Кинематика станков
Классификация металлорежущих станков
Общие сведения о металлорежущих станках
Производительность обработки
Количество деталей, выпускаемых в единицу времени, называется производительностью обработки и рассчитывается по формуле
Q = 1 / Тшт.
Штучное время Тшт складывается из основного технологического То, подготовительно-заключительного Тп-з времени и времени на организацион
ное и техническое обслуживание рабочего места Торг.тех.
Основное технологическое время, т. е. время, затрачиваемое непосредственно на обработку поверхности (детали)
То = Тм + Тв + Тх.х.
Машинное время Тм, – это время, затрачиваемое на снятие стружки; рассчитывается по формуле
Тм = L / (nSot),
где L – длина обработки, мм; n – частота вращения, об/мин; So – подача на оборот, мм/об; t – глубина резания, мм.
Вспомогательное время Тв затрачивается на перемещение режущего инструмента с рабочей подачей: подвод, врезание, прохождение участков, не требующих снятия стружки, перебег (гарантированный отвод инструмента).
Время холостых ходов Тх.х затрачивается на быстрый подвод-отвод режущего инструмента в зону обработки.
Металлорежущие станки можно классифицировать по отдельным признакам или по комплексу признаков.
По технологическому назначению различают станки токарной, фрезерной, сверлильной и других групп.
По степени универсальности различают станки универсальные, широкого назначения, специализированные и специальные. Универсальные станки предназначены для выполнения разнообразных работ по обработке различных заготовок, станки широкого назначения − для выполнения определенного перечня, специализированные станки − для обработки заготовок одного наименования, но разных размеров (например, обработка зубчатого венца на зубофрезерном станке). На специальных станках выполняют один вид работ на конкретной заготовке. Изменение любого размера заготовки требует модернизации станка.
По степени автоматизации различают станки с ручным управлением, полуавтоматы, автоматы, станки с программным управлением. Автомат – станок, для возобновления цикла обработки которого не требуется непосредственное участие человека. Если для возобновления цикла обработки нужно только нажать кнопку «Пуск», то формально это станок-полуавтомат.
По числу главных рабочих органов различают одно- и многошпиндельные станки, одно- и многопозиционные станки и т. д.
По точности различают пять классов точности станков: Н – нормальный, П – повышенный, В – высокий, А – особо высокой точности, С – особо точные станки.
В российском машиностроении принята Единая система условных обозначений станков, в соответствии с которой каждому станку присваивается определенный шифр. Первые две цифры шифра указывают группу и тип станка. Буква на втором или третьем месте позволяет различить станки одного типоразмера, но с разными техническими характеристиками. Третья или четвертая цифры показывают условный типоразмер станка. Последняя буква обозначает различные модификации станков одной базовой модели.
Все металлорежущие станки разбиты на 10 групп, а каждая группа, как правило, – на 10 типов. В представленной ниже классификации номер и название группы указаны курсивом, номер (от 0 до 9) и название типа указаны в скобках.
Группа 0 – резервная.
Группа 1 – токарные станки (0 – специализированные автоматы и полуавтоматы; 1 – одношпиндельные автоматы и полуавтоматы; 2 – многошпиндельные автоматы и полуавтоматы; 3 – револьверные; 4 – сверлильно-отрезные; 5 – карусельные; 6 – токарные и лобовые; 7 – многорезцовые; 8 –специализированные; 9 – разные токарные).
Группа 2 – сверлильные и расточные станки (0 – резервный; 1 – вертикально-сверлильные; 2 – одношпиндельные полуавтоматы; 3 – многошпиндельные полуавтоматы; 4 – координатно-расточные; 5 – радиально-сверлильные; 6 – горизонтально-расточные; 7 – алмазно-расточные; 8 – горизонтально-сверлильные; 9 – разные сверлильные).
Группа 3 – шлифовальные и доводочные станки (0 – резервный; 1 – круглошлифовальные; 2 – внутришлифовальные; 3 – обдирочные шлифовальные; 4 – специализированные шлифовальные; 5 – резервный; 6 – заточные; 7 – плоскошлифовальные; 8 – притирочные и полировочные; 9 – разные, работающие абразивом).
Группа 4 – комбинированные станки.
Группа 5 – зубо- и резьбообрабатывающие станки (0 – резьбонарезные; 1 – зубострогальные для цилиндрических колес; 2 – зуборезные для конических колес; 3 – зубофрезерные; 4 – для нарезания червячных пар; 5 – для обработки торцов зубьев; 6 – резьбофрезерные; 7 – зубоотделочные и поверочные; 8 – зубо- и резьбошлифовальные; 9 – разные зубо- и резьбообрабатывающие станки).
Группа 6 – фрезерные станки (0 – резервный; 1 – вертикальные консольные; 2 – непрерывного действия; 3 – резервный; 4 – копировальные и гравировальные; 5 – вертикальные бесконсольные; 6 – продольные; 7 – кон
сольные широкоуниверсальные; 8 – горизонтальные консольные; 9 – разные
фрезерные).
Группа 7 – строгальные, долбежные, протяжные (0 – резервный; 1 –продольно-строгальные одностоечные; 2 – продольно-строгальные двухстоечные; 3 – поперечно-строгальные; 4 – долбежные; 5 – протяжные горизонтальные; 6 – резервный; 7 – протяжные вертикальные; 8 – резервный; 9 – разные строгальные).
Группа 8 – разрезные станки (0 – резервный; 1 – разрезные, работающие резцом; 2 – разрезные, работающие абразивным кругом; 3 – разрезные, работающие гладким диском; 4 – правильно-отрезные; 5 – пилы ленточные; 6 – пилы дисковые; 7 – пилы ножовочные).
Группа 9 – разные станки (1 – опиловочные; 2 – пилонасекательные; 3 – правильно- и бесцентрово-обдирочные; 4 – балансировочные; 5 – для испытания сверл и шлифовальных кругов; 6 – делительные машины).
Условный типоразмер станка обычно показывает наибольший размер обрабатываемой заготовки. Например, универсальный токарно-винторезный станок модели 16К20: высота центров, т. е. расстояние от оси вращения заготовки до направляющих, − 200 мм; вертикально-сверлильный станок модели 2Н135: наибольший диаметр сверления – 35 мм.
Привод металлорежущего станка – это совокупность механизмов, обеспечивающих заданные законы движения исполнительных органов станка. Различают механические, электрические, гидравлические и пневматические механизмы привода. Элементами механического привода станков являются валы, оси, зубчатые колеса, шкивы, муфты и т. д. На кинематических схемах все они имеют определенное условное обозначение (табл. 10.2).
По назначению механизмы привода делятся на двигатели и механизмы для передачи преобразования, реверсирования и регулирования скорости движения.
Условные обозначения основных элементов кинематических схем станков.
Передающие механизмы(передачи) передают движение от одного элемента к другому. Различают ременные, цепные, зубчатые и червячные передачи.
Ременная передача состоит из ведущего вала (с шкивом диаметром d1), ведомого вала (с шкивом диаметром d2) и ремня (плоского или клинового).
Ее передаточное отношение
i = (n2 / n1)ηр = (d2 / d1)ηр,
где n2, n1 – частота вращения ведущего и ведомого валов
соответственно; ηр – коэффициент проскальзывания ремня относительно поверхности шкивов, ηр = 0,9–0,96.
Цепная передача состоит из ведущего вала с звездочкой z1, ведомого вала с звездочкой z2 и цепи. Ее передаточное отношение
i = n2 / n1 = z1 / z2.
Зубчатые передачи, цилиндрическая и коническая, состоят из ведущего вала с шестерней z1, ведомого вала с шестерней z2. Ее передаточное отношение
i = n2 / n1 = z1 / z2.
Червячная передача состоит из ведущего вала с червяком, имеющим К заходов, и ведомого вала с червячным колесом, имеющим z зубьев. Ее передаточное отношение
i = n2 / n1 = K / z.
Механизмы для преобразования движения.Для преобразования вращательного движения в поступательное в основном применяют реечную и винтовую передачи.
Реечная передача состоит из зубчатого колеса, имеющего z зубьев, и зубчатой рейки. Если модуль реечного зацепления m, то за один оборот колеса рейка переместится на величину S = πnmz.
Винтовая передача состоит из вращающегося ходового винта, имеющего шаг t, и ходовой гайки. За один оборот ходового винта, имеющего k заходов, гайка переместится в осевом направлении на величину S = tk.
Механизмы для регулирования скорости движения.Ступенчатое изменение скорости производится за счет применения двух-, трех- и четырех-скоростных асинхронных электродвигателей или за счет применения набора зубчатых колес (редукторов).
Движение ведущего вала редуктора, вращающегося с постоянной частотой n1, передается на ведомый вал через две пары зубчатых колес (z1 / z4) и (z2/z3). Дистанционное включение нужной пары производится фрикционными электромагнитными муфтами. Следовательно,
n2 = n1(z4 / z1) или n2 = n1(z3 /z2).
К редукторам с механическим переключением передач относится редуктор с использованием блока шестерен. Блок прямозубых зубчатых колес (z1, z2, z3) перемещается по шпонке или шлицам ведущего вала. На ведомом валу закреплены колеса z4, z5, z6. В зависимости от положения блока прямозубых зубчатых колес частота вращения ведомого вала
n2 = n1(z6 / z1) = n1(z5 / z2) = n1(z4 / z3).
Бесступенчатое изменение скорости возможно за счет применения вариаторов, в которых шкивы закреплены соответственно на ведомом и ведущем валах. Ролики закреплены на общей оси. При повороте оси роликов на угол ±φ обеспечивается плавное изменение частоты вращения ведомого вала.
Реверсивные механизмы.Изменение направления вращения всего привода возможно за счет переключения фаз асинхронного электродвигателя, изменения полярности подключения электродвигателя постоянного тока или применения зубчатых механизмов. В механизме с цилиндрическими зубчатыми колесами реверсирование движения осуществляется перемещением по шлицам ведомого вала кулачковой муфты. Для передачи движения с ведущего вала на ведомый вал применяется паразитное зубчатое колесо.
Делительные механизмы.Для поворота на заданный угол заготовки или элемента станка (деления), применяются шаговые электродвигатели, оптические или механические делительные головки. Достаточно часто применяется так называемый мальтийский крест, в котором непрерывное вращательное движение водила, закрепленного на ведущем валу, преобразуется (через специальный палец − цевку) в прерывистое вращательное движение одного направления (мальтийского креста). При равномерном мальтийском кресте угол его поворота за один оборот водила равен 360°/z, где z – число пазов на мальтийском кресте.