Глава II. Общие принципы конструирования металлорежущих станков

§ 1. Основные требования, предъявляемые

К ПРОЕКТИРУЕМЫМ СТАНКАМ

Современное машиностроение наряду с непрерывным ростом потребления металлорежущих станков предъявляет к ним все более высокие требования в отношении их качественных показа­телей. Основными технико-экономическими показателями каче­ства стапка, которые конструктор должен знать и учитывать в первую очередь, являются следующие.

1. Максимальная производительность при обеспечении за­данной точности и шероховатости обработаппой поверхности. Производительность станка может быть оценена количеством де­талей, обработанных на пем в единицу времени. Для достижения максимальной производительности следует сокращать как основ­ное время, необходимое на непосредственное резание, так и вспо­могательное, затрачиваемое па установку и снятие заготовки, управление станком, контроль обрабатываемой детали и т. д. Основное время сокращается в результате увеличения режимов резания и числа одновременно работающих инструментов, улуч­шения конструкции и материала инструментов и т. д. Вспомога­тельное время можно сократить автоматизацией работы станка, выполнением вспомогательных операций во время резания и т. д.

2. Точность работы. Точность работы станка зависит от гео­метрической и кипематической точности станка, температурных деформаций станка, жесткости детален и стыков, износа деталей и возможности его компенсации, правильности установки и экс­плуатации станка, конструкции и точности зажимных приспо­соблений и т. д. (см. гл. IV, § 3).

Геометрическая точность станков регламентируется соответ­ствующими ГОСТами. ЭНИМСом разработана временная нормаль станкостроения 1170-11, которая делит все станки на нить классов точности.

Класс II — станки нормальной точности, наиболее распро­страненный класс.

Класс 11 — станки повышенной точности. Станки этого класса изготовляются, как правило, на базе станков нормальной точ­ности, но с более качественным выполнением отдельных деталей или их подбором. Они отличаются также некоторыми особенно­стями монтажа и эксплуатации.

Класс В — станки высокой точности. Высокая точность об­работки на этих станках достигается специальной конструкцией

отдельных элементов, высокой точностью их изготовления и спе­циальными условиями эксплуатации.

Класс Л — станки особо высокой точности. Этп станки такие же, как и предыдущего класса, но изготовленные с более жесткими требованиями к основным узлам и деталям.

Класс С — станки особо точные. Этп станки предназначены для изготовления деталей наивысгаей точности, типа делитель- пых колес и дисков, эталонных колес, измерительных винтов, предназначенных для станков класса А и В.

Нормаль 1170-11 разработана на основе действующих стан­дартов на нормы точности металлорежущих станков с учетом результатов исследований по точности станков, опытных данных и уровня производства, достигнутого передовыми станкострои­тельными заводами. При разработке нормали учтены также сов­ременные требования к точности изделий, регламентированные действующими стандартами, требования различных отраслей промышленности, зарубежные стандарты и рекомендации.

Геометрическая точность является необходимым, но не доста­точным условием обеспечения требуемой точности работы станка, так как не учитывает действия других факторов, от которых за­висит точность станка под нагрузкой. Поэтому ГОСТами преду­смотрена проверка точности станков непосредственно по обра­ботанной детали.

Шероховатость обработанной поверхности детали зависит от материала детали, режущего инструмента, режимов обработки, от вибрации при резании и т. д. Проектируя станок, необходимо предусматривать возможность безвибрационной работы на нем при всех возможных скоростях резания и подачах. Повышением жест­кости системы станок — инструмент — деталь и применением демп­фирующих устройств можно повысить виброустойчивость станка.

3. Простота, легкость и безопасность обслуживания и упра­вления, удобство ремонта. Уменьшение утомляемости рабочего и безопасность работы па станке достигаются максимальной авто­матизацией, удачной компоновкой станка, рациональным распо­ложением органов управления, обеспечением малых усилий на органах управления, легкодостугшостью деталей и отдельных ме­ханизмов при отладке и замене, снижением шума до минимума, рациональным освещением, обеспечением возможности работы сидя, выполнением всех требований техники безопасности. Удоб­ство ремонта обеспечивается рациональной компоновкой станка, применением нормализованных и стандартных узлов и деталей, простотой сборки и разборки и др.

4. Надежность и долговечность. Одними из основных пока­зателей качества изделий, в том числе и металлорежущих станков, являются надежность и долговечность. Терминологию в области надежности устанавливает ГОСТ 13377-G7 «Надежность в тех­нике. Термины». Данный стандарт предусматривает следующие понятия показателей надежности.

Надежность — свойство изделия выполнять заданные функ­ции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуе­мой наработки. Надежность изделия обуславливается его без­отказностью, ремонтопригодностью, сохрапяемостыо, а также долговечностью его частей.

Долговечность — свойство изделия сохранять работоспособ­ность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов.

Работоспособность — состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, устано­вленными требованиями технической документации ¹.

Наработка — продолжительность или объем работы изделия, измеряемое н часах, километрах, гектарах, циклах, кубометрах или в других единицах.

Безотказность — свойство изделия сохранить работоспособ­ность в течение некоторой наработки без вынужденных переры­вов.

Отказ — событие, заключающееся в парушепии работоспо­собности.

Неисправность — состояние изделия, при котором оно не соответствует хотя бы одпому из требований технической доку­ментации.

Ремонтопригодность — свойство изделия, заключающееся него приспособленности к предупреждению, обнаружению и устране­нию отказов п неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Сохраняемость — свойство изделия сохранять обусловленные эксплуатационные показатели в течение и после срока хранения и транспортирования, установленного в технической докумен­тации.

Ресурс — паработка изделия до предельного состояния, ого­воренного в технической документации.

Ясно, что высокое качество станка в целом должно включать, кроме надежности, и другие показатели, как точность, произво­дительность, экономичность и т. д. Эти показатели взаимосвя­заны и должны рассматриваться только совместно. Станок, имею­щий высокие показатели по надежности, по обладающий низкой производительностью, малой точностью и т. д., нельзя считать технически совершенным. И, наоборот, станок с хорошими пока­зателями но производительности, точности и т. д., но с низкой надежностью, не может быть эффективно использован. Чем выше технические параметры станка, тем большее значение имеет на­дежность, т. е. сохранение этих параметров в процессе эксплуа­тации. Значит, с возрастанием технического уровня станков уно- личивается и значение надежности, в особенности трудность обеспечения надежности. Следовательпо, конструктор, выбирая оптимальный вариант конструкции станка, должен заботиться in* только об обеспечении требуемых технических параметров станка, но и обеспечить необходимую надежность.

Очень важно, чтобы станок пмел высокие параметры не только после изготовления его, но он должен сохранять их и в течение всей эксплуатации, т. е. нужно обеспечить выполнение станком заданных функций в течение требуемого периода эксплуатации (конечно, с учетом ремонта и восстановления качеств станка). Поэтому конструктору надо учитывать все физико-химические процессы, которые происходят в станке во время его изготовле­ния, хранения, транспортирования, работы и восстановления, так как свойства материалов деталей станка постоянно изменяются под действием нагрузок, влиянием атмосферы, времени и других факторов.

Для металлорежущего станка основпым показателем (в части надежности) является долговечность. По стремление во всех случаях к максимальной долговечности станков является не обоснованным, так как неоправданное завышение срока службы станков может привести к увеличению его стоимости и иногда к задержанию темпов технического прогресса. Вероятно, в каж­дом конкретном случае нужно говорить об оптимальной долго­вечности. При этом должны учитываться расходы как на произ­водство данного станка, так и на его эксплуатацию.

Надежность станка в основном зависит от кинематики, кон­струкции, технологии, от качества изготовления детален и сборки, от условий эксплуатации. Основными путями повышения долго­вечности станка являются увеличение срока службы его деталей и сокращение времени, затрачиваемого на ремонт. Это достигается выбором оптимальной конструкции, правильным выбором мате­риалов, качественной обработкой трущихся поверхностей, ра­циональной смазкой, применением прогрессивных методов ре­монта, правильной эксплуатацией и др.

Более подробные сведения по вопросам надежности можно получить, например, в литературе 170, 91].

5. Низкая себестоимость изготовления деталей на станке. Для выполнения этого требования необходимо обеспечить высокую производительность станка, максимально автоматизировать цикл его работы.

6. Малые затраты на изготовление станка и малые эксплуа­тационные расходы. Это требование выполняется повышением технологичности конструкции станка (см. гл. II, § 8), примене­нием стандартных и нормализованных деталей и узлов, отработ­кой конструкции всех механизмов станка, повышением к. и. д., со­вершенной организацией производства на заводе-изготовителе и др.

7. Малая металлоемкость (материалоемкость) и габаритные размеры. Металлоемкость станка М характеризуется количеством металла, приходящегося на единицу мощности привода главного движения станка:

М — кг/кет,

где G — масса стайка в кг;

N — мощность привода главного движения станка в кет.

В современных станках общего назначения металлоемкость колеблется в пределах 200—1000 кг!квт.

Вес деталей, изготовляемых из чугунного литья, составляет в среднем около 80% от общего веса станка, поэтому снижепие веса литых деталей является важным резервом уменьшения ме­таллоемкости станка (см. гл. II, § 9).

Габаритные размеры станка и различных устройств, поста­вляемых вместе с ним, существенным образом влияют на рацио­нальное использование производственных площадей, так как с увеличением занимаемой станком площади растут эксплуата­ционные расходы. Поэтому вертикальная компоновка станка с этой точки зрения является более выгодной, чем горизонтальная.

8. Технологичность конструкций. Технологичность конструк­ции станка характеризуется степенью сложности изготовления деталей и сборки его узлов, а также количеством оригинальных, унифицированных, нормализованных и стандартных деталей и узлов.

Технологичность зависит от количества, размеров, сложности формы и требуемой точности изготовления деталей станка.

9. Возможность переналадки станка при смене объекта про­изводства (для некоторых типов стапков, например агрегатных).

10. Эстетический уровень.

11. Степень унификации, нормализации и стандартизации.

12. Патентоспособность и патентная чистота.

Кроме указанных требований, могут быть заданы и особые требования, например, к станкам с программным управлением, прецизионным, к станкам, поставляемым в страны с тропическим климатом (см. гл. П., § 10), к специальным станкам и др.

С развитием науки и техники перечисленные требования к стан­кам изменяются, определяя новые направления в развитии стан­костроения. Поэтому конструктор должен следить за достижениями в области технологии производства и станкостроения.