УЧОБА ЛЕХА / Правоведение / Понаморев / Лекции (новые)мрс / Лекция 1

ЛЕКЦИЯ №1

ВВЕДЕНИЕ

Металлорежущие станки являются основным видом оборудования в машиностроении, приборостроении и др. отраслях промышленности. Совершенствование металлорежущих станков предопределяет научно-технический прогресс, развитие технологии и организации машиностроительного производства.

Металлорежущий станок – машина для размерной обработки заготовок. Кроме металлических заготовок на станках могут обрабатываться также детали из других материалов (пластмассовые, керамические, углеграфитовые и другие твердые материалы, применяемые для деталей машин), поэтому термин «металлорежущий» является в известной степени условным. Обработка заготовок производится преимущественно лезвийным инструментом, но к станкам также относят и технологическое оборудование, использующее для обработки электрохимические методы, сфокусированный электронный или лазерный луч, поверхностное пластическое деформирование.

Процесс обработки на станках осуществляется при помощи формообразующих движений, совершаемых инструментом и заготовкой. Движения могут быть движениями резания и движениями подачи. В процессе резания они образуют на заготовке поверхности требуемой геометрической формы.

Помимо основных рабочих операций, обеспечивающих процесс обработки и связанных с изменением формы и размеров заготовки, на станке необходимо выполнять вспомогательные операции для смены заготовок и инструмента, измерения, подвода смазочно-охлаждающих технологических сред и отвода стружки, а также операции для управления станками, контроля и диагностирования состояния металлорежущих станков. В связи с большим разнообразием функций, выполняемых на станках, их рассматривают как систему, состоящую из нескольких функциональных подсистем: обработки, манипулирования, управления, контроля.

Подсистема обработки – подсистема, отвечающая за размерную обработку заготовки на станке.

Подсистема манипулирования обеспечивает доставку заготовок к месту обработки, их зажим в заданной позиции, перемещение к месту контроля и измерения, вывод готовых изделий из рабочей зоны станка, смены инструмента и т.д.

Подсистема управления на основе входной внешней информации и дополнительной текущей внутренней информации, поступающей от контрольных и измерительных устройств, обеспечивает правильное функционирование всех остальных подсистем в соответствии с поставленной задачей. Входная информация поступает в виде чертежа, маршрутной технологии или управляющей программы.

Текущая информация о правильности состояния и поведения всей технологической системы (станка, инструмента, манипуляторов, вспомогательных устройств) поступает в подсистему управления при автоматизированном контроле от подсистемы контроля. Выходная информация дает сведения о фактических размерах обработанной детали по результатам ее измерения.

Все четыре подсистемы взаимосвязаны воедино конструкцией, технологией, а также организацией производства и экономикой.

Конструктивно металлорежущий станок представляет собой совокупность деталей и механизмов, называемых узлами. Таким образом, различное конструктивное исполнение узлов, сочетание и пространственное расположение друг относительно друга предопределило многообразие металлорежущих станков в соответствии со служебным назначением, различающихся технологическими возможностями и размерами.

§1. ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

Обработка материалов резанием известна с древних времён: деталь вращали вручную, обработка велась кремнёвым резцом. В 12 в. появились токарные и сверлильные станки с ручным приводом, а в 14 в. – с приводом от водяных мельниц.

Распространение металлорежущих станков связано с развитием крупного капиталистического производства, с организацией первых промышленных предприятий заводского типа. Широкое распространение машин-орудий, а затем и паровых машин требовало повышения точности обработки деталей. Эта задача могла быть решена только с изобретением машин для производства машин и в первую очередь металлорежущих станков с механическим суппортом. Создание механического суппорта относится к началу 18 в. Русский механик А.К. Нартов в 1738 построил первый в мире станок с механическим суппортом и набором сменных зубчатых колёс. Нартов и др. русские мастера (М. Сидоров-Красильников, С. Шелашников, Я. Батищев) сконструировали в 18 в. ряд металлорежущих станков (станки для сверления стволов пушек, различные агрегатные станки). Однако изобретения русских мастеров не могли получить широкого применения и известности, т.к. потребность феодально-крепостнической России в небольшом количестве машин (главным образом для изготовления вооружения) обеспечивалась отдельными небольшими заводами.

В Великобритании в конце 18 в. сложились благоприятные условия для развития машинного производства машин. К 1790-м гг. относятся работы английского механика Г. Модсли по созданию станка с механическим суппортом. Механический суппорт, перенесённый с токарного на другие металлорежущие станки, положил начало станкам с развитым исполнительным механизмом.

В дальнейшем основные типы металлорежущих станков были сконструированы в Германии, Франции и других странах; над их созданием работали многие изобретатели. Так, например, в 1820-30-х гг. американец Э. Уитни разработал для оружейных заводов Кольта несколько конструкций фрезерных станков, в 1829 патент на фрезерный станок был выдан на имя Дж. Несмита, владельца крупных английских машиностроительных заводов, в 1861 – патент на усовершенствованный фрезерный станок на имя американской фирмы «Браун и Шарп». Ко 2-й половине 19 в. были в основном разработаны модели фрезерных, револьверных, строгальных, долбёжных и других станков, главным образом для удовлетворения нужд начавшегося ж.-д. строительства и океанского пароходства. Станки получили известность под маркой выпускавших их крупнейших машиностроительных фирм «Витворт», «Несмит», «Селлерс», «Пратт»и др. В 1-й половине 19 в. ведущую роль в мировом станкостроении играла Великобритания; во 2-й половине 19 в. ее опередили США. В этот же период станкостроение начало развиваться в Германии.

В России первым предприятием по производству металлообрабатывающих станков был завод Берда в Петербурге (1790). В 1815 металлорежущие станки стал выпускать Тульский оружейный завод. В 1824 в Петербурге был построен завод Илиса для изготовления паровых машин и станков. В конце 19 в. многие машиностроительные заводы наряду с др. продукцией производили станки. Весь выпуск металлорежущих станков в России в 1913 составил 1,8 тыс. штук, парк установленных станков в 1908 насчитывал 75 тыс. единиц. В общей массе поступающих в промышленность станков удельный вес станков отечественного производства составлял всего лишь 16-24%, остальная часть приходилась на долю импорта.

За годы Советской власти станкостроение было по существу создано заново. Осуществление принятого 14-м съездом ВКП (б) в декабря 1925 решения, определившего генеральный курс на индустриализацию народного хозяйства, потребовало первоочередного развития тяжёлой промышленности, отечественного машиностроения и наряду с этим производства металлорежущих станков. В результате специальных правительственных мероприятий, проведённых в 1929-30, были созданы организационные предпосылки, необходимые для планового развития в СССР специализированной станкостроительной промышленности. Образование «Станкотреста» 29 мая 1929 и явилось датой официального создания самостоятельной отрасли станкостроения. В 1930 на основе объединения станкостроительных и инструментальных трестов учреждено Государственное всесоюзное объединение станкоинструментальной промышленности «Союзстанкоинструмент». Для подготовки специалистов открыт Московский станкоинструментальный институт (Станкин); организованы станкостроительные факультеты при МВТУ им. Н. Э. Баумана и Ленинградском политехническом институте им. М. И. Калинина. В целях создания научной и экспериментальной базы для развивающегося станкостроения в 1931 в Москве был создан НИИ станков и инструментов (с 1933 – ЭНИМС). Впервые в СССР и в Европе ЭНИМС в 1934 разработал агрегатные многошпиндельные станки.

Реконструкция действующих предприятий и строительство новых позволили увеличить производственные мощности по выпуску металлорежущих станков в годы 1-й пятилетки (1929-32) в 2,5 раза. За годы 2-й пятилетки (1933-37) число станкостроительных заводов увеличилось в 1,8 раза, а выпуск станков возрос более чем в 2 раза. Объём союзного производства станков в 1937 в 33 раза превысил уровень 1913. При этом увеличилось не только количество выпускаемых станков, но и расширилась их номенклатура. Началось производство станков-автоматов и полуавтоматов, шлифовальных и зубообрабатывающих, станков тяжёлого типа. В 1940 общее количество освоенных типоразмеров выпускаемых станков превысило 320.

В течение трёх довоенных пятилеток построено большое количество новых станкостроительных заводов, в том числе Краматорский тяжёлого станкостроения, Киевский станков-автоматов, Харьковский радиально-сверлильных станков, московский «Станколит» и др. К 1941 в СССР имелось 37 специализированных станкостроительных заводов.

В период Великой Отечественной войны 1941-45 станкостроение было переведено на выполнение заказов оборонной промышленности. Организация массового производства боеприпасов, боевых машин, артиллерийского и др. вооружения потребовала создания новых специализированных, агрегатных и упрощённых операционных станков. На ряде заводов начали применяться поточные методы производства. В годы войны построены крупнейший новосибирский завод «Тяжстанкогидропресс» им. А. И. Ефремова, Стерлитамакский завод им. В. И. Ленина.

В 1950, к концу 4-й пятилетки, было выпущено 70,6 тыс. металлорежущих станков. За 1946-50 освоено около 250 новых типов металлорежущих станков общего назначения, более тысячи типоразмеров специальных и агрегатных. Начато производство автоматических линий из агрегатных станков. В 1946 была изготовлена первая автоматическая линия для обработки головки двигателя трактора ХТЗ. В 1950 пущен автоматический завод по изготовлению поршней.

К 70-м гг. созданы крупные центры с первоклассными заводами, многочисленными КБ, научно-исследовательскими организациями в союзных республиках. Так, например, в Литовской ССР созданы комплекс заводов по производству прецизионных станков, филиал НИИ станкостроения (ЭНИМС) с опытным производством, отделение проектного института «Гипростанок»; в Армянской ССР имеется ряд станкостроительных, инструментальных заводов, действуют филиал НИИ станкостроения, а также проектно-технологический институт. Снизилась доля импорта металлорежущих станков в потреблении: к концу 1966 она составляла 3% против 10% в 1938. Технический прогресс станкостроения характеризуется прежде всего качественными изменениями в структуре выпуска, совершенствованием технических параметров металлорежущих станков.

В годы 8-й пятилетки (1966-70) в результате осуществленных мер по совершенствованию управления отраслью и предприятиями, их техническому перевооружению, улучшению специализации и организации труда значительно возросла эффективность производства. Фондоотдача в целом по станкоинструментальной промышленности увеличилась на 9%, за счёт роста производительности труда получено почти 80% всего прироста объёма производства. Выпуск автоматических и полуавтоматических линий для машиностроения и металлообработки в 1970 составил 579 комплектов и возрос по сравнению с 1965 более чем в 2,5 раза.

При общем количественном росте выпуска металлорежущих станков за пятилетку на 9% выпуск прецизионных станков увеличился на 42,2% и по сравнению с 1960 – более чем в 4 раза. Выпуск станков особо высокой точности возрос на 74,8%. В общем типаже станков в 1945 насчитывалось 9 типоразмеров прецизионных станков, а к концу 1970 более 400. Только координатно-расточных станков освоено свыше 30 моделей.

На начало 1971 типаж освоенных тяжёлых и уникальных станков составил 450 типоразмеров (около 28% в общем типаже). Широк и размерный диапазон типажа выпускаемых станков. Большая часть создаваемых тяжёлых станков конструируется в пределах заранее определённых унифицированных гамм. Они имеют общие конструктивные решения и связаны системой широкой унификации узлов и деталей.

В 8-й пятилетке получили большое развитие научно-исследовательские и конструкторские работы по созданию современных металлорежущих станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Успехи, достигнутые за последние 10-15 лет в развитии электротехники, радиоэлектроники, в создании систем управления механизмами, позволили приступить к освоению станков с программным управлением, которые становятся одним из основных видов станков, позволяющих автоматизировать технологические процессы на предприятиях с индивидуальным, мелкосерийным и серийным производством. В 1970 их было произведено 1588 против 16 в 1960, в 1974-4410 шт. За 4 года 9-й пятилетки (1971-1975) освоено и поставлено на серийное производство около 60 новых моделей станков с ЧПУ, в том числе более 40 моделей станков с автоматической сменой инструмента. Широкий масштаб принимают работы по созданию автоматизированных участков металлорежущих станков с ЧПУ с групповым программным управлением для комплексной механической обработки однотипных деталей. Например, ЭНИМС и его опытным заводом создан участок, укомплектованный станками с ЧПУ для обработки широкой номенклатуры деталей типа тел вращения (валы, фланцы, втулки, диски) с централизованным управлением от ЭВМ и автоматизированной подготовкой программ. Для решения задач по ускоренному развитию производства металлорежущих станков с ЧПУ в станкостроении осуществляется ряд мероприятий, в частности на отдельных заводах организуется поточное производство станков с ЧПУ, большинство наиболее квалифицированных станкостроительных заводов привлечено к производству таких станков. Широкое применение получили электрофизические и электрохимические методы обработки металла, всё шире используется размерная обработка световым лучом. Эти методы иногда дополняют, а в ряде случаев полностью заменяют обработку деталей резанием и давлением. Разработаны и выпускаются электроискровые станки для точной обработки небольших деталей и для вырезки фасонных контуров проволочным электродом; электроимпульсные станки – для трёхкоординатной обработки фасонных деталей; анодно-механические, электроконтактные – для обработки слитков из специальных сталей и др. работ; светолучевые станки – для получения отверстий диаметром от 0,03 до 0,5 мм в любых материалах; ультразвуковые станки – для обработки твёрдых и крупных материалов; электрохимические станки и др. Внедрение их в промышленность позволяет добиться существенного технического прогресса в отдельных производствах. Использование светового луча и ультразвука для обработки алмазных волок и фильер позволило решить проблему комплексной обработки этих изделий, в результате чего продолжительность их черновой обработки сократилась с десятков часов до нескольких минут, а продолжительность финишной – в 4-5 раз.

В 70-е гг. проводится работа по созданию и внедрению в производство новых унифицированных гамм станков. В типаже на 1971-75 установлена 51 гамма, включающая 277 базовых и 682 унифицированных моделей станков. Все станки гамм аналогичного технологического назначения проектируются по принципу конструктивного подобия, что создаёт возможность для широкой их унификации, позволяет создавать специализированные производства.

Последующие изменения в экономике в середине 80-х начала 90-х гг. привели к развалу станкостроения в России.

§2. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

Все многообразие станков классифицируют по ряду признаков, основными из которых являются: вид обработки и применяемый инструмент, степень точности, степень специализации и масса станка.

В зависимости от вида обработки и применяемого инструмента станки подразделяются на девять технологических групп:

1 – токарные станки;

2 – сверлильные и расточные станки;

3 – шлифовальные, полировальные, доводочные, заточные станки;

4 – электрофизические и электрохимические станки;

5 – зубо- и резьбообрабатывающие станки;

6 – фрезерные станки;

7 – строгальные долбежные и разрезные;

8 – разные (например, трубо- и муфтообрабатыватывающие, для испытания инструмента и др.)

При этом каждую технологическую группу делят на подгруппы (типы), характеризующие назначение станков, их компоновку, степень автоматизации или вид применяемого обрабатывающего инструмента (таблица 3).

Обозначение модели станка состоит из сочетания трех или четырех цифр и букв. Первая цифра – номер технологической группы, вторая – номер подгруппы (тип станка), а последние одна или две – наиболее характерные технологические или конструктивные параметры станка, например, для токарно-винторезных станков основным конструктивным параметром является наибольший диаметр заготовки, обрабатываемой над станиной; для токарно-револьверных – наибольший диаметр прутка, обрабатываемого на станке; для сверлильных – наибольший условный диаметр сверления по стали 45 и т.д. Например, 1Н318 означает токарно-револьверный станок с наибольшим диаметром обрабатываемого прутка 18 мм; 2В112П – вертикально-сверлильный станок с наибольшим условным диаметром сверления 12 мм. Буква, стоящая после первой цифры, указывает на различное исполнение и модернизацию основной базовой модели станка, буква, стоящая в конце цифровой части – класс точности станка.

По степени точности различают станки пяти классов: нормальной точности (Н), повышенной (П), высокой (В), особо высокой (А), сверхточные станки (С). Станки точности В, А, С являются прецизионными.

По степени специализации различают: универсальные, специализированные и специальные.

Универсальные станки предназначены для изготовления широкой номенклатуры деталей, обрабатываемых небольшими партиями в условиях индивидуального, мелкосерийного и среднесерийного производства. При этом номенклатура обрабатываемых деталей ограничена предельными габаритами, набором инструмента и технологическими операциями. Примером может служить группа токарно-винторезных станков.

Специализированные станки используют для изготовления однотипных деталей (схожих по конфигурации), имеющих различные размеры, например, станки для обработки зубчатых колес или плоскошлифовальные станки для шлифования торцов колец подшипников.

Эти станки имеют большую степень автоматизации, что обуславливает их применение в средне- и крупносерийном производстве при больших партиях, требующих редкой переналадки.

Специальные станки, имеющие большую степень автоматизации, применяют для обработки одной определенной детали, реже – несколько однотипных, в условиях крупносерийного и массового производства (например, станки для токарной обработки распределительных валов автомобилей ВАЗ).

В зависимости от массы принято разделять станки на: легкие (до 1 тонны), средние (1-10 тонн), тяжелые (10-100 тонн) и уникальные (>100 тонн).

В отдельных случаях в основу классификации могут быть положены такие признаки, как уровень автоматизации, расположение оси шпинделя в пространстве и т.д.

Классификация металлорежущих станков

Станки	Группа	Тип
		0		1	2	3
Токарные	1	Автоматы и полуавтоматы				Токарно-револьверные
		специализированные	одношпиндельные		многошпиндельные
Сверлильные и расточные	2		Настольно- и вертикально сверлильные		Полуавтоматы
					одношпиндельные	многошпиндельные
Шлифовальные, полировальные, доводочные, заточные	3		Круглошлифовальные, бесцентрово-шлифовальные		Внутришлифовальные, координатно-шлифовальные	Обдирочно-шлифовальные
Электрофизические и электрохимические	4				Светолучевые
Зубо- и резьбообрабатывающие	5	Резьбонарезные	Зубодолбежные для обработки цилиндрических колес		Зубонарезные для обработки конических колес	Зубофрезерные для обработки цилиндрических колес и шлицевых валов
Фрезерные	6	Барабанно-фрезерные	Вертикально-фрезерные консольные		Фрезерные непрерывного действия	Продольные одностоечные
Строгальные, долбежные, протяжные	7		Продольные			Поперечно-строгальные
			одностоечные		двухстоечные
Разрезные	8		Отрезные, оснащенные
			резцом		шлифовальным кругом	гладким или насеченным диском
Разные	9		Трубо- и муфтообрабатыватывающие		Пилонасекательные	Правильно- и бесцентрово-обдирочные

Таблица 1

по технологическому назначению

станка
4	5	6	7	8	9
Токарно-револьверные полуавтоматы	Карусельные	Токарные и лоботокарные	Многорезцовые и копировальные	Специализированные	Разные токарные
Координатно-расточные	Радиально- и координатно-сверлильные	Расточные	Отделочно-расточные	Горизонтально-сверлильные	Разные сверлильные
Специализированные шлифовальные	Продольно-шлифовальные	Заточные	Плоскошлифовальные	Притирочные, полировальные, хонинговальные, доводочные	Разные станки, оснащенные абразивным инструментом
Электрохимические			Электроэрозионные, ультразвуковые прошивочные	Анодно-механические отрезные
Для нарезания червячных колес	Для обработки торцов зубьев колес	Резьбофрезерные	Зубоотделочные, проверочные и обкатные	Зубо- и резьбошлифовальные	Разные зубо- и резьбообрабатывающие
Копировальные и гравировальные	Вертикально-фрезерные бесконсольные	Продольные двухстоечные	Консольно-фрезерные операционные	Горизонтально-фрезерные консольные	Разные фрезерные
Долбежные	Протяжные горизонтальные	Протяжные вертикальные для протягивания			Разные строгальные станки
		внутреннего	наружного
Правильно-отрезные	Ленточнопильные	Отрезные с дисковой пилой	Отрезные ножовочные
	Для испытания инструментов	Делительные машины	Балансировочные

10