§ Основные тенденции и перспективы развития станков и станочных комплексов

1. Повышение производительности и точности.

Применение композиционных материалов для режущих инструментов позволяет получить скорости резания до 2000 м/мин, с погрешностью обработки и шероховатостью поверхности измеряемыми в долях и сотых долях микрометра.

2. Создание гибких переналаживаемых комплексов и производств.

Использование ГПС, состоящих из набора станков, манипуляторов, средств контроля, объединённым общим управлением от ЭВМ, даёт возможность в многономенклатурном крупносерийном производстве, достичь наивысшей степени автоматизации, при условии быстрого переналаживания производства на выпуск другой номенклатуры деталей. Применение модулей возможно только при полной автоматизации всех вспомогательных операций за счет широкого использования манипуляторов и роботов.

Это относится к операциям, связанным со сменой заготовок, режущих инструментов, с операциями измерения заготовки, инструмента, с операциями дробления и удаления стружки из рабочей зоны станка.

3. Применение вычислительной техники для автоматизации производства.

Станки последних поколений органически соединили в себе технологическую машину, с УЭВМ на основе микропроцессора.

4. Унификация и нормализация.

§ Технологическая характеристика станков

Основными техническими характеристиками, определяющими производственные возможности станка, являются:

1. предельные числа оборотов шпинделя n_max и n_{min .}

2. промежуточные значения чисел оборотов шпинделя между n_max и n_min.

3. предельные подачи S_max и S_min.

4. промежуточные значения подач между S_max и S_min.

5. мощность электродвигателя.

6. габаритные размеры заготовки.

   1. Скоростная характеристика

Её определяют числом оборотов шпинделя и значением подач рабочего исполнительного органа. Рассмотрим цепь главного движения. Предельные числа оборотов шпинделя определяют:

n_max = 1000 V_max / π d_min

n_min = 1000 V_min / π d_max

где V_max и V_min – предельные скорости резания (м/мин),

d_max и d_min – предельные диаметры обработки (или инструментов) (мм).

Предельные скорости резания выбираются на основе теории резания. При определении V_max принимают глубину резания и подачу наименьшими – чистовая обработка. При определении V_min принимают глубину резания и подачу наибольшими – черновая обработка.

Максимальный диаметр обработки d_max (или инструмента) по некоторым группам станков регламентируются соответствующими ГОСТами, а минимальный диаметр d_min принимают из соотношения d_max / d_min < 4  8.

2. Силовая характеристика.

Силовые параметры процесса резания – усилия резания и мощность резания обеспечиваются механизмами станка.

Мощность электродвигателей характеризует возможность станка обеспечить требуемые нагрузки.

Мощность электродвигателей главного движения

N_дв = N_э/η + N_х

где N_э – мощность затрачиваемая на резание; N_х – мощность холостого хода; η – КПД цепей, связывающих двигатель с рабочими органами станка.

Величина η при предварительных расчетах принимается:

η = 0,7  0,85 – для станков с вращающимся главным движением.

η = 0,6  0,7 – для станков с возвратно-поступательным главным движением.

N_х – это мощность, затрачиваемая источником энергии на вращение привода при отсутствии полезной нагрузки.

Эта мощность затрачивается:

1. На работу сил трения в опорах, возникающих под действием :

   1. веса движущихся частей

   2. предварительного натяжения ременных передач и подшипников

   3. различного рода перекосов валов в подшипниках, являющихся результатом неизбежных отклонений при обработке и сборке деталей привода.

   4. центробежных сих, появляющихся вследствие дисбаланса быстровращающихся деталей

   5. динамических нагрузок, возникающих из-за ошибок изготовления зубчатых колёс и других элементов.

2. На работу сил трения, возникающих в уплотнениях подшипников и других элементов.

3. На работу сил трения в зубчатых колёсах, возникающих вследствие ошибок изготовления зубчатых колёс и других причин.

4. На работу сил трения, возникающих между дисками расцеплённых фрикционных муфт.

5. На перемещение масла в масляной ванне.

6. На аэродинамические потери в подшипниках качения и быстровращающихся деталях.

Точное расчетное определение N_x при различных скоростях шпинделя является весьма затруднительным, поэтому для приближенных расчетов используют формулу:

N_x = K_м · d_ср/10⁵ · (n_I + n_II + ....K_шп · d_шп/d_ср · n_шп)

кВт

где K_м = 3  6 (меньшие значения для простых схем) – коэффициент, характеризующий конструкцию элементов привода и качества изготовления;

n_I + n_II … - числа оборотов промежуточных валов привода, соответствующие данной скорости шпинделя;

d_ср – средний диаметр всех промежуточных валов привода (см);

d_шп – диаметр шпинделя в передней опоре (см);

К_шп – коэффициент, учитывающий дополнительные потери в шпиндельном узле; при подшипниках скольжения К_шп = 2; при подшипниках качения К_шп = 1,5.

Эффективная мощность резания.

N_э = P_z · V / 102 · 60 + P_т · S_м / 102 · 60 · 1000

кВт

мощность на мощность на

вращение детали подачу

P_z – тангенциальная составляющая усилия резания (кг);

V – скорость резания (м/мин);

S_м – минутная подача (мм/мин);

Р_т – тяговая сила подачи (кг);

Затраты мощности на подачу невелики:

• для токарных станков и револьверных – 3  4 % от мощности привода главного движения

• для сверлильных станков – 4  5 %

• для фрезерных станков – 15  20 %

При отдельных двигателях для главного движения и подачи, необходимую мощность подсчитывают отдельно.

Вообще тяговую силу Р_т можно определить по формулам, данным в нормали станкостроения Н48-61.

Для продольных суппортов токарных станков с призматическими или комбинированными направляющими:

Р_т = kР_х + f '(Р_z + G)

Для продольных суппортов токарных и револьверных станков и столов фрезерных станков с прямоугольными направляющими:

Р_z

Р_т = kР_х + f '(Р_z + Р_y + G)

Р_y

Для столов фрезерных станков с направляющими в форме ласточкиного хвоста:

Р_т = kР_х + f '(Р_z + 2Р_y + G)

Для шпинделей сверлильных станков:

Р_т = (1 + 0,5f)Р_х + f 2М_к/d ≈ Р_х + f 2М_к/d

где Р_х – составляющая силы резания в направлении подачи (кг);

P_z – составляющая силы резания, прижимающая каретку суппорта или стол к направляющим (кг);

P_y – составляющая силы резания, отрывающая каретку суппорта или стол от направляющих (кг);

G – вес перемещаемых частей (кг)

М_к – крутящий момент на шпинделе (кг · мм);

d – диаметр шпинделя (мм);

f – коэффициент трения между пинолью и корпусом на шлицах;

f ' – приведённый коэффициент трения на направляющих;

k – коэффициент учитывающий влияние опрокидывающего момента.

Значение коэффициентов трения f ' при нормальных условиях смазки направляющих неодинаково:

а) для токарных станков с призматическими или комбинированными направляющими k = 1,15 и f ' = 0,15  0,18

б) для токарных и револьверных станков с прямоугольными направляющими k = 1,1 и f ' = 0,15

в) для столов фрезерных станков k = 1,4 и f ' = 0,2

г) для пинолей сверлильных станков f ' = 0,15

После определения мощности, в зависимости от назначения электродвигателя и необходимых чисел оборотов, по соответствующим каталогам подбирается тип электродвигателя.