Металлорежущий станок — это технологическая машина, предназначенная для обработки материалов резанием с целью получения деталей заданной формы и размеров (с требуемыми точностью и качеством обработанной поверхности). На станках обрабатывают заготовки не только из металла, но и из других материалов, поэтому термин «металлорежущий станок» является условным.
Основная классификация металлорежущих станков построена по технологическим признакам. В каждую из девяти групп, внесены станки по определенному характерному признаку : 1 –
токарные станки, 2 –
сверлильные и расточные станки, 3 –
шлифовальные и доводочные станки, 4 –
станки для электро-физико-химической обработки, 5 –
Зубо- и резьбообрабатывающие станки, 6 –
фрезерные станки, 7 –
строгальные, долбежные и протяжные станки, 8 –
разрезные станки, 9 –
разные станки. Каждую группу подразделяют на девять типов, характеризующих назначение станков, их компоновку, степень автоматизации или вид применяемого инструмента.
Моделям станков, выпускаемых серийно, присваивают цифровое или цифробуквенное обозначение.
По степени универсальности станки подразделяют на универсальные, специализированные и специальные.
Универсальные станки предназначены для обработки деталей широкой номенклатуры в индивидуальном и мелкосерийном производствах. Для этих станков характерен широкий диапазон регулирования скоростей и подач. К универсальным станкам относятся токарные, токарно-винторезные, токарно-револьверные, сверлильные, фрезерные, строгальные и др.
Специализированные станки используют для обработки деталей одного наименования, но разных размеров. К ним относятся станки для обработки труб, муфт, коленчатых валов, а также зубо- и резьбообрабатывающие, токарно-затыловочные и др. Для специализированных станков характерна быстрая переналадка сменных устройств и приспособлений; они применятются в серийном и крупносерийном производствах.
Специальные станки служат для обработки детали одного наименования и размера; их применяют в крупносерийном и массовом производствах.
В обозначение специализированных и специальных станков перед номером модели вводят индекс завода-изготовителя из одной или двух букв.
В зависимости от массы станки подразделяют на легкие — массой до 1 т, средние — до 10-ти тяжелые — свыше 10 т. В свою очередь тяжелые станки делят на крупные (до 30 т), собственно тяжелые (до 100 т) и уникальные (свыше 100 т).
По степени автоматизации различают станки с ручным управлением, полуавтоматы и автоматы. В станках с ручным управлением пуск и останов станка, переключение скоростей и подач, подвод и отвод инструментов, загрузку станка заготовками и разгрузку обработанных деталей и другие вспомогательные операции выполняет рабочий.
Полуавтомат — станок, работающий по автоматическому циклу, для повторения которого требуется вмешательство рабочего. Так, рабочий вручную устанавливает на станок заготовку и снимает обработанную деталь, после чего включает станок для повторения цикла. (Под циклом понимают промежуток времени от начала до конца периодически повторяющейся операции независимо от числа одновременно обрабатываемых заготовок.)
Автомат - все рабочие и вспомогательные движения, необходимые для выполнения цикла технологической операции, осуществляются без участия рабочего, который лишь наблюдает за тем, как функционирует станок, контролирует качество обработки и при необходимости подналаживает станок, т.е. регулирует его для восстановления достигнутых при первоначальной наладке точности взаимного расположения инструмента и заготовки, а также качества обрабатываемой детали.
По расположению шпинделя станки делят на горизонтальные, вертикальные и наклонные.
По степени концентрации операций станки подразделяют на одно- и многопозиционные. Размерные ряды станков
Для большинства станков стандартами установлены основные (главные) параметры, характеризующие размеры обрабатываемых деталей или размеры самого станка. Совокупность численных значений этих параметров (от наименьшего до наибольшего) образует размерный ряд станков одного типа, т.е. подобных по конструкции, кинематической схеме и внешнему виду.
Конструкция станков размерного ряда состоит в основном из унифицированных узлов, одинаковых или подобных, что облегчает конструирование, изготовление и эксплуатацию станков, а также способствует удешевлению их производства.
Размерные ряды станков строят по принципу геометрической прогрессии, в которой главный параметр станка является членом ряда.При разработке размерных рядов учитывают, что необоснованное расширение номенклатуры выпускаемых станков, сходных по своему назначению, приводит к уменьшению серийности выпуска, возрастанию себестоимости изготовления станков и повышению расходов на их эксплуатацию.
Управление станками
Под управлением станком понимают совокупность воздействий на его механизмы, обеспечивающих выполнение технологического цикла обработки, а под системой управления — устройство или совокупность устройств, реализующих эти воздействия.
Цикл работы станка — это совокупность всех движений, необходимых для обработки заготовок и выполняемых в определенной последовательности.Циклы, осуществляемые при работе станочного оборудования, делят на две группы.
-Первую группу образуют циклы, которые остаются неизменными и повторяются многократно в процессе эксплуатации оборудования, например циклы работы автоматических линий и агрегатных станков.
-Ко второй группе относятся циклы, совершаемые однократно в определенные моменты. Эти циклы инициируются специальной командой. Примерами таких циклов являются циклы движений вспомогательных механизмов в станках: поиск и смена инструмента, зажим и освобождение подвижных узлов, загрузка и зажим заготовок, выгрузка обработанных деталей и т.д.
Управление станком может быть ручным или автоматическим. Примером системы ручного управления является многорукояточное устройство, в котором для перемещения каждого блока зубчатых колес предусмотрена рукоятка. Ручное управление может быть селективным (избирательным), преселективным (с предварительным набором скоростей) и дистанционным (кнопочным).
Автоматическое управление подразделяется на кулачковое; с помощью регулируемых упоров; программное и адаптивное.
Показатели технического уровня и надежности станков
Каждый станок имеет определенные выходные параметры. К ним относятся: производительность, точность, прочность, жесткость, виброустойчивость, стойкость к тепловым воздействиям, износостойкость, надежность, показатели качества, экономические и энергетические показатели. Все они, вместе взятые, характеризуют технический уровень станка.
Производительность. Это основной критерий количественной оценки станочного оборудования. Производительность станка характеризуется числом деталей, Технологическая производительность с уменьшением времени резания возрастает, чего нельзя сказать о фактической производительности. До некоторого момента значение Qф будет возрастать с увеличением технологической производительности. Но далее с ростом технологической производительности фактическая начнет падать. Это будет происходить, когда скорость резания станет выше рекомендуемой для обработки данного материала, так как станет увеличиваться значение tпр: быстрее будет затупляться режущий инструмент, чаще придется его заменять, а следовательно, переустанавливать и настраивать на размер. Технолог должен помнить об этом всегда и не форсировать режимы резания (т.е. параметры режима не должны превышать рекомендуемые значения), а для повышения производительности применять другие методы: многоинструментальную и многопозиционную обработку, совмещение процесса резания с загрузкой (выгрузкой) заготовок (обработанных деталей), как это имеет место на роторных автоматических линиях.
Прочность. Расчеты на прочность деталей, выполняемые при проектировании станков, осуществляют по величинам допускаемых напряжений, коэффициентам запаса прочности или вероятности безотказной работы. Расчеты по допускаемым напряжениям наиболее просты и удобны, их используют для станков массового производства, опыт эксплуатации которых значителен. Прочность деталей станков исключает аварийные ремонты из-за их поломки.
Точность. Для деталей машин понятие точности включает точность формы и размеров отдельных участков детали, а также точность взаимного положения этих участков.
Точность обработки характеризуется значениями допущенных при обработке погрешностей, т.е. отступлением размеров обработанной детали от заданных по чертежу. Погрешности обработки должны находиться в пределах допусков. Кроме того, необходимо при обработке заготовки получить заданную шероховатость поверхности,
которая непосредственно зависит от метода обработки и режимов резания.
Точность обработки на станке будет в первую очередь зависеть от точности и шероховатости поверхностей деталей узлов станка. Однако при проектировании и изготовлении машин нужно учитывать и другие факторы, влияющие на ее точность.
. Жесткость. Критерий жесткости в станках является одним из важнейших. Например, прецизионные станки проектируют значительно более массивными, чем другое технологическое оборудование для тех же нагрузок и мощности, так как их узлы будут более жесткими, а следовательно, под действием приложенных сил будут давать меньшие отжатия.
Жесткостью узла называется его способность сопротивляться появлению по осям координат упругих смещений под действием нагрузки. Жесткость, может быть определена как отношение силы, приложенной к узлу в заданном направлении, к упругому отжатию 5 этого узла.
Износостойкость. В результате постепенного изменения поверхностей трения при взаимодействии двух сопряженных деталей происходит их изнашивание, т.е. уменьшение размеров и изменение формы деталей. По статистике большинство деталей машин выходит из строя из-за износа. При изнашивании в миниатюре происходят пластические и упругие деформации, сдвиг, усталостные разрушения материала деталей.
Для большинства деталей наиболее характерен абразивный износ. Абразивные частицы, образующиеся при резании или царапании с отделением микростружки, попадая в смазочный материал или непосредственно на трущиеся поверхности, разрушают эти поверхности. Кроме того, при относительном перемещении двух поверхностей микровыступы испытывают переменные напряжения, вследствие чего в дальнейшем наступает усталостное разрушение. Появляются микротрещины, что также способствует отделению частиц материала. Для конкретных пар можно экспериментально определить значения к и в дальнейшем прогнозировать долговечность работы многих типовых деталей и узлов станков: направляющих скольжения, кулисных механизмов, дисков фрикционных муфт, ходовых винтов и гаек скольжения. Износ резко удорожает эксплуатацию машин в связи с необходимостью периодической проверки их технического состояния и ремонта, что связано с простоями и сокращением выпуска продукции.
Стойкость к тепловым воздействиям. Работа станка сопровождается тепловыделением, вызываемым процессом резания и трением в механизмах. В результате теплового воздействия возникают тепловые деформации, отрицательно влияющие на работоспособность станка. Так, понижается защитная способность масляного слоя в трущихся поверхностях и, следовательно, увеличивается их износ или происходит заедание; изменяются зазоры в подвижных соединениях; нарушается точность обработки, например в результате нагрева передней опоры шпинделя его ось может отклониться, что приведет к снижению точности.
Тепловые деформации узлов станка могут быть рассчитаны, если известны их температурные поля.
Виброустойчивость. Под виброустойчивостью понимают способность конструкций работать в заданном диапазоне режимов обработки без недопустимых колебаний отдельных узлов и станка в целом. В связи с увеличением скоростей резания и быстрых ходов колебания становятся все более опасными. Если частота собственных колебаний узлов станка совпадет с частотой вынужденных колебаний, наступает резонанс и станок может разрушиться.
Вибрации (колебания с малой амплитудой) также нежелательны. В металлорежущем станке вибрации, например, ухудшают качество обрабатываемой поверхности, уменьшают долговечность оборудования, ограничивают его технологические возможности.
Основное распространение в машинах имеют вынужденные, параметрические колебания и автоколебания.
Вынужденные колебания возникают под действием внешней периодически изменяющейся силы по следующим причинам:
-дисбаланс вращающихся деталей (ротора электродвигателя, шпинделя с расточным резцом, абразивного круга);
-ошибки в изготовлении зубчатых передач (вход в зацепление будет сопровождаться ударом);
-прерывистое резание при фрезеровании, долблении, затыловании, протягивании;
-внешние источники колебаний.
Параметрические колебания возникают при наличии какого-либо переменного параметра, например момента инерции поперечного сечения вала. Предположим, что на вращающийся вал действует постоянная сила. Если его поперечное сечение — окружность, у которой моменты инерции относительно всех осей одинаковые, то никаких колебаний не возникает. Если же у вала есть прямоугольное отверстие (в поперечном сечении — прямоугольник), то под действием постоянной силы вал будет прогибаться по-разному, так как моменты инерции у прямоугольника относительно взаимно перпендикулярных осей различны.
Автоколебания, или незатухающие самоподдерживающие колебания, характеризуются тем, что их источник находится в самой колебательной системе. При автоколебательном процессе в случае прекращения колебаний системы перестают существовать и переменные силы, поддерживающие эти колебания.
Примером могут служить автоколебания при трении (фрикционные колебания при медленном перемещении столов, суппортов станка по направляющим скольжения). Причиной этих колебаний является переменность силы трения в зависимости от скорости. Другим примером автоколебаний являются самовозбуждающиеся колебания в металлорежущих станках при резании. Повышение жесткости узлов машины способствует снижению автоколебаний.
Наличие колебаний в станках чаще всего сопровождается шумом. Шум связан с соударением движущихся деталей. Так, погрешности шага и профиля зубьев зубчатых колес приводят к соударению при входе в зацепление. Повышенный уровень шума сказывается на утомляемости персонала и, следовательно, вреден для здоровья. Уровень шума измеряется в децибелах (дБ), его предельное значение ограничивается санитарными нормами. Основные меры борьбы с шумом: повышение точности и снижение шероховатости при обработке, применение демпферов и материалов с повышенным внутренним трением.
