2899

образом: станок токарно-винторезный с высотой центров над станиной (половина наибольшего диаметра обработки) 200 мм, очередной модернизации (К) базовой модели 1620, повышенной точности (П), с контурной системой программного управления (Ф3). Модель 2Н125

– станок вертикально-сверлильный с наибольшим условным диаметром сверления 25 мм, модернизации Н базовой модели 2125. Модель 6Т80Ш – станок горизонтально-фрезерный, со столом с размерами 200*600 мм - №0 (третья цифра), модернизации Т базовой модели 680, широкоуниверсальный (Ш).

4.1.2. Движения в станках

Любая деталь – это замкнутое пространство, ограниченное реальными геометрическими поверхностями, которые образованы в результате обработки тем или иным способом (литьем, штамповкой, резанием и др.). При этом, какой бы способ обработки ни был применен, реальные поверхности детали всегда отличаются от идеальных геометрических поверхностей, которыми мы мысленно оперируем при конструировании. Поверхности, полученные на металлорежущих станках резанием, отличаются от идеальных погрешностями формы, размеров, наличием шероховатости.

Любую поверхность можно представить как след движения одной линии (образующей) по другой (направляющей). Обе эти линии называют производящими. Например, круговая цилиндрическая поверхность может быть представлена как след движения прямой линии по окружности или след движения окружности по прямой.

Боковую поверхность зуба прямозубого цилиндрического колеса можно рассматривать как след движения эвольвенты вдоль прямой линии или след движения прямой по эвольвенте. Таким образом, с геометрической точки зрения процесс образования поверхности сводится к осуществлению движения одной производящей линии по другой. На станках производящие линии образуются режущими кромками инструмента за счет согласованных относительных движений заготовки и инструмента.

В процессе работы станка его подвижные органы совершают реальные движения, которые делятся на рабочие или формообразующие, установочные, делительные, вспомогательные и движения управления.

Рабочими называются взаимосогласованные движения режу-

61

щего инструмента и обрабатываемой заготовки, непосредственно связанные с процессом резания. Эти движения являются формообразующими, т.е. определяющими форму обработанной детали. Они сообщаются инструменту и заготовке исполнительными (рабочими) органами станка – шпинделем, суппортом, столом. В зависимости от формы производящей линии и метода ее образования движения формообразования могут быть простыми и сложными. К простым относят вращательное и прямолинейное. Сложные обычно представляют различные комбинации простых. Рабочие движения делят-

ся на главное движение и движение подачи.

Главное движение (движение резания) обеспечивает отделение стружки от заготовки. Оно осуществляется с наибольшей скоростью, со значительным усилием, превосходящим сопротивление обрабатываемого материала резанию, и на него затрачивается основная часть мощности привода станка. В зависимости от вида обработки главное движение может быть либо вращательным (в большинстве случаев), либо прямолинейным возвратно-поступательным и может осуществляться либо инструментом, либо заготовкой. Вращательное главное движение характеризуется частотой вращения заготовки (токарные станки) или инструмента (сверлильные, расточные, фрезерные, шлифовальные станки), мин-1.

n=1000v/( D) [мин-1],

где v – скорость резания, м/мин; D – диаметр заготовки или инструмента, мм.

У строгальных, долбежных и протяжных станков главным является прямолинейное возвратно-поступательное движение, характеризуемое частотой двойных ходов, мин-1.

где K= vx/vp; vp, vx – скорости соответственно рабочего и холостого ходов; L – длина хода инструмента (стола), м, определяемая длиной обрабатываемой детали.

Движение подачи позволяет подводить под режущую кромку инструмента все новые участки поверхности заготовки и тем самым

62

распространить процесс резания на всю обрабатываемую поверхность. В большинстве случаев подача осуществляется прямолинейно, однако применяется подача вращательным движением (круговая подача), а при обработке на станках с ЧПУ подача может осуществляться по заданной траектории. Движение подачи может совершать либо инструмент (токарные, сверлильные, продольно-строгальные станки), либо заготовка (фрезерные, поперечно-строгальные станки). Подача характеризуется величиной перемещения инструмента за один оборот заготовки (токарные станки) или инструмента (сверлильные и расточные станки), либо перемещением заготовки за один двойной ход инструмента или перемещением инструмента за один двойной ход заготовки. Подача задается соответственно в миллиметрах на 1 оборот или в миллиметрах на двойной ход. На фрезерном станке устанавливается минутная подача SM = SZZn, где SZ – подача на один зуб фрезы, мм/зуб; Z – число зубьев фрезы; n – частота вращения фрезы, мин-1.

Перед началом обработки исполнительные органы станков осуществляют установочные движения, необходимые для приведения инструмента и заготовки в исходное для обработки положение.

В случае необходимости получения на заготовке равномерно расположенных одинаковых поверхностей на станке осуществляются делительные движения, которые могут быть периодическими (изготовление зубчатого колеса) или непрерывными. Вспомогательными называются движения, подготавливающие процесс резания, но сами в нем не участвующие. К ним относятся движения, связанные с установкой и закреплением заготовки, подводом и отводом инструмента, его правкой, удалением стружки и т.п. Для обработки очередной заготовки исполнительные органы станка возвращают в исходное положение, производя одно или несколько холостых движений, при которых резания не происходит. Сочетание рабочих и холостых движений образует периодически повторяющийся цикл работы станка.

Движениями управления осуществляется пуск и остановка станка, переключение скоростей и подач его исполнительных органов, их реверсирование. Эти движения совершаются органами управления станка – муфтами, передвижными блоками зубчатых колес и т.д.

Установочные, делительные, вспомогательные движения и движения управления осуществляются вручную или автоматически.

63

Автоматизация этих движений является важнейшим резервом повышения производительности металлорежущих станков.

4.1.3. Структура металлорежущего станка

Основой любого станка являются его более или менее крупные корпусные детали. Они могут быть неподвижными и подвижными, и в конечном счете определяют контур станка. Эти базовые детали служат для создания требуемого пространственного размещения исполнительных органов – узлов, несущих режущий инструмент и обрабатываемую заготовку, и обеспечивают точность их взаимного расположения и перемещения в процессе обработки. Совокупность базовых деталей образует несущую систему станка. К базовым деталям относятся станины, стойки, траверсы, суппорты, планшайбы, ползуны и др. Базовые детали должны обладать высокой жесткостью и виброустойчивостью, сохранять заданную точность в течение всего срока эксплуатации станка, иметь минимальную массу.

Корпусные детали станков обычно представляют собой отливки достаточно сложной формы. Они имеют ребра жесткости, базовые поверхности для крепления к другим деталям, направляющие для перемещения подвижных узлов.

Корпусные детали определяют пространственную компоновку станка. Компоновкой называют рациональное расположение основных узлов станка по отношению к обрабатываемой заготовке и друг к другу. Компоновка станка должна обеспечивать его высокую жесткость и виброустойчивость, удобство доступа к обрабатываемой заготовке и узлам станка при обслуживании и ремонте, минимальную материалоемкость, а также отвечать эргономическим и эстетическим требованиям. В процессе многолетней практики конструирования, изготовления и эксплуатации м/р станков сформировались оптимальные компоновки основных типов станков, ставшие традиционными. На рис. 4.1 приведены типовые компоновки верти- кально-сверлильного (а), универсального токарного (б), токарнокарусельного (в), горизонтально-фрезерного (г) и поперечнострогального (д) станков. Координатные оси на компоновках показывают направления возможных перемещений подвижных узлов станка. Принято, что ось Х всегда лежит в горизонтальной плоскости, а ось 2 параллельна оси шпинделя; при отсутствии шпинделя ось 7. перпендикулярна к плоскости стола (д). На компоновках стан-

64

ков показаны рабочие движения исполнительности органов: главное движение и - вращение шпинделя (а - г) и возвратно-поступательное движение (д); подачи (продольная, поперечная, вертикальная, горизонтальная) - непрерывные (а - г) и периодические {д).

Рис. 4.1. Типовые компоновки металлорежущих станков

Несмотря на большое число и разнообразие конструкций станков, в их устройстве есть много общего. С точки зрения выполняемых функций практически все составные части станка можно свести к четырем основным группам: несущей системе, приводу, системе управления, вспомогательным устройствам (рис.4.2).

В несущую систему станка входят его опорные элементы и исполнительные органы.

Опорными элементами станка являются его неподвижные корпусные детали и узлы, служащие базой для размещения как его подвижных деталей и узлов, так и отдельных элементов и механизмов. Многие опорные элементы могут перемещаться в различные положения при наладке станка (на рис. 4.1 наладочные перемещения sнал), но во время обработки они неподвижно закрепляются. Для пе-

65

ремещения по ним подвижных деталей и узлов опорные элементы имеют направляющие.

Рис. 4.2. Структура металлорежущего станка

Основным опорным элементом любого станка является станина, на которой монтируются остальные узлы и механизмы станка. Станины могут быть горизонтальными (рис.4.1, б) и вертикальными. Вертикальные станины (стойки 8) для повышения устойчивости станков опираются на плиту (основание) 1. Стойка сверлильного станка называется колонной 5. Ряд станков наряду с горизонтальной станиной имеет одну или две стойки.

У многих станков (радиально-сверлильных, токарно-кару- сельных, продольно-фрезерных, строгальных) имеется траверса (поперечина) 11, которая может перемещаться по вертикальным направляющим станины или стойки (стоек). По горизонтальным направляющим траверсы перемещаются подвижные узлы станка. У тяжелых двухстоечных станков (например, токарно-карусельных) верхние концы стоек соединены неподвижной перекладиной 10, создающей жесткую рамную конструкцию - портал. Горизонтальнофрезерные станки для повышения жесткости оправки, несущей фрезу, оснащаются хоботом 13.

66

Для размещения механизмов станков (коробок скоростей со шпинделем, коробок подач и т. п.) в тех случаях, когда они не расположены внутри станины или стойки, применяются бабки или головки 4 (шпиндельные, шлифовальные и т.д.).

Исполнительными органами называются его подвижные детали и узлы, сообщающие режущему инструменту и обрабатываемой заготовке необходимые движения – рабочие, вспомогательные, установочные, делительные. У станков с вращательным главным движением наиболее важным исполнительным органом является шпиндель 3 – вал, сообщающий вращение режущему инструменту или заготовке. Суппорт 7 служит для установки инструмента и сообщения ему движения подачи. Суппорт перемещается по направляющим станины, стойки или траверсы. Стол 2 служит для сообщения закрепленной на нем заготовке движения подачи. У некоторых типов станков столы в процессе обработки неподвижны. Планшайба 9 представляет собой круглый стол, сообщающий непрерывное вращение заготовкам на карусельных и др. станках. Обычно планшайба вращается относительно вертикальной оси. Ползун 14 служит для сообщения режущему инструменту возвратнопоступательного движения. Исполнительные органы станка приводятся в движение приводом, состоящим из источника движения – двигателя и передачи - механизма или среды, передающей движение от двигателя к исполнительным органам.

Система управления может быть ручной или автоматической. Ручное управление осуществляется рабочим, обслуживающим станок, с помощью рукояток, кнопок и т.д. Автоматическое управление осуществляется по заданной программе и может быть либо механическим или гидравлическим (станки-автоматы и полуавтоматы), либо электронным (станки с ЧПУ и многоцелевые).

Вспомогательные устройства обслуживают процесс обработ-

ки: обеспечивают смазывание станка, охлаждение зоны резания, отсос тумана и пыли, работу гидро- и пневмосистемы, автоматическую уборку стружки и т.д.

4.1.4. Передачи

Для сообщения движения исполнительным органам станка применяются разные передачи, чаще всего механические. Каждая такая передача (кинематическая пара) представляет собой простей-

67

ший механизм, состоящий из двух-трех отдельных деталей, содержит ведущее и ведомое звенья. Ведущее звено сообщает движение ведомому звену.

Механические передачи делятся на две группы: механизмы для передачи вращательного движения и механизмы для преобразования вращательного движения в поступательное. По принципу действия передачи первой группы делятся на передачи трения (ременные) и передачи зацепления (цепные, зубчатые, червячные). В этих передачах движение передается от ведущего вала I к ведомому валу II. Основным кинематическим параметром, определяющим соотношение движений между звеньями, является передаточное отношение i = n2/n1, где n1 и n2 – частота вращения соответственно ведущего и ведомого валов. Для ременной передачи i = (d1/d2) , где d1/d2 - диаметры ведущего и ведомого шкивов, мм; = 0,985 – коэффициент проскальзывания ремня. Для зубчатой и цепной передачи i = z1/z2, числа зубьев ведущего и ведомого зубчатых колес или звездочек. Для червячной передачи i = k/z, где k – число заходов червяка, z – число зубьев червячного колеса.

Червячная передача всегда понижающая, остальные могут быть понижающими (i < 1) или повышающими (i > 1).

Для передач второй группы (реечная и винт-гайка) основным кинематическим параметром является ход передач Н – величина поступательного перемещения ведомого звена за один полный оборот вращающегося ведущего звена, мм/ об.

Для анализа движения различных органов станков применяются кинематические схемы, дающие наглядное представление о кинематике станков и в некоторой степени об их конструкции. Схемы выполняют с использованием условных графических изображений. На кинематической схеме указывают данные привода, позволяющие производить необходимые кинематические расчеты: частоты вращения двигателей, диаметры шкивов, числа зубьев шестерен, шаги винтов и др.

Кинематическая схема состоит из нескольких кинематических цепей (главного движения, подачи, вспомогательных движений и т.д.) Кинематическая цепь представляет собой систему последовательно расположенных кинематических пар (передач) – ременных, зубчатых и т.п. Кинематическая цепь передает движение от начального ее звена к конечному. Обычно начальное звено совершает вращательное движение, конечное – либо вращательное, либо поступа-

68

тельное прямолинейное. Передаточное отношение кинематической цепи определяется как произведение передаточных отношений всех m составляющих ее передач:

Iк.ц. = i1i2 …..im.

Для изменения соотношения движений начального и конечного звеньев в кинематическую цепь вводят орган настройки, который позволяет изменить передаточное отношение цепи. В качестве органа настройки чаще всего применяют сменные зубчатые колеса (гитары), коробки скоростей и подач.

Под настройкой станка понимается установление требуемых скоростей движения его исполнительных органов и их согласование для осуществления необходимого относительного движения между обрабатываемой заготовкой и режущим инструментом. Для настройки необходимо найти параметры органов настройки на основе определения расчетных перемещений и составления уравнения кинематического баланса цепей станка. С помощью уравнения кинематического баланса можно по заданной скорости движения начального звена найти скорость движения конечного звена, если известно передаточное отношение кинематической цепи.

При подготовке станка к выполнению определенной работы производят его настройку и наладку. Наладка станка не связана с кинематическими расчетами. Она включает установку и регулировку режущего и вспомогательного инструмента, упоров, кулачков, копиров и т.д.

4.1.5. Типовые детали и механизмы станков

Станины и их направляющие. Станина является основной несущей частью станка, на которой монтируются другие его элементы и механизмы. Для жесткого крепления неподвижных узлов - шпиндельных бабок, коробок скоростей и подач и т.п. - станины имеют лапы, фланцы и другие конструктивные элементы. Подвижные узлы станка - стол, планшайба, суппорт, ползун - перемещаются по прямолинейным или круговым направляющим станины.

Станины могут быть горизонтальными и вертикальными (стойки). Горизонтальные станины тяжелых станков устанавливают непосредственно на фундамент по всей опорной поверхности. Станины

69

средних и легких станков устанавливают на тумбы или ножки (токарные, револьверные станки) или на небольшую опорную поверхность основания (фундаментной плиты) станины (фрезерные, сверлильные, шлифовальные станки).

Станина должна обладать высокой жесткостью и виброустойчивостью, поэтому станина обычно имеет коробчатую форму с внутренними стенками, перегородками и ребрами жесткости. Для увеличения жесткости тяжелых двухстоечных станков (продольнострогальных, токарно-карусельных и др.) их стойки соединяют перекладинами, образуя замкнутый контур несущей системы (портальные стенки).

В поперечном сечении станины и стойки могут иметь различный профиль. Стойки фрезерных, сверлильных и некоторых других станков имеют замкнутый профиль (рис. 4.3, а), обеспечивающий максимальную жесткость. Для горизонтальных станин применяют либо открытый профиль (рис. 4.3, б), когда две боковые стенки соединены ребрами той или иной формы (токарные, револьверные, расточные станки), либо полуоткрытый (строгальные, фрезерные станки), когда у станины имеется верхняя или нижняя стенка (рис. 4.3, в). При необходимости отводить большое количество стружки станине придают специальную форму, например выполняют ее с наклонной стенкой и окнами в боковой стенке (рис. 4.3, г).

Рис. 4.3. Профили станин и стоек

Станины в большинстве случаев выполняют литыми из чугуна СЧ15 или СЧ20. Достоинством литых станин является их высокая виброустойчивость, так как чугун обладает способностью гасить колебания благодаря высокому коэффициенту внутреннего трения. Однако для снижения массы применяют также сварные станины из стали Ст3 или Ст4. Станины тяжелых станков иногда изготовляют из бетонаилижелезобетона,чтодаетсущественнуюэкономию металла.

70