Методическое пособие 755

Министерство образования Российской Федерации

Воронежский государственный технический университет

В.Н. СТАРОВ

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ

МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ

СТАНКОВ

Часть 2

Пособие для студентов специальностей 120200 - Металлорежущие станки и инструменты

120100 -Технология машиностроения

Воронеж - 2004

2

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ Глава 1 НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОМПОНОВКИ И

КОНСТРУИРОВАНИЯ ТИПОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МЕХАНИЗМОВ СТАНКОВ……………………………

1.1Типоразмеры станков и их обозначение………………

1.2Классы точности станков ……………………………….

1.3Уточнение факторов движения, определяющих конструкцию станка…………………………………….

1.4Классификация передаточных механизмов……………

Глава 2 КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА СТАНКОВ………

2. 1 Статические показатели качества станков…………....

2.2Прочность станков……………………………………..

2.3Статическая прочность узлов станка …………………

2.4Влияние жесткости узлов станка на точность обработки ………………………………………………..

Глава 3 НАДЕЖНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ УЗЛОВ СТАНКА. 3.1 Показатели надежности и долговечности станков……. 3.2 Сроки службы деталей и узлов станков………………...

3.3Методики расчета деталей станков на изнашивание…..

3.4Методы повышения надежности станков………………

3.5Методы повышения долговечности станков……………

Глава 4 БАЗОВЫЕ УЗЛЫ И ДЕТАЛИ СТАНКОВ…………………

4.1Конструктивные особенности и формы базовых деталей…

4.2Станины ……………………………………………………..

4.3Направляющие………………………………………………

4.4Шпиндельные узлы…………………………………………

Глава 5 ПРИМЕРЫ КОМПОНОВОК СТАНКОВ……………………

5.1Токарные станки ……………………………………………

5.2Фрезерные станки……………………………………….

5.3Строгальные станки………………………………………

5.4Зубофрезерные станки……………………………………

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………….

ЛИТЕРАТУРА………………………………………………….

4

Глава 1 НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОМПОНОВКИ И КОНСТРУИРОВАНИЯ ТИПОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

МЕХАНИЗМОВ СТАНКОВ 1.1. Типоразмеры станков и их обозначение

В зависимости от характера, вида выполняемых работ и режущего инструмента для обозначения типов и моделей станков в РФ, наследуя опыт СССР, принята система, по которой все станки разбивают на девять групп: 1- токарные станки; 2 - сверлильные и расточные станки; 3 - шлифовальные, полировальные и доводочные станки; 4 - комбинированные станки; 5 - зубообрабатывающие станки; 6 - фрезерные станки, 7-строгальные, долбежные и протяжные станки; 8- отрезные станки; 9 - разные станки.

Каждая из этих групп, в свою очередь, разделена на девять типов. Например, в группу токарных станков входят одношпиндельные (1-й тип) и многошпиндельные (2-й тип) автоматы, револьверные (3-й тип), сверлильно-отрезные (4-й тип), карусельные (5-й тип), токарные и лобовые (6-й тип), многорезцовые (7-й тип), специализированные (8-й тип) и прочие станки данной группы (9-й тип).

Для каждого типа станков ГОСТ предусматривает ряд основных параметров, характеризующих размеры обрабатываемых деталей, геометрические размеры станка, его вес. Так, для токарно-кару- сельных станков предусматривает 15 типоразмеров станков с наибольшим диаметром обрабатываемых изделий от 800 до 20 000 мм.

Стандарт также рекомендует указывать основные параметры станков. Например, для карусельных, круглошлифовалышх, зубофрезерных станков - это наибольший диаметр обрабатываемых заготовок; для поперечно-строгальных и долбежныхнаибольший ход ползуна; для фрезерных - размеры стола.

Обозначение станков состоит из трех-четырех цифр. Первые две цифры означают его группу и тип, третья и четвертая — один из главных размеров. Таким образом, одна или две цифры характеризуют основной параметр станка (например, высоту центров для токарных станков, диаметр стола для плоскошлифовальных, карусельных и других станков, диаметр сверления), а другие указывают на модернизацию основной базовой модели (например, токарно-

5

винторезный станок модели 1К62). В общей классификации модель 1620 относится к виду - токарный станок с высотой центров 200 мм.

Буква в конце означает модификацию основной модели. Так, модель 1К62А это - токарно-винторезный станок с копировальным устройством. Другой пример: модель 2150- вертикально-сверлильный станок с наибольшим диаметром сверления 50 мм; модель 2А150 - тот же станок, но модернизированный; модель 6Н12 - вертикальнофрезерный станок; модель 6Н12К- копировально-фрезерный; модель 6Н12Ф - станок с ЧПУ на базе модели 6Н12. Специальные и специализированные станки обозначают шифрами завода и порядковым номером модели; ЕЗ-9 -спецстанок для нарезания зубчатых реек Егорьевского завода «Комсомолец».

Типоразмер станка — представитель ряда с конкретными параметрами, а модель станка — конструкция данного типоразмера.

Станки создают по размерным рядам, представляющим собой группы однотипных станков подобной кинематической структуры и конструкции, но имеющих разные размеры. По ГОСТ 600-80 предусмотрено 13 размеров токарно-карусельных станков (диаметр обработки 80...2500О мм); по ГОСТ 2983-81-6 размеров круглошлифовальных станков (диаметр устанавливаемой заготовки 100...800 мм); по ГОСТ 6852-80Е-5 размеров зубофрезерных станков (диаметр заго-

товки — 800...5000 мм) и т. д.

В зависимости от веса станки разделяют на легкие (весом до 10 кН), средние - до 100 кН и тяжелые - свыше 100 кН. Тяжелые станки,

всвою очередь, разделяют на три подгруппы: крупные весом от 100 до 300 кН; тяжелые весом от 300 до 1000 кН; особо тяжелые — уникальные станки весом свыше 1000 кН.

Классификация станков по степени универсальности предусматривает подразделение их по технологическим признакам:

а) универсальные - выполняют разнообразные операции на заготовках широкой номенклатуры в единичном и мелкосерийном производстве, используются также при ремонтных работах;

б) широкого назначения - выполняют ограниченное число различных операций с широкой номенклатурой заготовок, используются

восновном в мелкосерийном производстве;

в) специализированные - для обработки однотипных заготовок разных размеров в крупносерийном и массовом производстве;

6

г) специальные - для обработки заготовок одного типоразмера, используются в массовом производстве.

1.2 Классы точности станков

По классам точности работы подразделяют станки нормальной точности и прецизионные. Классификация станков по точности предусматривает пять классов: нормальной точности Н; повышенной точности П; высокой точности В; особо высокой точности А того же класса, что и В, но при более высоких требованиях к точности изготовления основных узлов и деталей; особо точные С (так называемые мастер-станки) для обработки деталей, определяющих точность эталонов зубчатых колес, измерительных винтов и т. п. Они таковы.

Класс Н — станки нормальной точности — наиболее распространенный класс, обеспечивающий обработку деталей примерно второго класса точности. Допустимые отклонения геометрических и кинематических параметров станка этого типа регламентируются соответствующим ГОСТом.

Класс П — станки повышенной точности, изготовленные преимущественно на базе станков нормальной точности при особо высоких требованиях к качеству производства и подбору базовых деталей станка. В токарных и многих других станках повышенной точности эта задача решается более качественным изготовлением шпинделя, его опор и направляющих.

Класс В — станки высокой точности. Высокая точность обработки на этих станках обеспечивается благодаря специальной конструкции отдельных элементов, высокому качеству их изготовления и использованию станков в специальных условиях эксплуатации.

Класс А — особо высокой точности того же типа, что и класс В, но изготовлены с более жесткими требованиями к основным узлам и деталям.

Класс С — станки особо точные — специальные мастер-станки, служащие для изготовления деталей, определяющих точность прецизионных станков. На этих станках изготовляют такие детали, как делительные и эталонные колеса, измерительные винты и др. Например, токарно-винторезный прецизионный станок модели 1622 относится к этому классу.

7

Соотношение между величинами допусков при переходе от класса к классу для большинства показателей в станкостроении основано на использовании стандартного ряда чисел. Часто применяют значения с = 1,26; 1,41; 1,58. но наиболее принято =1,6.

Если, например, обозначить допустимое отклонение данного показателя (биение шпинделя, параллельность оси шпинделя направляющим) знаком с соответствующим индексом, то ряд ; ; ;

; будет представлять собой геометрическую прогрессию со знаменателем, равным 1,6. Для современного парка металлорежущих станков характерно наличие многих высокоточных станков, включая с системами ЧПУ, в первую очередь, это винторезные, координатнорасточные, резьбошлифовальные и другие станки, которые по своим характеристикам приближаются к точным приборам. I

1.3. Уточнение факторов движения, определяющих конструкцию станков

Движения в станках и методы их осуществления могут реализовываться по-разному. Однако способ обработки или технологический процесс, положенный в основу станка, определяют те относительные движения, которые необходимо совершать инструменту и заготовке для процесса формообразования. Поэтому характер движений и методы их осуществления оказывают существенное влияние на конструкцию станка.

Обработка изделий любой формы простейшим и кратчайшим путем приводит к тому, что принципиальные кинематические схемы резания получаются основанными на сочетании двух элементарных движений — прямолинейного и вращательного. На основе одного движения, сообщаемого инструменту или изделию, построены методы строгания, долбления, протягивания, зубострогания и т.п. Во всех этих случаях относительное движение инструмента и заготовки — прямая линия, и поэтому различные поверхности, которые можно обработать на основе одного прямолинейного главного движения, образуются прямыми линиями. Сложные профили в данном случае получаются либо благодаря соответствующей конфигурации инструмента

8

(фасонного резца, протяжки), либо путем последовательных относительных перестановок инструмента и изделия (зубострогания).

Сочетание вращательного и поступательного движений, сообщаемых инструменту и заготовке, позволяет обрабатывать поверхности методами точения, сверления, резьбонарезания, фрезерования, плоского шлифования и др. Сочетание нескольких простейших движений может дать сложные траектории относительного движения.

Напомним, что все движения в станках, в зависимости от назначения, которое они выполняют при снятии стружки, разбивают на главное движение (это вращение шпинделя в токарных, сверлильных, шлифовальных и других станках, а также возвратно-поступательное движение ползуна или стола в строгальных, протяжных, долбежных станках) и движение подачи (это подача суппортов у токарных и столов у фрезерных станков, перемещение стола и вращение детали в круглошлифовальных станках). При этом главное движение обеспечивает требуемую скорость резания v. Скорость резания v измеряется в м/мин, (для шлифовальных станков в м/сек), и обеспечивается приводом главного движения станка. Движение подачи s влияет обычно на качество получаемой поверхности детали. Число оборотов в минуту шпинделя станка n об/мин или число двойных ходов в минуту стола характеризует кинематические возможности станка для обеспечения требуемой скорости резания, см. рис. 1.

Величина подачи s измеряется по-разному: в мм на оборот шпинделя (токарные, сверлильные станки); в мм/мин - минутная подача (фрезерные, шлифовальные станки); в мм на один двойной ход (строгальные, долбежные станки). Подача обеспечивается приводом подач станка. Кроме рабочих движений, в станке имеются движения, не связанные с процессом резания, но необходимые для полного осуществления цикла.

Характер и направление движений инструмента и заготовки оказывают непосредственное влияние на компоновку всего станка, так как они определяют движение суппортов, столов, шпинделей и других основных механизмов станка.

Большое влияние на конструктивное оформление станка оказывают и способы осуществления движений. В станках находят применение самые разнообразные методы для осуществления движений исполнительных механизмов и для управления циклом (включение,

9

выключение и изменение скорости отдельных механизмов и согласование их движений по времени).

Для приведения в движение отдельных механизмов применяют традиционные способы, описанные ниже.

Во-первых, это механический способ, который является наиболее старым и распространенным в станках; при этом используют почти все известные механизмы: зубчатые и специальные зацепления, винтовые, кулисные, кулачковые и др.

Второй это - гидравлический способ, который удобен для плавного изменения скорости и переналадки станка.

Третий - пневматический способ. Его применяют для вспомогательных движений, например для зажима изделия, подачи заготовок, быстрого подвода и отвода суппортов и др. Сжимаемость воздуха не позволяет использовать этот метод для рабочих движений.

Комбинированный пневмогидравлический способ основан на сочетании пневматики для сообщения энергии движения механизму станка и гидравлики для регулирования скорости его движения.

Электронный и электрический способы наиболее быстродейственны, современны и эффективны, но они, как и все, не являются однозначно главными. В конструкции станка необходимо комбинировать все указанные способы, извлекая преимущества каждого.

Для управления циклом в станках применяются разнообразные методы. Это такие: механические — в виде упоров, кулачков, управляющими муфтами, трензелями и другими механизмами; электротехнические и методы электроники — управление электродвигателями, электромагнитными муфтами, соленоидами и электромагнитами, совершающими соответствующие переключения; гидравлические — управление золотниками, регулируемыми насосами и гидромоторами, гидромуфтами и другими устройствами; пневматические — управление работой пневмоцилиндров исполнительных механизмов; фотоэлектрические методы управления, например, фотокопирование по чертежу или сканирование, функциональные, например лазерное измерение размера и объема детали и использование этой информации для компьютерного управления исполнительными системами станка.

10