Металлорежущие станки

ВСТУПЛЕНИЕ.

1500 г до н.э. Фивы (столица Египта) при раскопках обнаружены станки. 1452-1519гг. Леонардо да Винчи изобрел ряд станков для насечки напильников,

различные фрезы (резали ворота во время войн) Нартов А.К. (1694-1756) работал в токарной мастерской Петра I. Изобрел

самоходный суппорт, т.е. связал движение инструмента с вращением шпинделя и продемонстрировал его в 1721г. Петру I. Разработал ряд токарно-копировальных станков и написал книгу, в которой описал более 20 станков, которые он разработал. Впоследствии стал академиком Российской Академии наук и при Елизавете был ее президентом.

Сидоров разработал станок для сверления отверстий в ружейных стволах (1714 год) (работник тульского оружейного завода)

Батищев 1715 год. Разработал хонинговальный станок для обработки одновременно 12 ружейных стволов.

Генри Модсли 1771-1831г. разработал поворотный суппорт для токарного станка, что дало возможность обрабатывать конусные поверхности.

Академик Гадолин А.В. 1876г. предложил теорию построения рядов частот вращения шпинделей станков.

Профессора Тиме, Зворыкин, Усачев разработали основные зависимости теории резания металлов.

В 1930г. в МВТУ была создана кафедра металлорежущие станки возглавил профессор Головин.

1931г. в Москве был создан Станкоинструментальный институт зав.кафедрой был Ачеркан Н.С.

1933г. был создан ЭНИМС (экспериментальный научно-исследовательский институт станков) Кудинов В.А. – ведущий специалист по динамике станков.

ВЫПУСК СТАНОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ В НАШЕЙ СТРАНЕ.

1913 году было 4 завода, и они выпустили 1.8 тысяч штук станков. 1917г. – 0.2 тысячи штук 1928г. – 2000 тысячи штук 1932г. – 19.7 тысяч штук 1940г. – 58.4 тысячи штук

(для справки: Германия в 1940 году выпустила 100 тысяч штук станков)

1950г. – 70.6 тысяч штук 1960г. – 155.9 тысяч штук 1970г. – 201 тысяча штук 1978г. – 236 тысяч штук 1987г. – 155 тысячи штук (20.9 тыс.шт. спад связан с выпуском станков с ЧПУ).

Классификация автоматических станочных систем.

1. По организационному признаку.

ГАЗ

ГАЦ ГАЦ

ГАЛ ГАЦ ГАУ ГАЦ РТК ГАЛ

ГПМ ГПМ ГПМ ГПМ

ГАЗ – гибкий автоматизированный завод Гибкий – переналаживаемыйГАЦ - гибкий автоматизированный цехГАЛ - гибкая автоматизированная линияГАУ - гибкий автоматизированный участокРТК – робототехнический комплексГПМ – гибкий производственный модуль.

1980г. был пущен ГАЗ в Японии выпускал 100 станков работало 70 человек.

2. В зависимости от области применения

а) специальные (для массового производства)б) детально-специализированные (крупносерийное производство)в) детально ориентированные (среднесерийное производство)г) многономенклатурныед) универсальные (мелкосерийное производство)е) широкоуниверсальные (единичное производство)

Оборудование может работать при одной смене 1860 часов в год. 2 смены - часов (0,8 – коэффициент)

модульный комплекс (гибкий) 8700 часов = 365 (дней в году) 24 (часа)повышается производительность труда

Стоимость интеллектуального труда в стоимости продукции составляет 95-97%, а 3-5% - это стоимость сырья и энергии, которые пошли на изготовление этой продукции.

Классификация и обозначение станочного оборудования.

Обору-дование Гр

ТИПЫ СТАНКОВ1 2 3 4 5 6 7 8 9

Токарные 1

Автоматы и полуавтома

ты одно-шпиндель-

ные

Автоматы и полуавтома-

ты много-шпиндель-

ные

Револьверные

Сверлиль-но

отрезные

Карусельные Лобовые Много-

резцовые

Специа-лизиро-ванные

Разные

Сверлиль-ные,Расточные

2

Шлифо-вальные, доводоч-ные

3

Комбини-рованные 4Зубо и резьбо обраба-тывающие

5

Фрезерные 6Строгаль-ные, долбежныепроияж-ные

7

Разрезные 8Разные 9

Принципы обозначения моделей серийных станков.

Первая цифра обозначает номер группы Вторая – номер типаТретья (третья и четвертая) – основной или условный размер станка или размер

обрабатываемой заготовкиБуква после первой цифры обозначает модернизацию Буква в конце – модификацию.1А621К6216К2016К20Ф316Б20А – класс точности А6Р11Ф3 – станок и числовым программным управлением6Р13Ф3 Ф3 – станок с ЧПУ 1 – размер стола 250 х 1000 мм 3 – 400 х 1600 мм

Ф1 – станки с цифровой индикациейФ2 – станки с позиционными системами ЧПУФ3 – станки с контурными системамиФ4 – станки с универсальными системами

Специальные станки обозначаются символами заводов изготовителей.Савеловский завод: АТ220 – автомат токарный

АТ320 диаметр заготовки АТ600 ОФ-46 – Одесский фрезерныйПо степени универсальности станки подразделяются на:

1) Универсальные – обрабатывают различные детали.2) Специализированные – для обработки определенной группы деталей.3) Специальные – для обработки 1-2 деталей в массовом крупносерийном

производствеВ зависимости от массы оборудование подразделяется на:

Легкие – до тонныСредние - до 10 тоннТяжелые – свыше 10 тонн

Тяжелые подразделяются на:Крупные – от 10 до 30 тоннТяжелые – от 30 до 100 тоннОсобо тяжелые – свыше 100 тонн

По точности станки подразделяются:ГОСТ 8-77 (государственный стандарт)

1. Н – нормальный класс точности. Обрабатывают детали по 7-8 квалитету ИСО IT7 – IT8.

2. П – повышенный класс точности3. В – высокий класс точности4. А – особо высокий точности5. С – особо точный класс точности

Соотношение между величинами допусков при переходе от одного класса к другому меняется по закону геометрической прогрессии со знаменателем

Формообразующие движения.

Д вижение формообразования – это основное движение создающее на обработанной поверхности заданную форму и размеры.

Dr

d

Ds

Dr – главное движение

Скорость определяется по формуле:

- частота вращения

Ds – движение подачиSz – подача на зуб мм/зубSo – подача на оборот мм/обUs – скорость подачи мм/мин

So = Sz Z ; Us = Sо n

Методы образования поверхностей при обработке на станках.

Г еометрической поверхностью – называется след при движении одной производящей геометрической линии (образующей) по другой производящей геометрической линии (направляющей).

Существуют 4 метода образования геометрических линий.

1. Метод копирования.

Материальная вспомогательная линия образуемая

линия

Форма и протяженность материальной вспомогательной линии совпадает с формой и протяженностью образуемой линией.

2. Метод обката

Материальная вспомогательная линия

Образуемая линия

Образуемая линия получается как огибающая последовательных положений, занимаемых вспомогательным элементом, при обкатывании им образуемой линии.

3. Метод следа


Вспомогательный элемент в виде материальной точки создает образуемую линию как оставляемый след при своем движении.

4. Метод касания.


Образуемая линия является касательной к ряду дополнительных вспомогательных линий, образуемых материальной точкой методом следа.

Условные обозначения элементов кинематических схем.

ГОСТ 2.770 – 68Обозначения условные и графические в кинематических схемах.

1. - передаточное число.

2. - передаточное отношение

1. Ременная передача

n2 Х

d2

U1 = U2

n1

d1 Х D

2. Зубчатая передача.

Z1

Х

Х Z2

Коническая пара х

х

Блок Z1

Z5 Z3

Х Х Х

Z2

Z6 Z4

3. Червячные передачи.

К K

Х

Z X

Z

К – число заходов червяка Z – число зубьев червячного колеса

4. Цепная передача

Z1

Х Z – число зубьев звездочки

Z2

Х

5. Реечная передача

L – длина перемещения

n – число оборотов

6. Винтовая передача.

РХ.В – шаг ходового винта

К – число заходов

Общее передаточное отношение:

Упрощенная структурная схема станка с ЧПУ.

Д – двигателиФСУ – фотосчитывающее устройство. Оно программу с перфолентыБП – буферная память (запоминание программ)ВУ – вычислительное устройствоЦАП – цифро-аналоговый преобразователь (преобразует информацию: цифровую в

аналоговую)СУ – сравнивающее устройствоУМ – Усилитель мощностиПИ – преобразователь измерительный (по углу поворота винта определяет

перемещение (величину))ШБ – шпиндельная бабка

Система координат станков с ЧПУ.

Ось Z всегда направляется вдоль оси шпинделя.Ось Х всегда горизонтальна.

Технико-экономические показатели станочного оборудования.

1. Производительность определяется способностью оборудования обеспечивать обработку определенного количества деталей в единицу времени. Используется несколько количественных показателей производительности.

1.1. Штучная производительность характеризуется количеством деталей, обработанных на станке в единицу времени.

Тшт – штучное время на обработку одной детали

N – программа выпуска деталей в год

Ф – годовой фонд времени работы оборудования.

Производительность автоматической станочной системы: а – среднее число одновременно обрабатываемых заготовок

1.2. Производительность резания характеризуется количеством (объемом) материала, срезаемого с заготовки в единицу времени см3/мин.

Для сравнения между обдирочных станков.

Вид обработки Производительность резания см3/мин

Удельная мощность кВтмин/см3

Точение 1500 0,06Фрезерование 1000 -Шлифование 800 0,6

Электроискровая 15 1Электрохимическая 15 10

Ультразвуковая 1 25Лазерная 0,01 4000

1.3. Производительность формообразования характеризуется площадью поверхности обработанной на станке в единицу времени.

1.4. Сравнение между собой оборудования по производительности проводится по методике изложенной в руководящем документе РД 2Н06-45-87 «Расчет производительности металлорежущих станков».

Сравнение производительности проводится по коэффициенту повышения производительности.

, где

- время обработки изделия на сравниваемой (старой) модели станка

- время обработки изделия новой модели станкаСогласно ГОСТ 27011-86 Кпр > 1,6 – 2,52. Точностью называется степень приближения действительных значений

параметров изделия к идеальным параметрам.Точность оценивается действительной погрешностью или пределами,

ограничивающими значения погрешности (нормированная точность).Погрешности станка непосредственно влияют на точность обработки.

2.1. Виды погрешностей оборудования.2.1.1. Геометрические погрешности.

Характеризуют погрешности взаимного расположения узлов станка и зависят от качества изготовления и сборки станка. Точность изделия по геометрическим параметрам – это совокупное понятие, подразделяющееся по следующим признакам:

а) точность размеров элементовб) точность по шероховатостив) точность формы поверхностей элементов

г) точность взаимного расположения элементов2.1.2. Кинематическая точность.

Влияет на скорость движения рабочих органов оборудования, на формообразование при зубообработке; они являются следствием погрешностей винтовых пар, зубчатых колес, переменная жесткость узлов и т.д.

2.1.3. Упругие погрешности2.1.4. Температурные погрешности2.1.5. Динамические погрешности, связаны с колебаниями.2.1.6. Износовые погрешности в процессе работы (трения)2.1.7. Погрешности инструмента.

2.2. Оценка точности металлорежущего оборудования производится согласно ОСТ 2-Н72-8-87 (отраслевой) по коэффициенту повышения точности относительно сравниваемой модели.

, где

- погрешность обработанного изделия на сравниваемой (старой) модели станка

- погрешность обработанного изделия на навой модели станка.

Согласно ГОСТ 27-011-86 > 1,2 … 1,4

3. Степень автоматизации – это отношение времени автоматических переходов ко всему времени обработки изделия на станке.

4. Степень унификации

ny – количество унифицированных (стандартных) узлов, деталей в станке.n – общее количество деталей, узлов в станке.

5. Металлоемкость оборудования – оценивается по удельной массе металла с учетом повышения производительности и, точность, относительно сравниваемой модели.

Согласно РД2-Н06-34-87

m2 – масса металла в новой модели станка в кг.m1 – масса металла в сравниваемой (старой) модели станка в кг.Му отн 0,7 … 0,85

6. Удельный расход электроэнергии

- число типов деталей представителей

W2 - расход электроэнергии на новой модели станка при обработке партии -тых деталей представителей, кВт.

W1 - расход электроэнергии на сравниваемой (старой) модели при обработке такой же партии деталей, кВт.

Эу 0,8 (для новых моделей)

7. Экономическая эффективность станочного оборудованияЭкономическая эффективность является главным объективным критерием для

создания нового станка или оборудования, а также для принятия всех решений при его конструировании.

Экономическая эффективность оценивается по суммарным приведенным затратам.П = (С + ЕН К) В , где

С – себестоимость единицы продукцииЕН – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений = 0,15К – удельные капитальные вложенияВ – годовой объем продукции.

Годовой экономический эффект оценивается разницей приведенных затрат для заменяемого оборудования (индекс один) и нового оборудования (индекс два)

Эг = [ (С1 + Ен К1) – (С2 + Ен К2) ] В1

8. Надежность станочного оборудованияПо ГОСТ 27.002-83 «Надежность техники. Термины и определения»

Надежность – это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значение всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Надежность – это комплексное свойство, которое в зависимости от назначения объекта и условий его эксплуатации состоит из сочетания свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

Безотказность – это свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние, в течение некоторого времени или некоторой наработки.

Долговечность – это свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.

Показатели надежности.

Показатель безотказности1. Вероятность безотказной работы Р(t) – это вероятность того, что в период

заданной наработки отказ объекта не возникнет.Пример: Р(t) = 0,95 при t = 1000ч.

Это говорит о том, примерно 5% станков потеряет свою работоспособность раньше, чем пройдет 1000 часов.

2. Наработка на отказ.Т – среднее значение времени работы оборудования между отказами

, где

t - суммарная наработка -того станка за период наблюдений.

N – число станков, находящихся в подконтрольной эксплуатацииm – число отказов этих станков.

3. Показатель ремонтопригодности – называется среднее время восстановления.

1) ТB – среднее время на обнаружение и устранение причин отказа.

, где

tB - время на обнаружение и устранение -того отказа оборудованияm – число отказов оборудования

2) Удельная длительность восстановления

4. Комплексные показатели надежности.

1) Коэффициент готовности.

2) Коэффициент технического использования.

, где

Тс – суммарная наработка станка за рассматриваемы период эксплуатацииТоб – суммарное время технического обслуживания станкаТр – суммарное время планового и непланового ремонта

Кти = 0,9191% времени станок работал , а 9% времени станок находился в ремонте (за

рассматриваемый промежуток времени).

Станочное оборудование.

Станочное оборудование для обработки тел вращения.

Устройство, основные узлы и кинематическая наладка токарного оборудования.

1. Основные параметры токарных станков.

1. Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки.

По закону геометрической прогрессии коэффициент 1,26

Ось центров D

D 2Н Н

Направляющие станины

2. Наибольшая длинна обрабатываемой заготовки.

L

L = 250 … 24000 мм

3. Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки над суппортом

D1 = 63 … 3000 мм

2. Основные узлы токарного станка.1. Станина – чугунная литая деталь, на которой смонтированы все

остальные узлы.2. Передняя бабка (шпиндельна бабка) в ней имеются валы с зубчатыми

колесами. Предназначена для изменения частот вращения шпинделя имеется вал названный шпинделем.

По ГОСТ 12595-72

передний конец шпинделя

Шпиндель предназначен для того, чтобы закреплять на нем деталь.

Шпиндель влияет на точность обработки сообщает детали главное вращательное движение.

3. Суппорт (каретка, поперечные салазки, продольные смазки, резцедержатель)В суппорте устанавливается инструмент.

4. Задняя бабка (имеет конус, для поднимания конца заготовки) а также для установления инструмента.

5. Фартук (на нем устанавливают суппорт, и фартук перемещает суппорт по направляющим станины)

6. Коробка подач (зубчатые колеса) изменяет скорость подач фартука с суппортом

7. Гитара сменных колес предназначена для настройки станка на нарезание точных резьб

3. Настройка кинематики станка

Цепь главного движения (вращение шпинделя)Токарно винторезный станок 16К20

( стр.16 рис.7)Всего шпиндель имеет 24 частоты вращения в одну сторону.

Цепь подач Уравнение кинематического баланса цепи подачЭто перемещение фартука с суппортом

М0 – обгонная муфта при переходе на винт

Настройка станка на нарезание резьбы Тнр

60

D x 30 x x a 60 суппорт x x c 45

b x

d Рх.в.

1. Расчетные перемещения

1об.заг. Тнр перемещение суппортаУравнения кинематического баланса

мм

Пример: Настроить станок на нарезание резьбы Тн.р. = 5мм

Проверка на сцепляемостьУсловие: a+b c+20 верно c+d b+20 верно

Настройка станка на нарезание дюймовой и питчевой резьб

Для нарезания резьбы необходимо выразить в одних единицах измерения шаг нарезаемой резьбы и шаг ходового винта станка.

Дюймовая резьба задается числом ниток на 1 дюйм: (шаг резьбы)nр – число ниток (виток)

Тнр подставляем в формулу настройки гитары

Для питчевой резьбы

Р – диаметральный питч

Токарные автоматы и полуавтоматы.

Автоматом – называется станок, в котором автоматизированы все основные и вспомогательные движения, а также загрузка заготовок и выгрузка готовых изделий.

Полуавтоматом – называется станок, в котором автоматизированы все основные и вспомогательные движения, кроме загрузки и выгрузки готовых изделий.

Циклом работы – называется совокупность последовательных движений механизмов и инструментов за время изготовления изделия.

Графическое изображение цикла называется циклограммой.

Классификация токарных автоматов и полуавтоматов.

1. По назначению: специальные специализированные универсальные

2. По виду заготовки: прутковые (заготовка в виде прутка) патронные (в виде поковок)

3. По количеству шпинделей: одношпиндельные многошпиндельные

4. По расположению шпинделей: вертикальные горизонтальные

Основной базой автоматизации станков являются кулачки, расположенные на распределительном валу.

По особенности управления циклом автоматы подразделяются на:I. Автоматы имеют один распределительный вал, который вращается с

постоянной скоростьюII. Автоматы имеют один распределительный вал, который вращается с разной

скоростью. Быстрая скорость для холостых ходов, медленная при рабочих ходах.

III. Автоматы имеют два распределительных вала. Один несет кулачки для управления рабочими ходами, а другой кулачки для управления вспомогательными перемещениями.

По своему технологическому назначению они подразделяются на:1. Фасонно-отрезные2. Автоматы продольного точения3. Токарно-револьверные автоматы.

1. Фасонно-отрезные автоматы предназначены для обработки заготовок фасонными резцами. Фасонный резец с суппортом совершает поперечное движение. Заготовка в виде прутка вращается в шпинделе.

2. Автоматы продольного точения предназначены для обработки длинных деталей малого диаметра (часовая промышленность в крупносерийном производстве). Заготовка в виде прутка устанавливается в цанговом зажиме в шпинделе, шпиндель вращается, помимо этого шпиндельная бабка совершает продольное движение подачи, а суппорта с резцами совершают поперечное движение.

3. Токарно-револьверные автоматы имеют револьверную головку, в которой установлены различные инструменты. Револьверная головка с инструментами приводится в движение от фасонного кулачка, расположенного на распределительном валу.

Цепь главного движения

Токарно-револьверный автомат 1Б136 (стр.13 рис.19)

Цепь подач

Цикл обработки изделия происходит за один оборот распределительного вала.

Тц. 1об. распределительного вала

У равнение кинематического баланса

От мотора М2.

(по технологии обработки)

Многошпиндельные токарные автоматы.

Подразделяются на: автоматы последовательного действия непрерывного действия

Автоматы последовательного действия обрабатывают заготовки в виде прутка, трубы. Они, как правило, с горизонтальной осью шпинделей.

Автоматы с вертикальной осью шпинделей обрабатывают, как правило, штучные заготовки в виде поковок.

Общий вид четырехшпидельного токарного автомата модели 1265-4.

1 – станина,2 – кулисный механизм,3 – шпиндельный блок,4 – часть распределительного вала,5 – суппорт,6 – продольный суппорт,7 – поперечный суппорт.

Кинематическая схема четырехшпиндельного токарного автомата модели 1265-4 (стр. 14 рис.21 )

1 цепь скорости резания (цепь главного движения)

- гитара

2 цепь подач (идет от распределительного вала, на котором расположены кулачки которые движут суппорт)

tК – шаг кривой подъема кулачка

Справа расположен сдвоенный объемный кулачок, на нем расположены коромысла с тягой, которые приводят в движение центральный суппорт, на котором имеются свои суппорта.

М2 – для наладочного движения.Муфта М1 – для ускоренного вращения распределительного вала.

Токарные станки с ЧПУ.

Программа записывается в виде чисел на перфоленте.Эти станки применяются для мелкосерийного и серийного производства, т.к. их

легко переналадить.

Программа может также вводиться в память ЭВМ (для простых деталей).

Особенности конструкции станков с ЧПУ.

1. Привод главного движения регулируемый. Электрическим путем регулируется частота вращения (двигатели постоянного или переменного тока)

2. Привод подач применяются регулируемые электродвигатели постоянного тока (высокомоментные) или вентильные постоянно-переменного тока. Коробки подач почти нет. Имеется передача винт-гайка качения выполняется беззазорной с натягом.

3. В шпинделе выполнен механизм автоматического зажима заготовки или инструмента.

4. Имеется инструментальный магазин в виде револьверной головки или магазинов различных типов.

5. Имеются спутники с паллетами для крепления заготовок на столе станка.

Кинематическая схема токарного станка модели 16К20Т1.

1 цепь главного движения (стр.7)М1

2 цепь подач

М2 (коорд. Х)

(коорд.Z)

ВЕ-178 – датчик, который контролирует угол поворота винта (величину перемещений)

М4 – для поворота револьверной головки

Z – число позиций револьверной головки.

Кинематическая схема токарного станка модели 1П420ПФ30. (стр.8)

1 цепь главного движения

nH (D-2) – для контроля угла поворота шпинделя (датчик).


(коорд. Z)

(коорд.X)

nH – датчик контроля перемещений.М4 – гидродвигатель для открытия или закрытия ограждения (кожуха).

Станочное оборудование для обработки призматических деталей и отверстий.

Основным размером является: наибольший диаметр сверления; ход шпинделя; размер стола;

Кинематическая схема вертикально-сверлильного станка модели 2Н135 (стр15 рис.23)

М1

Цепь подач от шпинделя

Общий вид радиально-сверлильного станка модели 2Н57.

Стол Рукав Шпиндельная бабка

Кинематическая схема радиально-сверлильного станка модели 2Н57.

М2 – перемещает рукав вверх-вниз

Расточные станки (посмотреть)

Предназначены для расточки отверстий в корпусных деталях.

Кинематическая схема.

Главное движение – вращение шпинделя.

Фрезерные станки.

Предназначены для обработки плоскостей, фасонных поверхностей, канавок, пазов и т.д.

Основным размером является: размер рабочего стола.

N стола 0 1 2 3 4 5

Размер стола 200 Х 800 250 Х 1000 320 Х 1250 400 Х 1600 500 Х 2000 650 Х 2500

6 Р13 Ф3 размер стола

Максимальный продольный ход стола Наибольшее и наименьшее расстояние от торца шпинделя до стола.

Для установки инструмента в шпинделе выполняется отверстие с конусностью 7 : 24

Основные узлы фрезерного станка.

Вертикально-фрезерный станок с ЧПУ модели 6Р13Ф3-37 Станина вертикальная с коробкой скоростей; Фрезерная головка; Основание; Стол с приводами; Инструментальный магазин;

Кинематическая схема.


М1


М2 (коорд. Z)

Д – контролирует угол поворота винта.Имеется 3 координаты перемещения стола.

Модули производственные гибкие ГПМ.

ГПМ – это единица технологического оборудования, автоматически осуществляющая технологические операции в пределах его технических характеристик, способная работать автономно и в составе ГПС или ГПЯ (ячейка)

Классификация ГПМ в ГОСТе 26962-86.

ГПМ подразделяется на: одноцелевые многоцелевые

О дноцелевые – предназначены для выполнения одного вида обработки резанием.М ногоцелевые – предназначены для нескольких различных видов обработки

резанием.

Кинематическая схема многооперационного станка с ЧПУ модели 6305ФУ.


М4

2 цепь привод подач

М6

М5

М3 – мотор поворота магазина

Агрегатные станки

Специальные станки, состоящие из нормализованных узлов.

Общий вид агрегатного станка.1. Станина2. Силовая бабка3. Шпиндельная коробка4. Стойка5. Стол поворотный

6. Силовой стол7. Центральная станина (на которой устанавливается поворотный стол)

3 2 2 3 3 2

заготовка

стол 6 6

1 5 7

Обрабатывают детали сложных формПреимущества: станки состоят из унифицированных узлов.

Зубообрабатывающее станочное оборудование.

Методы нарезания зубчатых колес.1. Метод копирования

Зуборезный инструмент имеет форму впадины между зубьями и им последовательно прорезаются впадины.

Инструмент: пальцевые фрезы, дисковые фрезы, протяжки, зубодолбежные головки.

Для нарезания зубчатых колес каждого модуля применяют наборы фрез из восьми, пятнадцати, двадцати шести.

Каждая фреза набора обрабатывает заготовку в строго определенном диапазоне чисел зубьев.

2. Метод обката.

Зубодолбежный станок модели 514.

Зубодолбежные станки обрабатывают зубчатые колеса по 7 – 8 степени точности шероховатость обработанных зубьев RZ 40 RZ 20.

b – стол на котором расположена заготовка - штоссель долбяка.

Настройка станка на нарезание зубчатого колеса с прямым зубом.

Структурная схема станка 514

1. Цепь скорости резания Пойдет от двигателя через гитару на рейку

М1 умножаем на рейку = n двойных ходов долбяка

L – длина хода долбяка зависит от высоты заготовки2. Цепь обкаткиРасчеты перемещения:

Zg = 20 Z3 = 40

Уравнение кинематического баланса

Проверка на сцепляемостьa + b > c + 20c + d > b + 20

3. Цепь подач

В зуборезных станках под подачей понимают: круговой поворот долбяка за один двойной его ход. S

Проверка на сцепляемость: А + В = 89

4. Цепь врезания1д.х.д. S радиальное перемещение долбяка.


; tК = 76,8мм

Настройка зубофрезерного полуавтомата модели 5К324А.

Предназначен для нарезания прямозубых и косозубых зубчатых колес, а также червячных колес.

1. Настройка станка на нарезание прямозубого зубчатого колеса.

- j = , где угол - угол наклона винтовой линии червячной фрезы.

Цепь скорости резания

М1

- устанавливаем n равное формуле

Цепь обкатки

- число заходов об.заг. - поворот на один зуб


Проверка на сцепляемость

Цепь подач1об.з. Sвертикальное перемещение фрезы.

Уравнение кинематического баланса.

2. Настройка станка на нарезание цилиндрического колеса с винтовым зубом

1. = - при одинаковом направлении витков фрезы и винтовой линии нарезаемого зубчатого колеса.

2. = - при различных направлениях витков фрезы и винтовой линии нарезаемого зубчатого колеса.

- угол наклона винтовой линии нарезаемого колеса.

1. Цепь скорости резания – та же самая!!!2. Цепь обкатки – та же самая (см.выше)!!!3. Цепь подач – та же самая (см.выше)!!!4. Цепь дифференциала

Т – шаг винтовой линии нарезаемого зубаРасчет перемещения: 1об.з. Тмм, перем. Фрезы

Уравнение кинематического баланса.

считать до шестого знака после запятой

и так все числа

По таблице САНДАКОВА «Таблица по подбору шестерен»На этом станке можно нарезать еще и червячные колеса методом радиального

врезания, тангенсальной подачи.

Нарезание конических зубчатых колес.

2

Х

Х

Профиль зуба конического колеса определяется формой зуба сопряженного с ним плоского колеса. Оно собой коническое колесо с углом при вершине начального конуса

. Плоское колесо является предельным коническим колесом в том же смысле в каком прямолинейная зубчатая рейка представляет собой предельное цилиндрическое колесо R

Наладка станка модели 526А.

Найдем Zпл.Rпл. = Lзаг.

может быть и дробным

1. Цепь скорости резания

М резцов

2. Цепь деления Расчетные перемещения:

3. Цепь обкатки


4. Цепь подачи

tраб


5. Цепь обратного хода или обратного качения люльки

Оборудование для абразивной обработки.

Современное оборудование для абразивной обработки работает со скоростями резания 30…60..100…250м/с

В зависимости от форм шлифуемых поверхностей и вида шлифования шлифовальное оборудование подразделяется:

Круглые шлифовальные станки Внутришлифовальные станки Плоскошлифовальные станки Бесцентршлифовальные станки Шлифовальные ГПМ

В шлифовальных станках передние концы шпинделей выполнены коническими, конусность К 1:3 по ГОСТ 2324-67.

К 1:3

1. Круглые шлифовальные станки

Uкр

Uкр

Uu

S2

US 1

Основные узлы:1. Станина2. Рабочий стол3. Передняя бабка (шпиндель)4. Задняя бабка5. Шлифовальная бабкаUкр – главное движение

Кинематическая схема круглошлифовального станка

У равнение кинематического баланса

М1

М2

Продольная подача.Работает от мотора М3 зависит от подачи масла

Внутришлифовальные станки.

Основной размер станков: наибольший диаметр шлифуемого отверстияПодразделяются:

1. По расположению шпинделя: Горизонтальные Вертикальные

2. По характеру движения круговой подачи Обычные Планетарного типа

Движение в станке обычного типа

1 2

3 4 UH

UK

S1

S2

1 – Заготовка2 – Шлифовальный круг3 – Внутришлифовальная головка4 – ПриводUH – Круговая подача S1 – Продольная подачаUK – Главное движение (круга) S2 – Поперечная подача

Станок планетарного типа

UK – вращение шлифовального круга (главное движение)UH – круговая подача, ось шлифовального круга вращается вокруг оси

обрабатываемого отверстия.S1 – продольная подачаS2 – поперечная подача S2

Внутришлифовальные станки

Основным размером является наибольший диаметр шлифуемой поверхности.

1 – шлифовальный круг 3 – заготовка2 – ведущий круг 4 – опорный ножU1 – главное движение 50 … 70 м/секU2 – скорость ведущего круга 10 … 50 м/минУгол поворота (шлифовального) ведущего круга -

при чистовой обработке = 0,5 – 1,50

при черновой обработке = 1,5 - 60

US – скорость подачи заготовки

по теореме Пифагора

Кинематическая схема бесцентрового круглошлифовальногостанка модели 3180

Имеются станки для бесцентрового шлифования отверстий (см. учебник)

Плоскошлифовальные станки.

- станки с прямоугольным столом и горизонтальным шпинделем.

UK S2

S3

S1

UK – главное движение шлифовального кругаS1 – продольная подача заготовки со столомS2 – подача на глубинуS3 – поперечная подача

- станки с прямоугольным столом и вертикальным шпинделем- станки с круглым столом и горизонтальным шпинделем- станки с круглым столом и вертикальным шпинделем- двухсторонние торцешлифовальные станки

Шлифовальные шпиндели

Отделочные процессы механической обработки.

Метод обработки ШероховатостьRэ мкм Rа мкм

Тонкое точение резцами из твердой сплава 12,5 – 1,25 2,5 – 0,32Тонкое точение алмазными (природными)

резцами 0,8 – 0,05 0,16 – 0,01

Шлифование 0,9 - 5 0,16 – 1,25Хонингование 0,13 – 1,25 0,02 – 0,32Притирка (лапингование) 0,08 – 0,25 0,01 – 0,05Суперфиниширование 0,01 – 0,25 0,006 – 0,05Полирование - 0,2 – 0,05

Х онингование – это процесс обработки поверхностей абразивными брусками, закрепленными на внешней или внутренней поверхности хонинговальной головки. Она получает непрерывное вращение движение в одном направлении и возвратно-поступательное движение (продольная подача) вдоль оси

Радиальная подача получается путем периодического разжатия или сжатия брусков хона.

Суперфиниширование – применяют для получения наименьшей шероховатости поверхности. Обработка производится абразивными брусками, которым дается колебательное движение.

Притирка – выполняется с помощью специальных абразивных паст и порошковых смешанных со смазкой и нанесенных на поверхность заготовки и притира.

1 – нижний притирочный диск 2 – верхний притир 3 - заготовка3 2 4 – сепаратор

4 1

Сепаратор с золотовками устанавливают эксцентрично между двумя притирами. За счет вращения сепаратора происходит относительное проскальзывание заготовки по притирам. И при этом срезается припуск на заготовку.

Полирование – осуществляется абразивными лентами и шкурками для получения блеска или высокой чистоты поверхности.

3. Указания по методике выполнения расчетной части проекта.

3.1 Расчет режимов резанияПри проектировании узла универсального станка составляется технологический

процесс для типовых деталей, подлежащих обработке на этом станке. При проектировании узла специального станка разрабатывается технологическая

операция детали, подлежащей обработке на этом станке.Технологическая операция (операции) анализируются и выполняются режимы

обработки, требующие:наибольшей скорости резания Vmax и скорости подачи Vsmax

наименьшей скорости резания Vmin и скорости подачи Vsmin

наибольшей мощности привода Рmax Рассчитывается требуемая мощность электродвигателя привода.

3.2 Методика расчета кинематики электромеханического привода главного движения станка с ЧПУ.

В современных станках, особенно в станках с ЧПУ, широкое применение получил привод от двигателя постоянного тока и асинхронных двигателей с частотным регулированием скорости. Эти двигатели позволяют значительно упростить кинематическую схему и уменьшить, либо совсем исключить коробку скоростей. Применение двухступенчатой или трехступенчатой коробки скоростей (перебор) позволяет увеличить в 1,5 – 2 раза крутящий момент (Т), развиваемый двигателем и сохранять значение мощности двигателя (Р), близкой к номинальной на низких и средних частотах вращения шпинделя (см. рис. 1). Это обеспечивает высокую производительность резания, позволяет применять электродвигатель меньшей мощности и габаритов и иметь лучшие электрические характеристики двигателя.

Расчет привода производится в следующей последовательности.1. Определяется наибольшая и наименьшая частоты вращения двигателя

где Vmax и Vmin – предельные скорости резания, выбранные из технологического процесса, м/мин;dmax и dmin - предельные диаметры заготовок, обрабатываемые с выбранными скоростями, мм.2. Определяется диапазон регулирования частоты вращения шпинделя

Rd – можно принять равным 6 при 92% охвате всех случаев обработки. Учитывая совершенствование режущего инструмента и форсирование режимов резания, полученное значение Rn увеличивают на 15-20%. Чтобы в указанных пределах иметь возможность обрабатывать заготовки диаметра d с наивыгоднейшей скоростью резание V необходимо иметь бесступенчатое регулирование. Это можно достичь применением соответствующих систем привода электромеханического или гидравлического.

3. Выбирается знаменатель геометрического ряда из следующих стандартныз значений

4. Выбирается электропривод по Р, nmin и nmin.5. Определяется диапазон регулирования электропривода с постоянной мощностью

6. Определяется число ступеней механического регулирования

Полученное число Z округляется до целого значения Z’7. Определяется общее число ступеней скорости шпинделя

Полученное число S округляется до целого числа S’, состоящего из множителей 2 и/или 3.8. Строится график частот вращения шпинделя см. рис.2.9. Строится кинематическая схема шпиндельной бабки см. рис.3.10. Определение числа зубьев зубчатых колес групповых передач.Первая группа с передаточным отношением ip – это ременная или зубчатая передача,

связывающая вал двигателя с валом шпиндельной бабки. Рассчитывается обычным способом по n1 и n2.

Расчет второй группы можно производить из условия, что модули всех передач группы одинаковы или различны.

Разберем вариант, когда модули всех передач одинаковы. При неизменном межосевом расстоянии и одинаковом модуле зубчатых колес группы должны быть

Zj + Z’j = Z = const (6)где Zj и Z’j – числа зубьев соответственно ведущего и ведомого колес пары j = 1, 2, 3…;Z – сумма чисел зубьев обоих колес.Передаточное отношение этой пары

Из уравнения (6) и (7) следует

Пользуясь этой формулой, находят числа зубьев всех колес группы по заданной сумме зубьев Z.

Определение Z производится обычно методом наименьшего кратного. Если принять, что

Zjij

ij 1Z Z/ 1

ij 1Z 8( )

ijZj

Z/ 7( )

ijZj

Z/ aj

bj

, где ai, bi – взаимно простые числа, то соотношение (9) можно написать в следующем виде

Следовательно, чтобы Zj и Z’j были целыми числами, необходимо чтобы число Z было кратным (ai + bi). Для группы, состоящей из “k” зубчатых передач с передаточными отношениями ij = aj \ bj ,где j = 1,2,3,4, …, к, наименьшая сумма зубьев Zmin будет равна наименьшему общему кратному суммы (НОК):

(а1+в1) ,(а2 +в2), … ( ак + вк) (10)

Если при значении Zmin, найденным таким образом, число зубьев Zmin малого колеса передачи с i1, т.е. при принятых выше обозначениях Zmin = a1 \ (a1 + b1) Zmin получится недопустимо малым, то число зубьев этого колеса увеличивают в целое число Е 22 / Zmin

раз, до приемлемой величины Z1 = Е Zmin, (11)И соответственно этому принимают сумму зубьев равной

Z = Е Zmin. (12) Пример расчета (Z=12, = 1,26)Определить числа зубьев колес передач , характеризуемой полем группы (см.

график частот вращения рис.2)Составим таблицу

Вычисляем ij =aj \ bj aj + bj НОКi1 =1\ 6 =1\ 1,266 =1\4 1 + 4 = 5 10i2 = 1\ 0 = 0 =1\1 1 + 1 = 2

При Zmin =10 по формуле (9) Получаем Zmin = 1\ (1+4) 10 = 2.Такое число зубьев на колесе не работоспособно. Число зубьев меньшего колеса должно быть не меньше 20 – 22 зуба. В таком случае Е22\2 =11. Принимаем Е= 11.Тогда Z = Е Zmin = 11 10 = 110.Находим число зубьев зубчатых колес группы.

11.Определяется модуль наиболее нагруженной зубчатой пары (см. основы

конструирования машин ).12.Устанавливается степень точности зубчатых колес (по следующей таблице).В настоящее время установлены с 1 по 12 степени точности зубчатых колес. В

станкостроении используются колеса с 3 по 9 степени точности. Зависимость между степенью точности колес и окружной скоростью следующая

Степень точности Прямозубые V до м \ с Косозубые V до м \ с

4 35 705 20 406 15 307 10 15

Zjaj

aj bj

Z Z/ bj

aj bj

Z 9( )

Z11

1 4 11 22 Z/14

1 4 11 88

Z21

1 1 11 55 Z/21

1 1 11 55

8 6 109 2 4

13.Производится предварительный выбор диаметров валов. Диаметры валов определяются по выражению

, гдеPi – мощность, передаваемая валом , вКт, ni -усредненная частота вращения рассчитываемого вала, об\ мин,d – диаметр вала , мм.После выполнения всех пунктов вышеописанного расчета можно приступить к

разработке эскизного проекта.3.3 . Методика расчета кинематики бесступенчатого привода подач станкуов с ЧПУ.Приводы подач с бесступенчатым регулированием применяются в станках с ЧПУ. В

существующих станках приводы от шагового электродвигателя (см. рис 4а), следящие приводы от электродвигателя постоянного тока ( см. рис.4б), приводы от высоко моментного двигателя (ПБВ) и вентильного электродвигателя переменного тока (рис 4в).

В приводе подач от шагового электродвигателя (ШД) преобразователь измерительный отсутствует (рис . 4а). Точность позиционирования определяется погрешностями отработки ШД командных импульсов, а также зазорами и упругими деформациями кинематической цепи от двигателя до рабочего органа (РО).

Более высокую точность позиционирования обеспечивают бес коллекторные электроприводы переменного тока и транзисторные приводы с двигателями постоянного тока(рис. 4в). Тахо генератор ( ТХ), используемый в цепи обратной связи по скорости, соединяется непосредственно с валом двигателя.

Датчиком положения обратной связи является индуктосин (ИНД).3.3.1. Методика кинематического расчета привода с шаговым двигателем.1. Определяется цена импульса.

Шаговый привод на каждый программный импульс отрабатывает смещение SnSn = Vs\ 60f (14)

Где Vs – скорость подачи ( Vmin или Vmax) мм \ мин, f- частота импульсов , поступающих на обмотку ЩД (Гц).2.Определяется передаточное отношение между ШД и винтом.Уравнение кинематического баланса цепи привода имеет вид

Где n - угол поворота якоря ШД на один импульс (1,50)

ip – передаточное отношение между ШД и винтом подачи (зубчатая пара колес),Рхв – шаг винта подачи (2,5;5;10;)

Шагом винта подачи задаются из конструктивных соображений.Определяется неизвестное из уравнения (15)

По полученному ip подбираются числа зубчатых колес.

3.3.2. Методика кинематического расчета привода подач с электродвигателем постоянного тока.

1. Определяется предельные подачи Vs min и Vs max

2. Определяется мощность привода подач

Vs – скорость подачи, мм\ мин.Для суппортов токарных станков с комбинированными направляющими

Q = K Px f (Pz +G)Для суппортов и столов с прямоугольными направляющими Q = K Px + f1 (Pz + Py + G)Px, Py, Pz –составляющие силы резания, Н,G - сила от веса перемещаемого узла, вН,f1 –приведенный коэффициент трения для направляющих

f1 = 0,15 – 0,18, К –коэффициент , учитывающий опрокидывающий момент К= 1,15- 1,43. Выбирается привод постоянного тока.4. Выбирается шаг ходового винта из стандартного ряда – 5 мм, 10мм, 20мм.5. Вычисляется передаточное отношение редуктора ip

nдв min ip Pxв = Vs min (18)

Откуда

Где nдв min –минимальная частота вращения электродвигателя.

6. Вычисляется максимальная подача V1s max, обеспечиваемая данным приводом

nдвmax ip Pxв = V1max (20)

7. Сравнивается V1s max с заданной Vs max. Если V1

s max Vs max, то корректируется Vs

max или Vs min или выбирают другой электропривод. 8. Определяют числа зубьев зубчатых колес редуктора.

ПРИМЕР. Рассчитать привод подач фрезерного станка с ЧПУ(рис.4г).1. Требуется по заданию пределы рабочих подач 3-1200 мм\мин, скорость быстрого

перемещения 5000 мм\мин. Определяется диапазон регулирования Rs.

Rs = 5000 \ 3 =16702. Выбираем электродвигатель постоянного тока типа ДПУ-240-1100 мощностью

1,1кВт ( nном = 1500 об\ мин, nmin = 1об\мин) с транзисторным преобразователем. Расчет мощности производится по формуле (17).

3. Выбираем шаг ходового винта Pxв =10 мм (затем уточняется расчетом)4. Вычисляем передаточное отношение редуктора по формуле (19)

5. Выбирается максимальная подача по формуле (20)

V/s max = nном ip Pхв =1500*3/10*10 = 4500 мм/мин

Принимаем для проектируемого привода подачи скорость ускоренных перемещений =4500мм\мин. Можно увеличить с 3мм\мин,например до 5 мм \ мин, но это будет влиять на качество обрабатываемых поверхностей, что нежелательно.

6. Определяем числа зубьев зубчатых колес редуктора (рис4г)

7. Разрабатываются чертежи общего вида привода с разрезами.

ПРИМЕР. Расчет привода с вентильным или высоко моментным электроприводом (рис4в)

Дано Vs min =5мм\мин, Vs max = 10000мм\мин.Двигатель обеспечивает nmin 1об\мин, nном = 1000об\мин

nmax = 2000об\мин.1. Выбираем Pxв =5мм.2. Вычисляем Vs min : nдв min Pxв = Vsmin , 1*5=5мм\мин,

Полученное значение Vs min удовлетворяет заданию.3. Вычисляем V1

s max

V1s max = nдв max* Pxв = 2000*5 = 10000мм\ мин,

Полученное значение V1s max удовлетворяет заданию.

4. Разрабатываются чертежи общего вида привода с разрезами.

Металлорежущие станки

Documents