Оборудование машиностроительного производства: станки, автоматические линии, ГПС

Размещено на http://www.allbest.ru/

10

[Введите текст]

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПЕНЗЕНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ВТУЗ)

Филиал Пензенского Государственного Университета

«Оборудование машиностроительного производства: станки, автоматические линии, ГПС»

Методическая разработка для самостоятельного изучения общих сведений о станках и промышленных роботах студентами специальности 1201 «Технология машиностроения»

ПЕНЗА 1999

УДК 621.09.06

Составитель: Грачев А.С.

Предназначена для студентов всех форм обучения и специальностей, изучающих вопросы принципа работы, устройства, назначения и технологических возможностей современных металлорежущих станков.



1. Цель и задачи курса

Дисциплина «Оборудование машиностроительного производства: станки, автоматические линии, ГПС» относится к специальным дисциплинам и предшествует дисциплине «Технология машиностроения», где одним из этапов проектирования технологического процесса обработки деталей является выбор оборудования, т.е. станка.

Металлорежущий станок - машина для размерной обработки заготовок путем снятия стружки при резании лезвийным или абразивным инструментом.

Для получения поверхностей на заготовке режущим инструментом в станках необходимо обеспечить движения инструменту и заготовке, согласованные между собой по определенному закону.

Пример 1. Обработать цилиндрическую поверхность на токарном станке проходным резцом (рис.1). Для этого необходимо организовать два движения: вращение заготовки (В1) и поступательное перемещение резца вдоль оси заготовки (П2).

Рис. 1 - Точение цилиндрической поверхности проходным резцом



Пример 2.Нарезать резьбу на токарном станке резьбовым резцом (рис.2).

Для этого необходимо организовать тоже два движения, но взаимосвязанные между собой по определенному закону, а именно, за один оборот заготовки резец требуется переместить вдоль оси заготовки на шаг нарезаемой резьбы, т.е. (В1) и (В1П2).

Рис. 2 - Нарезание резьбы резьбовым резцом

Пример 3.Сверлить спиральным сверлом отверстие на вертикально-сверлильном станке (рис.3.).

Для этого необходимо организовать также два движения (В1) и (П2), но оба движения получает инструмент (сверло), где (В1) - вращение сверла, а (П2) - поступательное движение сверла.

Рис. 3 - Сверление отверстия спиральным сверлом

Все эти движения являются вполне определенными, отвечающими заданному технологическому процессу. Для обеспечения необходимых закономерностей каждого движения устанавливаются характеризующие его параметры и создаются в станке соответствующими механизмами.

Металлорежущие станки в соответствии со служебным назначением имеют различные технологические возможности и размеры. Совокупность всех типов и размеров станков называется типажом.

Целью дисциплины является изучение:

типовых конструкций основных узлов металлорежущих станков;

назначения и технологических возможностей станков;

кинематики станков;

компоновки станков;

оборудования автоматизированного производства(станочных модулей и гибких станочных систем);

системы диагностики работоспособности оборудования;

вопросов эксплуатации и ремонта станков.

Задачей дисциплины является:

освоение основных принципов правильного выбора станков и оборудования в соответствии с технологическим процессом изготовления деталей;

изучение кинематических связей между инструментом и заготовкой в процессе формообразования обрабатываемых поверхностей деталей;

получение навыков по настройке станка на определенный вид обработки.

Перспективы развития производства.

В области машиностроения произошли технические и организационные изменения, связанные с внедрением новых, прогрессивных технологий обработки деталей.

Особое значение для современного машиностроения имеет проблема автоматизации производства, в которой можно выделить три тенденции.

Широкое применение метода концентрации технологических операций при создании автоматизированного оборудования, что позволяет повысить производительность и сократить срок окупаемости затрат.

Использование агрегатно-модульного принципа (АМП) создания станков и автоматических линий, транспортных систем и другого оборудования, что позволяет унифицировать и стандартизировать отдельные агрегаты (модули) с целью создания на их базе конструкций специальных станков. В целом это сокращает сроки проектирования и изготовления станков, а также подготовки производства новых изделий.

Применение микропроцессорной техники для управления станками, оборудованием и технологическим процессом в целом. Применение средств вычислительной техники (ЭВМ) позволило создать гибкое автоматизированное производство (ГАП).

Сочетание этих тенденций обеспечивает высокую эффективность производства всех отраслей машиностроения.

Особенностью современного производства является:

частая смена изделий и их конструкции;

увеличение количества изделий;

возрастание требований к их качеству.

Все эти условия вызывают необходимость повышения степени автоматизации, точности, производительности и гибкости оборудования во всех типах производств - от мелкосерийного до массового.

Главным условием при этом является обеспечение максимальной эффективности, за счет решения следующих проблем.

Повышение технологичности деталей.

Повышение точности изготовления заготовок (стабильность припуска и снижение трудоемкости обработки).

Создание станочных систем на агрегатно-модульном принципе.

Высокая концентрация операций (роторные линии, многооперационные станки).

Повышение надежности станочных систем и систем управления, созданных на базе надежных средств вычислительной техники (мини ЭВМ, программируемых контроллеров и т.д.).

Разработка и использование систем автоматизированного проектирования (САПР) конструктора и технолога, а также автоматизированных систем управления производством.

Этапы развития металлорежущих станков.

Для размерной обработки деталей основным видом технологического оборудования являются металлорежущие станки (МС).

Однако характер машиностроительного производства неоднороден, даже внутри отдельного предприятия, который может быть: мелкосерийным, серийным, крупносерийным и массовым.

Каждое производство предъявляет свои требования и к оборудованию, в том числе и к металлорежущим станкам, что привело к созданию огромного парка станков, около 2,5 млн.единиц.

Структура этого парка очень неоднородна и складывалась в зависимости от вида производства и в соответствии с требованиями к изменениям структуры технологического процесса изготовления деталей, его усовершенствования, на основании чего происходит и модернизация металлорежущих станков, с целью повышения точности, производительности и степени автоматизации:

1. Наиболее распространенным и изначально появившимся видом металлорежущего оборудования являются универсальные станки с ручным управлением. Этому оборудованию свойственно последовательное выполнение технологической операции различными инструментами, при этом циклом обработки и выполнением вспомогательных операций (установка заготовки, инструмента, режимов резания и т. д.) оператор выполняет вручную.

Основными недостатками этих станков являются:

низкая производительность;

низкая стабильность точности и качества обработки;

высокая квалификация оператора-станочника, так качественное выполнение всего цикла обработки зависит от него.

Областью применения этих станков является в основном единичное и мелкосерийное производство.

2. Увеличение программы выпуска изделий, т.е. увеличение производительности металлорежущих станков, обусловило создание универсальных станков-автоматов и полуавтоматов.

Автомат - это станок, в котором все рабочие и вспомогательные циклы обработки выполняются автоматически (кроме наладки).

Полуавтомат - это станок, в котором весь цикл обработки выполняется автоматически, а загрузка заготовки и снятие готовой детали выполняются вручную.

Отличительной особенностью этих станков является высокая производительность и стабильная точность обработки (один автомат по производительности заменяет до 20 универсальных станков).

Одним из недостатков этих станков является сложность переналадки на обработку другой детали, которая составляет по времени несколько часов, а подготовка к переналадке (разработка карт наладки, проектирование кулачков) - несколько дней, что определяет их использование в производстве, где не требуются частые переналадки, это как правило крупносерийное или массовое производства.

3. Повышение производительности при больших масштабах производства привело к созданию специализированных и специальных станков-автоматов.

Специализированные станки предназначены для обработки небольшой группы однотипных деталей схожих по конфигурации, но отличающихся по размерам (кольца подшипников качения).

Специальные станки предназначены для обработки только одной детали (коленчатый вал компрессора).

Эти станки из-за специализации упрощены по конструкции, по структуре и имеют очень высокую производительность и используются в условиях крупносерийного и массового производств. Одним из недостатков этих станков являются очень низкая гибкость и при смене производства они становятся просто не нужными.

4. Учитывая этот недостаток, необходимо было создать станки, сохраняющие все положительные свойства предыдущих станков, но имеющие более широкие технологические возможности за счет унификации узлов (агрегатов) - агрегатных станков.

В этих станках за счет различных комбинаций агрегатов можно создавать высокопроизводительные станки-автоматы самого различного технологического назначения.

5. Агрегатные, специальные и универсальные станки-автоматы, расположенные в соответствии с технологией обработки деталей сложных и трудоемких в изготовлении, образуют автоматические линии (АЛ), в которых кроме металлорежущих станков используются автоматические устройства транспортирования, загрузки заготовок и выгрузки деталей.

Внедрение автоматических линий позволяет:

сократить производственную площадь в 1,5…2 раза;

значительно снизить себестоимость продукции;

сократить длительность производственного цикла;

повысить качество выпускаемой продукции; повысить культуру производства.

Недостатками автоматических линий являются:

высокая трудоемкость переналадки;

простои линии из-за неполадок оборудования, входящего в ее состав.

6. Для автоматизации мелкосерийного и серийного производств и повышения их гибкости используются групповые технологии с использованием в них станков с числовым программным управлением (ЧПУ) и станочных комплексов с ЧПУ.

Управление этими станками осуществляется устройством, программа для которого задается в числовой форме, простота подготовки которой обеспечило мобильность переналадки станка на обработку другой детали.

С совершенствованием вычислительных средств на базе микро-ЭВМ и микропроцессоров появилась возможность создания многоцелевых станков. Эти станки обеспечивают обработку детали без переустановки и предназначены для выполнения различных операций (расточка, фрезерование, сверление и т.д.), что значительно повышает точность обработки и снижает вспомогательное время.

7. С целью повышения производительности и создания более эффективного производства создаются гибкие производственные системы (ГПС), представляющие собой совокупность станков с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов, производственных модулей, технологического оборудования и систем обеспечения для работы в автоматическом режиме. Любая ГПС обладает свойством автоматизированной переналадки, при производстве изделий произвольной номенклатуры.

В зависимости от размера партии N и номенклатуры деталей m можно отметить области эффективного применения станков и станочных комплексов (рис. 4.).

Рис. 4 - Области применения станков и станочных комплексов



2. Формообразование на станках

Формообразующие поверхности.

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

При этом полученные реальные поверхности детали на металлорежущих станках резанием, отличаются от идеальных отклонениями от правильности формы, точностью размеров и величиной шероховатости.

Теоретически процесс формирования реальных поверхностей на станках резанием базируется на идеальных представлениях о поверхностях в геометрии, в которой любая поверхность представляется в виде непрерывного множества последовательных местоположений (или следа) одной движущейся геометрической линии, называемой образующей, по другой, называемой направляющей.

Таким образом, любая реальная поверхность детали является приближением к идеальной геометрической поверхности и может быть представлена совокупностью нескольких элементарных поверхностей (рис.5).

Таким образом, для получения таких поверхностей на металлорежущих станках необходимо получить образующую линию 1 и обеспечить ее движение по направляющей линии 2, т.е. заготовке и инструменту необходимо сообщить относительные согласованные движения, движения формообразования.

В зависимости от формы производящей линии (образующей) и метода ее образования движения формообразования могут быть простыми или сложными.



плоских	линейчатых
цилиндрических	конических
сферических	торовых
Рис. 5 - Виды элементарных поверхностей.

К простым движениям формообразования относятся вращательные Ф(В), и поступательные Ф(П), каждое из которых может быть получено за счет одного элементарного движения, при чем эти движения не зависят друг от друга.

Методы образования поверхностей

В аналитической геометрии поверхность определяется как след движения одной линии - образующей по другой - направляющей. Обе эти линии можно назвать производящими. Метод образования реальной поверхности определяется сочетанием методов получения производящих линий.

Производящие линии могут быть получены методом копирования, обката, следа и касания.

1. Метод копирования характеризуется тем, что вспомогательная линия, например, режущая кромка инструмента, по всей форме совпадает с образуемой производящей линией, для получения которой не требуется никаких движений, кроме сближения режущей кромки инструмента и образуемой линии. Примером такого метода получения линии может служить копирование режущей кромки резца при фасонном точении. В этом случае достаточно обеспечить вращательное движение заготовки Вз (рис.6 а, б).

Рис. 6 - Обработка поверхностей фасонными резцами

2. При образовании линии методом обката форма режущей кромки инструмента не совпадает с образуемой линией. Последняя получается как огибающая ряда последовательных положений режущей кромки инструмента при его перемещении относительно заготовки, т.е. при таком методе необходимо движение для перемещения режущей кромки инструмента в новое положение. В качестве примера можно привести образование профиля зуба колеса при зубофрезеровании червячной фрезой, где режущая кромка является касательной к образующей линии (эвольвенте зуба) (рис.7).

Рис. 7 - Нарезание зубьев колеса червячной фрезой



3. Образование производящей линии методом следа происходит при движении вспомогательной материальной точки (в.м.т.), например, вершина резца при движении Пи, вдоль образуемой линии оставит след (рис.8.).

Рис. 8 - Точение цилиндрической поверхности остроконечным резцом

4. Метод касания характеризуется тем, что в.м.т. участвует в двух движениях, например, вращается вокруг некоторой оси, перемещающейся вдоль образующей линии. Образуемая таким образом линия формируется как ряд последовательных касаний в.м.т. (или линии). Такая картина образования производящей линии наблюдается при фрезеровании цилиндрической фрезой. Для образования производящей линии при этом необходимо вращательное движение фрезы Ви и поступательное движение заготовки Пз. (рис.9).

Рис. 9 - Фрезерование поверхности цилиндрической фрезой

Характерными примерами сочетаний получения производящих линий, обеспечивающих образование реальной поверхности, являются:

образующая - методом копирования, направляющая - методом следа (точение широким резцом (рис.6а) и нарезание резьбы резцом (рис.2));

образующая - методом копирования, направляющая - методом касания (фрезерование цилиндрической фрезой (рис.9));

образующая - методом обката, направляющая - методом касания (зубофрезерование);

образующая - методом следа, направляющая - методом обката (зубодолбление);

Классификация движений в станках.

Для получения реальной поверхности при обработке на станках необходимы относительные движения инструмента и заготовки, называемые исполнительными; функции этих движений различны.

1.Движение формообразования необходимо для получения поверхности заданной формы и обозначается буквой Ф. Оно может быть простым, например, при точении резцом Фv (В1) - вращательное движение заготовки и Фs(П2) - поступательное движение резца вдоль оси заготовки (рис.10а), или сложным, состоящим из двух или более элементарных движений, например, при зубодолблении Фs (В2 В3) это вращательное движение заготовки В2 и связанное с ним вращательное движение инструмента В3.

Движение формообразования является основным движением и реализуется в станке как главное, в направлении которого расходуется наибольшая мощность и которое осуществляется с наибольшей скоростью и движением подачи.

2.Движение деления предназначается для переноса движения формообразования в другую зону заготовки при обработке детали с повторяющимися по форме поверхностями и обозначается буквой Д (рис.10 г).

Например, последовательное затылование зубьев червячной фрезы, будет движением деления Д (B3).

3.Движение врезания предназначено для получения поверхности заданных размеров и происходит одновременно с движением формообразования, например, радиальное перемещение резца при фасонном точении и обозначается буквами Вр (рис.10в).

4.Установочное движение необходимо для получения поверхности заданных размеров, но осуществляется перед включением движения формообразования и обозначается буквой Уст (рис.10б).

Рис. 10 - Основные виды исполнительных движений в станках: а - формообразования; б - установочное; в - врезания; г - деления.

Для элементарных движений, создающих исполнительные движения, характерны следующие признаки:

они всегда единовременны;

их параметры всегда взаимосвязаны.

Каждое исполнительное движение в станках характеризуется следующими параметрами:

направление (Н);

путь (П);

скорость(V);

траектория (Т);

исходное положение (ИП).

Таким образом, движения в станках настраиваются по пяти параметрам в зависимости от вида траектории и сложности исполнительного движения.

Основными параметрами исполнительных движений являются траектория, определяющая форму получаемой при обработке поверхности, и скорость, определяющая быстроту формообразования.

Различают скорость резания (V), измеряемую в м/мин при обработке лезвийным инструментом и в м/с при шлифовании, и скорость подачи или подачу, измеряемую в мм/об, например, при точении или сверлении, в мм/мин, например, при фрезеровании, в мм/дв.ход, например, при строгании.

При главном вращательном движении

,

где d - диаметр обрабатываемого изделия или инструмента, мм; n - частота вращения шпинделя, об/мин.

При главном возвратно-поступательном движении

,

где L - длина хода, мм; tp - время рабочего хода, мин.

Кинематические группы и связи в станках.

Исполнительные движения, необходимые для формообразования, деления, врезания и управления, осуществляются в станке соответствующими механизмами. На (рис.11) показана структурная схема токарного станка, на которой видно, что вращательное движение формообразования Фv(В1) обеспечивается от отдельного электродвигателя МI через настроечный орган iv на исполнительный орган.

Рис. 11 - Структурная схема токарного станка при точении резцом

Это движение является простым и в его создании участвует незначительное число элементов станка. Аналогичная картина наблюдается и при создании другого движения формообразования Фs(П2) от двигателя М2, которое настраивается органом настройки is и оно не зависит от движения Ф(В1).

В винторезном станке, структурная схема которого представлена на (рис.12), исполнительное движение формообразования Фv(В1П2) -сложное, состоящее из двух взаимосвязанных элементарных движений.

Рис. 12 -Структура токарно-винторезного станка при нарезании резьбы



Для создания этого движения привлекаются дополнительные связи между исполнительными звеньями (шпинделем и резцом) одного сложного исполнительного органа.

Таким образом, чем сложнее исполнительное движение, тем больше механизмов участвуют в его обеспечении.

Совокупность механизмов, обеспечивающих одно исполнительное движение, называется кинематической группой.

Кинематическая группа состоит из трех основных частей: исполнительного движения, кинематических связей и настроечного органа, обеспечивающего необходимые параметры исполнительного движения (траекторию, скорость, путь).

Функции кинематических связей неодинаковы, например, связь между электродвигателем и шпинделем (рис.12),обеспечивающая передачу движения от источника на исполнительный орган станка называется внешней связью. Изменение параметра органа настройки вызовет изменение скорости вращательного движения В1, а следовательно, и быстроты формообразования.

Кинематическая связь между шпинделем и резцом через ходовой винт позволяет обеспечить заданный шаг образуемой винтовой линии, т.е. за каждый оборот заготовки резец должен переместиться вдоль оси на шаг нарезаемой резьбы t (мм.), т.е. осуществляется движение формообразования поверхности Ф(В1П2).

Связь между звеньями одного сложного исполнительного органа, обеспечивающего заданную траекторию исполнительного движения, называется внутренней связью.

В качестве кинематической связи в станках могут применяться механические (зубчатые, червячные, ременные и другие) передачи, гидравлические и электрические устройства.

Настроечные органы в кинематических связях бывают либо с постоянными элементами (коробки скоростей и подач, лимбы и шкалы и др.), либо со сменными элементами (гитары сменных колес, перфоленты и др.)

В большинстве случаев параметр настроечного органа не совпадает с настраиваемым параметром. Например, в гитаре сменных колес параметром является передаточное отношение, а настраиваемым параметром может быть скорость, путь или характеристика траектории движения.

Кинематические группы, осуществляющие процессы формообразования, деления, врезания составляют основную часть структуры станка, число которых, совместно с группами управления, определяет полную кинематическую структуру (КСС) станка.

В зависимости от количества кинематических групп формообразования КСС может быть отнесена к одной из трех групп:

элементарная (Э) - состоит из простых кинематических групп, создающих одно исполнительное движение с одним элементарным движением;

сложная (С) - структура, в которой каждая кинематическая группа создает исполнительное движение, состоящее из двух и более элементарных движений;

комбинированная (К) - структура представляет собой комбинацию двух предыдущих структур.

Суммарное число элементарных движений в станках с элементарной структурой всегда равно числу кинематических групп, а в сложных и комбинированных структурах оно всегда больше числа групп.

Например:

Э11 - протяжной станок (одна группа, одно движение Ф (П1));

С12 - токарный станок, при нарезании резьбы резцом (одна группа, два движения Ф (В1П2));

К23 - резьбофрезерный станок (вращение круга - простое движение, а получение винтовой линии - сложное Ф (В1) и Ф (В1П2П3)).

В обозначении структуры станка после буквы 1-я цифра означает число кинематических групп формообразования, а 2-я цифра число элементарных движений, из которых составлены все исполнительные движения.

Кинематические группы в станках для образования сложных формообразующих движений соединяются между собой.

Существует три способа соединения кинематических групп:

параллельный - признаком такого соединения является наличие в связях суммирующего механизма, например, дифференциала. Этот метод применяется когда исполнительные движения выполняются одновременно одним механизмом, например, нарезание зубчатого колеса с винтовым зубом червячной фрезой (рис.13) движение обката выполняется одновремено с получением винтовой линии т.е. Ф (В1В2 + П3В4);

последовательный - признаком такого соединения является наличие в структуре муфт, обеспечивающих поочередное включение формообразующих движений Ф (В1) или Ф(В2);

параллельно - последовательный - признаком такого соединения является наличие в структуре специального реверсирующего механизма, например, сложного составного колеса.

Этот метод используется тогда, когда исполнительное звено одну часть цикла обработки участвует в организации двух движений, а в другой части цикла участвует в создании одного исполнительного движения.

С понятием кинематическая группа тесно связано наиболее часто применяемое в практике понятие привод станка.

3. Основные узлы и механизмы станков

Приводы металлорежущих станков.

Приводом станка называется совокупность механизмов, обеспечивающих получение одного элементарного (вращательного или поступательного) движения.

По своим функциям и конструктивному исполнению приводы подразделяются:

главного движения;

подач и вспомогательных перемещений;

вращательного и поступательного движения;

ступенчатого и бесступенчатого регулирования;

механические, гидравлические, электрические.

Для чтения кинематических схем станков предусматриваются условные обозначения их элементов по ГОСТ 2770-68.

Привод главного движения.

Источниками движения в этом приводе могут быть асинхронные электродвигатели, в том числе и высокоскоростные, электродвигатели постоянного тока, гидродвигатели в виде обратимых гидронасосов для вращательного и в виде гидроцилиндров для поступательного движения. Настроечный орган привода, позволяющий регулировать параметры главного движения, может состоять из различных элементов, обеспечивающих ступенчатое и бесступенчатое регулирование, т.е. регулирование, при котором дополнительное звено получает несколько различных значений частот вращения или чисел двойных ходов в заданных пределах, например, n1;n2;n3...nz, или любое значение в пределах n1...nz.

Наиболее распространенные элементы привода для ступенчатого регулирования показаны на рис.13, 14 и 15. Регулирование может осуществляться сменными зубчатыми колесами (рис.16), как во многих моделях зубообрабатывающих станков. Основным достоинством такого привода является простота. Однако его применение целесообразно лишь в том случае, когда не требуется частых переключений, так как время, потребное на настройку, сравнительно велико.



Рис. 13 - Регулирование с помощью сменных зубчатых колес

Ступенчатое регулирование можно осуществлять при помощи муфт и зубчатых колес, находящихся в постоянном зацеплении (рис. 14).

Рис.14 - Регулирование с помощью зубчатых колес и муфт.

При включении муфты МФ1 влево крутящий момент на шпиндель передается через пару , а при включении вправо - через пару . Здесь могут применяться как кулачковые, так и фрикционные муфты, управляемые вручную, от электромагнита или от гидравлики. Такой способ переключения позволяет его автоматизировать. На основе переключения муфтами созданы автоматические коробки скоростей (АКС), применяемые в станках с ЧПУ.

В приводах главного движения станков широко применяется регулирование при помощи передвижных блоков зубчатых колес (рис.15).



Рис. 15 - Регулирование с помощью передвижных блоков зубчатых колес

Блок колес z1; z3 и z5 может перемещаться на скользящей шпонке или по шлицам вдоль оси вала I и обеспечить поочередное зацепление ;;.

Переключение подвижными блоками колес применяется в коробках скоростей токарных, сверлильных, фрезерных и других станков.

В ряде случаев в приводе главного движения применяется сочетание из перечисленных устройств.

При бесступенчатом регулировании частоты вращения в приводе главного движения применяют электродвигатели постоянного тока, обладающие, однако, тем недостатком, что при небольшом диапазоне регулирования, определяемом как отношение

,

требуют устройств для преобразования переменного тока, которым снабжаются промышленные предприятия, в постоянный.

Для бесступенчатого регулирования в станках широко применяют вариаторы, принцип действия и устройство которых известны из курса "Детали машин".

Наиболее широко в приводах главного движения используются торовые вариаторы (рис.19) и клиноременные с раздвижными шкивами (рис. 16).

Рис. 16 - Торовый вариатор

Рис. 17 - Клиноременный вариатор

Диапазоны регулирования у вариаторов небольшие: Двар = 4...12, поэтому в приводах станков вариаторы применяются в сочетании со ступенчатой коробкой скоростей, что позволяет обеспечить заданный диапазон регулирования. Структура такого привода представлена на рис.18.



Рис. 18 - Структура привода с вариатором (В) и коробкой скоростей (КС)

При включении понижающей передачи в коробке скоростей при помощи вариатора можно изменить бесступенчато частоту вращения шпинделя от n1 до n2 = n1 Dвар.

При включении на другую, например, повышенную, передачу в коробке скоростей, можно получить бесступенчатое регулирование в пределах от n2 до nz = n2 Dвар, обеспечив таким образом все значения частот вращения в пределах от n1 до nz бесступенчато и общий диапазон регулирования D = Dвар.

В ряде случаев бесступенчатое регулирование в приводе главного движения обеспечивается при помощи гидропривода. На рис.22 показана схема работы силового цилиндра, который может быть использован в протяжных и строгальных станках.

Рис. 19 - Регулирование с помощью гидропривода



Масло от насоса по трубопроводам через распределитель 4 поступает в левую полость цилиндра 1, создавая давление, перемещает поршень 2 со штоком вправо. Масло из правой полости сливается в бак. При изменении положения распределителя перемещением влево (положение изображено штрихами) масло от насоса начинает поступать в правую полость цилиндра, а из левой - сливаться в бак. Изменяя объем жидкости, поступающей в рабочую полость цилиндра в единицу времени, можно бесступенчато регулировать скорость движения поршня П1.

Управление переключением в приводе главного движения осуществляется либо вручную, либо автоматически. Для ручного переключения каждый переключаемый элемент - передвижной блок, муфта, распределитель и др. - соединяется с рукояткой управления, изменение положения которой ведет к перемещению переключаемого элемента в нужную позицию.

При автоматическом управлении переключение осуществляется при помощи пружин, электромагнитов или гидравлики, включаемых в работу по заданной программе.

На рис.20 показана схема переключения фрикционной муфты от кулачка. При вращении кулачок 1 воздействует на нижний конец рычага 2 и, сжимая пружину 3, перемещает его влево. При дальнейшем вращении кулачка пружина 3 сначала вернет рычаг в исходное положение, обеспечивая включение муфты МФ1 то вправо, то влево.



Рис. 20 - Управление фрикционными муфтами с помощью кулачка

Привод подач.

В качестве источника движения в приводах подач могут быть как отдельные электродвигатели, асинхронные, регулируемые ступенчато, и нерегулируемые, и постоянного тока, регулируемые бесступенчато, так и вращающиеся валы других механизмов станков, чаще всего шпиндели. В приводе подач широко применяются гидравлические двигатели.

Для ступенчатого регулирования в приводе подач применяют такие механизмы, как гитары сменных колес (рис.24), конус Нортона (рис.25), обратный конус с вытяжной шпонкой (рис.26), передвижные блоки колес (рис.18), зубчатые передачи, переключаемые муфтами (рис.17) и другие.

а).	б).
Рис. 21 - Регулирование подачи с помощью гитары сменных зубчатых колес



Гитары сменных колес в приводах подач чаще применяются двупарные, при этом оси колес a и d фиксированы, а ось блока колес b и c может изменять свое положение. Она размещается в пазу рычага 1, обеспечивая зацепление колес с и d. Для зацепления колес а и b рычаг 1 поворачивается вокруг оси вала Ш и фиксируется в другом пазу. При подборе чисел зубьев сменных колес руководствуются условием зацепляемости:

а + b с + (15...20);

с + d b + (15...20).

При наличии стандартных наборов сменных колес такой способ регулирования обеспечивает практически любое потребное значение передаточного отношения гитары ix. В этом заключается основное достоинство двухпарной гитары сменных колес. К недостаткам можно отнести длительность настройки и пониженную жесткость, вызванную наличием подвижных стыков.

Наиболее широко этот механизм применяется в приводе подач токарных и зубообрабатывающих станков.

Регулирование при помощи конуса Нортона (рис.25) чаще всего встречается в коробках подач токарных станков. При повороте каретки по часовой стрелке колес z7 выходит из зацепления с колесом z1. Перемещая каретку 1 вдоль вала II, можно установить колесо z7 против любого колеса конуса, а повернув каретку 1 против часовой стрелки, зацепить с ним колесо z7.



Рис. 22 -Регулирование с помощью конуса Нортона

В обратном конусе с вытяжной шпонкой (рис.26) колеса z1; z2; z3 соединены с валом 1. Колеса z4; z5; z6 сидят на валу II свободно. Шпонка 1 размещается в пазу вала II, постоянно поджимается пружиной 2 и связана шарниром 3 с рукояткой 4, за которую ее можно перемещать вдоль вала II, вводя последовательно в шпоночные пазы колес z4; z5; z6, обеспечивая таким образом передачу крутящего момента соответствующей парой колес.

Рис. 23 - Регулирование подачи с помощью обратного конуса с вытяжной шпонки



Наиболее широкое применение этот механизм нашел в коробках подач сверлильных станков.

Переключение передвижными блоками колес и муфтами в приводах подач и главного движения аналогичны.

Бесступенчатое регулирование в приводе подач осуществляется теми же устройствами, что и в приводе главного движения, однако наиболее широко используются электродвигатели постоянного тока и гидравлический привод.

В современных станках все большее распространение получает привод подач, управляемый автоматически по разработанной заранее программе. На рис.27 показана схема точения фасонного тела вращения. Заготовка 1 получает главное вращательное движение B1. Резец вместе с кареткой 2 получает равномерное поступательное движение П2 от ходового винта t1, а каретка 3, имеющая возможность перемещаться в поперечном направлении, связана щупом 4 с копиром 5. При перемещении П3 вершина резца будет повторять траекторию движения щупа, скользящего по копиру. Сменив копир, можно изменить форму обрабатываемой поверхности.

Рис. 24 - Обработка фасонной поверхности с помощью копира



Таким образом, здесь программоносителем является копир, форма которого повторяется на обработанной поверхности. По такому методу работают все копировальные станки, правда, не все из них имеют прямую механическую связь щупа с резцом, как показано на схеме. Во многих копировальных станках для уменьшения сил, действующих на щуп и копир, применяются так называемые следящие гидравлические или электрические устройства.

Аналогичную задачу точения фасонного тела вращения можно решить и по схеме, представленной на рис. 28. Здесь поперечное перемещение П3 осуществляется от отдельного двигателя ШД, включение и изменение скорости вращения которого производится по записанной, например, на перфорированной ленте программе так, чтобы обеспечивалась необходимая зависимость П3 = f (П2). Эта запись может быть выполнена в виде отверстий, соответствующих координатам положения вершины резца в каждый момент, т.е. программа представляется последовательным рядом чисел).

Рис. 25 - Схема привода подач управляемого от устройства ЧПУ

металлорежущий станок муфта привод

Такое управление называется числовым программным управлением (ЧПУ). Область применения станков с таким управлением постоянно расширяется, охватывая единичное и мелкосерийное, а в ряде случаев и крупносерийное производства.

Классификация и обозначения станков.

Станки классифицируются по характеру производимой обработки, по степени универсальности, по точности и по массе.

В соответствии с классификационной таблицей ЭНИМСа станки по характеру производимой обработки (по технологическому признаку)подразделяются на 9 групп.

Токарные станки, основным признаком которых является главное вращательное движение заготовки и поступательное движение подачи инструмента. На станках этой группы обрабатываются тела вращения.

Сверлильные и расточные станки. Характерным признаком станков этой группы является главное вращательное движение инструмента. Поступательное движение подачи могут осуществлять как заготовка, так и инструмент. Станки предназначены в основном для обработки отверстий.

Шлифовальные станки, основной характерной особенностью которых является применяемый абразивный инструмент.

Комбинированные станки. Станки этой группы отличаются тем, что имеют на одной станине устройства, позволяющие производить точение, сверление, фрезерование, шлифование, а иногда строгание.

Резьбо- и зубообрабатывающие станки. В эту группу вы делены зубообрабатывающие и резьбо-обрабатывающие станки независимо от способа осуществления этих операций в силу общности кинематических особенностей.

Фрезерные станки, основным признаком которых является применяемый инструмент - фреза, совершающий главное вращательное движение. Станки применяются для обработки плоскостей и фасонных поверхностей.

Строгальные и протяжные станки. В эту группу сконцентрированы станки с главным поступательным движением. Строгальные станки предназначены для обработки плоскостей и фасонных линейчатых поверхностей, а протяжные - для обработки линейчатых поверхностей, определяемых формой режущей кромки инструмента - протяжки.

Разрезные станки, предназначенные для отрезки заготовок от целого куска металла.

Разные станки.

Внутри каждой группы станки подразделяются на 9 подгрупп т.е. на типы станков по более узким технологическим и конструктивным признакам. При изучении станков соответствующих групп эта классификация будет раскрыта.

По степени универсальности станки подразделяются на станки:

общего назначения,

специализированные,

специальные.

Станки общего назначения (универсальные, широкоуниверсальные) позволяют обработку широкой номенклатуры деталей и применяются преимущественно в единичном и мелкосерийном производстве.

Специализированные станки предназначаются для обработки ограниченной номенклатуры деталей. Область их применения - серийное производство.

Специальные станки изготавливаются для обработки одного или весьма ограниченного числа наименований деталей или даже выполнения одной операции при обработке какой-либо детали. Эти станки применяются в массовом производстве.

По точности станки подразделяются на пять классов:

Н - нормальной;

П - повышенной;

В - высокой;

А - особо высокой точности;

С - спец-мастер станки.

По массе различают:

легкие - до 1 тонны,

средние - 1...10 тонн,

тяжелые - свыше 10 тонн.

Тяжелые подразделяются:

на крупные - 10...30 тонн,

собственно тяжелые - 30...100 тонн,

уникальные - свыше 100 тонн.

Обозначения станков

Обозначения станков строятся на буквенно-цифровой основе. При обозначении станков общего назначения первая цифра показывает принадлежность к группе классификации. Вторая цифра определяет отношение станка к соответствующей подгруппе, типу, последняя или две последние цифры обозначают размерную характеристику станка. Буквы русского алфавита, размещаемые между цифрами, указывают на соответствующую модификацию станка данного типоразмера.

Например,

Рис. 26

В обозначениях специальных станков первые буквы указывают на индекс завода - изготовителя, а следующие за ними цифры - порядковый номер модели. Например, Е3-24 - станок Егорьевского завода "Комсомолец".

Прецизионные станки обозначаются соответствующей буквой в конце, например, 1И611П, 1К62В.

Станки с ЧПУ в обозначениях имеют букву Ф и цифру, указывающую на тип системы управления (1 - с индикацией отработанной геометрической информации, 2 - позиционная, 3 - контурная, 4 - комбинированная) например, 6П13Ф3; 3М151Ф2; ИР-500МФ4.



Вопросы для самоконтроля

Охарактеризовать фрезерование плоскости цилиндрической фрезой как сочетание методов образования производящих линий.

Дать характеристику движений при нарезании резьбы и при круглом шлифовании. Как называются исполнительные движения, каковы параметры каждого из них?

Дать определение понятий "кинематическая группа", ее состав, примеры простых и сложных кинематических групп.

На примере структурной схемы винторезного станка раскрыть суть и содержание понятий "внутренняя и внешняя кинематические связи".

В чем отличие понятий "привод станка" и "кинематическая группа"?

Показать структуру привода станка и классификацию приводов по назначению и конструкции.

Построить кинематическую схему коробки скоростей токарного станка на 6 ступеней при регулировании с помощью передвижного блока в одной группе и муфты М в другой.

Охарактеризовать достоинства и недостатки методов ступенчатого регулирования в приводе главного движения.

Построить кинематическую схему привода главного движения горизонтально-фрезерного станка, состоящего из вариатора и двухступенчатой коробки, переключаемой зубчатой муфтой. Почему возникает надобность совмещения вариатора со ступенчатой коробкой?

Дать схему работы силового гидроцилиндра при управлении распределителем от кулачка.

Составить кинематическую схему коробки подач, состоящей из двухпарной гитары сменных колес и механизма Нортона на шесть ступеней. Обратить внимание на правильность условных обозначений. Написать все значения передаточных отношений коробки.

Составить кинематическую схему коробки подач, состоящей из гитары сменных колес и обратного конуса с вытяжной шпонкой на 3 ступени. Написать все значения передаточных отношений коробки, обозначив передаточное отношение гитары через.

Как обеспечить управление поперечной подачей токарного станка при помощи шаблона? Дать схему и охарактеризовать особенности работы механизма.

Основные этапы развития отечественного станкостроения.

Основные направления развития современного станкостроения.

Назвать каждый из методов образования производящих линий, иллюстрировать рисунком и раскрыть суть метода.

Методы образования реальных поверхностей, как сочетания методов получения производящих линий.

Классификация и характеристика каждого вида движений в станке.

Параметры исполнительных движений.

Как классифицируются станки по характеру производимой обработки и как обозначаются станки общего назначения? К каким группам относятся станки моделей: 5Е32; 6Н82; 2А150; 16К20; 736?

Как классифицируются станки по степени универсальности и точности?

Назначение и классификация токарных станков.

Размещено на Allbest.ru