XVIII. Кино 26 страница. Металлорежущий станок,машина для обработки резанием металлических и др

МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЙ СТАНОК, машина для обработки резанием металлических и др. материалов, полуфабрикатов или заготовок с целью получения из них изделий путём снятия стружки металлорежущим инструментом.

М. с. являются осн. видом оборудования в машиностроении, приборостроении и др. отраслях пром-сти. Совершенствование М. с. предопределяет научно-технический прогресс, развитие технологии и организации машиностроительного произ-ва.

Историческая справка. Обработка материалов резанием известна с древних времён: деталь вращали вручную, обработка велась кремнёвым резцом. В 12 в. появились токарные и сверлильные станки с ручным приводом, а в 14 в.- с приводом от водяных мельниц. Механич. станки для токарных работ изготовлялись гл. обр. в Италии, Франции, откуда были завезены в Россию. Медальерными станками славились петерб. мастера. В 1711 в Россию из Флоренции привезли станок, сделанный мастером Зингером, приглашённым на службу Петром I. В придворной токарне были изготовлены станки, в разработке конструкций и создании к-рых принимал участие А. К. Нартов. Позднее Нартов построил другие станки (гравёрные, копировальные, гильотинные), ему же принадлежит создание первого в мире токарно-винто-резного станка с механическим суппортом и сменными зубчатыми колёсами (1738). Основные промышленные типы М. с. разрабатывались позднее (Г. Модели и др.) в Великобритании, первой вступившей на путь капиталистич. развития. В дальнейшем конструкция их совершенствовалась в Германии, Франции, Швейцарии (точное станкостроение), позже (во 2-й пол. 19 в.) в США (в частности, автоматич. станки для массового произ-ва). В России в 1712-14 на Тульском оружейном з-де мастер Я. Батищев создал прототип совр. агрегатных станков для одноврем. сверления 24 ружейных стволов, в 1714 В. И. Геннин построил на Олонецких з-дах многопозиционный станок. Значит, вклад в развитие конструкции М. с. внёс М. В. Ломоносов, к-рый в сер. 18 в. построил и применил в своих мастерских оригинальные шлифовальные и др. станки. Вклад в создание новых конструкций станков внесли также рус. инженеры и изобретатели И. Осипов, М. Сидоров, И. Ползунов, И. Кулибин, П. Захаво (первые автоматы для нарезания резьбы, 1810), В. Игнатов, Г. Горохов. Но несмотря на отд. выдающиеся изобретения, станкостроение в царской России развивалось медленно. Только после Великой Окт. социалистич. революции в процессе индустриализации маш.-строит. предприятия стали получать новые станки. В 1932 з-д " Красный пролетарий" выпустил первый соврем, токарно-винторезный станок. В 1933 основан Экспериментальный н.-и. ин-т металлорежущих станков (ЭНИМС), где было начато проектирование новых типов станков, изготовление гамм станков токарных, револьверных, сверлильных, фрезерных и др. К 1970 в СССР освоено 1817 типоразмеров М. с. Годовой выпуск составил 230 тыс. станков.

Большая заслуга в развитии станкостроения в СССР принадлежит сов. учёным В. И. Дикушину, Н. С. Ачеркану, Д. Н. Решетову, А. П. Владзиевскому, Б. С. Балакшину, Г. М. Головину, Г. А. Шаумяну, В. С. Васильеву, А. С. Проникову, В. А. Кудинову, А. С. Брит-кину, Б. Л. Богуславскому, конструкторам Н. А. Волчеку, В. Н. Кедринскому, И. А. Ростовцеву, Ю. Б. Эрпшеру и др.

Совершенствование произ-ва М. с. идёт в неск. направлениях. Намечается увеличение выпуска агрегатных автоматич. и полуавтоматич. М. с. и автоматич. линий, обеспечивающих автоматизацию тех-нологич. процессов в крупносерийном и массовом произ-ве (в СССР выпуск таких М. с. за период 1966-70 увеличился на 22, 6% при общем росте выпуска М. с. за этот период на 12%). В 1973 выпущено 211 тыс. М. с. Перспективно освоение прецизионных станков, обусловливающих высокую точность и качество обработки деталей. Предусматривается дальнейшее расширение произ-ва М. с. с числовым программным управлением (ЧПУ) для обеспечения автоматизации механич. обработки изделий в индивидуальном и серийном произ-ве. В 1968-70 в серийном произ-ве освоено 23 типоразмера таких станков, в 1970-15 типов опытных образцов; их выпуск в 1973 составил 3800 шт. Внедрение М. с. с использованием адаптивных систем управления (см. Самоприспосабливающаяся система) открывает новые пути повышения точности обработки и производительности. Для удовлетворения разнообразных потребностей нар. х-ва намечается увеличение числа типов тяжёлых уникальных станков. К 1970 создано ок. 500 типов тяжёлых уникальных М. с.

Классификация М. с. По специализации различают М. с. универсальные для выполнения разнообразных операций на изделиях широкой номенклатуры; широкого назначения для выполнения ограниченного числа операций на изделиях широкой номенклатуры; специализированные для обработки однотипных изделий разных размеров; специальныe для обработки изделий одного типоразмера; агрегатные -специальные, состоящие из нормализованных деталей, узлов, силовых головок.

М. с. могут быть с ручным управлением (загрузка и установка заготовок, пуск, переключение режима обработки, холостые движения, снятие изделия -вручную), а также иметь различную степень автоматизации: полуавтоматы (установка заготовок, пуск, снятие изделия -вручную, остальные движения цикла обработки - автоматически), автоматы (все рабочие и холостые движения производятся автоматически, человек осуществляет контроль за циклом работы); могут составлять автоматические линии (группа автоматов, объединённая системой транспортировки заготовок от одного к другому); иметь числовое программное управление (все рабочие и холостые движения обеспечиваются заранее закодированной программой, введённой в М. с. и посылающей преобразованные импульсы на исполнительные и управляющие механизмы).

По точности различают 5 классов М. с.: Н -нормальной точности (напр., большинство универсальных М. с.), П -повышенной точности (на базе Н), В -высокой точности, А - особо высокой точности (прецизионные), С - особо точные, или мастер-станки.

По массе М. с. бывают лёгкие (до 1 т), средние (до 10 т), тяжёлые (св. 10 т), уникальные (св. 100 т).

В зависимости от характера выполняемых работ и применяемого режущего инструмента в СССР принята единая система классификации и условного обозначения М. с. (табл.), разработанная в ЭНИМС. Все М. с. делятся на группы, к-рые, в свою очередь, разбиваются на типы. По этой классификации каждому М. с. серийного произ-ва присваивается шифр (индекс), к-рый образуется, как правило, числом из 3 или 4 цифр; первая цифра указывает группу, вторая - тип, третья и четвёртая характеризуют важнейшие размеры М. с. или обрабатываемого на нём изделия. Напр., шифр 2150 обозначает вертикально-сверлильный станок с макс, диаметром сверления 50 мм. После модернизации М. с.

Классификация металлорежущих станков.

в его шифр за первой цифрой добавляется к.-л. буква. Напр., шифр 1К62 обозначает модернизированный токарно-винто-резный станок с высотой центров 200 мм. Модификация (видоизменение) базовой модели обозначается введением к.-л. буквы в конце шифра. Напр., 6Н12К обозначает модификацию модернизированного консольного вертикально-фрезерного станка. Описание типов станков см. в статьях: Зубообрабатывающий станок, Карусельный станок, Токарный станок, Сверлильный станок. Фрезерный станок, Шлифовальный станок.

Кинематика М. с. При обработке на М. с. очертания, форма деталей (производящие линии) образуется в результате согласованных между собой вращательных и прямолинейных движений заготовки и режущей кромки металлорежущего инструмента. Эти движения, называемые рабочими, могут быть простыми и сложными. В М. с. используются 4 метода получения производящих линий: копирование, огибание (обкатка), методы следа и касания. При копировании форма режущей кромки инструмента совпадает с формой производящей линии (рис. 1, а, б); при огибании производящая линия возникает в форме огибающей ряда последоват. положений режущей кромки инструмента, движущегося относительно заготовки (рис. 1, в); при методе следа производящая линия образуется как след движения точки режущей кромки инструмента (рис. 1, г, д); при методе касания производящая линия является касательной к ряду геометрич. вспомогат. линий, образованных реальной точкой (вершиной) движущейся режущей кромки инструмента (рис. 1, е).

Рис. 1. Воспроизведения производящих линий методом: а, б - копирования; в - огибания (обката); г, д - следа; е - касания; П - производящая линия.

Рабочие движения в М. с.- главное движение и движение подачи. Главное движение, происходящее в направлении вектора скорости резания, обеспечивает отделение стружки от заготовки, а движение подачи - последовательное внедрение инструмента в заготовку, " захват" новых, ещё не обработанных участков. Главное движение в зависимости от типа М. с. может совершаться как заготовкой (токарные, продольно-строгальные и др. станки), так и инструментом (сверлильные, поперечно-строгальные, долбёжные, протяжные, фрезерные, шлифовальные и др. станки); это движение может быть вращательным (токарные, сверлильные, фрезерные, шлифовальные и др. М. с.) или поступательным (строгальные, долбёжные, протяжные и др. М. с.). Помимо рабочих движений, на М. с. совершаются также установочные и делительные движения, к-рые не используются в процессе обработки резанием, однако необходимы для осуществления полного технологич.
цикла. Все движения в М. с. обеспечивают соответствующие механизмы, в к-рые входят различные передачи: ремённые, зубчатые, червячные, реечные, винтовые, кулачковые, фрикционные и др. Эти передачи сочленяются между собой в определённой последовательности и образуют кинематич. цепи, совокупность к-рых составляет кинематич. схему М. с. При этом пользуются условными обозначениями элементов и механизмов М. с. по ГОСТ 3462-61. На кинематич. схемах указываются диаметры шкивов (Di, D₂ и т. д.), числа зубьев зубчатых и червячных колёс (zi, Zi и т. д.), шаги винтов, заходности червяков и винтов, модули (т) нек-рых зубчатых колёс (обычно находящихся в зацеплении с рейками), передаточные отношения плеч рычагов, характеристики звеньев настройки и др.

Для станков с вращательным главным рабочим движением скорость резания определяется по формуле:
V=пDn/1000 м/мин где D - макс, диаметр обработки (или макс, диаметр инструмента) в мм; п -число оборотов шпинделя в минуту. Для конкретного М. с. диаметр заготовки (инструмента) может быть различным, может производиться также обработка заготовок из различных материалов и режущими инструментами с режущей частью из разных инструмент, материалов (что приводит к выбору соответствующих допускаемых скоростей резания). Привод главного движения должен обеспечивать поэтому регулирование числа оборотов шпинделя. Существует бесступенчатое и ступенчатое регулирование. В первом случае в определённом интервале можно за счёт фрикционного, гид-равлич. или электрич. привода получить любое значение п. Во втором случае имеется определённый конечный ряд различных п. Это обеспечивается за счёт использования коробок скоростей с переключающимися зубчатыми колёсами. Для такого ряда рус. учёным А. В. Га-долиным в 1876 разработана и обоснована теория построения рядов чисел оборотов по закону геометрич. прогрессии. При такой закономерности потери в устанавливаемых скоростях резания будут минимальными, а эксплуатационные свойства станка наилучшими. По этому закону все числа оборотов шпинделя станка в минуту от начального (миним.) n1 = n min до конечного (макс.)n_z = n_макс образуют геометрич. ряд, в к-ром знаменатель геометрич. прогрессии ср определяется по формуле:
[ris][ris]

где D - диапазон регулирования числа оборотов шпинделя в 1 мин, z - количество ступеней регулирования. В станкостроении СССР значения < р и соответствующие им перепады скоростей А стандартизированы:

Примечание. Во втором ряду указаны допускаемые округления.

Осн. показатель любой кинематич. цепи - общее передаточное отношение: Uобщ= п_к / п_н=U1*U2*U3..., где п_к и п_н - числа оборотов соответ ственно конечного и начального звеньев в об/мин; U1, U2, U3 - передаточные отношения отд. пар кинематич. цепи. Значение общ позволяет определить значения конечных перемещений звеньев, связанных кинематич. цепью, т. е. за готовки и режущего инструмента. Соответствующие функциональные связи наз. уравнениями кинематич. баланса. Эти уравнения в 20-30-е гг. 20 в. выведены сов. учёным Г. М. Головиным, предложившим единые формулы настройки для всех станков.

Для вращающихся конечных звеньев уравнение кинематич. баланса: п_к = п_н-U_0бщ Для вращающегося начального звена и поступательно-движущегося конечного: п_н -Uобщ*Н = s _ммм/мин, 1об*Uобщ* Н = s мм/об, где Н - величина хода кинематич. пары, преобразующей вращательное движение в прямолинейное, равная перемещению прямолинейно-движущегося звена за один оборот вращающегося звена (для токарного, сверлильного, фрезерного и др. станков).

Для М. с. с прямолинейным главным движением (строгальный, долбёжный, протяжный и др.) различаются рабочий ход, в течение к-рого происходит резание, и холостой (обратный) ход, в течение к-рого движущиеся части станка возвращаются в исходное положение. Скорость холостого хода Vk = V_p- X, где Vp -скорость рабочего хода; X = 1, 5-- 2, 5 - коэфф., выбираемый в зависимости от типоразмера станка.

Рабочий и холостой ходы составляют двойной ход. Время двойного хода:

T=L/1000Up * (X+1)/X где L - длина хода (в мм). Число двойных ходов (в 1 мин): п =1/T
[ris]

Рис. 2. Кинематическая схема главного привода токарного станка.

Рис. 3. Основные типы металлорежущих станков: 1- универсальный консольно-фрезерный станок (6Т82); 2 -вертикально-фрезерный станок с копировальным устройством (6Н12К); 3 - токарный восьмишпиндельный автомат (1К282); 4 - универсальный токарно-вин-торезный станок с автоматическим циклом (1К62А); 5 - токарно-карусельный одностоечный станок с числовым программным управлением (1512Ф2); 6 - вертикально-протяжной станок (7Б705); 7 - копировальный поперечно-строгальный станок (ГД-21); S - вертикально-сверлильный станок (2А135); 9 - радиально-сверлильный станок (2А53); 10 - координатно-расточный станок (2В440); 11 -круглошлифовальный автомат (ЗК161); 12 - внутришлифовальный станок (3260); 13 - станок для перешлифовки шатунных и коренных шеек коленчатых валов (ЗА423); 14 - хонинговальный вертикальный одношпиндельный станок (ЗБ833); 15 - зубодолбёжный полуавтомат (5122); 16 - зубофрезерный станок (5К328А); 17 - зубострогальный полуавтомат (5А250П); 18 - зубошлифовальный станок

Для облегчения кинематич. расчётов коробок скоростей применяется графо-аналитич. метод. Зависимость чисел оборотов и передаточных отношений изображается в виде графиков и структурных сеток.