4. Компоновки станков

При проектировании станка, кроме расчета и конструирования отдельных узлов и механизмов, решают вопросы синтеза – объединения их в одной машине. Отдельные узлы необходимо увязать и скомпоновать таким образом, чтобы станок в наибольшей степени отвечал условиям высокой точности, производительности, экономичности и удобства обслуживания; чтобы архитектурные формы станка соответствовали эстетическим требованиям, предъявляемым к современным машинам.

Конструктивная компоновка станка, материализуя его кинематические связи, влияет на архитектурную форму станка и определяет его технико-экономические и эксплуатационные характеристики.

Как известно, металлорежущие станки отличаются чрезвычайным разнообразием конструктивных форм и размеров. Однако можно установить типовые компоновки станков, так как последние состоят из целевых узлов и механизмов, характерных для всех типов станков.

Станок, как и всякая развитая рабочая машина, состоит из двигательного, передаточного и исполнительных (целевых) механизмов, осуществляющих технологический процесс.

Если же рассматривать целевые узлы станка, которые определяют его конфигурацию, то можно выделить следующие три основные группы.

Корпусные узлы (базовые) – станины, стойки, траверсы, колонны. На их долю в общем балансе податливости станка приходится до 60-80%. Они обычно создают основу машины и определяют взаимное расположение всех узлов.

Узел детали – стол, передняя и задняя бабки. Они определяют положение и характер движения обрабатываемых деталей.

Узел инструмента – суппорт, револьверная головка, бабка инструментального шпинделя. Они определяют расположение и характер движения инструмента по отношению к детали.

Взаимное расположение и характер движения узла детали и узла инструмента определяют основную компоновку станка.

Таким образом, под компоновкой станка понимается определенная система расположения его основных узлов и несущих систем, характеризующаяся определенными пропорциями и свойствами.

Основными факторами, определяющими компоновку станка, являются: режимы и силы резания; движения в станке и методы их осуществления; форма, размер, масса и материал заготовки; количество и вид снимаемой стружки; вид и число инструментов; относительное расположение обрабатываемой заготовки и инструмента; требования к шероховатости и точности обработанной поверхности; требуемая производительность; степень автоматизации; число шпинделей и их расположение (горизонтальное, вертикальное или наклонное); цикл работы (автоматический, полуавтоматический или ручной); тип и особенности привода станка (шестеренная коробка, вариатор, бесступенчатый электропривод и т.д.); степень стандартизации и унификации узлов и деталей; необходимость использования загрузочно-разгрузочных устройств; возможность встраивания в автоматическую линию (если это предусмотрено заданием на проектирование); необходимость автоматической смены инструмента; необходимость обеспечения станка различными приспособлениями и устройствами; традиции компоновки и тенденции формообразования станков; серийность проектируемого станка (т.е. размер серий выпуска); особые требования.

При выборе схемы компоновки необходимо обратить внимание на удобство установки и крепления заготовки, смены инструмента, наладки и подналадки станка, наблюдения за работой станка, отвода и сбора стружки, подачи и сбора охлаждающей жидкости, сборки и разборки, ремонта и транспортирования станка. Кроме того, нужно обратить внимание на устойчивость и жесткость станка, габаритные размеры, площадь, занимаемую им, его массу, уменьшение числа стыков [18].

Существуют типовые схемы компоновок металлорежущих станков, но могут быть и оригинальные. Конструктор должен выбрать, исходя из указанных ранее факторов и требований, оптимальную схему компоновки для конкретного случая. В настоящее время оптимизацию выбора схемы компоновки станка производят с использованием ЭВМ.

Разработку общей компоновки станка целесообразно проводить в четыре этапа: подбор и расчет отправных позиций проекта; установление и фиксация взаимосвязи отправных позиций проекта, т.е. составление «размерной схемы станка»; выявление и решение произвольных элементов проекта, т.е. тех решений, которые конструктор должен сделать сам; выполнение общего вида скомпонованного станка.

Вначале задача конструктора сводится к анализу различных вариантов компоновок и выбору оптимального варианта для данных конкретных условий. Помимо основных движений в станке, необходимых по условиям формообразования, на компоновку станка влияют также установочные перемещения, необходимые для настройки станка и осуществления различных вспомогательных операций.

Совокупность всего набора движений предопределяет множество принципиальных компоновок станка. Однако на базе выбранной принципиальной компоновки возможны дополнительные варианты оформления, связанные со следующими факторами.

Обеспечение технико-экономических показателей в значительной степени зависит от выбора компоновки станка.

Точность обработки существенно зависит от выбора компоновки станка, так как последняя влияет на жесткость несущей системы (рис. 4.1), на тепловой баланс и соответствующие температурные деформации (рис. 4.2) [12].

От компоновки станка зависит схема нагружения несущей системы силами резания и массой подвижных и неподвижных узлов, а это в значительной степени влияет на величину и характер упругих перемещений. Особое значение имеют узлы, связанные с массивными обрабатываемыми деталями. Перемещение этих узлов вместе с заготовками в процессе обработки может сильно повлиять на перераспределение упругих деформаций и вызвать соответствующие погрешности обработки.

Рис. 4.1. Влияние компоновки на жесткость несущей системы станка на примере