5.5. Компоненты и составляющие, отражающие технические и технологические показатели станков токарной группы

Основные условия функционирования	Производительность, штучная	Точность обработки	Эксплуатационные свойства
Размеры рабочего пространства для размещения загото­вок, инструмента и приспособлений. Расположение обрабатываемых по­верхностей, их коли­чество и размеры. Наибольшая масса устанавливаемых заготовок и способы закрепления. Пределы частот вращения и подач рабочих органов Основная форма обрабатываемых заго­товок (определяет пространственное размещение рабочих органов станка). Количество, форма и параметры устанав­ливаемых инструмен­тов для штатных ме­тодов обработки. Количество управ­ляемых (включая одновременно) пере­мещений рабочих органов. Дискретность пе­ремещения по осям координат	Мощность глав­ного привода и по­дач. Количество перс- ходов и проходов. Скорости холостых и установочных пе­ремещений. То же рабочих перемещений. Наличие автомати­зации основных и вспомогательных циклов. Оснащенность дополнительными приспособлениями и устройствами. Количество одно­временно обрабаты­ваемых заготовок и установленных инст­рументов	Выходная точность станка. Точность установ­ки изделия и ста­бильность позицио­нирования рабочих органов. Исходная точность заготовки и объемная стабильность качест­ва. Размерная износо­стойкость инструмен­та. Статические, ди­намические и тепло­вые деформации не­сущей системы, групп узлов заготов­ки и инструментов. Возможность кор­ректирования пере­мещений формообра­зующих элементов. Характер износа элементов и узлов станка	Масса станка. Площадь, зани­маемая станком. Надежность рабо­ты систем и узлов. Удельная энерго­емкость. Материалоем­кость. Техническая и эксплуатационная безопасность и эко­номичность. Удобство управле­ния и обслуживания. Ремонтопригод­ность

5.2. Токарные и токарно-винторезные станки.

В рассматриваемых станках движение ре­зания реализуется заготовкой, движение пода­чи - инструментом. Кинематические структу­ры станков содержат элементы связи между этими движениями посредством ходовых валов и ходовых винтов. Станки, содержащие оба элемента, называют токарно-винторезными. В случае отсутствия ходового винта для нареза­ния резьбы станки называют просто токарны­ми].

Размерными характеристиками токарных и токарно-винторезных (II В) станков являют­ся наибольшие диаметры заготовки (обрабатываемой над направляющими станины суппорта), а также их наибольшие возможные длины. Для универсальных ТТВ-станков сред­них типоразмеров, рассматриваемых далее, диапазон обрабатываемых диаметров и длин лежит в пределах 200 - 800 мм и 1000 - 2500 мм соответственно [2].

Технологические возможности 1 1В стан­ков, представленные схемами формообразова­ния (см. табл. 5.1), зависят не только от конструктивного исполнения и степени авто­матизации, но и от особенностей применяе­мых дополнительных устройств, например, от использования многоместного резцедержателя, установки фрезерного, шлифовального и дру­гих приспособлений. Вне цикловые потери времени сокращаются при использовании копировальных устройств. Основные подвиды ТТВ-станков приведены на рис. 5.1, 5.2 и в табл. 5.6.

Краткий анализ компоновочных схем и конструктивных решений ТТВ-станков выяв­ляет тенденции их развития. При этом важ­нейшую из них связывают с блочно-модульным принципом проектирования, обла­дающим известными преимуществами.

Станины являются базовыми элементами несущих систем ТТВ-станков, правильное проектирование которых связывают с повы­шением виброустойчивости всего станка. В этой связи наряду с традиционно применяе­мыми литыми чугунными и сварными сталь­ными станинами для повышения демпфирую­щей способности и виброустойчивости ис­пользуют обычный и полимерный бетон. Пер­спективны комбинированные станины, пред­ставляющие собой стальную оболочковую кон­струкцию, заполненную полимерным бетоном, а также станины типа "сэндвич" - из "грани-тана" с основанием из обычного бетона. Ста­нины, изготовленные из двух разнородных сред с разделительной плитой, закрепленной на фундаменте регулировочными винтами, при наличии привода и системы измерения создают предпосылки для реализации системы автоматической компенсации деформации.

Наиболее распространенным для ТГВ-станков являются станины с горизонтальными продольными направляющими, реже - с на­клонными, облегчающими сход стружки. Сами направляющие выполняют закаленными и шлифованными, вместе со станиной или на­кладными.

Рис.5.1. Универсальный токарно-винторезный станок

Рис. 5.1а. Общий вид токарного станка

Рис.5.2. Токарный патронный (патронно-цснтровой) станок

Таблица 5.6. Основные подвиды токарных и токарно-винторезных станков

Подвид и схема станка	Основные компоновочные и конструктивные особенности	Область применения
1	2	3
Универсальные токарно - винторезные	Одно шпиндельные горизонтальные для обра­ботки в патроне или цанге, возможна обра­ботка в центрах и нарезание резьб. Подвиж­ная задняя бабка используется для обработки осевым инструментом. Имеется устройство для очистки цанги от стружки. Легкие станки выполняются с разделенным приводом. В некоторых конструкциях шпиндель установ­лен на радиальных и упорных гидростатиче­ских подшипниках. Крупные станки имеют трех опорный шпиндель с прямым и обрат­ным вращением с тормозным устройством, а также механизм быстрого перемещения суп­порта и резцовых салазок. Для дистанцион­ного переключения подач на ходу применя­ются электромагнитные муфты. Отсчет ли­нейных перемещений каретки суппорта осу­ществляется по табло устройства цифровой индикации (УЦИ)	Различные токарные ра­боты и нарезание резьб в условиях единичного и мелкосерийного произ­водства. Облегченные станки ис­пользуются в условиях ремонтных мастерских

Продолжение табл.5.6

1	2	3
Токарные па­тронные и патронно- центровые	Одно шпиндельные горизонтальные, весьма схожие по конструкции со станками для об­работки в патроне и в центрах. Обеспечивают высокопроизводительные режимы резания при использовании современных режущих материалов. Автоматизация вспомогательных перемещений станка создает предпосылки полной автоматизации цикла обработки. Шпиндели базируются на высокоточных подшипниках (роликовых конических или шариковых радиально-упорных типа "дуплекс" или "триплекс"). Станки оснащают­ся многопозиционными инструментальными головками с диском для быстросъемных бло­ков токарных инструментов. При этом задняя бабка может отсутствовать. Имеются конст­рукции с револьверными головками (РГ) ба­рабанного типа. Стабильность и плавность перемещений суппорта обеспечивается по­крытием направляющих антифрикционным материалом в сочетании с импульсной смаз­кой. Предусмотрено автоматическое удаление стружки. Станки могут комплектоваться гид­рокопировальными суппортами, а также раз­личными УЧПУ и приводами следящего ти­па. Некоторые конструкции станков имеют двух шпиндельное исполнение для комплекс­ной обработки с двух сторон (двух шпиндельный патронный токарный центр). При встраивании станков в ГП-модули комплек­туются портативным роботом и накопителя­ми. В ГП-модуль входят также станции кон­троля инструмента и деталей, устройства сме­ны инструмента и др.	Используются в условиях серийного, мелкосерий­ного производства. Ис­пользование приспособ­лений расширяет техно­логические возможности станков. Возможно ком­плектование встроенным манипулятором или робо­том
Токарные патронно-пруткоые и патронно- центровые прут­ковые	Одно шпиндельные горизонтальные для ком­плексной обработки заготовок из прутка лю­бого профиля в зажимном патроне или в цанге. Усилие зажима создается пневмоцилиндром. Оснащаются РГ с возможностью установки приводного инструмента. Направ­ляющие станины - стальные шлифованные, салазок - из полимерного материала. Привод главного движения осуществляется от двига­теля постоянного тока. Автоматизированная задняя бабка снабжена синхронным шпинделем. Длинномерные заготовки могут обрабатываться в люнете. Выпускаются двух шпиндельные стан­ки для комплексной обработки деталей с двух сторон. Шпиндельные бабки расположены на одной оси напротив друг друга, каждая из кото­рых может иметь прутковый магазин и накопи­тель деталей. Оснащаются как УЦИ, так УЧПУ различных видов	Используются в условиях мелкосерийного и серий­ного производства. Могут быть укомплектованы встроенным или наполь­ным манипулятором для загрузки-выгрузки штуч­ных заготовок
Настольные	Одно шпиндельные горизонтальные для обра­ботки различных материалов. В обычном Исполнении, помимо точения, предназнача­ются для комплексной обработки - сверле­ния, фрезерования, нарезания резьбы	Используются в единич­ном производстве, а так­же в качестве лаборатор­ного оборудования, вклю­чая совместное функцио­нирование с УЧПУ раз­личных типов

Группа привода заготовки ТТВ станков является важнейшей функциональной груп­пой, в которую входят шпиндельный узел, бабка шпиндельная, главная передача и при­вод главного движения.

Шпиндельный узел - важнейшая конструктивная компонента группы привода главного движения, определяющая качество обработки. Стремление повышения верхнего предела частоты вращения обусловлено новы­ми возможностями режущих инструментов. В то же время поведение шпинделя в статике и динамике определяется в значительной степе­ни конструкцией его опор. Традиционные шарико- и роликоподшипники не всегда удов­летворительно работают при больших нагруз­ках и скоростях. В этой связи появление шпинделей на керамических подшипниках качения (частично или полностью изготовлен­ных из керамики, с диаметром отверстия внутреннего кольца до 6250 мм) не повышает аксиальную жесткость шпинделей и снижает величину тепловых деформаций при повыше­нии частоты вращения и нагрузок. Перспек­тивны активные магнитные подшипники с электронной системой управления, но они имеют ограниченное применение ввиду высо­кой стоимости.

Рабочие шпиндели обычно выполняются полыми с целью возможности обработки длинномерных заготовок соответствующей конфигурации. Механика привода шпинделей постоянно упрощается на базе мехатронных образований, например, по системе АКС, мо- тор-редуктор и т.д.

При проектировании шпиндельных групп следует уделять повышенное внимание способам закрепления и базирования заготов­ки, особенно учитывая массу заготовки и ста­ночных вращающихся масс. Перспективный путь уменьшения инерционных нагрузок, осо­бенно при быстрых перемещениях - снижение массы, например, шпинделей за счет изготов­ления их из композиционных материалов - углепластиков. При закреплении в патроне предпочтение следует отдавать патронам с регулируемым усилием зажима, расширяя тем самым диапазон зажимаемых заготовок (сплошных, тонкостенных, сложной формы и т.п.) с наименьшей деформацией последних.

Установка в патроне или цанге предпо­лагает высокую точность фиксации заготовки относительно выбранной оси и вдоль нее.

Небольшие по типоразмеру ТТВ станки, включая многоцелевые, часто оснащают до­полнительным шпинделем для выполнения доделочных операций. Узел такого шпинделя устанавливается непосредственно на верхней плоскости станины по линии центров напро­тив основной бабки или в одну из позиций РГ, если она предусмотрена. Частоты враще­ния шпинделей синхронизируются, и после обработки заготовки с одной стороны она перезажимается в дополнительном шпинделе для выполнения операций с противоположной стороны.

Бабка шпиндельная закрепляется не­подвижно на верхней плоскости станины и включает в себя шпиндельный узел, механизм передачи главного движения на шпиндель и регулируемую зубчатую передачу, что в сово­купности позволяет получать требуемый диа­пазон частот вращения шпинделя. При сту­пенчатом регулировании число ступеней обычно не превышает 24, а частота вращения 8000 мин"¹. На универсальных ТТВ станках черновую обработку целесообразно выполнять с малыми скоростями резания. Для этого не­обходимо конструктивно обеспечить на низ­ких частотах вращения шпинделя подвод большого крутящего момента. С этой целью возможно параллельно двигателю главного движения кинематическое подключение до­полнительных электродвигателей с передача­ми.

Главная передача осуществляет кинема­тическую связь главного электропривода со шпиндельной группой. При встроенном элек­троприводе эту функцию выполняет мало сту­пенчатая зубчатая передача (мотор-редуктор) с переключаемыми на ходу электро муфтами, при разделенном электроприводе - клиноременная или зубчато-ременная передача.

Привод главного движения, включающий собственно электродвигатель с системой управления им, выбирается исходя из обеспе­чения требуемого диапазона частот вращения заготовки при сохранении постоянной мощ­ности на шпинделе. В ТТВ станках с ручным управлением применяют асинхронные одно- или двухскоростные электроприводы. В ТТВ станках с автоматизированным управлением применяют высокомоментные электроприводы постоянного тока с частотным управлением.

Группа привода инструмента в ТТВ стан­ках выполняет функции продольной и попе­речной подач, в состав основных компонентов которой входят системы передачи, крепления и управления движением инструмента.

Передача движения инструменту в ТТВ станках с ручным управлением осуществляется чаще всего одним из валов привода главного движения. При этом реализуется ступенчатый диапазон подач от "тонких" до "грубых'.', зна­чения которых для современных станков при­ведены в табл. 6.7.

Для станков с ЧПУ обычно применяют независимые приводы для продольных и по­перечных подач. Обеспечение высокого каче­ства поверхности достигается использованием шариковинтовых пар для конечных элементов передачи, что эффективно также при нареза­нии резьб.

Таблица 5.7. Значения подач на универсальных ТГВ станках

Подачи	Число подач
Продольные подачи на обо­рот, мм: 0,05 - 112 0,08 - 2,8	68 32
Поперечные подачи на обо­рот, мм: 0,025 - 56 0,04 - 1,4	68 32
Подача на оборот при наре­зании метрических резьб 0,25 - 56 мм	66
Подача при нарезании дюй­мовых резьб 80 - 1/16 ни­ток/дюйм	60
Подача на оборот при наре­зании модульных резьб 0,5 - 50 мм	60

Система крепления инструмента. В зави­симости от количества применяемых инстру­ментов используются различные варианты их установки и крепления. При последовательной одно инструментальной обработке используют обычные резцедержатели. Одновременная много инструментальная обработка, характер­ная для изготовления деталей больших серий, предполагает использование быстросменных многоместных устройств закрепления резцовой головки поворотного (рис.5.3,, а) или поступательного движения, установки дополнительных суппортов и резцедержателей (рис.5.3,б) и т.п. Для обработки сложно- контурных деталей, особенно на универсаль­ных ТТВ станках с ЧПУ, применяют системы смены инструментов.

Получили распространение, примени­тельно к средним типоразмерам ТТВ станков с ЧПУ, двух суппортные конструкции с незави­симым движением. В результате удается суще­ственно повысить степень концентрации опе­раций и сократить длительность цикла обра­ботки на 45 %. Такие станки, помимо основ­ных исполнений, являются базовыми вариан­тами для создания ГП-модулей, например патронно-центровых. При этом суппорты мо­гут располагаться как выше, так и ниже линии центров, могут быть смещены относительно друг друга в продольном направлении (для обработки длинномерных заготовок с двух концов), на них могут быть установлены РГ. Все большее распространение находят резцедержатели с коническим хвостовиком для ин­струментов. Основные трудности, возникаю­щие при проектировании двух суппортных ТТВ-станков, связаны с правильным выбором компоновки станка и конструкции станины.

Рис.5.3. Схемы закрепления инструмента:

а - в многоместной резцовой головке; б - в резцедержателе