Класифікація металорізальних верстатів.

А) по характеру виконуємої роботи, виду інтрументів та формі

поверхні виробів поділяється на: токарні, фре­ зерні, свердлувальні і розточувальні, шліфувальні, стругальні, відрізні,   універсальні та інші вер­ стати, за допомогою яких необхідна форма деталі отримується шляхом механічного відокремлення від неї матеріалу ріжучим інструментом. Вітчизняні заводи виробляють всі види верстатів від мініатюрних автоматів для годинникової промисловості до ба­гатоцільових агрегатів. Як приклади, назвемо оптичні профілюючі верстати, токарні верстати для обробки прокатних валів зав­довжки до 8 м, діаметром більше 1,5 м і масою до 100 т

                                                       

при темпе­ратурі 900 °С, карусельні верстати для обробки деталей діамет­ром до 20 м, унікальні комбіновані поздовжньо-фрезерні верста­ти для виконання декількох операцій (фрезування, обточування, свердління, стругання, шліфування, обробка лобових контурів тощо) на деталях масою до 200 т. унікальні агрегати з програм­ним керуванням і з програмуванням заміни до

100 інструментів, універсальні фрезерні верстати і числовим програмним керуван­ням для обробки веслових гвинтів розміром від 0,6 до 7,5 м. Ра­зом з окремими верстатами розроблені автоматизовані ділянки з декількох верстатів, керовані ЕОМ. які видають завдання кож­ному верстату, виробляють команди на подачу транспортних пристроїв для постачання заготівок і перевезення виробів на склад готової продукції.

 

Б) по технологічним можливостям і характеру організації виробництва:

1) – універсальні і широкого призначення, які призначені для виконання різних операцій обробки виробів багатьох найменувань і типорозмірів; такі верстати використовуються в ремонтних цехах та майстернях і в дрібно –

серійному виробництві.

2)– спеціалізовані, які призначені для обробки деталей, які мають схожу форму (але різні розміри); такі верстати використовуються в серійному виробництві.

3)– спеціальні, які призначені для обробки деталей одного типорозміру і використовуються в крупно серійному і масовому виробництві.

 

В) по масі і розмірам:

1) – нормальні: маса М £ 10 Т,  3) – важкі: 30< М £ 100 Т,

2) – крупні: 10< М £ 30 Т,           4) – унікальні: М > 100 Т.

   

Г)   по точності:

1) – нормальної точності,     3) – високої точності;

2) – підвищеної точності,      4) – прецизійні (особливо високої точності). 

                     

2.Основні та допоміжні рухи в верстатах, кінематичні схеми.

Процес отримання на верстатах деталей заданої форми і розмірив склада –

ється в зніманні з заготовки лишнього металу за допомогою інструменту, рі –

жуча кромка якого пересувається відносно заготовки.

Таким чином: верстат являє собою поєднання механізмів, які виконують визначену роботу, яка пов’язана зі зміною форми, розмірив і шорсткості поверхонь заготовок за допомогою верстатного інструменту (Рис.2.2.).

Схеми різання розрізняються по інструменту, який використовується і по характеру його руху.

Сутність процесу різання заключається в руйнуванні (порушенні суцільної структури) матеріалу під дією інструментів і прикладанням зовнішніх сил з дотриманням визначених параметрів, які впливають на якість обробки.

                                                      

 

Види обробки матеріалів різанням

 

По інструменту, який використовується

По характеру руху        інструменту

Фізико-хімічні середовища Електроліти, плазма, промінь лазеру, електричний розряд.

                                                       

 

Л е з о в и й Різці, фрези, свердла

О б е р т о в и й Фрези, свердла, круги

 

А б р а з и в н и й Круги, бруски, пасти

П о с т у п о в и й Різці, довбачі, протяжки

З фіксованим положенням Різці, плашки, мітчики,    промінь лазеру

             Рис.2.2. Види обробки матеріалів різанням.

        

Необхідне відносне переміщення ріжучої кромки інструменту здійснюється внаслідок сполучення рухів інструменту і заготовки, які називаються основними (робочими)рухами.

Основні рухи поділяються на:

- Головний рух, (ГР)- рухза рахунок якого інструмент виконує різання.

Головний рух здійснюється окремим електроприводом, який називається

головним приводом (ГП).

- Рух подачі, який призначений для переміщення інструменту або заго-

товки. Рух подачі здійснюється або від головного приводу через механічну

передачу, або від окремого приводу подачі (ПП).   

Допоміжний рух, який призначений для вдосконалення процесу обробки,

тобто: установки інструменту, автоматичного підводу робочих органів, попередньої установки, фіксації і швидкого відводу їх, а також для подачі в зону різання змащувально-охолоджувальної рідини (ЗОР). Приводи, які виконують допоміжні рухи називаються допоміжними.

Передача рухів в верстатах від двигунів до робочих органів здійснюється кінематичними колами, які складають кінематичну схему верстату.

По кінематичній схемі розраховуються швидкості руху робочих органів верстату (або по заданим швидкостям робочих органів визначаються кутові швидкості двигунів), а також моменти на валу двигуна і ККД механізму.

                                                      

2.Параметри процесу обробки.

1. Подача – це шлях, який проходить інструмент (різець) за один оберт шпинделю, або заготовка за одиницю часу.

Для верстатів з обертовим головним рухом (токарні, свердлильні) подача

є обертовою і вимірюється в міліметрах за оберт шпинделю: [S] = мм/об.

Для верстатів зі зворотно-поступовим головним рухом подача є хвилинною і вимірюється в міліметрах за хвилину [S_хв] = мм/хв. 

                        S _хв = S × n, де n – оберти шпинделю, об/хв.

В залежності від напрямку руху інструменту відносно осі обертання шпин-

делю подача може бути повздовжньою або поперечною.

2. Глибина різання t – це найкоротша відстань між поверхнею, яка оброб –

люється і поверхнею, яка оброблена за один прохід (рис.2.3.).

                                                                        

                                                                                                                                

Рис.2.3. Подача, глибина і сила різання при обточуванні на токарному верстаті.                                                                                                       

                                                                                              

3. Швидкість різання V _z – це швидкість переміщення точки поверхні, яка

обробляється відносно ріжучої кромки інструменту.

Для верстатів з обертовим головним рухом, - це окружна швидкість за –

готовки (інструменту):

                                     V_z = p × D × n / 1000, м / хв.

D – діаметр заготовки (інструменту), мм;

n – частота обертання заготовки (інструменту), хв^-1 (об/хв.).

(Для шліфувальних верстатів швидкість різання вимірюється в м/с.)

Для верстатів зі зворотно-поступовим головним рухом швидкістю різання

являється швидкість робочого ходу V_р.

                                      V_р= L_р / 1000Т_р, м/хв., де

L_р – довжина ходу робочого органа верстата, мм;

Т_р – час робочого ходу, хв.

 

4. Сила і потужність різання.

На інструмент діє сила R (рис.2.3), значення якої залежить від параметрів

різання, геометрії інструменту, матеріалу заготовки та від властивості ЗОР.

Силу R можна розкласти по трьох взаємно перпендикулярним напрямках

на складові: F_x, F_y, F_z.

F_z – сила різання  має найбільше значення діє в напрямку швидкості різання і визначає потужність, яка необхідна для здійснення головного руху.

F_x – сила подачі, діє протилежно напрямку повздовжньої подачі і визначає потужність, яка витрачається на цю подачу.

F_y – радіальна сила, діє протилежно напрямку поперечної подачі (наприклад при відрізанні заготовки).

 Приблизні співвідношення:

      F_y = (0,4 ¸ 0,5) F_z, F_x = (0,25 ¸ 0,3) F_z, R = (1,1¸ 1,15)F_z.

Потужність різання Р_різ – це ефективна потужність, яка необхідна для руй –

нування шару металу в процесі різання.

                 Р_різ= (F_z × V_z / 60) × 10 ^{- 3}, кВт, де [ F_z], Н, [V_z], м/хв.

Потрібна потужність електродвигуна Р_дв. більше Р_різ на величину втрат в механізмах верстата, які залежать від ККД (h).

                 Р_дв.= Р_різ / h, кВт.

Потужність подачі: Р_п = F_x × S_хв / 60, кВт.

Для практичних розрахунків користуються співвідношеннями:

Р_п = (0,01 ¸ 0,02) Р_різ – для токарних і свердлильних верстатів;

Р_п = (0,02 ¸ 0,03) Р_різ – для фрезерних верстатів.

При використанні потужності електродвигуна головного приводу для подачі інструменту:

                              Р_дв = Р_тер + Р_різ / h₁ + Р_п / h₂ , де

h₁ – ККД механізму головного приводу,

h₂ – ККД механізму привода подачі,

Р_тер – потужність, яка витрачається на подолання сил тертя в напрямних механізму подачі Р_тер = (G_пр × m × S_хв / 60) × 10 ^–3, кВт, де.                                     

                    m - коефіцієнт тертя,

                  G_пр – вага пристрою, Н.

При пересуванні механізму в вертикальному напрямку потужність двигуна допоміжного приводу або приводу подачі додатково витрачається на підйом цього механізму Р_в: Р_в = G_пр × S_хв / 60 × 10 ^–3, кВт.

  Втрати потужності в верстаті при номінальному навантаженні DР_в.н:

                         DР_в.н = (Р_{різ.ном.}/ h_ном) - Р_{різ.ном.}

Потужність холостого ходу механізму верстату Р_х.х: 

                       Р_х.х = 0,6 DР_в.н, або   Р_х.х = a × Р_різ, де  

                                     a = 0,6 (1 - h_ном) / h_ном                                                        

                                                                                          

3.Загальні питання електроприводу верстатів.

 

1. Вимоги до електроприводів основних і допоміжних рухів.

Вибір типу електроприводу для основних рухів визначається наступними факторами:

- діапазон і плавність регулювання швидкості робочого механізму;

- характер навантаження приводу;

- частота включень приводу;

- співвідношення періодів машинного та допоміжного часу роботи верстата;

- енергетичні показники роботи приводу (ККД, соsj);

- надійність і високі експлуатаційні показники електроприводу.

Механічні характеристики двигунів головного приводу повинні бути

  жорсткими.                          

Перепад кутової швидкості при зміні навантаження на валу двигуна від холостого ходу до номінального не повинен перевищувати 5 ¸ 10 %, тобто:

                     

  Приводи подачі верстатів повинні забезпечувати необхідні швидкості подачі і мати жорстку механічну характеристику.

 Типи приводів подачі:

- від головного приводу через механічну передачу;

- від окремого електродвигуна;

- від гідроприводу.

Здійснення подачі від головного приводу дозволяє зберегти постійним співвідношення між швидкістю подачі і частотою обертання шпинделю, що є важливим при нарізанні різьби. Але при цьому неможлива плавна зміна швидкості подачі.

Типи електроприводів металорізальних верстатів.

Для головних електроприводів токарних, фрезерних, свердлильних і розто- чувальних верстатів, які мають не часті включення з невеликім діапазоном

Регулювання частоти обертання шпинделю при Р» const, використовують:

1) 3 фазні асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором. Регулювання n

здійснюється за допомогою коробки швидкостей.                             

2) багатошвидкісні асинхронні двигуни з переключенням кількості пар полюсів, що дозволяє зменшити розміри коробки швидкостей.

На поздовжньо-стругальних, кругло та плоско-шліфувальних та інших верстатах, які працюють при великих значеннях діапазону регулювання D і з частими реверсами використовують привод з електродвигунами постійного струму з регулюванням кутової швидкості.

Приводи подачі важких верстатів часто виконують від окремих двигунів з підвищеним пусковим моментом.

  Для виконання допоміжних рухів крім електричного приводу широке розповсюдження має гідравлічний та пневматичний приводи.

Конструктивне виконання електродвигунів вибирається з врахуванням спрощення конструкції верстата і підвищення технологічності експлуатації та ремонту.

Двигуни змінного струму вибирають з серій 4А, 4АВ, 4АП, АИР, АИС на синхронну частоту обертання 1000, 1500 та 3000 об/хв.

Двигуни постійного струму серій 2П, ПС, ПСТ, ПБСТ, які допускають короткочасне струмове навантаження до 8×І_ном.

Крокові електродвигуни використовують в приводах подачі верстатів з ЧПК та в роботизованих системах.