходному положению. Конечно, необязательно в каждом случае необходимо настраивать по всем 5 , параметрам, это зависит от характера движений.
Движения в металлорежущих станках классифицируют также по своему целевому назначению: движение формообразования, движение врезания, движение деления, вспомогательные движения, движение управления.
Движения формообразования – это те движения, которые образуют на заготовке требуемые поверхности. После того, как заготовка и инструмент заняли исходное положение, эти движения делятся на движение скорости резания и движения подачи.
Кинематические связи в станках
Рассмотрим в качестве примера схему нарезания резьбы фасонным резцом на токарно-винторезном станке. Резьбонарезной станок должен 2 исполнительных кинематических пары: 1) вращательную между шпинделем 1 и корпусом передней бабки 2; 2) поступательную между суппортом 3 и направляющими станины 3 и станины 4. Эти пары обеспечат движение В1 и П2, входящие в сложное исполнительное движение ФV (В1П2). Если от двух отдельных электровигателей передать движение на шпиндель 1 и суппорт 3, то на этих подвижных исполнительных звеньях будут два отдельные простые исполнительные движения( не взаимосвязанные): вращательное ФV(В1) и поступательное ФG (П2). А нужно получить одно сложное исполнительное движение – винтовое ФV(В1П2), которое складывается из двух элементарных взаимосвязанных движений – за 1 оборот заготовки суппорт должен продвинуться строго на tН – шаг нарезаемой резьбы.
Чтобы получить винтовое движение ФV (В1П2), нужно между шпинделем и ходовым винтом создать жесткую кинематическую связь, не позволяющую поворачиваться шпинделю 1 без поворота ходового винта 5, т.е. без перемещения суппорта 3 . Жесткая кинематическая связь осуществляется посредством зубчатых передач (не ременной или фрикционной, где может быть проскальзывание).
Эта связь обозначается пунктиром (линия 6-7).
Теперь к этой кинематической связи нужно присоединить источник движения М (электродвигатель). Если шпиндель получит движение, то через эту связь получит движение и суппорт. Кинематическая связь, обеспечивающая создание траектории заданного исполнительного движения (в нашем случае винтового ФV(В1П2), называется внутренней связью.
В примере: внутренняя связь 6-7-8-3 . Двигатель соединяется с внутренней связью внешней связью – между выходным валом 9 двигателя и звеном соединения связей 10.
Движение от М через внешнюю связь 9-10 поступает на внутреннюю связь и доходит как до шпинделя, так и до суппорта.
Для создания любого исполнительного движения нужно иметь внутреннюю и внешнюю кинематические связи. Сочетание двигателя, внутренней и внешней связей, обеспечивающих заданное исполнительное движение, называется кинематической группой.
На рисунке показана структурная схема винторезного станка, состоящая из одной кинематической группы. Кинематическая группа содержит органы настройки. В данном случае движение ФV(В1П2) – сложное, и должно настраиваться по всем 5 параметрам. Органы настройки изображаются ромбами.
Если звено настройки расположено во внутренней кинематической связи, т.е. оно позволяет настраивать траекторию движения, то оно обозначается символами iХ, iУ, iZ.
Если же она находится во внешней связи и изменяет скорость движения - iV , iS. В примере iV – коробка скоростей, iХ – коробка подач.
Реверсивные механизмы изображаются квадратами с диагоналями и служат для изменения направления движения, обозначаются символом Р.
Настройка на путь обеспечивается упорами, установленными на расстояний L один от другого и воздействуют при движении суппорта на конечные выключатели.
Скорость движения настраивается коробкой скоростей или гитарой скорости резания.
Направление нарезания резьбы, т.е. от передней бабки или к ней достигается реверсом P1.
Исходное положение – начало нарезания резьбы, обеспечивается тем же упором (размер Н).
В винторезном станке настройка на траекторию производится двумя органами: гитарой или коробкой подач "iХ " на шаг резьбы и реверсом P1 на направление резьбы, т.е. правую или левую.
В рассматриваемом примере внешняя и внутренняя связи состоят каждая из одной кинематической цепи. В более сложных случаях внутренняя связь может состоять из нескольких кинематических цепей.
Кинематические группы , имеющие во внутренней связи одну или более кинематических цепей, называются сложными кинематическими группами. Кинематические группы, имеющие внутреннюю связь в виде одной кинематической пары, называется простой кинематической группой.
Чаще всего структура станка состоит из нескольких кинематических групп. Число кинематических групп в станке такое, сколько движений формообразований.
Станок не обязательно должен иметь все кинематические группы. Так, например, станки часто не имеют групп деления, врезания и др.
Единственными группами, без которых не может существовать станок, являются группы формообразования, которые определяют кинематическую структуру станка.
Привод металлорежущих станков
В любом металлорежущем станке должны быть механизмы, которые, получая извне энергию, сообщали бы соответствующим элементам станка необходимые движения.
Совокупность таких механизмов носит название привода станка.
В современных цехах применяется почти исключительно индивидуальный привод, т.е. каждый станок приводится в движение от отдельного электродвигателя. Мало того, многие станки имеют каждый по нескольку двигателей, предназначенных для привода главного движения, подачи, привода главного движения, подачи, привода быстрых перемещений.
По характеру регулирования скорости различают ступенчатые и бесступенчатые приводы.
Приводные электродвигатели располагаются либо рядом со станком (сзади, сбоку), либо сверху, либо вмонтированы в станину станка или другие части.
Условные обозначения на кинематических схемах
1) - вал;
2) соединения валов:
а) эластичное; б) телескопическое;
в) глухое;
3) подшипники качения;
скольжения ;
4) шпиндели: токарные;
сверлильные;
фрезерные;
5) зубчатые колеса: свободно сидящие на валу;
- скользящие на валу;
- жестко-закрепленные;
- соединенные с валом вытачной шпонкой;
6) муфты
- - кулачковая;
- обгонная;
- дисковая;
7) тормоз - колодочный.