Вопрос. Классификация металлорежущих станков по группам и их назначение.

Металлообрабатывающий станок - это машина, предназначенная для обра­ботки заготовок в целях образования заданных поверхностей путем снятия стружки или путем пластической деформации. Обработка производится преимущественно путем резания лезвийным или абразивным инструментом. Получили распространение станки для обработки заготовок электрофизическими методами. Станки применяют также для выглаживания поверхности дета­ли, для обкатывания поверхности роликами. Металлорежущие станки осуществляют резание неметаллических материалов, например, дерева, текстолита, капрона и других пластических масс. Специальные станки обрабатывают также керамику, стек­ло и другие материалы.

Классификация металлорежущих станков.

В зависимости от вида обработки, применяемого режущего инструмента и компоновки все серийно выпускаемые станки разделены на девять групп, в каждой группе предусмотрены девять типов /табл.1/.

Станки одного и того же типа могут отличаться компоновкой (например, фрезерные универсальные, горизонтальные, вертикальные) и кинематикой, т.е. совокупностью звеньев, пере­дающих движение, конструкцией, системой управления, размерами, точностью обработки и др.

Стандартами установлены основные размеры, характери­зующие станки каждого типа. Для токарных и круглошлифовальных станков это наибольший диаметр обрабатываемой заго­товки, дли фрезерных станков - длина и ширина стола, на кото­рый устанавливаются заготовки или приспособления, для попе­речно-строгальных станков - наибольший ход ползуна с резцом.

Группа однотипных станков, имеющих сходную компонов­ку, кинематику и конструкцию, но разные основные размеры, со­ставляет размерный ряд.

Конструкция станка каждого типоразмера, спроектированная для заданных условий обработки, называется моделью. Каждой модели присваивается свой шифр - номер, состоящий из нескольких цифр и букв. Первая цифра означает группу станка, вторая - его тип, третья цифра или третья и четвертая цифры отражают основной размер станка. Например, модель 16К20 означает: токарно-винторезный станок с наибольшим диаметром обрабатываемой заготовки 400 мм. Буква между вто­рой и третьей цифрами означает определенную модернизацию основной базовой модели станка.

По степени точности станки разделены на 5 классов: Н - нормальной точности, П - повышенной точности, В - станки высокой точности, А - особо высокой точности, С - особо точные или мастер-станки. В обозначение модели может входить буква, характеризующая точность станка: 16К20П - токарно-винторезный станок повышенной точности.

Буква после первой или второй цифры индекса указывает на модернизацию (конструктивное улучшение) базовой модели станка, причем станок тем более модернизирован, чем дальше эта буква от начала алфавита. Буква или буквы в конце индекса обозначают модификацию (видоизменение) базовой мо­дели станка. Например, для указания класса точности станка после цифр индекса вводится соответствующая буква (кроме класса Н). В моделях станков с ЧПУ в конце индекса вводят букву Ф с цифрой, означающей принятую систему управления: Ф1 - с цифровой индикацией и предварительным набором координат; Ф2 - с позиционной системой управления; ФЗ - с контурной системой управления; Ф4 - с универсальной системой для по­зиционной и контурной обработки. Кроме того, введены индексы, связанные с автоматической сменой инструмента: Р - смена инструмента поворотом револьверной головки; М - смена инстру­мента из магазина. Индексы Р и М ставятся перед индексами Ф2, ФЗ, Ф4.

Рассмотрим несколько примеров. Модель 16К20ПФЗ расшифро­вывается следующим образом: станок токарно-винторезный (пер­вые две цифры) с высотой центров над станиной (половина наи­большего диаметра обработки) 200 мм, очередной модернизации (К) базовой модели 1620, повышенной точности (П), с контурной си­стемой программного управления (ФЗ). Модель 2Н125- станок вертикально-сверлильный (первые две цифры) с наибольшим ус­ловием диаметром сверления 25 мм, модернизации Н базовой мо­дели 2125. Модель 6Т80Ш - станок горизонтально-фрезерный (первые две цифры), со столом с размерами 200x600 мм - №О (третья цифра), модернизации Т базовой модели 680, широко­универсальный (Ш).

Для обозначения моделей специализированных и специальных станков каждому станкостроительному закону присвоен индекс из двух букв. В обозначении модели такого станка к буквам добав­ляются цифры, указывающие порядковый номер модели. Напри­мер, ЕЗ-9 - Егорьевский станкостроительный завод «Комсомо­лец», специализированный станок для нарезания зубчатых реек;

МК-56 - Московский станкостроительный завод «Красный про­летарий», сверлильный станок для обработки турбинных лопаток.

По массе станки подразделяются на легкие - до 1 т, средние - до 10 т, тяжелые - свыше 10 т. Тяжелые станки делят на крупные - от 16 т до 30 т., собственно тяжелые - от 30 до 100 т, особо тяжелые - свыше 100 т.

По степени универсальности различают следующие станки

Общие сведения о металлорежущих станках

Тема 1. Классификация металлообрабатывающих станков

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.

Станки классифицируют по различным признакам, основ­ные из которых приведены ниже.

По виду выполняемых работ металлорежущие стан­ки (в соответствии с классификацией ЭНИМСа) распределены по девяти группам, каждая из которых подразделяется на девять типов, объединенных общими технологическими признаками и конструктивными особенностями (таблица 3.1).

Маркировка. Моделям станков, выпускаемых серийно, присваивают циф­ровое или цифробуквенное обозначение. Как правило, обозна­чение состоит из трех-четырех цифр и одной-двух букв.

Первая цифра - это номер группы, к которой относится ста­нок, вторая - номер типа станка, третья и четвертая характе­ризуют один из главных параметров станка или обрабатываемой на нем детали (например, высоту центров, диаметр прутка, раз­меры стола и т.п.). Буква после первой или второй цифры ука­зывает, что станок модернизирован, буква, стоящая после цифр, обозначает модификацию (видоизменение) базовой модели станка. Например, модель 7А36 означает: 7 - строгально-протяжная группа, 3 - поперечно-строгальный, 6 - максимальная длина обрабатываемой детали 600 мм, буква А указывает на модернизацию станка базовой модели 736.

Если буква стоит в конце обозначения модели, то она указывает на класс точности станка, например 16К20П - это станок повышенного класса точности; нормальный класс точности в наименовании модели не указывается

В моделях станков с ЧПУ последние два знака – буква Ф с цифрой (1 - станок с цифровой индикации предварительным набором координат; 2 - с позиционнойсистемой управления; 3-е контурной системой управления; 4 - с комбини­рованной системой управления для позиционной и контурной обработки). Например зубофрезерный полуавтомат с комбини­рованной системой ЧПУ - модель 53А20Ф4, вертикально-фре­зерный станок с крестовым столом и устройством цифровой индикации - модель 6560Ф1.

В конце обозначения модели станков с цикловыми система­ми управления ставят букву Ц, а с оперативной системой управ­ления - букву Т. Например: токарный многорезцово-копировальный полуавтомат с цикловым программным управлением - модель 1713Ц; токарный станок с оперативной системой управ­ления - модель К20Т1.

Наличие в станке инструментального магазина отображает­ся в обозначена модели буквой М; например, сверлильный станок с позицией системой программного управления по­вышенной точности инструментальным магазином - модель 2350ПМФ2.

По степени универсальности станки подразделя­ют на:

Универсальные,

Специализированные

Специальные.

П о степени точности обработки станки делят на пять классов.

- Н – Нормальной точности; к этому классу относится большинство универсальных станков;

- П – повышенной точности; станки данного класса изготовляют на базе станков нормальной точности, но требования к точности обработки деталей станка, качеству сборки и регулирования значительно выше;

- В – высокой точности, достигаемой благодаря использованию специально конструкции отдельных узлов, высоких требований к точности изготовления деталей, качеству сборки и регулирования станка в целом;

- А – особо высокой точности; для этих станков предъявляются ещё более жесткие требования, чем к станкам класса В;

- С - особо точные, или мастер-станки, на них изготовляют детали для станков классов В и А.

В зависимости от массы станки подразделяют на:

Легкие - массой до 1 т,

Средние - до 10 т

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

Автоматы.

По расположению шпинделя станки делят на:

Гори­зонтальные,

Вертикальные

Наклонные.

По степени концентрации операций станки подразделяют на:

Однопозиционные;

Многопозиционные. .

Таблица 1. Классификация металлообрабатывающих

Движения в станках

При изготовлении деталей на станках инструмент или заго­товка могут выполнять следующие движения: главное, подачи, деления, обкатки, дифференциальное и вспомогательное.

Главное движение резания D r обеспечивает снятие стружки с заготовки с наибольшей скоростью в процессе резания. Глав­ное движение может быть вращательным и прямолинейным по­ступательным (рисунок 3.1). Это движение может совершать как заготовка, так и режущий инструмент.

Рисунок 1. Движения в станках

Движение подачи D s позволяет подвести под режущую кромку инструмента новые участки заготовки, тем самым обеспечить снятие стружки со всей обрабатываемой поверхности. Скорость подачи v s при лезвийной обработке задается в мм/мин.

Движения деления реализуют для осуществления необходи­мого углового (или линейного) перемещения заготовки относи­тельно инструмента. Делительное движение может быть непрерывным (в зубодолбежных, зубофрезерных, зубострогальных, затыловочных и других станках) и прерывистым (например, в делительных машинах при нарезании штрихов на линейке). Прерывистое движение осуществляется с помощью храпового колеса, мальтийского креста или делительной головки.

Движение обката - это согласованное движение режущего инструмента и заготовки, воспроизводящее при формообразо­вании зацепление определенной кинематической пары. Напри­мер, при зубодолблении долбяк и заготовка воспроизводят за­цепление двух зубчатых колес. Движение обката необходимо для формообразования в зубообрабатывающих станках: зубофре­зерных, зубострогальных, зубодолбежных, зубошлифовальных (при обработке цилиндрических и конических колес).

Дифференциальное движение добавляется к какому-либо движению заготовки или инструмента. Для этого в кинемати­ческую цепь вводятся суммирующие механизмы. Следует отме­тить, что суммировать можно только однородные движения: вращательное с вращательным, поступательное с поступатель­ным. Дифференциальные движения необходимы в зубофрезер­ных, зубострогальных зубошлифовальных, затыловочных и других станках.

Рассмотренные движения участвуют в формообразовании обрабатываемой детали. Однако на станке необходимо осуще­ствлять и другие движения: подвести режущий инструмент к заготовке, отвести его после окончания обработки, зажать заго­товку, снять ее, установить новую, переключить скорость или подачу, выключить станок. Такие движения называются вспо­могательными, они подготавливают процесс резания, но сами в нем не участвуют.

Вспомогательные движения осуществляются вручную или в автоматическом цикле. Автоматизация вспомогательных движе­ний повышает производительность труда.

Контрольные вопросы

1. По каким признакам классифицируются металлорежущие станки?

2. Как формируется шифр модели станков серийного выпуска? Приведите примеры.

3. Какие классы точности станков вы знаете?

4. Что называется главным движением? Приведите примеры стан­ков, у которых главное движение прямолинейное.

5. Какие движения относятся к основным?

6. Как по обозначению модели отличить станок с ручным управле­нием от станка, имеющего программное управление?

7. Назовите вспомогательные движения, которые могут осуществляться на токарном станке.

Тема 2. Базовые детали станков

Несущие или базовые детали станков предназначены для создания требуемого пространственного размещения узлов, несущих инструмент или обрабатываемую заготовку, и обеспечивают точность и их взаимного расположения под нагрузкой. Совокупность базовых деталей между инструментом и заготовкой образуют несущую систему станка.

Базовые детали должны иметь:

Высокую первоначальную точность изготовления всех ответственных поверхностей для обеспечения требуемой геометрической точности станка;

Высокие демпфирующие свойства, то есть способность гасить колебания между инструментом и заготовкой от действия различных источников вибрации;

Высокую жесткость определяемую конкретными деформациями подвижных и неподвижных стыков, местными деформациями и деформациями самих базовых деталей;

Долговечность, которая выражается в стабильности формы базовых деталей и способность направляющих сохранять первоначальную точность в течение заданного скора эксплуатации.

Кроме того базовые детали должны иметь малые температурные деформации, из-за которых могу происходить относительные смещения заготовки и инструментов.

Станины и направляющие станин

Станина. Станина служит для монтажа деталей и узлов станка, отно­сительно нее ориентируются и перемещаются подвижные дета­ли и узлы. Станина, как и другие элементы несущей системы, должна обеспечивать в течение срока службы станка возмож­ность обработки заготовок с заданными режимами и точностью. Это достигается правильным выбором конструкции, материала станины и технологии ее изготовления для обеспечения необ­ходимой жесткости, виброустойчивости и износостойкости на­правляющих.

Станины делят на горизонтальные и вертикальные (стойки).

Основным материалом для изготовления служат чугун - для литых станин, сталь - для сварных

Рисунок 2 - Сечения горизонтальных (а) и вертикальных (5) станин

Направляющие.

Требуемое взаимное расположение узлов станка и возможность относительного перемещения инструмен­та и заготовки обеспечивают направляющие.

По назначению и конструктивному исполнению направляю­щие можно классифицировать по следующим признакам:

По виду движения: направляющие главного движения (на­пример, стол-станина продольно-строгального станка); направляющие движения подачи; направляющие перестановки сопря­женных и вспомогательных деталей и узлов, неподвижных в процессе обработки;

По траектории движения: направляющие прямолинейного и кругового движения;

По направлению траектории перемещения узла в простран­стве: горизонтальные, вертикальные и наклонные;

По геометрической форме: призматические, плоские, ци­линдрические, конические (только для кругового движения) и их сочетания.

Рисунок 3 - Регулировочные элементы с продольным (а) и поперечным (б) клином, с поджимной (в) и накладной пригоняемой (г) планкой

Наибольшее распространение в станках получили направля­ющие скольжения и качения. Направляющие скольжения (рисунок 4) обычно изготовляют из серого чугуна. Чугун используется в тех случаях, когда направляющие выполняются как одно целое со станиной или под­вижным узлом.

Рисунок 4 - Основные формы поперечных сечений направляющих сколь­жения:

а - плоская; б - призматическая; в - в форме ласточкина хвоста; г - ци­линдрическая

По виду трения скольжения различают следующие направля­ющие:

Гидростатические (рисунок 5) - направляющие главного дви­жения и подачи; в этих направляющих смазочный слой созда­ется подачей масла под высоким давлением в специальные кар­маны необходимых размеров;

Со смешанной смазкой - большинство направляющих дви­жения подачи;

С граничной смазкой - направляющие подачи, работающие при очень малых скоростях скольжения;

С воздушной смазкой - аэростатические.

Подача масла в карманы

Рисунок.5 - Схема гидростатических направляющих

В станках широко применяют направляющие качения с ис­пользованием в них шариков и роликов как промежуточных тел качения. Достоинством направляющих качения является малое трение, не зависящее от скорости движения. Направля­ющие качения обеспечивают высокую точность перемещений, равномерность медленных движений, они более долговечны, чем направляющие скольжения. Подобно направляющим скольжения направляющие качения могут быть замкнутыми и незамкнутыми.

Защитные устройства для направляющих обеспечивают их надежную работу и предохраняют рабочие поверхности от по­падания пыли, стружки и грязи. Щитки, прикрепленные к перемещаемому узлу станка (рисунок 6, а) или, реже, к станине, используют при малых перемеще­ниях подвижного узла. Телескопические щитки, состоящие из нескольких подвижных стальных щитков (рисунок 6, б) с уплотнения­ми в подвижных соединениях, применяют в средних и тяжелых станках при значительной длине хода. Стальные ленты (рисунок.6. в - д) используют на различных станках с большой длиной хода подвижного узла. Гармоникообразные меха («гармошки») (рисунок 6, е), изготовленные из различ ных материалов, в том числе полимерных, обеспечивают высо­кую герметичность, применяются на шлифовальных и других станках.

Рисунок 6 - Защитные устройства для направляющих:

а - щитки; б - телескопические шитки; в , г, д - ленты; е - гармоникообразные меха

Шпиндель и его опоры

Шпиндель – это вал металлорежущего станка передающий вращение закреплённому в нём инструменту или обрабатываемой заготовке .

Конструктивная форма шпинделя зависит от способа крепления на нём зажимных приспособления или инструмента, посадок элементов привода и типов применяемых опор. Шпиндели изготавливают пустотелыми для прохода прутка, а так же для уменьшения его массы.

В качестве опор шпинделей станков применяют подшипники качения и скольжения. Так как от шпинделей требуется высокая точность, то подшипники качения должны быть высоких классов точности. В передней опоре применяют более точные подшипники, чем в задней. Шпиндели и подшипники должны быть надежно защищены от загрязнения и высекания смазочного материала, с этой целью используют различные уплотнения.

Контрольные вопросы

1. Станина - это?

2. Классификация направляющих.

3. Дайте определение шпинделю.

Тема 3. Передачи применяемые в станках

Передачи вращательного движения.

Для изменения часто­ты вращения от ведущего звена к ведомому применяют ремен­ные, зубчатые и червячные передачи. Отношение частоты вра­щения ведомого п вд к частоте вращения ведущего п вщ звена на­зывается передаточным отношением.

Ременная передача применяется для передачи вращательного движения между удаленными друг от друга вала­ми. (рисунок 3.7, а)

Рисунок 7 - Передачи вращательного движения

Цепная передача , как и ременная, применяет­ся для передачи вращения между валами, удаленными друг от друга. Эти передачи используются в металлорежущих станках и транспортерах. (рисунок 7, б)

Зубчатая передача - механизм, который с помощью зубчатого зацепления передает и преобразует движение (без проскальзывания) с изменением угловых скоростей и моментов. (рисунок 7, в)

Червячная передача состоит из червяка и червячного колеса. Передаточные отношения червячной передачи рассчитываются по формуле i = z ч /z ч.к , где z ч – число заходов червяка; z ч.к - число зубьев червячного колеса. (рисунок 7, г)

Преимуществами червячной передачи являются компакт­ность, бесшумность, плавность хода, возможность большого ре­дуцирования, к недостаткам передач относится малый КПД.

Передачи поступательного движения.

Эти передачи слу­жат для преобразования вращательного движения в прямоли­нейное поступательное рабочего органа. В станках применяют реечные передачи, винтовые пары (скольжения и качения), ку­лисные, кулачковые механизмы и др.

Реечная передача служит для преобразования вращательно­го движения реечного-колеса в поступательное пе­ремещение рейки и наоборот. Реечная передача может быть выполнена с прямозубым и косозубым зацеплением колеса с рейкой.

Реечные передачи используют в металлорежущих станках, например в токарных, для осуществления движения продольной подачи суппорта с резцом относительно обрабатываемой заго­товки.

Винтовая передана применяется в тех случаях, когда нужно получить движение с малыми скоростями. Вращение сообщает­ся винту; гайка и связанные с нею стол или салазки перемеща­ются прямолинейно-поступательно.

Кривошипно-кулисные механизмы (сокращённо – кулисные механизмы) с возвращающейся кулисой применяются в долбёжных станках, а с касающейся кулисой – в поперечно-строгальных станках. Кулисные механизмы обеспечивают большую скорость при обратном холостом ходе и плавность движения.

Механизмы периодических движений.

Для некоторых стан­ков требуется периодически изменять положение его элементов или отдельных узлов. С этой целью используют храповые и мальтийские механизмы, неполные зубчатые колеса, кулачко­вые механизмы и механизмы с муфтами обгона, электро-, пневмо- и гидромеханизмы.

Храповые механизмы наиболее часто применяются в меха­низмах подачи станков, в которых перемещение заготовки, ре­жущего (резца, шлифовального круга) или вспомогательного (алмаз для правки шлифовального круга) инструмента произво­дится во время перебеге или обратного хода (в строгальных, Долбежных, шлифовальных станках, делительных машинах).

В большинстве случаев храповые механизмы используют для прямолинейного перемещения узлов станка. Собачка периоди­чески поворачивает на определенный угол храповое колесо с на­ружными и внутренними зубьями, кинематически связанное с ходовым винтом перемещения стола, суппорта и др. С помощью Храповых механизмов осуществляют также и круговые периоди­ческие перемещения.

Мальтийские механизмы применяют преимущественно в делительных устройствах с постоянным углом периодического поворота, например для поворота револьверных головок, шпин­дельных блоков и столов токарных автоматов, многопозицион­ных столов и т.п.

Рисунок 8 - Храповые механизмы с несимметричным (а), симметричным (б) профилем зуба и плоский мальтийский махнизм (в):

1 – храповое колесо, 2 – собачка, 3 – рычаг, 4 – кривопошипно-шатунный механизм, 5 – кривошипный диск, 6 – палец, 7 – винт, 8 – штифт, 9 – щиток, 10 – мальтийский крест, 11 – ролик, 12 – кривошип, α- угол, определяющий положение пазов мальтийского креста, ß – угол между осями кривошип и мальтийского креста.

Контрольные вопросы

1. Какие передачи в станках преобразуют вращательное в поступа­тельное движение узла?

2. Назовите механизмы периодических движений. В каких станках они применяются?

Тема 4. Коробки скоростей

Коробки скоростей структурно входят в привод ступенчато­го регулирования главного движения станка .

Коробки скоростей обеспечивают:

Большой диапазон D регулирования скоростей на выходе: D = п max /п min . Здесь п max и п min соответственно максимальная и минимальная частота вращения (мин 1) шпинделя, при прямо­линейном главном движении - максимальное и минимальное число двойных ходов в минуту ползуна или стола;

Отсутствие проскальзывания (постоянное передаточное от­ношение);

Передачу постоянной мощности;

Достаточно большое число различных скоростей на выходе при относительно небольших размерах самих коробок скоростей;

Передачу больших крутящих моментов;

Высокий КПД.

Коробки скоростей компактны, просты в обслуживании и надежны в работе.

Рисунок 9 - Двухваловые передачи коробок скоростей с передвижным блоком зубчатых колёс (а) и с муфтой (б):

I – ведущий вал, II – ведомый вал, 1 – муфта

По способу переключения скоростей коробки скоростей бывают:

- со сменными зубчатыми колесами , которые применяют чаще всего в специализированных станках, автоматах и полуав­томатах при сравнительно редкой настройке привода главного движения. Они имеют малые габаритные размеры, исключают возможность аварийного включения передач. Вместе с тем уве­личивается время на смену колес, когда необходимо изменить величину скорости;

- с передвижными блоками зубчатых колес и муфтами , по­лучившие широкое распространение преимущественно в универсальных станках с ручным управлением. В станках с ЧПУ применяют зубчатые передачи, переключаемые автоматически с помощью индивидуальных электромеханических (реже гидравлических) приводов.

По компоновке различают коробки скоростей с нераз­деленным и разделенным приводом. В первом случае коробка скоростей расположена в шпиндельной бабке, а во втором - вынесена за ее пределы.

Тема 5. Муфты и тормозные устройства

Муфты.

Для соединения двух соосных валов в станках при­меняют муфты различных типов.

Нерасцепляемые муфты служат для жесткого соединения валов. Например, соединения с помощью втулки , через упругие элементы или через промежуточный элемент, имеющий на торцовых плоскостях два взаимно пер­пендикулярных выступа и позволяющий компен­сировать несоосность соединяемых валов.

Сцепляемые муфты применяются для периодического соеди­нения валов. В станках используют сцепляемые кулачковые муф­ты в виде дисков с торцовыми зубьями-кулачками и зубчатые муфты. Недостаток сцепляемых муфт - трудность включения при большой разнице в угловых скоростях ведущего и ведомого элементов.

Фрикционные муфты лишены указанного недостатка сцепляе­мых муфт, их можно включать при любых скоростях вращения ведущего и ведомого элементов. Возможность проскальзывания ведомого элемента при перегрузках предотвращает аварии ме­ханизмов станка. Фрикционные муфты бывают конусные и дис­ковые. В приводах главного движения и подачи широко приме­няют многодисковые муфты, передающие значительные крутя­щие моменты при сравнительно небольших габаритах.

Рисунок 10 - Муфты для соединения валов:

а – жесткая типа втулки; б – с упругими элементами; в – крестово-продвижная; г – кулачковая; д – многодисковая с механическим приводом; е – электромагнитная; 1 – шайба: 2 – диск; 3- шарик; 4,5,8,12 – втулки; 6 – гайка; - 7 – пружина: 9 – катушка; 10 – диски; 11 – якорь

Предохранительные муфты , соединяющие два вала при нормальных условиях работы, разрывают кинематическую цепь при превышении нагрузки. Это происходит при разрушении специального элемента, при проскальзывании сопрягаемых или трущихся частей (например, дисков) и расцеплении кулачков двух сопрягаемых частей муфты. Разрушаемым элементом обычно является штифт, площадь сечения которого рассчиты­вают в соответствии с заданным крутящим моментом.

Муфты обгона предназначены для передачи крутящего мо­мента при вращении звеньев кинематической цепи в заданном направлении и для их разъединения при вращении в обратном направлении, а также для передачи валу различных по частоте вращений, например медленного (рабочего) и быстрого (вспо­могательного). Муфта обгона позволяет передавать дополни­тельное (быстрое) вращение без выключения основной цепи.

Тормозные устройства.

Для остановки или замедления дви­жения подвижных узлов или отдельных элементов станков ис­пользуют тормозные устройства . Торможение может осуществ­ляться механическими, электрическими, гидравлическими, пневматическими или комбинированными средствами. В станках, не имеющих гидро- или пневмопривода, применяют меха­ническое или электрическое торможение. Основные виды ме­ханических тормозов: ленточные , колодочные и многодисковые.

Многодисковый тормоз представляет собой обычную мно­годисковую муфту, корпус которой жестко закреплен на непо­движной части станка. Привод тормозов на универсальных станках обычно ручной. На автоматизированных станках при­вод тормозов управляется дистанционно по программе.

Тормоза устанавливают на быстроходных валах коробок ско­ростей. При необходимости их блокируют с пусковыми муфтами.

Контрольные вопросы:

1. Для чего предназначены коробки скоростей?

2. По способу переключения скоростей коробки скоростей бывают?

3.Опишите классификацию муфт.

4. Назначение тормозных устройств.

5. Основные виды ме­ханических тормозов?

Тема 6. Коробки передач

Коробки передач в металлорежущих станках предназначены для изменения величины и направления подачи переключением зуб­чатых передач.

Конусный набор с накидным зубчатым колесом применяют в приводах подач токарно-винторезных станков с ручным управлением. Число зубчатых колес в данном наборе достигает десяти, переключение производится рукояткой 1 , перемещающей накидное колесо 2. Преимущество этой переда­чи - малая металлоемкость (число зубчатых колес на два боль­ше числа передач). Однако из-за наличия накидного зубчатого колеса конусный набор не может быть использован в станках, передающих большие мощности, так как механизм имеет низ­кую жесткость. Другим недостатком является невозможность применения этой передачи в цепях, где реверсируется движение ведущего вала, так как движение с конуса на накидное зубчатое колесо (или наоборот) может передаваться только в направле­нии, указанном на рисунке.

Конусный набор с вытяжной шпонкой - ком­пактный механизм, реализующий до 10 различных передаточ­ных отношений. Управление переключением всех передач пары конусов осуществляется одной рукояткой, связанной с вытяж­ной шпонкой 3. К недостаткам этого механизма относятся: не­возможность передачи больших крутящих моментов вследствие недостаточной жесткости полого вала, в котором перемещается тяга с вытяжной шпонкой; неудовлетворительное базирование узких зубчатых колес; повышенный износ зубчатых колес (все постоянно находятся в зацеплении) и вытяжной шпонки; низ­кий КПД.

Рисунок 11 - Схемы механизмов коро­бок подач:

а - конусный набор с накидным зуб­чатым колесом; 6 - конусный набор с вытяжной шпонкой; в - конический дифференциал: г - планетарный меха­низм; д - однопарная гитара; 1 - ру­коятка; 2 - накидное зубчатое колесо; 3 - вытяжная шпонка; 4 - Т-образный вал; 5- поволок. 6 - крышка гитары; 7. 8- сменные зубчатые колеса

Гитара - это звено настройки кинематической цепи с помощью сменных зубчатых колес; применяется в различных ки­нематических цепях: коробок скоростей, подач, обкатки в диф­ференциальных цепях станков различных типов, особенно в серийном и массовом производствах. В большинстве случаев для получения заданных передаточных отношений применяют либо двухпарную гитару (две пары сменных зубчатых колес), либо однопарную (рисунок 3.11, д); трехпарные гитары используют­ся крайне редко, когда необходимы малые передаточные отно­шения или требуется высокая точность их настройки. Однопарные гитары не дают высокой точности подбора заданного пере­даточного отношения, так как обычно в наборе очень мало смен­ных колес (8... 10 шт.) и, кроме того, конструкция гитары такова, что расстояние между осями сменных колес В = const. При под­боре двух сменных зубчатых колес z 1 и z 2 необходимо удовлет­ворять условию их сцепляемости

В = m(z, + z 2 )/2, (1)

где т - модуль зубчатых колес.

Коробки передач с бесступенчатым регулированием не обеспе­чивают точных передаточных отношений, поэтому их применяют лишь в тех случаях, когда подачи определяются режимами резания.

Введение

Машиностроение является одной из важнейших отраслей в народном хозяйстве. Оно создаёт условие для развития многих других видов производства и отраслей промышленности. Развитие самого машиностроения зависит от станкостроения. Новые станки различного технологического назначения, прогрессивные конструкции режущего инструмента обеспечивают автоматический процесс обработки, сокращение времени для наладки оборудования, возможность многостаночного обслуживания, повышение качества продукции, производительность труда и культуры производства. В настоящее время на ряд ус задачей повышения эффективности существующего оборудования поставлена задача увеличения производства средств автоматизации, оснащённых микропроцессорами и малыми ЭВМ, а так же гибких производственных систем. Станки с ЧПУ постепенно заменяют оборудование с ручным управлением.

В устройстве металлорежущих станков имеется много общего. Это объясняется самой сущностью процесса резания.

Основу устройства металлорежущих станков составляет совокупность механизмов и других технических устройств, обеспечивающих главным образом два движения -- движение резания (резцом, фрезой, сверлом и т. д.) и движение подачи заготовки или режущего инструмента.

Общие сведения о металлорежущих станках

Анализ конструкции современных металлорежущих станков

Шлифовальный станок, в металлообработке - металлорежущий станок для обработки заготовок абразивным инструментом.

В соответствии с принятой для металлорежущих станков классификацией шлифовальные станки подразделяют на кругло- и внутришлифовальные (в т. ч. бесцентрово-шлифовальные, планетарные), специализированные, плоскошлифовальные и др., работающие абразивным инструментом. Специфика используемого инструмента предъявляет к конструкции и конструкционным материалам некоторые дополнительные требования: виброустойчивость, износостойкость, интенсивный отвод абразивной пыли. Главное движение шлифовального станка - вращение абразивного инструмента, причём его скорость, как правило, значительно выше скорости подачи и других движений.

Наибольшее распространение получили круглошлифовальные станки (например, станок марки 3М196). На этих станках заготовку устанавливают на центрах или в патроне и приводят во вращение навстречу шлифовальному кругу; вместе со столом станка она может совершать возвратно-поступательное движение. Шлифовальный круг в конце каждого (или двойного) хода стола получает поперечное перемещение на глубину резания. На кругло шлифовальных станках обычно шлифуют наружные цилиндрические и конические поверхности и торцы заготовок. На врезных кругло шлифовальных станках шлифование наружных цилиндрических, конических и фасонных поверхностей производится широким кругом (шире размера заготовки); продольная подача здесь отсутствует.

Внутришлифовальные станки предназначены для шлифования внутренних поверхностей вращения. Примером такого станка может служить станок марки 3К228А.

Наиболее распространены внутришлифовальные станки, у которых обрабатываемая заготовка вращается вокруг оси шлифуемого отверстия, а шлифовальный круг - вокруг своей оси. Продольную и поперечную подачи осуществляют кругом. При обработке отверстий крупных заготовок, которые привести во вращение трудно, применяют планетарные внутришлифовальные станки. В этих станках шлифовальный круг вращается вокруг своей оси и вокруг оси шлифуемого отверстия одновременно.

В работе рассмотрен плоскошлифовальный станок марки 3Г71, который предназначен для обработки плоскостей заготовок периферией или торцом шлифовального круга. На таких станках, работающих периферией круга, стол с закрепленной на нём заготовкой совершает возвратно-поступательное или вращательное движение, а вращающийся шлифовальный круг получает поперечную подачу на каждый ход или оборот стола, а также перемещение на глубину резания. В плоскошлифовальных станках, работающих торцом шлифовального круга, в отличие от станков, работающих периферией круга, поперечная подача отсутствует, т.к. диаметр круга больше поперечного размера обрабатываемой заготовки (врезное шлифование).

Специализированные шлифовальные станки предназначены, как правило, для обработки деталей заданной формы, например для шлифования шеек коленчатых валов, деталей штампов, шаблонов, шлицевых деталей и т.д. Обработку заготовок на этих станках осуществляют в основном методом копирования, реже методом огибания.

В общую группу шлифовальных станков входят также станки: притирочные, полировальные, доводочные, заточные, шлицешлифовальные, хонинговальные и др., работающие абразивным инструментом.

Знание функционально общих основных узлов различных типов металлорежущих станков позволяет лучше и быстрее ознакомиться с устройством, управлением и работой любого конкретного станка.

Металлорежущие станки (МРС) предназначены для размерной обработки заготовок путём снятия стружки лезвийным или абразивным режущим инструментом.

Детали, узлы и механизмы МРС по их принципиальному назначению можно разделить на группу несущей и направляющей системы (или, просто, "несущую систему" ) и группу привода и управления . Детали и узлы первой группы обеспечивают правильное направление прямолинейных и круговых перемещений узлов с заготовкой (изделием) и инструментом. С помощью механизмов второй группы осуществляются формообразование и движения управления станком.

К несущей системе относятся:

- станины, основания, стойки, колонны – базовые узлы, на которых устанавливают остальные неподвижные и подвижные узлы и механизмы станков; на базовых узлах выполняют направляющие поверхности (или, просто, "направляющие"), по которым перемещаются подвижные узлы станка;

- суппорты, каретки и салазки суппортов, поперечины суппортов, ползуны, рукава – детали и узлы для поддержания и поступательного или качательного перемещения инструмента;

- столы, сани и салазки столов, консоли – детали и узлы для поддержания и поступательного перемещения обрабатываемых заготовок;

- корпусы шпиндельных бабок, коробок скоростей и коробок подач – детали и узлы для поддержания и направления вращающихся деталей станка;

- шпиндели и их опоры, планшайбы, задние бабки, вращающиеся колонны – детали и узлы для вращения инструментов и изделий.

Механизмы привода обеспечивают вращательные, поступательные, возвратно-поступательные, непрерывные и периодические движения деталей и узлов во время процесса обработки изделия, холостые перемещения, транспортирование заготовок из загрузочных устройств и между позициями обработки, зажим-разжим заготовок, инструментов, узлов станка, отвод стружки и т.д.

С помощью механизмов управления производится пуск и останов станка, изменение направления и скорости движений, управление циклом работы станка и т.п.

1.2 Классификация металлорежущих станков

1.2.1 По технологическому признаку, т.е. в зависимости от характера выполняемых работ и применяемых режущих инструментов МРС делят на 11 групп:

1) токарные станки – предназначены в основном для обработки наружных поверхностей вращения резцами;

2) сверлильные и расточные станки – предназначены для получения и обработки отверстий; режущий инструмент – сверла, зенкеры, развертки, расточные резцы;

3) шлифовальные станки – режущий инструмент – абразивные шлифовальные круги;

4) полировальные и доводочные станки – предназначены для отделочных работ с помощью абразивных брусков, лент, порошков;

5) зуборезные станки – предназначены для обработки зубьев колес;

6) фрезерные станки – обработка ведется многолезвийными инструментами – фрезами;

7) строгальные станки – предназначены для обработки плоских поверхностей резцами;

8) разрезные станки – предназначены для разрезания сортового проката, труб;

9) протяжные станки – обработка ведется многолезвийными инструментами – протяжками;

10) резьбообрабатывающие станки – предназначены для обработки винтовых поверхностей (в группу не входят токарные станки);

11) разные станки – станки, не входящие в перечисленные группы.

1.2.2 В зависимости от степени универсальности , определяемой числом разных деталей, обработка которых возможна на данном станке, МРС делят на универсальные, специализированные и специальные.

К универсальным относят станки общего назначения, предназначенные для выполнения различных операций на изделиях многих наименований (токарно-винторезные, револьверные, карусельные и т.п.), и широкого назначения, предназначенные для выполнения определенных операций на изделиях многих наименований (токарно-отрезные, многорезцовые и т.п.).

К специализированным относят станки, предназначенные для обработки изделий одного наименования и разных размеров (коленчатых валов, труб, муфт, колец подшипников, валков, слитков, инструментов и т.п.).

К специальным относят станки, предназначенные для обработки определенного (одного) изделия.

1.2.3 МРС в зависимости от точностной характеристики разделяют на пять классов:

Класс Н – станки нормальной точности,

Класс П – станки повышенной точности,

Класс В – станки высокой точности,

Класс А – станки особо высокой точности,

Класс С – особо точные станки (мастер-станки).

Станки класса Н обеспечивают обработку деталей по 7-8 квалитетам точности. Если указанную точность принять условно за единицу, то станки класса П обеспечивают точность обработки в 1,25 раза выше, класса В – в 1,25 2 раза выше и т.д.. Для получения таких показателей по точности обработки, как показывает практика, геометрическая точность самих станков должна возрастать по геометрической прогрессии с более высоким знаменателем. Так, соотношение между величинами допусков () для большинства показателей точности станка (биение шпинделя, параллельность оси шпинделя направляющим и т.д.) при переходе от класса к классу принимают равным 1,6:

Станки более высоких классов точности, чем Н, часто называют прецизионными .

Станки класса П изготовляются на базе станков класса Н при повышенных требованиях к качеству производства и подбору базовых деталей (часто – это более качественное изготовление шпинделя и его опор, направляющих), а также к качеству сборки и регулировки. Для получения станков класса В используют специальные конструкции ряда ответственных элементов его, более высокое качество их изготовления и сборки. Станки класса А изготовляются на базе станков класса В при более жёстких требованиях к основным узлам и деталям.

Станки класса С служат для изготовления деталей, определяющих точность прецизионных станков, например, делительных и эталонных колёс, измерительных винтов и т.п..

Станки классов В, А и С должны эксплуатироваться в термоконстантных помещениях.

1.2.4 МРС классифицируют по массе и размерам , по степени автоматизации и др. параметрам. Существует также понятие "уникальный" станок. Уникальные - это станки, изготовленные в единичных экземплярах (например, станки классов точности С или А, станки массой более 100 тонн).

Введение

1.2 Назначение станка

1.5 Основные узлы станка

1.5 Виды движения в станке

3.2 Движения резания

3.3 Движения подач

3.4 Вспомогательные движения

7. Режущий инструмент

Заключение

Литература

Введение

В эпоху научно-технической революции технический прогресс прежде всего связан с машиностроением, созданием новых, более совершенных и более производительных машин, механизмов и агрегатов, разработкой комплексов и систем, объединяющих в единое целое разнообразные машины и технические устройства.

Количественное и качественное развитие машиностроения в значительной степени зависит от станкостроения. Без развития станкостроения нельзя добиться широкого спектра развития производства, выпуска деталей, непрерывного технического прогресса, роста производительности труда.

Основными направлениями экономического и социального развития на 1986-1990 годы и на период до 2000 года в станкостроительной промышленности предусмотрено обеспечить опережающий выпуск металлорежущих станков с числовым программным управлением, станков типа "обрабатывающий центр", тяжелых и уникальных станков и прессов, оборудования для автоматизации сборки массовых изделий в машиностроении, роторных, роторно-конвейерных и других автоматических линий для машиностроения и металлообработки.

Целью моего курсового проекта является изучить горизонтальный многоцелевой станок с ЧПУ и АСИ и построение структурной сетки и графика частот вращения. Я выбрал модель 2204ВМФ2.

1. Общие сведения о металлорежущих станках

Развитие современной промышленности неразрывно связано с автоматизацией технологических процессов в самых разнообразных отраслях техники. Особенное значение имеет автоматизация при замене ручного труда в трудоемких процессах, а также при механизации процессов, требующих высокой квалификации от исполнителя. Одним из таких процессов, над автоматизацией которого работали на протяжении ряда лет многие конструкторы и изобретатели, является обработка штампов и прессформ, применяемых для изготовления деталей сложной конфигурации в условиях массового производства.

Металлорежущие станки обеспечивают изготовление деталей разнообразной формы, с высокой точностью размеров и заданной шероховатостью поверхности. Металлорежущие станки классифицируются по следующим признакам.

По степени специализации: 1-универсальные, применяемые для обработки деталей широкой номенклатуры; 2 - специализированные, предназначенные для обработки однотипных деталей, сходных по конфигурации, но имеющие различные размеры; 3 - специальные, применяемые для обработки деталей одного типоразмера.

Специализированные и специальные станки используют в крупносерийном и массовом производстве, а универсальные - в единичном и мелкосерийном производстве.

По точности: нормальной точности - класс Н; повышенной точности - класс П; высокой точности - класс В; особо высокой точности - класс А; прецизионные - класс С.

По массе: легкие - до 1 т, средние - до 10 т, тяжелые - свыше 10 т. Тяжелые станки в свою очередь делятся на крупные (от 10 до 30 т), тяжелые (от 30 до 100 т) и особо тяжелые (более 100 т).

металлорежущий станок обслуживание эксплуатация

По виду выполняемых работ и применяемых режущих инструментов все выпускаемые станки согласно классификации делят на девять групп, каждая группа разделена на десять типов станков.

Обозначение модели серийно выпускаемых станков состоит из сочетания трех или четырех цифр, иногда с добавлением букв. Первая цифра обозначает номер группы по классификационной таблице, вторая указывает тип станка. Третья, а иногда и четвертая цифра характеризуют параметры станка, которые различны для разных групп станков. Буквы указывают на модернизацию или модификацию основной базовой модели станка.

В моделях станков с программным управлением для обозначения степени автоматизации добавляется буква "Ф" с цифрой: Ф1-станки с цифровой индикацией и преднабором координат; Ф2 - станки с позиционными и прямоугольными системами; ФЗ - станки с контурными системами; Ф4 - станки с универсальной системой для позиционной и контурной обработки.

1.1 Анализ конструкции современных металлорежущих станков

Многоцелевые станки должны быть простыми с точки зрения программирования процесса обработки деталей и полностью подготовленными к отгрузке клиенту. А система ценообразования/финансирования должна устраивать широкий круг компаний, включая и небольшие фирмы.

В настоящее время работа по созданию новых многоцелевых станков продолжается по нескольким направлениям:

развитие строительства вертикальных многоцелевых станков, приспособленных для обслуживания операторами с минимальной учебной подготовкой - постоянное улучшение системы управления станком;

создание системы перемещения поддонов, стирающей разницу между обработкой мелких и крупных деталей;

увеличение скорости шпинделя;

разработка программного обеспечения с повышенным уровнем сложности рабочих операций;

возможность работы на станке для человека с начальным уровнем учебной подготовки.

1.2 Назначение станка

Станки высокой точности предназначены для обработки сложных корпусных деталей средних размеров с 4-х сторон без переустановок из стали, чугуна, цветных металлов, пластмасс и других материалов.

1.3 Технические характеристики станка

Размеры рабочей поверхности стола (палеты), мм 400х500

Наибольшие программируемые перемещения по X,Y,Z, мм 500, 500, 500

Конус шпинделя 50

Ёмкость инструментального магазина, штук 30

Наибольший диаметр инструмента без/с пропуском гнёзд 160/210

Время смены инструмента ("от реза до реза"), с 4

Пределы частот вращения шпинделя, мин-1 20.2500

Пределы частот вращения стола, мин-1 10

Пределы рабочих подач по X, Y, Z, мм/мин 1 … 10000

Скорость быстрых перемещений по X,Y,Z, м/мин 10

Наибольшие усилия подачи по X,Y,Z, кН 10

Мощность привода главного движения, кВт 6,3

Габарит станка (длина х ширина х высота), мм 3470 х 3905 х 3025

1.5 Основные узлы станка

Рис.1.4 Основные узлы станка

Станок имеет горизонтальную компоновку. На основании А (рис.1.4) смонтирована колонна Ж, по вертикальным направляющим которой перемещается шпиндельная головка В (подача по координате Y). Шпиндельная головка размещена в нише колонны, в результате исключается консольное расположение шпинделя; для повышения жесткости шпиндель не имеет осевого перемещения. По горизонтальным направляющим основания перемещается крестовый поворотный стол Б, осуществляющий продольное и поперечное перемещение по координатам X" и Z", а также поворот вокруг вертикальной оси В". На колонне размещен механизм смены инструмента, состоящий из магазина Е, перегружателя Г и автооператора Д.

Главное движение шпиндель получает от электродвигателя (N = 6,3 кВт, n = 1000 мин-1) через передачи z = 35-35и блок, обеспечивающий получение двух диапазонов частот вращения. Подключение блока осуществляется электродвигателем типа РД-09 (N=10 к Вт, n=1200 мин-1) со встроенным редуктором через передачу z= 18-50 и систему рычагов. Положение блока контролирует микропереключатель.

Инструмент затягивается в конус шпинделя пакетом тарельчатых пружин через шток. Отжим инструмента для его замены происходит от отдельного асинхронного электродвигателя через систему зубчатых колес. Контроль отжима инструмента производится микропереключателями.

Приводы подач продольного и поперечного перемещения стола и его поворота, а также вертикального перемещения шпиндельной головки конструктивно выполнены одинаково. От электродвигателей постоянного тока с тиристорным управлением (N = 900 Вт, n=2200 мин-1) через двух - или трехступенчатый прямозубый редуктор движение передается соответственно транспортным винтам продольного перемещения салазок, поперечного перемещения стола, вертикального перемещения головки и шлицевому валу поворота стола.

1.6 Конструктивные особенности станка

Станки с ЧПУ обеспечивают высокую производительность и точность отработки перемещений, задаваемых программой, а также сохранение этой точности в заданных пределах при длительной их эксплуатации. Станки с ЧПУ имеют расширенные технологические возможности при сохранении высокой надежности работы.

Конструкция станков с ЧПУ должна, как правило, обеспечить совмещение различных видов обработки (точение - фрезерование, фрезерование - шлифование, обработка резанием - контроль и т.д.), удобство загрузки заготовок, выгрузки деталей, что особенно важно при применении промышленных роботов, автоматическое или дистанционное управление сменой инструмента, возможность встройки в общую автоматическую систему управления.

Повышение точности обработки достигается высокой точностью изготовления и жесткостью станка, превышающей жесткость обычного станка того же назначения. Статическая и динамическая жесткость повышается при сокращении длины кинематических цепей. С этой целью для всех рабочих органов применяют автономные приводы, а механические передачи используют в минимально возможном количестве. Приводы станков с ЧПУ должны обеспечивать высокое быстродействие.

Повышению точности способствует также устранение зазоров в передаточных механизмах приводов подач, снижение потерь на трение в направляющих и других механизмах, повышение виброустойчивости, снижение тепловых деформаций, применение в станках датчиков обратной связи. Для уменьшения тепловых деформаций необходимо обеспечить равномерный температурный режим в механизмах станка, чему, например, способствует предварительный разогрев станка и гидросистемы. В высокоточных станках температурную погрешность можно в некоторой степени уменьшить, вводя коррекцию в привод подач от сигналов датчиков температур.

2. Расчет базовых элементов станка

Несущие системы станков должны обеспечивать и сохранять в течение срока службы станка возможность обработки с заданными режимами и требуемой точностью. Исходя из этого, основными критериями работоспособности несущей системы являются жесткость, а также виброустойчивость в смысле обеспечения возможности устойчивой работы станка при заданных режимах и ограничения уровня амплитуд вынужденных колебаний допустимыми пределами.

Металлорежущие станки должны обеспечивать возможность высокопроизводительного изготовления без последующей ручной доводки деталей, удовлетворяющих современным непрерывно возрастающим требованиям к точности. Поэтому проектирование станков и их наиболее ответственных деталей и механизмов, в частности, деталей несущей системы, в значительной степени подчиняется критерию точности. К этому критерию относятся: точность изготовления, сохранение точности в работе (обеспечиваемое малостью приведенных упругих, температурных деформаций и амплитуд колебаний) и сохранение точности за установленные межремонтные периоды (обеспечиваемое малым износом и короблением от остаточных напряжений).

Несущая система станка образуется совокупностью элементов станка, через которые замыкаются силы, возникающие между инструментом и заготовкой в процессе резания.

2.1 Обоснование вида направляющих станка и выбор материала

В станке применяют направляющие скольжения из серого чугуна, выполненные как одно целое с базовой деталью, наиболее просты, но при интенсивной работе не обеспечивают необходимой долговечности. Их износостойкость повышают закалкой с нагревом токами высокой частоты или газопламенным методом. Закалкой одной из сопряженных поверхностей до HRCa 48-53 можно повысить износостойкость более чем в 2 раза. Легирующие присадки к чугунным направляющим дают повышение износостойкости только при последующей закалке. Значительного повышения износостойкости чугунных направляющих можно добиться применением специальных покрытий.

По форме поперечного сечения трапециевидные (типа ласточкина хвоста) направляющие.

2.2 Обоснование конструкции основных базовых элементов и выбор материала

Рис.2 Общий вид

Станок имеет горизонтальную компоновку. На основании смонтирована колонна, по вертикальным направляющим которой перемещается шпиндельная головка (подача по координате Y). Шпиндельная головка размещена в нише колонны, в результате исключается консольное расположение шпинделя; для повышения жесткости шпиндель не имеет осевого перемещения. По горизонтальным направляющим основания перемещается крестовый поворотный стол, осуществляющий продольное и поперечное перемещение по координатам X" и Z", а также поворот вокруг вертикальной оси. На колонне размещен механизм смены инструмента, состоящий из магазина, перегружателя и автооператора.

3. Кинематический анализ станка

3.1 Описание кинематической схемы станка

Порядок передачи вращения от электродвигателей до исполнительных органов показан в кинематической схеме. Кинематическая схема многоцелевого станка состоит из валов и шестерен, электродвигателей и блоков.

3.2 Движения резания

Движение резания осуществляется от регулируемого электродвигателя.

В результате переключения муфт М1, М2, М3 и блоков Б1 и Б2 шпиндель имеет 36 теоретических и 23 практических значения частот вращения. Уравнение кинематического баланса для минимальной частоты вращения шпинделя: nmin = 1600 ∙ 32/40 ∙ 18/72 ∙ 19/60 ∙ 19/61 ∙ 20/86 = 10 мин-1

3.3 Движения подач

Движение подач и поворот стола осуществляется от высокомоментных электродвигателей постоянного тока М2, М3, М4, М5, М6. Вращение ходовых винтов непосредственно от высокомоментных электродвигателей постоянного тока исключает длинные кинематические цепи, обеспечивая таким образом высокую точность перемещений и гибкость в управлении подачей, что необходимо для контурной обработки деталей.

3.4 Вспомогательные движения

Колесо z = 24 на валу XIII передает движение или на поперечную подачу стола или на его поворот. Перемещение колеса z = 24 производится двигателем М6 типа РД-09 (N = 10 Вт, n = 1200 мин-1) со встроенным редуктором, а контролируется положение колеса z = 24 микропереключателями.

Стол, салазки и шпиндельная головка, горизонтального фрезерно-сверлильно-расточного станка 2204ВМФ2, перемещаются по замкнутым направляющим качения с предварительным натягом. Ручное перемещение подвижных органов осуществляют через квадраты на соответствующих валах. Зажим поступательно перемещающихся рабочих органов осуществляется путем торможения транспортных винтов. На каждом ходовом винте закреплен стальной диск, проходящий между прижимными пластинами механизма зажима. Зажим осуществляется тарельчатыми пружинами через тягу, пластины. При отжиме эксцентриковый вал, приводимый во вращение электродвигателем, отжимает пакет тарельчатых пружин. Микропереключатели, контролирующие зажим и отжим, включаются кулачком через рычаг.

4. Указания по эксплуатации и обслуживанию станка

Надежность работы станка в значительной степени зависит от систематической и своевременной смазки всех трущихся поверхностей, качества смазочных материалов, состояния рабочих элементов системы смазки, в особенности фильтров.

Во время эксплуатации станка необходимо тщательно и регулярно следить за наличием масла в резервуарах станины, ваннах редукторов и коробок подач. Не допускается падение уровня масла ниже той величины, при которой возможно засасывание воздуха через фильтры в систему смазки. Масло обязательно должно касаться поверхностей разбрызгивающих элементов передач.

Необходимо соблюдать общие правила техники безопасности при работе на металлорежущих станках.

К работе на станке допускаются лица, знакомые с общими положениями условий техники безопасности при фрезерных работах, а также изучившие особенности станка и меры предосторожности, приведенные в данном руководстве и руководстве по эксплуатации электрооборудования станка.

Периодически проверять правильность работы блокировочных устройств.

При установке станок должен быть надежно заземлен и подключен к общей системе заземления. Болт заземления находится с правой стороны основания станка.

5. Требования техники безопастности и экологии при работе станка

1. Масса и габаритные размеры обрабатываемых заготовок должны соответствовать паспортным данным станка.

При обработке заготовок массой более 16 кг устанавливать и снимать с помощью грузоподъемных устройств, причем не допускать превышения нагрузки, установленной для них. Для перемещения применять специальные строповочно-захватные приспособления. Освобождать обработанную деталь от них только после надежной укладки, а при установке - только после надежного закрепления на станке.

При необходимости пользоваться средствами индивидуальной защиты. Запрещается работать в рукавицах и перчатках, а также с забинтованными пальцами без резиновых напальчников, на станках с вращающимися обрабатываемыми заготовками или инструментами.

Перед каждым включением станка убедиться, что его пуск ни для кого не опасен; постоянно следить за надежностью крепления станочного приспособления, обрабатываемой заготовки, а также режущего инструмента.

При работе станка не переключать рукоятку режимов работы, измерений, регулировки и чистки. Не отвлекаться от наблюдения за ходом обработки самому и не отвлекать других.

Если в процессе обработки образуется отлетающая стружка, установить переносные экраны для защиты окружающих и при отсутствии на станке специальных защитных устройств надеть защитные очжи или предохранительный щиток из прозрачного материала. Следить за своевременным удалением стружки как со станка, так и с рабочего места, остерегаться наматывания стружки на заготовку или инструмент, не удалять стружку руками, а пользоваться для этого специальными устройствами; запрещается с этой целью обдувать сжатым воздухом обрабатываемую заготовку и части станка.

Правильно укладывать обработанные детали, не загромождать подходы к станку, периодически убирать стружку и следить за тем, чтобы пол не был залит охлаждающей жидкостью и маслом, обращая особое внимание на недопустимость попадания; их на решетку под ноги.

При использовании для привода станочных приспособлений сжатого воздуха следить за тем, чтобы отработанный воздух отводился в сторону от станочника.

Постоянно осуществлять контроль за устойчивостью отдельных деталей или штабелей деталей на местах складирования, а при размещении деталей в таре обеспечивать устойчивое положение их, а также самой тары. Высота штабелей не должна превышать для мелких деталей 0,5 м, для средних - 1м, для крупных - 1,5 м.

Обязательно выключать станок при уходе даже на короткое время, при перерывах в подаче электроэнергии или сжатого воздуха, при измерении обрабатываемой детали, а также при регулировке, уборке и смазывании станка.

При появлении запаха горящей электроизоляции или ощущения действия электрического тока при соприкосновении с металлическими частями станка немедленно остановить станок и вызвать мастера. Не открывать дверцы электрошкафов и не производить какую-либо регулировку электроаппаратуры.

6. Обоснование экономической эффективности станка

Применение станков с ЧПУ становится одним из главных направлений автоматизации серийного производства. Быстро растет выпуск станков с ЧПУ, совершенствуются их конструкции, системы управления. За девятую пятилетку в нашей стране выпуск станков с программным управлением увеличился более чем в 3,5 раза.

При хорошей организации производства станки с ЧПУ дают в короткие сроки большой экономический эффект.

Облегчается подготовка производства новых изделий, сокращается подготовительно-заключительное время, не требуется проектирование и изготовление сложных станочных приспособлений, предназначенных только для конкретной заготовки, сверлильных и расточных кондукторов, копиров, шаблонов и т.д.

Подготовку новых программ при наличии на заводе группы квалифицированных технологов и программистов (бюро программного управления) выполняют быстро и оперативно, особенно тогда, когда для ускорения подготовки программ применяют электронно-вычислительные машины (ЭВМ).

Повышается качество выпускаемой продукции. Обработка заготовок ведется по автоматическому циклу, точность заданных перемещений не зависит от квалификации рабочего (в связи с этим станки с ЧПУ могут обслуживать рабочие невысокой квалификации), но наладчики таких станков должны иметь очень высокую квалификацию.

На многооперационных станках возможна обработка всех или большинства поверхностей заготовки за один у станов, вследствие чего исключена погрешность установки.

7. Режущий инструмент

7.1 Назначение режущего инструмента

Зенкер - многолезвийный режущий инструмент для обработки цилиндрических и конических отверстий в деталях с целью увеличения их диаметра, повышения качества поверхности и точности.

Зенкерование как получистовая и, отчасти, чистовая операция механической обработки имеет следующие основные назначения:

Очистка и сглаживание поверхности отверстий: перед нарезанием резьбы или развёртыванием;

Калибрование отверстий: для болтов, шпилек и другого крепежа.

7.2 Технические требования, предъявляемые к режущему инструменту

Всякий режущий инструмент, должны обладать высокой твердостью, которая должна быть выше твердости обрабатываемых материалов. Вместе с тем, материал резца должен быть достаточно вязким, чтобы режущие кромки не выкрашивались под давлением стружки. Необходимо также, чтобы резцы имели высокую износоустойчивость.

В процессе резания возникает трение по передней и задней поверхностям инструмента. Стружка истирает переднюю, а деталь, точнее ее поверхность резания, заднюю поверхность инструмента. Это приводит к затуплению. Отсюда следует, что основным качеством режущих инструментов для их производительной работы должны быть твердость и износоустойчивость. Но этого еще недостаточно. Дело в том, что в процессе резания выделяется много теплоты. Часть ее поступает в инструмент и постепенно разогревает его режущие кромки и поверхности. Когда температура инструмента достигает определенного значения, он теряет свою первоначальную твердость и быстро выходит из строя. Зенкеры изготовляют преимущественно из быстрорежущих сталей или оснащёнными пластинами твёрдых сплавов. При зенкеровании широко применяются смазочно-охлаждающие вещества. Таким образом, третьим требованием, предъявляемым к материалам для режущих инструментов, является высокая теплостойкость, или температуроустойчивостъ. Чем выше теплостойкость резца, тем более высокими, при прочих равных условиях, могут быть режимы резания, тем выше производительность при резании.

ТВЕРДОСТЬ. Чтобы внедриться в поверхностные слои обрабатываемой заготовки, материал режущих лезвий рабочей части инструментов должен иметь высокую твердость.

Твердость инструментальных материалов может быть природная, т.е. свойственная этому материалу при его образовании, и может быть получена специальной обработкой. Так, инструментальные стали поставляются с металлургических заводов в отожженном состоянии, и в этом состоянии они легко поддаются обработке резанием. Механически обработанные инструменты подвергают термообработке, шлифованию и заточке. В результате термообработки существенно повышаются прочность и твердость инструментальных сталей. Твердость термообработанных инструментальных сталей измеряется по шкале Роквелла и выражается в условных единицах HRC. При твердости термообработанных инструментов, изготовленных из инструментальных сталей, в пределах HRC 63.64 достигаются наиболее устойчивая их работа и наименьшая изнашиваемость лезвий. При меньшей твердости возрастает изнашиваемость лезвий инструментов, а при большей твердости лезвия начинают выкрашиваться из-за чрезмерной хрупкости.

Твердые сплавы, минералокерамика и применяемые для изготовления режущих частей инструментов синтетические инструментальные материалы имеют высокую природную твердость, существенно превышающую твердость термообработанных инструментальных сталей.

Твердость минералокерамики и твердых сплавов измеряется по шкале Роквелла и находится в пределах HRA 87.93. Твердость синтетических инструментальных материалов настолько велика, что сопоставима с твердостью природного алмаза. Поэтому оценку твердости этих материалов производят по их микротвердости, которая находится в пределах 85.94 ГПа.

ПРОЧНОСТЬ. В процессе резания на рабочую часть инструментов действуют силы резания, достигающие значений более 10 кН. Под действием этих сил в материале рабочей части возникают большие напряжения. Чтобы эти напряжения не приводили к разрушениям рабочей части, инструментальные материалы должны быть достаточно прочными.

Из всех инструментальных материалов наилучшим сочетанием прочностных характеристик обладают инструментальные стали. Отношение между их пределами прочности на изгиб и растяжение равно 1,3.1,6, а отношение между пределами прочности на сжатие и растяжение - 1,6.2,0. Благодаря этому рабочая часть инструментов, выполненных из инструментальных сталей, успешно выдерживает сложный характер нагружения и может работать на сжатие, кручение, изгиб и растяжение.

Затем в порядке убывания прочностных характеристик следуют: твердые сплавы, минералокерамика, синтетические инструментальные материалы и алмазы. Все эти материалы достаточно хорошо выдерживают сжимающие напряжения. Однако их существенным недостатком является низкое значение прочности на изгиб (аи = 0,3.1,0 ГПа).

Предел же прочности на растяжение у этих материалов настолько мал, что вообще не позволяет производить обработку резанием при действии в них растягивающих напряжений. При использовании этой группы инструментальных материалов необходимо за счет соответствующей геометрии рабочей части добиваться, чтобы в процессе резания в них действовали только сжимающие напряжения.

ТЕМПЕРАТУРОСТОЙКОСТЬ. Интенсивное выделение теплоты в процессе резания металлов ведет к нагреву лезвий инструмента, причем наибольшая температура развивается на контактных поверхностях лезвий. После нагрева вплоть до этой температуры и охлаждения инструментальные материалы не изменяют своих свойств. При нагреве выше критической температуры в инструментальных материалах происходят структурные изменения и связанное с этим снижение твердости. Критическая температура называется температурой красностойкости. В основе термина "красностойкость" лежит физическое свойство металлов в нагретом до 600°С состоянии излучать темно-красный свет. По сути своей термин "красностойкость" означает температуростойкость инструментальных материалов. Различные инструментальные материалы имеют температуростойкость в широких пределах - от 220 до 1800°С. В порядке убывания температуростойкости инструментальные материалы располагаются в следующем порядке:

а) синтетические инструментальные материалы; б) минералокерамика;

в) твердые сплавы; г) инструментальные быстрорежущие стали;

д) инструментальные углеродистые стали.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ. Увеличение работоспособности режущего инструмента может быть достигнуто не только за счет повышения температуростойкости инструментального материала, но и благодаря улучшению условий отвода теплоты, выделяющейся в процессе резания на лезвии инструмента и вызывающей его нагрев до высоких температур. Чем большее количество теплоты отводится от лезвия в глубь массы инструмента, тем ниже температура на его контактных поверхностях. Присутствие в стали таких легирующих элементов, как вольфрам и ванадий, снижает теплопроводящие свойства инструментальных сталей, а легирование титаном, молибденом и кобальтом, наоборот, заметно повышает. Это же относится и к твердым сплавам, в состав которых входит карбид титана. Они более теплопроводны, чем твердые сплавы, содержащие только карбид вольфрама.

ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ. Взаимодействие инструмента с обрабатываемым материалом протекает в условиях подвижного контакта. При этом оба тела, образующих трущуюся пару, взаимно изнашивают друг друга. Материал каждого из взаимодействующих тел обладает: рованные частицы инструментального материала.

7.3 Элементы конструкции и геометрические параметры инструмента

Рис.7.3 Зенкер

Зенкер, режущий инструмент для обработки отверстий. Зенкеры по конструктивным особенностям и способу закрепления делятся на хвостовые и насадные, цельные и сборные; они предназначены для окончательной обработки отверстий или предварительной обработки отверстий под последующее развертывание. Зенкеры с наружным диаметром до 32 мм изготовляются цельными и внешне напоминают спиральные сверла, но в отличие от последних имеют три винтовые канавки и, следовательно, три режущие кромки, что увеличивает их производительность. Режущая, или заборная, часть выполняет основную работу резания. Калибрующая часть предназначена для калибрования отверстий и придания правильного направления зенкеру. Хвостовик служит для закрепления зенкера в станке. На рис.7.3 показан зенкер насадной напайной из быстрорежущей стали.

Зенкеры сборные со вставными ножами из быстрорежущей стали или оснащенные пластинками твердого сплава выполняются с плоской передней поверхностью.

Профиль канавок зенкера делается различный. У спиральных хвостовых зенкеров профиль канавки аналогичен профилю канавки сверла и отличается только меньшей глубиной и большим числом канавок. Для четырехзубых насадных зенкеров применяется криволинейный профиль канавки. Угловой профиль канавок также применяется у насадных зенкеров. Изготовление канавок такого профиля производится угловыми фрезами с углом профиля ТЕТА = 110°.

Канавки зенкера должны обеспечить достаточное пространство для размещения и отвода стружки. При недостаточном объеме канавки стружка сминается и даже пакетируется, что ведет к поломке режущего инструмента. Глубина канавки h колеблется в пределах h = (0,27 - : - 0,1) d, а диаметр сердцевины D1 = (0,45-: - 0,8) d для зенкеров диаметром от 10 до 80 мм/

С целью улучшения направления при работе каждый зуб зенкера снабжается цилиндрической ленточкой шириной f = (0,1 - : - 0,05) d. Подобно сверлам, у зенкеров ленточки шлифуются не по цилиндру, а с небольшой конусностью. Величина обратной конусности колеблется в зависимости от диаметра зенкера от 0,04 да 0,10 мм на 100 мм длины.

Если цилиндрический стержень, имеющий стружечные канавки установить на станок и попытаться вести обработку отверстия, то режущие кромки, расположенные на его торце, не будут нормально работать, так как они не будут иметь положительных задних углов. Чтобы создать на режущих кромках положительные задние углы порядка АЛЬФА = 8 - : - 10°, зенкер затачивается по задним поверхностям его зубьев. Заточка зенкеров производится по коническим, винтовым и плоским поверхностям.

Зенкеры с углом в плане ФИ=90°, у которых режущие кромки располагаются на торце, особенно при врезании имеют плохое направление, работают неспокойно, колеблются, что снижает стойкость инструмента, точность обработки и качество обработанной поверхности. Чтобы облегчить вхождение зенкера в отверстие и уменьшить его вибрации, применяют зенкеры, у которых режущие кромки с осью инструмента составляют угол в плане ФИ меньший 90°. В этом случае на любой режущей кромке при работе возникают усилия, направленные перпендикулярно ОСИ зенкера. Если при этом зенкер отклонится в какую-то сторону, то соответствующая режущая кромка будет срезать больший слой металла, в результате на этой кромке возникнут большие усилия, чем на других кромках. Это будет способствовать обратному отклонению оси зенкера и выравниванию загрузки его режущих кромок.

Угол в плане ФИ у зенкеров берется в пределах 45-60°. С целью обеспечения более плавного врезания инструмента и повышения стойкости целесообразно применять двойную заточку и создавать переходную кромку длиной 0,3-1,0 мм с углом в плане ФИ = 30°.

Разработаны также конструкций зенкеров с механическим креплением круглых пластинок, у которых угол в плане ФИ непрерывно изменяется по длине кромок. В корпусе закрепляются пластины при помощи центрального винта, штока и винта.

Диаметр в начале режущей части зенкера выполняется меньше диаметра предварительно обработанного отверстия на 1-2 глубины резания.

Угол между режущей кромкой и осевой плоскостью, проходящей через базовую точку, называют углом наклона ЛЯМБДА. Угол наклона режущей кромки ЛЯМБДА оказывает существенное влияние на направление вывода стружки, образующейся в процессе резания. При отрицательных значениях угла ЛЯМБДА = (-5°) - : - (-10°) стружка двигается в направлении подачи в предварительно обработанное отверстие. Указанное направление движения стружки является приемлемым только при обработке сквозных отверстий. При обработке глухих отверстий применяют зенкеры, у которых режущие кромки располагаются в осевой плоскости и угол ЛЯМБДА = 0. С целью укрепления вершины зуба у твердосплавных зенкеров применяют положительный угол ЛЯМБДА = 10 - : - 15*.

Так как у зенкеров рабочие участки режущих кромок имеют небольшую длину и располагаются на периферии, угол наклона винтовой канавки выбирается таким образом, чтобы создать в этой зоне целесообразные величины передних углов. С увеличением угла ОМЕГА возрастают и передние углы. Поэтому значение угла ОМЕГА выбирается в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала. Обычно угол ОМЕГА = 15 - : - 25°. В конструкциях сборных зенкеров для обеспечения надежной опоры ножей угол ОМЕГА приходится уменьшать до 12°.

Заключение

В процессе изучения многоцелевого станка 2204ВМФ2 были рассмотрены его технологические возможности, технические характеристики, способы крепления заготовки и инструмента, устройство и принцип действия станка. А так же была рассмотрена кинематическая схема, где показаны главное движение, движение подачи, радиальное перемещение суппорта, продольное перемещение стола и другие.

В дальнейшем был расчет количества зубьев и определение знаменателя геометрического ряда, расчет частот вращения каждой ступени, выбор оптимального варианта структурной сетки и построение графика частот вращения.

Так же была изучена техника безопасности при работе на данном станке. Сюда входят правила эксплуатации и технического обслуживания станка, установка заготовок и зажимных приспособлений, приемы работы. И самое главное были изучены основные правила безопасной эксплуатации металлообрабатывающих станков для рабочих всех профессий.

Литература

1. Кочергин А.И. Расчет, конструирование металлорежущих станков и станочных комплексов. "Вышэйшая школа", 1991 г.

Металлорежущие станки (альбом общих видов, кинематических схем и узлов). Кучер А.М., Киватицкий М.М., Покровский А.А. Изд-во "Машиностроение", 1971, стр.308. табл.1.

Паспорт станка 2204ВМФ2

Сергель Н.Н. Металлорежущие станки: Курс лекций/ Н.Н. Сергель. - Барановичи: БарГУ, 2006. - 360 с.

Чернов И.А. Металлорежущие станки - 3-е издание, переработанное и дополненное, М: Машиностроение, 1978 - 2003 г.