Обслуживание металлообрабатывающих станков: технология оборудования и оснастки

метки: Станок, Оборудование, Эксплуатация, Движение, Кинематический, Станочный, Группа, Управление

Машиностроение является основой научно-технического прогресса в различных отраслях народного хозяйства. Непрерывное совершенствование и развитие машиностроения связано с прогрессом станкостроения, поскольку металлорежущие станки вместе с некоторыми другими видами технологических машин обеспечивают изготовление любых новых видов оборудования.

Правительство всегда придавали большое значение развитию станкостроения, основы которого были заложены в годы первых пятилеток. Крупнейшие теоретические разработки в области станкостроения были осуществлены в ЭНИМСе (экспериментальном научно-исследовательском институте металлорежущих станков), а так же в Московском станкоинсрументальном институте, в техническом университете имени Н.Э. Баумана и в некоторых других организациях. Российские станкостроители освоили выпуск самых разнообразных станков, необходимых для различных отраслей машиностроения. Это станки особо высокой точности, обеспечивающие отклонения долях микрометров, тяжёлые станки для обработки крупных деталей размерами в несколько десятков метров, станки для физико-химических методов обработки, станки-автоматы для контурной программной обработки очень сложных по форме деталей.

Особое развитие в последние десятилетия получило числовое программное управление станками. Микропроцессорные устройства управления превращают станок в станочный модуль, сочетающий гибкость и универсальность с высоким уровнем автоматизации. Станочный модуль способен обеспечивать обработку высокой номенклатуры в автоматическом режиме на основе малолюдной или даже безлюдной технологии. Таким образом, современное станочное оборудование является базой для развития гибкого автоматизированного производства, резко повышающего производительность труда в условиях средне- и мелкосерийного производства.

Использование гибких производственных систем, состоящих из набора станков, манипуляторов, средств контроля, объединённых общим управлением от ЭВМ, даст возможность и в многономенклатурном крупносерийном производстве стимулировать научно-технический прогресс, быстрый и с минимальными затратами переход к новым более совершенным образцам выпускаемой продукции. Переход от использования станков и других технологических машин машинным системам в виде гибких производственных систем технологического оборудования помимо повышения производительности труда коренным образом изменяют весь характер машиностроительного производства. Создаются условия постепенного перехода к трудосберегающему производству при наивысшей степени автоматизации.

Токарно-винторезный станок 16К

... токарно-винторезного станка Токарно-винторезные станки предназначены для обработки, включая нарезание резьбы, единичных деталей и малых групп деталей. Однако бывают станки без ходового винта. На таких станках можно выполнять все виды токарных работ, ... 1600 - 4000 мм). Легкие токарные станки применяются в инструментальном производстве, приборостроении, часовой промышленности, в экспериментальных и ...

Совершенствование современных станков должно обеспечивать повышение скоростей рабочих и вспомогательных движений при соответствующем повышении мощности привода главного движения. Исключительное значение приобретает повышение надёжности станков за счёт насыщения их средствами контроля и измерения, а так же введения в станки систем диагностирования.

Повышение скоростей рабочих и вспомогательных движений связано с дальнейшим совершенствованием привода станка, шпиндельных узлов, тяговых устройств и направляющих прямолинейного движения. Применение композиционных материалов для режущих инструментов позволяет уже сейчас реализовать скорость резания 1,5-2 км/мин, а скорость подачи довести до 20-30 м/мин. Дальнейшее повышение скоростей потребует поиска новых конструкций, использующих иные физические принципы и обеспечивающих высокую работоспособность ответственных станочных узлов.

Применение станочных модулей возможно только при полной автоматизации всех вспомогательных операций за счёт широкого использования манипуляторов и промышленных роботов. Это относится к операциям связанным со сменой заготовок, режущих инструментов, технологической оснастки, с операциями измерения заготовки, инструмента, с операциями дробления и удаления стружки из рабочей зоны станка.

Оснащение станков гибкого автоматизированного производства различными контрольными и измерительными устройствами являются необходимым условием и надёжной работы, особенно в автономном и автоматизированном режиме. В современных станках используют широкий набор средств измерения, иногда очень точных, таких например, как лазерный интерферометр, для сбора текущей информации о состоянии станка, инструмента вспомогательных устройств и для получения и для получения достоверных данных о исправной работе.

Специалисты в области технологии машиностроения, металлорежущих станков и инструментов находятся на одном из самых ответственных участков всего научно-технического прогресса. Задача заключается в том, что бы в результате коренного совершенствования технологии обработки, создания новых металлорежущих станков с микропроцессорным управлением, станочных модулей для гибких производственных систем обеспечить техническое и организационное перевооружение всех отраслей машиностроения и на этой основе обеспечит существенное повышение производительности труда. Для успешного творческого труда инженеры станкостроители должны быть фундаментально подготовлены в области математики, физики, вычислительной техники, иметь фундаментальные знания и навыки по общим инженерным дисциплинам и, наконец, хорошо знать свою будущую специальность. Необходимо ясно представлять общие важнейшие свойства и качества, определяющие технологический уровень металлорежущих станков, с тем, чтобы создавать лучшие образцы и новые модели станков. В настоящее время и в обозримом будущем потребуется создание новых моделей станков, станочных модулей, гибких производственных систем, поэтому будущие специалисты-станкостроители должны владеть основами конструирования станков и их важнейших узлов. Для успешного применения вычислительной техники при конструировании необходимо хорошо знать содержание процесса проектирования всех видов станочного оборудования, владеть методами его моделирования и оптимизации. Современный станок органически соединил технологическую машину для решения размерной обработки с управляющей вычислительной машиной на основе микропроцессора. Поэтому специалист-станкостроитель должен хорошо понимать принципы числового программного управления станками, владеть навыками подготовки и контроля управляющих программ. Он должен знать устройства микропроцессорных средств управления, основные их характеристики и возможности применительно к станочному оборудованию.

Металлорежущие станки и инструменты

... инструментом движение подачи получает задняя бабка токарного станка. Токарные станки, полуавтоматы и автоматы, в зависимости от расположения шпинделя, несущего приспособление для установки заготовки ... возможности оборудования. Одношпиндерный токарно-револьверный автомат модели 1Б140. Характеристика станка. ... вращения шпинделя, включение электродвигателя привода приспособлений и торможение шпинделя. ...

металлообрабатывающий станок кинематический работоспособность

Металлообрабатывающий станок — машина для размерной обработки заготовок в основном путём снятия стружки. Кроме металлических заготовок на станках обрабатывают так же детали из других материалов. К станкам относят и технологическое оборудование, использующее для обработки электрофизические и электрохимические методы, сфокусированный электронный или лазерный луч, поверхностное пластическое деформирование и некоторые другие виды обработки.

Помимо основной рабочей операции, связанной с изменением формы и размеров заготовки, на станке необходимо осуществлять и вспомогательные операции для смены заготовок, их зажима, измерения, операции по смене режущего инструмента, контроля его состояния и состояния всего станка.

Собственно станок подразделяется на несколько важнейших частей, обычно называемых узлами.

Г лавный привод (1) станка сообщает движение инструменту или заготовке для осуществления процесса резания с соответствующей скоростью. У подавляющего большинства станков главный привод сообщает вращательное движение шпинделю, в котором закреплён режущий инструмент или заготовка.

Привод подачи (3) необходим для перемещения инструмента относительно заготовки (или наоборот) для формирования обрабатываемой поверхности. У подавляющего большинства станков привод подачи сообщает узлу станка прямолинейное движение. Сочетанием нескольких прямолинейных, а иногда и вращательных движений можно реализовать любую пространственную траекторию.

Привод позиционирования необходим во многих станках для перемещения того или иного узла станка из некоторой исходной позиции в другую заданную позицию, например, при последовательной обработке нескольких отверстий или нескольких параллельных плоскостей на одной и той же заготовке. Во многих современных станках с числовым программным управлением (ЧПУ) функции приводов подачи и позиционирования выполняет один общий привод.

Несущая система (2) станка состоит из последовательного набора соединённых между собой базовых деталей. Соединения могут быть неподвижными (стыки) или подвижными (направляющие).

Несущая система обеспечивает правильность взаимного расположения режущего инструмента и заготовок под воздействием силовых и температурных факторов.

Манипулирующие устройства необходимы для автоматизации различных вспомогательных движений в станке, для смены заготовок, их зажима, перемещения или поворота, смены режущих инструментов, удаления стружки и т.п. Современный многооперационный станок имеет набор манипуляторов транспортёров, поворотных устройств, а в некоторых случаях обслуживается универсальным манипулятором с программным управлением (промышленным роботом).

Контрольные и измерительные устройства необходимы в станке для автоматизации и наблюдения за правильностью его работы. С помощью них контролируют состояние наиболее ответственных частей станка, работоспособность режущего инструмента, измеряют заготовки и изделие. При достаточно высоком уровне автоматизации результаты контроля измерения поступают в управляющее устройство, а оттуда в виде управляющих сигналов корректируют положение узлов станка.

Устройство управления может быть с ручным обслуживанием оператором, с механической системой управления или с ЧПУ. В настоящее время происходит широкое внедрение микропроцессорных устройств ЧПУ для управления всеми видами станочного оборудования.

Классификация станков

В зависимости от целевого назначения станка для обработки тех или иных деталей или их поверхностей, выполнения соответствующих технологических операций и режущего инструмента, станки разделяют на следующие основные группы: токарные, сверлильные, расточные, фрезерные, шлифовальные и т. д. (табл. 1).

В обозначении конкретных моделей станков первая цифра указывает на группу станка, вторая — на тип, а последние цифры характеризуют размер рабочего пространства, т.е. предельно допустимые размеры обработки.

Таким образом, обозначение токарно-винторезного станка модели 16К20П следует расшифровать так: токарно-винторезный станок (первые две цифры) с высотой центров (половина наибольшего диаметра обработки) 200 мм, повышенной точности (П) и очередной модификации (К).

Универсальные станки , иначе называемые станками общего назначения, предназначены для изготовления широкой номенклатуры деталей, обрабатываемых небольшими партиями в условиях мелкосерийного и серийного производства. Универсальные станки с ручным управлением требуют от оператора подготовки и частичной или полной реализации программы, а также выполнения функции манипулирования (смена заготовки и инструмента), контроль и измерение.

Специализированные станки предназначены для обработки заготовок сравнительно узкой номенклатуры. Примером могут служить токарные станки для обработки коленчатых валов или шлифовальные станки для обработки колец шарикоподшипников. Специализированные станки имеют высокую степень автоматизации, и их используют в крупносерийном производстве при больших партиях, требующих редкой переналадки.

Специальные станки используют для производительной обработки одной или нескольких почти одинаковых деталей в условиях крупносерийного и особенно массового производства. Специальные станки имеют, как правило, высокую степень автоматизации.

Классификация станков

		Тип
Наименование	Группа	0	1	2	3	4	5	6	7	8
Токарные	1	Автоматы и полуавтоматы	Сверлильно-отрезные	Карусельные	Токарно-винторезные и лоботокарные	Многорезцовые	Специализированные	Разные токарные
		одно-шпиндельные	много-шпиндельные	револьверные
Сверлильные и расточные	2	Вертикально-сверлильные	Полуавтоматы:	Координатно-расточные	Радиально-сверлильные	Горизонтально-расточные	Алмазно-расточные	Горизонтально-сверлильные и центровальные	Разные сверлильные и расточные
			одношпиндельные	многошпиндельные
Шлифовальные и доводочные	3	Кругло-шлифовальные	Внутри-шлифовальные	Обдирочно-шлифовальные	Специализированные шлифовальные	Продольно-шлифовальные	Заточные	Плоско-шлифовальные	Притирочные и полировочные	Разные станки работающие абразивами
Станки для электро- физико-химической обработки; комбинированные	4	Универсальные	Полуавтоматы	Автоматы	Электро-химические	Электро-искровые		Электро-эрозионные ультразвуковые	Анодно- механические
Зубо- и резьбообрабатывающие	5	Зубодолбёжные для цилин-дрической	Зуборезные для конических колёс	Зубофрезерные для цилиндрических колёс	Зубофрезерные для нарезания червячных колёс	Для обработки торцов зубьев колёс	Резьбофрезерные	Зубоотделочные и обкатные	Зубо- и резьбо шлифовальные	Разные зубо- и резьбообрабатывающие
Фрезерные	6	Вертикальные	Непрерывного действия	Продольно-фрезерные одно-стоечные	Копировальные и граворовальные	Вертикальные бесконсольные	Продольно-фрезерные двух-стоечные	Широко-универсальные	Горизонтальные консольные	Разные фрезерные
Строгальные, долбёжные и протяжные	7	Продольно-строгальные:	Поперечно-строгальные	Долбёжные	Протяжные гори-зонтальные	Протяжные вертикальные		Разные строгальные
						для внутреннего протягивания	для наружного протягивания
		одностоечные	двухстоечные
Разрезные	8	Обрезные, работающие	Правильно-отрезные	Ленточные пилы	Дисковые пилы	Ножовочные пилы
		токарным резцом	абразивным кругом	фрикционным диском
Разные	9	Муфто-трубо-обрабатывающие	Пилонасекательные	Правильно-и бесцентровообдирочне		Для испытания инструмента	Делительные машины	Балансировочные

Автоматическая линия образуется из набора станков-автоматов, расположенных последовательно в соответствии с ходом технологического процесса и связанных общим транспортом и общим управлением. Переналаживаемая автоматическая линия может в режиме автоматической переналадки переходить от обработки одной детали к обработке другой похожей на неё детали.

Гибкие производственные модули (ГПМ) представляют собой автоматизированную универсальную технологическую ячейку, основой которой является станок с полным набором манипуляторов, контрольных и измерительных устройств обеспечивающих работу по безлюдной технологии в течение не менее двух смен.

Станки наиболее распространённых технологических групп образуют размерные ряды, в которых за каждым станком закреплён вполне определённый диапазон размеров обрабатываемых деталей. Например, в группе токарных станков возможности станка характеризуются цилиндрическим рабочим пространством (рис. 1, а), а для фрезерных, расточных (многооперационных станков) — прямоугольным рабочим пространством.

В зависимости от массы станка, которая связана с размерами обрабатываемых деталей и его типом, принято разделять станки (токарные, расточные, шлифовальные) на лёгкие (до 1 т), средние (1-10 т), тяжёлые (более 10 т).

Станки также условно разделяют на классы точности — нормальной (Н), повышенной (П), высокой (В), особо высокой (А) и особо точные станки или мастер-станки (С).

Класс точности обозначают соответственно буквами Н, П, В, А, С.

Для сравнительной оценки технического уровня станков и комплектов станочного оборудования, а также для выбора станков в соответствии с решением конкретной производственной задачи используют набор показателей, характеризующих качество, как отдельных станков, так и набора станочного оборудования. Этих показателей — 5 и они рассмотрены ниже.

Эффективность

Эффективность — комплексный (интегральный) показатель, который наиболее полно отражает главное назначение станочного оборудования — повышать производительность труда и соответственно снижать затраты труда при обработке деталей. Эффективность станков,

А=N/C, шт./руб.,

где N — годовой выпуск деталей;

• С — сумма годовых затрат на их изготовление.

При проектировании станочного оборудования всегда следует стремиться к максимальной эффективности, а показатель А при этом следует рассматривать как условную функцию А=N/C max.

Распространенным критерием оценки новой техники является срок окупаемости дополнительных капиталовложений, который определяется по формуле

где К ₁ , К₂ — капиталовложения соответственно по новому и базовому вариантам производства;

С ₁ , С₂ — текущие затраты по двум вариантам производства.

Величина обратная сроку окупаемости, коэффициент эффективности дополнительных капиталовложений, определяется так

Показателем сравнительной экономической эффективности является также минимум производственных затрат. Приведенные затраты по i-ому варианту

где С _i — годовые текущие затраты;

К _i — капиталовложения по i-ому варианту;

Е _Н — нормативный коэффициент эффективности капиталовложений.

Производительность

Производительность станка определяет его способность обеспечивать обработку определенного числа деталей в единицу времени.

Штучная производительность (шт./год) выражается числом деталей, изготовленных в единицу времени, при непрерывной безотказной работе

шт./год,

где Т ₀ — годовой фонд времени;

• Т — полное время цикла изготовления детали.

При изготовлении на универсальном станке разных деталей его штучную производительность определяют по условной, так называемой представленной детали, форму и размеры которой берут усредненными по всему рассматриваемому множеству деталей. Все исходные параметры представленной детали (масса, размеры, допуски и т. д.) определяют для всей группы (семейства) рассматриваемых деталей, как средневзвешенные величины

где х — величина данного параметра внутри каждого интервала;

_сх — частость по интервалам изменения величины х;

_с — общая частость (весомость) деталей рассматриваемой группы.

Производительность определяют по среднему значению времени цикла обработки, которое без учета потерь выражается как

где t _P — время обработки резанием;

t _B — время на все виды вспомогательных операций, не совмещаемых по времени с обработкой.

Штучная производительность связана с годовым выпуском деталей коэффициентом использования , учитывающим потери годового фонда времени

Причины потери годового фонда времени приведены на рис.

Станки общего назначения

Станки с ЧПУ

Все виды внецикловых потерь сокращаются при комплексной автоматизации и совершенствовании системы управления.

Надежность

Надежность — свойство изделия сохранять свою работоспособность в течение требуемого промежутка времени — это обобщенное свойство, включающее понятия безотказности и долговечности.

Надежность станка — свойство станка обеспечивать бесперебойный выпуск годной продукции в заданном количестве в течение определенного срока службы и в условиях применения технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Безотказность станка — свойство станка непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени. Безотказность может быть оценена по следующим показателям:

Вероятность отказа определяется по результатам испытаний N₀ элементов, из которых отказали N_OT =N_O -N_И , а N_И — оказались исправными

Вероятность безотказной работы

Интенсивность отказов — условная плотность вероятности возникновения отказа в единицу времени

Вероятность безотказной работы может быть представлена в зависимости от интенсивности отказов, отсюда следует

Д олговечность станка — свойство станка сохранять работоспособность в течение некоторого времени с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта до наступления предельного состояния.

Изнашивание подвижных соединений в станке является важнейшей причиной ограничений долговечности по критерию сохранения первичной точности.

Ремонтопригодность — свойство, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Технический ресурс — наработка от начала эксплуатации или ее возобновления после среднего и капитального ремонта до перехода в предельное состояние.

Технологическая надежность станков и станочных систем, как свойство сохранять во времени первоначальную точность оборудования и соответствующее качество обработки, имеет важное значение в условиях длительной и интенсивной эксплуатации.

Диагностирование является эффективным средством повышения надежности станков и станочных систем, при этом осуществляется направленный сбор текущей информации о состоянии станка и его важнейших узлов.

Гибкость

Гибкость станочного оборудования это способность к быстрому переналаживанию при изготовлении других, новых деталей. Чем чаще происходит смена обрабатываемых деталей и чем большее число разных деталей требует обработки, тем большей гибкостью должен обладать станок или соответствующий набор станочного оборудования.

Гибкость характеризуется двумя показателями — универсальностью и переналаживаемостью.

Универсальность определяется числом разных деталей, подлежащих обработке на данном станке, т. е. номенклатурой U обрабатываемых деталей. При этом следует иметь в виду, что отношение годового выпуска N к номенклатуре U определяет серийность изготовления S=N/U.

Целесообразная гибкость оборудования связана с номенклатурой обрабатываемых деталей, см. рис.

Переналаживаемость определяется потерями времени и средств на переналадку станочного оборудования, при переходе от одной партии заготовок к другой партии. Таким образом, переналаживаемость зависит от числа Р партий деталей, обрабатываемых на данном оборудовании в течение года. При этом средний размер партии P=N/P связан с характером производства и с переналаживаемостью оборудования.

Применение средств вычислительной техники для управления станками, оснащение их манипуляторами и устройствами ЧПУ позволили существенно повысить гибкость оборудования при высокой степени автоматизации.

Точность

Точность станка в основном предопределяет точность обработанных на нем изделий. По характеру и источникам возникновения все ошибки станка, влияющие на погрешность обработанной детали, условно разделяют на несколько групп.

Геометрическая точность зависит от ошибки соединений и влияет на точность взаимного расположения узлов станка при отсутствии внешних воздействий. Она зависит главным образом от точности изготовления соединений базовых деталей и от качества сборки станка.

Кинематическая точность необходима для станков, в которых сложные движения требуют согласования скоростей нескольких простых. Нарушение согласованных движений нарушает правильность заданной траектории движения инструмента относительно заготовки и искажает тем самым форму обрабатываемой поверхности.

Жесткость станков характеризует их свойство противостоять появлению упругих перемещений под действием постоянных или медленно изменяющихся во времени силовых воздействий. Жесткость — отношение силы к соответствующей упругой деформации в том же направлении j=F/. Величину обратную жесткости называют податливостью

с = 1/j = /F.

жесткость большинства соединений, таких как неподвижные стыки, направляющие, подшипники качения и скольжения, не является постоянной величиной вследствие отсутствия прямой пропорциональности между силой и упругим перемещением.

Жесткость станков при большом числе упругих деталей и соединений между ними обычно близка к постоянному значению. Жесткость же отдельных соединений, предварительно не затянутых и имеющих зазоры, существенно не линейна и зависит от характера приложения силы.

Для повышения общей жесткости станка целесообразно выявлять элементы с пониженной жесткостью и затем принимать меры к ее повышению до уровня жесткости других последовательно нагруженных упругих звеньев.

Виброустойчивость станка определяет его способность противодействовать возникновению колебаний, снижающих точность и производительность станка. Особую опасность при вынужденных колебаниях представляют резонансные колебания, возникающие при совпадении частоты внешних воздействий с частотой собственных колебаний одного из упругих звеньев станка.

Основные пути повышения виброустойчивости станков: устранение источников периодических возмущений; подбор параметров упругой системы для обеспечения устойчивости; повышение демпфирующих свойств; применение систем автоматизированного управления уровнем колебаний.

Теплостойкость станка характеризует его сопротивляемость возникновению недопустимых температурных деформаций при действии тех или иных источников теплоты. К основным источникам теплоты относятся процесс резания, двигатели, подвижные соединения, особенно при значительных скоростях относительного движения.

Точность позиционирования характеризуется ошибкой вывода узла станка в заданную позицию по одной или нескольким координатам. На точность позиционирования влияет большое число системных и случайных погрешностей.

Тело любой детали есть замкнутое пространство, ограниченное реальными геометрическими поверхностями, которые образованы в результате обработки тем или иным способом (литьем, штамповкой, резанием и т.д.).

При этом, какой бы способ обработки ни был применен, реальные поверхности детали всегда отличаются от идеальных геометрических поверхностей, которыми мы мысленно оперируем при конструировании. Поверхности, полученные на металлообрабатывающих станках резанием, отличаются от идеальных формой, размерами и шероховатостью.

Любую поверхность можно представить, как след движения одной линии (образующей) по другой (направляющей).

Обе эти линии называют производящими, причем образующая может быть направляющей и наоборот. Например, круговая цилиндрическая поверхность может быть представлена как след движения прямой линии по окружности (а) или след движения окружности по прямой (б).

а) б)

в) г)

Боковую поверхность зуба прямозубого цилиндрического колеса можно рассматривать как след движения эвольвенты вдоль прямой линии (в) или след движения прямой по эвольвенте (г).

Таким образом, с геометрической точки зрения процесс образования поверхности сводится к осуществлению движения одной производящей линии по другой.

Производящие линии на станках образуются материальными точками и линиями режущей кромки инструмента за счет согласованных относительных движений заготовки и инструмента. Причем следует подчеркнуть, что почти все производящие линии на станках непрерывно образуются (имитируются) в течение всего времени формирования поверхности. В процессе непрерывной имитации обеих производящих линий и формируется с помощью резания требуемая поверхность.

Согласованные относительные движения заготовки и режущего инструмента, которые непрерывно создают производящие линии, а следовательно, поверхность заданной формы в целом, называют формообразующими (рабочими) движениями и обозначают буквой Ф. В зависимости от формы производящей линии и метода ее образования движения формообразования могут быть простыми и сложными. К простым движениям формообразования относят вращательное, которое обозначают Ф(В) и прямолинейное — Ф(П).

Сложными формообразующими движениями являются те, траектории которых образуются в результате согласованности взаимозависимых двух и более вращательных или прямолинейных движений, а также их сочетаний. Примеры условной записи сложных формообразующих движений: Ф(В ₁ В₂ ), Ф(В₁ П₁ ), Ф(В₁ П₂ П₃ ) и т.д.

Запись двух и более простых движений в одних общих скобках говорит о том, что они зависят друг от друга и тем самым создают единое сложное движение.

При обработке поверхностей резанием в зависимости от вида режущего инструмента и формы его режущей кромки используют четыре метода образования производящих линий: копирование, обкат, след и касание.

Метод копирования состоит в том, что форма производящей линии получается в виде копии (отпечатка) формы режущей кромки инструмента или его профиля.

Другими словами, формы образуемой производящей линии и режущей кромки инструмента совпадают (идентичны).

Этот метод применяют в тех случаях, когда для получения производящих линий используют фасонный режущий инструмент. В связи с тем, что форма образуемой производящей линии уже заложена непосредственно в режущем инструменте, для получения производящей линии методом копирования не требуется никакого формообразующего движения.

М етод обката заключается в том, что форма образуемой производящей линии возникает в виде огибающей ряда последовательных положений, занимаемых режущей кромкой инструмента при обкатывании ею без скольжения образуемой линии. В процессе получения производящей линии либо режущая кромка инструмента катится по образуемой ею же линии, либо они взаимно обкатываются. Другими словами, образуемая производящая линия и линия режущей кромки инструмента должны быть взаимоогибаемыми. Для получения производящей линии методом обката требуется одно, но всегда сложное формообразующее движение — движение обката (качения).

М етод следа состоит в том, что форма производящей линии получается в виде следа режущей точки (практически это весьма короткий обрезок линии) кромки инструмента при относительном движении заготовки и инструмента.

Поэтому для получения производящей линии методом следа необходимо одно простое или сложное формообразующее движение (в зависимости от формы образуемой линии)

Метод касания заключается в том, что форма производящей линии возникает в виде огибающей мест касания множества режущих точек вращающегося инструмента в результате относительных движений оси вращения инструмента (шпинделя) и заготовки. Этот метод характерен при образовании производящих линий с участием таких инструментов, как фрезы и шлифовальные круги, имеющих множество режущих точек, а следовательно, точек касания, формирующих траекторию образуемой производящей линии. Для получения производящей линии методом касания требуется два, реже три формообразующих движения.

Процесс образования поверхностей резанием состоит в том, что за счет согласованных относительных движений заготовки и инструмента непрерывно образуются обе производящие линии при одновременном относительном их перемещении. Каждая производящая линия образуется одним из указанных выше четырех методов, поэтому образование поверхностей характеризуется сочетанием двух из четырех методов образования производящих линий, причем это может быть сочетание одноименных методов. Например, при образовании круговой цилиндрической поверхности с помощью резца обе производящие линии (окружность и прямая) получаются одним и тем же методом — методом следа. В общем случае число движений формообразования для создания поверхности определяется суммой движений формообразования необходимых для образования обеих производящих линий.

Во всех случаях общее число формообразующих движений при формировании поверхностей резанием практически не превышает трех. Поэтому металлорежущие станки бывают с одним, двумя или тремя движениями формообразования.

Так как в металлорежущих станках образование поверхностей осуществляется резанием, то все формообразующие движения станка одновременно являются движениями резания. Причем, если в станке имеется одно движение формообразования, то оно является движением скорости резания (обозначается Ф _V ).

Если в станке есть два движения формообразования, то одно из них, имеющее большую скорость, является движением скорости резания Ф_V , а второе, имеющее меньшую скорость, является движением подачи (обозначается Ф_S ).

Из трех движений формообразования в станке одно будет движением скорости резания Ф_V , имеющим наибольшую скорость, а два других — движениями подачи Ф_S1 и Ф_S2 .

Все движения в станках, в том числе и формообразующие, называются исполнительными. По целевому признаку их можно разделить на движения: формообразования Ф, установочные Уст, деления Д, управления Упр, вспомогательные Всп.

Установочными называют движения заготовки и инструмента, необходимые для перемещения их в такое относительное положение, при котором становится возможным с помощью формообразующих движений получать поверхности требуемого размера. Примером установочного движения является поперечное движение Уст (П) резца для установления его в положение, позволяющее получить круговой цилиндр требуемого диаметра Д (рис. б).

Иногда установочное движение, при котором отсутствует резание, называют наладочным.

а) б)

Если при установочном движении происходит резание материала, то такое движение называют движением врезания (обозначается В _Р ).

Например, поперечное перемещение резца для образования канавки требуемого диаметра d (рис. в) будет движением врезания В_Р (П).

Иногда движение врезания по своей структуре может совпадать с движением формообразования или осуществляться одновременно с ним.

Делительными называют движения, необходимые для обеспечения равномерного расположения на заготовке одинаковых образуемых поверхностей.

Движением деления будет движение Д (В) поворота дисковой фрезы на угол б при затыловании ее зубьев (рис. г).

Делительные движения могут быть периодическими или непрерывными, что зависит в основном от конструкции режущего инструмента.

К вспомогательным движениям относятся движения, обеспечивающие установку, зажим, освобождение, смазывание, удаление стружки, правку инструмента и т. п.

К движениям управления относят те, которые совершают органы управления, регулирования и координирования всех других исполнительных движений станка. К таким органам относятся муфты, реверсирующие устройства, кулачки, ограничители кода и др.

Определяющую роль в формировании кинематической структуры станка играют движения формообразования, установочные (врезания) и деления.

Любое исполнительное движение в станке можно охарактеризовать пятью пространственными параметрами: траекторией, скоростью, направлением, путем и исходной точкой. Наиболее важными параметрами любого движения являются траектория и скорость.

В зависимости от характера исполнительного движения, формы его траектории, схемы резания, вида и конструкции режущего инструмента движение теоретически можно настраивать по двум, трем, четырем или пяти параметрам. Наибольшее число параметров настройки может потребоваться лишь сложному движению с незамкнутой траекторией. По четырем параметрам (за исключением настройки на траекторию) осуществляется настройка простого движения с незамкнутой траекторией, по трем параметрам (на траекторию, скорость и направление) — сложное движение с замкнутой траекторией.

Кинематическая группа

Каждое исполнительное движение в станках осуществляется кинематической группой, представляющей собой совокупность источника движения, исполнительного органа, кинематических связей и органов настроек, обеспечивающих требуемые параметры движения. Название кинематической группы аналогично названию создаваемого ею исполнительного движения. Например, группу, создающую формообразующее движение, называют формообразующей группой и т.п. Структура кинематической группы может быть разнообразной и зависит от характера осуществляемого движения, числа исполнительных органов, потребности регулирования параметров движения.

Под исполнительными органами понимают подвижные конечные звенья кинематической группы, непосредственно участвующие в образовании траектории исполнительного движения. Исполнительные органы, осуществляющие абсолютное или относительное движение заготовки или режущего инструмента в процессе формообразования, называют рабочими. Например, рабочими органами являются такие звенья станка, как стол, шпиндель, суппорт, ползун и т.п.

В большинстве случаев исполнительные органы совершают вращательное или прямолинейное движение, т.е. являются подвижными звеньями вращательной или поступательной исполнительной кинематической пары.

а) вращательная б) поступательная

В зависимости от числа исполнительных органов кинематические группы делятся на простые и сложные. Простые группы имеют один исполнительный орган, а сложные — два и более исполнительных органов. Любая кинематическая группа включает в себя два качественно различных вида кинематической связи — внутреннюю и внешнюю.

Кинематическая связь в станках — это связь между звеньями или исполнительными органами станка, которая накладывает условия ограничения, не позволяющие занимать произвольные положения в пространстве относительно друг друга и иметь произвольные скорости.

Под внутренней кинематической связью группы понимают совокупность кинематических звеньев и их соединений, обеспечивающих качественную характеристику движения, т.е. его траекторию.

Внутренняя кинематическая связь группы в станках реализуется разными путями в зависимости от характера исполнительного движения, числа исполнительных органов в группе, требуемой точности образуемой производящей линии (траектории движения) и других факторов. Например, в простых кинематических группах она осуществляется соединением двух соприкасающихся звеньев исполнительной группы, одним из которых является сам исполнительный орган 1 группы, т.е. шпиндель, стол и т. д. [рис. а) и б)].

В сложных кинематических группах с двумя и более исполнительными органами внутренняя кинематическая связь реализуется в виде кинематической цепи (цепей) связывающей под-вижные исполнительные органы группы и обеспечивающей строгую функциональную согласованность их перемещений или скоростей.

Эти цепи называют внутренними или функциональными. Причем кинематическое соединение исполнительных органов сложной группы может быть как механическим, т.е. цепью механических передач, так и не механическим, например, в виде электрической цепи, как в станках с ЧПУ. Например, рис. в), группа, обеспечивающая сложное движение (В ₁ В₂ ) и имеющая два исполнительных органа I и II, содержит в своей структуре, как минимум, одну внутреннюю кинематическую цепь 1-4-2 между исполнительными органами.

Под внешней кинематической связью группы понимают совокупность кинематических звеньев и их соединений, обеспечивающих количественные характеристики движения, т.е. его скорость, направление, путь и исходную точку.

Обычно внешняя кинематическая связь сложной группы реализуется в виде кинематической цепи 3-4 между источником движения М и одним из звеньев внутренней связи группы (рис. в).

Для простой кинематической группы внешняя кинематическая связь есть цепь 1-2 между источником движения М и исполнительным органом группы I (рис. г).

Внешняя кинематическая связь предназначена для передачи энергии от источника движения М во внутреннюю связь группы.

На рис. д) показана структурная схема кинематической группы, обеспечивающей исполнительное движение (В ₁ В₂ П₃ ) и имеющей три исполнительных органа. Для обеспечения функциональной согласованности перемещений или скоростей исполнительных органов I, II, III достаточно двух функциональных кинематических цепей, например, 1-5-2 и 2-5-3 или другого их сочетания. Внешняя кинематическая связь группы реализуется кинематической цепью 4-5.

Для изменения и регулирования параметров движения в станках используют специальные устройства, которые в общем случае называются органами настройки. Органы настройки таких параметров движения, как траектория, скорость и иногда путь, на структурных схемах обозначают знакомс буквой i, а органы настройки направления движения — знаком.

Заштрихованная часть знакауказывает на фактическое направление передачи движения через орган настройки. Органы настройки, регулирующие количественные характеристики движения, т.е. изменяющие скорость, направление, путь и исходную точку, всегда располагают во внешней связи кинематической группы (в цепи между источником движения и внутренней кинематической связью группы).

Органы настройки, регулирующие качественную характеристику движения, т.е. его траекторию, располагают только во внутренней кинематической связи группы.

Кинематическая структура станков представляет собой совокупность кинематических групп. Группы могут быть соединены между собой разными способами; их соединение зависит от многих факторов. Наибольшее влияние на соединение кинематических групп оказывают общность их исполнительных органов и источника движения, а также необходимость координации во времени создаваемых группами движений. Всякое соединение двух кинематических групп осуществляется специальными дополнительными устройствами, такими, как суммирующие механизмы, реверсы, муфты и т.д.

С учетом формообразующей части станка все многообразие кинематических структур металлорежущих станков можно разделить на три класса.

1. Класс элементарных структур Э , к которому относятся станки с кинематической структурой, содержащей только простые группы формообразования, т.е. группы, создающие движение Ф(В) и Ф(П).

2. Класс сложных структур С , к которому относятся станки с кинематической структурой, содержащей только сложные группы формообразования, т.е. группы, создающие движения Ф(В₁ В₂ ), Ф(В₃ П₄ П₅ ) и т.д.

3. Класс комбинированных структур К , к которому относятся станки с кинематической структурой, содержащей одновременно и простые и сложные группы формообразования.

Каждый класс содержит определенное число типовых кинематических структур станков, которые можно условно записать буквой с последующими двумя цифрами. Буква указывает на класс, первая цифра — на число формообразующих групп, вторая цифра — на суммарное число простых вращательных и прямолинейных движений, составляющих все формообразующие движения станка. Например, запись К24 означает, что станок имеет комбинированную структуру, две группы формообразования с четырьмя простыми движениями.

Как известно максимально возможное число групп формообразования в структуре станка равно трем.

При составлении и анализе кинематической структуры станков следует четко представлять себе изделие в целом и те его поверхности, которые должны быть обработаны резанием — это означает, что обрабатываемую поверхность необходимо охарактеризовать как в поперечном, так и в продольном сечениях, т.е. установить соответствующие производящие линии, при относительном движении которых может быть образована данная поверхность.

В результате анализа схемы резания, расположения обрабатываемых поверхностей и конструкции инструмента устанавливают потребность в движениях деления и врезания, и если они необходимы, то определяют их характер. После того как определены все движения формообразования, деления и врезания, которые определяют кинематику станка в основном, можно приступать к составлению и анализу структур кинематических групп, обеспечивающих эти движения.

Составление и анализ структур кинематических групп станка проводят последовательно от одной к другой в следующем порядке:

1. Устанавливают число исполнительных органов; как правило, оно соответствует числу простых движений, образующих исполнительное движение.

2. Определяют внутреннюю кинематическую связь группы; для простых групп — это связь между звеньями кинематической пары, а для сложной группы — функциональные цепи (цепь) между исполнительными органами.

3. Определяют источник движения и внешнюю кинематическую связь группы.

4. Устанавливают число и расположение органов настройки параметров движения.

Использованные источники:

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kontrolnaya/ekspluatatsiya-stanochnogo-oborudovaniya/

1. Ремонт и обслуживание металлорежущих станков. А.С. Минкин. Машгиз 1953

2. Металлорежущие станки / под ред. проф. В.К. Тепинкичиева. М., «Машиностроение», 1973, 472 с.

3. Металлорежущие станки (альбом общих видов, кинематических схем и узлов).

Кучер А.М., Киватицкий М.М., Покровский А.А. Изд-во «Машиностроение», 1972, стр. 308.

Минкин А.С. (1945) Основы ремонта металлорежущих станков

5. Минкин А.С. (1953) Ремонт и обслуживание металлорежущих станков