Стандартизация, унификация и агрегатирование в станкостроении

Стандартизация — установление единых норм и требова­ний, предъявляемых к сырью, полуфабрикатам, готовым изделиям и материалам.

Существуют стандарты государственные, отраслевые и стан­дарты предприятий. Ежегодно выпускают указатели действующих государственных и отраслевых стандартов, которые при каждом выпуске изменяют и дополняют.

В станкостроении стандартизованы основные параметры большинства металлорежущих станков, а также размеры ряда узлов, деталей и элементов деталей (делительные головки, столы, кольца установочные, концы шпинделей и др.). Основой стандартизации являются предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел (см. приложение 1). ГОСТ 8032—56 устанавливает предпочти­тельные числа и ряды предпочтительных чисел, которые должны применяться при выборе параметров и размеров изделий и их отдельных частей. Ряды предпочтительных чисел представляют собой десятичные ряды геометрической прогрессии со знамена­телями:

В станкостроении используются несколько дополнительных зна­чений знаменателей геометрической прогрессии (см. ниже).

Методику применения предпочтительных чисел при выборе линейных размеров и конструировании, а также методику конструирования с использованием их см. в книге [64].

Унификация — устранение многообразия в типоразмерах и марках продукции (машин, узлов, деталей), а также сведение к рациональному минимуму характеристик изделий и методов испытания.

В станкостроении унификация получила широкое распростра­нение. Существует внутрирядовая (внутриразмерная) унификация (унификация узлов и деталей внутри ряда однотипных станков) и внерядовая (межразмерная) унификация (унификация узлов и деталей среди разнотипных станков).

Показателями унификации являются следующие коэффициенты.

1. Коэффициент унификации по числу деталей

У

где — число унифицированных деталей; деталей; – общее число деталей.

2. Коэффициент унификации по массе

где – масса унифицированных деталей; – масса всего станка.

3. Коэффициент унификации по трудоемкости

где – суммарная трудоемкость изготовления унифицированных деталей; – полная трудоемкость изготовления станка.

Стандартизация, нормализация и унификация при проекти­ровании и производстве станков позволяют обеспечить взаимоза­меняемость узлов и деталей, укрупнить серийность изготовляе­мых деталей, проводить типизацию технологических процессов, сократить сроки и трудоемкость освоения новых станков, много­кратно использовать изготовленную технологическую оснастку, увеличить долговечность станков применением уже испытанных в эксплуатационных условиях конструкций, специализировать заводы (организовать поставки по кооперации), повысить рит­мичность работы предприятий.

Агрегатирование — метод создания металлорежущих станков (и любых других машин) в основном из нормализованных и стан­дартных узлов и деталей.

В современном машиностроении с каждым годом увеличи­вается применение специальных станков, так как они более про­изводительны и экономичны по сравнению с универсальными станками. Однако непрерывный рост числа и номенклатуры вы­пускаемых промышленностью изделий и постоянное совершен­ствование их конструкций требуют частой перестройки произ­водства (т. е. разработки новых технологических процессов, изготовления новой технологической оснастки, нового специаль­ного оборудования и т. д.). Следовательно, необходимо применять такой метод создания специального оборудования, который поз­волил бы проектировать, изготовлять и переналаживать его при смене объекта производства с минимальными материальными затратами и в кратчайшие сроки. Эти требования могут быть выполнены лишь тогда, когда конструкции станков создают, используя методы агрегатирования. Еще больший эффект можно получить, если при этом провести также типизацию технологических процессов и агрегатирование технологической оснастки. Проек­тирование станка в этом случае заключается в рациональной ком­поновке (рис. 1 и 2) имеющихся нормализованных и стандартных узлов и деталей и разработке отдельных специальных узлов и деталей в зависимости от выбранной схемы компоновки и особен­ностей обрабатываемой детали.

Рис. 1. Узлы агрегатных станков:

1– станина; 2 — колонна; 3 — упор управления; 4 — силовая головка; 5 — шпин­дельная коробка; 6 — кондукторная плита; 7 — приспособление; 8 — поворотный стол; 5 — пульт управления; 10 — средняя часть; 11 — наклонная станина; 12 – салазки с направляющими

Агрегатные станки наиболее часто используют для сверлильно-расточных, резьбонарезных и фрезерных работ. На агрегатных станках можно получить второй класс точности, а при тщатель­ном и точном изготовлении станка — первый. Шероховатость обработанной поверхности зависит от режимов обработки, при­меняемых инструментов и станка.

К нормализованным узлам агрегатных станков относятся силовые головки, силовые столы, бабки силовые, бабки фрезер­ные, станины, поворотные столы, стойки, основания, гидропанели, гидроцилиндры, электрошкафы, пульты управления, упоры уп­равления, вспомогательный инструмент и т. д. К специальным узлам относятся шпиндельные коробки, приспособления, кон­дукторы, люнеты, специальные станины, электрооборудование, специальные поворотные столы и т. д. Отдельные детали шпин­дельных коробок, приспособлений, кондукторов, люнетов, инстру­ментов, электрооборудования и других узлов также нормали­зованы.

Выпускают несколько размеров однотипных по конструкции нормализованных узлов и деталей агрегатных станков, что позво­ляет создавать различные по размерам агрегатные станки.

По общей компоновке агрегатные станки могут быть- а) горизон­тальными, вертикальными, наклонными, комбинированными; б) односторонними, двусторонними, многосторонними; в) с непод­вижным, с поворотным или с подвижным столом; г) однопозиционными, двух позиционными, многопозиционными.

Конструктор должен выбрать наиболее рациональную компо­новку станка, в которой максимально использованы нормализо­ванные и стандартные узлы и детали и обеспечены преимущества метода агрегатирования.

Агрегатные станки имеют ряд существенных преимуществ по сравнению со специальными станками неагрегатного типа Объем конструкторских работ при проектировании агрегатного станка по сравнению с проектированием специального станка такой же сложности сокращается примерно в 5—6 раз, а производственный цикл в 4—5 раз. Появляется возможность переналадки станка и многократного использования многих узлов и деталей при смене объекта производства. Благодаря всему этому снижается себе­стоимость и трудоемкость изготовления агрегатных станков

При использовании на агрегатных станках большого числа одновременно работающих инструментов и уменьшении числа операций (благодаря концентрации операций) значительно повы­шается производительность и снижается трудоемкость обработки.

Не только специализированные проектные организации и за­воды, но и заводы-потребители могут компоновать нужные для своего производства агрегатные станки. Это позволяет осуществить в кратчайшие сроки и в широких масштабах механизацию и авто­матизацию производственных процессов. Вследствие концентрации операций и замены нескольких универсальных станков одним агрегатным значительно уменьшаются производственные пло­щади, увеличивается долговечность станков, поскольку в них применяются уже испытанные в эксплуатационных условиях и хорошо себя зарекомендовавшие конструкции узлов и деталей. Это приводит к уменьшению расходов на эксплуатацию и повышает ритмичность работы предприятий. Появляется возможность пери­одической модернизации станков с заменой отдельных узлов и деталей, упрощается их обслуживание и ремонт, повышается культура производства и улучшаются условия труда.

Применение агрегатных станков открывает широкие возмож­ности для специализации заводов про производству нормализо­ванных узлов и деталей.

На агрегатные станки и их узлы созданы кроме нормалей от­дельных заводов и проектных организаций нормали машино­строения (например: МН 2753—61 — на основные параметры агрегатных станков; МН 2754—61 — на силовые головки; МН 2755—61 — на силовые столы прямолинейной подачи; МН 3447—

— 62 — на корпусные базовые детали; МН 5804—66 МН 5806—66 и МН 1643—61—МН 1743—61 — коробки многошпиндель­ные и др. [45].

Нормаль машиностроения МН 2753—61 устанавливает основ­ные параметры агрегатных станков. На рис. 3 показаны различ­ные компоновки агрегатных станков, предусмотренные этой нор­малью. Основные размеры агрегатных станков установлены ГОСТ 19468—74.

Метод агрегатирования широко применяется и при создании автоматических станочных линий (рис. 4). Нормализованными элементами в данном случае являются: узлы агрегатных станков, приводы шаговых транспортеров, кантователи межоперационные, толкатель гидравлический, привод поворотного устройства, ключи электромеханические, гидростанции, пневматические приводы и другие узлы и детали. Использование нормализованных узлов и деталей и в этом случае имеет большие преимущества и обеспе­чивает значительный экономический эффект.

Следовательно, на всех стадиях проектирования, изготовления и испытания опытных образцов должно быть обращено особое внимание на использование стандартных, нормализованных агре­гатов, узлов и деталей, а также на рациональную унификацию узлов и деталей, элементов деталей, заготовок, материалов, видов покрытий, термической обработки и т. д.

Перед конструкторами-станкостроителями стоят большие за­дачи в части создания унифицированных узлов и деталей для агрегатирования большинства групп и типов станков, станочной оснастки, загрузочных устройств, вспомогательного инструмента и др., в том числе станков с ЧПУ, многооперационных станков, автоматизированных участков и производств. Надо полагать, что будущее станкостроения — это станки, автоматические линии, автоматизированные участки и производства, скомпонованные из отдельных стандартизованных «кирпичиков» (элементов). При этом эти «кирпичики» должны быть выдержаны в едином стиле, иметь высокие технические и эстетические качества.

Рис. 4. Автоматическая линия из агрегатных станков (нормализованные узлы не заштрихованы, специальные — заштрихованы)