Глава 3 Металлорежущие станки. Назначение, классификация, устройство.

Назначение.

В этой главе мы рассмотрим, что же представляют собой современные металлорежущие станки? Чем они отличаются друг от друга? Основное их различие заключается в способе резания. Наиболее старый способ резания - точение производится резцом. При этом способе обработки деталь вращается, а резец перемещается поступательно. Станки, в которых используется такая схема резания, называются токарными.

Почти одновременно с токарными станками появились станки для обработки цилиндрических отверстий - сверлильные станки. Отверстия обрабатывают, как правило, в неподвижных заготовках вращающимся сверлом.

Плоские поверхности получают строганием на строгальных станках. В этом способе резец или заготовка совершает возвратно-поступательное движение, и заготовка или резец неподвижна.

Другой, очень распространенный способ обработки плоскостей - фрезерование осуществляется фрезой.

Эскиз фрезы был нарисован еще Леонардо да Винчи. Фреза представляет собой несколько расположенных по окружности резцов. При фрезеровании инструмент вращается а заготовка движется поступательно. Фрезерование, соответственно, выполняется на фрезерных станках.

Современные металлорежущие инструменты - резцы, свёрла, фрезы, изготавливаемые из твёрдых материалов - специальных сталей и сплавов, значительно превосходят по своим свойствам первобытные кремневые резцы. Однако в конце XIX века о камне вспомнили снова: в 1874 году был создан шлифовальный станок. Первые шлифовальные (абразивные) инструменты изготовлялись из природного камня, стоили дорого, были не очень высокого качества, и шлифование применялось редко. Положение резко изменилось, когда в 1893 году был изобретён искусственный абразив - корунд, материал, немногим уступающий по твёрдости алмазу. Когда же был изобретён способ получения искусственного алмаза и появился алмазно-абразивный инструмент, роль шлифования ещё больше возросла. Помощью шлифования можно получать детали самой разнообразной формы, а поверхности очень высокого качества. При шлифовании абразивный круг обычно вращается, а деталь движется поступательно, вращается или неподвижна (в этом случае движется вращающийся круг).

Перечисленные выше станки - основа большого семейства разнообразных металлорежущих станков: универсальных, на которых можно обрабатывать разнообразные детали, и специальных - для обработки изделий одного типа размера. Бывают ещё агрегатные станки - собирающиеся из узлов как из конструктора для решения конкретной задачи в условиях массового производства. Станки с программным управлением автоматически выполняют обработку детали. Бывают самонастраивающиеся станки, которые способны самостоятельно менять условия работы, если, например, получающиеся в процессе обработки размеры детали не соответствуют заданным.

Вернёмся к первоначальному вопросу. Что же такое металлорежущий станок? Металлорежущий станок - это машина для обработки резанием металлических и др. материалов, полуфабрикатов или заготовок с целью получения из них изделий путём снятия стружки металлорежущим инструментом.

 

Устройство.

Как же устроен станок? Для более близкого знакомства со станком рассмотрим конструкцию универсального токарно-винторезного станка - представителя наиболее распространённой группы станков – токарной (рис.9). Прежде всего, станок - это машина. Как у всякой машины, у него есть рабочие органы - суппорт (приспособление для крепления резца) и шпиндель (приспособление для крепления для крепления детали), двигатель и передачи - устройства для передачи движе6ния к рабочим органам. Все узлы и детали станка крепятся на станине. Есть у станка передняя и задняя бабки – части станка, которые служат опорой для шпинделя, инструмента или приспособлений, а также, шпиндель. В передней бабке устанавливается коробка скоростей, предназначенная для передачи движения от двигателя к шпинделю и представляющая собой набор валов с закреплёнными на них шестернями. Переключая шестерни, можно менять частоту вращения при неизменной частоте вращения двигателя. В передней же бабке располагается коробка передач, почти такой же механизм, как и коробка скоростей, предназначенная для передачи от неё вращения ходовому валику или ходовому винту.

 

Рис.9. Внешний вид универсального токарно-винторезного станка мод.- 1А616К

Ходовой валик и ходовой винт предназначены для механического перемещения суппорта, на котором крепится резец, они позволяют согласовать скорость перемещения резца с частотой вращения детали. С помощью ходового валика устанавливается режим резания металла. Ходовой винт позволяет устанавливать шаг резьбы.

Рассмотрев общий случай, остановимся подробнее на токарно-винторезном станке модели 1А616К. Итак, общая характеристика этого станка:

Токарно-винторезный станок модели 1А616К, изготовлявшийся Средне-волжским станкостроительным заводом, является универсальным станком и предназначен для разнообразных токарных работ в условиях индивидуального и мелкосерийного производства, выполняемых в центрах или в патроне, в том числе для нарезания резьб: метрической, дюймовой, модульной и питчевой. Высота центров станка равна 165 мм, а максимальное расстояние между центрами — 710 мм. Наибольший диаметр обрабатываемой детали класса дисков, устанавливаемой над станиной, составляет 320 мм, а максимальный диаметр детали класса валов, закрепляемых в центрах над нижней частью суппорта, не должен превышать 180 мм. Сквозь отверстие шпинделя проходит пруток диаметром до 34 мм. Наибольшая длина обтачивания детали с механической подачей суппорта равна 660 мм, т. е. на 50 мм меньше, чем максимальное расстояние между центрами. Без дополнительных сменных колес на станке модели 1А616К можно нарезать резьбы повышенной точности: метрические с шагом от 0,5 до 24 мм; дюймовые с числом ниток на 1 дюйм от 56 до 1; модульные с шагом в модулях от 0,25 до 5,5 мм и питчевые с шагом в питчах от 128 до 2. Предусмотрена возможность нарезания особо точных резьб путем исключения из кинематической цепи зубчатых передач коробки подач и применения специальных прецизионных сменных зубчатых колес.

В комплект станка входят трехкулачковые самоцентрирующие патроны повышенной точности типа ТМ-165 и ТС-200 соответственно диаметром 165 и 200 мм и поводковый патрон диаметром 250 мм с пальцем и прихватом, а также упорные центры.

Привод движения резания у станка модели 1А616К является разделенным. Он состоит из двух клиноременных передач, двенадцатиступенчатой коробки скоростей и переборного устройства. Мощность электродвигателя 4,5 кВт, частота 1440 оборотов в минуту.

 

Классификация.

Мы остановились на устройстве станка лишь одного типа, а в современной промышленности работает огромное количество станков различного вида и назначения. Как же они подразделяются?

Конструкция станка каждого типоразмера, спроектированная для заданных условий обработки, называется моделью. Каждой модели присваивается свой шифр - номер, состоящий из нескольких цифр и букв. Первая цифра означает группу станка, вторая - его тип, третья цифра или третья и четвертая цифры отражают основной размер станка. Например, модель 1А616К означает: токарно-винторезный станок с наибольшим диаметром обрабатываемой заготовки 160 мм. Буква между первой и второй (или между второй и третьей) цифрами означает определенную модернизацию основной базовой модели станка. Модификация (видоизменение) базовой модели обозначается введением какой-либо буквы в конце шифра, кроме того, так обозначают класс точности станка или его особенности.

Классификация металлорежущих станков:

В зависимости от степени специализации станки разделяют по технологическим признакам на:

• универсальные, служащие для выполнения различных операций на изделиях многих наименований;

• широкого назначения – для выполнения определенных операций на изделиях многих наименований;

• специализированные – для обработки деталей одного наименования;

• специальные – для обработки одной определенной детали.

 

В зависимости от веса станки делятся на три категории:

• обыкновенные станки, весом до 10 т;

• крупные станки весом от 10 до 30 т, за исключением внутришлифовальных, шлифовально-притирочных и зубообрабатывающих, для которых предельный вес составляет 20 т;

• тяжелые станки весом от 30 до 100т, за исключением категорий, перечисленных в предыдущей группе, для которых минимальный вес равен 20 т.

 

По признаку точности работы станки подразделяют на две категории: станки нормальной точности и станки высокоточные, которые в свою очередь делятся на три группы:

1. станки повышенной точности, изготовляемые преимущественно на базе универсальных станков при повышенных требованиях к качеству изготовления;

2. станки особо высокой точности, необходимое качество работы которых обеспечивается благодаря высокой точности их изготовления, специальной конструкции их отдельных элементов и использование этих станков в специальных условиях эксплуатации;

3. специальные мастер-станки для изготовления особо точных деталей высокоточных станков.

 

Разновидности станков.

1. Токарная группа;

2. Сверлильно-расточная группа;

3. Группа шлифовальных и полировальных станков;

4. Группа комбинированных станков;

5. Группа зубо- и резьбообрабатывающих станков;

6. Группа фрезерных станков;

7. Группа строгальных, долбежных и протяжных станков;

8. Группа разрезных станков;

9. Группа разных станков.

 

1 Токарная группа:

1. Автоматы и полуавтоматы одно-шпиндельные;

2. Автоматы и полуавтоматы многошпиндельные;

3. Револьверные;

4. Сверлильно-отрезные;

5. Карусельные;

6. Винторезные;

7. Многорезцовые;

8. Специализированные для фасонных деталей;

9. Разные.

 

2 Сверлильные и расточные.

1. Вертикально-сверлильные;

2. Одно-шпиндельные полуавтоматы;

3. Многошпиндельные полуавтоматы;

4. Координатно-расточные;

5. Радиально-сверлильные;

6. Расточные;

7. Алмазно-расточные;

8. Горизонтально-сверлильные;

9. Разные.

 

3 Шлифовальные и полировальные.

1. Кругло шлифовальные;

2. Внутришлифовальные;

3. Обдирочно-шлифовальные;

4. Специализированные шлифовальные для валов;

5. --------------------;

6. Заточные;

7. Плоскошлифовальные с прямоугольным или круглым столом;

8. Притирочные и полировальные;

9. Разные.

 

4 Комбинированные.

 

5 Зубо- и резьбообрабатывающие.

1. Зубострогальные для цилиндрических зубчатых колес;

2. Зуборезные для конических зубчатых колес;

3. Зубофрезерные для цилиндрических зубчатых колес и многошпоночных валиков;

4. Зубофрезерные для червячных колес;

5. Для обработки торцов зубьев колес;

6. Резьбофрезерные;

7. Зубоотделочные;

8. Зубо- и резьбошлифовальные;

9. Разные.

6 Фрезерные.

1. Вертикально-фрезерные консольные;

2. Фрезерные непрерывного действия;

3. -------;

4. Копировальные и гравировальные;

5. Вертикальные бесконсольные;

6. Продольные;

7. Широкоуниверсальные;

8. Горизонтальные консольные;

9. Разные.

7 Строгальные долбежные и протяжные.

1. Продольно-строгальные одностоечные;

2. Продольно-строгальные двух стоечные;

3. Поперечно-строгальные (шепинги);

4. Долбежные;

5. Протяжные горизонтальные;

6. ---------;

7. Протяжные вертикальные;

8. --------;

9. Разные.

8 Разрезные.

1. Отрезные, работающие токарным резцом;

2. Отрезные, работающие абразивным кругом;

3. Отрезные, работающие гладким или насечным диском;

4. -------;

5. Пилы ленточные;

6. Пилы дисковые;

7. Пилы ножовки;

8. ---------;

9. ---------.

9 Разные.

1. Муфто- и трубообрабатывающие;

2. Пилонасекательные;

3. Правильно- и бесцентровообдирочные; и т. д.

4. Балансировочные;

5. Для испытания инструмента;

6. Делительные машины;

 

Кроме того, при выборе станка особое внимание обращают на его производительность. Производительность является основным эксплуатационным показателем работы станка. Под производительностью понимают количество деталей, обработанных на станке в единицу времени.

 

Движения в станке.

В начале главы мы отметили, как двигается заготовка или режущий инструмент. Движения, которые они совершают, называются формообразующие.

У металлорежущего станка имеется привод (механический, гидравлический, пневматический), с помощью которого обеспечивается передача движения рабочим органам: шпинделю, суппорту и т. п. Для осуществления процесса резания на металлорежущих станках необходимо обеспечить четкую взаимосвязь этих движений. Их подразделяют на два вида:

1) Основные движения (рабочие), которые предназначены непосредственно для осуществления процесса резания:

а) Главное движение Dг — осуществляется с максимальной скоростью. Может передаваться как заготовке (например в токарных станках) так и инструменту (напр. в сверлильных, шлифовальных, фрезерных станках). Характер движения: вращательный или поступательный. Характеризуется скоростью — v (м/с).

б) Движение подачи Ds — осуществляется с меньшей скоростью и так же может передаваться и заготовке и инструменту. Характер движения: вращательный, круговой, поступательный, прерывистый. Виды подач:

— подача на ход, на двойной ход Sx. (мм/ход), Sдв.х. (мм/дв.ход);

— подача на зуб Sz (мм/зуб);

— подача на оборот So (мм/оборот);

— частотная (минутная) подача Sm (об/мин).

 

2) Вспомогательные движения — способствуют осуществлению процесса резания, но не участвуют в нём непосредственно. Виды вспомогательных движений:

— наладка станка;

— задача режимов резания;

— установка ограничителей хода в соответствии с размерами и конфигурациями заготовок;

— управление станком в процессе работы;

— установка заготовки, снятие готовой детали;

— установка и смена инструмента и прочие.

 

Из чего делают станки.

А из чего строят металлорежущие станки? Каике используют конструкционные материалы? Основными материалами, применяемыми в станкостроении, являются серый чугун и сталь. Из серого чугуна отливают в основном крупные детали – станины, столы, плиты, суппорты, корпусы передних и задних бабок, кронштейны, крышки. Вес чугунного литья достигает 60-75 % общего веса станков. Из стали изготовляют шпиндели, валы, зубчатые колеса, ходовые винты, крепежные и другие детали. Из цветных металлов применяют преимущественно бронзу, употребляемую главным образом на изготовление венцов червячных колес, гаек ходовых винтов и ответственных подшипников скольжения.

 

Металлорежущие станки являются основным видом оборудования в машиностроении, приборостроении и др. отраслях промышленности. С каждым годом растут требования к металлорежущим станкам, их точности, степени автоматизации. Совершенствование металлорежущих станков предопределяет научно-технический прогресс, развитие технологии и организации машиностроительного производства.

 

Приложение 1.