2733

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Воронежский государственный технический университет

В.И. Корнеев В.М. Пачевский

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТОВ И ОБОРУДОВАНИЯ

Часть 3

Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2003

УДК 621 Корнеев В.И., Пачевский В.М. Проектирование инстру-

ментов и оборудования: Учеб. пособие, Часть 3. Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т, 2003. 139 с.

В учебном пособии представлены основные материалы по разделу «Проектирование металлорежущих станков и станочных систем» курса «Проектирование инструментов и оборудования», включающие следующие темы: этапы проектирования станков; вопросы оптимизации проектных решений; компоновка станков; выбор технических характеристик станков; приводы главного движения и подач; классификация и основные типы станочных систем и другие вопросы. Пособие предназначено для студентов специальности 220300 «Системы автоматизированного проектирования» очной и заочной форм обучения и соответствует рабочей программе дисциплины «Проектирование инструментов и оборудования».

Учебное пособие подготовлено в электронном виде в текстовом редакторе MS WORD и содержится в файле «Пособие ПИО Ч3».doc.

Табл. 2. Ил. 41. Библиогр.: 11 назв.

Научный редактор профессор В.М. Пачевский

Рецензенты: Кафедра «Технология машиностроения» ВГТУ; д-р техн. наук, проф. Ю.М. Бреев

©Корнеев В.И., Пачевский В.М., 2003

©Оформление. Воронежский государственный технический университет, 2003

ВВЕДЕНИЕ

Учебное пособие разработано в связи с введением дисциплины «Проектирование инструментов и оборудования» в учебный план подготовки инженеров по специальности 220300 «Системы автоматизированного проектирования». Изучение этой дисциплины должно дать будущим специалистам сведения, необходимые при разработке современных технологических процессов и проектировании станков и инструментов.

Учебное пособие, подготовлено к изданию в электронной версии в трех частях:

1.Проектирование режущих инструментов;

2.Проектирование технологической оснастки;

3.Проектирование металлорежущих станков и станочных систем.

Впервой части рассмотрены: инструментальные материалы; основные принципы работы и конструктивные элементы режущих инструментов; общие вопросы конструирования режущих инструментов; расчет и конструирование токарных резцов, осевых инструментов, фрез, резьбовых, зуборезных и других инструментов.

Во второй части рассматриваются виды технологической оснастки и методы ее проектирования; принципы расчета точности приспособлений, сил закрепления; выбор силовых устройств; вопросы проектирования вспомогательного инструмента и загрузочно-ориентирующих устройств.

Втретьей части рассмотрены этапы проектирования станков; вопросы оптимизации проектных решений; компоновка станков; выбор технических характеристик станков; приводы главного движения и подач; классификация и основные типы станочных систем и другие вопросы.

3

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ И СТАНОЧНЫХ СИСТЕМ

1. ПРОЦЕСС ПРОЕКТИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

1.1. Общие сведения о металлообрабатывающих станках

Классификация металлообрабатывающих станков. Металлообрабатывающий станок — это машина, предназначенная для обработки заготовок в целях образования заданных поверхностей путем снятия стружки или путем пластической деформации. Обработка производится преимущественно путем резания лезвийным или абразивным инструментом. Получили распространение станки для обработки заготовок электрофизическими методами. Станки применяют также для выглаживания поверхности детали, для обкатывания поверхности роликами. Металлообрабатывающие станки осуществляют резание неметаллических материалов, например, дерева, текстолита, капрона и других пластических масс. Специальные станки обрабатывают также керамику, стекло и другие материалы.

Металлообрабатывающие станки классифицируют по различным признакам, в зависимости от вида обработки, применяемого режущего инструмента и компоновки. Все серийно выпускаемые станки разделены на девять групп (токарные; сверлильные и расточные; шлифовальные и доводочные; комбинированные; зубо- и резьбообрабатывающие; фрезерные; строгальные, долбежные и протяжные; отрезные; разные), в каждой группе предусмотрены девять типов.

Станки одного и того же типа могут отличаться компоновкой (например, фрезерные универсальные, горизонтальные, вертикальные), кинематикой, т. е. совокупностью звеньев, передающих движение, конструкцией, системой управления, размерами, точностью обработки и др.

4

Стандартами установлены основные размеры, характеризующие станки каждого типа. Для токарных и круглошлифовальных станков это наибольший диаметр обрабатываемой заготовки, для фрезерных станков — длина и ширина стола, на который устанавливаются заготовки или приспособления, для поперечно-строгальных станков — наибольший ход ползуна с резцом.

Группа однотипных станков, имеющих сходную компоновку, кинематику и конструкцию, но разные основные размеры, составляет размерный ряд. Так, по стандарту, для зубофрезерных станков общего назначения предусмотрено 12 типоразмеров с диаметром устанавливаемого изделия от 80 мм до

12,5 м.

Конструкция станка каждого типоразмера, спроектированная для заданных условий обработки, называется моделью. Каждой модели присваивается свой шифр — номер, состоящий из нескольких цифр и букв. Первая цифра означает группу станка, вторая — его тип, третья цифра или третья и четвертая цифры отражают основной размер станка. Например, модель 16К20 означает: токарно-винторезный станок с наибольшим диаметром обрабатываемой заготовки 400 мм. Буква между второй и третьей цифрами означает определенную модернизацию основной базовой модели станка.

По степени универсальности различают следующие станки:

—универсальные, которые используют для изготовления деталей широкой номенклатуры с большой разницей в размерах. Такие станки приспособлены для различных технологических операций;

—специализированные, которые предназначены для изготовления однотипных деталей, например, корпусных деталей, ступенчатых валов сходных по форме, но различных по размеру;

—специальные, которые предназначены для изготовления одной определенной детали или детали одной формы с небольшой разницей в размерах.

5

По степени точности станки разделены на 5 классов:

Н — станки нормальной точности, П — станки повышенной точности, В — станки высокой точности, А — станки особо высокой точности, С — особо точные или мастер-станки. В обозначение модели может входить буква, характеризующая точность станка: 16К20П — токарно-винторезный станок повышенной точности.

По степени автоматизации выделяют станки-автоматы и полуавтоматы. Автоматом называют такой станок, в котором после наладки все движения, необходимые для выполнения цикла обработки, в том числе загрузка заготовок и выгрузка готовых деталей, осуществляется автоматически, т. е. выполняются механизмами станка без участия оператора.

Цикл работы полуавтомата выполняется также автоматически, за исключением загрузки-выгрузки, которые производит оператор, он же осуществляет пуск полуавтомата после загрузки каждой заготовки.

С целью комплексной автоматизации для крупносерийного и массового производства создают автоматические линии и комплексы, объединяющие различные автоматы, а для мелкосерийного производства — гибкие производственные модули (ГПМ). Автоматизация мелкосерийного производства деталей достигается созданием станков с программным управлением.

По массе станки подразделяются на легкие — до 1 т, средние — до 10 т, тяжелые — свыше 10 т. Тяжелые станки делят на крупные — от 16 т до 30 т, собственно тяжелые — от 30 до 100 т, особо тяжелые — свыше 100 т.

Технико-экономические показатели станков. Для оценки качества станков пользуются системой техникоэкономических показателей, наиболее важными из которых являются точность, производительность, надежность, экономическая эффективность, безопасность и удобство обслуживания. Имеют также значение универсальность, степень автоматизации, материалоемкость, габаритные размеры, патентоспособность и другие показатели.

6

Точность станка характеризуется его способностью обеспечить форму, размеры, взаимное расположение с допустимыми отклонениями, а также определенную шероховатость обработанных поверхностей изделия.

Производительность станка оценивают чаще всего числом деталей, которые можно изготовить в единицу времени при соблюдении требований к точности (штучная производительность). Помимо штучной производительности пользуются также понятием «производительность резания». Она измеряется в см3/мин. Штучная производительность зависит от производительности резания и затрат времени на холостые ходы и на вспомогательные операции, несовмещенные во времени с обработкой, например — на загрузку заготовок или выгрузку деталей.

Повышение производительности станка достигается прежде всего увеличением скорости движения, глубины резания, числа одновременно работающих инструментов, автоматизацией цикла работы.

Надежность станка является его свойством сохранять при правильной эксплуатации точность и производительность в заданных пределах, а также сохранять свои качества при правильном хранении и транспортировке. Надежность станка характеризуется рядом показателей. Экономическая эффективность определяется сравнением приведенных затрат для нового и заменяемого станка. Приведенные затраты включают в себя себестоимость продукции, изготовляемой на станке, и единовременные капитальные вложения (стоимость оборудования, здания и др.). Экономическая эффективность зависит в первую очередь от производительности станка. Повышение точности станка выгодно; так как благодаря этому устраняется ручная доводка, повышается долговечность или улучшаются другие эксплуатационные качества изготовляемых деталей.

7

1.2. Исходные данные для проектирования МРС

Основными исходными данными, необходимыми для проектирования станка, являются:

1)назначение станка, т. е. указание, для обработки каких деталей и поверхностей предназначен станок; габариты и вес обрабатываемых деталей, материалы, из которых они выполнены, размеры и характер обрабатываемых поверхностей, вид заготовки и величина припусков;

2)метод обработки, устанавливаемый на основе анализа технологических процессов обработки поверхностей деталей и выбора наиболее целесообразного варианта. На выбор метода обработки существенное влияние оказывает вид производства (массовое, серийное, индивидуальное);

3)требуемая точность обработки, экономичность и производительность станка являются основными данными для получения остальных технических характеристик станка и установления режимов обработки;

4)режимы обработки, т. е. наибольшие и наименьшие скорости резания и подачи, наибольшие усилия резания, возникающие в процессе обработки, — данные для кинематических и силовых расчетов узлов и деталей станка.

1.3. Этапы проектирования станков

Проектированию станка предшествует предварительная, так называемая предпроектная проработка, которая завершается составлением технического задания на проектирование отдельного станка или комплекта станочного оборудования.

Техническое задание. Основная цель технического задания — обосновать целесообразность создания нового станка и дать основные исходные данные для его проектирования.

При создании нового станка необходимо обеспечить его более высокие технические характеристики по сравнению с существующими станками, чтобы иметь явные преимущества при применении нового станка.

8

Эти новые качества станка могут быть весьма разнообразны: повышаются точность и производительность станка, уменьшаются занимаемые им площади, упрощается конструкция станка, увеличивается его универсальность, повышается степень его автоматизации, становится возможным применять более высокие режимы обработки и т. д.

Основной задачей технического задания является указание и обоснование тех новых качеств, которыми должны обладать проектируемые станки. Для этой цели при составлении технической характеристики проектируемого станка, как правило, дается сводная таблица характеристик лучших станков данного типа. Анализ данной таблицы позволяет выявить преимущества технических данных нового станка по сравнению с существующими.

В техническом задании указывают основные конструктивные особенности будущего станка, разрабатывают ориентировочный вариант его кинематической и электрической схем, устанавливают технические характеристики, которым должен отвечать новый станок. Приступая к разработке технического задания и к проектированию нового станка, необходимо проделать большую предварительную подготовку по изучению работы аналогичного оборудования.

Техническое предложение является первым этапом проектирования станочного оборудования. На базе исходных данных предпроектной проработки в техническом предложении обосновывают и уточняют технические характеристики: диапазоны скоростей главного привода, привода подач и вспомогательных перемещений. Выбирают двигатели для всех кинематических цепей и обосновывают рациональную мощность приводных двигателей. Дополнительно прорабатывают патентные источники и уточняют ожидаемую экономическую эффективность создаваемого станочного оборудования. На этапе технического предложения синтезируются варианты принципиальных схем станка и возможные компоновки как самого станка, так и всего комплекта станочного оборудования. Проводят оптимизацию компоновочных решений.

9

Эскизный проект является развитием технического предложения и содержит предварительную конструктивную разработку всех основных узлов. Принятие решений обосновывают расчетами, оптимизацией важнейших параметров с учетом технологичности конструкции и достижимой степени унификации.

Технический проект включает окончательную конструктивную проработку всех схем станка, его общие виды и все узловые чертежи с указанием технических условий на изготовление и сборку. На этом этапе осуществляют все виды уточненных расчетов и окончательно определяют эффективность станка или набора станочного оборудования.

Разработка рабочей документации является завершающим этапом проектирования. На основе технического проекта оформляют рабочие чертежи на все оригинальные детали станка с простановкой размеров и техническими условиями на изготовление. Составляют перечень комплектующих изделий (покупных) деталей и спецификацию оригинальных деталей.

Разделение процесса проектирования на последовательные этапы является в известной мере условным, поскольку по ходу проектирования целесообразно пересматривать и уточнять ранее принятые решения. Например, при конструировании одного из важнейших узлов станка может выясниться необходимость изменения общей компоновки станка или внесения изменений в его кинематическую схему. Появление новых, прогрессивных комплектующих изделий (шпиндельных опор, направляющих, устройств управления, средств контроля

иизмерения) также влияет на окончательное оформление конструкции отдельных узлов, а иногда и всего станка.

Существенное влияние на процесс проектирования станочного оборудования оказывают средства вычислительной техники. Особенно эффективно использование ЭВМ для сбора

иобработки исходной информации, выполнения сложных, трудоемких расчетов и для окончательного оформления чертежей и другой рабочей документации. Применение агрегатномодульного принципа, когда различные по назначению и кон-

10