Технологическое оборудование машиностроительных производств (Схиртладзе, 2002)

батываемой заготовкой, Н; S^ — площадь фундамента, м^; [Р\ — допу­ скаемое давление на фунт. Па. Специальные станки, объединенные в линию, можно устанавливать на бетонных плитах шириной 1,5—3 м и длиной до 6 м. На бетонный пол толщиной не менее 150 мм можно устанавливать станки массой до 10—15 т с жесткими станинами.

Одиночный фундамент вьшолняют с размерами в плане, соответ­ ствующими габариту опорной поверхности станины. Высоту бетонного фундамента Н выбирают по формуле Н= к л/Г, где L — длина фунда­ мента; к = 0,2 для токарных и горизонтально-протяжных станков; для продольно-строгальных, продольно-фрезерньос и расточных Л =0,3; для шлифовальных к= 0,4; для зуборезных, карусельных станков

к = 0,6.

Для многоцелевых станков и станков с ЧПУ величину Н следует увеличивать на 20 %. Для прецизионных станков высота фундамент­ ного блока должна быть не менее 1 м, причем масса фундаментного блока в 2—3 раза и более должна превосходить массу станка. Среднее статистическое давление фундамента на естественное основание дол­ жно соответствовать строительным нормам и правилам.

Резонансную частоту собственных колебаний фундамента со станком определяют по формулам: в вертикальной плоскости юь = = 0,l6^(CzS(pg) G^, в горизонтальной плоскости Юг = 0,7соь, где G^ — коэффициент упругого равномерного сжатия грунта Н/м^; g — ускоре­ ние свободного падения, м/с1 Если частота собственных колебаний фундамента превышает собственные колебания станка более чем на 40 %, то происходит ослабление колебаний; в противном случае коле­ бания усиливаются, а при их равенстве наступает явление резонанса.

При установке станка его положение регулируют с помощью подкладок, клиньев, опор и проверяют по уровню в продольном и поперечном направлениях. Точность установки регламентируется стан­ дартом на соответствующие станки. Обычно допуск на горизонталь­ ность составляет 0,01—0,02 мм на 1 м длины. После установки, как правило, закрепляют с помощью фундаментных (анкерных) болтов или посредством подливания цементного раствора под опорную поверх­ ность станины. Конструкция опор должна обеспечивать удобство регулирования положения станка при его перемещении вверх или вниз, неизменность установки станка по горизонтали при регулировании в вертикальной плоскости, стопорение регулируемых элементов, само­ установку элементов опоры относительно станины, совпадение осей фундаментного болта и элемента, перемещающем станину.

Станину перемещают не только с помощью прокяадок и клиньев, но также с помощью винта (рис. 239, а — в) или клинового механизма (рис. 239, г, д). Клиновая опора упрощенной конструкции (рис. 239, г) не соответствует перечисленным требованиям. Клиновая опора повы­ шенной жесткости и сложности (рис. 239, д) удовлетворяет всем указанным требованиям благодаря двустороннему креплению винта в корпусной части; отсутствию соприкосновен11я между станиной и

390

а)

^^ШУ/л

Рис. 239. Конструкция опор и фундаментных болтов

горизонтально движущимся клином; надежному самоторможению клинового соединения; наличию сферической шайбы, а также паза в середине опоры, через который можно пропустить фундаментальный болт.

Винтовые домкраты (рис. 239, г, а) подводят под станины, не требующие крепления. Виброизолирующие опоры (рис. 239, б) при­ креплены к станине, но свободно стоят на фундаменте. Винтовая пара (рис. 239, в) имеет высокую жесткость благодаря соосному расположе­ нию полого застопоренного регулировочного винта и фундаментного болта. Последний может быть съемным, но чаще он имеет отгибы и заливается раствором (рис. 239, в) или связанным с анкерной плитой (рис. 239, д).

Установка станков бывает жесткой (без упругих элементов) и упругой (с виброизолирующими опорами или фундаментами). Упругие опоры (рис. 239, б) допустимы для станков средних размеров с жест­ кими станинами h/L < 5, не имеющих мощных внутренних источников возмущений. Такие опоры служат единственным средством виброизо­ ляции станков, устанавливаемых на перекрытиях; они достаточно дешевы, их применение сокращает время установки станков.

391

5.2. ИСПЫТАНИЯ СТАНКОВ

Основным видом испытаний серийных и новых станков являются приемочные испытания, включающие: 1) испытание станка на холо­ стом ходу, проверку работы узлов и механизмов и проверку паспортных данных; 2) испытание станка в работе под нагрузкой (специальных станков также и на производительность); 3) проверку станка на гео­ метрическую точность, точность изготовляемой детали и параметр шероховатости; 4) испытание станка при обработке на жесткость и виброустойчивость.

Кроме указанных испытаний часть серийного выпуска станков подвергают выборочным испытаниям, в которые входят измерение КПД привода, проверка уровня шума, измерение статической и дина­ мической жесткости всех основных узлов и механизмов, проверка мощности двигателей и т. д.

Перед испьгганием станок устанавливают на специальный фунда­ мент на опоры или клинья с выверкой по уровню в продольном и поперечном направлениях. Точность установки на длине 1000 мм 0,02—0,04 мм в продольном и 0,03—0,05 мм в поперечном направле­ ниях.

Испытания станка без нагрузки (на холостом ходу). Вначале про­ изводят внешний осмотр станка, затем проверяют легкость и плавность перемещений механизмов от руки, допустимые величины нагрузок и мертвых ходов маховиков и рукояток управления.

Затем станок испытывают последовательным включением всех частот вращения шпинделя, а также при всех величинах рабочих и ускоренных подач. При этом проверяют фактическое отклонение частот вращения на наибольшей скорости (станок должен непрерывно работать не менее 1,5—2 ч для установления постоянной температуры в подшипниках шпинделя). Проверяют работу электродвигателей, муфт, тормозов, механизмы зажима заготовки и инструмента, гидро­ оборудование, системы подачи СОЖ, смазывание защитных устройств. Для привода главного движения записывают мощность холостого хода, измеряют температуру подшипниковых опор для шпиндельного узла (допускается нафев подшипников качения не более 70° С, скольжения не более 60° С, для других механизмов не более 50° С). Работа меха­ низмов станка должна быть плавной, без толчков, повышенного шума, сотрясений, вызывающих вибрации. Уровень шума измеряют шумомером или фонометром. В зоне рабочего места уровень шума не должен превышать 70—80 дб. Кнопки управления станком, пусковая аппара­ тура, устройства блокировки, рычаги переключения должны работать без заедания и самопроизвольного смещения.

Проверка паспортных данных станка. Проверяют соответствие дан­ ным паспорта и чертежа: 1) основных размеров и характеристик станка, характеристик его электродвигателей, гидромоторов, гидро- и пневмооборудования; 2) величины частот вращения шпинделя и величин

392

подач; 3) кинематической, гидравлической, пневматической, электри­ ческой схем станка, системы смазывания и охлаждения. Допускаются отклонения фактических данных от паспортных не более чем на 5 %.

Испытание станка в работе под нагрузкой. При этом испыгании проверяют качество работы станка, правильность взаимодействия и функционирования всех его механизмов в условиях нормальной экс­ плуатации. Выбирают наиболее тяжелые режимы работы с кратковре­ менными перегрузками до 25 % сверх номинальной мощности. Испытания выполняют в зависимости от служебного назначения станка на черновом или чистовом режимах для типичных заготовок и мате­ риалов. Образцы обрабатывают в течение 30 мин (не менее). При этом все механизмы станка должны работать исправно. Эксплуатационные характеристики станка должны отвечать паспортным данным. Предо­ хранительные устройства, тормоза и фрикционные муфты должны надежно действовать. Последние не должны самовыключаться и бук­ совать при перефузке более 25 % от номинальной мощности.

Производственные возможности станка, качество его изготовления характеризуются наряду с другими параметрами КПД станка TIO = NJN и КПД механического привода г|ш = NJ^N— N^d, где N^ — эффективная мощность, расходуемая на резание, кВт; Д» — потери мощности в электродвигателе, кВт. Для определения КПД проводят испытание на мощность. Уравнение баланса мощности станка N= N^-^ Л',» + Л^хх + + УУн п, где Л^н.п — потери мощности при работе станка под нафузкой.

Мощность асинхронных двигателей определяют двумя вольтметра­ ми Wi и Щ (рис. 240) или одним вольтмефом с искусственной нулевой точкой, у двигателей постоянного тока замеряют напряжение, а ампермефом ток / и вычисляют мощность N= I U. Эффективную мощность определяют по формуле Л^э = {Рг х U)/600, где Р^ — танген­ циальная составляющая силы резания, Н. Величину Дн определяют по паспорту, в котором указаны значения КПД (г|н) при номинальной мощности NH, а также при мощностях (0,25; 0,5; 0,75; 1,25) Л^„. По этим значениям сфоят кривую потерь, определив по формуле iVJu = =(Л^/т1э{ •— Л^), где Ni —• мощность, развиваемая элекфодвигателем; Т1э1

— КПД элекфодвигателя при данной мощности. Мощность холостого хода N^ = Ni — Ди. Она зависит от частоты вращения шпинделя. Для токарных станков на нижних ступенях вращения N^ = (0,05...0,1)Л^; на верхних Л^хх = (0,12...0,3)Ж Мощность нафузочных потерь Л'„.п = =(0,05—0,14)//„; наименьшее значение соответствует малой частоте вращения.

Испытание станков на производительность проводят для операци­ онных станков-автоматов, полуавтоматов, афегатных станков и других специальных станков. Фактическая производительность станка должна соответствовать паспортной.

Испытание на получение параметра шероховатости поверхности

выполняют на станках, служащих для доводочных и суперфинишных

393

ской системы. Точность станка должна соответствовать нормам стан­ дартов. Для каждого типа станков установлено определенное число инструментальных проверок (ГОСТ 8—82Е). В испытание на точность входят измерение геометрической точности самого станка и измерение точности изготовленных на нем деталей, используемые для измерений различные средства (уровни, индикаторы, микрометры и т. д.), должны отвечать по точности требованиям государственных стандартов.

Проверка геометрической точности станка включает контроль точ­ ности изготовления отдельных элементов станка, точность вращения шпинделя, геометрическую форму посадочных поверхностей, откло­ нение от плоскостности и прямолинейности направляющих поверхно­ стей; станин, стоек, колонн, столов, суппортов, отклонение от прямолинейности перемещения столов, шпиндельных бабок, суппор­ тов, точность ходовых винтов и т. д. Контролируют также точность относительного положения и движения элементов и сборочных единиц станка. Допустимые значения отклонений зависят от класса точности

станка.

Проверка точности изготовленных на станке деталей дает возмож­ ность определить точность станка в рабочем состоянии. Выбор образца для испытаний инструмента и режимов резания выполняют в соответ­ ствии с типом, размером и конструкцией испытываемого станка по соответствующим стандартам. Правила выполнения испытаний при­ водятся в паспорте станка.

Испытание станка на жесткость. Жесткость станка это способность его несущих элементов сопротивляться действию нагрузок. Жесткость определяется величиной у == Р/у, Н/мм, где Р - действующая сила, у—величина деформации, вызываемая этой силой. Она является одним из важнейших критериев работоспособности станка и опреде­ ляет точность его работы в установившемся режиме. Чем выше жест­ кость станка, тем точнее получаются изготавливаемые на нем детали. Жесткость станков определяется как собственными деформациями его

394

деталей, которые зависят от их материала, модуля упругости, площади сечения или момента инерции, так и контактными деформациями стыков, величина которых зависит от шероховатости сопрягаемых поверхностей, точности их геометрической формы, смазки и характера нагружения. На долю контактных деформаций в станке приходится 70—80 % упругих перемещений, приведенных к вершине режущего инструмента.

Для измерения жесткости применяют устройства нагружения эле­ ментов станка и приборы для регистрации деформаций. На рис. 241, а показана схема измерения статистической жесткости токарного станка. В резцедержателе 1 закреплен динамометр 2. Последний через серьгу 3 воздействует на оправку 4, установленную в шпинделе. Нагрузка на оправке создается винтом 6 и регистрируется индикатором 9 через тарированную плоскую пружину 8. Отжатие шпинделя и суппорта определяют по индикаторам 5 и 7. По результатам испытаний строят фафик жесткости (рис. 241, б). При прямом нагружении вначале в системе выбираются зазоры, поэтому суппорт не возвращается в первоначальное исходное положение (пунктирная кривая). При после­ дующих нагружениях и разгружениях кривые изменения деформаций образуют петлю, площадь которой характеризует в основном работу сил трения в стыках. Аналогично строят график и для обратного нагружения. При этом величина у между ветвями прямого и обратного нагружения характеризует разрыв характеристики, которая определяет суммарные остаточные перемещения. Перед проверкой станка на жесткость все его части, которые должны быть закреплены в процессе резания, также закрепляются.

Испытание станка на виброустойчивость. При работе станка наблю­ даются быстропротекающие колебательные процессы — вибрации. Они отрицательно влияют на точность и шероховатость обрабатывае­ мой поверхности, уменьшают долговечность и ухудшают технологиче­ ские возможности станка. Вибрации в станке возникают из-за колебаний, вызываемых работающими рядом машинами, обусловлен­ ных недостаточной жесткостью станка и передач в его приводах, недостаточной уравновешенностью вращающихся частей станка или вращающиеся заготовки, прерывистого характера процесса резания. В станках имеют место следующие виды колебаний.

Свободные колебания возникают под действием и кратковремен­ ной возмущающей силы, например, при пусковых и переходных процессах. Вынужденные колебания появляются под действием пери­ одической силы, например, от моментов вращающихся частей станка. Автоколебания (незатухающие, самоподдерживающиеся) возникают при резании под действием периодической возмущающей силы реза­ ния при сдвиге слоев срезаемого материала. Параметрические колеба­ ния появляются при наличии какого-либо переменного параметра, переменной жесткости технологической системы, создающего эффект, подобно действию периодической возмущающей силы.

395

r^/

Рис. 241. Схема измерения (d) и характеристика статической жесткости

(б) токарного станка

Свободные колебания описываются уравнением тх-^ dx +yjc = О, где т — масса системы; d — коэффициент демпфирования сопротив­ лениям трения; х, к, х — соответственно перемещение, скорость и ускорение системы. Отношение X = d/m называют логарифмическим декрементом затухания колебаний, юо = ^j/m собственной частоты колебаний; /)= V^o — относительное демпфирование. Относительное демпфирование является показателем степени виброустойчивости тех­ нологической системы: D> 1(А, > соо) — сильное демпфирование; {X = = (Оо) — критическое демпфирование; D< 1(А. < шо) -- слабое демпфи­ рование. При сильном и критическом демпфировании колебание апериодично, т. е. затухает сразу, не переходя за положение равновесия. При слабом демпфировании затухание колебаний происходит по эспотенциальному закону е^\ т. е. отношение амплитуд Д^ и А (рис. 242, б) за время /=/1Гравно Дз/Л = ^'^^ где Г—период колебания, п-—

396

Ф=^2тс 2А^^ 2А^,

Fsinayt

Рис. 242. Динамические характеристики станка

ЧИСЛО колебаний за период уменьшения амплитуды до заданной вели­ чины. Логарифмируя отношения амплитуд, находят X = ln(Ao/Ai,)/nTH декремент затухания при ©о = 2п/Т, который равен Z)= 1п(Д)/Д,)/27сл. При сильном и критическом демпфировании п = 1 уравнение вынуж­ денных колебаний имеет вид: АИХ + di + jx = Psino)/, где Р— возмуща­ ющая сила, ш — круговая частота действия возмущающей силы. При вынужденных колебаниях для избежания резонанса собственная час­ тота колебаний системы не должна совпадать по величине с частотой вынужденных колебаний.

Виброустойчивость станка оценивают посредством амплитуднофазового частотного метода. Шпинделю станка, например, сообщают периодические вынужденные колебания от генератора колебаний (рис. 242, а) и записывают при помощи выбродатчика и осциллографа колебание системы на осциллограмму (рис. 242, в). При периодическом изменении частоты генератора сравнивают амплитуды колебаний на входе и выходе системы Лых/^вх и сдвиг колебаний по фазе ф. На основании измерения строят амплитудную Лых/Лх = Р{а>) и фазовую Ф = Дю) характеристики в зависимости от частоты колебаний (рис. 242, г). Совмещая амплитудную и фазовую частотные характеристики в иррациональной /„ и реальной Д. координатах, получают амплитуд­ но-фазовую характеристику АФЧХ (рис. 242, д). Радиус-вектор кривой АФЧХ характеризует отношение амплитуд, а угловое положение ф относительного положительного направления оси Re — угол сдвига фаз колебаний. Значение -7 на оси R^ означает совпадение амплитуд колебаний и сдвиг по фазе ф = ISC', что соответствует резонансу.

397

Система устойчива тогда, когда кривая АФЧХ не охватывает значение -1 на оси Д..

Испытание станков на виброустойчивость выполняют также на основе срезания предварительной стружки и ее зависимости от скоро­ сти резания. Предельная стружка — это наибольшая ширина среза, снимаемая с заготовки при обработке на станке без вибраций. Пре­ дельную стружку определяют по характерному звуку во время резания, по сильной волнистости и зазубренности сходящей стружки, по следам на обработанной поверхности и другими способами.

5.3. ПАСПОРТИЗАЦИЯ СТАНКОВ

Основным техническим документом, который содержит все необ­ ходимые сведения по конструкции, кинематике и динамическим ха­ рактеристикам станка, является его паспорт, который состоит из ряда разделов. В разделе «Общие сведения о станке» помещают фотографию станка и указывают сведения о нем: тип, модель, завод-заготовитель, год выпуска, класс точности, масса, габаритные размеры, место уста­ новки. В разделе «Основные технические данные» приводят параметры станка, его приводов и механизмов привода главного движения и подач, типы приводов, основные размеры ИО, расстояние между ними и предельные перемещения ИО, минимальные и максимальные размеры обрабатываемых заготовок, данные для крепления инструмента и заготовок. В разделе «Привод» указывают характеристики электродви­ гателей, ремней, цепей, подшипников муфт и т. д. В раздел «Кинема­ тическая схема станка» приводят последнюю и указывают спецификацию зубчатых и червячных колес, червяков, ходовых винтов, а также все данные, необходимые для подсчета перемещений в станке. В разделе «Механика станка» приводят частоты вращения шпинделей (мин"^), числа двойных ходов ИО, передаваемые крутящие моменты и мощности, величины подач, наибольшие допустимые силы резания, КПД станка, КПД кинематических цепей, приводимых от каждого электродвигателя. Паспорт содержит также разделы: «Гидравлические механизмы», «Изменения в станке», «Дата капитального ремонта», «Принадлежности и приспособления», «Таблицы настройки», «Схема управления».

5.4.ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ

ИОБСЛУЖИВАНИЕ СТАНКОВ

На универсальных станках настройку режимов резания производит станочник непосредственно перед или во время обработки, устанав­ ливая рукоятками частоту вращения шпинделя, подачу и глубину резания.

На специальных и специализированных станках режим резания

398

устанавливается заранее (согласно карте наладки), путем установки сменных колес в цепях главного движения и подач. Наладку завершают регулировкой инструмента на размер и пробными работами.

На большинстве станков при механической обработке на направ­ ляющих станины и суппортов образуется мелкая пылевидная стружка, которая оседает на оборудовании, поэтому после каждой смены пре­ дусматривается 10—15 мин на уборку. За это время рабочий станочник обязан тщательно очистить оборудование от стружки и грязи. Направ­ ляющие необходимо тщательно протереть от охлаждающей жидкости и смазать тонким слоем масла. Доставку масел, долив в резервуар, замену отработанных масел и периодическое смазывание производят по графику. Ежедневное смазывание оборудования и контроль за состоянием системы подачи СОЖ выполняет станочник.

При работе оборудования необходимо также периодически прове­ рять качество изготавливаемых деталей. При ухудшении качества, которое контролируется станочником, он должен произвести подналадку оборудования, отрегулировать механизмы станка.

Уход за станками и их обслуживание включает чистку и смазывание, осмотр и контроль состояния механизмов и деталей станков и остастки, гидросистемы, системы смазывания и подачи СОЖ, регулировку и устранение мелких неисправностей. При эксплуатации автоматизиро­ ванных станков применяют смешанную форму обслуживания: наладку станка производит наладчик, а подналадку — станочник. При этом в функции станочника входят: приемка заготовок и их установка, снятие готовых деталей, оперативное управление, периодический контроль деталей, смена или регулировка режущего инструмента, регулирование подачи СОЖ, контроль за удалением стружки и др.

Уход за гидросистемой оборудования предусматривает контроль температуры масла, которая не должна превышать + 50° С. Первую замену масла в гидросистеме, как правило, производят через 0,5—1 месяц работы, чтобы удалить продукты притирки механизмов. В дальнейшем замену масла производят через 4—6 месяцев. Необходимо систематически контролировать и поддерживать уровень масла, сле­ дить за состоянием трубопроводов (во избежание утечки и попадания воздуха в гидросистему), регулярно чистить фильтры.

Уход за электрооборудованием включает в себя ежемесячную очи­ стку аппаратов от грязи и пыли, подтягивание винтовых соединений, контроль плавности перемещений и надежности возврата подвижных частей электроаппаратов в исходное положение. Периодически сма­ зывают приводы аппаратов тонким слоем смазочного материала, не допуская попадания его на контакты. Раз в полгода меняют полярность рабочих контактов у кнопок и выключателей, работающих в цепях постоянного тока, проверяют состояние контактов. При появлении пригара или капель металла на поверхности контактов их слегка зачищают бархатным надфилем.

Особенности эксплуатации станков обязательно указывают в инс-

399