/
Автор: Черпаков Б.И. Белянин П.Н.
Теги: общее машиностроение технология машиностроения машиноведение машиностроение металлорежущие станки автоматизация деревообработка автоматизация технологических процессов
ISBN: 5-217-03118-2
Год: 2002
Текст
Раздел IV
РАСЧЕТ
И КОНСТРУИРОВАНИЕ МАШИН
Том IV-7
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ
И ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ
ОБОРУДОВАНИЕ
Издание второе, исправленное
Редактор-составитель
чл.-кор. Академии технологических наук РФ, д-р техн, наук
Б.И. Черпаков
Ответственный редактор чл.-кор. РАН, д-р техн, наук
П.Н. Белянин
Редакторы тома: З.М. Левина, Б.Н. Сильвестров (Металлорежущие станки),
Викт.В. Амалицкий (Деревообрабатывающее оборудование)
МОСКВА “МАШИНОСТРОЕНИЕ” 2002
МАШИНОСТРОЕНИЕ
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ
В СОРОКА ТОМАХ
РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ
ФРОЛОВ К.В.
Председатель редакционного совета
Члены совета:
БелЯНИН П.Н. (зам. Председателя редсовета и главного
редактора), Колесников К. С. (зам. Председателя редсовета
и главного редактора), Адамов Е.О., Анфимов Н.А.,
Асташов В.К., Бессонов А.П., Бюшгенс ЕС.,
Васильев В.В., Васильев Ю.С., Воронин Т.П.,
Глебов И.А., Долбенко Е.Т., Жесткова И. Н.,
Кирпичников М.П., Клюев В.В., Коптев Ю.Н.,
Ксеневич И.П., Мартынов И.А., Митенков Ф.М.,
Новожилов Г.В., Носов В.Б., Образцов И.Ф.,
Панин В.Е., Паничев Н.А., Патон Б.Е., Пашин В.М.,
Платонов В.Ф., Пугин Н.А., Румянцева О.Н.,
Силаев И.С., Федосов Е.А., Фортов В.Е., Черный Г.Г.,
Шемякин Е.И.
МОСКВА “МАШИНОСТРОЕНИЕ” 2002
Раздел IV
РАСЧЕТ
И КОНСТРУИРОВАНИЕ МАШИН
Том IV-7
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ
И ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ
ОБОРУДОВАНИЕ
Издание второе, исправленное
Редактор-составитель
чл.-кор. Академии технологических наук РФ, д-р техн, наук
Б.И. Черпаков
Ответственный редактор чл.-кор. РАН, д-р техн, наук
П.Н. Белянин
Редакторы тома: З.М. Левина, Б.Н. Сильвестров (Металлорежущие станки),
Викт.В. Амалицкий (Деревообрабатывающее оборудование)
МОСКВА “МАШИНОСТРОЕНИЕ” 2002
УДК 621.01/03
ББК 34.44
М 38
Авторы: Б. И. Черпаков, О. И. Аверьянов, Г. А. Адоян, Г. А. Алексеев,
Викт. В. Амалицкий, Вит. В. Амалицкий, А. А. Аракелян, В. В. Барабанов,
В. Е. Барт, В. С. Белов, В. Г. Бондарь, М. А. Босинзон, А. М. Брон, М. Ю. Брови-
на, В. В. Бушуев, В. С. Васильев, В. Б. Великович, Л. И. Вереина, Л. Т. Виноградо-
ва, М. В. Голубева, Э. Я. Гродзинский, Г. Б. Евгеньев, В. В. Жедь, О.В. Жедь,
Г. М. Иванов, В. В. Каминская, А И. Камышев, Е. И. Карасев, Ю. X. Кашаев,
С. С. Кедров, А Н. Кирилов, С. И. Ковальцун, М. П. Козочкин, К. Н. Константи-
нов, Л. М. Кордыш, А. А Корниенко, В. Л. Косовский, Н. А. Кочинев, А. Т. Кравец,
В. А. Кудинов, В. М. Кузнецов, В. Н. Кустовский, В. Н. Ладик, А. С. Лапидус,
А И. Левин, 3. М. Левина, Д. Г. Левит, А. С. Литвак, О. В. Ложкин, М. 3. Лурье,
В. И. Любченко, А. Г. Маеров, Е. В. Мельников, В. Г. Морозов, П. 3. Немировский,
А. В. Пальцев, Э. М. Пекарский, Ш. И. Пичхадзе, Н. Д. Плотников, А. И. Плуж-
ников, В. Т. Портман, Р. М. Пратусевич, Л. А Роговский, С. Г. Розенблюм, С. П. Рык,
Ю. И. Савинов, Г. С. Санина, А. А. Сафонов, В. К. Свешников, М. Г. Сегаль,
А П. Сегида, Ю. А. Сергачев, Б. Н. Сильвестров, В. О. Ситов, Н. Э. Соколова,
В. И. Сутормин, Ю. П. Тарамыкин, О. В. Таратынов, Я. А. Толкачева, М. Р. Тусуп-
беков, Г. М. Фатеев, А Н. Феофанов, А М. Фигатнер, Е. К. Филиппов,
Б. И. фрагин, Н. Ф. Хлебалин, В. С. Хомяков, Л. Н. Цейтлин, А. Б. Черпаков,
А. Д. Чудаков, А. Я. Шапиро, С. А. Шевчук, Е. Г. Щербак, Э. В. Эйхенвальд,
М. А. Эстерзон.
Рецензенты: д-р техн, наук О. В. Таратынов, д-р техн, наук В. Э. Пуш, канд.
техн, наук С. М. Хаздан
Рабочая группа Редакционного совета: К. С. Колесников, П. Н. Белянин,
В. В. Васильев, В. К. Асташов, А. П. Бессонов, Н. Н. Боброва, Е. Т. Долбенко,
И. Н. Жесткова, Г. В. Москвитин
Машиностроение. Энциклопедия. Ред. совет: К. В. Фролов (пред.) и др. М.: Машино-
М 38 строение.
Металлорежущие станки и деревообрабатывающее оборудование. Т. IV - 7 /
. f Б. И. Черпаков, О. И. Аверьянов, Г. А. Адоян н др.; Под ред. Б. И. Черпакова, -
2-е изд., испр. 2002 . - 864 с., ил.
Рассмотрены основы проектирования металлорежущих станков, тех-
нологические особенности обработки на них, а также обработки древе-
сины, выбор материалов для изготовления станков, типаж и САПР стан-
ков различных групп, функциональные механизмы деревообрабатывающе-
го оборудования.
Приведены особенности конструкции станков, их систем и узлов,
описаны их испытания и условия эксплуатации.
ББК 34.44
ISBN 5-217-03118-2 (Т. IV - 7) © Издательство “Машиностроение”, 1999
ISBN 5-217-01949-2 © Издательство “Машиностроение”, 2002
ОГЛАВЛЕНИЕ
Раздел 1. МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ
СТАНКИ......................... 12
Глава 1.1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕ-
НИЯ (В. С. Васильев).... 12
1.1.1. Основные термины и
определения............ 12
1.1.2. Типы станков и их
классификация.......... 12
1.1.3. Потребительские
свойства станков....... 13
1.1.4. Тенденции развития
современных станков.... 20
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.............. 21
Глава 1.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ
НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ
СТАНКАХ........................ 21
1.2.1. Детали, обрабатывае-
мые на станках (М. А. Эс-
терзон)................ 21
1.2.2. Особенности по-
строения технологического
процесса обработки на
металлорежущих станках
(М. А. Эстерзон) .................. 23
1.2.3. Процессы, происхо-
дящие при функциониро-
вании станка (резание,
трение, упругие деформа-
ции, колебания и т.п.)
(В. А. Кудинов)...... 25
1.2.4. Выбор технической
характеристики станка для
проектирования (3. М. Ле-
вина) ............... 27
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......... 31
Глава 1.3. МАТЕРИАЛЫ В
СТАНКОСТРОЕНИИ, ИХ
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ
СВОЙСТВА И ПРИМЕ-
НЕНИЕ ............... 31
1.3.1. Выбор чугунов для
проектирования станков и
технология размерной ста-
билизации литых базовых
деталей станков (С. А. Шев-
чук, Г. А. Адоян).... 31
1.3.2. Выбор сталей при
проектировании станков и
способы их упрочнения
(С. А. Шевчук, М. Ю. Бро-
вина) ................... 38
1.3.3. Выбор конструкци-
онных газотермических по-
крытий для деталей станков
(С. А. Шевчук, Е. В. Мель-
ников) .................. 46
1.3.4. Применение синте-
грана - полимерного ком-
позиционного материала
при проектировании стан-
ков (С. А. Шевчук, Г. С. Са-
нина, В. Е. Барт)........ 49
1.3.5. Выбор лакокрасочных
и коисервациониых мате-
риалов при создании стан-
ков (С. А. Шевчук, А. А. Са-
фонов, Л. Т. Виноградова) ... 54
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............. 59
Глава 1.4. ОСНОВЫ ПРОЕКТИ-
РОВАНИЯ И РАСЧЕТА
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ
СТАНКОВ......................... 59
1.4.1. Общие сведения
(О. И. Аверьянов)........ 59
1.4.2. Технические требова-
ния, предъявляемые к стан-
кам (О. И. Аверьянов)... 60
1.4.3. Компоновка металло-
режущих станков (О. И.
Аверьянов)............... 62
1.4.4. Модульный принцип
построения станков (О. И.
Аверьянов)............... 64
1.4.5. Статические упругие
перемещения проектируе-
мого станка (3. М. Левина) 70
1.4.6. Динамические расче-
ты станков (В. А. Кудинов) 72
1.4.7. Учет температурных
процессов (А. П. Сегида) .... 84
1.4.8. Факторы, учитывае-
мые при точностных расче-
тах (В. Т. Портман) 87
6
ОГЛАВЛЕНИЕ
1.4.9. Расчеты надежности
проектируемого станка
(В. В. Барабанов) ..... 89
1.4.10. Инженерная биоди-
агностика при проектиро-
вании станков и станочных
систем (Л. И. Плужников) . . 92
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............. 94
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИС-
ТЕМЫ СТАНКА, ИХ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И
РАСЧЕТ................. 95
1.5.1. Критерии работоспо-
собности систем станка и
их расчетов в связи с вы-
ходными характеристиками
станка (В. В. Каминская) .... 95
1.5.2. Проектирование и
расчет шпиндельных узлов
металлорежущих станков
(Л. М. Фигатнер) ...... 99
1.5.3. Проектирование и
расчет несущих систем ме-
таллорежущих станков
(В. В. Каминская)...... 119
1.5.4. Конструирование и
расчет направляющих (Л. С.
Лапидус, 3. М. Левина). 130
1.5.5. Проектирование и
расчет приводов главного
движения (Р. М. Пратусе-
вич) 148
1.5.6. Проектирование и
расчет приводов подачи
(Э. М. Пекарский, Л. В. Паль-
цев, Л. М. Кордыш).... 159
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............. 170
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОС-
МАЗОЧНОЕ ОБОРУДО-
ВАНИЕ ................ 172
1.6.1. Основы проектирова-
ния гидрооборудования
(Г. М. Иванов, В. К. Свеш-
ников) ................ 172
1.6 2. Основы проектирова-
ния пневматических систем
и устройств (О. В. Ложкин) 208
1.6 3. Смазочное оборудо-
вание (Э. В. Эйхенвальд) 233
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............. 239
Глава 1.7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВА-
НИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУ-
ЩИХ СТАНКОВ........... 240
1.7.1. Автоматизированные
электроприводы станков
(М. Л. Босинзон)......... 240
1.7.2. Электромеханические
узлы станков (М. А. Босин-
зон) ..................... 252
1.7.3. Проектирование
электроавтоматики станков
(Я. А. Толкачева)....... 256
1.7.4. Обеспечение на ста-
дии проектирования элек-
тробезопасности станков
(В. Н. Ладик)........... 265
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.............. 268
Глава 1.8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
СТАНКАМИ И СТАНОЧ-
НЫМИ КОМПЛЕКСАМИ
(Л. Д. Чудаков)............... 268
1.8.1. Системы управления
станками и станочными
комплексами............ 268
1.8.2. Структура и функции
систем управления станка-
ми и ставочными комплек-
сами 270
1.8.3. Управление автома-
тическими циклами станков
и оборудования станочных
комплексов............. 273
1.8.4. Датчики обратной
связи в системах ЧПУ... 274
1.8.5. Управление следящи-
ми и шаговыми приводами 276
1.8.6. Компьютерные сис-
темы управления станками
(системы CNC).......... 278
1.8.7. Системы группового
управления станочными
комплексами (системы
DNC) 279
1.8.8. Системы организаци-
онно-технологического уп-
равления .............. 282
1.8.9. Системы диспетчер-
ского управления....... 285
1.8.10. Многоуровневые
иерархические системы уп-
равления в компьютеризо-
ванном интегрированном
производстве........... 288
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............. 291
Глава 1.9. АВТОМАТИЗАЦИЯ
СТАНКОВ....................... 292
1.9.1. Обеспечение устой-
чивой и стабильной ра-
боты станков (Б. И. Чер-
паков) 292
ОГЛАВЛЕНИЕ
7
1.9.2. Загрузочно-разгрузоч-
ные устройства металлоре-
жущих станков (Б. И. Чер-
паков) ................... 295
1.9.3. Промышленные ро-
боты для металлорежущих
станков (В. Б. Великович) ... 314
1.9.4. Контрольно-измери-
тельные и диагностические
устройства, встраиваемые в
металлорежущие станки
(Б. И. Черпаков)...... 320
1.9.5. Устройства автомати-
ческой смены инструмента
(С. И. Ковальцун)..... 330
1.9.6. Устройства отвода
стружки (Б. И. Черпаков) ... 332
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............ 335
Глава 1.10. АВТОМАТИЗИРО-
ВАННОЕ ПРОЕКТИРО-
ВАНИЕ МЕТАЛЛОРЕ-
ЖУЩИХ СТАНКОВ......... 338
1.10.1. Основные методиче-
ские принципы автомати-
зации проектирования в
станкостроении. Математи-
ческие ' модели объектов
проектирования (А. И. Ле-
вин) ..................... 338
1.10.2. Структура системы
автоматизированного про-
ектирования (А. И. Левин) 340
1.10.3. Автоматизированное
проектирование компоно-
вок станков (В. С. Хомяков) 342
1.10.4. Автоматизированное
проектирование узлов и
механизмов станков из
унифицированных элемен-
тов (А. И. Левин)......... 344
1.10.5. Автоматизированное
проектирование деталей и
технологических процессов
их изготовления, в том
числе управляющих про-
грамм (Г. Б. Евгеньев).. 347
1.10.6. Автоматизированное
эскизное проектирование
приводов главного движе-
ния (А. С. Литвак)...... 351
1.10.7. Автоматизированное
эскизное проектирование
шпиндельных узлов (3. М.
Левина).................. 352
1.10.8. Автоматизированное
эскизное проектирование
приводов подач станков с
ЧПУ (Б. И. Фрагин)...... 355
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......... 355
Глава 1.11. ТИПАЖ МЕТАЛЛО-
РЕЖУЩИХ СТАНКОВ 357
1.11.1. Размерные ряды
станков (А. А. Корниенко) ... 357
1.11.2. Модификации стан-
ков для производств раз-
личных типов (А. А. Корни-
енко) 358
1.11.3. Международная
специализация в области
станкостроения (ТО. X. Ка-
шаев) 359
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......... 361
Глава 1.12. СТАНКИ ТОКАРНОЙ
ГРУППЫ.............. 361
1.12.1. Классификация и
выбор основных техниче-
ских показателей станков
токарной группы (ТО. П.
Тарамыкин, О. В. Тараты-
нов) ..................... 361
1.12.2. Токарные и токар-
но-винторезные станки.
Конструкции и особенно-
сти проектирования (ТО. П.
Тарамыкин, О. В. Тараты-
нов) ..................... 366
1.12.3. Токарные полуавто-
маты и автоматы. Конст-
рукции и особенности про-
ектирования (ТО. П. Тара-
мыкин, О. В. Таратынов) .... 370
1.12.4. Токарные револь-
верные станки. Конструк-
ции и особенности проек-
тирования (ТО. П. Тарамы-
кин, О. В. Таратынов).... 379
1.12.5. Токарные копиро-
вальные станки. Конструк-
ции и особенности проек-
тирования (ТО. П. Тарамы-
кин, О. В. Таратынов).... 382
1.12.6. Карусельные и ло-
бовые станки. Конструкции
и особенности проектиро-
вания (ТО. П. Тарамыкин,
О. В. Таратынов).......... 384
1.12.7. Токарные затыло-
вочные станки. Конструк-
ции и особенности проек-
тирования (Л. И. Вереина) 387-
8
ОГЛАВЛЕНИЕ
1.12.8. Резьбонарезные
станки. Конструкции и
особенности проектирова-
ния (ТО. П. Тарамыкин,
О. В. Таратынов).......... 388
1.12.9. Токарные специали-
зированные и специальные
станки. Конструкции и
особенности проектирова-
ния (70. 27. Тарамыкин,
О. В. Таратынов) ......... 392
1.12.10. Типовые комплек-
ты лезвийных токарных
инструментов (Е. Г. Щер-
бак) ..................... 395
1.12.11. Технологические
циклы обработки на токар-
ных станках с ЧПУ (20. 27.
Тарамыкин, О. В. Тараты-
нов) ..................... 397
1.12.12. Токарные станки в
составе автоматических
линий (70. 77. Тарамыкин,
О. В. Таратынов).......... 400
1.12.13. Гибкие автомати-
зированные участки (ГАУ)
и робототехнические ком-
плексы (РТК) на базе то-
карных станков (ТО. 77.
Тарамыкин, О. В. Тараты-
нов) ............. 408
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....... 410
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕР-
ЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-
РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ ... 411
Глава
1.13.1. Классификация и
выбор основных техниче-
ских характеристик станков
сверлильно-фрезерно-рас-
точной группы {Л. М. Кор-
дыш) .................... 411
1.13.2. Сверлильные стан-
ки. Конструкции и особен-
ности проектирования
(27. М. Кордыш) ......... 415
1.13.3. Расточные станки.
Конструкции и особенно-
сти проектирования (Л. М.
Кордыш).................. 421
1.13.4. Специализирован-
ные сверлильные и расточ-
ные станки. Конструкции и
особенности проектирова-
ния (Л. М. Кордыш)...... 427
1.13.5. Фрезерные станки.
Конструкции и особенно-
сти проектирования (В. Л.
Косовский).............. 432
1.13.6. Специализирован-
ные фрезерные станки.
Конструкции и особенно-
сти проектирования (В. Л.
Косовский)............... 440
1.13.7. Многоцелевые свер-
лильно-фрезерно-расточ-
ные станки. Конструкции и
особенности проектирова-
ния (27. М. Кордыш)..... 442
1.13.8. Технологические
циклы обработки. Ком-
плекты инструментов и
переналаживаемой оснастки
для многоцелевых станков
(А. М. Брон)............. 452
1.13.9. Классификация,
области применения, кон-
структивные особенности и
принципы построения тех-
нологических систем меха-
нической обработки кор-
пусных и плоских деталей
(А. М. Брон)........... 470
1.13.10. Автоматизирован-
ные участки для изготовле-
ния корпусных и плоских
деталей. Структура, состав
и особенности проектиро-
вания (А. М. Брон)..... 472
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............. 483
1.14. ЗУБООБРАБАТЫ-
ВАЮЩИЕ СТАНКИ.......... 484
1.14.1. Общие сведения.
Основные методы обработ-
ки. Классификация и вы-
бор основных характери-
стик зубообрабатывающих
станков (Е. К. Филиппов) .... 484
1.14.2. Станки для обработ-
ки цилиндрических и чер-
вячных зубчатых колес.
Конструкции и особенно-
сти проектирования (Л. А.
Роговский, С. 77. Рык, Б. 77.
Сильвестров, Ш. И. Пич-
хадзе) 485
1.14.3. Станки для обработ-
ки гипоидных и кониче-
ских зубчатых колес. Кон-
струкции и особенности
проектирования (77. Ф.
Хлебалин, Н. Д. Плотников,
М. Г. Сегаль).......... 498
1.14.4. Шлицефрезерные
станки. Конструкции и
особенности проектирова-
ния (С. 77. Рык)....... 507
ОГЛАВЛЕНИЕ
9
1.14.5. Зубозакругляющие
станки и станки для снятия
фасок и заусенцев. Конст-
рукции и особенности про-
ектирования (С. Л. Рык) .... 509
1.14.6. Многоцелевые зубо-
обрабатывающие станки.
Конструкции и особенно-
сти проектирования (Б. Н.
Сильвестров).......... 5|Ц|
1.14.7. Зубонакатные и
шлиценакатные станки.
Конструкции и особенно-
сти проектирования (В. Н.
Кустовский)............ 514
1.14.8. Автоматизация зубо-
обрабатывающих станков
(С. П. Рык)............ 514
1.14.9. Технологические
циклы и приемы обработки
поверхностей зубьев (Б. Н.
Сильвестров)............ 5И
1.14.10. Автоматические
линии из зубообрабаты-
вающих станков (Л. А. Ро-
говский) .............. 524
1.14.11. Гибкие автомати-
зированные участки из
зубообрабатывающих стан-
ков с ЧПУ (Ш. И. Пичхад-
зе) 527
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............. 527
Глава 1.15. РЕЗЬБООБРАБАТЫ-
ВАЮЩИЕ СТАНКИ (А. Г. !
Маеров)................ 52Э
1.15.1. Общие сведения. 527
1.15.2. Резьбонакатные
станки. Конструкции и
особенности проектирова-
ния ................... 532
1.15.3. Станки для нареза-
ния резьбы резцами и резь-
бонарезными головками.
Конструкции и особенно-
сти проектирования..... 539
1.15.4. Станки для нареза-
ния резьбы метчиками.
Конструкции и особенно-
сти проектирования..... 544
1.15.5. Резьбофрезерные
-станки................. 548
1.15.6. Резьбошлифоваль-
ные станки............ 5511
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............ 5611
Глава 1.16. ШЛИФОВАЛЬНЫЕ
СТАНКИ................. 562
1.16.1. Общие сведения.
Классификация и основные
характеристики шлифо-
вальных станков. Особен-
ности проектирования
(А. Я. Шапиро).......... 5621
1.16.2. Особенности конст-
рукции и проектирования
станков для скоростного и
обдирочного шлифования
(Г. М. Фатеев)........... 563
1.16.3. Круглошлифоваль-
ные станки (К. Н. Кон- ...
стантинов)................ „Я
1.16.4. Внутришлифоваль-
ные станки (К. Н. Кон-
стантинов) .............
1.16.5. Плоскошлифоваль-
ные станки (В. О. Ситов,
А. Я. Шапиро)...........
1.16.6. Бесцентровые круг-
лошлифовальные станки
(В. О. Ситов)............ 579
1.16.7. Профилешлифо-
вальные станки (М. 3. Лу-
рье) .................. 582
1.16.8. Заточные станки
(Г. М. Фатеев)........ Jill
1.16.9. Станки для шлифо-
вания кулачков распредели-
тельных валов (Л/. В. Голу-
бева) ...................
1.16.10. Конструкции ба-
лансирующих устройств
(В. И. Сутормин)....... .38
1.16.11. Специализирован-
ные станки абразивной
обработки. Конструкции и
особенности проектирова-
ния (А. А. Аракелян)... 591
1.16.12. Автоматические
линии из шлифовальных
станков. Особенности про-
ектирования (А. Я. Шапиро) 593
1.16.13. Особенности выбо-
ра методов и циклов шли-
фования (Л. Н. Цейтлин) ... 596
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............. 601
Глава 1.17. ПРОТЯЖНЫЕ,
СТРОГАЛЬНЫЕ И ОТ-
РЕЗНЫЕ СТАНКИ....................,. 602
1.17.1. Протяжные станки.
Конструкции и особенно-
сти проектирования (В. С.
Белов)....................... 602
1.17.2. Строгальные станки.
Конструкции и особенно-
сти проектирования (В. Л.
Косовский) ........................... 604
ОГЛАВЛЕНИЕ
1.17.3. Отрезные станки. 1.19.7. Агрегатные станки с
Конструкции и особенно- сти проектирования (В. Л. Косовский} СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Глава 1.18. СТАНКИ ЭЛЕКТРО- ФИЗИКОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ 1.18.1. Общие сведения. Классификация и основные характеристики станков для электрофизикохимической (ЭФХ) обработки. Особен- ности проектирования (Г. А. Алексеев, Н. Э. Соко- лова) 1.18.2. Элекгроэрозиоиные копировально-прошивоч- ные станки. Конструкции и особенности проектирова- ния (Г. А. Алексеев) 1.18.3. Вырезные станки. Конструкции и особенно- сти проектирования (Г. А. Алексеев) 1.18.4. Станки для абразив- но-электрохимической обра- ботки (АЭХО). Конструкции и особенности проектирова- ния (Э. Я. Гродзинский) 1.18.5. Станки для электро- химической размерной обработки. Конструкции и особенности проектирова- ния (Г. А. Алексеев) 1.18.6. Участки из электро- эрозионных станков (Л. Т. Кравец) СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Глава 1.19. АГРЕГАТНЫЕ СТАН- КИ 1.19.1. Принципы агрегати- рования (Б. И. Черпаков) .... 1.19.2. Классификация и типы агрегатных станков (Б. И. Черпаков) 1.19-3. Унифицированные узлы агрегатных станков (Б. И. Черпаков) 1.19.4. Специальные узлы агрегатных станков "(К И. Черпаков, А. Н. Феофанов) 1.19.5. Проектирование и расчеты систем агрегатных станков (Б. И. Черпаков, А. Б. Черпаков, А. Н. Фео- фанов) 1.19.6. Особенности расче- тов и проектирования аг- регатных станков (Б. И. Черпаков) ............................. 606 607 607 607 617 619 622 624 626 629 629 629 630 632 636 646 650 ЧПУ (М. Р. Тусупбеков) 1.19.8. САПР агрегатных станков (77. 3. Немировский) 1.19.9. Типовые компонов- ки автоматических линий из агрегатных станков (Б. И. Черпаков) СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Глава 1.20. СВЕРХПРЕЦИЗИ- ОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ 1.20.1. Основные проблемы в области создания высоко- прецизионного станочного оборудования (Г. М. Ива- нов) 1.20.2. Конструктивные требования к базовым эле- ментам и узлам (Д. Г. Ле- вит) 1.20.3. Особенности конст- руирования и эксплуатации сверхпрецизионного обору- дования (Д. Г. Левит) 1.20.4. Опыт создания сверхпрецизионных станков СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Глава 1.21. ТЯЖЕЛЫЕ СТАНКИ (В. В. Бушуев) 1.21.1. Основные понятия 1.21.2. Особенности конст- рукции и проектирования 1.21.3. Тяжелые карусель- ные станки 1.21.4. Тяжелые многоцеле- вые станки 1.21.5. Тяжелые продольно- обрабатывающие станки 1.21.5. Тяжелые зубооб- рабатывающие станки СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Глава 1.22. ЭКСПЛУАТАЦИЯ СТАНКОВ 1.22.1. Установка станков на фундамент (В. В. Камин- ская) 1.22.2. Техническое обслу- живание металлорежущих станков (С. Г. Розенблюм, В. В. Барабанов) 1.22.3. Организация ремон- та металлорежущих станков (С. Г. Розенблюм) 1.22.4. Модернизация стан- ков (С. Г. Розенблюм) СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 654 656 661 661 663 663 664 667 669 670 670 670 671 691 694 697 699 701 702 702 705 709 711 713
ОГЛАВЛЕНИЕ
11
Глава 1.23. ИСПЫТАНИЯ МЕ-
ТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАН-
КОВ ....................... 713
1.23.1. Виды испытаний и
характеристики станков
(А. И. Камышев)..... 713
1.23.2. Методы и средства
испытаний (Л. И. Камышев) 715
1.23.3. Оценка геометриче-
ской точности станков
(В. В. Жедь, Ю. И. Савинов) 719
1.23.4. Оценка точности
обработки деталей (Л. И.
Камышев, С. С. Кедров,
О. В. Жедь)......... 721
1.23.5. Оценка работоспо-
собности станка при мак-
симальных режимах работы
(Н. А. Кочинев)..... 728
1.23.6. Оценка производи-
тельности станков (Н. А.
Кочинев)............ 729
1.23.7. Испытание станков
на надежность (В. В. Бара-
банов) 732
1.23.8. Оценка шумовых
характеристик станков
(М П. Козочкин)..... 734
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ......... 736
Раздел 2. ДЕРЕВООБРАБАТЫ-
ВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВА-
НИЕ ...................... 738
Глава 2.24. РЕЗАНИЕ ДРЕВЕ-
СИНЫ И ДРЕВЕСНЫХ
МАТЕРИАЛОВ (В. И. Люб-
ченко)..................... 738
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ......... 755
Глава 2.25. ФУНКЦИОНАЛЬ-
НЫЕ МЕХАНИЗМЫ ДЕ-
РЕВООБРАБАТЫВАЮ-
ЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
(Викт. В. Амалицкий, В. Г.
Бондарь)............ 756
2.25.1. Базирующие, при-
жимные и зажимные уст-
ройства .............. 756
2.25.2. Механизмы главного
движения............... 759
2.25.3. Механизмы подачи 764
2.25.4. Загрузочно-разгру-
зочные устройства..... 770
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............. 772
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫ-
ВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВА-
НИЕ ..................... 772
2.26.1. Деревообрабаты-
вающие станки общего
назначения (Викт. В. Ама-
лицкий) ............... 772
2.26.2. Оборудование лесо-
пильного производства
(В. М. Кузнецов)......... 798
2.26.3. Оборудование ме-
бельного производства
(Вит. В. Амалицкий) ............ 813
2.26.4. Оборудование для
производства столярно-
строительных изделий
(Викт. В. Амалицкий, Ю. А.
Сергачев)................ 827
2.26.5. Оборудование для
производства древесных
плит (Е. И. Карасев).... 834
2.26.6. Оборудование для
производства фанеры и
спичек (А. Н. Кириллов,
Ю. А. Сергачев).......... 849
2.26.7. Станки для заточки
и подготовки дереворежу-
щего инструмента (В. Г.
Морозов)................ 857
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ................ 862
РАЗДЕЛ 1
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ
Глава 1.1
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
1.1.1. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Механическая обработка резанием - это
обработка, заключающаяся в образовании но-
вых поверхностных слоев материала с образо-
ванием стружки. Образование поверхности
сопровождается деформированием и разруше-
нием поверхностных слоев материала.
Полуфабрикат - предмет труда, подле-
жащий дальнейшей обработке на предпри-
ятии- потребителе.
Заготовка - предмет труда, из которого
изменением формы, размеров, свойств по-
верхности материала изготовляют деталь.
Основные элементарные поверхности
(цилиндр, плоскость) образуются копировани-
ем внутренних эталонов станка: направляющих
прямолинейного или вращательного движе-
ний, шпинделей с точным расположением оси
вращения. Размер и расположение этих по-
верхностей определяются с помощью отсчет-
ных устройств, встроенных в станок, или уни-
версальными измерительными свойствами.
Винтовые, эвольвентные и иные сложные по-
верхности образуются с помощью вращатель-
ных'и поступательных движений. Поверхности
одной и той же геометрической формы могут
быть обработаны различными способами; на-
пример, наружная цилиндрическая поверх-
ность может быть получена обтачиванием рез-
цом, круговым фрезерованием, наружным
протягиванием, шлифованием различными
методами и т.д. Каждому способу обработки
соответствует, как правило, свой тип металло-
режущего станка: токарный, фрезерный, про-
тяжной, круглошлифовальный и т.д. и свой
вид режущего инструмента: резец, фреза, про-
тяжка, шлифовальный круг и т.д.
Режущая кромка инструмента образуется
при сочетании прямых линий и дугообразных
кривых, что позволяет совместно с вращатель-
ными и поступательными относительными
движениями инструмента и заготовки образо-
вать все многообразие процессов резания и
методов формообразования поверхностей де-
талей.
Кроме того, к металлообрабатывающему
оборудованию относятся машины, исполь-
зующие в качестве рабочего инструмента сво-
бодно движущийся абразивный порошок или
более крупные частицы абразива, приводимые
в движение относительно заготовки струей
жидкости, ультразвуком, вибрацией, а также
воздействием на обрабатываемую поверхность
струи жидкости под высоким давлением, вы-
сокочастотных разрядов импульсного тока
(эрозионная обработка), электрохимическое
растворение (электрохимическая обработка),
воздействие концентрированных пучков
(электронная обработка) или квантов моно-
хроматического света (лазерная обработка).
Все эти процессы объединяются в группу
злектрофизикохимических и лазерных процес-
сов и применяются, как правило, при обра-
ботке материалов, которые плохо обрабатыва-
ются традиционными способами. Удельная
энергоемкость этих процессов на один-два
порядка превышает энергоемкость механиче-
ской обработки резанием.
1.1.2. ТИПЫ СТАНКОВ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ
Число типов станков, применяемых в со-
временном машиностроении, велико и в ха-
рактеристику отдельных типов станков входят
разнообразные признаки.
Главным признаком, определяющим
конструкцию станка, является главное движе-
ние резания - прямолинейное поступательное
или вращательное движение заготовки или
режущего инструмента, происходящее с наи-
большей скоростью в процессе резания.
Движение подачи - прямолинейное по-
ступательное или вращательное движение ре-
жущего инструмента или заготовки, скорость
которого меньше скорости главного движения
резания, предназначенное для того, чтобы
распространить отделение слоя материала на
всю обрабатываемую поверхность.
В токарных станках главным движением
является вращение шпинделя, несущего заго-
товку, а движения подачи осуществляются с
помощью суппорта, несущего режущий инст-
румент. Во фрезерных станках главным дви-
жением является вращение шпинделя, несу-
щего фрезу, а движение подачи осуществляет-
ся с помощью стола, несущего заготовку. В
круглошлифовальном станке главным движе-
нием является вращение шлифовального кру-
га, а движения подачи - вращение детали и
ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ СВОЙСТВА СТАНКОВ
13
продольное перемещение стола и шлифоваль-
ной бабки и т.д.
По степени специализации различают
станки:
универсальные, служащие для выполнения
различных операций на деталях многих на-
именований;
широкого назначения - для выполнения
определенных операций на деталях многих
наименований;
специализированные - для обработки дета-
лей одного наименования, но разных разме-
ров;
специальные - для выполнения отдельных
операций при изготовлении определенной,
как правило, одной детали.
По степени автоматизации различают
станки:
автоматические, способные менять обра-
батываемые детали в автоматическом режиме;
полуавтоматические, способные в авто-
матическом режиме обрабатывать одну деталь;
ручные, требующие вмешательства опера-
тора в процессе обработки детали.
В автоматических и полуавтоматических
станках (автоматах и полуавтоматах) автомати-
зирована вся последовательность движений
(цикл обработки), смена режущих инструмен-
тов, а в некоторых случаях и контроль полу-
ченного размера. К таким станкам относятся
станки с числовым программным управлени-
ем, в которых сведения о форме обрабатывае-
мой детали, режимах обработки и ее последо-
вательности вводятся в систему управления в
виде кодов и чисел. Система управления пред-
ставляет микроэлектронное изделие, имеющее
структуру, близкую к ЭВМ, в памяти которой
хранятся указанные выше сведения, образую-
щие управляющую программу.
В классе станков с программным управ-
лением выделяют группу мультиавтоматов -
станков, способных в автоматическом режиме'
переходить с обработки деталей одного наиме-
нования к обработке деталей другого наимено-
вания. Более широкое определение по техно-
логическим возможностям имеет гибкий про-
изводственный модуль (ГПМ).
Мультиавтоматы и особенно ГПМ пред-
назначены в первую очередь для изготовления
заданного специфицированного комплекта
деталей в современных, интегрированных на
основе компьютерной техники, производствах.
По достижимой точности обработки раз-
личают станки: Н (нормального), П (повышен-
ного), В (высокого), А (особо высокого) и С
(мастер-станки с погрешностью 1 мкм) классов
точности. В связи с развитием прецизион-
ного машиностроения начато освоение
станков еще более высоких классов точ-
ности: класса Т (погрешность 0,3 мкм) и
класса К (погрешность 0,1 мкм).
По параметрам шероховатости обрабо-
танной поверхности могут быть выделены
станки: обдирочный, отделочный, доводочный
и т.п., а по числу важнейших рабочих органов
различают станки: одношпиндельный, двух-
шпиндельный, многошпиндельный, многорез-
цовый, двухсуппортный и т.п. или по важ-
нейшему технологическо-конструктивному
признаку: шестипозиционный, двухстоечный и
т.п.
Различаются станки и по некоторым
конструктивным признакам: с круглым сто-
лом, двухсторонний, настольный и т.п.
Машины, находящиеся в эксплуатации,
образуют парк металлорежущих станков. Чем
выше доля автоматизированных станков в
парке, тем шире его потенциальные техноло-
гические возможности, которые во многом
зависят от доли в нем точного оборудования.
Структура парка складывается стихийно и
отражает уровень специализации промышлен-
ности. Чем выше уровень массового производ-
ства, тем больше в парке специальных, спе-
циализированных и автоматических станков.
Серийное производство базируется в основном
на полуавтоматах, станках с программным
управлением, гибких производственных моду-
лях и на универсальном оборудовании. Преоб-
ладание универсального оборудования в парке
свидетельствует о мелкосерийном характере
производства в промышленности.
В серийном производстве производи-
тельность повышается вследствие концентра-
ции различных видов обработки на одном
станке, имеющем в своих магазинах или ре-
вольверных (поворотных) головках необходи-
мый запас инструмента, работающего как пра-
вило, последовательно. Стремление снять со
станков полностью обработанную деталь с
целью резко упростить планирование много-
номенклатурного серийного производства за-
ставляет объединить в одном станке черно-
вые, получистовые, чистовые и отделочные
переходы. При этом сокращается процежива-
ние детали в ожидании следующей операции,
снижаются складские запасы полуфабрикатов.
Широкая номенклатура обрабатываемых дета-
лей делает важнейшим свойством станка тех-
нологическую гибкость - способность быст-
рого перехода на обработку детали другого
наименования.
Классификация металлорежущих станков
приведена в табл. 1.1.1.
1.1.3. ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ СВОЙСТВА СТАНКОВ
Важнейшими потребительскими свойст-
вами металлорежущих станков как машин-
орудий являются производительность, техно-
логические возможности, точность, перенала-
живаемость, безотказность и долговечность,
экологические, эргонометрические и технико-
экономическая эффективность.
14
Глава 1.1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
1.1.1. Классификация
Станки Номер группы Подгруппы
0 1 2 3
Токарные 1 Автоматы продольного точения Автоматы и полуавтоматы: Токарно- револьвер- ные станки
одношпин- дельные (в том числе продольного точения) многошпин- дельные
Сверлильно- расточные 2 Гайконарез- ные автоматы Вертикально- сверлильные станки Многоцеле- вые свер- лильно- фрезерно- расточные станки
Шлифовальные 3 Кругло- и бесцентрово- шлифоваль- ные станки Внутри- и координатно- шлифоваль- ные станки Обдирочно- шлифо- вальные, специали- зированные шлифоваль- ные станки
Электрофизические и электрохимиче- ские 4 Лазерные станки
Зубообразующие 5 Зубодолбеж- ные станки Зуборезные станки для конических колес Зубофрезер- ные и шли- цефрезерные станки
Фрезерные 6 Барабанно- фрезерные станки Вертикально- фрезерные консольные станки Фрезерно- расточные станки од- ностоечные с продоль- ным столом
Строгальные, дол- бежные, протяжные 7 Продольно- crai одностоечные строгальные тки: двухстоечные Поперечно- строгальные станки
Отрезные 8 Абразивно- отрезные станки
Разные 9 Грубо- и муфтообраб- атывающие станки Бесцентрово- токарные и бесцентрово- обдирочные станки
ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ СВОЙСТВА СТАНКОВ
15
металлорежущих станков
станков
4 5 6 7 8 9
Токарно- револьверные полуавтоматы Токарно- карусель- ные станки Токарно- револьверные, токарные и лоботокарные станки Многорезцо- вые копиро- вальные и токарные полу автоматы Токарно- затыловоч- ные и спе- циализиро- ванные то- карные станки Специали- зированные токарные станки
Координат- но-расточные станки Радиально- сверлиль- ные станки Горизонталь- но-расточные станки Отделочно- расточные станки Станки для глубокого сверления (горизонталь- ные) Фрезерно- центроваль- ные станки
Шлицешли- фовальные, специализи- рованные шлифоваль- ные станки Продоль- но-шлифо- вальные станки Заточные стан- ки Плоско шли- фовальные станки Притироч- ные, полиро- вальные, хонинговаль- ные, дово- дочные стан- ки Разные шлифоваль- ные станки
Электрохи- мические станки Электроэрози- онные станки для извлечения сломанного инструмента Электроэро- зионные копироваль- но-проши- вочные и вырезные, ультразвуко- вые станки Анодномеха- нические отрезные станки
Станки дня нарезания червячных колес Станки для обработки торцов зубьев Резьбофрезер- ные станки Зубоотделоч- ные, кон- трольно- обкатные станки Зубо- и резь- бошлифо- вальные станки Разные зубо- и резьбооб- рабатываю- щие станки
Копироваль- но-фрезер- ные и грави- ровальные станки Вертикаль- но-фрезер- ные станки с кресто- вым столом Фрезерно- расточные двухстоечные станки с про- дольным сто- лом Широкоуни- версальные инструмента- льно-фрезер- ные станки Горизонталь- но- фрезерные консольные станки Разные фре- зерные стан- ки
Долбежные станки Горизонта- льные протяжные станки Вертикальные протяжные станки: Разные строгальные станки
для внутренних поверхностей для наруж- ных поверх- ностей
Ленточно- пильные и ленточно- отрезные станки Отрезные круг- лопильные станки Ножовочно- отрезные и опиловочные станки
Балансирово- чные станки
16
Глава 1.1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
Производительность - важнейший пока-
затель станка, характеризующий возможность
обработать на нем за определенный календар-
ный период заданную номенклатуру и количе-
ство закрепленных за станком деталей в соот-
ветствии с плановым заданием.
Календарный фонд времени эксплуата-
ции станка:
т
Т s + ТВ/) + ^с +Тр + Т„ +
г-1
Реальная производительность Qp — (ft,
••• Чь Чт) характеризуется комплектом
деталей, которые обрабатываются за плани-
руемый интервал времени при условии, что
где Т = tCMsk; т - количество наименований
различных деталей; - размер партии /-го
наименования; - продолжительность сме-
ны, мин; s - число рабочих смен в сутки; к -
число рабочих дней в планируемом интервале;
Тм - машинное время обработки одной дета-
ли /-го наименования; Тв - вспомогательное
время обработки одной детали /-го наимено-
вания; ТК. - время наладки на обработку
детали i-ro наименования; Тс - время регла-
ментных сервисных работ, предусмотренных в
руководстве по эксплуатации станка, обеспе-
чивающих безотказную работу; Тр - время
плановых и внеплановых ремонтов; Тв - вре-
мя простоев по организационным причинам.
Производительность зависит не только от
станка, но и от вида обрабатываемой продук-
ции и совершенства организации производст-
ва. Баланс времени достигается вследствие
снижения числа деталей.
При массовом производстве (или при
испытаниях станка на одной детали-образце)
m = 1, а производительность оценивается чис-
лом деталей
_ Ткъ - Т„
+ТВ ’
где Ли - коэффициент технического исполь-
зования станка.
При сопоставлении производительностей
нового станка и станка базовой конструкции
коэффициент роста производительности
_ у 1 + ад 1-6 Т
|3 1 + а 1 — 6g 7g
где а = Тв / Ты - коэффициент снижения
вспомогательного времени; Р = 7’М/7’М()
коэффициент снижения машинного времени;
у = кв/кНй - коэффициент, учитывающий
повышение коэффициента технического ис-
пользования станка; 8=7^/(Тк^) - коэффи-
циент, учитывающий сокращение времени
переналадки станка; индекс ”0" соответствует
базовой модели.
Повысить фонд времени работы можно
снижением простоев по организационным
причинам.
Сокращение машинного времени не
единственный путь повышения производи-
тельности. Необходимо изменить и другие
факторы: вспомогательное время, время на-
ладки, потери на обслуживание, ремонт, а
также организационные потери из-за несо-
вершенства планирования и организации про-
изводства.
Технологические возможности - это воз-
можный диапазон обрабатываемых деталей по
их размерам, форме, видам поверхностей,
типам материалов и полноте приближения
полученного продукта к готовой детали.
Технологические возможности станка
определяются:
минимальными и максимальными габа-
ритными размерами заготовок;
мощностью привода, определяющей мак-
симальное сечение стружки, снимаемой за
один проход;
диапазоном рабочих скоростей, опреде-
ляющим возможную номенклатуру обрабаты-
ваемых материалов;
числом рабочих движений, позволяющим
осуществить различные виды технологических
операций;
набором приспособлений для закрепле-
ния различных типов заготовок;
набором инструментов и их режущими
свойствами, которые эффективно можно ис-
пользовать на станке;
достигаемой точностью обработки;
возможностью полной обработки заго-
товки за один установ с целью получить про-
дукт, возможно близкий к готовой детали.
Расширение технологических возможно-
стей сокращает необходимое число установок
заготовок при выполнении технологического
маршрута, сокращает время пролеживания в
ожидании следующей операции, сокращает
общий цикл обработки и объем незавершен-
ного производства, упрощает оперативное
планирование.
Конструкторскими приемами расшире-
ния технологических возможностей являются
ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ СВОЙСТВА СТАНКОВ
17
увеличение числа рабочих шпинделей станка с
приданием каждому из них своего специфиче-
ского назначения по диапазону скоростей,
применяемому инструменту и т.п., а также
использование инструментальных магазинов,
систем автоматической смены инструмента
или накопителей для заготовок.
"Узкие” технические возможности яв-
ляются одной из причин высокого уровня
простоев оборудования при эксплуатации по
организационным причинам (7п).
Точность обработки - является основным
оценочным критерием, наряду с производи-
тельностью. Понятие точности противополож-
но погрешности, которая обычно нормиру-
ется.
Точность характеризует отклонение по-
лученного продукта от идеальных требований
в пределах допусков, обусловленных техниче-
ской документацией.
Различают погрешности размера, формы
(отклонение от цилиндричности, плоскостно-
сти и др.), взаимного расположения поверхно-
стей (отклонения от осности, перпендикуляр-
ности и др.). Кроме того, оценка погрешности
может быть осуществлена на одном образце
(детали), на партии деталей, что характеризует
работу в течение смены, на массиве деталей в
течение заданного срока эксплуатации станка,
пока действует ресурс сохранения точности.
В понятие точности могут быть включе-
ны не только геометрические и статистические
оценки, но и погрешности, связанные с дина-
мическими и термическими воздействиями,
возникающими в процессе функционирования
механизмов и процесса резания. Последние
приводят к противоречию между ростом про-
изводительности, заставляющим форсировать
процессы, и точностью обработки, требующей
меньших усилий и меньшего тепловыделения.
Противоречие разрешают в известной степени
выделением черновых и чистовых проходов.
Точность обработки зависит от поведе-
ния всей технологической системы станок -
приспособление - инструмент - деталь. По-
грешности взаимного расположения узлов
станка определяются по нормам геометриче-
ской точности, в которых приводятся допус-
тимые отклонения, способы проверки, изме-
рительные средства и условия испытания.
Переналаживаемость и гибкость. Перена-
ладка станка - совокупность всех операций,
связанных со сменой приспособлений, режу-
щих инструментов, взаимного расположения
узлов, цикла функционирования и управляю-
щих программ или устройств, встроенных
контрольных средств и других элементов стан-
ка для возможности обработки на нем продук-
тов другого вида, отличающихся формой, раз-
мерами или иными параметрами от ранее об-
рабатываемых.
Пригодность станка к переналадке харак-
теризуется затратами времени Т„{, входящими
в формулу производительности, и материаль-
ными и информационными ресурсами, вхо-
дящими в издержки производства.
С показателем переналаживаемое™ свя-
зан размер партии деталей одного наименова-
ния, который экономически целесообразно
изготовлять на данном станке. Он близок по-
нятию гибкости оборудования, к изменению
производственной программы.
В состав затрат на переналадку включают
пробные проходы и введение необходимых
коррекций в установку инструментов с целью
получить продукт, полностью соответствую-
щий техническим требованиям. Для перена-
ладки может потребоваться изготовление ко-
пиров, кулачков или шаблонов, если их ис-
пользуют для управления движениями рабочих
органов, или подготовка управляющих про-
грамм при числовых системах управления.
Связанные с этим затраты входят в издержки
на переналадку, но время переналадки при
правильной организации эксплуатации станка
должно включать лишь время его простоя на
выполнение операций переналадки, которые
не могут выполняться на работающем станке и
не могут быть совмещены по времени с обра-
боткой предыдущей партии деталей. Время
всех подготовительных к переналадке станка
работ ие должно превышать среднего времени
обработки партии деталей при неповторяю-
щейся продукции.
Если элементы, используемые при пере-
наладке, могут применяться многократно, а
продукция периодически повторяется в плане
производства, то допустимы и более длитель-
ные затраты времени в период начальной
подготовки к производству данной продукции.
Развитие рыночной экономики потребо-
вало большего разнообразия продукции, что
привело к снижению размера партий, наруше-
нию периодичности в повторении заказов.
Требования к технологической гибкости обо-
рудования и сокращению времени и издержек
на его переналадку становятся более жесткими.
Время переналадки может быть сокраще-
но:
применением предварительной настрой-
ки инструмента вне станка;
использованием приспособлений для
крепления заготовок с нулевыми отсчетными
базами относительно измерительных систем
станка;
адаптивным управлением, позволяющим
исключить необходимость учета отклонений
свойств заготовок;
включением в конструкцию станка изме-
рительных щупов, обеспечивающих контроль
правильности расположения приспособлений
и режущих кромок ответственных инструмен-
18
Глава 1.1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
формированием технологического мар-
шрута обработки на основе логически непро-
тиворечивой суперпозиции переходов, про-
шедших экспериментальную апробацию и
использующих инструмент с заданными свой-
ствами и оптимизированные для него режимы
резания.
Кроме понятия "переналаживаемости”
широко распространено понятие "гибкости".
Гибкость - это способ производственной сис-
темы адаптироваться к изменению условий
функционирования с минимальными затрата-
ми без потерь производительности или с ми-
нимальными потерями. Это понятие характер-
но для автоматизированного производства на
базе гибких производственных модулей, гиб-
ких производственных систем, гибких автома-
тических линий и гибких автоматизированных
заводов.
Отличие понятия "гибкости" от перена-
лаживаемости заключается в том, что обычно
на стадии проектирования станка или станоч-
ной системы известна номенклатура обрабаты-
ваемых деталей со всеми их характеристиками,
а вслучае создания гибкого оборудования на
стадии проектирования станка известны толь-
ко его общая техническая характеристика,
предельные размеры зоны обработки и техно-
логические возможности, а конкретная но-
менклатура деталей, применяемые заготовки и
требования к ним формируются в процессе
эксплуатации оборудования. Сдача гибкого
оборудования в эксплуатацию осуществляется
на конкретной номенклатуре обрабатываемых
деталей.
Безотказность и долговечность - два ас-
пекта общего термина "надежность", в кото-
рый дополнительно входят показатели ремон-
топригодность и сохраняемость. Долговечность
характеризуется ресурсом или сроком работы
станка до планового срока его капитального
ремонта с целью восстановления работоспо-
собности и точности. Безотказность характери-
зуется временем работы станка до возникно-
вения отказа - мелкого дефекта, нарушающего
нормальную эксплуатацию машины и требую-
щего для своего устранения но более 20 мин.
Математическая теория надежности рас-
сматривает отказы как случайный процесс,
подчиняющийся законам статистического рас-
пределения. Поскольку в реальных машинах
отказы происходят сравнительно редко, а их
причины достаточно изучены, то на практике
опираются на правдоподобное поведение ма-
шины, когда гарантируется ее суммарная без-
отказная работа 21 ч в сутки и 120 ч в неделю
при выполнении предписанных руководством
к станку регламентных работ по ее обслужива-
нию, диагностике и профилактике. Необходи-
мо стремиться к максимальному упрощению
регламентных работ и сокращению затрат вре-
мени и ресурсов на их выполнение. В станках
с микроэлектронным управлением предусмат-
ривается система автоматических диагностиче-
ских процедур, облегчающая поиск неисправ-
ностей или подсказывающая вид неотложных
профилактических процедур.
При оценке безотказности станка не учи-
тывается стабильность протекания технологи-
ческого процесса и, в частности, отказы по
инструменту. Влияние этих факторов связано с
организацией эксплуатации станка и может
быть сведено к минимуму, если осуществляет-
ся контроль качества заготовок и применяется
технологический процесс, построенный на
апробированных и нормализованных техно-
логических переходах. Сведения о таких пере-
ходах аккумулируются в банке данных по
применяемым технологиям.
При эксплуатации станка для изготовле-
ния определенной продукции, когда условия
стабильны и известны, в систему управления
включают счетчики учета фактического време-
ни работы каждого инструмента. При выра-
ботке им заданного ресурса инструмент авто-
матически заменяется новым. Подобные сис-
темы получили название мониторов; их ис-
пользуют в основном на автоматическом обо-
рудовании с микроэлектронными системами
управления.
В общем виде надежность станка харак-
теризуется коэффициентом технического ис-
пользования, определяющим ту долю общего
времени, корда станок работоспособен.
Обслуживаемость и ремонтопригодность.
Время, затрачиваемое на регламентные работы
в течение смены, суток и недели, в формуле
производительности учитывается слагаемым
тс.
Профилактические регламентные работы
для поддержания станка в работоспособном
состоянии основываются на выполнении пе-
речня обязательных процедур - регламента, а
также могут базироваться на показаниях диаг-
ностической подсистемы, входящей в перечень
(меню) функций системы управления станка.
Объем регламентных работ в сутки, неделю,
месяц и стоимость используемых при этом
ресурсов характеризуют обслуживаемость ма-
шины.
Техническое обслуживание - процедуры,
связанные с выполнением регламентных работ,
обычно включают в себя удаление отходов,
промывку фильтров, смену рабочих жидко-
стей, регулировку отдельных механизмов,
предписанные руководством станка диагности-
ческие процедуры и выполнение работ по
устранению выявленных отклонений или за-
мене элементов с исчерпанным ресурсом рабо-
ты. Конструкция станка более совершенна,
если время на его обслуживание и расход ре-
сурсов и средств минимальны.
ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ СВОЙСТВА СТАНКОВ
19
Надежность машины характеризуется
также ее ремонтопригодностью, т.е. затратами
времени и ресурсов на выполнение плановых
и неплановых ремонтов - слагаемое Тр в фор-
муле производительности.
Особо важно свести к минимуму внепла-
новые ремонты с помощью системы регла-
ментного обслуживания. Существенны не
только затраты на собственно ремонт станка,
но главное, вызванные из-за простоя потери
времени на производство продукции, ущерб
производства от нарушения выполнения пла-
нового задания, удлинение срока выполнения
заказа, рост незавершенного производства.
Простои в ремонте особенно нежелательны
для оборудования, не имеющего дублирования
на производственном участке. Плановые ре-
монты оборудования предусматриваются сис-
темой ремонта оборудования, применяемой на
предприятии.
Простои при ремонтах могут быть со-
кращены повышением долговечности опреде-
ляющих элементов, доступности для замены
элементов с малым сроком службы при одно-
временной замене всех подобных элементов,
построением конструкции на основе самодей-
ствующих агрегатных узлов, широкого исполь-
зования 'упрочняющих технологий и износо-
стойких покрытий на малодолговечных эле-
ментах.
Безопасность труда обслуживающего пер-
сонала является безусловным требованием в
конструкции станка.
Она обеспечивается ограждением рабочей
зоны, причем наиболее эффективна кабинет-
ная защита, полностью исключающая возмож-
ность присутствия оператора в опасной зоне.
Средствами защиты являются также блокиров-
ки, выключающие станок при попытке опера-
тора проникнуть в опасные зоны с движущи-
мися узлами, с устройствами, находящимися
под опасным для жизни электрическим на-
пряжением. Системы блокировки используют-
ся на рабочих местах, где возможна совместная
работа оператора и промышленного робота.
Станок должен иметь системы для удале-
ния из рабочей зоны мелкой стружки, пыли,
аэрозолей. В этом случае эффективны отсасы-
вающие устройства, приемные патрубки кото-
рых расположены непосредственно в зоне
обработки. Опасные зоны выделяют окраской,
резко контрастирующей с окраской непод-
вижных частей, и предупредительными надпи-
сями. Нормативы безопасности регламентиру-
ются стандартами по технике безопасности и
общими техническими условиями.
Нормируется также допустимый уровень
шума на рабочем месте оператора в соответст-
вии с санитарными нормами, а также допус-
тимый уровень вибрации при холостом вра-
щении станка. Детали станков, вращающиеся с
частотой свыше 2000 мин'1, подлежат динами-
ческой балансировке.
Взаимодействие оператора и машины
должны учитывать эргономические показате-
ли. Это удобство обзора рабочей зоны, удобст-
во расположения органов управления, ограни-
чение физических нагрузок при управлении
станком, хорошее освещение рабочей зоны,
наглядность и четкость измерительных шкал.
Распространение микроэлектронного
управления выдвигает требование удобства
языка или формы общения оператора с систе-
мой управления, наличие системы диалога и
вспомогательных меню, обеспечивающих дос-
тупность, простоту и наглядность общения.
Язык общения должен быть максимально при-
ближен к языку общения операторов.
При автоматизации рабочего места необ-
ходимо учесть моральный фактор - обеспече-
ние оператору творческого участия в управле-
нии быстро протекающим производственным
процессом, а также реализацию его квалифи-
кации. В то же время общение оператор-
машина не должно приводить к длительным
простоям высокопроизводительного станка,
учитываемых в формуле производительности
как элемент общих простоев по организаци-
онным причинам Т„.
Экологические показатели. Большинство
металлорежущих станков является экологиче-
ски чистыми машинами. Исключение состав-
ляют токарные автоматы с интенсивным охла-
ждением, аэрозоли которого подлежат улавли-
ванию отсосами вентиляционной системы или
индивидуальных агрегатов, выпускаемых на
базе промышленных пылесосов. На станках с
абразивным инструментом в системах фильт-
рации охлаждающих жидкостей собирается
шлам, подлежащий сбору и захоронению. Па-
ры СОЖ и абразивная пыль должны улавли-
ваться и собираться.
Менее экологически безопасны электро-
эрозионные и электрохимические станки. По-
следние по экологическим последствиям близ-
ки к установкам гальванического производства
и должны иметь сходные очистные сооруже-
ния. В элекгроэрозионных станках подлежат
улавливанию и обезвреживанию газы, обра-
зующиеся в рабочей зоне, а также желеобраз-
ные отходы и шламы, образующиеся в фильт-
рующих устройствах и баках систем перекачки
рабочих жидкостей. Методы утилизации этих
отходов пока отсутствуют, поэтому отходы
подлежат сбору и захоронению. Использова-
ние в эрозионных станках вместо керосина
менее опасных рабочих жидкостей и дистил-
лированной воды существенно улучшает их
экологические показатели. Небольшие отходы
накапливаются и в фильтрах гидравлических и
пневматических систем станков при длитель-
ной эксплуатации.
20
Глава 1.1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
При обработке на станках специфиче-
ских материалов, обладающих токсическими
свойствами, необходимы соответствующие
меры защиты персонала и сбора отходов. Это
же относится в известной мере и к лазерным
станкам, где отходы производства имеют газо-
образную форму и подлежат улавливанию.
Технико-экономическая эффективность. В
условиях хозяйственного расчета и рыночных
отношений основным показателем экономич-
ности производства становится прибыль, оп-
ределяемая из баланса стоимости произведен-
ного продукта и издержек на его изготовление.
Прибыль за выбранный срок
л = ^е(с,-“у(1 + н + п + <₽ + ^); (i l l)
i=i
при условии соблюдения ограничения
+
где TMi + TBi - время обработки; q^ - число
деталей; с, - стоимость детали 1-го наименова-
ния; R - стоимость примененного оборудова-
ния; t - полный срок амортизации оборудова-
ния; ц - стоимость основных и вспомогатель-
ных материалов и инструмента, потребленных
за этот период, отнесенные к R / f, т| - стои-
мость потребленной энергии, отнесенной к
R/ t; ф - заработная плата производственного
персонала, отнесенная к / t; 1 - стоимость
всех видов производственной информации
(конструкторской, технологической, плановой,
финансовой, управляющих программ и т.п.),
отнесенная к R/t.
Принято учитывать эти затраты как на-
кладные расходы, однако компьютеризация
управления производством сделает предпочти-
тельным прямой счет.
m
Можно представить, что У g,-Cj = Qpc ,
1=1
где с - средневзвешенная стоимость продукта.
Прибыль образуется как разность между
стоимостью продукции и издержками на ее
производство, выраженные через относитель-
ные составляющие к стоимости использован-
ного станка. Чем сложнее и дороже произво-
димая продукция, тем более квалифицирован-
ное и более дорогое оборудование можно эко-
номически рентабельно использовать при
принятом уровне организации производства.
В условиях массового производства m = 1
и уравнение (1.1.1) приобретает вид:
А = Qpc - у (1 + Ц + П + <р + X).
Эффект эксплуатации машины зависит
не только от производительности машины,
которая определяется ее конструкцией и каче-
ством изготовления, но и от технико-
экономических условий эксплуатации станка и
характера выпускаемой продукции. Чрезмерно
высокая стоимость станка R ограничивает
экономически рациональную область его при-
менения в разных видах производств и может
препятствовать сбыту.
1.1.4. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННЫХ
СТАНКОВ
Развитие станков направлено на повы-
шение их потребительских свойств.
Основные направле-
ния повышения точно-
сти [2]:
повышение точности изготовления и
сборки станков или применение компоновок
и конструкций с уменьшенной чувствительно-
стью к погрешностям изготовления и сборки;
уменьшение погрешностей, вызываемых
рабочим процессом путем снижения упругих и
температурных деформаций, повышения ди-
намического качества, а также направления
вредных смещений в сторону, мало влияющую
на точность обработки;
повышение точности коррекционными и
автоматическими устройствами, в том числе
использование компенсации погрешностей с
помощью системы ЧПУ, систем обратной
связи или активного контроля;
уменьшение погрешностей, возникаю-
щих в процесс эксплуатации станков путем
снижения трения в подвижных соединениях,
повышения износостойкости, обеспечения
стабильности формы базовых деталей.
Основные направле-
ния повышения произ-
водительности:
интенсификация режимов резания путем
повышения скорости резания до 10 раз, тол-
щины срезаемого слоя, увеличения суммарной
длины режущих кромок. Это требует соответ-
ственно повышения нагрузочной способности,
жесткости и быстроходности узлов и механиз-
мов станков, совершенствования приводов,
мотор-шпинделей, хорошего отвода стружки и
т.п.;
уменьшение вспомогательного времени
путем совершенствования и автоматизации
операций перемещения и зажима заготовок и
инструментов, повышения в 4 раза скоростей
вспомогательных перемещений, применения
широкой автоматизации операций, в первую
очередь использования ЧПУ, автоматической
смены инструментов и заготовок;
ДЕТАЛИ ОБРАБАТЫВАЕМЫЕ НА СТАНКАХ
21
совмещение операций обработки во вре-
мени, концентрация операций за счет осуще-
ствления обработки заготовки со всех сторон
на одном станке, использования многоцелевых
станков и т.п.
Основные пути по-
вышения безотказности
и долговечности [1]:
создание высоконадежных управляющих
систем и приводов, включение в управляющую
систему автоматической диагностики функ-
ционирования узлов механизмов, а также
станков и их систем в целом;
повышение надежности механических
систем за счет применения новых материалов,
термообработки, покрытий, надежных систем
смазывания, защиты от загрязнения, попада-
ния влаги и СОЖ;
применение мощных эффективных сис-
тем подачи, сепарирования и фильтрации
СОЖ, служащих как для отвода теплоты из
зоны резания, так и для смыва и транспорти-
ровки стружки;
использование развитой системы диагно-
стики и индикации отказов, обеспечивающей
существенное снижение времени профилакти-
ки и устранения отказов.
Основные пути рас-
ширения переналажи-
ваемости:
снабжение универсальных станков набо-
ром приспособлений, расширяющих их воз-
можности;
агрегатирование специальных станков;
использование унифицированных узлов
для дополнительного оснащения станков;
блочно-модульное построение станков;
освоение станков типа гексаподор;
создание гибких производственных сис-
тем (ГПС).
Конкретная реализация соответствующих
мероприятий на станках разных типов излага-
ется в последующих главах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пронников А. С. Надежность машин.
М.: Машиностроение, 1978. 591 с.
2. Решетов Д. Н., Портман В. Т. Точ-
ность металлорежущих станков. М.: Машино-
строение, 1986. 336 с.
Глава 1.2
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ОБРАБОТКИ НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ
СТАНКАХ
1.2.1. ДЕТАЛИ, ОБРАБАТЫВАЕМЫЕ НА СТАНКАХ
Деталь, как объект изготовления на ме-
таллорежущих станках, характеризуется пара-
метрами качества. Эти параметры определяют-
ся служебным назначением, конструктивными
особенностями и технологией изготовления
детали. Например при анализе служебного
назначения деталей типа станин устанавлива-
ются следующие группы параметров:
требуемое относительное положение
присоединяемых неподвижных сборочных
единиц и деталей;
требуемые относительные движения ус-
танавливаемых подвижных сборочных единиц
и деталей;
допустимые статические и динамические
нагрузки;
допустимые типовые воздействия;
допустимые внешние воздействия и воз-
действия окружающей среды;
требуемый период эксплуатации до ре-
монта и общий срок эксплуатации;
регламент обслуживания;
эргономические, эстетические, экономи-
ческие требования;
требования по габаритам, массе и т.п.
При анализе служебного назначения для
каждой конкретной детали определяется необ-
ходимый и достаточный качественный состав
параметров по всем группам, а по каждому
параметру качества - полная количественная
оценка (номинальные значения, допускаемые
отклонения, а в некоторых случаях и вероят-
ностные характеристики).
Связь параметров служебного назначения
изделия (токарный станок) и требований точ-
ности к детали (станина токарного станка)
приведена на рис. 1.2.1.
Точность движения характеризуется:
точностью направления, положения и
формы траектории, например, отклонения от
прямолинейности;
точностью позиционирования (выхода в
заданную точку);
постоянством скоростей, ускорений и
т.п. величин.
Рабочие нагрузки характеризуются сила-
ми и моментами сил, вызывающими упругие
деформациями как следствие изменения отно-
сительного положения и движения устанавли-
ваемых деталей и сборочных единиц. Тепло-
вые воздействия при работе изделия могут
приводить к изменению относительного по-
ложения и движения устанавливаемых деталей
и сборочных единиц. Внешние воздействия и
воздействия окружающей среды характеризу-
ются физико-химическими свойствами среды
(влажность, запыленность, концентрация хи-
мически активных элементов), а также темпе-
ратурой, давлением, наличием тепловых, маг-
нитных, электрических полей, вибрациями.
Чтобы обеспечить требуемые показатели
качества детали, станина, например, должна
обладать совокупностью определенных
свойств, в том числе:
22 Глава 1.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ
Рис. 1.2.1. Связь параметров служебного назначения (СН) и требований точности (ТТ) к обрабатываемой
' детали с требованиями точности к токарному станку
" (на примере обработки станины)
геометрической точностью поверхностей
основных и вспомогательных баз и точностью
их относительного положения (координатных
систем хй1, ут, Zgi и хи, ую, гю)',
стабильностью этой точности во време-
ни, отсутствием коробления;
статической и динамической жесткостью
(форма детали, размеры, параметры шерохова-
, тости поверхностей);
износостойкими направляющими (фор-
ма, материал, размеры, параметры шерохова-
тости поверхностей);
тепловой стабильностью (термосим-
. метричность детали, материал);
малым и стабильным коэффициентом
трения по направляющим (материал, парамет-
ры шероховатости поверхностей).
Необходимые свойства обеспечиваются
техническими требованиями к детали. Техни-
ческие требования регламентируют допусти-
мые отклонения размерных параметров и ха-
рактеристик свойств материалов, соблюдение
которых гарантирует выполнение деталью слу-
жебного назначения при минимальных затра-
тах.
Требования к свойствам материала дета-
ли включают требования к марке материала,
его химическому составу и физико-меха-
ническим свойствам, однородности, плотно-
сти, иногда к микроструктуре и твердости по
всему объему или отдельным поверхностям
(частям) детали.
Требования по размерным параметрам
относятся как правило к поверхностям вспо-
могательных и основных баз деталей, их рабо-
чим поверхностям, поверхностям технологиче-
ских и измерительных баз. Эти требования
обуславливают состав поверхностей деталей,
подлежащих механической обработке резани-
ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
23
ем, а также технологический процесс получе-
ния отдельных поверхностей и их совокупно-
сти. Деталь на чертежах представляют в виде
сочетаний идеально точных объемов, ограни-
ченных цилиндрическими, плоскими, винто-
выми и другими номинальными поверхностя-
ми. В процессе изготовления деталей и экс-
плуатации механизмов возникают отклонения
размеров, расположения и формы номиналь-
ных поверхностей. Кроме того, режущие эле-
менты любого инструмента оставляют на обра-
зуемых поверхностях следы чередующихся
выступов и впадин, т.е. создают шероховатость
и волнистость поверхностей. В чертежах фор-
му и размеры задают с отклонениями от иде-
ально правильных поверхностей и размеров,
т.е. с отклонениями, обеспечивающими слу-
жебное назначение. Реальные поверхности
деталей отличаются от номинальных как по
размерам, так и по форме, расположению,
шероховатости и волнистости поверхности.
Степень приближения детали к геомет-
рически правильному прототипу, описанному
чертежом и техническими требованиями, ха-
рактеризует его точность.
Стандартами установлены следующие
показатели точности деталей:
точность размеров, т.е. расстояний между
различными элементами;
отклонения формы поверхности, т. е. от-
клонение формы реальной поверхности
(реального профиля) от номинальной поверх-
ности (номинального профиля).
В общем случае в отклонение формы
входит волнистость поверхности и не входит
шероховатость Отклонения формы поверхно-
стей (профилей) отсчитывают от точек реаль-
ной поверхности (профиля) до прилегающих
поверхностей (профиля) по нормали к ним.
Конструктивные формы деталей, их раз-
меры бесконечно многообразны. Однако все
детали от миниатюрных деталей часов и при-
боров до многометровых деталей судов, само-
летов, турбин включают относительно неболь-
шую номенклатуру обрабатываемых поверхно-
стей, в том числе: плоские поверхности, ци-
линдрические и конические поверхности, вин-
товые поверхности, зубчатые поверхности.
Обычно рабочие и базовые поверхности дета-
лей формируют из указанных номинальных
поверхностей и их сочетаний.
Как правило, рабочие и базовые поверх-
ности в процессе изготовления детали обраба-
тывают несколько раз. В зависимости от тех-
нических требований к соответствующей по-
верхности эта обработка может проводиться
"металлическим" инструментом, (инстру-
ментом из твердого сплава, керамики), абра-
зивным инструментом; различными методами
доводки и злектрофизикохимическими и ла-
зерными методами.
1.2.2. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ НА
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ
Технологический процесс механической
обработки резанием проектируется на основе
следующих исходных данных:
чертежей и технических условий на изго-
товление и приемку изделий; чертежа исход-
ной заготовки;
производственного задания по выпуску
изделия, включая объем и сроки выпуска
(подетальная производственная программа).
Для условий массового производства
технологический процесс строится с учетом
такта или ритма выпуска изделий, вытекаю-
щего из программного задания. Технологиче-
ский процесс желательно строить из операций,
продолжительность цикла которых близка или
кратна требуемому такту выпуска изделий. В
основе технологических процессов массового
производства должны лежать типовые решения
(типовые технологические процессы).
Технологический процесс механической
обработки резанием разрабатывают в следую-
щем порядке.
1. Устанавливают тип производства и
организационную форму выполнения произ-
водственного процесса.
2. Выбирают вид заготовок и определяют
их размеры.
3. Устанавливают план и методы обра-
ботки поверхностей, последовательность тех-
нологических операций (маршрутный техно-
логический процесс).
4. Выбирают станок, приспособления,
режущий и измерительный инструмент, а так-
же определяют их количество.
5. Определяют размеры обрабатываемых
поверхностей, режимы обработки, нормы вре-
мени, квалификацию работ.
6. Оценивают технике-экономическую
эффективность технологического процесса.
7. Оформляют технологическую докумен-
тацию.
Требования к проектированию станка
для каждой операции определяются прежде
всего его возможностью обеспечить техниче-
ские требования к операции по точности, ше-
роховатости, производительности, экономич-
ности. Если есть несколько вариантов станков,
обеспечивающих технические требования к
операции, то выбор осуществляют на основа-
нии технико-экономических расчетов.
Необходимые технологические возмож-
ности станков определяются:
видом и типом поверхностей, которые
могут быть обработаны;
точностью размеров, расположения и
формы получаемых поверхностей и их шеро-
ховатости;
размерами рабочего пространства;
24 Глава 1.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ
типом и количеством используемого ре-
жущего инструмента, материалом его режущей
части;
способом крепления заготовки, числом
зажимных позиций; степенью автоматизации;
производительностью и себестоимостью
обработки.
Разрабатываемый станок и соответст-
вующий технологический процесс должен
обеспечить выполнение всех требований рабо-
чего чертежа и технических условий при ми-
нимальных затратах труда, средств производст-
ва и материалов. Таким образом, при проек-
тировании станка и соответствующего техно-
логического процесса необходимо руково-
дствоваться техническими и экономическими
принципами: техническими - с целью удовле-
творения требования чертежа; экономически-
ми - с целью минимизации затрат. Из всех
технически возможных вариантов изготовле-
ния одного и того же изделия выбирают тот
технологический процесс, который обеспечи-
вает наибольший экономический эффект при
его реализации в конкретных условиях произ-
водства.
Основными показателями технологиче-
ского процесса являются производительность
и себестоимость обработки. Оба эти показате-
ля в значительной степени зависят от требова-
ний к точности и параметрам шероховатости
изготовляемых деталий. Уменьшение допусков
на обработку и снижение параметров шерохо-
ватости поверхностей увеличивают трудоем-
кость (снижают производительность) и себе-
стоимость приблизительно по закону гипербо-
лы.
Задача формирования операционной
технологии для проектирования станка заклю-
чается в том, чтобы зная зависимости, ограни-
чения и условия, определяющие нормальную
его работу, а также инструмента и рабочего,
решить многовариантную технико-
экономическую задачу выбора наиболее эф-
фективной (выгодной) комбинации искомьи
параметров с учетом особенностей станков и
особенностей их использования в производст-
ве. Одним из наиболее важньи моментов при
решении задачи проектирования станка на
базе выбранного технологического процесса
является установление и вычисление критерия.
Для этого необходим анализ структуры штуч-
ного времени обработки типовых деталей и
всех категорий затрат, связанных с их изготов-
лением.
Для оценки переменной доли себестои-
мости операции можно воспользоваться струк-
турой штучного времени и понятием "себе-
стоимость станкоминуты” или "станкоминута”.
Переменная доля для себестоимости опе-
рации может быть записана в виде
® — fpEp + , q + {а. р е г^в + ^д. п е р^в,
(1.2.1)
где = П_ЕВ + S - сумма затрат на период
стойкости, связанных с притуплением инстру-
мента (эксплуатационный инструментальный
показатель); П - простой станка, связанный с
заменой инструмента; S - стоимость аморти-
зации, заточки и регулировки инструмента;
Q - период стойкости инструмента в штуках
деталей; Qi = Тм / /рез; Тм - стойкость инст-
румента в минутах; /рез - время резания кон-
кретным инструментом на одну деталь; tp -
время рабочего хода на операцию, которое
зависит от количества и типов инструментов
наладки, последовательности их работы и ре-
жимов резания (/, 5, V); п - количество инст-
рументов в наладке; п — пн + лд, где пн - ко-
личество инструментов, без которых нельзя
сформировать контур детали; Лд - дополни-
тельные инструменты, которые позволяют
снизить время обработки, затраты или повы-
сить надежность операции; /д рег - время на
регулирование дополнительных инструментов;
/д пер ' время на переходы дополнительных
инструментов; Ер - себестоимость минуты
рабочего хода станка; Ев - себестоимость ми-
нуты вспомогательной работы.
Если сравниваемые операционные техно-
логий используются в одинаковых организа-
ционно-производственных условиях, то луч-
шему технологическому процессу, реализуе-
мому на станке, соответствует меньшее значе-
ние переменной доли себестоимости. Сравне-
ние вариантов операционных технологий
должно проводиться при одинаковой занято-
сти оператора и наладчика, что соответствует
равной технологической надежности и одина-
ковой организации замены и подналадки ин-
струментов.
П оследовательность
введения инструментов в
работу станка определяется требованиями опе-
рации. В тех случаях, когда требования к опе-
рации могут быть обеспечены различной по-
следовательностью ввода инструмента в рабо-
ту, необходимо выбрать такую последователь-
ность, при которой сумма времен, связанных с
"=«н +«д
переходом /пер , минимальна.
1=1
Решение определяется алгоритмом ветвей
и границ. Оптимальная последовательность
операции находится методом линейного про-
граммирования.
ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ ПРИ ФУНКЦИОНИРОВАНИИ СТАНКА
25
Оптимизационные расчеты выполняют
для часто встречающихся условий обработки.
На основании результатов расчетов устанавли-
вают простые правила, используемые при
подготовке операции.
Траектория движения
инструмента в станке в соответст-
вии с целевой функцией должны проектиро-
ваться (задаваться) так, чтобы минимизировать
время обработки и увеличить надежность ра-
боты режущего инструмента. С точки зрения
выбора критерия различают траектории рабо-
чих перемещений и траектории вспомогатель-
ных перемещений. Траектории рабочих пере-
мещении разделяют на участки установивше-
гося резания, врезания и выхода инструмента.
На этом этапе разработки операционной тех-
нологии уже известны: режущий инструмент,
последовательность введения инструментов в
работу, содержание работы каждого инстру-
мента. Поэтому выбор траекторий можно прово-
дить для каждого инструмента в отдельности.
Траектории рабочих перемещений при-
ходится определять до назначения режимов
резания. Как следствие этого, определение
оптимальной траектории сводится к оценке
пути инструмента в металле при равенстве
припусков за проход, снимаемых в сравнивае-
мых вариантах. Таким образом, необходимо
л
минимизировать выражение при Ft
i=l
и Vt = const, где It - путь каждого инструмен-
та, зависящий от выбранного припуска на
проход и формы траектории перемещений
(Р);/} - конфигурация припуска, снимаемого
I-м инструментом; - объем припуска, сни-
маемый 1-м инструментом.
Режимы резания. От
уровня назначаемых при проектировании
станка режимов резания во многом зависят
затраты на опытные операции и их надеж-
ность. В процессе эксплуатации режимы реза-
ния назначаются после выбора остальных па-
раметров операционной технологии и должны
учитывать технологические решения, приня-
тые на предшествующих этапах разработки
техпроцесса, а также организационно-
технические условия выполнения операции.
Критерием выбора режимов резания является
переменная часть себестоимости операции,
зависящая от режимов (v, S, f) с учетом на-
дежности инструментальной наладки.
Назначение режимов резания осуществ-
ляется по нормативам, например [9]. Норма-
тивы содержат табличные данные и расчетные
зависимости для выбора стойкости инструмен-
та, подачи, скорости и глубины резания, а при
необходимости, силы и мощности резания.
Используя предлагаемые частные крите-
рии оценки вариантов, можно выбрать опти-
мальные решения по всем параметрам техно-
логического процесса операции, и следова-
тельно, определить технологические основы
проектирования станка. Каждое из этих реше-
ний может быть распространено на множество
операций, для которых условия, определяю-
щие принятые решения, остаются неизменны-
ми.
1.2.3. ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ ПРИ
ФУНКЦИОНИРОВАНИИ СТАНКА (РЕЗАНИЕ, ТРЕНИЕ,
УПРУГИЕ ДЕФОРМАЦИИ, КОЛЕБАНИЯ И Т.П.)
Функционирование станка связано с
проявлениями различных процессов, природа
которых определяется взаимодействием инст-
румента и обрабатываемой заготовки, конст-
руктивных элементов несущей системы и
привода, действием факторов энергообеспече-
ния и управления, влиянием окружающей
среды [1, 7, 8].
Различают две группы процессов [3]:
физико-химические процессы, условно
называемые рабочими процессами;
динамические процессы, характеризую-
щие поведение станка как системы во време-
ни.
К рабочим процессам относятся:
резание;
трение скольжения и качения;
гидро- и аэродинамические процессы;
электромагнитные процессы;
теплообразование и теплопередача;
лазерные и плазменные процессы.
Рабочие процессы протекают в подвиж-
ных соединениях элементов системы станка.
Процесс резания представляет собой уп-
руго-пластическое деформирование материала
заготовки режущим инструментом [2]. По
современным воззрениям при этом возникает
сжатие и изгиб (внецентренное сжатие) сре-
заемого слоя материала и стружки [4]. Сила
резания определяется [9] свойствами материа-
ла, сечением срезаемого слоя и другими усло-
виями (скоростью резания, геометрией инст-
румента, используемой смазочно-охлаждаю-
щей жидкостью и др.) Влияние условий реза-
ния проявляется через изменение параметров
напряженно-деформированного состояния
зоны стружкообразования и через изменение
свойств обрабатываемого материала. Последнее
в основном связано с интенсивным тепловы-
делением в процессе пластического деформи-
рования и соответственно с высокими темпе-
ратурами.
Возникает взаимосвязь изменения на-
пряженного состояния в процессе деформиро-
вания, в свою очередь меняющегося при из-
менении напряженного состояния, а также
происходящего при этом изменения свойств
обрабатываемого материала, оказывающего
26 Глава 1.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ
обратное воздействие на характеристику де-
формирования [3].
Таким образом, процесс резания (струж-
кообразования), равно как любой процесс
деформирования материального тела, пред-
ставляет собой замкнутую динамическую сис-
тему [3]. Это означает, что он может быть ус-
тойчивым и неустойчивым. При устойчивом
деформировании образуется так называемая
сливная стружка. Неустойчивому соответствует
формирование стружек надлома (хрупкое раз-
рушение материала), элементной и суставчатой
(вязкое полное или частичное разрушение
стружки). Характерной особенностью дефор-
мирования при резании является образование
нароста на режущем инструменте. Он возника-
ет в зоне торможения деформирования и мо-
жет быть устойчивым, т.е. сохраняться в про-
цессе резания, или неустойчивым, периодиче-
ски срывающимся. Нарост образуется [2] в
области некоторых температур, границы изме-
нения которых зависят от свойств обрабаты-
ваемого материала.
Нарост представляет собой часть затор-
моженного слоя материала, оставшуюся на
инструменте, другая часть слоя уносится
стружкой. Разделение частей происходит
вследствие локального повышения пластично-
сти материала под влиянием высокой темпера-
туры, локализующейся в середине (по толщи-
не) заторможенного слоя, т.е. не на поверхно-
сти режущего инструмента, а внутри стружки
13].
При черновой обработке нарост может
быть полезен, так как повышает стойкость
инструмента, защищая режущее лезвие от из-
нашивания. При чистовой обработке он вре-
ден, так как резко ухудшает качество обрабо-
танной поверхности. Устраняется нарост
обычно повышением скорости резания (выход
за пределы верхней температурной границы
наростообразования) или устранением затор-
моженной зоны при увеличении переднего
угла режущего инструмента.
Образование сливной стружки без нарос-
та является одним из условий получения вы-
сокого качества обработанной поверхности.
Однако такая стружка плохо удаляется из зоны
резания, что создает значительные трудности
при автоматизации процесса обработки. В
этом случае используются различные методы
дробления стружки.
Процесс трения между подвижными эле-
ментами несущей упругой системы станка
оказывает большое влияние на точность и
производительность обработки. Трение опре-
деляет устойчивость заданных движений рабо-
чих органов станка, чувствительность устано-
вочных перемещений, энергетические потери,
надежность работы различных механизмов
станка и т.д.
Чрезвычайно широкий диапазон измене-
ния условий движения (скорости и нагрузки
имеют значения, отличающихся на несколько
порядков) обуславливают наличие в станках
фрикционных пар различного типа. Исполь-
зуются направляющие, подшипники, муфты,
тормоза с трением скольжения смазанных и
несмазанных поверхностей. При этом приме-
няются смазочные вещества различных типов
жидкие, газовые, твердые), частично или пол-
ностью разделяющие трущиеся поверхности
деталей станка. В последнем случае реализует-
ся трение в слое жидкости или газа. Соответ-
ственно создаются системы подачи смазочного
вещества в зону трения.
Широкое распространение в станках
имеет процесс трения качения, который реа-
лизуется в направляющих и подшипниках
качения.
Существует большое многообразие мате-
риалов трущихся деталей, в том числе и спе-
циально выбираемых с высокими антифрик-
ционными и иными специфическими свойст-
вами.
По своей природе процесс трения явля-
ется разновидностью деформирования мате-
риалов [10], в том числе жидких и газообраз-
ных, со всеми присущими ему особенностями,
о которых сказано выше применительно к
резанию. Взаимодействие элементов деформа-
ционной системы [3] является замкнутым,
содержащим обратные связи между напряжен-
ным и деформационным состояниями, тепло-
выми процессами и свойствами материалов.
Потеря устойчивости процесса деформирова-
ния при трении проявляется в форме заеда-
ния, наростообразования на контактных по-
верхностях направляющих, опор, перемещае-
мых деталей и т.д.
Процесс трения сопровождается износом
контактирующих деталей станка, потерей ре-
жущей способности инструмента. Износостой-
кость в значительной мере определяет долго-
вечность и точность оборудования и инстру-
мента [1, 8].
Гидро- и аэродинамические процессы про-
текают в подвижных соединениях (подшипни-
ки, направляющие скольжения, и т.п.) деталей
станка, а также в гидравлических и пневмати-
ческих приводах станков [1, 8]. Они опреде-
ляют несущую способность слоев жидкостной
и газовой смазки, жесткость соответствующих
элементов конструкции, точность траекторий
перемещения, энергетические потери и нагрев
в зонах протекания процессов. Течение жид-
кости и газа в станочных устройствах, как
правило, носит, ламинарный характер. Случаи
проявления турбулентности встречаются редко.
Электромагнитные процессы связаны с
работой электропривода, электромагнитных
муфт, тормозов и некоторых специальных
устройств электроавтоматики.
ВЫБОР ТЕХНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАНКА ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
27
Электроэрозионные и электрохимические
процессы являются рабочими процессами спе-
циальной труппы станков [6].
Плазменные процессы нашли применение
в станках при обработке резанием труднообра-
батываемых материалов.
Лазерное излучение используется в метро-
логических целях. При достаточной мощности
источника излучения применяется в оборудо-
вании, предназначенным главным образом для
термической обработки материалов и для не-
которых специфических видов обработки
твердоструктурных материалов.
Динамические процессы в станках играют
значительную роль в обеспечении качества и
точности изделий, а также производительности
обработки и надежности оборудования. Фор-
мообразующие движения инструмента и заго-
товки, траектории которых заданы кинемати-
чески, нарушаются вследствие деформаций
упругой системы (станок, приспособление,
инструмент, деталь). Деформации происходят
под действием сил, порождаемых рабочими
процессами (резания, трения и т.д.) и других
сил (тяжести, инерции, сил возникающих вне
станка) [1, 3, 5].
Существенное значение имеют тепловые
деформации системы под влиянием тепла,
выделяемого при работе станка, или вследст-
вие изменения теплового состояния окружаю-
щей среды [1, 7, 8].
В зависимости от характера воздействия,
в том числе его изменения во времени, де-
формации могут быть статическими или изме-
няющимися по тому или иному закону во
времени. В станках возникают вынужденные
колебания и автоколебания. Автоколебания
определяются взаимодействием упругой сис-
темы и рабочих процессов. Соответственно
различают функционные автоколебания, авто-
колебания при резании и т.п.
Деформации упругой системы при пере-
ходных процессах (врезание и выход инстру-
мента, разгон и торможение перемещаемых
органов станка и т.п.) могут иметь форму ко-
лебаний, затухающих во времени, или форму,
характеризуемую монотонной зависимостью,
например, экспоненциальной.
Колебания системы (кроме случаев, ко-
гда они являются особенностью рабочего про-
цесса, например, ультразвуковых станков)
снижают точность обработки и долговечность
(например, стойкость инструмента). Поэтому в
станкостроении большое внимание уделяется
борьбе с колебаниями.
Продолжительность переходных процес-
сов во многих случаях влияет на производи-
тельность станков.
1.2.4. ВЫБОР ТЕХНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ
СТАНКА ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Технические характеристики включают:
основные размеры и массу станка, показатели
точности, кинематические и силовые характе-
ристики и другие показатели.
Размеры и масса. Основные размеры
станков устанавливают по нормальным рядам
чисел, принятых в станкостроении. Приняты
геометрические ряды со знаменателями 1,06;
1,12; 1,26; 1,41; 1,58; 1,78; 2. Наибольшее рас-
пространение получил ряд со знаменателем
1,26. Предпочтительные размеры выбираются
в необходимом диапазоне из следующих чисел
(табл. 1.2.1).
1.2.1. Ряды предпочтительных чисел
Значение знаменателя ряда Ряды чисел в мм (в диапазоне 100 - 1000 мм*)
1,12 100, 112, 125, 140, 160, 180, 200, 224, 250, 280, 315, 355, 400, 450, 500
1,26 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500
1,58 100, 160, 250, 400
2 125, 250, 500
1,12 560, 630, 710, 800, 900, 1000
1,26 630, 800, 1000
1,58 630, 1000
2 1000
* Ряды чисел более 1000 и менее 100 получают умножением или делением табличных
значений на 10, 100, 1000.
28 Глава 1.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ
1.2.2. Основные размеры станков некоторых типов, предельные размеры заготовок и инструментов
Группы станков Типы станков Основные размеры станков Предельные размеры заго- товки и инструмента
Токарные Многошпиндельные горизонтальные прутковые автоматы Наибольшая длина подачи прутка; наибольшие ходы суппортов Наибольший диаметр прутка
Много шпиндельные горизонтальные патронные полуав- томаты Наибольший диаметр па- трона; наибольшие ходы суппортов Наибольшие диаметр и длина заготовки
Токарно- револьверные Наибольшая длина подачи прутка; наибольший ход револьверного суппорта Наибольший диаметр прутка; наибольший диаметр заготовки над станиной и суппортом
Токарные и токар- не - винторезные Наибольшее перемещение суппорта (продольное и поперечное); шаг резьбы Наибольший диаметр заготовки над станиной и над суппортом; наи- большая длина заготовки
Токарно- карусельные Диаметр планшайбы; наи- большие и наименьшие расстояния от планшайбы до поперечины и суппортов; наибольшее перемещение суппортов и ползунов Наибольшие размеры заготовки (диаметр и высота)
Сверлиль- ные и расточ- ные Радиально- сверлильные Наибольшие и наименьшие расстояния от оси шпинделя до образующих колонны; наибольшее расстояние от торца шпинделя до рабочей поверхности; наибольшее перемещение шпинделя и суппорта; ширина и длина рабочей поверхности плиты, откидного стола и стола плиты Наибольший условный диаметр сверления
Г ори зонтально - расточные Диаметр выдвижного шпин- деля; размеры рабочей по- верхности стола; наиболь- шие перемещения выдвиж- ного шпинделя, шпиндель- ной бабки, стола, ползуна, стойки (в зависимости от исполнения стойки) Наибольший диаметр отверстия при сверлении и растачивании
Шлифо- вальные Круглошлифоваль- Иые Высота центров и расстоя- ние между центрами; наи- большее и наименьшее пе- ремещение стола и шлифо- вальной бабки Наибольший диаметр и длина заготовки; наи- большие размеры шли- фуемых цилиндрических и торцовых поверхно- стей; наибольший диа- метр шлифовального круга
ВЫБОР ТЕХНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАНКА ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
29
Продолжение табл. 1.2.2
Группы станков Типы станков Основные размеры станков Предельные размеры заго- товки и инструмента
Шлифо- вальные Плоскошлифоваль- ные Ширина и длина рабочей поверхности стола или диа- метр стола; наибольшие и наименьшие перемещения стола и шлифовальной баб- ки Наибольшая высота заго- товки; наибольший диа- метр шлифовального круга
Внутришлифоваль- ные Наибольшее перемещение стола и бабки Наибольшие диаметр и длина заготовки; наи- больший и наименьший диаметр шлифуемого отверстия; наибольшая длина шлифования
Фрезер- ные Горизонтально и вертикально фре- зерные консольные Размеры рабочей поверхно- сти стола; наибольшие пе- ремещения стола по коор- динатам; расстояние от тор- ца шпинделя до рабочей поверхности стола
Вертикально- фрезерные бескон- сольные Размеры рабочей поверхно- сти стола; наибольшее рас- стояние от торца шпинделя до рабочей поверхности; наибольшие перемещения по координатам
Строгаль- ные Продольно- строгальные Размеры рабочей поверхно- сти стола Наибольшая ширина обрабатываемой поверх- ности; высота устанавли- ваемой заготовки
Зубообра- батываю- щие Зубофрезерные для цилиндрических колес Наибольшая длина переме- щения фрезерного суппорта Наибольший диаметр и наибольший модуль зуб- чатого колеса
Зубодолбежные по- луавтоматы для ци- линдрических колес Наибольший ход долбяка; наибольшее перемещение суппорта или стола Наибольший диаметр и модуль зубчатого колеса; наибольшая ширина нарезаемого венца
Основные размеры включают: предель-
ные размеры заготовок и инструментов, пре-
дельные расстояния между узлами, несущими
инструмент и заготовку, или между ними и
базовыми деталями (стойками, станинами);
присоединительные размеры инструмента,
заготовки или приспособления (номер и тип
конца шпинделя для станков с главным вра-
щательным движением, размеры рабочей по-
верхности стола и Т-образных пазов для стан-
ков, имеющих столы). К размерам также ус-
ловно относят рабочие и установочные пере-
мещения. Эти показатели д ля станков некото-
рых типов приведены в табл. 1.2.2.
Массы станков приведены в табл. 1.2.3.
1.2.3. Деление станков по их массам
Обозначение группы станков Масса станка, т
Легкие - До 1,0
Средние - Св. 1,0 до 10,0
Тяжелые Крупные Тяжелые Особо тяже- лые Св. 10 до 30 Св. 30 до 100 Св. 100
30 Глава 1.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ
Технические характеристики некоторых
тяжелых станков содержат кроме того наи-
большую массу заготовки.
Показатели точности. Точность металло-
режущих станков определяется тремя группа-
ми показателей: характеризующими точность
обработки образцов изделий; характеризую-
щими геометрическую точность станков; до-
полнительными.
К показателям, характеризующим точ-
ность обработки образцов-изделий, относятся:
точность геометрических форм и расположе-
ния обработанных поверхностей образцов-
изделий; постоянство размеров партии образ-
цов-изделий; параметры шероховатости обра-
ботанных поверхностей образцов-изделий. К
показателям, характеризующим геометриче-
скую точность станка, относятся: точность баз
для установки заготовки и инструмента; точ-
ность траекторий перемещений рабочих орга-
нов станка, несущих заготовку и инструмент;
точность расположения осей вращения и
направлений прямолинейных перемещений
рабочих органов станка, несущих заготовку и
инструмент относительно друг друга и относи-
тельно баз; точность взаимосвязанных относи-
тельных линейных и угловых перемещений
рабочих органов станка, несущих заготовку и
инструмент; точность делительных и устано-
вочных перемещений рабочих органов станка;
точность координатных перемещений
(позиционирования рабочих органов станка),
несущих заготовку и инструмент; стабильность
некоторых параметров при многократности
повторений проверки, например, точность
подвода на жесткий упор, точность малых
перемещений подвода.
К дополнительным показателям точности
станка относятся способность сохранения вза-
имного расположения рабочих органов станка,
несущих заготовку и инструмент при условии:
приложения внешней нагрузки; воздействия
тепла, возникающего при работе станка на
холостом ходу; колебаний станка, возникаю-
щих при работе станка на холостом ходу. Ха-
рактеристики классов точности станков приве-
дены в табл. 1.2.4.
Кинематические и силовые характеристи-
ки. Основными кинематическими характери-
стиками процесса резания являются скорость
резания V и подача 5. Скорость резания для
станков с главным вращательным движением
обеспечивается вращением шпинделя и регу-
лируется частотой его вращения; для станков с
главным поступательным движением - скоро-
стью движения стола, которая измеряется чис-
лом двойных ходов в минуту.
Подача обеспечивается приводом подач.
Подача на оборот измеряется в миллиметрах
за оборот шпинделя (оборотная подача), в
миллиметрах в минуту (минутная подача), в
миллиметрах на один двойной ход (для стан-
ков с главным поступательным движением).
Кроме рабочих движений в станке имеются
вспомогательные движения, не связанные с
процессом резания, но необходимые для пол-
ного осуществления цикла.
Силовые параметры процесса резания -
силы резания и мощность резания зависят от
ширины срезаемого слоя и обеспечиваются
приводами и механизмами станка.
1.2.4. Классы точности станков
Группы станков Класс точности Особенности Соотношение допусков
Станки нор- мальной точности Н (нормальной точности) Обеспечивают обработку деталей пример- но второго класса точности 1,0
П (повышенной точности) Изготовляют на базе станков нормальной точности при обеспечении более качест- венного изготовления деталей и их со- пряжений (опор, направляющих) 1,6
Прецизион- ные станки В (высокой точ- ности) Высокая точность обеспечивается специ- альной конструкцией элементов, высоким качеством их изготовления 1,62
А (особо высо- кой точности) То же, изготовляют с более высокими требованиями к основным узлам и'дета- лям, чем станки класса В 1,63
С (особо точ- ные) Специальные мастер-станки, служащие для изготовления деталей, определяющих точность прецизионных станков, дели- тельных и эталонных зубчатых колес, из- мерительных винтов и др. 1,64
ВЫБОР ЧУГУНОВ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ РАЗМЕРНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ 31
Технические характеристики станка
включают следующие кинематические и сило-
вые показатели:
диапазон частот вращения шпинделя и
подач (для ступенчатого привода - ряды частот
или чисел двойных ходов в минуту);
наибольшую скорость вращения шлифо-
вального круга (для шлифовальных станков);
скорости вспомогательных перемещений;
мощность электродвигателя привода
главного движения или наибольший крутящий
момент на шпинделя.
Эффективная мощность привода глав-
ного движения, расходуемая на процесс реза-
ния, в кВт:
Р ГтУ
эф 61200 ’
где v - скорость резания, м/мин; FT - танген-
циальная составляющая силы резания, Н.
Необходимая мощность электродвигате-
ля:
Р = Рэф + ДР,
где АР - потери мощности в приводе
(подробнее см. разд. 5.5).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Детали и механизмы металлорежущих
станков. В 2-х т. / Д. Н. Решетов, В. В. Ка-
минская, А. С. Лапвдус, 3. М. Левина и др.;
Под ред. Д. Н. Решетова. М.: Машинострое-
ние, 1972: Т. 1. 664 с. Т. 2. 520 с.
2. Зорев Н. Н. Вопросы механики про-
цесса резания металлов. М.: Машгиз, 1956.
367 с.
3. Кудинов В. А. Динамика станков. М.:
Машиностроение, 1967. 359 с.
4. Кудинов В. А. Схема стружкообразова-
ния (динамическая модель процесса резания)
// Станки и инструмент, 1992. № 10. С. 14 -
17; № 11. С. 26 - 29.
5. Левина 3. М., Решетов Д. Н. Контакт-
ная жесткость машин. М.: Машиностроение,
1971. 267 с.
6. Мосталыгин Г. П., Толмачевский Н. Н.
Технология машиностроения. М.: Машино-
строение, 1990. 288 с.
7. Опитц Г. Современная техника произ-
водства, состояние и тенденции. Сокр. пер. с
нем. / Под ред. В. С. Васильева. М.: Машино-
строение, 1975. 280 с.
8. Проектирование металлорежущих стан-
ков и станочных систем: Справочник-учебник
в 3-х т. / Под общ. ред. А. С. Проникова. М.:
Изд-во МГТУ им. Баумана: Машиностроение,
Т. 1. 1994. 444 с.; Т. 2 в 2-х частях.
9. Режимы резания металлов: Справоч-
ник / Под ред. А. Д. Корочкина. М.: НИИТ-
АВТОПРОМ, 1995. 456 с.
10. Справочник по триботехнике. В 3-х т.
/ Под общ. ред. М. Хебды, А. В. Чичинадзе.
М.: Машиностроение, Т. 1 1989. 400 с.; Т. 2.
1990. 416 с.; Т 3. 1992. 730 с.
Глава 1.3
МАТЕРИАЛЫ В СТАНКОСТРОЕНИИ,
ИХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА И
ПРИМЕНЕНИЕ
1.3.1. ВЫБОР ЧУГУНОВ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
СТАНКОВ И ТЕХНОЛОГИЯ РАЗМЕРНОЙ
СТАБИЛИЗАЦИИ ЛИТЫХ БАЗОВЫХ ДЕТАЛЕЙ СТАНКОВ
Конструктивно-технологические особенно-
сти отливок базовых детален станков и техни-
ческие требования к ним. К литым базовым
деталям станков предъявляются требования по
жесткости, геометрической стабильности и
износостойкости направляющих.
Обеспечение износостойкости направ-
ляющих в основном осуществляется за счет
подбора твердости и микроструктуры чугуна.
Повышение твердости в большинстве случаев
приводит к повышению износостойкости. Так,
для станин токарных станков, работающих при
большой степени загрязненности смазки, по-
вышение твердости направляющих от 140 НВ
до 180 НВ снижает износ до 1,5 раз. Сущест-
венно, хотя и менее интенсивно, снижается
износ направляющих при дальнейшем увели-
чении твердости. Аналогичная зависимость
имеет место и для деталей, работающих при
малой степени загрязненности смазки.
Вместе с тем твердость неоднозначно оп-
ределяет износостойкость чугуна. Важно за
счет каких характеристик микроструктуры
чугуна достигнуто увеличение твердости. Так,
повышение твердости чугуна с применением в
литейной форме плоских чугунных холодиль-
ников достигается, главным образом, за счет
измельчения графитовых включений с образо-
ванием междендритного точечного графита
(гр. 8, по ГОСТ 3443-87), что приводит не к
снижению, а к повышению износа. Повыше-
ние твердости чугуна за счет равномерного
упрочнения металлической матрицы при за-
калке существенно снижает износ направляю-
щих. При этом значительную роль играет дли-
на включений графита. Так, например. При
длине графитных включений 350 - 400 мкм
износ закаленного чугуна равен износу незака-
ленного чугуна с графитовыми включениями
длиной 200 - 250 мкм. Такая роль длины
включений графита в чугуне проявляется толь-
ко в условиях' работы деталей с повышенной
степенью загрязненности смазки.
Высокая износостойкость закаленного
чугуна достигается при твердости порядка 45 -
50 HRCa и тонкоигольчатой мартенсивной
матрице чугуна. Для обеспечения таких уело-
32
Глава 1.3. МАТЕРИАЛЫ В СТАНКОСТРОЕНИИ, ИХ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
вий необходима соответствующая исходная
микроструктура и твердость чугуна в литом
состоянии, а именно, перлитная матрица и
твердость не ниже 180 НВ.
Большое влияние на износостойкость
чугуна оказывает не только уровень, но и рав-
номерность твердости металлической матрицы,
связанная с ее фазовым составом (наличие
цементита, феррита и др.). В целом общие
технические требования к чугуну направляю-
щих базовых деталей станков, в том числе
деталей с закаливаемыми поверхностями, по
условию износостойкости выражены данными
табл. 1.3.1.
Для обеспечения жесткости и геометри-
ческой стабильности базовых деталей станков
необходим высокий модуль упругости чугуна,
'связанный с его прочностью, которая характе-
ризует также релаксационную стойкость чугуна
и, соответственно, геометрическую стабиль-
ность деталей. Для одновременного обеспече-
ния высокой износостойкости, жесткости и
геометрической стабильности литых базовых
деталей станков они должны быть изготовлены
из серого чугуна высоких марок, а именно
СЧ25 - СЧ35.
Выбор чугуна для станочных отливок по
их конструктивно-технологическим параметрам
[8, 9]. Основное противоречие, которое необ-
ходимо разрешить при выборе чугуна для от-
ливок базовых деталей станков, заключается в
необходимости обеспечения, с одной стороны,
высоких механических свойств и заданной
микроструктуры в массивных направляющих,
а с другой стороны - высоких литейных
свойств чугуна и отсутствия отбела в тонких
стенках.
Рекомендуемые оптимальные химические
составы серого чугуна специально для станко-
строения и твердость направляющих даны в
табл. 1.3.2 и 1.3.3.
1.3. Общие технические требования к чугуну базовых деталей станков
по условию износостойкости
Технологический вариант Твердость Включения графита Состав металлической матрицы
Длина Распределение
Без упрочнения > 180 НВ 200 - 300 МКМ Равномерное ГР1, ГР2 Перлит
Закалка > 48 HRC Мартенсит тонкоигольча- тый
1.3.2. Рекомендуемый химический состав чугуна различных видов и марок для станочных отливок
Вид чугуна Марка чугуна Массовая доля элементов, %
С Si Мп Ст Ni Си Sn Мо
Немодифици- рованный СЧ15 СЧ20 СЧ25 СЧЗО 3,2-3,4 3,1 -3,3 3,0-3,2 2,8-3,0 2,0-2,4 0,9-1,1 1,0-1,2 1,1-1,3 1,2-1,4 - - - - -
Модифициро- ванный СЧ25 СЧЗО СЧ35 3,1-3,3 2,9-3,1 2,7-2,9 1,8-2,2 2,0-2,4 1,0-1,2 1,1-1,3 1,2-1,4 - - - -
Легиро- ванный Си- Сг СЧ25 СЧЗО 3,0-3,2 2,9-3,1 2,0-2,4 1,8-2,2 0,8-1,0 0,9-1,1 0,2-0,4 0,5-0,7 - -
Ni- Сг СЧ25 СЧЗО 3,0-3,2 2,9-3,1 2,0-2,4 1,8-2,2 0,8-1,0 0,9-1,1 0,2-0,4 0,5-0,7 - - -
Си- Sn СЧ25 СЧЗО 3,0-3,2 2,9-3,! 1,8-2,2 1,6-2,0 0,9-1,1 1,0-1,2 - - 0,5-0,7 0,Об- од -
Мо- Ni- Сг СЧ25 СЧЗО 3,0-3,2 2,9-3,1 2,0-2,4 1,8-2,2 0,8-1,0 0,9-1,1 0,2-0,4 0,5-0,7 - - 0.2-0.4
Примечание. Содержание элементов, обозначенное прочерком, а также* содер-
жание фосфора и серы - в пределах примесей.
ВЫБОР ЧУГУНОВ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ РАЗМЕРНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ 33
1.3.3. Твердость направляющих и литейно-технологические характеристики чугуна
различных видов и марок
Вид чугуна Марка чугуна ММ Виды отливок
Средние Тяжелые Особо тяжелые
Приведенн 1я толщина направляю щих R, мм
15 20 25 30 34 40
Твердость по Бринеллю, НВ
СЧ15 0,92 6 155 140 135 130 126 125
Немодифици- СЧ20 0,88 9 170 160 155 150 150 150
рованньб СЧ25 0,86 12 185 175 170 165 165 165
СЧЗО 0,80 15 200 190 185 180 175 175
Модифициро- СЧ25 0,86 И 190 180 175 170 170 170
ванный СЧЗО 0,80 14 200 185 180 180 175 175
СЧ35 0,78 15 220 210 205 205 200 200
Си- СЧ25 0,85 11 190 180 175 175 170 170
CR СЧЗО 0,80 14 205 190 185 185 180 180
Ni- СЧ25 0,85 И 190 180 175 175 170 170
Легиро- Сг СЧЗО 0,80 14 205 190 185 185 180 180
ванный Си- СЧ25 0,85 11 200 190 185 180 180 180
Sn СЧЗО 0,80 14 215 200 195 195 190 190
Ио- СЧ25 0,85 12 220 205 200 200 195 195
Ni- Сг СЧЗО 0,80 15 225 215 210 210 200 200
1.3.4. Конструктивно-технологические
параметры отливок базовых деталей станков
Конструктивно-технологические характеристики
Указанные составы чугуна обеспечивают
благоприятное сочетание высоких эксплуата-
ционных литейно-технологических свойств
серого чугуна и позволяет использовать его в
приложении к целому ряду задач станкострое-
ния, таких как использование передельных
доменных чугунов, повышенного количества
стального скрапа и др. Наиболее высокое ка-
чество серого чугуна достигается при сочета-
нии оптимального химического состава и мо-
дифицирования.
Исходными данными при выборе чугуна
для отливок базовых деталей станков являют-
ся, с одной стороны, конструктивно-
технологические характеристики отливок и
предъявляемые к ним технические требования
(табл. 1.3.4), а сдругой стороны, литейно-
технологические и эксплуатационные свойства
чугуна.
Для тяжелых отливок дополнительным к
табл. 1.3.4 конструктивным параметром явля-
ется Ктр, характеризующий уровень напряже-
ний в- отливках от сопротивления песчаных
стержней усадке (см. ниже).
Существенной конструктивно-технологи-
ческой особенностью станочных отливок явля-
ется наличие тонких необрабатываемых стенок
и массивных направляющих. Приведенная
толщина направляющих в тепловом отноше-
нии в 2,0 - 3,5 раза превышает толщину сте-
нок.
отливки
Приведенный габаритный размер.. N
Приведенная толщина направляю-
щих ............................. R
Толщина стенок................. 5
Технические требования к отливке по свойствам
чугуна
Класс и группа отливки
Твердость чугуна в направляющих ... НВд
Прочность (модуль упругости) чугу-
на в стенках..................... св s
№)
Методика расчета приведенного габарит-
ного размера и приведенной толщины направ-
ляющих изложена в отраслевом стандарте. В
табл. 1.3.3 обобщены данные по твердости
направляющих и литейно-технологическим
характеристикам чугуна различных видов и
марок - степени эвтектичности Л-, и мини-
34
Глава 1.3. МАТЕРИАЛЫ В СТАНКОСТРОЕНИИ, ИХ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
мальной толщины стенки 60 по условию отде-
ла. Данные по прочности (модулю упругости)
чугуна различных марок в зависимости от
толщины стенки приведены в ГОСТ 1412-85 и
отраслевом стандарте.
Границы технологически минимальной
толщины стенок зависят от приведенного га-
баритного размера отливок из серого чугуна
различной степени эвтекгичности (рис. 1.3.1).
С использованием приведенных выше
данных выбор марки и вида чугуна осуществ-
ляется на основе следующих условий:
(®в, в)/ °в, в; (НВя), £ HBr;
(“Sg)/ (‘$д)л',8> (6о)1 So-
При указанных условиях для тяжелых от-
ливок должна быть проведена оценка техно-
логичности конструкции по условию преду-
преждения трещин в соответствии с методи-
кой, изложенной в следующем подразделе.
Для тяжелых станочных отливок, фор-
муемых с холодильниками, химические соста-
вы чугуна отличаются от приведенных в табл.
1.3.2 в среднем по углероду на +0,1 % и по
кремнию на -0,3 %. Применение холодильни-
ков повышает твердость направляющих на 5 -
10 НВ по сравнению с твердостью по табл.
1.3.3.
Рис. 1.3.1. Границы минимальной толщины стенки 8О
отливок из серого чугуна различной степени
эвтектичиости £, по условию нормального заполнения
формы
Рис. 1.3.2. Схема для расчета уровня напряжений в
отливках от сопротивления стержней усадке:
Fmn и ~ площади поперечных сечений,
соответственно, отливки и ее внутренних полостей,
выполняемых песчаными стержнями;
1у - расстояние между центром тяжести Fc (центра
давления стержней ц. д.) и центром тяжести ц. т. Fmn
в направлении оси у,
hy - размер поперечного сечения отливки в
направлении оси у
Расчет технологичности конструкций тя-
желых станочных отливок [7, 10]. В тяжелых
станочных отливках решающее влияние на
уровень опасных временных напряжений и
образование трещин оказывает сопротивление
стержней усадке. В общем случае, в соответст-
вии с рис. 1.3.2 в отливке имеет место нецен-
тральное растяжение от сопротивления стерж-
ней усадке. Поэтому в ней кроме продольной
растягивающей силы действует изгибающий
момент.
Отсюда конструктивный параметр, харак-
теризующий уровень напряжений в отливках
от сопротивления стержней усадке и, соответ-
ственно, опасность образования в них трещин,
определяется формулой
F 1
гтл‘у
F I
wy ,
или в соответствии с рис. .3.2 приближенным
выражением
К - ^*'ст fl + —1
Атр “ у I1 h Г
1 отл \ пу )
Существует некоторое предельно допус-
тимое значение напряжений в отливке от со-
противления стержней усадке и, соответствен-
но, предельно допустимый указанный конст-
руктивный параметр, превышение которого
может привести к разрушению отливки. Отсю-
да критерий опасности образования трещин в
отливке можно представить выражением
ВЫБОР ЧУГУНОВ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ РАЗМЕРНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ 35
Рис. 1.3.3. Относительные зависимости склонности отливок к образованию трещин от
конструктивно-технологических факторов
Допустимая величина [*тр] зависит от
конструктивных и технологических факторов
1^] ^о-^кон^техн
где Aq - величина [ А^|р| для некоторого эта-
лонного конструктивного и технологического
варианта отливки; Хкон - коэффициент, зави-
сящий от конструктивных параметров отлив-
ки; Хтехн - коэффициент, зависящий от тех-
нологических параметров изготовления отлив-
ки; К[ - коэффициент, зависящий от длины
отливки; Кы - коэффициент, зависящий от
фактической прочности чугуна в стенке отлив-
ки; Кп - коэффициент, зависящий от наличия
структурно свободного цементита в микро-
структуре чугуна в стенках отливки; КС1 - ко-
эффициент, зависящий от прочности песчаных
стержневых смесей при сжатии.
Относительные зависимости склонности
отливок к образованию трещин конструктив-
но-технологических факторов приведены на
рис. 1.3.3. С использованием относительных
зависимостей рис. 1.3.3 величина [Хтр] должна
быть рассчитана по формуле
Итр! = 6,5Х£ХМХСТХЦ.
По критерию условием отсутствия тре-
щин в отливках является выражение
Хтр < [Хтр].
В качестве примера на рис. 1.3.4 приве-
дено поперечное сечение стойки тяжелого
продольно-фрезерного станка мод. 6650. Кон-
струкция стойки, выбранная на основе расче-
тов 20 различных вариантов, обеспечивает
высокую конструктивную жесткость, удобное
размещение противовесов, сокращение трудо-
емкости формовки, обрубки и очистки отли-
вок, исключает образование трещин.
Рис. 1.3.4. Поперечное сечение стойки
продольно-фрезерного станка
(масса 73 т, длина 9,5 м)
36 Глава 1.3. МАТЕРИАЛЫ В СТАНКОСТРОЕНИИ, ИХ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
Стабилизация формы и размеров литых
деталей станков. Напряжения, которые возни-
кают и уравновешиваются внутри тела без
приложения к нему внешних сил называются
внутренними. Внутренние напряжения могут
быть временными, возникающими по ходу тех-
нологического процесса, и остаточными, ко-
торые остаются в детали после ее изготовле-
ния. В общем случае на внутренние напряже-
ния в детали могут накладываться напряжения
от действия внешних сил.
Первопричиной внутренних напряжений
является неравномерность линейных и объем-
ных изменений в материале, которая может
быть следствием неравномерного нагрева или
охлаждения детали, ее пластического дефор-
мирования, а также фазовых превращений.
Остаточные напряжения разделяются на
три рода в зависимости от объемов, в которых
они уравновешиваются.
Напряжения I рода уравновешиваются в
пределах областей, одного порядка с размера-
ми тела.
Напряжения II рода уравновешиваются в
объемах, одного порядка с размерами зерен
металла или сплава.
Напряжения III рода уравновешиваются
в объемах, одного порядка с элементарной
кристаллической решеткой.
Влияние напряжений II и III родов про-
являются, главным образом, в свойствах мате-
риала.
Процесс образования или нарушения
равновесия внутренних напряжений I рода в
отливке сопровождается изменением ее гео-
метрической формы, и размеров, т.е. коробле-
нием.
Под действием временных напряжений
происходит коробление отливок в литейной
форме или при закалке.
Такое коробление может составлять не-
сколько миллиметров и компенсируется, как
правило, соответствующим припуском на ме-
ханическую обработку.
Перераспределение остаточных напряже-
ний в процессе механической обработки при-
водит к короблению деталей, измеряемому
десятыми долями миллиметра, что увеличивает
трудоемкость механической обработки. Нако-
нец, пластическое течение чугуна под действи-
ем остаточных напряжений приводит к короб-
лению готовых деталей, измеряемому сотыми
и тысячными долями миллиметра. На устра-
нение именно этого вида коробления направ-
лены различные методы старения литых дета-
лей станков.
Рис. 1.3.5. Схема литого образца для измерения
коробления
Процесс коробления деталей от остаточ-
ных напряжений чрезвычайно сложный. Не
случайно в течение многих десятилетий не
удавалось надежно воспроизвести это явление
на экспериментальных образцах, и все иссле-
дования проводили либо косвенным методом
по релаксации напряжений, либо непосредст-
венно на станочных отливках.
Впервые экспериментальные образцы и
способы прямых исследований коробления
были предложены в работах [1, 2] (рис. 1.3.5).
Основными факторами, определяющими
величину коробления, являются конструкция
отливок, уровень и характер распределения
остаточных напряжений, качество чугуна, ве-
личина припусков на механообработку. [5].
Для предотвращения коробления литых
деталей применяются различные методы их
стабилизации (старения), основанные либо на
значительном снижении остаточных напряже-
ний, например, путем отжига, либо на упроч-
нении металлической основы чугуна под дей-
ствием внешних нагрузок за счет механиче-
ских, термических или электрофизических
факторов.
Общая характеристика различных мето-
дов старения приведена в табл. 1.3.5.
Оптимальная конструкция тяжелых ста-
ночных отливок, при которой исключена
опасность образования трещин и одновремен-
но обеспечивается достаточно высокая степень
перегрузки остаточных напряжений, должна
удовлетворять следующему условию
ВЫБОР ЧУГУНОВ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ РАЗМЕРНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ 37
1.3.5. Область применения и основные технологические параметры различных методов старения
чугунных базовых деталей станков
Методы старения Основная область при- менения Место в общем технологическом процессе изготов- ления деталей Основной фактор механизма стабили- зации Основные техноло- гические парамет- ры процессов ста- рения
1.1. Естест- венное старение 1.2. Вибра- ционное старение 1.3. Низко температур- ный отжиг 1.4. Уско- ренный отжиг 1.5. Упроч- няющее тепловое старение 1. Для любых типов деталей станков классов точности Н и П Для деталей станков класса точности Н и П, обладающих сравнительно не- большой изгибной жесткостью с одним или двумя преобла- дающими размерами Для любых типов деталей станков клас- са точности Н и П Для жестких короб- чатых деталей стан- ков класса точности Н, П и В Для любых типов мелких, средних и тяжелых деталей станков класса точ- ности Н, мелких и средних деталей станков класса точ- ности П базовые методы стар После черновой механической обработки После черновой или получисто- вой механиче- ской обработки После черновой механической обработки. В технически обоснованных случаях - до чер- новой механиче- ской обработки После черновой механической обработки. В технически обоснованных случаях - до чер- новой механиче- ской обработки После черновой механической обработки ения Упрочнение ме- таллической основы чугуна Упрочнение ме- таллической основы чугуна Снижение оста- точных напря- жений в деталях Снижение оста- точных напря- жений и упроч- нение металли- ческой основы чугуна Упрочнение ме- таллической основы чугуна Длительность процесса Механическая обработка в мак- симально воз- можном объеме Соотношение циклических и остаточных на- пряжений Длительность вибрации Температура нагрева Длительность выдержки Скорость нагре- ва и охлаждения Скорость нагре- ва Температура нагрева Длительность выдержки Температура нагрева Длительность выдержки
2.1. Двой- ное естест- венное старение 2.2. Низко- температур ный отжиг с после- дующим естествен- ным старе- нием 2. Комб Для любых типов деталей станков класса точности В, А и С Для любых типов деталей станков класса точности В, Аи С шированные методь Первая после черновой меха- нической обра- ботки; вторая после получисто- вой механиче- ской обработки Отжиг проводит- ся после черно- вой и механиче- ской обработки, а естественное старение - после получистовой механической обработки 1 старения См. п. 1.1 См. п.п. 1.1, 1.3 См. п. 1.1 См. п.п. 1.1, 1.3
38
Глава 1.3. МАТЕРИАЛЫ В СТАНКОСТРОЕНИИ, ИХ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
Соответствующие этому условию сроки
естественного старения литых деталей тяжелых
станков приведены в табл. 1.3.6.
1.3.6. Сроки естественного старения .литых деталей тяжелых станков (месяцы)
*п,/[*тр] Класс точности станков
н П
До 0,6 (средние станки) 3,0 6,0
От 0,6 до 0,8 0,5 4,0
От 0,8 до 1,0 0,0 3,0
1.3.2. ВЫБОР СТАЛЕЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
СТАНКОВ И СПОСОБЫ ИХ УПРОЧНЕНИЯ
Технические требования к применяемым
сталям и процессам упрочнения определяются,
в первую очередь, условиями эксплуатации
станочных деталей, а также обеспечением вы-
сокой технологичности, экономичности и
экологии. Основными ответственными деталя-
ми станков, изготовляемыми из сталей, явля-
ются: шпиндели, накладные направляющие
качения и скольжения, детали шарико-
винтовых передач, ходовые винты скольжения,
зубчатые колеса, в т.ч. червячные и гипоид-
ные, пиноли и гильзы, муфты сцепления, па-
троны, резцедержатели, кулаки, инструмен-
тальная и измерительная оснастка.
В зависимости от типа станков и условий
эксплуатации от этих деталей требуется:
жесткость, которая определяется, в ос-
новном, модулем упругости и весьма незначи-
тельно зависит от марки стали и способа уп-
рочнения;
конструктивная прочность, которая оп-
ределяет надежность работы деталей и включа-
ет в себя комплекс физико-механических
свойств: характеристики прочности и пластич-
ности, сопротивление ударному разрушению,
изгибную выносливость, контактную проч-
ность, контактную выносливость, сопротивле-
ние износу и задиру.
При выборе сталей и методов упрочне-
ния необходимо также чтобы они обеспечива-
ли:
минимальные деформации и коробление
в процессе термической обработки;
получение стабильной структуры во всем
диапазоне температур эксплуатации деталей и,
соответственно, исключение их коробления;
хорошую обрабатываемость резанием;
стабильность получаемых результатов уп-
рочнения;
экономичность (желательно, чтобы стали
не содержали дорогих и остродефицитных
легирующих элементов - Mo, W, Ni).
Исходя из изложенных выше требований
в станкостроении наиболее широко применя-
ют следующие конструкционные стали [11]:
улучшаемые: 45, 40Х, 40ХН;
цементуемые: 20Х, 18ХГТ, 25ХГТ,
12ХНЗА;
азотируемые: 38Х2МЮА, 40Х, 40ХФА,
№8ХГГ, ЗОХЗМФ;
пружинные: 65Г, 60С2А, 50ХФА;
инструментальные: ШХ15СГ, 8ХФ, 9ХС.
Общая классификация конструкционных
сталей для станкостроения приведена в табл.
1.3.7.
Наиболее распространенными способами
упрочнения стальных деталей в станкострое-
нии являются следующие:
объёмная закалка, в т.ч. ступенчатая и
изотермическая в расплаве солей с регулируе-
мой скоростью охлаждения;
поверхностная закалка, в первую очередь
закалка ТВЧ, а также лазерная закалка;
поверхностная химико-термическая об-
работка, в том числе газовая цементация, газо-
вое и ионное азотирование.
В табл. 1.3.8 приведены область приме-
нения сталей для наиболее ответственных де-
талей станков.
1.3.7. Классификация конструкционных сталей для станкостроения
Номер группы Наименование Марки стали
1 Низкоуглеродистые и среднеуглеродистые стали общего назначения СтЗкп; СтЗпс; СтЗсп; Ст5пс; Ст5сп
2 Низкоуглеродистые и среднеуглеродистые качественные стали 08кп; 10; 20; 35; 45; 54 (54ПП)
3 Среднеуглеродистые легированные стали (улучшаемые) 40Х; 50Х; 40ХФА; 35ХГСА; 35ХМ; 40ХН; 50ХН; 40ХГТР; 40ХН2МА
4 Цементируемые легированные стали 20Х; 18ХГТ; 25ХГТ; 12ХНЗА; 20ХНЗА; 20ХНЗА; 20ХН2М; 25 ХГМ
ВЫБОР СТАЛЕЙ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТАНКОВ И СПОСОБЫ ИХ УПРОЧНЕНИЯ
39
Продолжение табл. 1.3.7
Номер группы Наименование Марки стали
5 Азотируемые стали: нитраллон безалюминиевые 35Х2ГЮФ, 38Х2МЮА ЗОХЗМФ; 20ХЗМВФА (ЭИ415); 38Х2Н2МА
6 Стали повышенной обрабатываемости: резанием конструкционные А12; А40Г АЦ45; АЦ40Х; 40Х-ПВ
7 Рессорно-пружинные стали 65Г; 60С2; 50ХФА; 60С2ХФА
8 Подшипниковые стали ШХ15; ШХ15СГ
9 Инструментальные углеродистые стали У8А; У10А
10 Инструментальные стали: легированные высоколегированные 8ХФ; 9ХС; ХВГ; ХВСГФ; 7ХГ2ВМФ; 5ХГМ; 5ХНМ Х6ВФ, Х12МФ; 6Х42ФС; Р9; Р18; Р6М5; Р6М5К5
11 Коррозионно-стойкие (нержавеющие стали) 20X13; 40X13; 95X18; 14Х17Н2; 10Х14Г14Н4Г; 12Х18Н9Т
12 Конструкционные стали для отливок 25Л; 35Л; 45Л; ЗОГСЛ
13 Электротехнические стали ГОСТ 11036-75
1.3.8. Область применения сталей н технические требования к наиболее ответственным
упрочненным деталям станков
Технические требования к упрочненным деталям
Марка Область применения Способ Толщина Твердость
стали упрочнения ИЛИ диаметр, мм поверхности HRC3 сердцевины НВ
40ХФА Детали, обладающие повы- шенной прочностью: гладкие и шлицевые валы, штоки, установочные винты и др. Детали повышенной износо- стойкости в сочетании с по- вышенной усталостной проч- ностью при изгибе и круче- нии и вязкостью сердцевины: рейки, червячные валы и др. Ответственные детали слож- ной формы, требующие вы- сокой износостойкости и усталостной прочности при минимальной деформации: средненапряженные зубчатые колеса, ходовые винты, шпиндели, гильзы, оправки, тонкостенные втулки, детали оснастки Улучше- ние Закалка, низкий отпуск Азотирова ние печ- ное или ионное с предвари- тельной термичес- кой обра- боткой До 100 Св. 100 до 300 До 40 До 100 241-277НВ 42 - 52 610-700НВ 241 217 Не менее 40 HRC3 В зависи- мости от предвари- тельной термообра ботки
40 Глава 1.3. МАТЕРИАЛЫ В СТАНКОСТРОЕНИИ, ИХ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
Продолжение табл. 1.3.8
Марка стали Область применения Технические требования к упрочненным деталям
Способ упрочнения Толщина ИЛИ диаметр, мм Твердость
поверхности HRC сердцевины НВ
1 2 3 4 5 6
35ХМ Ответственные крупногаба- ритные детали при требова- нии повышенной прочности и вязкости, в т.ч. работающие до 450 °C. Ответственные детали сварных конструкций. Детали, к которым предъяв- ляются требования высокой усталостной прочности и повышенной вязкости: на- груженные рычаги, толкате- ли, валики, крепежные дета- ли. Крупногабаритные детали при требовании повышенной твердости на отдельных уча- стках Нормали- зация Улучше- ние Закалка, низкий отпуск Поверх- ностная закалка с индукци- онным нагревом, низкий отпуск До 100 Св. 100 до 300 Св. 300 до 500 Св. 500 до 800 До 100 Св. 100 до 300 Св. 300 до 500 Св. 500 до 800 Не огра- ничивается 174-217НВ 167-207НВ 156-197НВ 143-179НВ 235-277 НВ 212-248НВ 197-235НВ 187-229НВ 45-52 47-54 Не менее 45 HRC, В зависи- мости от предвари- тельной термообра ботки
40ХН Отвественные детали при требовании высокой прочно- сти при изгибе и кручении в сочетании с достаточным запасом вязкости: валы, ва- лы-шестерни, штоки, шпин- дели, плунжеры, колонны; поршни, бабы, зубчатые ко- леса. Особонагруженные де- тали небольших размеров, испытывающие динамиче- ские нагрузки при эксплуата- ции в районах с холодным климатом. Детали при требо- вании повышенной износо- стойкости отдельных участ- ков Нормали- зация Закалка, высокий отпуск Закалка (масло), отпуск низкий Закалка в расплаве солей с добавле- нием воды Поверх- ностная закалка с индукци- онным нагревом, отпуск низкий До 800 До 300 До 800 До 40 До 70 Не огра- ничивается 167-207НВ 233-277 НВ 197-235 НВ Не менее 47 Не менее 48 49-55 В зависи- мости от предвари- тельной термообра ботки
ВЫБОР СТАЛЕЙ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТАНКОВ И СПОСОБЫ ИХ УПРОЧНЕНИЯ
41
Продолжение табл. 1.3.8
1 2 3 4 5 6
18ХГТ Детали средних размеров при требовании высокой поверх- ностной твердости, износо- стойкости, контактной вы- носливости, повышенной прочности при изгибе и кру- чении и повышенного сопро- тивления смятию: шпиндели легких и средних станков, накладные направляющие, червяки, нагруженные валы, кулачки, копиры, детали обрабатывающих центров и др. Детали средних размеров в т.ч. сложной конфигура- ции, при требовании высо- кой усталостной прочности и минимальной деформации: высоконапряженные зубчатые колеса, гильзы, пиноли и др. Ответственные детали при требовании высокой износо- стойкости и минимальной деформации в процессе ТО: гильзы, пиноли, втулки, шпиндели легких станков и ДР- Цемента- ция, за- калка (масло), отпуск низкий Цемента- ция, непо- средствен- ная закал- ка с под- стужива- нием (масло или расплав солей), отпуск низкий Азотиро- вание печ- ное или ионное с предвари- тельным улучше- нием До 20 Св. 20 до 60 Св. 60 до 80 До 20 Св. 20 до 60 Св. 60 до 80 Не oipa- ничивается 59-63 57-63 57-61 59-63 59-63 57-63 620-670HV 302 241 302 241 В зависи- мости от предвари-, тельной термооб- работки
12ХНЗА Ответственные детали при требовании высокой износо- стойкости в сочетании с по- вышенной прочностью и вязкостью. Детали, работаю- щие в условиях трения каче- ния при значительных на- грузках: накладные направ- ляющие, шпиндели, установ- ленные в подшипниках каче- ния без внутреннего кольца. Детали, работающие в слож- нонапряженных условиях и при динамических нагрузках: зубчатые колеса с модулем до 6 мм, кулачковые муфты. Особонапряженные детали, работающие при пониженной температуре (до -80 °C). Де- тали крупных размеров, в том числе сложной формы, поверхность которых должна обладать высокой твердостью и износостойкостью, шпин- дели, гильзы, пиноли, на- кладные направляющие ку- лачки Цемента- ция, высо- кий от- пуск, за- калка (масло или расплав солей с добавле- нием во- ды), низ- кий от- пуск До 30 Св. 30 до 120 59-63 59-63 Не более 302 ,205
М2
Глава 1.3. МАТЕРИАЛЫ В СТАНКОСТРОЕНИИ, ИХ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
Продолжение табл. 1.3.8
Марка стали Область применения Технические требования к упрочненным деталям
Способ упрочнения Толщина ИЛИ диаметр, мм Твердость
поверхности HRCg сердцевины НВ
1 2 3 4 5 6
ЗОХЗМФ Ответственные (в т.ч. преци- зионные) детали при требо- вании высокой износостой- кости и достаточной прочно- сти сердцевины: шпиндели (кроме работающих в под- шипниках скольжения и стальных втулках) с твердо- стью < 800 HV, ходовые вин- ты и накладные направляю- щие скольжения, гильзы, пиноли, втулки, зубчатые колеса, червяки, кулачки, копиры и др. Нормали- зация или закалка, высокий отпуск Азотиро- вание печ- ное или ионное с предвари- тельной термичес- кой обра- боткой До 100 Не огра- ничивается 694-804 HV 235-277 В зависи- мости от предвари- тельной термооб- работки 1
20ХЗМФА (ЭИ415) Наиболее ответственные пре- цизионные детали сложной формы при требовании вы- сокой износостойкости и контактной (усталостной) прочности, а также повы- шенного сопротивления смя- тию и минимальной дефор- мации при упрочнении Закалка, высокий отступ Азотиро- вание печ- ное или ионное с предвари- тельной термичес- кой обра- боткой До 100 Не огра- ничивается 720-900HV 32-42 HRC3 или 235-277 НВ (в за- висимости от темпе- ратуры отпуска) В зависи- мости от предвари- тельной термооб- работки
ШХ15СГ Детали, которые должны обладать повышенной изно- состойкостью и высокой кон- тактной выносливостью при большей толщине попереч- ного сечения, а также на- кладные направляющие каче- ния и скольжения, гайки винтов передач винт-гайка качения и детали сложной формы при требовании ми- нимальной деформации при термической обработке Закалка (масло, расплав солей с добавле- нием во- ды), от- пуск низ- кий До 40 (при закалке в масле) До 60 (при закалке в расплаве солей) 58-63 Не менее 56 HRC3 Примеча- ние: при изготовле- нии длин- номерных деталей, подвер- гаемых правке в процессе закалки, размер их попереч- ного се- чения не должен превы- шать 25 - 30 мм
ВЫБОР СТАЛЕЙ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТАНКОВ И СПОСОБЫ ИХ УПРОЧНЕНИЯ 43
Продолжение табл. 1.3.8
1 2 3 4 5 6
У8А Детали, при требовании по- вышенной поверхностной износостойкости и невысо- кой прочности сердцевины: при небольшой толщине сечения, в т.ч. изготовляемые из ленты, поставляемой в упрочненном состоянии. Детали при требовании по- вышенной износостойкости и умеренных контактных на- грузок: центровые оправки, шпиндели шлифовальных станков, копиры, кулачки и ДР- Закалка (вода, 5 - 10 %-ный раствор NaCl), низкий отпуск Закалка (через воду в масло, расплав солей с водой), отпуск при тем- пературе °C: 160 - 180 350 - 400 Закалка изотерми- ческая (расплав солей с водой при 280-340 °C) Поверх- ностная закалка с индукци- онным нагревом, отпуск низкий До 60 10 - 20 6 - 8 6 - 8 Не oipa- ничивается 57 - 63 57 - 61 44 - 48 44 - 50 59 - 63 44 НЯСэ 44 НЯСэ
У10А Крупногабаритные ходовые винты, которые по техноло- гическим причинам подвер- гать упрочнению не пред- ставляется возможным. Дета- ли при требовании повы- шенной износостойкости при умеренной прочности серд- цевины: втулки, упоры, ку- лачки. Детали пружинного типа при небольшой толщи- не поперечного сечения. Де- тали тех же видов, что и для стали У8А, но при требова- нии более высокой износо- стойкости Закалка (вода 5- 10%-ный раствор NaCl) низкий отпуск Закалка (масло, расплав солей с добавле- нием во- ды), от- пуск низ- кий Закалка (масло, расплав солей), отпуск низкий до 60 10-12 при закалке в масле 20 при закалке в расплаве солей до 8 59 - 63 57-61 44-49 44 HRC,
44
Глава 1.3. МАТЕРИАЛЫ В СТАНКОСТРОЕНИИ, ИХ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
Продолжение табл. 1.3.8
Марка стали Область применения Технические требования к упрочненным деталям
Способ упрочнения Толщина или диаметр, мм Твердость
поверхности HRC3 сердцевины НВ
1 2 3 4 5 6
Поверх- ностная закалка с индукци- онным нахревом, отпуск низкий Не огра- ничивается 59 - 63
8ХФ Главным образом длинно- мерные поверхность которых должна обладать высоким сопротивлением цикличе- ским контактным нахрузкам, а также износу в условиях трения качения и скольже- ния: винты передач винт- гайка качения (ВГК), на- кладные и цилиндрические направляющие и др.; детали типа тонкостенных втулок, работающих в аналогичных условиях, например гайки передач ВГК Отжиг изотерми- ческий Закалка (масло, расплав солей с добавлени- ем воды), отпуск низкий Поверх- ностная закалка с индукци- онным нахревом, отхтуск низкий До 8 Не огра- ничивается Не менее 57 НЯСэ Не более 241
9ХС Детали при требовании по- вышенной износостойкости, усталостной прочности при изгибе, кручении, контакт- ном нахружении, а также упругих свойств: гайки пере- дач ВГК; нахруженные валы, цанги, кулачки, копиры, детали крепежно-зажимных устройств. Закалка (масло), отпуск низкий Закалка (расплав солей с добавлени- ем воды), отпуск низкий Закалка (масло), отпуск средний Закалка (расплав солей), отпуск средний Закалка изотерми- ческая в расплаве солей с вод ой при 250 °С-Зч До 40 До 60 До 30 До 40 58 - 62 45 - 49 56-58 Не менее 58 HRC-, Не менее 45 НЯСэ
ВЫБОР СТАЛЕЙ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТАНКОВ И СПОСОБЫ ИХ УПРОЧНЕНИЯ 45
Продолжение табл. 1.3.8
1 2 3 4 5 6
ХВГ Длинномерные высокоточ- ные детали при требовании повышенной износостойко- сти и высоких контактных нагрузок: винты передач скольжения и качения, чер- вяки делительных пар, на- кладные и цилиндрические направляющие и др. Закалка (масло), отпуск 180- 230 °C Закалка (расплав солей), отпуск 180- 230 °C Закалка (масло), отпуск 230- 280 °C Закалка (расплав солей), отпуск 230- 280 °C Закалка (масло), отпуск 280- 340 °C Закалка (расплав солей), отпуск 280- 340 °C До 50 До 60 До 50 До 60 До 50 До 60 58 - 62 56 - 58 54 - 56 Не менее 58 HRC3 Не менее 56 HRC, Не менее 54 HRC,
7ХГ2ВМФ Детали тех же видов, что и для сталей ШХ15СГ, ХВГ, ХВСГФ, но при больших размерах поперечного сече- ния и при необходимости обеспечить минимальную деформацию в результате упрочнения, а также для мас- сивных деталей малой жест- кости, подвергаемых правке в процессе закалки (сталь воз- душно-закаливаемая) Закалка (воздух или мас- ло), от- пуск низ- кий Закалка (воздух), отпуск средний До 120 До 80 55 - 61 55 - 57 Не менее 58 НЯСэ Не менее 55 - 57 HRCj
Х6ВФ Детали при требовании весь- ма высокой износостойкости и прочности, в т.ч. при рабо- те с динамическими нагруз- ками: ролики, катки, копи- ры, червяки делительных пар большого диаметра, ходовые винты, накладные направ- ляющие передач скольжения, работающие с загрязненной смазкой Закалка, отпуск при тем- пературе: 160 °C 200 °C 290 °C Закалка, отпуск двухкрат- ный при 500 °C, затем при 200 °C До 120 До 120 62 - 64 58 - 61 56 - 59 56 - 59 Не менее 62 HRC3 58 HRC3 56 HRC3 56 HRC3
46
Глава 1.3. МАТЕРИАЛЫ В СТАНКОСТРОЕНИИ, ИХ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
Продолжение табл. 1.3.8
Марка стали Область применения i 1 Технические требования к упрочненным деталям
Способ упрочнения Толщина ИЛИ диаметр, мм Твердость
поверхности HRC3 сердцевины НВ
1 2 3 4 5 6
Х12МФ Ответственные детали, в т.ч. массивные, работающие в условиях высокого образив- ного изнашивания; а также при наличии значительных давлений и динамического нагружения: подпятники гидронасосов, матрицы, ро- лики, толкатели, кулачки, накатные инструменты Закалка (масло), отпуск: 190-210’С 320-350°С До 140 60 - 63 57 - 59 60 - 63 HRC, 57 - 59 HRC,
12Х18Н9Т Детали при требовании весь- ма высокой коррозионной стойкости в морской воде и различных агрессивных сре- дах, за исключением соляной кислоты, а также в воздуш- ной атмосфере: зеркальные шкалы, зеркальные валики, ленты для защиты направ- ляющих и др. Используется также как парамагнитный материал для магнитных плит, патронов, деталей маг- нитных транспортеров и др. Закалка (воздух, вода, мас- ло) Не огра- ничивается •
1.3.3. ВЫБОР КОНСТРУКЦИОННЫХ
ГАЗОТЕРМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ
ДЕТАЛЕЙ СТАНКОВ
Конструкционные газотермические по-
крытия формируются путем напыления на
поверхность детали рабочего слоя с помощью
высокотемпературной скоростной струи, со-
держащей частицы расплавленного наплавляе-
мого материала, которые в результате ударного
взаимодействия с основой осаждаются на по-
верхности [6].
Наиболее широкое применение имеют
две технологии напыления в зависимости от
источника тепловой энергии - химическое
(газопламенное) и электрическое (плазмен-
ное). При газопламенном напылении исполь-
зуется теплота сгорания горючего газа в ки-
слороде. Этот метод применяется для нанесе-
ния коррозионно-стойких покрытий и нап-
лавки сплавов. При электрическом, в частно-
сти, плазменном напылении используется
теплота электрического разряда между катодом
и соплом-анодом в атмосфере инертного газа -
аргона. Этот метод наиболее универсален и
обеспечивает наиболее высокое качество по-
крытий.
Использование газотермического напы-
ления в станкостроении определяется следую-
щими особенностями данной технологии:
покрытие наносится на детали, изготов-
ленные практически из любого материала:
стали, чугуна, алюминия, пластмассы и т.п.;
на различные поверхности детали могут
быть нанесены покрытия из разных материа-
лов;
состав и эксплуатационные свойства по-
крытий определяются выбранными исходными
компонентами, режимом их напыления и
варьируются в широких пределах;
покрытие может быть многослойным и
каждый слой может иметь необходимые функ-
циональные характеристики и соответствую-
щие физико-механические, тепло- и электро-
физические свойства.
Таким образом, технология газотермиче-
ских покрытий дает возможность конструкто-
рам создавать детали как цельные композиции
из материалов различного функционального
назначения. Общая классификация конструк-
ционных газотермических покрытий в станко-
строении приведена в табл. 1.3.9. Типы и виды
исходных напыляемых материалов приведены
соответственно в табл. 1.3.10 и 1.3.11.
ВЫБОР КОНСТРУКЦИОННЫХ ГАЗОТЕРМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
47
1.3.9. Общая классификация конструкционных газотермических покрытий в станкостроении
Направление классификации Классификационные группы
По функциональному назначению Триботехнические: износостойкие антифрикционные фрикционные Электрофизические: магнитные диэлектрические теплоизоляционные коррозионно-стойкие Однослойные: однородные переменного состава Многослойные: периодические переменные комбинированные
По технологии формирования покрытий Покрытия без оплавления Покрытия с оплавлением
По составу исходных материале в 1 Самофлюсующиеся сплавы Интерметаллы Медные сплавы Коррозионные стали и сплавы Инструментальные и конструкционные стали Высокоуглеродистые сплавы, в т.ч. легиро- ванные Композиционные Керамические Чистые металлы
По виду исходных материалов Порошки Проволоки
1.3.10. Виды исходных напыляемых материалов
Типы Группы материалов Виды материалов
Самофлюсующиеся На основе никеля На основе меди Композиты с карбидом вольфрама
Интерметаллцды На основе никеля На основе титана
Порошки Композиционные Термореагирующие Механические смеси Плакированные
Керамические Оксидные Карбидные Нитридные
Металлы и сплавы Черные Цветные
Черные сплавы Различные сплавы, чугун
Цветные сплавы На основе алюминия
Проволоки На основе меди
Порошковые Со стальной оболочкой С никелевой оболочкой
48
Глава 1.3. МАТЕРИАЛЫ В СТАНКОСТРОЕНИИ, ИХ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
1.3.11. Рекомендуемые типы и виды напыляемых материалов в зависимости от назначения покрытий
Назначение покрытий Типы напыляемых материалов
Порошки Проволоки
Само- флюсу- ющиеся Интер- метал- лиды Компо- зиции онные Кера- мичес- кие Металлы и сплавы Чер- ные спла- вы Цвет- ные спла- вы Поро- шко- вые
чер- ные цвет- ные
Износостойкие + + + + + + + - +
Антифрикционные + + + + + + + -1- +
Фрикционные + + + + - + - -1- -
Магнитные - - - - + - + - -
Немагнитные - + - + - + - -1- -
Диэлектрические - - + + - - - - -
Токопроводящие + + - - + + -1- -1- +
Коррозионно- стойкие 4- + + + - + - + +
Оценка свой с т в : (-) - не рекомендуемые; (+) - рекомендуемые
Примеры применения конструкционных газотермических покрытий приведены в табл. 1.3.12. Технология покрытий может также эффективно использоваться при ремонте и устранении различных видов брака деталей. Толщина плазменных покрытий находится в пределах 0,1-3 мм. Для надежного сцепления покрытия с деталью необходима тщательная подготовка соответствующей поверхности, в частности пескоструйная обработка.
1.3.12. Примеры применения конструкционных газотермических покрытий в станкостроении
Узлы станков Детали с покрытием Основные функции покрытий Технико-экономическая эффективность применения
Шпиндельные узлы Шейки шпинделей и опорные втулки гидро- динамические и гидро- статические Манжетные уплотнения шпинделей шлифо- вальных станков в паре с резиной Задиро- и износостой- кость Антифрикционные свойства Жесткость Износостойкость в ус- ловиях абразивного износа Повышение точности и долговечности шпиндельных узлов, экономия цветных сплавов Повышение долговеч- ности манжетных уп- лотнений
Гидро- и пнев- моцилицдры, в т.п. вращаю- щиеся Штоки, гильзы, порш- ни, крышки, втулки, цапфы Задиро- и износостой- кость Антифрикционные свойства Теплоизоляция вала от втулки Снижение массы Обеспечение высокой надежности узлов, снижение инерцион- ных нагрузок
Пневмоаппара- ты Основания пневморас- пределителей и крано- вые переключатели из легких сплавов Износостойкость Снижение массы Повышение долговеч- ности
Направляющие базовых дета- лей Накладные направляю- щие и клиновые встав- ки из цветных сплавов Антифирикционные свойства Износостой кость Повышение долговеч- ности, экономия цвет- ных сплавов
ПРИМЕНЕНИЕ СИНТЕГРАНА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СТАНКОВ
49
Продолжение табл. 1.3.12
Узлы станков Детали с покрытием Основные функции покрытий Технико-экономическая эффективность применения
Плоскоремен- ные передачи Шкивы из легких спла- вов Фрикционные свойства Износостойкость Снижение массы Надежность передач
Проволочный тракт электро- эрозионных станков Тянущий направляю- щий ролик Фрикционные свойства Износостойкость Электроизоляция Обеспечение высокой надежности узла
Инструменталь ная и измери- тельная осна- стка Зажимные цанги, ка- либры Износостойкость Долговечность, дли- тельное сохранение точности
Особенность газоаермических потфыгий - на-
личие в напылением слое развитой сетки мик-
ропористости на уровне 0,1-2 мкм с объем-
ным содержанием пор 3 - 20 % в зависимости
от применяемой технологии. Кроме того, в
напыленном слое имеются твердые включения
оксидного или карбидного типа. Такая струк-
тура покрытия определяет, с одной стороны,
их высокие триботехнические свойства, осо-
бенно в узлах трения с ограниченным досту-
пом смазки, и с другой - пониженные меха-
нические характеристики (хрупкость, низкая
контактная прочность), т.е. возможность ис-
пользования только в парах трения скольже-
ния, при отсутствии высоких контактных и
ударных нагрузок. Механическая обработка
покрытий, как правило, должна проводиться
алмазным или другим сверхтвердым инстру-
ментом.
1.3.4. ПРИМЕНЕНИЕ СИНТЕГРАНА - ПОЛИМЕРНОГО
КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА при
ПРОЕКТИРОВАНИИ СТАНКОВ
Термин "синтегран" образован из слия-
ния двух слов: синтетический и гранит. Этот
материал по основным физико-механическим
и эксплуатационным свойствам аналогичен
натуральным гранитам, из которых изготовля-
ют детали станков, координатно-
измерительных машин, контрольного инстру-
мента и др. Аналогичные зарубежные материа-
лы называют гранитаном, микрогранитом и
др. Принципиальное отличие синтеграна от
натурального гранита технологическое - из
него можно формовать детали сложной формы.
Синтегран относится к классу полимер-
ных бетонов и представляет собой композици-
онный материал на основе природных твердо-
каменных пород (граниты, габбро, диабазы) и
полимерных связующих - синтетических смол.
Особенностями синтеграна как конструкцион-
ною материала, являются: высокая демпфи-
рующая способность, низкая теплопровод-
ность, практически нулевая усадка при фор-
мовке, минимальные внутренние напряжения
в отливках и, как следствие - повышение точ-
ности станков и стойкости режущего инстру-
мента.
Общий состав синтеграна приведен в
табл. 1.3.13.
1.3.13. Общий состав синтеграна
Основные составляющие синтеграна Массовая доля,% Размер фракций, мм
Минеральный наполнитель 75 - 83 0,63 - 20,0
Минеральный наполнитель 10 - 15 < 0,315
Полимерное связующее 7 - И -
Для деталей станков могут быть исполь-
зованы синтеграны с массовой долей связую-
щего не более 10 - 11 %. При большом коли-
честве связующего существенно снижается
модуль упругости, теплостойкость, увеличива-
ется ползучесть и склонность к короблению
деталей. Основные физико-механические
свойства синтегранов различного состава при-
ведены в табл. 1.3.14.
1.3.14. Физико-механические и технологические
свойства синтегранов с
различным содержанием связующего
Показатель Значение
Плотность Кратковременная проч- ность при 20 °C: сжатие растяжение изгиб 2400 - 2700 кг/м3 ПО - 130 МПа 20 - 25 МПа 38 - 40 МПа
50
Глава 1.3. МАТЕРИАЛЫ В СТАНКОСТРОЕНИИ, ИХ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
Продолжение табл. 1.3.14
Показатель Значение
Модуль Юнга 35 - 50 ГПа
Температурная устойчи- вость 65 - 75 °C
Снижение прочности при сжатии: при 40 °C при 60 °C при 80 °C 10 % 20 % 40 %
Полимерное связующее является много-
компонентной системой, содержащей смоля-
ную часть и отверждающий агент. От состава
связующего, а также от правильного соотно-
шения связующего, наполнителя и заполните-
ля зависят физико-механические свойства
синтегранов. В качестве связующего для син-
тегранов используют эпоксидные композиции
"холодного" отверждения, отверждаемые без
подвода тепла извне. В состав смоляной части
эпоксидных композиций "холодного” отвер-
ждения входят смолы, активные разбавители и
специальные добавки. Разбавители позволяют-
существенно снизить вязкость связующего, а
также регулировать время жизни и экзотер-
мию реакции.
В качестве отверждающих агентов поли-
мерного связующего синтеграна применяют
алифатические и ароматические амины, а так-
же их эвтектические смеси. Основные физико-
химические и технологические свойства от-
дельных компонентов и связующего приведе-
ны в табл. 1.3.15 и 1.3.16. Области применения
синтегранов приведены в табл. 1.3.17.
1.3.15. Физико-химические свойства
эпоксидного связующего синтегранов
Показатель Значение
Смоляная часть
Плотность при 25 °C Динамическая вязкость: 1156 кг/м3
при 20 °C 4 П-с
при 40 °C 1,2 П-с
Класс опасности III
Температура вспышки 148 °C
Аминный отвердитель
Плотность при 25 °C Динамическая вязкость: 922 кг/м3
при 20 °C 0Д88П-С
при 40 °C 0,077 П-с
Класс опасности IV
Температура вспышки 238 °C
1.3.16. Физико-механические и технологические
свойства эпоксидного связующего
Показатель Значение
Динамическая вязкость:
при 20 °C 2,6 П-с
при 40 °C 0,8 П-с
Время "жизни при 20 °C Кратковременная проч- ность при 20 °C 60 - 80 мин
сжатие 90 МПа
растяжение Модуль упругости при 20 °C 65 МПа
растяжение 1,9 ГПа
сжатие 2,4 ГПа
Сопротивление истира- нию 5,7 мм3/м
Усадка химическая 5 %
Твердость по Бринеллю 150 МПа
Температура стеклования в предельно отвержден- ном состоянии 85 “С
Коэффициент темпера- турного расширения в стеклообразном состоя- нии (3-6)-ю-61/°С
Проектирование деталей из синтеграна
осуществляется с учетом того, что деталь из
синтеграна представляет собой неразборную
конструкцию, состоящую из отливки, заклад-
ных элементов.
При проектировании деталей из синте-
грана конструктор разрабатывает:
общий вид детали с окончательными
размерами и указанием особых требований,
допусков, типа соединения отдельных заклад-
ных элементов;
чертежи конструкций закладных элемен-
тов без учета припусков на последующую об-
работку;
чертежи приформовываемых элементов.
Разработчик формующей оснастки ана-
лизирует технологичность разработанной кон-
струкции детали и при необходимости вносит
изменения в чертеж, согласовывая их с конст-
руктором. Для сложных деталей разработчик
формы на основании чертежа детали разраба-
тывает чертеж заготовки. При разработке кон-
струкции синтеграновой детали конструктор
первоначально определяет плоскость формов-
ки детали, т.е. поверхность, через которую
материал загружают в форму.
За плоскость формовки рекомендуется
прибрать нерабочую и невидовую поверхно-
сти.
ПРИМЕНЕНИЕ СИНТЕГРАНА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СТАНКОВ 51
1.3.17. Области применения синтегранов в станкостроении
Области применения Типовые детали Типы станков Решаемые вопросы, тех- нический эффект
Базовые детали Корпусные детали: неподвиж- ные подвижные с рабочими поверхнос- тями тре- ния Станины, стойки, ос- нования, тумбы, тра- версы и др. Шпиндельные бабки, корпуса редукторов, столы и др. Каретки, столы, суп- порта и Т.П. Шлифовальные, фре- зерно-сверлильно- расточные, координат- но-расточные, токар- ные, специальные и др. Повышение вибро- устойчивости и точно- сти станков, режимов резания, снижение шума. Экономия ме- талла и электроэнер- гии. Исключение ста- рения. Улучшение условий труда рабочих- литейщиков
Детали изме- Измерительные плиты, Измерительные маши- Замена натурального
ригельной и угольники, подставки, ны, станки для сверле- гранита, снижение
специальной траверсы, стойки, аэро- ния печатных плат, трудоемкости механи-
техники статические направ- ляющие и т.п. измерительный инст- румент, оптические системы ческой обработки, экономия алмазного инструмента. Возмож- ность создания прин- ципиально новых кон- струкций деталей, ко- торые из натурального гранита сделать прак- тически невозможно
Детали, к ко- Станины, столы, пли- Электрохимические Экономия коррозион-
торым предъ- ты, специальные изде- станки, станки для маг- но-стойкой стали.
являются спе- циальные тре- бования по материалам (немагнитные свойства, кор- розионная стойкость, малая тепло- проводность) ЛИЯ нитно-абразивной об- работки и др. Создание принципи- ально новых конструк- ций
Детали свар- ной или литой конструкции, заполненные синтеграном Нагруженные станины, столы, траверсы, стой- ки Тяжелые станки Повышение динамиче- ской жесткости и виб- роустойчивости
Детали сравни- Державки режущего Токарные, фрезерные, Повышение вибро-
тельно малых размеров ком- бинированной конструкции металл - син- нтегран инструмента, резцедер- жатели, центры, шпин- дели, элементы кре- пежной оснастки и др. шлифовальные и др. устойчивости системы СПИД, стойкости ин- струмента, точности обрабатываемых дета- лей
Литейные уклоны в отливках из си inc- Технологически минимальная толщина стенки
грана рекомендуется назначать в соответствии отливки должна в 4 5 раз превышать размер
с табл. 1.3.18; при этом наружные поверхности максимальной фракции заполнителя.
выполняют без уклонов. Толщины стенок в В деталях из синтеграна, в тех местах где
синтеграновых отливках назначают исходя из он является рабочей поверхностью, необходи-
марки синтеграна и служебного назначения. мо предусматривать припуск (Д) на обработку;
52
Глава 1.3. МАТЕРИАЛЫ В СТАНКОСТРОЕНИИ, ИХ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
1.3.18. Примеры расположения и размеры литейных уклонов в отливках
Тип полости
(плоскость формовки сверху)
Размеры, мм
5 h ь
Для всех раз- До 25 2
меров1 Св. 25 до 50 3
Св. 50 до 100 4
Св. 100 до 200 12
Св. 200 25
До 50 10
Св. 50 до 100 15
Св. 100 до 200 30
Св. 200 до 300 60
Св. 300 до 500 90
Для всех раз- До 50 30
меров Св. 50 до 100 40
Св. 100 до 200 60
Св. 200 80
1 Для особых случаев, когда требуется высокая точность размера, допускается литейный
уклон не давать.
ПРИМЕНЕНИЕ СИНТЕГРАНА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СТАНКОВ
53
1.3.19. Рекомендации по конструкции закладных элементов
Тип закладного элемента d\ ^3 h h /з /4
ММ
h Мб М8 М10 М12 М16 М20 12 14 16 20 26 30 15 20 22 28 40 50 25 30 40 55 80 90 13 17 19 24 36 41 1 1 1 2 3 4
-
У О'
4
Йз- 5; L
, е г __
ео° Мб М8 М10 М12 М16 М20 12 16 20 24 30 36 20 25 30 36 46 56 35 45 50 60 90 100 17 22 27 32 41 50 1 1 1 2 3 4 8 10 12 15 20 25
**>2
Л
У
//
U
(<! '
54
Глава 1.3. МАТЕРИАЛЫ В СТАНКОСТРОЕНИИ, ИХ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
Рве. 1.3.6. Примеры констругпшюго выполнения
закладных элементов, предназначенных ди крепления
к ним других деталей:
а - закладной элемент с наружной поверхностно,
выполненной с обратным конусом; б-то же, но с
дополнительным анкетированием; а - закладной
элемент с большой глубиной заделки; г - закладные
элементы для крепления на боковой поверхности
детали выполненной в виде реек; д - то хе, что и г,
но вклеенные
Рис. 1.3.7. Примеры конструктивного исполнения
крепления закладных элементов:
а, б-с резьбовым отверстием, конусообразно или
с буртиком вровень с плоскостью отлива;
• - заделанного с углублением; г - у которых по
конструктивным соображениям межцентровые
расстояния не могут быть увеличены;
д - с эксцентрично расположенным резьбовым
отверстием; е - с резьбовым хвостовиком;
ж - с Т-образным пазом формованным и на клею
как правило Д 1/3 размера максимальной
фракции заполнителя. Вскрываемые при обра-
ботке поры заделывают специальными компа-
ундами.
На нерабочих поверхностях и поверхно-
стях, являющихся базой для крепления, до-
пускается наличие мелких пор и раковин,
которые заделывают быстросохнущими поли-
эфирными шпатлевками, после чего осу-
ществляют подготовку поверхности под
окраску.
Примеры конструктивного исполнения
крепления закладных элементов приведены на
рис. 1.3.6, а также в табл. 1.3.19.
Примеры конструктивного выполнения
металлических закладных элементов приведе-
ны на рис. 1.3.7.
1.3.5. ВЫБОР ЛАКОКРАСОЧНЫХ И КОНСЕРВАЦИОН-
НЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ СОЗДАНИИ СТАНКОВ
Лакокрасочные материалы для станко-
строения. Основная цель использования лако-
красочных материалов (ЛКМ) в стан-
костроении - получение на поверхности изде-
лий лакокрасочного покрытия, обладающего
защитными, декоративными, а в ряде случаев
другими функциональными свойствами. Клас-
сификация основных лакокрасочных материа-
лов для станкостроения приведена в табл.
1.3.20.
Помимо перечисленных материалов к
ЛКМ относятся растворители, пластификато-
ры, отвердители, сиккативы, смывки. Соглас-
но ГОСТ 9825-73 все лакокрасочные материа-
лы разделены на 1руппы в зависимости от
основных пленкообразующих, входящих в их
состав.
ВЫБОР ЛАКОКРАСОЧНЫХ И КОНСЕРВАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 55
1.3.20. Классификация Л КМ, применяемых в станкостроении по виду материала и химическому составу
Виды лакокрасочных материалов Наименование ЛКМ по химическому составу Обозначения Марки
Эмали - пигментированные лаки, предназначенные для получения верхних покровных слоев, придающих покрытию необходимые декоративные и эксплуатационные свойства Эмали Нитроцеллюлозные и нитроглифталевые Перхлорвиниловые Пентафталевые Меламинные Сополимервинид- хлоридные Эпоксидные, эпок- сиперхловиниловые Эпоксиглифталевые Кремнийорганичес- кие Поливилацетальные нц хв ПФ мл хс эп ГФ ко вл НЦ-256, НЦ-246, НЦ-2127, НЦ-11, НЦ 132 ХВ-16, ХВ-124, ХВ-238 ПФ-115, ПФ-188 МЛ-12, МЛ-152, МЛ- 165, МЛ-165ПМ ХС-759 ЭП-140, ЭП-773, ЭП-2125 ГФ-2136, ГФ-2136МЭ КО-814, КО-813 ВЛ-515
Лаки - растворы пленкообра- зующих веществ в органиче- ских растворителях с добавкой компонентов, улучшающих адгезию и другие свойства ла- ковых покрытий Лаки Пентафталевые Полиакриловые Алкидно-акриловые Битумные Масляно- стиральные ПФ АК АС БТ мс ПФ-170 АК-113 АС-82 БТ-577 МС-25
Грунтовки - пигментированные и наполненные лаки, предна- значенные для использования в качестве первичных слоев по- крытий и обеспечивающие высокую адгезию покрытия к защищаемой поверхности, обладающие антикоррозион- ными свойствами Грунтовки Глифталевые Нитроцеллюлозные Фенольные Полиакриловые Перхлорвиниловые Сополимервинил- хлоридные Поливинилацеталь- ные ГФ нц ФЛ АК ХВ ХС вл ГФ-0163, ГФ-021, ГФ-0119, ГФ-017 НЦ-087, НЦ-097 ФЛ-ОЗК, ФЛ-03Ж АК-070 ХВ-050 ХС-068, ХС-059 ВЛ-02, ВЛ-023
Шпатлевки - сильно пигмен- тированные и наполненные лаки, имеющие вязкость, необ- ходимую для нанесения шпате- лем и предназначенные для заделки дефектов и выравнива- ния поверхности особенно, литых чугунных изделий Шпатлевки Нитроцеллюлозные Перхлорвиниловые Полиэфирные Эпоксидные НЦ хв ПЭ эп НЦ-008 ХВ-004, ХВ-0016 ПЭ-0089 ЭП-0010
Выбор систем лакокрасочных покрытий приведенными в табл. 1.3.21. Поверхности для окрашивания изделий станкостроения в станков и оборудования, подвергаемые перио- зависимости от условий эксплуатации, казна- дическому воздействию щелочных СОЖ, целе- чения и области применения целесообразно сообразно окрашивать эмалями на перхлорви- проводить в соответствии с рекомендациями, ниловой основе. Изделия, предназначенные для
56 Глава 1.3. МАТЕРИАЛЫ В СТАНКОСТРОЕНИИ, ИХ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
1.3.21. Рекомендуемые системы лакокрасочных покрытий
Марки эмали Марки грунтовки Обозначение условий эксплуатации по ГОСТ 9.104-79, ГОСТ 9.032-74 Окрашиваемые поверхности и условия эксплуатации
по черным металлам по алюми- нию и его сплавам
НЦ-256 НЦ-2127 НЦ-132 ГФ-0163, ГФ-021, ГФ-0119, ФЛ-ОЗК, АК-070 ФЛ-ОЗЖ АК-070 У2, УХЛ4, ТЗ, 04 УХЛ4, ТЗ, 04 У2, УХЛ4, 6 Наружные поверхности станков и оборудования при периоди- ческом воздействии минераль- ных масел Внутренние поверхности при постоянном воздействии мине- ральных масел
ГФ-2136 ГФ-2136МЭ ГФ-0163, ГФ-0119 ГФ-021, ФЛ-ОЗК, АК-070 ФЛ-ОЗЖ, АК-070 У2, УХЛ4, ТЗ, 04 Наружные поверхности метал- лорежущих станков при незна- чительном воздействии щелоч- ных СОЖ
ХВ-238 ФЛ-ОЗК, АК-070, ХВ-050 Фл-ОЗЖ, АК-070 7/3 Наружные и внутренние по- верхности станков и оборудо- вания, подвергаемые периоди- ческому воздействию щелоч- ных СОЖ, раствора триэтано- ламина и др.
ХВ-16 ХВ-050, ФЛ-ОЗЖ, УХЛ1, УХЛ2, 11, Поверхности деревообрабаты-
ХВ-124 АК-070 ФЛ-ОЗК ВЛ-02 АК-070, ХВ-050 Т2 вающего, кузнечно-прессового и литейного оборудования, работающего на открытом воз- духе, под навесом
ПФ-115 ПФ-188 ГФ-021, ГФ-0163, ГФ-0119, ФЛ-ОЗК ВЛ-02 с алюминие вой пуд- рой ФЛ-ОЗЖ УХЛ1, УХЛ2, Т2 Поверхности деревообрабаты- вающего, кузнечно-прессового и литейного оборудования, работающего на открытом воз- духе, под навесом
МЛ-165 МЛ-165ПМ МЛ-152 МЛ-12 МЛ-12, ПФ-115 (подслой под мо- лотковые эмали) ГФ-021, ГФ-0119, ФЛ-ОЗК, АК-070 ФЛ-ОЗЖ, АК-070, ВЛ-02 У1, УХЛ1, ХЛ1 Отдельные поверхности стан- ков и оборудования, подвер- гаемые периодическому воз- действию стружки, абразива и минеральных масел
ЭП-140 Под эмалы о применя- 7, 7/3 Наружные и внутренние по-
ЭП-773 ется ЭП-0010 с лем шпатлевка наполните- 7, 7/3, 4/1 верхности злектроэрозионных, электрохимических и других станков, подвергаемые дли- тельному воздействию щелоч- ных эмульсий, электролитов и раствора триэтаноламинов
ЙЛ-515 Без грун- товки 6/1, 4 Внутренние поверхности гид- рорезервуаров и резервуаров, подвергаемых постоянному воздействию минеральных ма- сел
ВЫБОР ЛАКОКРАСОЧНЫХ И КОНСЕРВАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
57
Продолжение табл. 1.3.21
Марки эмали Марки грунтовки Обозначение условий эксплуатации по ГОСТ 9.104-79, ГОСТ 9.032-74 Окрашиваемые поверхности и условия эксплуатации
по черным металлам по алюми- нию и его сплавам
ПФ-170 КО-813 КО-814 Без грун- товки - 8300 "С 8300-с 8300 -с Отдельные поверхности обору- дования, эксплуатируемого при повышенных температурах
1.3.22. Рекомендуемые средства временной противокоррозионной защиты
Наименование средств временной противокорро- зионной защиты (марка) Назначение Область применения в станкостроении Ориентировочные сроки защиты без переконсер- вации*2
Пленкообразующие Защита от атмо- Консервация наружных В средних условиях
ингибированные неф- сферной корро- поверхностей металле- хранения - до пяти
тяные составы зии изделий из режущих и деревообра- лет, в жестких - до
(Кабинор, Оремин, черных и цвет- батывающих станков, трех, в особо жест-
НГ-216Б) ных металлов при хранении в средних, жестких и особо жестких условиях*1 литейных машин, куз- нечно-прессового обору- дования и т.п. изделий, а также запчастей, оснаст- ки, принадлежностей к станкам, машинам, обо- рудованию ких - один год и более
Консервационные Защита от атмо- Консервация наружных В легких условиях
масла (К-17, НГ-203Р, сферной корро- и внутренних поверхно- хранения - пять лет и
ЖКБ) зии изделий из черных и цвет- ных металлов при хранении в легких, средних и жестких усло- виях стей и механизмов стан- ков, машин, оборудова- ния, а также изделий массового производства (крепеж, инструмент и т.п.), запчастей, оснаст- ки, принадлежностей, товаров народного по- требления более, в средних - до трех, в жестких - от одного года до трех лет
Присадки (АКОР-1, Улучшение за- Консервация внутренних От одного года до
М-1 и т.п.) щитных свойств смазочных ми- неральных масел различного на- значения поверхностей и меха- низмов станков, машин, оборудования из черных и цветных металлов ин- дустриальными маслами с присадкой трех лет и более в зависимости от кон- центрации присадки, марки масла, вариан- тов упаковки и усло- вий хранения изде- лий
Пластичные рабоче- Смазывание Смазывание и консерва- В средних условиях
консервационные узлов трения ция различных изделий хранения - до пяти
смазки (ГОИ-54П, станков, машин, из черных и цветных лет, в жестких и осо-
Лита, Литол-24рк и механизмов и металлов (точные меха- бо жестких - до трех
т.п.) защита от корро- зии металличе- ских поверхно- стей низмы, приборы, под- шипники, мерительный инструмент и др.) лет
Летучие ингибиторы Защита от атмо- Консервация сложных Сроки защиты изде-
коррозии (ВНХ-Л-20, сферной и мик- изделий радиотехниче- лий (с герметизацией
НДА, ВНХ-Л-49 и робиологической ской, электронной про- упаковки): в легких
ДР-) коррозии изде- лий из черных и цветных метал- лов при различ- ных условиях хранения мышленности (ЧПУ, приборы и т.п.) и точ- ного машиностроения, электроаппаратуры, электрооборудования условиях хранения - до десяти лет, в средних - до семи, в жестких - до пяти, в особо жестких - до трех лет
58
Глава 1.3. МАТЕРИАЛЫ В СТАНКОСТРОЕНИИ, ИХ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
Продолжение табл. 1.3.22
Наименование средств временной противокорро- зионной защиты (марка) Назначение Область применения в станкостроении Ориентировочные сроки защиты без переконсер- вации*2
Противокоррозионная Защита от атмо- Консервация инструмен- От одного года до
бумага (УНИ, ИДА, сферной корро- та, запасных частей, пяти лет и более в
МБГИ и др.) зии изделий из черных и цвет- ных металлов в различных усло- виях хранения принадлежностей к стан- кам, машинам, оборудо- ванию и др. изделий зависимости от мар- ки бумаги, вариантов упаковки и условий хранения изделий
Защитные водовытес- Осушение иэде- Межоперационная про- В легких условиях
няющие составы лий после обез- тивокоррозионная защи- хранения - до одного
(ЗВВС-1, ЗВВС-З и жиривания в та заготовок, деталей года, в средних - до
Т.П.) водных раство- рах технических моющих средств, защита от корро- зии изделий из черных и цвет- ных металлов при межопера- ционном хране- нии в легких и средних услови- ях станков и машин, сбо- рочных единиц в про- цессе их изготовления и хранения на заводских складах шести месяцев
Технические моющие Обезжиривание Межоперационная про- В легких условиях
средства (Олинол-1, (промывка) де- тивокоррозионная защи- хранения - от десяти
Вертолин-74 и т.п.) талей (изделий) из черных и цветных метал- лов и кратко- временная защи- та от коррозии при межопера- ционном хране- нии в легких условиях та заготовок, деталей станков и машин в про- цессе их изготовления и хранения на отапливае- мом заводском складе до двадцати суток
Смазочно- Защита от кор- То же В легких условиях
охлаждающие техно- логические средства (серии "Укринол", "Синхо", "Аквапол", "Эмульсол", НГЛ-205 ИДО.) розни * изделий из черных ме- таллов в процес- се их обработки резанием и по- следующего межоперацион- ного хранения в легких условиях хранения - до десяти суток в зависимости от марки металла, концентрации и со- става смазочно- охлаждающих техно- логических средств
1 Здесь и далее в таблице характеристика условий хранения - по ГОСТ 15150-69 (легкие - 1;
редкие - 2; жесткие - 3, 4; особо жесткие - 5, 6).
* В зависимости от вариантов упаковки.
работы на открытом воздухе и под навесом,
можно окрашивать нитроглифталевыми, пен-
тафталевыми и перхлорвиниловыми эмалями.
Приборы и инструмент рекомендуется окра-
шивать молотковыми эмалями естественной и
горячей сушки.
Подготовка поверхности перед окраши-
ванием, общие требования к покрытиям, кон-
троль лакокрасочных материалов и требования
к безопасности окрасочных работ должны
соответствовать требованиям ГОСТ 9.402-80.
Цвета и классы покрытий основных поверхно-
стей, определяющих внешний вид станков и
оборудования установлены ГОСТ 22133-86,
однако специальные виды покрытий
(химстойкие, водостойкие и др.) могут отли-
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
59
чаться по цвету от покрытий указанных ГОСТ
22133-86. Сигнальные цвета и знаки безопас-
ности устанавливаются по ГОСТ 12.4.026-76.
Сводные данные по лакокрасочным материа-
лам, применяемым в станкостроении, приве-
дены в РД2 Н06-2-88.
Коисервациониые материалы для станко-
строения. Защита станков и оборудования от
коррозии необходима в процессе их производ-
ства, транспортирования и длительного хране-
ния в различных климатических условиях. В
зависимости от продолжительности временной
зашиты применяется межоперационная защита
и консервация. Межоперационная защита -
это защита от коррозии деталей и узлов на
всех стадиях их изготовления и в процессе
сборки изделий. Консервация - защита от
коррозии изделий на определенный срок в
период хранения и транспортирования в раз-
личных климатических условиях.
Номенклатура противокоррозионных
средств временной защиты, применяемых в
станкостроении, достаточно разнообразна и
включает в себя:
пленкообразующие ингибированные
нефтяные составы;
консервационные масла,-
присадки; < •
пластичные рабоче-консервационные
смазки;
противокоррозионную бумагу;
защитные водовытесняющие составы;
смазочно-охлаждающие технологические
средства и др.
Основные рекомендуемые средства кон-
сервации и межоперационной защиты от кор-
розии изделий станкостроения представлены в
табл. 1.3.22.
Основные нормативные сведения по
временной противокоррозионной защите из-
делий станкостроения приведены в ГОСТ
9.014-78 "Временная противокоррозионная за-
щита изделий", .ГОСТ 9-028-74 "Межопера-
ционная противокоррозионная защита загото-
вок деталей и сборочных единиц металличе-
ских изделий” и отраслевом стандарте ОСТ2
Н89-30-79 "Временная противокоррозионная
защита изделий".
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Адоян Г. А., Герчиков А. М., Шев-
чук С. А., Алдошин Ю. С. К оценке сопротив-
ления короблению конструкционных материа-
лов под действием остаточных напряжений //
Заводская лаборатория. 1982. № 11. С. 90 - 91.
2. Адоян Г. А., Алдошин Ю. С., Шев-
чук С. А. Способ моделирования процессов
коробления отливок // Литейное производст-
во. 1986. № 6. С. 10 - И.
3. Барт В. Е., Санина Г. С., Шевчук С. А.
Применение полимербетонов в станкострое-
нии. Технология, оборудование, организация
и экономика машиностроительного производ-
ства // Сер. 6-3. Обзорная информация.
1985. Выл. 11. 40 с.
4. Клецкин Г. И. Чугунное литье в стан-
костроении. М.: Машиноетроение, 1975. 320 с.
5. Коцюбинский О. Ю. Стабилизация
размеров чугунных отливок. М.: Машино-
строение, 1974. 296 с.
6. Мельников Е. В. Антифрикционные
газотермические покрытия из цветных сплавов
для металлорежущих станков. М.: ЭНИМС,
1986. 42 с.
7. Шевчук С. А., Егоркина Н. Д., Дьяко-
нов В. С. Оценка склонности корпусных ста-
ночных отливок к образованию трещин //
Литейное производство, 1974. № 12, С. 4 - 5.
8. Шевчук С. А., Егоркина Н. Д., Дьяко-
нов В. С. И др. Чугун для станкостроения с
высокими эксплуатационными и литейно-
технологическими свойствами // Литейное
производство, 1980. № 2. С. 14 - 16.
9. Шевчук С. А., Самсонов В. И. Приме-
нение серого чугуна оптимизированного со-
става для отливок в станкостроении М.:
ЭНИМС, 1981. 12 с.
10. Шевдук С. А. Предупреждение тре-
щин в корпусных станочных отливках. М.:
ЭНИМС, 1974. 14 с.
11. Шевчук С. А., Бровина М. Ю. Стали
для станков и машин: Справочник. М.:
ЭНИМС, 1993. 339 с.
12. Шевчук С. А Новые конструкцион-
ные материалы и способы обеспечения экс-
плуатационных характеристик деталей станков.
М.: ЭНИМС, 1990. 29 с.
Глава 1.4
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
1.4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Непрерывный рост числа типов станков
ставит задачу поиска новых методов их созда-
ния при наименьших затратах на проектиро-
вание и изготовление. Достижение этой цели
определяет решение задач:
устранения существующего конструктив-
ного разнообразия одинаковых по служебному
назначению станков;
разработки технологически обоснован-
ных размерных и технических характеристик
станков;
разработки технологически обоснован-
ного ограниченного числа базовых компоно-
вок станков и их специализированных моди-
фикаций с учетом первоочередного освоения
наиболее применяемых компоновок;
60
Глава 1.4. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
разработки ограниченного комплекта уз-
лов и агрегатов, обеспечивающих гибкую сис-
тему проектирования станков с учётом разно-
образных компоновочных требований;
ускорения разработки и изготовления
станков на основе создания технологической
системы подготовки конструирования, обеспе-
чивающей решение указанных выше задач, а
также формирование структуры выпуска стан-
ков по служебному назначению и организации
их комплектации с использованием отрабо-
танных конструкций узлов и агрегатов и мето-
да построения станков на их базе;
повышения производительности и точ-
ности обработки вследствие применения про-
грессивной инструментальной и технологиче-
ской оснастки;
разработки технологической системы
подготовки производства, обеспечивающей
эффективную эксплуатацию станков у потре-
бителей;
сокращения организационных издержек
при изготовлении узлов и агрегатов станков в
целом;
повышения технического уровня станков
за счёт обоснованных технических характери-
стик, разумного уровня автоматизации, про-
грессивных технических решений и отработки
конструкций.
Порядок проектирования металлорежу-
щих станков (МС) в основном уже сложился
[26]. Основой для проектирования является
техническое задание конкретного заказчика,
или группы заказчиков, в котором подробно
описываются исходные технологические дан-
ные о заготовках и готовых изделиях, а также
некоторые особенности организационного,
экономического, технического характера
(характер и условия производства, производи-
тельность, коэффициент загрузки станка, уро-
вень автоматизации, встраиваемость в автома-
тизированные участки, многостаночное обслу-
живание и т.д). На основании технического
задания, общих технических требований и
особенности применения станков в зависимо-
сть тя 'характера производства разработчик
формирует общее представление о компоновке
станка. Если полученная компоновка не вызы-
вает серьёзных сомнений, разработчик, осно-
вываясь обычно на большом производствен-
ном опытен опробированных технических
решениях, приступает к рабочему проектиро-
ванию станка. Однако использование интуи-
тивного подхода в создании станков приводит
нередко к негативным результатам и поэтому
на начальном этапе проектирования целесооб-
разно использовать изложенные в этой главе
методы расчётов станков на точность, динами-
ческую устойчивость иа температурные де-
формации, на надёжность, учесть использова-
ние приёмов инженерной биодиагностики при
проектировании станков и ряд других факто-
ров, влияющих на конечный результат. Если
задача создания станков сводится к поиску
некоторого многообразия станков с желанием
использовать весьма ограниченный набор уз-
лов и агрегатов, необходимо воспользоваться
методикой модульного принципа построения
станков. Окончательное обоснование создания
станка оценивается по расчетам экономиче-
ской эффективности использования в услови-
ях производства заказчика.
1.4.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ
К СТАНКАМ
МС должны обеспечивать удобство экс-
плуатации, обслуживания и ремонта. Посколь-
ку МС могут использоваться в различных ус-
ловиях производства и системах машин, то
они должны иметь возможность встройки в
них различных вспомогательных механизмов,
например, для автоматической уборки струж-
ки, загрузки и выгрузки заготовок и др.
Требования к механическим агрегатам:
разделение станка на узлы и агрегаты
должно производится с учётом .принципа их
независимости при разработке, изготовлении и
сборке;
максимально возможная унификация и
единство конструктивных решений по элемен-
там станка;
возможность простой и точной сопря-
гаемости со смежными агрегатами;
возможность механизации сборки агрега-
тов в системе принятого комплекта;
механические узлы и агрегаты должны
содержать в себе индивидуальные элементы
управления, смазочные системы или часть
смазочной системы, обеспечивающей работу
сборочной единицы при присоединении ее к
общей смазочной системе станка, либо к сис-
теме управления и контроля.
Требования к инструментальной и техно-
логической оснастке:
комплект вспомогательною и режущего
(стандартного и специального) инструмента
должен обеспечивать выполнение всех техно-
логических операций выполняемых станками;
технические требования к вспомогатель-
ным инструментам в сборе с режущим опреде-
ляются классом точности станков;
инструментам, устанавливаемым на стан-
ках с их автоматической сменой, предъявляют-
ся требования надёжного закрепления в пере-
ходных втулках и в шпинделе станка;
набор элементов технологической осна-
стки и технические требования к ней, как
правило, определяется номенклатурой загото-
вок, а также характером производства заказчи-
ка.
Требования к системе гидрооборудования:
гидрооборудование станков должно вы-
полняться на базе изготовляемых централизо-
вано гидростанций с воздушным охлаждением
ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СТАНКАМ
«1
с использованием регулируемых или нерегу-
лируемых насосов;
удобство эксплуатации, монтажа и де-
монтажа отдельных элементов;
использование в качестве контрольно-
регулирующей и распределительной аппарату-
ры аппаратов прогрессивными способами
монтажа, позволяющие обеспечить надежность
работы гидроприводов;
трубопроводы, гибкие рукава, соедини-
тельная арматура должны обеспечить полную
герметичность, не допускать нарушения герме-
тичности в процессе эксплуатации станков.
Требования к системе смазки:
система должна быть централизованной
и автоматической; система управления смаз-
кой станка и контроля при необходимости
входит в состав смазочной системы;
тип системы определяется конструкцией
смазываемых узлов и агрегатов, их режимами
работы и выбирается из серийно выпускаемых;
системы оснащают фильтрующими эле-
ментами и, при необходимости, устройствами
для стабилизации температуры;
периодическая смазка должна произво-
диться в соответствии с циклом работы станка;
сигнализация о нарушении работы долж-
на обеспечиваться необходимой информацией
в виде визуального (звукового) сигнала или
срабатыванием соответствующих блокировок
станка.
Требования к системе электрооборудова-
ния:
привода главного движения и подач
должны использоваться в станках с учётом их
технических характеристик, обеспечивающих
необходимые мощности и диапазоны регули-
рования и серийно выпускаемых;
электроавтоматика станков должна стро-
иться на основе интегральных микросхем,
обеспечивающих схему бесконтактного управ-
ления.
Требования к системам ЧПУ:
ввиду сложности и многообразия техно-
логических операций выполняемых на станках
для их комплектации могут применяться сис-
темы ЧПУ обеспечивающие оперативное и
универсальное управление;
с целью сокращения затрат, на создание
различных по назначению устройств ЧПУ. в
качестве основных принципов их конструиро-
вания должны использоваться вариантные
сопряжения связи ЧПУ с внешними устройст-
вами на базе типовых и специальных блоков и
разделение математического обеспечения уст-
ройства на внутренние, организующие общее
функционирование устройства ЧПУ, и внеш-
нее, обеспечивающее решение задач управле-
ния.
Требования к системам автоматической
смены инструмента (АСИ) и заготовок (АСЗ).
В состав АСИ входят следующие основные
узлы: магазин инструмента, механическая ру-
ка, приводная часть.
Магазин инструментов предназначен для
хранения инструмента и поиска его для пода-
чи на станок. Состав подузлов и деталей мага-
зина, а также варианты компоновок зависят от
конструкции конкретного станке. Механиче-
ская рука предназначена для передачи инстру-
мента из магазина инструментов в шпиндель
станка и включает в себя собственно руку,
траверсу, датчики поиска инструмента и гнёз-
да, фиксирующие устройства. Приводная часть
предназначена для сообщения необходимых
движений механизмам магазина инструментов
и механической руки при их совместной рабо-
те в соответствии с заданным циклом.
Требования к системе АСИ вытекают не-
посредственно из их назначения и известных
требований к механическим агрегатам. Специ-
фические особенности относятся к управле-
нию АСИ, которое должно обеспечивать:
возможность поиска кодированного ин-
струмента в режиме наикратчайшего пути,
установку инструмента в любое свободное
гнездо, в том числе большего диаметра с про-
пуском соседних гнёзд, реализацию постоян-
ных циклов и функций логики релейной авто-
матики, прогнозирование и диагностику неис-
правностей.
К системе АСЗ относятся одно и много-
местные загрузочно-разгрузочные устройства,
приводные элементы, сменные столы-
спутники.
Основные требования к агрегатам этой
системы такие же как и к АСИ. Система АСЗ
должна обеспечивать работу станка как в авто-
номном режиме, так и в составе автоматиче-
ского участка. Фиксация спутника с заготов-
кой на столе станка должна выполняться с
точностью, обеспечивающей требуемую точ-
ность обработки изделия. На верхнем зеркале
столов-спутников должны быть выполнены в
прямоугольной системе координат фиксирую-
щие и резьбовые отверстия для закрепления
зажимных приспособлений. Приводная стан-
ция, приводы и блоки управления должны
обеспечивать возможность наращивания объё-
ма функций автоматизации.
Требования к системе диагностики стан-
ков. Система диагностики станка предназначе-
на для сокращения времени ремонтных про-
стоев и повышения точности и производи-
тельности обработки заготовок на станке. Эта
система выполняет сопоставление параметров,
характеризующих состояние систем и агрегатов
станка с заданными для осуществления быст-
рого поиска неисправностей и принятия ре-
шения о возможности продолжения работы.
Базовый вариант системы включает в себя
контрольные точки и датчики, сигналы кото-
рых используются для оценки состояния сис-
62 Глава 1.4. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
тем и механизмов станка, устройства для уси-
ления, фильтрации и первичной обработки
диагностических сигналов, каналы связей,
устройства для вычисления и сравнения сигна-
лов, устройства для выдачи диагноза, вклю-
чающего указание места, вида и способа уст-
ранения неисправностей. Система диагностики
может включать также датчики комплексного
вибрационного или акустического контроля
состояния станка и контроля важнейших ки-
нематических пар в подшипниках шпинделя,
элементах передачи винт - гайка качения и др.
Система диагностирования должна обес-
печивать, укрупнённую оценку работоспособ-
ности и выявление отказа важнейших систем и
механизмов станка: устройств ЧПУ, систем
гидрооборудований, смазки, электрооборудо-
вания, приводов главного движения и подачи,
устройств АСИ и АСЗ. Более глубокое диагно-
стирование должно обеспечивать выявление
причин снижения точности обработки загото-
вок, поломки режущего инструмента или
оценки его стойкостной характеристики, опре-
деление для каждой контрольной точки пре-
дельных величин сигналов в проверяемом
режиме, помехозащищенность полезного сиг-
нала и распознавание по нему кодового со-
стояния. Результаты диагностирования систем
и механизмов станка должны определяться
специальными тестами или с помощью ЭВМ.
Приведенные требования относятся к диагно-
стированию станков с высоким уровнем авто-
матизации. Для станков с меньшим уровнем
автоматизации состав системы диагно-
зирования соответственно сокращается.
Требования к технологичности станков.
Общие требования к технологичности метал-
лорежущих станков сводятся: к сокращению
количества оригинальных деталей в составе
механических узлов и агрегатов и номенклату-
ры стандартных размеров под крепежные и
другие детали, к созданию конструкции ос-
новных деталей, в максимальной степени от-
вечающих требованиям их обработки на стан-
ках с ЧПУ, к разработке конструкции узлов и
агрегатов, обеспечивающих возможность их
сборки с минимумом пригоночных и отладоч-
ных работ, к обеспечению выходных норм
точности станков за счёт рационального под-
бора допусков на отдельные детали и узлы, к
обеспечению использования типовых техно-
логических методов обработки заготовок.
Требования к технике безопасности.
Станки должны обеспечивать полную безопас-
ность в работе для обслуживающего персонала.
При разработке станка обеспечиваются сле-
дующие требования: движущиеся части стан-
ков и транспортных устройств с опасной сто-
роны должны быть ограждены и окрашены в
желто-красный цвет; должна быть обеспечена
защита оператора от стружки, СОЖ, воздуш-
ных потоков, создаваемых электродвигателя-
ми; должны быть предусмотрены механиче-
ские и электрические блокировки, обеспечи-
вающие надёжность работы всех механизмов и
исключающие непроизвольное включение или
переключение; манипуляторы для смены ин-
струмента и заготовок должны иметь надежно
действующие замковые устройства гаранти-
рующие невозможность выпадания инструмен-
та или заготовки во время их автоматической
смены; уровень вибрации и звуковой мощно-
сти, а также общие требования безопасности,
должны быть в пределах норм государствен-
ных стандартов, действующих иа момент соз-
дания МС.
Требования к эстетике и эргономике.
Станки должны иметь современные внешние
формы и высококачественную отделку. Мест-
ное освещение станков должно обеспечивать
освещённость рабочей зоны в соответствии с
требованиями санитарных норм и правил,
действующих на момент создания станка. Зона
обслуживания станка должна быть доступна
для рабочего и обеспечивать возможность
удобного выполнения работ по установке кре-
пёжных приспособлений, загрузке магазина
инструментами, отладке управляющих про-
грамм и других работ. Управление станком
(или группой станков) в процессе наладки
должно осуществляться от дистанционного
'или встроенного пульта. Органы управления
должны быть сгруппированы в соответствии с
их функциональным назначением. Все органы
управления должны быть снабжены таблицами
и соответствующими символами. Окраска
станков проводится в соответствии с дейст-
вующими нормативными допусками.
1.4.3. КОМПОНОВКА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Компоновка станка - это система распо-
ложения узлов и направляющих станка, отли-
чающаяся структурой, пропорциями и свойст-
вами.
На этапе разработки технологической
схемы построения станка, где в соответствии с
технологической задачей определяют состав
рабочих и установочных движений, число не-
обходимых шпинделей, схему обработки, чис-
ло различных по назначению позиций и т.д.,
получается схема, которая называется техно-
логической компоновкой. Компоновка, раскры-
вающая состав и порядок сочетания коорди-
натных движений в станке, называется коорди-
натной. Компоновка, определяющая тип стан-
ка по разновидностям базовых узлов и другим
признакам, называется базовой. Компоновка,
уточняющая конструктивное исполнение и
некоторые другие особенности станка, называ-
ется конструкционной.
Обработка деталей на металлорежущих
станках основана на относительном переме-
щении заготовки и режущего инструмента.
КОМПОНОВКА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
63
Любая траектория движения может быть со-
ставлена из шести элементарных движений -
трёх поступательных вдоль ортогональных
осей координат и трёх вращательных относи-
тельно тех же осей.
Схемы сочетаний элементарных движе-
ний при резании классифицируются по сле-
дующим труппам [5]:
одно прямолинейное движение;
два прямолинейных движения;
одно вращательное движение;
одно вращательное и одно прямолиней-
ное движение;
два вращательных движения;
два прямолинейных и одно вращательное
движение;
два вращательных и одно прямолинейное
движение;
три вращательных движения.
Бывают сочетания трех и более элемен-
тарных движений.
В каждой из перечисленных групп схемы
движений различают по взаимному направле-
нию движений, распределению движений ме-
жду инструментом и заготовкой и соотноше-
нию скоростей. Поступательное движение
может быть параллельным, перпендикулярным
или направленным под углом к оси враща-
тельного движения, причём линия движения
вершины инструмента может пересекаться или
не пересекаться с этой осью.
Характер движения формообразования
допускает различные варианты распределения
элементарных составляющих движения между
заготовкой и инструментом: вращательное
движение выполняет заготовка, а поступатель-
ное - инструмент (токарный станок); враща-
тельное движение выполняет инструмент, а
поступательное - заготовка (алмазнорасточной
станок); оба движения выполняет инструмент
(расточный станок с выдвижным шпинделем).
Компоновка металлорежущего станка
обеспечивает выполнение всех элементарных
движений формообразования и предусматри-
вает возможность осуществления ряда допол-
нительных движений: врезания, установочных,
.дублирующих, деления, "отскока", вспомога-
тельные и др.
Компоновка металлорежущего станка
имеет блочную структуру и состоит из одного
стационарного и нескольких подвижных бло-
ков, разделённый'линейными или круговыми
направляющими. Каждый подвижный блок
выполняет определённое координатное движе-
ние. Число направляющих равно или меньше
числа элементарных движений, предусмотрен-
ных кинематической структурой станка.
Станок, будучи составной частью замк-
нутой технологической системы, является сис-
темой разомкнутой. Блоки, несущие заготовку
и инструмент, в компоновке станка всегда
крайние блоки. Эти блоки осуществляют отно-
сительное движение заготовки и инструмента,
соответствующее принятому способу формо-
образования [34].
Структурная формула компоновки - это
определённая последовательность символов,
обозначающих блоки компоновки, раскры-
вающая координатную принадлежность и спо-
соб сопряжения блоков. В структурных фор-
мулах используется система обозначения осей
координат и координатных движений, предна-
значенная для металлорежущих станков с
программным управлением.
Координаты X и Y независимо от распо-
ложения оси шпинделя обозначают наиболее
распространённую плоскостную обработку
заготовки. За положительное направление оси
Z принимают, направление от заготовки к
инструменту. Ось X - всегда горизонтальная.
Если ось Z вертикальная, то положительное
направление оси X будет вправо, если смот-
реть от лицевой стороны станка в сторону
тыльной. Если ось Z - горизонтальная, то
положительное направление оси X будет впра-
во, если смотреть в направлении от шпинделя
к заготовке. Положение оси Y определяется по
расположению двух других осей. Поступатель-
ные движения инструмента вдоль осей коор-
динат обозначают так же, как и соответствую-
щие оси. Дополнительные движения, парал-
лельные осям X, Y, Z обозначают соответст-
венно u, v, w. Вращательные движения вокруг
осей обозначают соответственно буквами а, Ъ,
С. Вращение главного шпинделя всегда обо-
значают буквой С: для вертикального испол-
нения шпинделя - Cv, для горизонтального -
Ch. Стационарный блок обозначают знаком
О.
На рис. 1.4.1 даны пояснения по состав-
лению структурных формул для широко рас-
пространенных компоновок металлорежущих
станков. Компоновку вертикального консоль-
но-фрезерного станка (рис. 1.4.1, а) отвечает
структурная формула XYZOCv, в которую
входят обозначения последовательно-сопря-
женных блоков: стола X салазок Y, консоли
Z, станины О и вертикального шпинделя Cv.
В формуле COZXbwd компоновки токарного
станка (рис. 1.4.9, б) строчными буквами обо-
значены установочные блоки: поворотные
салазки суппорта и поворотная резцедержа-
тель. В формуле DvuOXC / Zv компоновки
зубодолбежного станка (рис. 1.4.1, в) в виде
дроби записаны штоссель, совершающий од-
новременно’ вращательное и поступательное
движения. В формуле dvO(ZACv + Y4B +
+ Х1А) компоновки агрегатного сверлильного
станка (рис. 1.4.1, г) с поворотным столом,
вертикальной и двумя горизонтальными циф-
64
Глава 1.4. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Рис. 1.4.1. Компоновки металлорежущих станков
ры указывают число параллельных шпинделей
с одинаковым характером движений. Более
подробную информацию по обозначению и
составлению структурных формул на компо-
новки металлорежущих станков можно полу-
чить в работе [5].
1.4.4. МОДУЛЬНЫЙ ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ
СТАНКОВ
Большинство станков создано на основе
классического метода проектирования, при
котором станок "разбивают" на отдельные уз-
лы, разработка которых продолжается до мо-
мента сближения требований по различным
техническим и эксплуатационным характери-
стикам. В последние годы при проектирова-
нии станков и других технологических машин
широкое распространение получил модульный
принцип. Под модулем понимают функцио-
нально и конструктивно независимую едини-
цу, которую можно использовать индивиду-
ально и в различных комбинациях с другими
модулями.
Металлорежущие станки представляют
собой многокомпонентные структуры со сло-
женными взаимосвязями составляющих моду-
лей. В общем виде математическая модель
любого станка представляется в виде: Cj- = (EX),
где Е = {ei, £2, ет} - множество элемен-
тов системы; X = {Ад, Х^, X,} - множест-
во бинарных функциональных отношений на
множестве Е. Для синтеза, анализа технологи-
ческих и структурных возможностей модулей,
их характеристик и возможных связей между
ними удобно пользоваться основными поло-
жениями теории графов и множества [12, 20].
Допустим, что в комплект модулей рас-
точной группы станков входят следующие
узлы: 1 - шпиндельная бабка вертикального
исполнения; 2 - каретка; 3 - вертикальная
стойка с направляющими; 4 - станина; 5 -
основание; 6 - поворотный стол; 7 - станина с
приводом подачи; 8 - каретка. Считая, что
станок не может состоять меньше, чем из трех
модулей, простым перебором возможных ва-
риантов их комбинаций можно получить
т -1
N = Ст = № (я !(/и - н)!] =218
3
вариантов станков, отличных друг от друга
только самими модулями. Если каждый мо-
дуль может быть использован в станке дважды,
то число возможных компоновок возрастет до
65 000. Подавляющее число вариантов будет
неработоспособно, что показывает нецелесооб-
разность использования в данном случае про-
стого перебора.
Для ограничения числа возможных вари-
антов компоновок станков строится граф от-
ношений данных модулей Gj. Вершины графа
обозначают модули, и если два модуля могут
быть механически собраны, то обозначающие
их вершины связываются ребрами (рис. 1.4.2).
Из построенного графа Gj можно выделить
два подграфа Gj.i и Gj 2 - отображающие час-
ти станков: Gj 1 - связанную с режущим ин-
струментом (силовую часть); G\ 2 - связанную
с обрабатываемой заготовкой (установочную
часть). Подграфы Gjj и Gj.2 удобно изобра-
зить в виде ориентированных графов, по-
скольку при конструировании или подборе
модулей удобно начинать с модуля, связанного
с режущим инструментом (шпиндельной баб-
кой). Остальные модули будут последователь-
но присоединяться к ним, а затем друг к дру-
гу. В подграфе G\ 1 имеются следующие про-
стые пути: <Si = (1, 5), S2 = (1, 8), <$3 = (1, 7),
соединяющие начальные и конечные верши-
ны. При соединении вершин 1 и 5, а также 1
и 4 существует только один путь S4 = (1, 5),
Sc, = (1, 2, 3, 4). Вершина 7 достижима из вер-
шины 1 тремя разными путями 5g = (/, 7) =
= (/, 2, 7) = (1, 2, 3, 8, 7) = (Д 8, 7). При
анализе подграфа выявлено, что из данного
набора модулей можно собрать пять различ-
ных компоновок силовой части станка: {/, 5),
U, 8, 7}, {/, 2, 3, 4}, {/, 2, 3, 8, 7}, {/, 2, 7}.
Аналогичный анализ подграфа Gj.2 дает пять
вариантов компоновок установочной части
станков: {5}, {6, 2, 3, 4}, {8, 7), {6, 2, 7), {6, 2,
МОДУЛЬНЫЙ ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ СТАНКОВ
65
Рис. 1.4.2. Графы н подграфы отношений:
G] - граф всего состава модулей; (цд - подграф силовой части; (цд - подграф установочной части
3, 8, 7\. Комбинации полученных комплектов
модулей силовой и установочных частей стан-
ка дадут возможные компоновки станков, ко-
торые мотут созданы из данного набора моду-
лей. Их всего 25 (рис. 1.4.3) вместо 65 000, полу-
ченных в результате простого перебора.
Полученные компоновки из комплекта
модулей восьми наименований должны быть
проанализированы с позиции их технологиче-
ских возможностей, т.е. должен быть осущест-
влен выбор металлорежущего оборудования
для решения задач заказчика. В общем случае
задача выбора компоновки сводится к сравне-
нию известных или вновь предлагаемых ком-
поновок по определенным признакам.
Вместе с тем, при выборе станка можно
воспользоваться обобщенным мнением экс-
пертов, которые как правило, высказывают
следующие соображения. Обобщенный показа-
тель качества станка состоит из суммы частных
показателей (критериев). Наибольшее пред-
почтение экспертами отдается критерию, ха-
рактеризующему производительность станка.
Надежность работы станка также входит в
состав основных показателей его качества.
Относительно критерия, характеризующего
точность станка, имеется двойственное мне-
ние. С одной стороны, по удельному весу
экспертных оценок он близок к показателю
надежности, а с другой, некоторые специали-
сты считают, что точность является решающим
показателем качества станка, и его нельзя
включать в состав слагаемых частных показате-
лей. Уделяется также внимание критерию,
характеризующему стоимость станка. Причем
в этом критерии эксперты предлагают учиты-
вать затраты через такие характеристики, как
масса станка, размеры, уровень автоматизации
и возможность встраивания станка в автомати-
зированные производства и т.д.
Результаты подобного анализа, прове-
деино/го на основе экспертных оценок, позво-
ляют сформулировать основные требования к
структуре и содержанию обобщенного показа-
теля качества станка. Различают три группы
критериев: технические - характеризующие
функциональные и эксплуатационные воз-
можности станков, экономические - характе-
ризующие затраты, связанные с реализацией
конкретной технологической задачи, и техни-
ко-экономические вызывающие степень ис-
пользования определенного ресурса станка с
его стоимостью. Совокупность этих трупп
показателей, их взаимосвязь выражаются через
обобщенный показатель качества в виде стои-
мостной оценки эффективности применения
станков [5].
Структурное формирование комплекта
модулей, необходимого и достаточного для
построения группы (или гаммы) компоновок
станков, проводится на основе ограниченной
информации об обрабатываемых заготовок и
статического анализа применяемости базовых
компоновок металлорежущих станков. В левой
части табл. 1.4.1 для примера приведены ха-
рактеристики о группе корпусных деталей,
подлежащих обработке на станках. В правой
части таблицы записаны структурные формулы
возможных компоновок станков, способных
обработать заданный массив корпусных дета-
лей.
Из восьми выбранных моделей (рис.
1.4.3) структурным формулам станков табл.
1.4.1 соответствуют варианты компоновок
станков 4 и 18 (структурные формулы соответ-
ственно OXYZCv, XYOZCv) и только. В част-
ности, отсутствуют варианты станков с гори-
зонтальным расположением шпинделя, бабка
которых перемещается по вертикальным на-
правляющим стойки; не предусмотрен вариант
станка с подвижной стойкой по одной коор-
динате; нет варианта установочной части стан-
ка с крестовоподвижным и поворотным сто-
лом и отсутствует возможность обработки
корпусных деталей с пяти сторон.
Для станка с горизонтальным шпинделем
вводится шпиндельная бабка (позиция 9, на
рис. 1.4.4) и сохраняется при этом связь ка-
ретки 2 со стойкой 3. Для обеспечения движе-
ния стойки по одной координате вводится
каретка 10, обеспечивающая подвижное со-
единение между модулями 3 и 7. Далее преду-
66
Глава 1.4. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Рис. 1.4.3. Компоновки станков, собранные из модулей восьми наименований одного типоразмера
МОДУЛЬНЫЙ ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ СТАНКОВ
67
1.4.1. Применяемость МС
Характеристика обрабатываемой детали Структурная формула станка
Форма Вд, мм Ьд Ьд 1д к
Куб До 300 До 400 До 1000 Св. 1000 1 0,63 - 1,6 0,63 - 1,6 2 - 4 AYOZXCh BXZOYCh BXOZYCh BOXZYCh
Призма До 500 До 2,5 1 XYOZC\
Брус Св. 500 Св. 2,5 OXYZCv OXZYCh
Брус высо- кий Св. 1,6
Примечания: .Вд- ширина; bR - ширина, принятая за единицу; йд - высота
(длина по отношению к йд); /д - длина детали; к - число обрабатываемых сторон.
Рис. 1.4.4. Граф Gi дополнительного комплекта
модулей:
1 - шпиндельная бабка (вертикальный вариант);
2 - каретка; 3 - вертикальная стойка; 4 - станина;
5 - основание; 6 - поворотный стол; 7 - станина кре-
стового стола; 8 - каретка крестового стола;
9 - шпиндельная бабка (горизонтальный вариант);
10 - дополнительная каретка; 11 - универсальный
поворотно-наклонный стол
сматривается возможность соединения пово-
ротного стола 6 с верхней поверхностью ста-
нины крестового стола 7 и вводится новый
модуль 11 - универсальный поворотный стол.
Для упрощения связей (рис. 1.4.5) и сокраще-
ния комплекта модулей предусматривается
возможность обеспечения неподвижного со-
единения нижней части стойки (модуль 3) на
каретке (модуль 2) и верхних салазок каретки
крестового стола (модуль 8). Поскольку функ-
ционально модули 2 и 10 одинаковы, то при-
дание им единых конструктивных решений
позволяет считать модуль 2 как основной, и,
кроме того, можно поставить задачу конструк-
торам - обеспечить использование модуля 2 в
качестве верхней части каретки модуля 8, це-
лесообразно с точки зрения унификации кор-
пусов шпиндельную бабку представить как
единую для двух исполнений по расположе-
нию шпинделя.
Таким образом, найдя все пути между
начальными и конечными вершинами подгра-
фов, выделим комплекты модулей силовых
ГрафС}
Подграф G3 у
Подграф G3 2
Рис. 1.4.5. Модернизированный вариант комплекта модулей:
G3 - всего состава модулей; G31 - силовой части; G3 2 - установочной части
(позиции 1 - 11 те же, что и на рис. 1.4.4)
68 Глава 1.4. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Рис. 1.4.6. Комплект силовых модулей
Рис. 1.4.7. Комплект установочных модулей
МОДУЛЬНЫЙ ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ СТАНКОВ
69
Jj 2
э л
ц\
им.
AYXZOCj, дугхосъ
£j 6
l\
== —Ч .—J
- о — о
еяяхоус* BZXOYCh
±1 Ю
С- . f' *\
<7 ’ , t ч ’ | Да 1 1 1 1
i
dXQZYCh GXZYCfi
«1 ЛА /4
J~rT~
bxyozcv WXZCy
3 и
/71F s— ПЙк—।
/ г --
hr-
DYOZXCA AY0XZCA
7 g|
<• A C- 1
C cL-l { \ <c=to ' ' '
14 r1
BAZOXYf* B^XOZYCa
// z?|
иц
\ i L=J О
XYOZCv VAXyffZfr
3 ,75|
y 1
—
OXYZCy VZXYU
Рис. 1.4.8. Компоновка станков
70
Глава 1.4. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
((рис. 1.4.6) и установочных (рис. 1.4.7) частей
.станка. Их комбинации дают 17 вариантов
компоновок, из которых 16 (рис. 1.4.8) рас-
сматриваются как станки, предназначенные
для -решения технологических задач, отобра-
женных в формализованной записи табл. 1.4.1.
Следующим этапом создания станков яв-
ляется определение технических характеристик
.установочной и силовой частей металлорежу-
щих станков. Установочные части определяют-
ся просто [1] после определения размерных
(рядов. Среди различных методов определения
характеристик силовой части станков одним из
•наиболее распространённым является метод,
основанный на анализе паспортных данных
.существующих станков данного типа. Недоста-
ток такого метода заключается в необходимо-
сти накопления достаточно большого объёма
информации по однородным видам оборудо-
вания с ориентацией на станки последних лет
выпуска и по возможности с исклю' .ением
факторов рекламного или конъюнктурного
характера. Модульный принцип построения
.станков позволяет предусматривать исполне-
ние тех или других вариантов модулей, харак-
теристики которых' могут быть получены на
основе анализа условий резания по ведущей
операции.
При расширении номенклатуры модулей
за счет исполнений станков, а также с учетом
различных их размерных вариантов модульная
система может существенно изменить число
возможных сочетаний силовой и установочной
частей в станках, и в этом случае трудоёмкость
выполнения анализа резко возрастет. В подоб-
ных ситуациях целесообразно использовать
возможности вычислительной техники [2, 3].
1.4.5. СТАТИЧЕСКИЕ УПРУГИЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ
ПРОЕКТИРУЕМОГО СТАНКА
Упругие перемещения в станках являют-
ся следствием деформации элементов под дей-
ствием нагрузок от резания и массы узлов. В
процессе работы станка упругие перемещения
непрерывно изменяются в связи с изменением
нагрузок и перемещением узлов, несущих
инструменты и изделия, в результате чего ме-
няются координаты точек приложения нагруз-
йи-.относительно деформируемых элементов.
. При рассмотрении деформаций от сил
резания принято оперировать понятием жест-
кости станка. Под жесткостью понимается
отношение составляющей силы резания в на-
правлении каждой из координатных осей к
упругому перемещению в этом же направле-
ния от равнодействующей силы резания. Же-
сткость по разным направлениям и в разных
точках рабочего пространства различна.
Упругие статические перемещения влия-
ют на точность обработки и работоспособность
механизмов и соединений. На точности обра-
ботки и качестве обрабатываемой поверхности
сказываются относительные перемещения ин-
струмента и заготовки по нормали к обрабаты-
ваемой поверхности: при обработке заготовок
>с переменным припуском на поверхности
изделия копируется форма заготовки вследст-
вие переменности сил резания; форма изделий
искажается вследствие переменной жесткости
системы станка; происходит искажение формы
изделий в местах входа и выхода инструмента
вследствие изменения сечения среза; при пе-
ремещении рабочих органов станка и обраба-
тываемых деталей погрешности обработки
образуются в связи с изменением координаты
приложения силы тяжести. Последнее особен-
но ощутимо в прецизионных станках больших
размеров. На погрешность обработки сущест-
венно влияет также изменение жесткости в
станках,' работающих с большими вылетами
инструментов (расточные, карусельные) и при
обработке деталей малой жесткости.
В балансе точности станков упругие пе-
ремещения составляют существенную часть ( в
отдельных случаях до 50 - 60 %).
Упругие перемещения деталей и их со-
единений вызывают концентрацию нагрузки в
соединениях (опорах, направляющих, цилинд-
рических и конических соединениях) и тем
самым влияют на их работоспособность и
долговечность. Условия работы подвижных
соединений характеризует наибольшее давле-
ние в контакте, которое зависит от жесткости
сопрягаемых деталей. К наименее жестким
корпусным деталям относятся ползуны кару-
сельных, поперечно-строгальных и других
станков, пиноли и гильзы расточных станков ,
плоские столы продольно-обрабатывающих
станков. Давления в их направляющих вслед-
ствие их деформирования под нагрузкой в
несколько раз больше, чем в направляющих
жестких столов и суппортов [6]. В направляю-
щих жидкостного трения деформации сопря-
гаемых деталей на длине контакта должны
быть значительно меньше толщины масляного
слоя. Все эти условия определяют требования,
предъявляемые к жесткости сопрягаемых дета-
лей. Существенные местные деформации дета-
лей или отдельных их частей, приводящие к
повышению давлений, а в ряде случаев и рас-
крытию стыков, возникают в направляющих
вследствие их отгиба и отгиба прижимных
планок, в неподвижных соединениях - у
фланцев и в накладных направляющих [17].
Жесткость станков также существенно
влияет на устойчивость процесса резания [13].
Жесткость деталей и их соединений является
составной частью динамической системы стан-
ка и используется при динамических расчетах.
Расчет статических упругих перемещений
используют при решении следующих практи-
ческих задач:
составлении баланса упругих перемеще-
ний при анализе различных вариантов конст-
СТАТИЧЕСКИЕ УПРУГИЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПРОЕКТИРУЕМОГО СТАНКА
7®
рукций, выборе оптимальных компоновок и
параметров упругих систем;
определении погрешностей обрабатывае-
мых деталей, обусловленных деформациями
элементов;
оценке условий работы соединений;
определении высоты фундаментов тяже-
лых станков с длинными сплошными стани-
нами;
определении нагрузок, действующих на
злемеяны’конирукции" к статически неопреде-
лимых системах.
При составлении баланса упругих пере-
мещений определяют составляющие переме-
щения точки приложения статической силы,
имитирующей силу резания, в результате де-
формаций элементов станков. Основная доля в
балансе упругих перемещений приходится на
несущие системы, шпиндельные узлы и при-
воды подач. Под несущей системой понимается
совокупность элементов станка, через которые
замыкаются силы, возникающие между инст-
рументом и заготовкой при резании. К эле-
ментам несущей системы относятся станины и
корпусные детали.
Упругие деформации станка складывают-
ся из собственных деформаций деталей и кон-
тактных деформаций в местах сопряжений.
Собственные деформации оказываются суще-
ственными при работе станков со значитель-
ными нагрузками (с большими сечениями
среза) и в тяжелых станках при перемещении
тяжелых узлов. В прецизионных и универ-
сальных станках при отделочной обработке
превалируют контактные деформации. Сме-
шение контактирующих тел под нагрузкой
является следствием деформирования микро-
и макронеровностей поверхности. Наличие
волнистости и отклонений от правильной гео-
метрической формы поверхности в стыках
станков приводит к тому, что нагрузки вос-
принимаются небольшой частью контакти-
рующих поверхностей. Упругие перемещения
в стыках зависят от большого числа факторов
(параметров шероховатости поверхности, от-
клонений от правильной геометрической фор-
мы, распределения давления по площади и
др.) и при одних и тех же условиях нагруже-
ния и размерах стыков могут изменяться зна-
чительно.
Расчеты, используемые в станкостроении
[17], основаны на обработке большого количе-
ства экспериментальных данных и позволяют
получить средние значения контактных упру-
гих деформаций. При расчетах жесткости не-
сущие системы рассматривают как рамы с
упругим соединением элементов. Оси элемен-
тов рамы полагают совпадающими с осями,
проходящими через центры тяжести элементов
системы. При определении составляющих от
собственных деформаций элементов, обра-
зующих раму, т.е. станин, стоек, поперечин,
рукавов, хоботов и пр., их рассматривают как
сплошные брусья некоторой приведенной
жесткости и рассчитывают общие деформации
при изгибе, сдвиге и кручении на деформи-
руемой длине. Подробнее о расчете несущих,
систем см. гл. 1.5.
Шпиндельные узлы рассматривают как
ступенчатые стержни на упругих опорах [16].
Жесткость опор качения определяют по зави-
симостям для точечного и линейного контакта
г- утитяй'ргаяфедюгения' нгпрузки-между' ладе-
ми качения. Автоматизированные расчеты по
методу конечных элементов позволяют рас-
сматривать любое число опор и ступеней*'
шпинделей, учитывая зазоры-натяги в под-
шипниках, жесткость гильзовых корпусов или
насаживаемых на шпиндели деталей. Ходовые
винты рассматривают как стержни постоян-
ного сечения на упругих опорах.
Перемещаемые узлы (столы, суппорты,
бабки) рассматривают как балки, плиты или
жесткие штампы на упругом основании, кото-
рым служат поверхностные слои, направляю-
щих [17].
По расчету все направляющие скольже-
ния разделены на две группы. К первой груп-
пе относятся направляющие, в которых собст-
венная жесткость деталей на порядок выше
жесткости поверхностных слоев. При этом
собственными деформациями пренебрегают и
рассматривают относительный поворот и сме-
щение деталей как твердых тел вследствие
деформаций поверхностных слоев. Принима-
ют, что упругие перемещения по длине на-
правляющих распределяются по линейному .
закону.
К этой группе относятся направляющие ,
суппортов консолей, шпиндельных бабок,
коротких столов. Ко второй группе принадле-
жат направляющие, у которых собственная
жесткость одной из сопрягаемых деталей со-
измерима с жесткостью поверхностных слоев,
и их рассматривают как балки на упругом
основании. К этой группе относятся направ-
ляющие ползунов и длинных столов. Значение
коэффициентов контактной податливости по-
лучены путем обработки большого числа экс-
периментов на натуральных узлах. Расчеты
учитывают распределение нагрузки по длине
направляющих и между гранями, наличие
зазоров, отгибы прижимных планок, деформа-
ции регулировочных устройств [17].
В основу расчета направляющих качения
положены известные зависимости для точеч-
ного и линейного контакта. Расчет учитывает
погрешности изготовления направляющих и
тел качения и действие предварительного на-
тяга [6]. Узлы с роликовыми или шариковыми
опорами рассматриваются как плиты на точеч-
ных податливых опорах, а узлы на сплошных
направляющих - аналогично направляющим
скольжения с приведенным коэффициентом
контактной податливости.
72 Глава 1.4. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
1.4.6. ДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ СТАНКОВ
Большие запасы прочности, закладывае-
мые в конструкцию станков, обусловлены вы-
сокими требованиями к их жесткости. Поэто-
му динамические расчеты имеют основной
целью оценку деформируемости конструкции
при силовых воздействиях с тем, чтобы опре-
делить ее влияние на устойчивость и точность
заданных движений в стационарных и пере-
ходных процессах.
Динамическая система станка включает в
себя упругую систему (УС) (станок, приспо-
собление, инструмент, заготовку) и рабочие
процессы в подвижных соединениях ее эле-
ментов (резание, трение, электро-, гидро- и
аэродинамические процессы и т.п.). Динами-
ческая система станка (рис. 1.4.9) является
многоконтурной замкнутой системой [13], в
которой действуют как прямые, так и обрат-
ные связи. Первые определяются воздействием
сил, порождаемых рабочими процессами (сил
Р резания и F трения, момента М двигателя,
на УС; вторые обусловлены деформациями
УС, которые в свою очередь влияют на проте-
кание рабочих процессов и формирование
соответствующих сил.
Рис. 1.4.9. Схема динамической системы станка:
УС - упругая система; ПР - процесс резания;
ПТ - процесс трения; ПД - процессы в двигателе;
Р, Fh М- соответственно силы резания, трения и
момент двигателя; fit) - внешнее воздействие на УС;
/ - текущее время; - внешние воздействия на
рабочие процессы; У1^,з - деформации УС,
изменяющие условия протекания рабочих процессов
Факторы, порождающие основные связи
(прямая - обратная):
сила резания - деформация УС по нор-
мали к поверхности резания (изменение тол-
щины срезаемого слоя);
сила трения скольжения - деформация
УС по нормали к поверхности скольжения
(изменение нормальной контактной деформа-
ции или соответствующей нагрузки);
момент электродвигателя - крутильная
деформация УС привода (изменение частоты
вращения ротора);
гидродинамическая подъемная сила слоя
смазочного материала - продольная деформа-
ция УС привода (изменение скорости сколь-
жения).
Аналогично формируются связи в под-
вижных соединениях элементов станка с иной
физической природой рабочих процессов.
Принципиальной особенностью указан-
ных связей является их ортогональность. Глав-
ные составляющие действующих сил представ-
ляют собой функции ортогональных коорди-
нат (т.е. координат, вдоль направления кото-
рых эти составляющие не совершают работу)
или скорости. В свою очередь, указанные си-
лы порождают деформации УС, ортогональ-
ные им (смещения в перпендикулярном на-
правлении или угловые смещения). Отмечен-
ные особенности отражаются в характеристи-
ках элементов динамической системы станка.
При динамических расчетах станков ис-
пользуются преимущественно частотные мето-
ды в силу их наглядности и удобства при со-
поставлении расчетных и экспериментальных
данных. Динамическую систему станка пред-
ставляют линеаризованной (за исключением
специальных случаев) и детерминированной.
Статистические оценки служат главным обра-
зом для анализа экспериментальных данных.
Частотные динамические характеристики
элементов и систем строят как отношение
выходной координаты А^ых к входной Хъх,
причем обе они представлены в комплексной
форме:
И^/со) -^выхО®) / -^вх(йо)»
где i - -J-1 ; to - круговая частота.
Следует иметь в виду, что обобщенные
термины "входная и выходная координаты"
получают конкретное выражение в зависимо-
сти от рассматриваемого элемента или систе-
мы.
Поскольку анализируются линеаризован-
ные зависимости, постольку при расчетах ис-
пользуют отклонения величин от некоторого
заданного значения (далее обозначения сил и
смещений соответствуют их отклонениям).
Динамический расчет станка включает в
себя определение характеристик его элементов
(в некоторых случаях используют эксперимен-
ДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ СТАНКОВ
73
тальные характеристики) и последующую
оценку основных показателей динамического
качества, а именно: устойчивости движений;
отклонений динамической системы при внеш-
них воздействиях (статических и переходных
отклонений, вынужденных колебаний), време-
ни переходных процессов (быстродействия).
Наиболее трудоемким и практически
важным является расчет характеристик УС
станка. В соответствии с конкретной задачей
расчета определяют ее входную и выходную
координаты, после чего результаты расчета
объединяют с характеристиками соответст-
вующих рабочих процессов.
УС станка рассчитывают современными
методами теории колебаний с использованием
ЭВМ. При этом определяют амплитудные
(АЧХ), фазовые (ФЧХ) или амплитудно-
фазовые (АФЧХ) частотные характеристики.
Характеристика УС как элемента замкну-
той динамической системы представляет собой
выраженное в комплексной форме отношение
колебаний (смещений) по координате, опреде-
ляющей обратную связь, к периодической
силе, выражающей входную координату и
имитирующей силовое воздействие рабочего
процесса.
Аналогично определяют характеристику
УС при оценке вынужденных колебаний, вы-
званных внешним воздействием на нее. Кроме
характеристик рассчитывают формы колебаний
(т.е. относительные смещения масс) на собст-
венных частотах УС. Анализ форм колебаний
позволяет определять пути улучшения конст-
рукции или качества монтажа УС станка в
целях повышения устойчивости (устранения
автоколебаний) соответствующей частотной
составляюшей (моды колебаний) динамиче-
ской системы станка или уменьшения уровня
вынужденных колебаний. При этом могут
использоваться методы модального анализа
[37] колебательных систем.
Собственную устойчивость элементов УС
(длинных стержней, работающих на сжатие;
пружин; пластин; оболочек; валов, вращаю-
щихся с частотами, близкими к критическим)
рассчитывают по критериям, известным из
теории упругости. Данные о критических на-
грузках и частотах вращения содержатся в
справочниках для конструкторов. Результаты
оценки собственной устойчивости УС учиты-
вают в дальнейшем расчете. Расчетную схему
УС строят с максимально возможным упро-
щением [8] путем перехода от распределенных
параметров (массы, жесткости) к сосредото-
ченным в заданном (рабочем) диапазоне час-
тот. Детали УС представляют в виде стержней,
плит, коробок и массивов. В необходимых
случаях при расчетах используют метод конеч-
ных элементов.
Систему координат в расчетной схеме
(рис. 1.4.10) выбирают произвольно. Соответ-
Рис. 1.4.10. Пример расчетной схемы
плоскошлифовальиого станка:
А'Рт] - система координат;
1 - круг; 2 - стол; 3 - центры масс
ствуюшая система уравнений движения приве-
денных масс содержит коэффициенты связи
по координатам (координатная, упругая, ста-
тическая связь), их первым (скоростная связь)
и вторым (инерционная связь) производным.
В некоторых простейших достаточно редких
случаях удается использовать так называемые
главные координаты, при которых уравнения
движения масс независимы и не содержат
коэффициентов связи.
На риС| 1.4.11, а показан пример такой
упрощенной системы с упругой связью в под-
вижном соединении и с рабочим процессом -
трением скольжения (фрикционная система).
Смещение скользящего тела в направлении
скольжения (по оси X) в результате деформа-
ции УС при определенных условиях сопрово-
ждается его смещением по нормали к поверх-
ности (по оси У). Пружины, представляющие
УС с жесткостью приведенной к смещаемому
телу, деформируются при этом силой, имити-
рующей реакцию Л трения (рис. 1.4.11, б).
Коэффициенты связи координат в дан-
ном случае определяются уравнениями стати-
ки. В системе координат X - У соответствую-
щие деформации равны:
х = RJcu + Я/2ь у = RJcn + Ryk22,
74
Глава 1.4. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Рис. 1.4.11. Схема фрикционной системы с координатной (статической) связью между деформациями УС
по осн X, касательной к поверхности скольжения, и по нормали Yк этой поверхности (а),
а также схема действующих сил и деформаций (б):
fit) и F-то же, что и на рис. 1.4.9; N - нормальная сила; остальные обозначения см. в тексте
где Rx и Ry - проекции реакции R по соответ-
ствующим осям: (для системы по рис. 1.4.11, а
Rx = F; Ry = N); кц — fcjcos^ + A^sin^t;
A22=^lsin^a+^2cos2a> ^12=^21= sinacosax
x (*2 - *1); k\ = 1/q; k2 = l/c2; ct и c2 -
главные приведенные жесткости УС; a - см.
на рис. 1.4.11, б.
В более сложных моделях УС коэффици-
енты Л]2, A^i, &31 ... статической связи имеют
иное выражение и определяются путем реше-
ния соответствующей системы уравнений де-
формаций.
Выходная координата Л^ых УС представ-
ляет собой сумму у проекций У1 и у2 состав-
ляющих 8] и 82 деформаций 8 по главным
осям q\ и 92> т.е. У=У\ + у2 (см. рис. 1.4.11, б).
При Лк < 0 возможны три случая: у > 0;
У = 0; у < 0. Соответственно статические ха-
рактеристики УС - коэффициенты Кус могут
быть положительными и отрицательными.
Координатная (статическая) связь - прак-
тически наиболее распространенный и играю-
щий важную роль вид связи в динамике меха-
нических систем. Наличие такой связи между
деформациями УС изменяет характеристику
демпфирования ("самолинеаризация" сил тре-
ния) в неподвижных стыках [13] и вызывает
появление "скачка" силы при переходе от тре-
ния покоя к трению скольжения [14].
Пример связи по первой производной
(скоростная связь) рассматривается далее. Сис-
темы со связью по второй производной (инер-
ционная связь) возникают при смещении цен-
тра масс относительно начала координат. Над-
лежащим выбором системы координат инер-
ционную связь можно при необходимости
заменить координатной.
При анализе динамических процессов
используется понятие "эквивалентной системы
(элемента)". В лее включают часть элементов и
контуров связи общей динамической системы.
Например, при анализе взаимодействия при-
вода (двигателя) с остальной частью динамиче-
ской системы станка последнюю представляют
как эквивалентную механическую систему,
включающую в себя контуры связи УС с про-
цессами трения и резания. Характеристику
эквивалентной системы определяют (при обя-
зательной оценке ее собственной устойчиво-
сти) по "входу" и "выходу" контура ее связи с
другой системой или элементом.
Устойчивость движений динамической
системы (отсутствие автоколебаний, заклини-
вания при скольжении, "подрывания" инстру-
мента) оценивают по известным критериям
устойчивости. Частотный критерий Найквиста
требует построения АФЧХ так называемой
разомкнутой системы. Она образуется при
размыкании одной из связей эквивалентной
замкнутой одноконтурной динамической сис-
темы. Замкнутая система устойчива (в про-
стейшем случае), если АФЧХ разомкнутой
системы не охватывает точку с координатой
Re = -1 на вещественной оси.
Устойчивость движений станка при холо-
стом ходе (устойчивость фрикционной систе-
ДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ СТАНКОВ
75
Рис. 1.4.12. Схема эквивалентной динамической
системы станка при холостом ходе (о) и
схема разомкнутой по связи у системы (6)
(у" - входная, у ' - выходная координаты)
мы). В отсутствие резания динамическая сис-
тема станка является типичной фрикционной
системой, входящей в состав механических
систем различных машин, механизмов и т.п.
На рис. 1.4.12, а показана схема эквивалент-
ной динамической системы станка при вспо-
могательных и установочных перемещениях,
полученная из общей схемы объединением
элементов "упругая система" и "процессы в
двигателе" в один элемент - "эквивалентная
упругая система" (ЭУС). Соответствующая
разомкнутая система приведена на рис. 1.4.12, б.
Ее характеристика ИразО®) строится как про-
изведение АФЧХ процесса трения H^(i<o) (в
Н/м) и АФЧХ ЭУС И^ус(йо) (в м/Н), т.е.
^раз = ИА)УСИ<„ где ИЬус у/Ry, =
— R/у (здесь и далее аргумент ко опущен в
целях упрощения записи); у - контактная де-
формация трущихся тел по нормали к поверх-
ности скольжения; Л, - сила, имитирующая
полную реакцию R - fJ1+ 1 / ц2 трения,
воздействующую на УС; F - сила контактного
трения скольжения; ц - коэффициент трения.
На рис. 1.4. 13, а показана частотная ха-
рактеристика Идус, соответствующая упро-
щенной модели фрикционной системы (см.
рис. 1.4.11). Показано суммирование характе-
ристик Идус1 и И'эУСг» построенных по
главным координатам (модам колебаний) сис-
темы и являющихся характеристиками колеба-
тельных систем с одной степенью свободы
каждая:
И'ЭУС/ - У]/ Rq = Reaycj + RngyCj,
где Re^ycj и Z/ИэУС/ (в м/Н) - вещественная и
мнимая частотные характеристики системы;
j = 1, 2 - индекс главной координаты.
Рис. 1.4.13. АФЧХ (по связи с трением) ЭУС:
а - построение АФЧХ системы по рис. 1.4.11; б - АФЧХ при Хдус > 0 (сплошная линия) и
Fgyc < 0 (штриховая линия) (Aj, <pj - амплитудные и фазовые значения характеристик при данной частоте ац;
J ~ 1, 2; Аэус, ФЭУС “ то же Для ЭУС)
Z/77 и
6)
76
Глава 1.4. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
ЛеЭУС/ =
В свою очередь
^ЭУС/(!- 7’/l®2)
Х-Т^ю2)2 +Т}2а2 ’
^ЭУС/ = “
ЯЭУС/7’72Ю
где ЖэУС/ — 1 / Cj - приведенная статическая
характеристика (податливость), м/Н; 7д =
= / Cj = 1 / юсу - инерционная посто-
янная времени, с; юсу - собственная круговая
частота, 1 / с; mj - приведенная масса, кг; Су -
приведенная жесткость, Н/м; 7р = Ху Tj\ / л
- постоянная времени демпфирования, с; Ху -
логарифмический декремент колебаний сис-
темы (для данной моды колебаний).
На рис. 1.4.13, б показаны характеристи-
ки при положительном и отрицательном ста-
тическом коэффициенте Лэус (отрицатель-
ный коэффициент соответствует сближению
трущихся тел).
Процесс трения скольжения представля-
ет собой сложную трибологическую систему,
включающую упругое и пластическое дефор-
мирование поверхностных слоев трущихся тел.
Процесс трения является собственно устой-
чивым (в рассматриваемом рабочем диапазоне
частот) при отсутствии явлений схватывания,
заедания, наростообразования, которые устра-
няются известными способами.
В первом приближении сила трения
скольжения пропорциональна действующей
нагрузке, т.е. соответствующей нормальной
контактной деформации у трущихся поверх-
ностей. Сила трения формируется в процессе
тангенциального предварительного смещения.
Динамическая характеристика процесса тре-
ния скольжения учитывает обусловленное
предварительным смещением фазовое отста-
вание изменения силы трения от изменения
нормальной контактной деформации. Эта
характеристика имеет вид
Wi = R / у = Ret + Irrij,
где ReT = ЛГТД1 + 7’2<o2j и Irr^ =
= -КгТт(й^1 + 7’2<o2j - вещественная и
мнимая составляющие характеристики, Н/м;
АГТ = скМ статическая характеристика трения
скольжения, Н/м; сх - нормальная контактная
жесткость трущихся тел, Н/м; Тт = С, / v -
постоянная времени предварительного смеще-
ния, с; С, - постоянная пути в процессе пред-
варительного смещения, аппроксимирован-
ного, как показано на рис. 1.4.14, а, экспо-
ненциальным законом, м; v - скорость сколь-
жения, м/с. АФЧХ процесса трения скольже-
ния показана на рис. 1.4.14, 6.
При решении задач устойчивости фрик-
ционных систем широко используют харак-
теристику процесса трения по скорости сколь-
жения [11]. Анализ показывает [13], что эта
Рис. 1.4.14. Характеристики процесса трения скольжения при изменении нормальной контактной деформации
трущихся тел:
а - при тангенциальном смещении;
б - АФЧХ (Лт и фу - амплитудное и фазовое значения характеристики при данной частоте а> j;
остальные обозначения см. в тексте)
ДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ СТАНКОВ
77
Рис. 1.4.15. АФЧХ разомкнутой эквивалентной динамической системы при трении скольжения
характеристика, как правило, является опо-
средованной; она определяется весьма инер-
ционными процессами, например, тепловыми.
Оказывая влияние на характер соответствую-
щих переходных процессов, такая характери-
стика практически не играет роли в быстроте-
кущих процессах упругих колебаний. Далее
рассмотрен типичный и наиболее распростра-
ненный случай зависимости силы трения сма-
занных поверхностей от скорости скольжения,
подтверждающий сказанное.
На рис. 1.4.15 показаны характеристики
Ираз разомкнутой системы при Адус > 0 (кри-
вые 1 и 2); при этом для каждого значения ю
амплитуда Лраз = ^ЭУС А-г фазовый угол
Фраз = ФЭУС + Фт> гае Лт и <р-г - соответст-
вующие параметры АФЧХ процесса трения
(см. рис. 1.4.14). Кроме того, на рис. 1.4.15
дана разновидность Ираз при Кдус < О
(кривая 3). Согласно критерию устойчивости
Найквиста условием динамической (колеба-
тельной) неустойчивости фрикционной систе-
мы является охват характеристикой Ираз точ-
ки Re = -1. Если рабочий частотный диапазон
решаемой задачи лежит в области низких час-
тот, где малы фазовые изменения характери-
стики трения, то оценку устойчивости можно
получить из условия
АтЛ?дуС < 1,
где Лбдус - отрезок, отсекаемый на отрица-
тельной части вещественной оси АФЧХ ЭУС.
Такая оценка устойчивости справедлива,
если не учитывается влияние износа трущихся
поверхностей на поведение фрикционной
системы при повторных проходах по следу. В
противном случае в системе возникает до-
полнительная обратная связь с запаздыванием
подобно тому, как это происходит в рассмат-
риваемой ниже системе при резании по следу.
При этом дополнительно должна быть учтена
зависимость силы трения (нормальной на-
грузки, коэффициента трения) от износа по-
верхностей скольжения.
Статическая (со = 0) неустойчивость
фрикционной системы выражается в заклини-
вании перемещаемых тел. Она возникает при
условиях Адус < Ф I A^Agyc I > 1 (см. кри-
вую 3 на рис. 1.4.15).
Оценить возможность потери устойчиво-
сти заданного движения, выраженной в форме
релаксационных автоколебаний (периодичес-
кого движения с остановками) (см. кривую 1
на рис. 1.4.15), можно путем статического
расчета ЭУС с учетом наличия координатных
(упругих) связей в плоскости скольжения.
Принципиальная сторона методики расчета
изложена в работе [14]. Предлагаемый подход
базируется на различии законов трения покоя
и скольжения. Сила трения покоя равна по
величине и противоположна по направлению
сдвигающему усилию, которое формируется в
результате деформации УС при неподвижном
контакте трущихся тел. При скольжении кон-
такт подвижен, и сила трения получает на-
правление, противоположное скорости сколь-
жения (см. рис. 1.4.14, а). В состоянии покоя
контакт неподвижен, и при определенных
условиях может возникать статическая неоп-
ределимость УС, исчезающая при скольже-
нии.
78 Глава 1.4. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Рис. 14.16. Схема деформации УС привода (в плоскости скольжения) узла станка:
а - в покое; б - при скольжении; в - схема приведенной упрощенной УС и сил, действующих на узел станка
(Дхи Ду - составляющие деформации по соответствующим осям;
обозначения на рис. 1.4.16, в соответствуют схеме на рис. 1.4.11)
При решении статически неопределимой
задачи деформации УС выявляется различие
АТ7* предельной сдвигающей силы F*, необ-
ходимой для начала скольжения, и силы тре-
ния F при скольжении (эту разницу принято
считать различием сил трения покоя и сколь-
жения): АТ7* = к*F, где к* = 1 / cosp - 1- коэф-
фициент "скачка" силы трения; р - угол между
заданной внешней движущей силой и дефор-
мацией УС, которая определяет направление
силы трения покоя. Угол р можно найти из
соотношения коэффициентов кр и ^22 связи
системы: tgP = кц/kj2-
На рис. 1.4.16 показана схема деформа-
ции узла станка с гидроприводом. Шток 3
гидроцилиндра через консоль 2 соединен со
скользящим телом 1 через шарнир, располо-
женный в точке А приложения силы трения.
Если УС приведена к комбинации двух глав-
ных осей жесткости С] * cj, то
sin a cos а( к-1)
tgp = —-------
cos а + к sin а
где к = С\/ С2- Влияние тангенциальной жест-
кости Ст фрикционного контакта на величину
Р определяется соотношением
к,. = (1 + At2)P/(1 + *t1),
где kj] = Ст/cj; кт2 = Сг/сг-
При переходе от покоя к скольжению
устраняется дополнительная реакция Rp УС. и
сила трения, оставаясь постоянной по вели-
чине, меняет свое направление в плоскости
скольжения соответственно изменению на-
правления скорости смещения узла на на-
правляющих. Поскольку эта скорость велика,
можно говорить о "скачке" силы трения (но не
по величине, а по направлению).
Равенство нулю угла Р определяет отсут-
ствие релаксационных фрикционных автоко-
лебаний. Если Р * 0, необходимо решать не-
линейную систему уравнений, чтобы опреде-
лить область параметров, в которой отсутст-
вуют указанные автоколебания.
Для приближенной оценки этой области
можно воспользоваться известным [27] выраже-
нием критической скорости vc, выше которой
автоколебания отсутствуют (при этом за "скачок"
силы трения принимают значение АТ7* получен-
ное путем упомянутого выше расчета):
vc = /\F*l^ycm ,
где у = 4л6 - относительное рассеяние энергии
при колебаниях; 0 - коэффициент затухания
колебаний; с = 1 / кц - приведенная жесткость
привода; m - масса перемещаемого тела.
Приближенно оценить условия отсутст-
вия релаксационных автоколебаний можно по
критерию Д. Б. Филипова [35]
L
с ns L С J
где 1,5 - коэффициент запаса; {F/c} - не-
ДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ СТАНКОВ
79
трение /ггрен&е
о)
б)
Рис. 1.4.17. Схема фракционной системы (а) и характеристика смешанного трения по скорости (б)г
вг - гидродинамическая сила; F = FK + Fx - сила смешанного трения; FK = p.N - сила контактного трения;
Fx - сила жидкостного трения; G — N + Qr- полная нагрузка; остальные обозначения см. в тексте
которое граничное значение, которое состав-
ляет 22 - 50 мкм для пары трения чугун -
чугун при смазывании маслом И-20; 20 -
30 мкм для пары чугун - сталь; 130 - 200 мкм
для пары чугун - бронза (меньшие значения
при скорости движения около 0,1 мм/мин;
большие - при скорости 80 мм/мин для пар
чугун - чугун, чугун - сталь, и 15 мм/мин для
пары чугун - бронза). Различие значений
[F/ с| по скоростям скольжения определяется
гидродинамическим воздействием смазочного
материала на силу трения.
Широкое распространение при оценке
устойчивости движений в фрикционных сис-
темах получила скоростная модель [11]. При
этом рассматривается колебательная система с
одной степенью свободы Устойчивость дви-
жений при наличии “падающей" характери-
стики силы трения по скорости оценивают
сравнением крутизны характеристики (т.е.
отношения изменения силы к изменению
скорости) с коэффициентом демпфирования
привода. Хотя уже давно показана [13] неэф-
фективность такой модели, при анализе быст-
ротекущих колебательных процессов в- прак-
тически единственном случае формирования
"падающей" характеристики при так называе-
мом смешанном трении, эту модель еще про-
должают использовать.
На рис. 1.4.17 показана схема соответст-
вующей фрикционной системы и характери-
стика зрения. Ее падающий участок лежит в
области смешанного (контактного и жидкост-
ного) трения. Уменьшение силы F трения по
мере роста скорости v определяется действием
гидродинамической подъемной силы QT,
разгружающей зону контакта при всплывании
ползуна массой т на слое смазочного мате-
риала.
Процесс всплывания или оседания пол-
зуна связан с преодолением его инерции и с
всасыванием или выдавливанием смазочного
материала через узкую шель - пространство
между ползуном и направляющими. Возника-
ет значительное вязкое сопротивление всплы-
ванию (оседанию), а соответственно и изме-
нению силы трения. При оценке устойчивости
движения это сопротивление добавляется к
демпфирующему сопротивлению привода и
смазочного материала пропорциональному
скорости скольжения. Движение устойчиво
при условии v < hR + Ав, где v = dF / dv -
крутизна статической характеристики трения
по скорости; йд - коэффициент демпфирова-
ния колебаний привода в направлении сколь-
жения; Ав - приведенный к направлению
скольжения коэффициент вязкого сопротив-
ления всплыванию (оседанию) ползуна.
Вследствие существования указанного
вязкого сопротивления, имеющего значитель-
ную величину, влияние падающей скоростной
характеристики зрения на устойчивость дви-
жения практически незначительно [13].
Устойчивость движений станка при обра-
ботке резанием. В этом случае устойчивость
определяют с использованием представления
об эквивалентной динамической системе
станка, показанной на рис. 1.4.18, а и вклю-
чающей дополнительную обратную связь с
запаздыванием при обработке по следу от
предыдущего прохода. Это запаздывание оп-
ределяется промежутком времени т между
последовательными проходами режущего ин-
струмента. При точении, например, т = 60/п,
где п - частота вращения заготовки, мин'1; т -
в с.
ЭУС включает в себя процессы в двига-
теле и процесс трения в подвижных соедине-
ниях. Ее характеристика является характери-
стикой станка при холостом ходе и выражает
отношение перемещения у между заготовкой
и инструментом (по нормали к поверхности
резания) к силе Рэ, имитирующей силу реза-
80
Глава 1.4. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Рис. 1.4.18. Схема эквивалентной динамической системы станка при обработке резанием по следу от
предыдущего прохода (о) н схема резания по следу (б):
а - коэффициент перекрытия следа; у, - переменный припуск, сформированный смещениями у при
предыдущем проходе; 1 - заготовка; 2 - резец (остальные обозначения см. а тексте)
Рис. 1.4.19. Схема сил и УС при резании (а), а также АФЧХ ЭУС при Хэус У 0 (сплошная линия) и
Аэус < 0 (штриховая линия) (б)
ния. Аналогично изложенному выше динами-
ческая характеристика ЭУС по связи с резани-
ем имеет вид
И'ЭУС = У / Рэ = ^еЭУС + Л”ЭУС-
Статическая характеристика (коэффициент
Адус) является величиной, обратной характе-
ристике жесткости Спр станка: Адус = =
— 1 / спр-
Соответствующую АФЧХ рассчитывают в
рабочем диапазоне частот. Коэффициент
Адус может быть положительным, отрица-
тельным и равным нулю (его отрицательное
значение соответствует сближению заготовки
и инструмента). Схема действующих сил и
примеры АФЧХ упрощенной приведенной
ЭУС по связи с резанием показаны на рис.
1.4.19.
Процесс резания, как процесс упруго-
пластического деформирования [15], является
собственно устойчивым при нормировании
сливной стружки. Для этих условий динами-
ческая характеристика процесса резания (в
первом приближении) имеет две составляю-
щие (рис. 1.4.20) [13] соответственно силам Ри
и Р3, действующим на передней и задней
поверхностях режущего инструмента:
^р = р/у= ^р.п+ ^р.3;
и/ - Ди
^р.п - у
^рУр«
+ 7’р2®2 ’
__р_
l + T’p2®2
и/ =
гкр. 3
ДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ СТАНКОВ
81
Рис. 1.4.20. АФЧХ процесса резания н ее построение:
<Р1 - фаза при частоте со । - отставание изменив силы
Р резания относительно смещения у;
<Р2 - при частоте <02 - опережение
(остальные обозначения см. в тексте)
здесь Кр = КЬд - статический коэффициент
резания, Н/м; К = Р/ (ад bo) - удельная сила
резания, Н/м; Oq и />о - толщина и ширина
срезаемого слоя, м; Тр = (1 4- l,5)rZgE/) / vp =
= Ip I vp - постоянная времени резания
(стружкообразования), с; Ед = / ад - коэф-
фициент усадки стружки; а\ - толщина струж-
ки, м; vp - скорость резания, м/с; /р - посто-
янная пути резания при аппроксимации про-
цесса формирования силы резания экспонен-
циальным законом, м; Н3 - жесткость контак-
та заготовки и задней поверхности инструмен-
та, Н/м3; Ь3 - ширина площадки контакта по
задней поверхности инструмента, м; Л3 - вы-
сота площадки контакта по задней поверхно-
сти инструмента (площадки износа, фаски и
т.п.), м.
При оценке устойчивости движений в
процессе обработки учитывают влияние реге-
неративного эффекта при резании по следу в
зависимости от коэффициента перекрытия ае
(см. рис. 1.4.18) по ширине срезаемого слоя.
Согласно критерию Найквиста в этом случае
динамическая система устойчива, если харак-
теристика И^аз разомкнутой системы
(полученная без учета регенеративного эффек-
та) лежит справа от некоторой линии
(окружности), семейство которых показано на
рис. 1.4.21. При предельных значениях коэф-
фициента перекрытия окружности вырожда-
ются: при ае = 1 (резание по следу при пол-
ном перекрытии) - в прямую Im$, проведен-
ную параллельно мнимой оси через точку
Re = -0,5; при ге = 0 (резание "по чистому") -
в точку Re = -1.
//77. к
РпЭУС
Re
-.65
Неустойчиво
(подрывание)
Устойчиво
Неустойчиво
(колебания
при ж-1)
Рис. 1.4.21. Схема оценки устойчивости движений по АФЧХ разомкнутой системы при
Лэус > 0 (сплошные линии) и ЛэУС < 0 (штриховая линия) (б)
82
Глава 1.4. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Характеристики разомкнутой системы,
показанные на рис. 1.4.21, построены по ха-
рактеристикам ЭУС и процесса резания
Ираз = И'ЭУС Wp- При этом на каждой час-
тоте фазы складываются, а амплитуды пере-
множаются.
Так как УС станка обладает многими
степенями свободы, то возможна потеря ус-
тойчивости ее различных частотных состав-
ляющих. Например, на токарных станках воз-
никают автоколебания вследствие потери ус-
тойчивости на низких (порядка сотен герц) и
высоких (порядка тысяч герц) частотах. В
первом случае (см. вектор 1 на рис. 1.4.20)
потере устойчивости способствует фазовое
отставание силы Рп резания на передней по-
верхности инструмента от смещения по оси Y.
Сила Р3 на задней поверхности является опе-
режающей по фазе, т.е. оказывает демпфи-
рующее действие. Во втором случае сила Р
резания при фазовом опережении (особенно в
области высоких частот; см. вектор 2) способ-
ствует потере устойчивости на частотных со-
ставляющих АФЧХ, лежащих выше вещест-
венной оси и, как правило, имеющих отрица-
тельную модальную статическую характери-
стику (ЛэУС/ < 0).
Статическая (<о = 0) неустойчивость ("под-
рывание" инструмента) возникает при услови-
ях
^ЭУС < °; IАэУС I > 1-
При этом под действием силы резания интен-
сифицируется врезание инструмента в заго-
товку.
Собственная неустойчивость процесса
стружнообразования [13] выражается в фор-
мировании стружек надлома, элементной,
суставчатой и срывающегося нароста. Процесс
стружкообразования, представляющий собой
сложную динамическую систему [15], стано-
вится автоколебательным. При расчете коле-
баний динамической системы станка в таком
случае учитывают взаимодействие нелинейной
автоколебательной системы стружкообразова-
ния с УС станка [13]. Это взаимодействие
возрастает при сближении частоты автоколе-
баний (например, в процессе формирования и
срыва нароста при изменении скорости реза-
ния) с одной из собственных частот колеба-
ний ЭУС. Возможны два вида колебаний:
типа вынужденных колебаний с частотой
формирования нароста или элементов струж-
ки и колебаний на собственной частоте ЭУС с
амплитудой, достигающей максимума при
некоторой скорости резания.
Статические отклонения устойчивой ди-
намической системы станка. Такие отклонения
представляют практический интерес при
оценке точности обработки в случае внешнего
воздействия на процесс резания в форме за-
данного припуска постоянной толщины А и
постоянной ширины Ь. Относительное сме-
щение у инструмента и заготовки, создающее
погрешность 8р размера обработанной детали,
определяется выражением
у = 8р = ТА
^р^ЭУС
1Т ^р^ЭУС
Знаки "минус" соответствуют отрица-
тельной статической характеристике ЭУС. В
этом случае размер обработанной детали по-
лучается меньше заданного, а при Ар^эУС =
= -1 наступает "подрывание" (см. штриховую
линию на рис. 1.4.21).
Вынужденные колебания станка при холо-
стом ходе в случае, если известны внешние
воздействия, рассчитывают методами класси-
ческой теории колебаний. При оценке их
влияния на точность обработки вычисляют
амплитуды относительных колебаний инстру-
мента и заготовки по нормали к обрабатывае-
мой поверхности.
Вследствие сложного характера воздейст-
вий (несбалансированности вращающихся
деталей, пересопряжения зубьев колес, по-
грешностей подшипников, посторонних воз-
действий через фундамент и т.п.) колебания
станка при холостом ходе обычно не рассчи-
тывают, а определяют экспериментально в
форме частотного спектра.
Различают [13] два вида вынужденных
колебаний в процессе обработки резанием:
при воздействии на ЭУС и на процесс реза-
ния (периодическое изменение толщины сре-
заемого припуска).
Амплитуду Ла колебаний данной частоты
<0] по нормали к обрабатываемой поверхности
(амплитуду волнистости) при резании оцени-
вают следующим образом:
при воздействии на ЭУС
^8 = ’
Азн
при изменении толщины срезаемого
припуска
где Ахх - амплитуда колебаний инструмента
относительно заготовки по нормали к обраба-
тываемой поверхности, рассчитанная или из-
меренная при холостом ходе станка, Лд - ам-
плитуда заданных колебаний толщины срезае-
мого припуска (при обработке волнистой по-
верхности, при протягивании, фрезеровании и
т.п.); Язн - модуль вектора, проведенного из
точки Re = -1 в точку АФЧХ разомкнутой
ДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ СТАНКОВ
83
системы с данной частотой <01 (см. рис.
1.4.21); Араз - амплитудное значение АФЧХ
разомкнутой системы на частоте <о у.
Как правило, в процессе резания ампли-
туда колебаний, вызванных воздействием на
ЭУС, при низких частотах уменьшается, а при
высоких возрастает, что следует из анализа
типичных форм АФЧХ разомкнутой системы.
Параметрические колебания при резании
возникают при изменении ширины Ь припус-
ка, которая входит в качестве параметра в
характеристику процесса резания. Такой слу-
чай встречается при обтачивании или растачи-
вании эксцентрической заготовки. Области
(например, частот вращения) интенсивных
параметрических колебаний определяют мето-
дами классической теории колебаний систем с
периодически изменяющимися параметрами.
Переходные отклонения и время переход-
ного процесса (быстродействие) оценивают
путем решения соответствующих дифферен-
циальных уравнений с учетом начальных и
иных условий, а во многих случаях - и нели-
нейностей различного вида. При составлении
уравнений используют изложенные выше
представления, расчет выполняют на ЭВМ.
Процесс разгона-торможения узла станка
на направляющих скольжения (схема системы
представлена на рнс. 1.4.17, а) в первом при-
ближении при скачкообразном изменении Av
скорости скольжения (например, при пози-
ционировании) описывается выражением [13]
У = — (1 - ехр(-t / rB))Av,
СУ
хде у - всплывание ползуна по нормали к
поверхности скольжения (может изменяться
также угол наклона ползуна к плоскости на-
правляющих), м; Кг = Ст / v, Н-с/м; су - же-
сткость системы по нормали к поверхности
скольжения, Н/м; Тъ = h^/ Су - постоянная
времени всплывания, с; - в Н-с/м; Av - в
м/с.
На рис. 1.4.22 показана схема переход-
ного процесса и определения постоянной
времени всплывания, а также изменений силы
трения. Продолжительность процесса (с от-
клонением 1 %) составляет 7],.т = 4,6 7^. Для
обеспечения стабильности положения узла
при позиционировании необходимо выдержи-
вать указанное время. Переходный процесс
всплывания массивного узла, инерцию кото-
рого необходимо учитывать, описывается бо-
лее сложным выражением: он показан на рис.
1.4.22 штриховыми линиями.
Переходний процесс вистоя (врезания)
при врезном точении или шлифовании, т.е.
при обработке по следу, описывается [13] в
первом приближении следующим законом
Рис. 1.4.22. Схема переходного процесса при
разгоне-торможении узла на направляющих
скольжения со смазкой
Рис. 1.4.23. Схема переходного процесса при выхаживании (многократных повторных проходах по следу):
1 - заготовка; 2 - резец; 3 - обработанная деталь; 4 - кривая уточнения (остальные обозначения см. в тексте)
84
Глава 1.4. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
изменения деформации УС (и соответствую-
щего изменения толщины срезаемого слоя):
у =аоехр(-// 7^),
1де у - относительное смещение (деформация
УС) инструмента и заготовки по нормали к
обрабатываемой поверхности; 7^ = 0,5т(1 +
+ 2ApAgyc) - постоянная времени уточнения
(уточнение - термин из работы (32]), с.
На рис. 1.4.23 показаны схемы переход-
ного апериодического процесса и определения
постоянной времени уточнения.
Таким образом, рассмотрены основные
принципиальные положения методики дина-
мического расчета станков. Их развитие осу-
ществляется при решении конкретных задач с
учетом специфики требований к расчету, типа
оборудования и характера процесса обработки.
1.4.7. УЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПРОЦЕССОВ
Температурные процессы в МС связаны
с тепловым воздействием от внешних и внут-
ренних тепловых натрузок. Внешние тепловые
натрузки образуют тепловое излучение от обо-
рудования, от естественного и искусственного
освещения, и тепловой поток, связанный с
колебанием температуры окружающей среды.
Внутренние тепловые нагрузки - это теплота,
выделевшаяся в узлах станка: в узлах трения,
элементах гидросистемы, электроприводах. К
внутренним тепловым нагрузкам относится
также теплота, выделевшаяся в процессе реза-
ния. На процесс резания приходится 40 - 70 %
мощности, подводимой к станку. Теплота,
образующаяся при резании, распределяется
между заготовкой,'инструментом, стружкой и
СОЖ. Часть теплоты посредством конвекции
и излучения переходит в окружающую среду.
При обычных скоростях и глубинах резания
для лезвийной обработки в изделие переходит
от 5 до 15 % теплоты-резания, в инструмент -
5 - 20 %, в стружку - 60 -85 %. На распреде-
ление теплоты в зрце резания оказывают
влияние такие факторы, как геометрическая
форма и теплофизические характеристики
материалов заготовки и инструмента, состав и
метод подачи СОЖ и др. Существенное влия-
ние оказывают также режимы резания и со-
стояние инструмента. Применение СОЖ, как
правило, повышает среднюю температуру
станка.
Совокупность значений температуры t во
всех точках исследуемого станка в фиксиро-
ванный момент времени т называется темпе-
ратурным полем станка. Уравнение представ-
ляет математическое выражение температур-
ного поля:
t=flx, У, Z, -г), (1.4:1)
ще х, у, Z - координаты рассматриваемой точ-
ки.
Различают стационарное и нестационар-
ное температурные поля. Уравнение (1.4.1)
описывает температурное поле в наиболее
общем виде: температура изменяется с течени-
ем времени т и от одной точки станка к дру-
гой. Такое поле соответствует неустановивше-
муся тепловому режиму и носит название не-
стационарного температурного поля.
Если температурное поле станка не из-
меняется во времени, то есть dt / di — 0 во
всех точках станка, то тепловой режим являет-
ся установившимся и температурное поле на-
зывается стационарным. В этом случае темпе-
ратура является функцией только координат:
t =Лх, у, z).
Температурные процессы в станках отно-
сятся к процессам средней скорости. Период
времени, в течение которого станок выходит
на установившийся тепловой режим, называет-
ся периодом тепловой стабилизации станка.
Период тепловой стабилизации зависит от
конструктивных особенностей станка, характе-
ра тепловой нагрузки, условий теплообмена и
т.д.
В условиях производства, в связи с из-
менением условий работы станка: колебанием
температуры окружающей среды, варьирова-
нием режимов резания, остановами, связан-
ными с обеденным перерывом и т.д. - тепло-
вые процессы в станках носят, как правило,
неустановившийся характер, а температурное
поле является нестационарным. Д ля прецизи-
онных и сверхпрецизионных станков создают
более стабильные условия работы: исключают
попадание солнечных лучей, колебание темпе-
ратуры окружающей среды путем помещения
станка в термоконстантный цех или термокон-
стантную камеру, проводят обработку в авто-
матическом режиме, исключающем простои и
перерывы и т.д. В особых случаях можно по-
местить станок в специальную камеру под
масляный душ.
Деформации узлов станка, возникающие
при нагреве, - температурные деформации
приводят к изменению взаимного положения
инструмента и заготовки (рис. 1.4.24), к изме-
нению зазоров в парах трения, а следователь-
но, к изменению их жесткости и снижению
работоспособности. Наибольшее влияние на
точность обработки оказывают температурные
деформации в прецизионных станках. Доля
погрешностей обработки, вызванных темпера-
турными факторами, может составлять до 70 %'
в общем балансе погрешностей обработки.
Снижение влияния температурных де-
формаций на точность обработки достигается
путем совершенствования конструкций стан-
ков, применения различных методов охлажде-
УЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПРОЦЕССОВ
85
Рис. 1.4.24. Температурная деформация узлов
круглошлифовального стайка
ния узлов станка, а также применением систем
компенсации температурных деформаций.
Компенсация вредного воздействия темпера-
турных факторов на выходную точность стан-
ков осуществляется, например, путем подна-
ладки станка по результатам измерения пара-
метров, оказывающих влияние на точность
обработки. Как правило, удается установить
устойчивую зависимость между параметрами,
которые могут быть измерены в любой момент
времени, и точностью обработки. Такими па-
раметрами могут служить температуры нагрева
станка в характерных точках [41]. По результа-
там измерений проводится корректировка
относительного положения инструмента и
заготовки.
Совершенствование конструкции станков
по температурному критерию при проектиро-
вании эффективно осуществлять на основе
температурных расчетов. Температурные рас-
четы станка [31] включают в себя расчеты тем-
пературных полей (задача теплопередачи) и
расчеты температурных деформаций (задача
термоупругости). Температурные поля опреде-
ляют при расчетах:
тепловыделения в узлах станка;
теплообмена между узлами станка и ок-
ружающей средой;
температурного поля станка (стационар-
ного и нестационарного).
При решении термоупругой задачи рас-
считывают:
температурные деформации;
температурное изменение зазоров в парах
трения;
изменение жесткости и вибраций при
нагреве узлов станка.
Отдельную группу составляют расчеты
температурных процессов, протекающих в
заготовках.
Расчет тепловыделения в узлах станка
включает: расчет потерь в электроприводах [4,
36], расчет потерь в узлах трения (ременных
передачах [25], подшипниках и направляющих
(7, 38, 40]), расчет тепловых потерь в гидро-
системе станка [38].
Расчет тепловыделения в узлах станка яв-
ляется, как правило, первым этапом при рас-
чете температурного поля станка и темпера-
турных деформаций.
Внешние тепловые нагрузки оказывают
существенное воздействие на температурные
процессы в станке. Температура воздуха в це-
хах, неоснащенных установками для стабили-
зации температуры, колеблется в пределах
нескольких градусов. Температура воздуха
неодинакова и по высоте цеха. Температура
воздуха в цехе изменяется, как правило, по
закону, близкому к синусоидальному (рис.
1.4.25). Период колебаний температуры со-
ставляет, как правило, сутки и неделю. Время
нагрева деталей станка с учетом изменения
температуры окружающей среды зависит от
материала детали, ее массы, условий теплооб-
мена.
Условия теплообмена узлов станка с ок-
ружающей средой существенно влияют на
формирование температурного поля станка и
температурные деформации. Мерой интенсив-
ности теплообмена является коэффициент
теплоотдачи. Различают теплообмен излучени-
ем и конвективный теплообмен. Коэффициент
теплоотдачи определяют с использованием
теории теплопередачи.
Современные температурные расчеты
станков основаны на использовании метода
конечных элементов, который заключается в
разбиении элементов конструкции на большое
число конечных элементов, связанных между
собой в узлах. Для каждого узла формируется
равновесное уравнение теплопроводности с
учетом теплофизических свойств материала.
Особенность метода заключается в возможно-
сти задания физических и граничных условий
для каждого элемента и его граничных по-
верхностей, а также учета изменения этих ус-
ловий. Общее решение задачи получается на
основе составления уравнения теплопроводно-
сти и граничных условий всех элементов и
решения его вариационным методом путем
минимизации функционала, описывающего
полную потенциальную энергию тела. Вклад
каждого элемента в систему определяется мат-
рицей теплопроводности и вектором тепловой
нагрузки. Решение стационарной задачи сво-
дится к системе линейных алгебраических
уравнений, нестационарной - к системе диф-
ференциальных уравнений (1.4.1). Расчет не-
стационарного температурного поля проводит-
ся итерациональным методом по шагам с из-
менением теплофизических параметров, гра-
ничных условий и температуры как функции
времени.
Узлы станков представляются в виде со-
вокупности элементов двух видов - осесим-
метричных для деталей типа тел вращения, и
86
Глава 1.4. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Рис. 1.4.25. Колебания температуры окружающей среды и температуры стойки координатно-расточного станка
Рис. 1.4.26. Схема для расчета температурных полей деформаций станины торцмплифоаалыюго станка:
а - тепловой поток в станину из зоны ограждения; q - тепловой поток в станину из выводного канала для СОЖ
ФАКТОРЫ, УЧИТЫВАЕМЫЕ ПРИ ТОЧНОСТНЫХ РАСЧЕТАХ
87
Рис. 1.4.27. Деформация шпиндельного узла
коробчатых - для корпусных деталей [29]. Ис-
пользование метода предусматривает автомати-
зацию расчетов.
Автоматизация расчетов включает раз-
биение на конечные элементы, нумерацию
узлов и элементов, присвоение условий одно-
значности (физических характеристик и гра-
ничных условий), решение систем уравнений,
получение графического изображения схем
узлов, температурного поля и деформирован-
ного состояния. Пример схематизации стани-
ны приведен на рис. 1.4.26.
Температурные расчеты станков преду-
сматривают: определение температур заданных
точек и их изменения во времени; расчет
смещения инструмента и изделия в зоне реза-
ния; определение температурного изменения
зазоров в парах трения; определение темпера-
турных деформаций изделий, возникающих в
процессе обработки.
Последние целесообразно проводить, на-
пример, для обработки на шлифовальных
станках зубчатых колес или шлицевых валиков
[30]. Температурные деформации, возникаю-
щие в процессе обработки таких заготовок,
существенно влияют на их точность (рис.
1.4.28).
Температурные расчеты на современном
уровне позволяют решать при проектировании
ряд серьезных задач: выявлять наиболее удач-
ные компоновочные решения с позиций тем-
пературного критерия; проводить оценку но-
вых технических решений, в том числе приме-
нения новых специальных материалов с улуч-
шенными теплофизическими характеристика-
ми; решать вопросы о применении тех или
иных опор шпиндельных узлов и типов на-
правляющих; выбирать необходимые в кон-
кретных условиях системы смазки и охлажде-
ния; оценивать эффективность мероприятий
по улучшению теплоотвода и теплоизоляции;
оценивать эффективность мероприятий по
выравниванию температур путем искусствен-
ного подогрева или обдува; для станков особо
высокой точности определять требования к
колебаниям температуры окружающей среды.
Рис. 1.4.28. Температурные деформации заготовки
при обработке впадин зубчатого колеса
методом копирования
1.4.8. ФАКТОРЫ, УЧИТЫВАЕМЫЕ ПРИ ТОЧНОСТНЫХ
РАСЧЕТАХ
Расчет точности базируется на теории
формообразующих систем металлорежущих
станков, с помощью которой формализуются
реально существующие связи между геометри-
ей, кинематикой и упруго-деформационными
свойствами системы станка, с одной стороны,
и геометрией и метрологией обработанной
детали - с другой.
Под формообразующей системой понима-
ется совокупность механических элементов
системы станок - приспособление-инструмент-
деталь, взаимное положение и перемещение
которых обеспечивает заданную траекторию
движения режущего инструмента относительно
обрабатываемой детали. В состав формообра-
зующей системы входят станина и исполни-
тельные органы станка вместе с последними
звеньями приводов, конечные звенья формо-
образующей системы - обрабатываемая деталь
и режущий инструмент.
По физическому состоянию станок рас-
сматривается в трех ракурсах: как формообра-
зующая машина, воспроизводящая номиналь-
ную обрабатываемую поверхность; как меха-
ническая система, испытывающая в процессе
88 Глава 1.4. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
формообразования возмущения различной
физической природы; как метрологическое
устройство, фиксирующее результат действия
этих возмущений в виде отклонения размеров,
расположения и формы обрабатываемой по-
верхности.
Модель формообразующей системы свя-
зывает координаты формообразующих точек
инструмента с координатами обрабатываемой
детали. Она состоит из последовательно опи-
рающихся друг на друга звеньев. Под звеном
понимается совокупность элементов станка,
которые во время работы станка остаются от-
носительно неподвижными. Каждое звено
относительно другого совершает одно какое-
либо движение. Звено может либо поворачи-
ваться относительно оси, фиксированной в
соседнем звене, либо двигаться поступательно,
либо при данном виде обработки оставаться
неподвижным. Число подвижных звеньев мо-
жет достигать 10 - 12, но обычно не превыша-
ет 5 - 6.
Построение модели формообразующей
системы состоит из следующих операций:
описания движения звеньев; составления об-
щего уравнения цепи формообразования; по-
лучения аналитической зависимости, связы-
вающей перемещения звеньев с траекторией
движения точек инструмента относительно
обрабатываемой детали и преобразования его с
привлечением информации о режущем инст-
рументе: получения уравнения обрабатываемой
поверхности. При этом наиболее удобен мате-
матический аппарат преобразования коорди-
нат, использующий матрицы и векторы чет-
вертого порядка [28]. Основная особенность
этого аппарата состоит в том, что любые пре-
образования координат могут быть выражены
с помощью одной математической операции
перемножения матриц. Связь между парой
звеньев может быть либо кинематической свя-
зью, либо контактной, реализуемой с помо-
щью опор различных типов.
Рассматриваются следующие модели ре-
жущего инструмента: модель точечного инст-
румента, линейного и поверхностного. Урав-
нения обрабатываемой поверхности включают
поверхности, совпадающие с поверхностью
резания, поверхности огибающие, семейства
поверхностей резания или образуемые из
фрагментов нескольких поверхностей резания
при их пересечении. В тех случаях, когда об-
работка осуществляется по приближенным
схемам, обрабатываемая поверхность содержит
погрешности схемы формообразования.
Разработанная система расчетов [24]
включает модели номинального функциониро-
вания формообразующей системы и функцио-
нирования при наличии кинематических воз-
мущений. К кинематическим возмущениям
относятся геометрические погрешности на-
правляющих и шпиндельных опор, кинемати-
ческие погрешности приводов, погрешности
настройки, износ сопрягаемых поверхностей,
погрешности базирования и крепления заго-
товки. Перечисленные возмущения приводят к
отклонениям траекторий относительных пере-
мещений инструмента и заготовки от заданных
(номинальных). Соответствующее программ-
но-математическое обеспечение позволяет
получить нормальные отклонения расчетных
точек обрабатываемой поверхности от номи-
нального их положения для текущих положе-
ний узлов.
Система расчетов точности связывает
возмущения процесса обработки с набором
погрешностей обрабатываемых деталей. Мо-
дель расчета основана на принципе малости
погрешностей по сравнению с самими разме-
рами обработки и использует математический
аппарат бесконечно малых линейных преобра-
зований [28]. В качестве входных параметров
модели рассматриваются погрешности поло-
жения узлов и элементов станка, вызванные
перечисленными выше физическими причи-
нами, в качестве выходных параметров по-
грешности размеров, расположения и формы
обработанных на станке поверхностей. Состав-
ляется уравнение обработанной поверхности, с
каждой точкой которого связано определенное
положение звеньев формообразующей системы
с учетом погрешностей положения и для всех
положений вычисляются нормальные погреш-
ности обработанной поверхности и метрологи-
ческие оценки. Проекции вектора погрешно-
сти положения режущей кромки на нормаль к
обрабатываемой поверхности формируют по-
грешности размера и формы.
Разработанная модель выходной точно-
сти станка [23, 28] реализует единый вычисли-
тельный процесс от элементарных погрешно-
стей станка до оценок точности обработанных
деталей.
Для получения оценок точности обрабо-
танной поверхности используются метрологи-
ческие базы, относительно которых находятся
эти оценки. Такими базами являются средняя
квадратическая базовая поверхность и приле-
гающая базовая поверхность [39]. Средняя
квадратическая базовая поверхность имеет ту
же форму, что и номинальная. Она определя-
ется по точкам реальной поверхности таким
образом, что средний квадрат расстояния меж-
ду точками базовой и реальной поверхностей
минимален. Прилегающая базовая поверхность
имеет ту же форму, что и номинальная, но
определяется по точкам реальной обработан-
ной поверхности таким образом, что объем,
заключенный между базовой и реальной по-
верхностями, минимален, а все точки реаль-
ной поверхности лежат по одну сторону от
прилегающей. Алгоритм построения средней
квадратической поверхности сводится к реше-
нию системы линейных уравнений; а алгоритм
РАСЧЕТЫ НАДЕЖНОСТИ ПРОЕКТИРУЕМОГО СТАНКА
89
построения прилегающей базовой поверхности
- к решению задачи линейного программиро-
вания [28, 39].
С помощью разработанного метода рас-
чета точности могут решаться следующие зада-
чи: расчет геометрических погрешностей;
оценка влияния на точность обработанной
поверхности погрешностей монтажа звеньев
формообразующей системы и погрешностей
базирования обрабатываемой детали; расчет
влияния контактных деформаций на точность;
составление балансов точности. На основе
этих расчетов можно обосновать выбор ком-
поновочных решений и назначение допусков
на точность изготовления конструктивных
элементов станков исходя из требований к
точности обработки.
1.4.9. РАСЧЕТЫ НАДЕЖНОСТИ ПРОЕКТИРУЕМОГО
СТАНКА
Требования к надежности металлорежу-
щих станков, как правило, выбираются из
экономических соображений. С одной сторо-
ны, с повышением надежности станков снижа-
ется ущерб от их отказов: прямой или непо-
средственный ущерб, вызванный простоем
оборудования в ремонте, затратами на запча-
сти, зарплату ремонтников и устранение брака
обработанных деталей; дополнительный
ущерб, связанный с недовыработкой предпри-
ятием продукции, повышением плана, нару-
шением нормального ритма производства. С
другой стороны, повышение надежности стан-
ков требует дополнительных затрат: на разра-
ботку более надежных конструкций узлов и
механизмов, применение более надежных и
дорогостоящих комплектующих изделий и
изготовляемых'узлов и устройств, выполнение
исследовательских работ по обеспечению на-
дежности и т.д. Таким образом, проблема
обеспечения надежности является не только и
не столько технической, сколько экономиче-
ской проблемой и выбор нормативов надеж-
ности должен определяться из экономических
соображений, поскольку надежность - это не
самоцель, а средство достижения высокого
уровня эффективности эксплуатации станка.
Определение экономически обоснован-
ных требований к надежности станков, их
основных узлов и комплектующих изделий
проводится с целью повышения эффективно-
сти вновь создаваемого и модернизируемого
оборудования. Порядок расчета требований к
металлорежущему оборудованию с ЧПУ и его
элементы включает два последовательных эта-
па.
Первый этап заключается в определении
требований к надежности станка и проводится
на стадии разработки технического задания с
последующей корректировкой на стадии раз-
работки технического проекта. Требуемые
значения показателей надежности определяют-
ся на основе зависимости экономического
эффекта, получаемого при использовании
станка, от уровня его надежности. На втором
этапе проводится распределение требований
между основными узлами и комплектующими
изделиями станка таким образом, чтобы был
обеспечен требуемый уровень надежности
оборудования, определенный на первом этапе.
Распределение требований между основными
узлами и комплектующими изделиями прово-
дится на этапе разработки технического проек-
та.
В результате расчета надежности станка
определяются количественные оценки показа-
телей надежности как станка в целом, так и
основных его элементов (узлов, сборочных
единиц, деталей и комплектующих изделий).
При расчетах на надежность станок рассматри-
вается как сложная система, состоящая из
последовательно соединенных, независимых
элементов (отказ любого элемента станка не
обусловлен отказом других элементов и вызы-
вает отказ станка в целом).
Расчет требований к надежности станков
ведется по показателям: средняя наработка на
отказ (7J>) и среднее время восстановления
(7^). Под показателем надежности элемента
понимаются показатели надежности, заданные
нормативно-технической документацией
(НТД) на элемент или получаемые в результа-
те расчетов.
Определение экономически обоснованных
требований к надежности станков. Расчет эко-
номически обоснованных требований к на-
дежности станков производится на основе
метода сравнения показателей надежности и
эффективности эксплуатации нового станка с
аналогичными показателями базового варианта
станка. Основным показателем эффективности
станка является экономический эффект Эед за
срок службы до первого капитального ремонта
[19]:
•а — и о. Р1 ~1~^н ।
Эед’Ц1₽Р2+Ен +
(И1-И2)-Ен(К^-К1) жт
--------------------
Рг+Ен
где индексы 1 и 2 соответствуют базовому и
новому вариантам станка; Ц - оптовая цена
станка; р - коэффициент приведения (эквива-
лентности); Р - доля амортизационных отчис-
лений от балансовой стоимости на полное
восстановление (реновацию) станка; И - годо-
вые эксплуатационные издержки потребителя;
К' - сопутствующие капитальные вложения
потребителя; Ел - нормативный коэффициент
эффективности капитальных вложений.
Сопутствующие капитальные вложения
определяются по формуле
90
Глава 1.4. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
К' — Км + Кд + Кед + Кнез + Кдр + Кж,
где Км - затраты по доставке и установке
станка (руб.); Кд - стоимость помещения за-
нимаемого станком ( руб.); - стоимость
служебно-бытовых помещений, приходящаяся
на один станок (руб.); Кнез - оборотные сред-
ства в незавершенном производстве (руб.);
Кдр - стоимость комплекта специальных при-
способлений на все наименования деталей,
обрабатываемых на станке в течение года
(руб.); Кж - стоимость жилищного и культур-
но-бытового строительства, приходящаяся на
один станок (руб.).
Коэффициент приведения
_ ^1пт1 + Лг! §2
^шт2 +^н2 ®1
где Тн - годовое время наладки станка, рас-
считанное на годовой объем выпуска деталей;
Г1ПТ - годовое штучное время обработки дета-
лей на станке; 8 - коэффициент загрузки стан-
ка.
Учет надежности в расчете экономиче-
ского эффекта осуществляется: расчетом зна-
чения коэффициента загрузки оборудования,
соответствующего заданному уровню надежно-
сти, введением в состав годовых эксплуатаци-
онных издержек потребителя (И) дополни-
тельной статьи затрат - годовые затраты потре-
бителя на материалы и комплектующие изде-
лия при неплановом ремонте, а также учетом
затрат на зарплату потребного количества ре-
монтных рабочих, занятых неплановым ремон-
том.
Коэффициент загрузки
8 = 0,85 (1- ТдАуд/Го),
где 0,85 - расчетный коэффициент загрузки
базового станка; КуД - коэффициент, учиты-
вающий удельный вес времени работы станка
в автоматическом режиме в эффективном го-
довом фонде времени (для станков с ЧПУ
Куд = 0,4 -е- 0,5, для гибких производственных
модулей (ГПМ) КуД = 0,6 -г 07).
Годовые затраты на материалы и ком-
плектующие изделия при неплановом ремонте
Ир.м.к> входящие в состав годовых эксплуата-
ционных издержек потребителя И
Ир.м.к = Фоб-^уд^в Ог.р/
где Фдб - эффективный годовой фонд времени
работы станка; С^р - средние затраты на ма-
териалы и комплектующие изделия, приходя-
щиеся на один час непланового ремонта (для
станков с ЧПУ и ГПМ Сц.р = 5,4 р.).
Потребное количество ремонтных рабо-
чих, занятых неплановым ремонтом станка
^р = Фоб^удТв/ (^бФр)>
где Фр - действительный годовой фонд време-
ни рабочего.
Затраты, требуемые для повышения на-
дежности станка, должны учитываться в его
оптовой цене.
Расчет экономического эффекта прово-
дится для различных значений Tig в диапазоне
50 - 500 ч и фиксированного значения сред-
него времени восстановления. Значение Тъ,
ввиду малой его изменяемости при переходе
от базовой-модели к новой, можно принять
равным значению этого показателя базового
оборудования. Значения показателей надежно-
сти базового оборудования определяются в
результате эксплуатационных исследований на
надежность. По результатам расчета строится
график зависимости экономического эффекта
от средней наработки на отказ.
Приведенная методика расчета экономи-
чески обоснованных требований к надежности
станков реализована на ЭВМ в виде пакета
прикладных программ.
Определение требований к надежности ос-
новных узлов н комплектующих изделий. Опре-
деление требований к надежности элементов
станка производится пропорциональным спо-
собом, суть которого заключается в том, что
относительное приращение надежности эле-
мента зависит от степени влияния элемента на
надежность оборудования в целом.
Исходными данными для определения
требований к надежности элементов служат
показатели надежности элементов, выражен-
ные средней наработкой на отказ и средним
временем восстановления, а также требуемые
значения показателей надежности станка, оп-
ределенные на первом этапе.
Показатели надежности элементов в за-
висимости от наличия исходной информации
и степени сложности изделий определяются
расчетными, опытно-статистическими, экс-
пертными методами и методами исследова-
тельских испытаний.
При выборе метода определения показа-
телей надежности элементов следует отдавать
предпочтение расчетным методам, наиболее
полно учитывающим факторы, формирующие
надежность: физику отказов, предельные со-
стояния, связь элементов по нагрузке, внеш-
ние воздействия и фактическую наработку.
Для определения этих факторов целесообразно
использовать имитационное моделирование на
ЭВМ.
Рассчитываемые значения показателей
надежности станка определяются через показа-
тели надежности составляющих его элементов:
РАСЧЕТЫ НАДЕЖНОСТИ ПРОЕКТИРУЕМОГО СТАНКА
91
п п
К1 = £ К1; Тъ = / То),
/=г i=i
где л - количество элементов оборудования;
То - наработка на отказ i-го элемента станка;
Тъ - среднее время восстановления i-го эле-
мента.
Требуемые приращения показателей на-
дежности:
ЛТ0 = Тотр - То; ЛТВ = Тъ -
Влияние надежности i-го элемента на на-
дежность оборудования в целом характеризует-
ся соответствующими коэффициентами.
Коэффициент влияния i-го элемента на
безотказную наработку
= Ты / То.
Коэффициент влияния i-го элемента на
среднее время восстановления
~ ^в/ / ^в,
причем сумма этих коэффициентов по всем
элементам должна быть равна единице:
п л
£«0,=!; £q,=1.
i=l /=1
На основе условия, что относительные
приращения показателей надежности элемента
(ДТо / То н ДТв / 7^) пропорциональны ко-
эффициентам его влияния на уровень надеж-
ности оборудования в целом, рассчитываются
требуемые значения показателей надежности:
=Tai_+ ьто/ У <о2 * *;
Твтр =ТВ,+ЛТВЦ.
Л А
тле Т$> и - требуемые значения нара-
ботки на отказ и среднего времени восстанов-
ления i-го элемента.
Данный способ применим при сравни-
тельно небольшом относительном приращении
надежности как оборудования в целом, так и
отдельных его элементов:
и
*о
1 в
и
1 о/
^-£0,5.
^в/
Если эти неравенства не выполняются, то
распределение требований следует проводить в
несколько этапов, рассчитывая каждый раз
новые значения коэффициентов влияния. На-
пример, если необходимо провести распреде-
ление требований по надежности станка при
повышении уровня его надежности с То =
= 500 ч до Tj5 = 900 ч, то поскольку Д7^> /
То = 0,8 > 0,5, необходимо провести двухсту-
пенчатое распределение требований по надеж-
ности: = 700 ч; Т? = 900 ч.
Изложенный порядок определения тре-
бований к надежности основных узлов и ком-
плектующих изделий является достаточно тру-
доемким, поэтому его целесообразно реализо-
вать на ЭВМ. Ниже приведен пример решения
указанной задачи с использованием пакета
соответствующих протрамм [10]. Пусть извест-
ны соотношения показателей надежности ос-
новных узлов базового станка (табл. 1.4.2).
1.4.2. Исходные данные для определения
требований к надежности устройств и
подсистем токарного станка с ЧПУ
Наименование подсистем, узлов и комплектующих изделий Значения показателя надежности
Нара- ботка на отказ, ч Среднее время восстанов- ления, ч
Устройство ЧПУ 115 3,5
Механические узлы 242 5,2
Электрооборудование 275 3,4
Система смазки 762 5,1
Система подачи СОЖ 924 6,0
Измерительные пре- образователи 533 3,7
Необходимо рассчитать требования к по-
казателям надежности узлов и систем станка,
обеспечивающие достижение требуемых зна-
чений показателей надежности станка в целом:
= 100 ч; = 3 ч. Результаты расчета
приведены в табл. 1.4.3.
1.4.3. Результаты расчета требований к
устройствам и подсистемам токарного станка
с ЧПУ
Наименование подсистемы Требуемые значения
Нара- ботка на отказ, ч Среднее время восстанов- ления, ч
Устройство ЧПУ 352 2,2
Механические узлы 479 3,1
Электрооборудование 512 2,6
Система смазки 999 4,1
Система подачи СОЖ 1161 4,9
Измерительные пре- образователи 770 3,0
92
Глава 1.4. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
1.4.10. ИНЖЕНЕРНАЯ БИОДИАГНОСТИКА ПРИ
ПРОЕКТИРОВАНИИ СТАНКОВ И СТАНОЧНЫХ
СИСТЕМ
При многовариантном и конкурсном
проектировании любых технических объектов
(особенно человеко-машинных систем с высо-
кой энергетической и психологической на-
пряжённостью) повышается актуальность про-
филактической диагностики и экспертизы
конструкций машин и оборудования, проектов
планировки производственных и других по-
мещений, где люди проводят значительное
время. Такая экспертиза будет представлять
особую ценность, если она будет проводиться
на стадиях проектирования, а не сдачи в экс-
плуатацию объектов. В этом направлении для
конструкторов и проектантов имеется реальная
возможность применения методов инженерной
биодиагностики (биолокаций), получивших рас-
пространение в разных странах (США, Япо-
ния, Россия, Чехия, Германия и др.) в качест-
ве нетрадиционных методов неразрушающего
контроля и технической диагностики.
Среди многочисленных явлений био-
энергоинформационного обмена в природе
(биоэнергоинформатики, или биоэлектроники,
или психотроники) заметно выделяется одно
из самых практичных - биолокация. На зем-
ном шаре действуют тысячи специалистов,
занимающихся геологической, медицинской,
инженерной биолокацией (биодиагностикой).
Биолокация - это искусство обнаружения и
исследования невидимых и утраченных объек-
тов и аномалий в окружающей среде, осно-
ванное на биолокационном эффекте. Главным
действующим лицом в операции биолокации
является биалокатор (или оператор биолока-
ции), т.е. специально обученный и натрениро-
ванный человек, у которого наблюдается чет-
кое проявление биолокационного эффекта в
различных условиях.
Качественная и количественная оценка
реакции биолокатора определяется по характе-
ру движения биоиндикаторных рамок в руках
биолокатора (рис. 1.4.29), служащих необхо-
димыми инструментами типа "антенна - уси-
литель - индикатор" в процессе поиска ин-
формации. Биолокационный эффект - это явле-
ние вращения рамок в руках специалиста био-
локации при его настройке на получение ин-
формации об объекте поиска на подсознатель-
ном уровне (при отсутствии внешних призна-
ков объекта или аномалии в окружающей сре-
де). Биолокационная аномалия - это участок
местности или сооружения, элемент сложной
технической системы или объекта искусства, в
пределах которого проявляется биолокацион-
ный эффект. Степень реакции биолокатора в
процессе поиска или исследования определя-
ются по углу повороту рамок (рис. 1.4.30) с
учетом применяемых методов биолокации (см.
ниже).
Рис. 1.4.29. Бяоивдикаторные рамки с вертикальной
осью вращения:
а - типа "двойные усы" (конструкции автора, образца
1970 г.); б - типа "одинарные усы"; в - миниатюрная
(1 - верхний ус; 2 - нижний ус; 3 - перемычка;
4 - хвост перемычки; 5 - втулка)
Рис. 1.4.30. Положение биоиндикаторных рамок при
биолокации (вид сверху):
а - нейтральное положение; б - рабочее положение
(1 - верхний ус; 2 - рука; Ан - аномалия)
Мировой и отечественный опыт приме-
нения методов биолокации убедительно пока-
зывает, что с их помощью в многих практиче-
ских ситуациях могут быть достигнуты сле-
дующие неоспоримые преимущества (по срав-
нению с традиционными методами исследова-
ния, а также в сочетании с ними):
повышение работоспособности и безо-
пасности людей;
существенная экономия времени, труда и
других ресурсов;
получение информации, не доступной
традиционным методам;
возможность дистанционного поиска и
экспертизы различных объектов и аномалий
ИНЖЕНЕРНАЯ БИОДИАГНОСТИКА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СТАНКОВ
93
практически в любых условиях окружающей
среды.
Высокая эффективность биолокации
объясняется широчайшими возможностями
человеческого организма в энергоинформаци-
онном обмене с природой (ноосферой, гео-
сферой, биосферой, техносферой), особенно
профессионалов-энтузиастов. Об этом же го-
ворят следующие основные особенности биоло-
кации, обеспечивающие возможность:
се лективного (избирательного) поиска и
исследования объектов (аномалий) различной
физической, природы;
из менения направления поиска (по вер-
тикали, горизонтали, наклонной линии, при
сложном движении);
из менения дистанции поиска (т.е. изме-
нения диапазона расстояний или глубин);
поиска и исследования невидимых и ут-
раченных объектов и аномалий, которые не-
возможно обнаружить традиционными инст-
рументальными методами (особенно для ано-
малий энергетического характера при слабых
взаимодействиях).
В результате обобщения колоссального
разнообразия конкретных ситуаций в практике
биолокаторов можно выделить следующие
основные методы биолокации'.
1. Метод биосканирования (БС) - метод
регулярного "прочёсывания” зоны объекта
биолокации по радам "профилей". (Это -
излюбленный метод геологов, археологов, эко-
логов и специалистов по подземным комму-
никациям).
2. Метод биопеленгации (БП) - метод
экспресс-поиска местоположения объекта био-
локации, практически не сходя с места или же
из двух-трех точек. (Этот метод мы начали
применять с 1979 г., используя две биоинди-
каторные рамки, показанные на рис. 1.4.30, а,
б, так как многооборотные рамки геологов для
этого не пригодны).
3. Метод биоиндикации (БИ) - метод
определения отдельных характеристик объекта
биолокации.
4. Метод дистанционной биодиагностики
(БД) - метод сочетания трех названных выше
методов при значительном расстоянии от объ-
екта биолокации. (Этот метод мы начали при-
менять с 1988 г., в частности для работы по
карте).
С особенностями методики и практики
биолокации читатель может ознакомиться в
изданиях [9, 21, 22, 33, 42, 43].
Принципы и методики инженерной био-
диагностики (биолокации) должны найти
применение при решении задач проектирова-
ния и эксплуатации станков и станочных сис-
тем, а также иного технологического оборудо-
вания с высокоэнергетической напряженно-
стью - в целях достижения менее вредных для
здоровья людей компоновок и планировок, с
учетом размещения патогенных (вредных) зон
земного и технического происхождения. Более
ста лет в раде стран специалисты изучают гео-
патогенные аномалии, связанные с физически-
ми процессами в земной коре и космосе, в
последние десятилетия их внимание привлек-
ли технопатогенные аномалии, связанные с
работой оборудования, с вихревыми процесса-
ми механического, гидравлического, электри-
ческого и оптического характера. Например, в
зоне обслуживания станков и станочных ком-
плексов может оказаться несколько таких ано-
малий (рис. 1.4.31). Следовательно, необходи-
мо изучение действующего парка станков и
другого оборудования в целях поиска более
рациональных компоновок.
Как показали исследования, проводимые
в Экспериментальном научно-исследователь-
ском институте металлорежущих станков
(ЭНИМС), в Ассоциации инженерной биоло-
кации, в МГТУ "СТАНКИН" и в других орга-
низациях, в отдельных местах рабочей зоны
машин возникает технопатогенная аномалия в
виде микролептонного "облака" (незримого
возбужденного пространства) как следствие
вихревых и колебательных процессов в маши-
не. Пребывание человека в таких местах сни-
жает его биоэнергетический потенциал и, сле-
довательно, уменьшает его работоспособность.
Длительное пребывание на геопатогенных
аномалиях приводит к неизлечимым заболева-
ниям и летальному исходу (см. книги К. Берда
и Э. Хартманна). Наблюдается также взаимо-
связь геопатогенных зон и мест предаварий-
ного и аварийного состояния в трубопроводах.
Таким образом, конструкторы станков и
станочных систем, проектировщики техноло-
гических планировок и другие специалисты-
машиностроители могут и должны привлекать
специалистов по инженерной биодиагностике
(биолокации) к решению следующих задач
индустриально-экологического характера:
по иск и исследование технопатогенных
зон в существующих конструкциях станков и
другого технологического оборудования;
по иск новых компоновок станков и
другого оборудования, более благоприятных
для здоровья и настроения персонала;
био энергетическая экспертиза планиро-
вок оборудования применительно к конкрет-
ным участкам их размещения;
кор ректировка проектов отраждений для
высокоэнергетичного оборудования;
кор ректировка проектов размещения
оборудования;
био энергетический анализ мест повы-
шенного травматизма и повышенной заболе-
ваемости людей на действующих предприяти-
ях;
биоэнергетическая экспертиза мест рабо-
ты и отдыха людей (рабочих и специалистов),
особенно при гиподинамии.
94
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Рис. 1.4.31. Пример биоэнергетической ситуации на производственном участке:
1 - шлифовальный круг; 2 - плоскошлифовальный станок; 3 - гидростанция; 4 - дисплей на пульте управления;
5 - шкаф с пультом управления; 6 - электрошкаф; 7 - вспомогательный стол; 8 - ультразвуковой станок;
9 - вибратор; 10 - граница технопатогетпюй аномалии при работе на нижнем пределе частотного диапазона;
11 - то же при работе на верхнем пределе; 12 - удачный вариант размещения пульта управления;
13 - то же, неудачный; прерывистыми контурами с точками отмечены технопатогенные аномалии;
со знаками "плюс" - положительные геопатогенные (возбуждающие) аномалии;
со знаком "минус" - отрицательные геопатогенные аномалии (угнетающие)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аверьянов О. И. Модульный принцип
построения станков с ЧПУ. М.: Машино-
строение, 1987. 232 с.
2. Аверьянов О. И., Воронов А Л., Гель-
штейн Я. М. Автоматизированное проектиро-
вание компоновок МС // Станки и инстру-
мент. 1982. № 8. С.6-7.
3. Аверьянов О. И., Воронов А Л., Гель-
штейн Я. М. Информационное обеспечение
автоматизированного проектирования компо-
новок МС с ЧПУ // Оборудование с ЧПУ. М.,
1982. Выл. 5. С. 1 - 4.
4. Андреев Г. И., Босинзон М. А, Кенд-
риков А И. Электроприводы главного движе-
ния металлорежущих станков с ЧПУ. М.: Ма-
шиностроение, 1980. 150 с.
5. Врагов Ю. Д. Анализ компоновок ме-
таллорежущих станков. М.: Машиностроение,
1978. 208 с.
6. Детали и механизмы металлорежущих
станков / Под ред. Д. Н. Решетова. М.: Ма-
шиностроение, 1972. Т. 1. 520 с.
7. Ингерт Г. X., Глебкин В. П., Айзен-
шток Г. И. Потери мощности в высокоскоро-
стных гидродинамических подшипниках //
Станки и инструмент. 1987. № 4. С. 20 - 22.
8. Каминская В. В. Расчеты на вибро-
устойчивость в станкостроении. М.: Машино-
строение. 1985. 56 с.
9. Иванов Н. И., Плужников А И.,
Свешников И. Н. Применение биофизического
метода к исследованию и реставрации памят-
ников И НИИ культуры. Труды 28. М., 1975.
С. 235 - 256.
10. Колониус Д. Н., Марголин Л. В., Ба-
ранов В. В. и др. Определение экономически
обоснованных требований к надёжности ГПМ
станков с ЧПУ, их основных узлов и комплек-
тующих изделий. М.: ЭНИМС 1988. 18 с.
11. Крагельский И. В., Гитис Н. В.
Фрикционные автоколебания. М.: Наука, 1987.
183 с.
12. Кристофцдес Н. Теория графов, М.:
Мир, 1978. 432 с.
13. Кудинов В. А Динамика станков. М.:
Машиностроение, 1967. 360 с.
14. Кудинов В. А О скачке силы трения
при переходе от покоя к скольжению // Стан-
ки и инструмент, 1993. № 6. С. 2 - 6.
15. Кудинов В. А Схема стружкообразо-
вания (динамическая модель процесса реза-
ния) И Станки и инструмент. 1992. № 10.
С. 14 - 17; № 11. С. 26 - 29.
16. Левина 3. М., Зверев И. А Расчет
статических и динамических характеристик
шпиндельных узлов методом конечных эле-
ментов // Станки и инструмент, 1986. № 8.
С. 6 - 9.
17. Левина 3. М., Решетов Д. Н. Кон-
тактная жесткость машин. М.: Машинострое-
ние, 1971. 264 с.
КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СИСТЕМ СТАНКА
95
18. Левин* 3. М. Расчет жесткости со-
временных шпиндельных подшипников //
Станки и инструмент, 1982. № 10. С. 1 - 3.
19. Определение экономической эффек-
тивности металлорежущих станков с ЧПУ. М.:
НИИМАШ. 1984. 104 с.
20. Оре О. Теория графов. М.: Наука,
1980. 336 с.
21. Плужников А. И. Основы инженер-
ной биолокации: Общий курс / Ассоциация
инженерной биолокации. М.: 1991. 84 с.
22. Плужников А. И., Хакимов М. Ю.
О возможности биолокации нефтяных залежей
// Геология и разработка твердых полезных
ископаемых: Сб. науч, трудов. М.: УДН, 1980.
С. 60 - 62.
23. Портман В. Т., Шустер В. Г. Автома-
тизированный синтез расчетной модели про-
странственных размерных цепей // Станки и
инструмент, 1987. № 8. С. 7 - 10.
24. Портман В. Т. Классификация и син-
тез расчетных моделей механики станков //
Станки и инструмент. 1988. № 3. С. 12 - 15.
25. Пратусевич Р. М., Литвак А. С. Ав-
томатизированный расчет энергетических по-
терь в приводах главного движения металло-
режущих станков //Станки и инструмент,
1986. № 5. С. 21 - 23.
26. Преников А. С., Аверьянов О. И.,
Аполлонов и др. Проектирование металлоре-
жущих станков и станочных систем: Справоч-
ник-учебник. Т. 1. Проектирование станков /
Под общ. ред. А. С. Проникова. М.: МГТУ
им. Н. Э. Баумана. Машиностроение, 1994.
444 с.
27. Пуш В. Э. Малые перемещения о
станках. М.: Машгиз, 1961. 123 с.
28. Решетов Д. Н., Портман В. Т. Точ-
ность металлорежущих станков. М.: Машино-
строение, 1986. 336 с.
29. Сегцда А. П. Расчет стационарных
температурных полей металлорежущих станков //
Вестник машиностроения. 1982. № 9. С. 37 -
41.
30. Серебряный Ю. Л., Сегцда А. П. Рас-
чет температурных полей и температурных
деформаций заготовок при обработке // М.:
ВНИИТЭМР. 1988. Сер. 4. № 11. С. 5 - 7.
31. Соколов Ю. Н. Температурные расче-
ты в станкостроении. М.: Машгиз, 1965. 79 с.
32. Соколовский А. П. Жесткость в тех-
нологии машиностроения. М.-Л.: Машгиз,
1946.
33. Сочеваиов Н. Н., Стеценко В. С., Че-
кунов А. Я. Использование биолокационного
метода при поисках месторождений и геологи-
ческом картировании. М.: Радио и связь, 1984.
57 с.
34. Федотенок А. А. Кинематическая
структура металлорежущих станков. М.: Ма-
шиностроение, 1970. 403 с.
35. Филиппов Д. Б. Расчет плавности пе-
ремещения узлов подач станков. Экспресс-
информация Ц Автоматические линии и ме-
таллорежущие станки. 1969. № 37. 7 с.
36. Харизоменов И. В., Харизоменов Г. И.
Электрооборудование станков и автоматиче-
ских линий. М.: Машиностроение, 1987.
224 с.
37. Хомяков В. С., Досько С. И., Терен-
тьев С. А. Повышение эффективности расчета
и анализа динамических характеристик стан-
ков на стадии проектирования // Станки и
инструмент. 1991. № 6. С. 7 - 12.
38. Шаталова М. И., Сегцда А. П. Авто-
матизированный расчет нестационарных теп-
ловых процессов в станках с гидростатически-
ми узлами //Автоматизация расчетов и проек-
тирования металлорежущих станков: Сб. науч,
тр. / М.: ЭНИМС, 1988. С. 121 - 127.
39. Шустер В. Г. Система оценок выход-
ной точности обработанной поверхности //
Станки и инструмент, 1985. № 11. С. 12 - 16.
40. Pahngren A. Crundlager der
Walzlagertechnik. Stuttgart, 1964. 416 s.
41. Week M., Vorsteher D. Monitoring and
diagnosis for numerically controlled machine tools
// Proceedings of tne 24th International Machine
Tool Desingn and Research Conference, Man-
chester, 31 Aug. 1 Sept., 1983. Manchester. 1983.
P. 148 - 155.
42. Bird Christopher. The Divining Hand.
The 500-Year / Old Mystery of Dowsing. Wash-
ington: E. P. Dutton, 1979. 340 s.
43. Hartmann Ernst. Krankheit als Stan-
dortproblem. Heidelberg: Karl F. Haug Veriag,
1976. 128 s.
Глава 1.5
ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
1.5.1. КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СИСТЕМ
СТАНКА И ИХ РАСЧЕТОВ В СВЯЗИ С ВЫХОДНЫМИ
ХАРАКТЕРИСТИКАМИ СТАНКА
Обработка деталей на металлорежущем
оборудовании реализуется во взаимодействии
различных его подсистем (табл. 1.5.1). В под-
систему обработки, т.е. станок, входят главный
привод (ГД), привод подачи (ПП), несущая
система (НС), шпиндельный узел (ШУ) и на-
правляющие (Напр).
Выходные характеристики станка суще-
ственно зависят от значительного числа фак-
торов, при этом обеспечить требуемое качест-
во станка можно только на основе анализа
взаимосвязей между показателями его функ-
ционирования (себестоимость, производитель-
ность, точность и пр.) и' ограничениями (по
прочности, устойчивости процесса, долговеч-
ности и пр.), а также факторами, их опреде-
ляющими.
96
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
1.5.1. Основные блоки н функции подсистем металлообрабатывающего оборудования
Блок Элемент Функции (назначение)
1. Подсистема обработки (станок)
1.1. Главный привод (ГД) 1.1.1. Двигатель (электрический, гидравлический и т.п.) Обеспечивает движение инструмента или заготовки со скоростью резания
1.1.2. Преобразующие элементы Сообщают исполнительному эле- менту движение с заданными пара- метрами
1.1.3. Исполнительный элемент (в станках с ГД вращательного движе- ния - шпиндель, поступательного движения - ползун, стол и т.п.) Передает движение заготовке или инструменту со скоростью резания
1.2. Привод подачи (ПП) 1.2.1. Двигатель Обеспечивает движение подачи и позиционирование
1.2.2. Преобразующие элементы Сообщают исполнительному эле- менту движение с заданными пара- метрами
1.2.3. Исполнительный элемент (шестерня - рейка; винт - гайка и т.п.) Обеспечивает перемещение инстру- мента относительно заготовки со скоростью подачи
1.3. Несущая система (НС) 1.3.1. Базовые и корпусные детали Обеспечивают определенное взаим- ное расположение инструмента и обрабатываемой детали
1.3.2. Направляющие Обеспечивают заданные траектории движения элементов станка
2. Подсистема манипулирования
2.1. Система смены загото- вок 2.1.1. Элементы системы загрузки - выгрузки заготовок Обеспечивают загрузку, зажим и выгрузку заготовок
2.2. Система смены инстру- мента 2.2.2. Устройство смены инструмента Обеспечивает замену и зажим инст- румента
2.3. Система удаления стружки 2.3.1. Элементы подсистемы удале- ния стружки из рабочей зоны Обеспечивает своевременное удале- ние стружки из рабочей зоны
2.3.2. Элементы подсистемы удале- ния стружки от станка Обеспечивает своевременное удале- ние стружки от станка
2.4. Система обеспечения 2.4.1. Элементы подсистемы подачи СОТС Обеспечивают своевременную и дозированную подачу СОТС
смазочно-ох- лаждающей технологичес- кой среды (СОТС, СОЖ) 2.4.2. Элементы подсистемы сбора СОТС Обеспечивают отвод и сбор СОТС
3. Подсистема управления
3.1. Система ручного управ- ления 3.1.1. Элементы ручного управления Обеспечивают ручное управление работой станка в режиме наладки
3.2. Система авто матическо- 3.2.1. Элементы системы ЧПУ Обеспечивают автоматическую рабо- ту станка по заданной программе
го управления
КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СИСТЕМ СТАНКА 97
Продолжение табл. 1.5.1
Блок Элемент Функции (назначение)
3.3. Система адаптивного управления 3.2.2. Элементы автоматического регулирования 3.3.1. Элементы адаптивного управ- ления Поддерживают заданный режим работы станка Обеспечивают адаптацию работы узлов станка к изменяющимся усло- виям обработки
4.1. Система контроля обра- батываемых деталей 4.2. Система контроля ин- струмента 4.3. Система контроля рабо- ты узлов стан- ка 4. Подсистема контре 4.1.1. Элементы контроля качества обрабатываемых деталей 4.2.1. Элементы контроля состояния инструмента 4.3.1. Элементы контроля техниче- ского состояния узлов станка 4.3.2. Элементы контроля поломок узлов станка ля Обеспечивает контроль точности обработки и качества обрабатывае- мой поверхности Обеспечивает контроль состояния инструмента Обеспечивает контроль технических характеристик узлов станка Обеспечивает отключение станка при поломках узлов
Факторы,
определяющие
производительность
«со
Основные
подсистемы
станка
Ограничения
Компоновка
S.
О со
СО
SS.
ад
в
со
м
я
ЕС
л
5
Скорость вспо-
могательных
перемещений
Время разгона
и торможения
Скорость
резания
Время позици-
онирования
Сила
резания
Число>
прохо-
дов )
Скорость хо-
лостых пере-
мещений
Устойчи-
вость про-
цесса ре-
зания
НС
БКД
Напр
ШУ
пгд
Несущая
способ-
ность
направ-
ляюще
Быстро-
ходность
и долго-
вечность
подшип-
hhkqb____
Плавность
медлен-
ных пе-
ремещений
Прочность
и долго-
вечность
элементов
I-м
ДЗ.Йй
wts
TQ Ф
О ига
B.s.g
ояо
а н®
020
Ь СОХО
5S 8Й
Ф сч
isc
§ я
со
Oj(D
и
§
к
§
£4
Рис. 1.5.1. Взаимосвязь расчетных характеристик основных подсистем станка,
определяющих его производительность
98
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
Кинемати-
ческие
Внешня
среда
Погрешнос-
ти изго-
товления
и сборки,
определя-
ющие гео-
метричес-
кую точ-
ность ста-
нка
Погрешности изготовления и сборки,
определяющие кинематическую точ-
ность станка
Осадки и
колебания
оснований
Силовые
.Тепловые
Параметри-
ческие
Веса пе-
ремещаю-
щихся
узлов
Потери
на тре-
ние в
направ-
ляющих
Измене-
ние инер-
ционных
и жест-
кое тиых
характе-
ристик
при пере-
мещении
узлов в
процессе
ооработ,
Инерционные (динамические)
нагрузки
Потери на трение в
алементах
Изменение инерционных и хесткоот-
ных характеристик в результата из-
менения передаточных функций, усло-
вий контакта в элементах и т.п.
Рис. 1.5.2. Возмущения, действующие при работе станка
Изменения
температу-
ры окружа-
ющей сре-
дн
Рис. 1.5.3. Структура оценок точности с учетом разных видов возмущений
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ 99
На рис. 1.5.1 приведена взаимосвязь рас-
четных характеристик основных подсистем
станка, определяющих его производитель-
ность. Факторы, непосредственно определяю-
щие производительность (сила, скорость реза-
ния, составляющие времени вспомогательных
перемещений), могут рассматриваться как
критерии качества соответствующих подсистем
станка, а прочие, обычно оцениваемые, пока-
затели их работоспособности - прочность и
долговечность элементов, быстроходность
подшипников, устойчивость и пр. - как огра-
ничения. На рис. 1.5.2 показаны основные
возмущения от разных подсистем, действую-
щие при работе станка, а структура оценок
точности с учетом видов возмущений приве-
дена на рис. 1.5.3.
Влияние динамических возмущений
удобно учитывать, определяя вызываемые ими
относительные смещения инструмента и заго-
товки при разных положениях узлов с помо-
щью соответствующих динамических расчетов
основных подсистем станка (ШУ, НС, приво-
да), суммируя их с отклонениями в результате
действия кинематических возмущений.
Влияние силовых статических возмуще-
ний - от сил резания и веса перемещающихся
узлов станка - может быть учтено путем опре-
деления относительных перемещений.инкре-
мента и заготовки, вычисляемых с помощью
расчетов жесткости соответствующих подсис-
тем, при разном положении его узлов и сум-
мирования их с остальными составляющими
отклонений обрабатываемой поверхности на
выходе.
Выбор оптимальных параметров элемен-
тов станка требует решения задач многокрите-
риальной оптимизации при использовании в
качестве критериев оптимизации показателей
работоспособности системы в целом или всех
основных ее подсистем.
1.5.2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ШПИНДЕЛЬНЫХ
УЗЛОВ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Шпиндельные узлы (ШУ) предназначены
для вращения заготовок (токарные станки,
бабки изделия шлифовальных станков и др.)
или инструмента (фрезерные станки, свер-
лильные станки и др.) в процессе механиче-
ской обработки.
Виды опор шпинделей. В шпиндельных
узлах металлорежущих станков в качестве опор
шпинделей применяют следующие виды под-
шипников (рис. 1.5.4): а) подшипники каче-
ния [31, 33, 48, 50, 52, 55]; б, в) подшипники
скольжения с жидкой смазкой (б - гидродина-
мические, в - гидростатические) [5, 8, 39];
г) подшипники с газовой смазкой J2. 29]:
д) активные магнитные подшипники [26, 51 ].
Рис. 1,5.4. Основные виды опор шпинделей:
a - подшипник качения; б - гидродинамический подшипник скольжения; в - гидростатический подшипник
скольжения; г - подшипник с газовой-смазкой; й - активный магнитный подшипник
100
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
1.5.2. Характеристики основных видов подшипников,
Характеристики подшипника Вид
Подшипники качения Гидродинамические
смазывание маслом
Среда, несущая нагрузку Тела качения и слой масла Слой масла
Способ передачи нагрузки от шпинделя к корпусу Контакт тел и дорожек качения через слой масла. Несущий слой масла воз- никает при вращении Несущий слой масла (воздуха) се вращения шпинделя (у под- смазкой, кроме того, дополни-
Способ ретулирования поло- жения центра вращения шпинделя во время работы шпиндельного узла Самоустановка Самоуста
Потери на тре- ние: при пуске во время вращения Малые Малые Очень большие Очень большие
Отраничение допустимой частоты вращения Температура опоры Температура опоры
Параметр быст- Промыш- роходности ленных ^«max-10'5. изделий мм • мин'1 (наи- Экспери- большие значе- ментальных ния) образцов 1,8 2,4 1,2 2,0
Факторы, влияющие на точ- ность вращения шпинделя Отклонения формы и раз- меров деталей подшипни- ка. Компенсация погреш- ности при смазывании не происходит Отклонения формы и размеров В слое смазки происходит ком сти
Погрешность Промыш- врашения, мкм, ленное у наиболее точ- производ- ных опор (d = ство = 50 -=- 100 мм) Экспери- менталь- ные об- разцы 0,6 - 1,0 0,2 - 0,5 0,5 - 1,0 0,5
Демпфирование (качествен- ная смазка) Слабое Хорошее
Относительная величина ко- эффициента демпфирования 1,0 2,0
Статическая жесткость (ка- чественная оценка) Высокая Удовлетворительная
Относительная статическая жесткость 1,0 0,5
Надежность Очень высокая Высокая
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ 101
применяемых в шпиндельных узлах металлорежущих станков
подшипников
подшипники Гидростатические подшипники Активные магнитные подшипники
газовая смазка смазывание маслом газовая смазка
Поток газа (воздуха) Слой масла Несущий слой газа (воздуха) Магнитное поле
возникает в процес- шипников с газовой тельный наддув) Несущий слой масла (воздуха) создается посред- ством насоса, расположенного вне опоры Несущее магнитное поле создается внешним источни- ком тока
новка Самоустановка Внешнее управле- ние магнитными потоками в соот- ветствии с сигна- лами датчиков
Практически отсут- ствуют Малые Практически отсутствуют Большие Практически отсутствуют Очень малые Практически отсут- ствуют Ничтожно малые
Прочность вала (ротора) Температура опоры Прочность вала (ротора) Прочность вала (ротора)
2,2 3,0 1,2 Небыстроходные 3,0 4,0
деталей подшипника, пенсация погрешно- Отклонения формы и размеров деталей под- шипников. В слое смазки происходит компен- сация погрешности Точность вращения вала определяют чувствительностью датчиков и эффек- тивность системы управления
0,5 0,1 - 0,5 0,05 0,05 - 0,1 0,02 Практических дан- ных нет
Слабое Хорошее Слабое Зависит от системы управления
- 2,0 - То же
Малая Высокая Малая
0,3 0,7 0,3 *
Средняя Средняя Средняя ’’
102
Глава LS. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
Характеристики подшипника Вид
Подшипники качения Гидродинамические
смазывание маслом
Долговечность По усталости - практически неограниченная. По износу - в большой степени зависит от эффективности уплотне- ний: при эффективном смазывании и надежных уплотнениях - достаточная Износ - в пусковом режиме. При эффективном смазывании - достаточная
Затраты на изготовление и последующую эксплуатацию Малые Средние
Примечание. Сопоставление проведено при равных диаметрах шеек изделий
1.5.3. Области применения подшипников различных видов в
Основные группы металлорежущих станков (в т.ч. станков с ЧПУ) Области
Подшипники качения Гидродинамические Смазывание маслом
Обдирочно-заготовительные станки Торцеобрабатывающие, центро- вальные, обдирочно-фрезерные, обдирочно-шлифовальные Обдирочно- шлифовальные
Станки нормальной и повы- шенной Точности, универсаль- ные, продукционные, специ- альные, автоматические линии Токарные, фрезерные, фрезерно- расточные, зубообрабатывающие, шлифовальные и др. Шлифовальные, зубо- обрабатывающие
Станки высокой и особо высо- кой точности Токарные, фрезерные инструмен- тальные, фрезерно-расточные, отделочно-расточные, зубообраба- тывающие, шлифовальные, коор- динатно-расточные Шлифовальные, отде- лочно-расточные, зу- бообрабатывающие
Мастер-станки (станки сверх- высокой точности) -
Тяжелые и особо тяжелые станки Токарные, фрезерные, фрезерно- расточные, карусельные, зубооб- рабатывающие, шлифовальные Зубообрабатывающие
Электрошпиндели и пневмо- шпиндели Шлифовальные, токарные, фре- зерные, фрезерно-расточные Шлифовальные
1 Области применения окончательно пока не определились; идет процесс освоения маг
Характеристик основных видов подшип-
ников приведены в табл. 1.5.2, а области их
преимущественного применения в станках - в
табл. 1.5.3. Подшипники с жидкой и газовой
смазкой занимают прочное место в тех стан-
ках, к которым предъявляются экстремальные
требования по точности, быстроходности или
несущей способности. Активные магнитные
подшипники (наиболее быстроходные) нахо-
дятся на начальной стадии промышленного
развития. Преобладающим видом опор шпин-
делей являются подшипники качения (ПК):
по различным оценкам 90 - 95 % шпиндель-
ных узлов станков выпускают с ПК.
Подшипники качения для шпиндельных
узлов станков. В большинстве современных
ШУ устанавливают ПК, специально предна-
значенные для этих узлов (рис. 1.5.5) [48, 50,
58]:
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ 103
Продолжение табл. 1.5.2
подшипников
подшипники Гидростатические подшипники Активные магнитные подшипники
газовая смазка смазывание маслом газовая смазка
При эффективной фильтрации воздуха - достаточная Теоретически бесконечная. При эффектив- ной фильтрации масла - доста- точная Теоретически - бесконечная. При эффективной фильтра- ции воздуха - достаточная Теоретически бесконечная. Опыт эксплуатации малый для оконча- тельной оценки
Большие Очень большие Очень большие Чрезвычайно большие
шпивдельных узлах металлорежущих станков
применения
подшипники Гидростатические подшипники Активные магнитные подшипники*
Газовая смазка Смазывание маслом Газовая смазка
- - - -
- - - -
Шлифовальные, ко- ординатно- шлифовальные Токарные, отделоч- но-расточные, фре- зерно-расточные, шлифовальные, зубо- обрабатывающие Шлифовальные, то- карные, отделочно- расточные -
- Отделочно-расточ- ные, зубообрабаты- вающие, шлифоваль- ные, токарные Станки для обработ- ки оптических дета- лей приборов и ЭВМ, токарные -
- Фрезерно-расточные, токарные, ‘ шлифо- вальные Станки для обработ- ки зеркал -
Шлифовальные, сверлильно- фрезерные Шлифовальные, фре- зерные, токарные, фрезерно-расточные Шлифовальные Особо высокопроиз- водительные фрезер- ные, шлифовальные
нитных опор
а - радиально-упорные шарикоподшип-
ники с текстолитовыми сепараторами;
б - радиальные двухрядные роликопод-
шипники с короткими цилиндрическими ро-
ликами;
в - радиальные однорядные роликопод-
шипники с короткими цилиндрическими ро-
ликами;
г - упорно-радиальные шарикоподшип-
ники;
д - конические роликоподшипники с
буртом на наружном кольце;
е - конические роликоподшипники с
встроенными пружинами;
ж - конические роликоподшипники с
управляемым натягом;
з - перекрестно-роликовые подшипники;
и - комбинированные (упорно-радиаль-
ные шарикоподшипники).
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
б)
а)
в)
Рис. 1.5.5. Основные типы подшипников качения, предназначенных ди установки в ШУ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ 105
Рис. 1.5.5 (Продолжение)
Рис. 1.5.5 (Продолжение)
Характеристики перечисленных типов
ПК приведены в табл. 1.5.4, а станков, в ко-
торых они применяются, в табл. 1.5.5.
Подшипники (рис. 1.5.5, з), используе-
мые в качестве опор планшайб карусельных и
зубообрабатывающих станков [11], и подшип-
ники (рис. 1.5.5, и) для поворотных столов
"обрабатывающих центров” [50] далее не рас-
сматриваются.
Критерии работоспособности ШУ. Ос-
новными показателями работоспособности
шпиндельных узлов являются: быстроходность
(характеризуемая "параметром быстроходно-
сти" П = (/«max'lO'5 мм • мин'1, где d, мм -
диаметр шейки шпинделя в передней опоре;
лтах> мин1 - наибольшая частота вращения
шпинделя); жесткость; точность; ресурс.
Конструктивные схемы ШУ. Возможны
многочисленные (десятки) сочетания ПК раз-
личных типов при установке в ШУ. Однако
практическое применение находят лишь 12 ти-
повых схем размещения ПК на шпинделе
(рис. 1.5.6), из которых не более Нести (табл.
1.5.6, поз. г, д, е, к, л, м) применяип- широко.
В процессе рабочего конструирования указан-
ные в табл. 1.5.6 обобщенные характеристики
L5.4. Подшипники качения для шпиндельных узлов металлорежущих станков
Тип подшипников Обозначение Назначение. Особенности конструкции и применения Характеристика Обозначения серий подшипников (принятые на ГПЗ)
Интервал диаметров отверстий, мм Ыяикмслтгий «СП ЯСС ТОЧНОСТИ ПО ГОСТ 520-89
серийный выпуск особые исполне- ния
Радиально- упорные шарико- подшипники одинарные, сдво- енные (дуплекс), строенные (триплекс), счет- веренные (кварто) со стальными или керамическими шариками (см, рис. 1.5.5, а) 0 Устанавливают в передние и зад- ние опоры шпинделей для воспри- ятия комбинированной (радиаль- ной, осевой и моментной) натруз- ки (фиксированная опора) либо чисто радиальной нагрузки (пла- вающая опора). Сепаратор тексто- литовый. Серии диаметров по ГОСТ 3478-79: 1; 2; 8; 9- Углы контакта а = 15° (36000К) и а = 26° (46000), применяют также а = 12°; 18°. Поставляются либо одинар- ными (в т.ч. и в универсальном исполнении1), либо готовыми комплектами 6 - 240 2 р 36000К3, 46000К (одинарные), 236000К, 246000К (дуплекс), 236000КУ12, 246000КУ12 (триплекс), 236000КУ22, 246000КУ22 (кварто)
Радиальные двух- рядные ролико- подшипники с короткими ци- линдрическими роликами и ко- ническим отвер- стием внутрен- него кольца (см. рис. 1.5.5, б) сиз. Устанавливают в передние и зад- ние опоры для восприятия чисто радиальных нагрузок. Сепараторы латунные или пластмассовые. Предварительный зазор-натяг ре- гулируется посредством осевого смещения внутреннего кольца с коническим отверстием на кониче- ской шейке вала. Для смазывания предусмотрены отверстия в наруж- ном кольце 30 - 500 2 р 3182100К4, 4162900К5
Продолжение табл. 1.5.4
Тип подшипников Обозначение Назначение. Особенности конструкции и применения Характеристика Обозначения серий подшипников (принятые на ГПЗ)
Интервал диаметров отверстий, мм Наивысший класс точности по ГОСТ 520-89
серийный выпуск особые исполне- ния
1 2 3 4 5 6 7
Радиальные од- норядные роли- коподшипники с короткими ци- линдрическими роликами и ко- ническим отвер- стием внутрен- него кольца (см. рис. 1.5.5, в) | | Устанавливают в задние опоры шпинделей для восприятия чисто радиальной нагрузки. Сепараторы латунные или пластмассовые. Предварительный зазор-натяг ре- гулируется посредством осевого смещения внутреннего кольца по конической шейке шпинделя 30 - 320 4 2 302000К
Упорно- радиальные ша- рикоподшипники с а = 60° (в зару- бежной практике также с а = 40°) (см. рис. 1.5.5, г) Функционально это чисто упорные подшипники (с а - 60°), допус- кающие более высокую частоту вращения, чем обычные упорные шарикоподшипники с а = 90° 30 - 400 2 178000
Конические од- норядные и двух- рядные ролико- подшипники с буртом или без бурта на наруж- ных кольцах (см. рис. 1.5.5, д) Устанавливают в передние опоры шпинделей. Воспринимают ради- альную, осевую и моментную на- грузки 25 - 500 2 67000е 697000 2007000 7000
s
глава 1.5.’Основные системы станка, их проййирование и расчет
Продолжение табл. 1.5.4
1 2 3 4 5 6 7
Конические ро- ликоподшипники однорядные с широким наруж- ным кольцом и встроенными пружинами (см. рис. 1.5.5, е) Устанавливают в заднюю опору шпинделя. Воспринимают ради- альную нагрузку. Благодаря встро- енным пружинам компенсируют осевой зазор, возникающий при температурном удлинении шпин- деля' 25 - 280 2 17000
Конические ро- ликоподшипники с управляемым натягом (см. рис. 1.5.5, ж) Устанавливают в заднюю опору шпинделей. Позволяют управлять с помощью подводимого под дав- лением масла или воздуха натягом подшипников 100 - 240 4 2 117000
Перекрестно- роликовые кони- ческие подшип- ники (см. рис. 1.5.5, з) Предназначены для установки в планшайбы станков. Воспринима- ют радиальную, осевую и момент- ную нагрузки 150-2400 2 - 7669000
Комбинирован- ные (упорно-ра- диальные) роли- коподшипники (см. рис. 1.5.5, и) «м Устанавливают в делительные сто- лы станков 150-2500 4 2 560000
1 Подшипники в универсальном исполнении и поставляемые комплектом (с легким, средним или тяжелым натягом) выпускают с зара-
нее установленным предварительным натягом, возникающим при смыкании торцов наружных и внутренних колец.
2 Класс точности 1 пока ни в России, ни за рубежом не стандартизирован. Этот индекс характеризует сверхточные подшипники (как
правило, с Диаметром отверстия не более 120 мм), у которых радиальное биение внутреннего кольца не превышает 1 мкм.
3 При керамических шариках индекс К заменяется на КЯ.
4 Если в наружном кольце выполнено отверстие для подвода смазки, то индекс К заменяет индекс К1, при пластмассовых сепараторах -
индекс К2.
5 От подшипника 3182100К отличается тем, что бурты роликов на наружном кольце.
6 Производятся также без бурта на наружном кольце
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ 109
1.5.5. Станки, в которых эффективно применяются прецизионные подшипники качения
Станки Требуемый параметр быстроходности П = = ^Ятах'Ю'5 мм мин1 Рекомендуемые типы подшипников качения (передние опоры шпиндельных узлов)
свыше до
С ручным управлением; традиционные автоматиче- ские линии; небыстроход- ные с ЧПУ - 2,5 Радиальные двухрядные ролико-подшипники совместно с упорно-радиальными шарико- подшипниками; конические ролико-подшипники; радиально-упорные шарикоподшип- ники одинарные, дуплексы, триплексы со средним и тяжелым предварительным натягом; смазывание, по преимуществу, пластичной смазкой
Среднескоростные токар- ные, фрезерные, шлифо- вальные и др. 2,5 4,0 Радиальные двухрядные ролико-подшипники с упорно-радиальными шарикоподшипни- ками; конические ролико-подшипники; смазывание маслом циркуляционное или мини- мальное жидкое. Радиально-упорные шарикоподшипники (дуплекс, триплекс), смазыва- ние пластичной смазкой
Скоростные токарные, фре- зерные с ЧПУ, типа "обра- батывающий центр", внут- ришлифовальные головки 4,0 8,0 Радиально-упорные шарикоподшипники дуплекс и триплекс, смазывание пластичной смазкой; у верхней границы диапазона - минимальное смазывание маслом
Особобыстроходные для обработки цветных метал- лов и сплавов, а также композитных материалов 6,0 12,0 Специальные особобыстроходные радиально-упорные шарикоподшипники (одинарные и дуплекс); минимальное смазывание маслом; в нижней части диапазона смазывание пла- стичной смазкой
Особомощные и быстро- ходные высокопроизводи- тельные для обработки чер- ных металлов 6,0 10,0 Специальные конические роликоподшипники; циркуляционное смазывание маслом с охлаждением
Фрезерные электрошпинде- ли 12,0 18,0 Специальные особыстроходные радиально-упорные шарикоподшипники (в т.ч. и с кера- мическими шарами);' минимальное смазывание с отсасыванием и охлаждением масла
Станки XXI века 20 30 Область поисковых исследований
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ Щ
a)
б)
г)
3
ЛМ
£
в)
0$
д)
0$
<9
0frfr
0§§
Рис. 1.5.6. Схемы ШУ
1.5.6. Параметры работоспособности ШУ при различных схемах
Схема нарис. 1.5.6 Обозначения типа подшипников (принятые на ГПЗ) Параметр быстроходности П = сГИщах'Ю-5, мм-мин1 Относительная жесткость
Передняя опора Задняя опора Пластичная смазка МасловоздуШ- ное смазыва- ние радиаль- ная осевая
а 36100 36100 11,2 14,4 о,3 0,5
а 361001 361001 - 18-5-20 0,2 0,1
в 436100 436100 9,6 12,0 0,5 0,2
в 4361002 4361002 10,4 12,8 0,5 0,2
г 246100 236100 8,8 11,2 0,5 0,3
д 246100КУ12 236100 7,2 9,6 0,5 0,4
е 246100КУ12 3182100 7,2 9,6 0,6 0,4
ж 246100КУ12 302100 7,2 9,6 0,55 0,4
3 1246900КУ22 302100 8 10,4 0,6 0,3
и 3182100 246100 6,4 9,6 0,9 0,3
к 3182100 1780003 3182100 4,8 6,4 1,0 1,0
л 2007100(67000)“ 2007100(67000)“ 2,4 3,2 0,8 0,5
м 697000 17000 2,0 3,0 1,0 0,7
Примечание: В таблице указаны предельные значения параметра П.
1 Особобыстроходные исполнения радиально-упорных шарикоподшипников при смазы-
вании впрыскиванием и принудительном охлаждении масла.
2 Пружинный натяг.
4 Для упорного подшипника.
4 Разные конструктивные исполнения.
112
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
могут существенно изменяться в зависимости
от конкретных особенностей условий работы и
конструкции ШУ (смазывание, теплоотвод,
воздействие привода и механизмов зажима
обрабатываемых деталей и инструмента и т.п.).
Примеры некоторых распространенных конст-
рукций ШУ показаны на рис. 1.5.7 - 1.5.10.
Рис. 1.5.7. Шпивдельный узел токарного станка
средних размеров
Рис. 1.5.8. Шпиндельный узел высокоскоростного
токарного станка
Рис. 1.5.9. Шпиндельный узел станка типа
"обрабатывающий центр"
Рис. 1.5.10. Шпиндельный узел высокоскоростного
фрезерного станка
Точность ШУ. Точность ШУ характери-
зуют:
радиальное (ДК) и осевое или торцовое
(ДА) биения шпинделя;
смещение мгновенной оси поворота
шпинделя, называемое "погрешностью враще-
ния", Д1 [32, 45, 47].
Радиальное биение шпинделя AR возникает
вследствие взаимных эксцентриситетов шеек
шпинделей, отверстий и дорожек качения ПК;
осевое (торцовое) биение - вследствие взаим-
ных биений торцов [8, 45, 52]. Допустимую
величину биений регламентируют стандарты и
технические условия на станки в целом. По-
этому выбор класса точности ПК [49], уста-
навливаемых в ШУ, в первом приближении,
можно проводить в соответствии с классом
точности станков (табл. 1.5.7), осуществляя
последующую проверку по общеизвестным
формулам векторного суммирования биений..
Эффективным средством уменьшения ради-
ального биения является сборка с ориентацией
эксцентриситетов колец ПК и шеек шпинде-
лей; с этой целью изготовители ПК делают
отметки на кольцах ПК в местах наибольшего
биения.
Погрешность Д вращения шпинделя - это
векторная сумма всех частотных составляющих
процесса смещения оси шпинделя, частота
которых отлична от частоты вращения. Она
непосредственно влияет на отклонение от
круглости обрабатываемых деталей и опосред-
ственно на параметры шероховатости обраба-
тываемой поверхности и другие отклонения
формы и взаимного расположения обрабаты-
ваемых поверхностей [42, 45, 48].
Погрешность Д возникает в процессе уп-
ругого взаимодействия дорожек и тел качения
при вращении ПК шпинделя. Необходимо
рассматривать последовательные положения
оси шпинделя при его повороте с учетом по-
грешностей формы рабочих поверхностей де-
талей ПК и внешней нагрузки, т.е. квазисга-
тический процесс [32, 45, 52].
1 Термины, характеризующие указанный процесс, не стандартизованы. Эквивалентными
понятиями являются nonrepetive runout (англ.), Ле Laufgenauigkeit (немецк.), но последний ино-
гда употребляют и как наименование радиального биения (вместо "радиальное биение" - Radi-
"alschlag или Rundlauf).
1.5.7. Класс точности ПК
Класс точности станка Рекомендуемый класс точности подшипников качения по ГОСТ 520- 89 (32] Примечание
Передняя опора Задняя опора
н 4 5(4)1 В задней опоре класс точности 4 при г/Ищах > 2,0-10’5, мм- МИН’1
п 4(2) 4 Класс точности 2 при параметре быстроходности ЛГщах > > 3,0-10’5, мм • мин’^или при особых требованиях к точно- сти формы, или шероховатости деталей
в 2(4) 2(4) Класс точности 4 допустим для станков, где не выше 2-10’5 мм • мин-1 и точность станка определяют, в первую очередь, поступательные перемещения (например, фрезер- ные станки)
А 2 или Т 2 или Т Класс Т, по преимуществу, для шлифовальных шпинделей
С 1 1 Класс точности 1 показан условно; в ГОСТ 520-89 такого класса точности нет; речь идет о специальных особо точных ПК
1 По выбору конструктора.
При однокоординатной записи биения
шпинделя с помощью контактного или бес-
контактного датчиков, сигналы которых раз-
лагаются в ряд Фурье, либо численными мето-
дами [45], либо с помощью узкополосного
спектрального анализатора [32, 47], прибли-
женной оценкой погрешности является:
где к, ^fi /f0 10/&); ak. - ам-
плитуда г-й нормированной гармоники.
Допуски на эту погрешность целесооб-
разно устанавливать, исходя из норм допусти-
мого отклонения от круглости обрабатываемых
деталей, регламентируемых стандартами и
техническими условиями на станки. ,
Для повышения точности вращения
шпинделей станков класса точности А и С
необходимо изготовление ПК по дополни-
тельным техническйм условиям (условно -
класс точности 1), либо отбор среди ПК класса
точности 2, осуществляемого на основе спек-
тральной оценки виброактивности ПК [9].
Погрешность А вращения шпинделя (квази-
статический процесс) и вынужденные колеба-
ния на собственной частоте шпинделя (дина-
мический процесс) трудно различимы, если
колебания не имеют резко выраженного резо-
нансного характера. Практически все типы
ШУ, кроме электрошпинделей, работают в
докритической области вращения. Заметные
колебания возникают при совпадении частоты
fl одной из гармонических составляющих ак.
погрешности Д с собственной частотой fc
шпинделя. При этом погрешность вращения Д
значительно увеличивается. В связи с этим на
особоточных станках целесообразно выделять
"запретные" частоты вращения шпинделя [32].
Динамика ШУ заметно улучшается при
изготовлении шпинделей из новых неметалли-
ческих материалов [56, 58],
Требования к деталям, сопряженным с
ПК. Выбор посадок ПК. При недостаточно
точном изготовлении деталей, сопряженных с
ПК, после установки ПК в ШУ их первона-
чальная точность может быть утрачена вслед-
ствие деформации относительно маложестких
колец подшипников [8, 45]. ГОСТ 3325-85
регламентирует требования к.точности дета-
лей, сопряженных с ПК и, в целом, они при-
емлемы для ШУ, за исключением допусков на
торцовое биение заплечиков, которые целесо-
образно назначать, руководствуясь табл. 1.5.8.
Для деталей ШУ особоточных станков, у кото-
рых погрешность формы отклонения от круг-
лости обрабатываемых деталей ие должна пре-
вышать 1 мкм и в которые устанавливают ПК,
114
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
1.5.8. Торцовое биение заплечиков валов н корпусов и отклонение от параллельности
(разнотолщинность) проставочных колец
Интервалы номинальных диаметров d и D, мм Торцовое биение и отклонение от параллельности (разнотолщинность), мкм не свыше
свыше ДО Валы Корпуса
Классы точности подшипников по ГОСТ 520-89
4 2 4 2
6 10 1,0 0,6 - -
10 18 1,2 0,8 2,5 1,5
18 30 1,5 1 2,5 1,5
30 50 1,5 1 3,0 1,5
50 80 2,0 1,2 4,0 2,0
80 120 2,5 1,5 5,0 2,5
120 180 - - 7,0 3,5
1.5.9. Рекомендуемые допуски на погрешность формы, расположения и шероховатость деталей,
сопряженных с подшипниками качения классов точности 2 (ГОСТ 520-89) в шпиндельных узлах
особо точных станков (в сопоставлении с ГОСТ 3325-85)
Нормируемый показатель Интервал диаметров, ММ Допустимое отклонение, мкм, не свыше
Шейки валов Отверстия корпусов
свыше до согласно ГОСТ 3325-85 (для подшип- ников класса точности 2) рекомендуе- мые для сверхточных опор согласно ГОСТ 3325-85 (для подшип- ников класса точности 2) рекомендуе- мые для сверхточных опор
30 50 1 0,5 - -
Допуск 50 80 1 0,6 1,6 1,0
круглости 80 120 1,2 0,8 2,0 1,2
120 180 - - 2,2 1,8
Допуск 30 50 1 0,5 - -
профиля 50 80 1 0,6 1,6 1,0
продольного 80 120 1,2 0,8 2,0 1,2
сечения 120 180 - - 2,2 1,8
Допуск 30 50 2,5 1,5 - -
торцового 50 80 3,0 2,0 5,0 3,0
биения 80 120 4.0 2,5 6,0 4,0
120 180 - - 8,0 5,0
Допуск 30 50 - 4,0 - -
СООСНОСТИ 50 80 - 5,0 - 5,0
(на длине 80 120 - 6,0 - 6,0
300 мм) от- носительно общей оси 120 180 - - - 8,0
30 50 0,16 0,1 -
Допуск 50 80 0,16 0,1 0,32 0,2
шерохова- 80 120 0,32 о,А 0,63 0,4
тости 120 180 - - 0,63 0,4
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ 115
1.5.10. Рекомендуемые посадки подшипников качения в шпиндельных узлах
Тип подшипника Опора шпинделя Рекомендуемая посадка
на шпиндель в корпус
Класс точности подшипников
4 2, Т и 1 4 2, Ти 1
Радиально-упорные Передняя Задняя Р Н5 Zjs Н4 &
Двухрядные и одно- рядные роликопод- шипники типа 3182100, 4162900 и 302000 Передняя Задняя - - К5 К4
Упорно-радиальные шарикоподшипники типа 178000 Передняя Задняя Ь4 h3 К5 К4
1.5.11. Рекомендуемые зазоры и натяги посадок подшипников качения при обработке
сопряженных деталей в соответствии с результатами измерений посадочных диаметров колец
Тип подшипника Интервалы диаметров d и D, мм Опора шпинделя Рекомендуемый зазор (+) или натяг (-) посадки, мкм
свыше До на шпиндель в корпус
Интервалы ш даметров, мм
- 50 Передняя 0 + (-2) -
50 80 М) + (-3) 0 + (+3)
80 120 (-1) + (-4) 0 + (+3)
Радиально-упорные 120 180 (-2) ч- (-6) 0 -г (+4)
шарикоподшипники 180 250 - 0 + (+5)
- 50 Задняя о + (-2) -
50 80 (-D + (-3) (+5) -г (+8)
80 120 (1) + (-4) (+6) * (+10)
120 180 (-2) * (-6) (+8) + (+12)
180 250 - (+10)-(+15)
Радиальные одно- рядные и двухряд- Все размеры Передняя и 0 - (-2)
ные роликоподшип- ники типа 3182100 и 302000 К задняя
специально изготовленные (условно - класс
точности 1) или отобранные (из ПК класса
точности 2 и Т), рекомендуются допуски со-
гласно табл. 1.5.9.
Выбор посадок ПК также регламентирует
ГОСТ 3325-85. Для прецизионных ШУ реко-
мендуются определенные ограничения (табл.
1.5.10). Для особобыстроходных и особоточ-
ных ШУ обработку сопряженных деталей ведут
в соответствии с фактическими отклонениями
колец ПК, руководствуясь данными табл.
1.5.11.
Жесткость ШУ. Радиальная и осевая
/д жесткость ШУ есть отношение радиальной
Fg и осевой Fa сил к возникающим под дей-
ствием этих сил радиальной 8д и осевой 8^
деформациям (соответственно).
Радиальная деформация ШУ происходит
как изгиб упругой балки на упругих опорах
(что создает предпосылки для оптимизации
межопорного расстояния шпинделя); осевая
податливость ШУ практически полностью
определяется податливостью ПК. Расчет жест-
кости ШУ выполняют с помощью ЭВМ [22,
24, 54].
Сравнительные данные по жесткости ПК
приведены в табл. 1.5.12.
116
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
1.5.12. Жесткость ПК
Тип ПК Обозначение серии ПК Жесткость (относительная)
радиальная осевая
Радиальный двухрядный роликоподшипник с 3182100К 1,0 -
коническим отверстием внутреннего кольца 4162900К 1,3 -
Однорядный радиальный роликоподшипник с коническим отверстием внутреннего кольца 302100 0,5
Радиально-упорные шарикоподшипники сдво- 22-1236900К 0,21 0,11
енные (О-образная схема) с легким предвари- 22-236100К 0,22 0,10
тельным натягом, класс точности 2; угол кон- такта 15 ° 22-236200К 0,25 0,10
Радиально-упорные шарикоподшипники стро- 22-1246900КУ12 0,31 0,39
енные (схема тацдем-О) со средним предвари- 22-246100КУ12 0,4 0,36
тельным натягом, класс точности 2; угол кон- такта 26 ° 22-246200КУ12 0,37 0,37
Конический роликоподшипник 2007100 0,47 0,53
Упорно-радиальные шарикоподшипники 178000 - 1,0
На радиальную жесткость ШУ опреде-
ляющее влияние оказывают диаметр J, рас-
стояние между опорами I и длина консоли а.
Если отношение общей длины шпинделя (/ + а)
к его диаметру в передней опоре d не менее 3
и не более 6, то межопорное расстояние мож-
но выбирать из чисто конструктивных сообра-
жений. Жесткость ШУ в целом в большой
мере определяет его конструктивная схема.
Осредненные соотношения жесткостей для
различных конструктивных схем ШУ приведе-
ны в табл. 1.5.6.
Быстроходность ШУ. Требования к быст-
роходности ШУ непосредственно вытекают из
технического задания на станок. Определяю-
щими факторами являются диаметр шпинделя,
тип ПК, система смазывания. Уменьшению
диаметра шпинделя и соответственно повыше-
нию быстроходности препятствуют требования
к жесткости и технологические требования к
станку (размеры патрона, диаметр обрабаты-
ваемого прутка и т.п.). Наибольшую допусти-
мую частоту вращения ПК лПщах указывают в
каталогах изготовителей ПК. В высокоскоро-
стных ШУ применяют, как правило, ПК серий
диаметров 1 и 9. В последние годы с целью
повышения быстроходности ШУ начато про-
изводство радиально-упорных шарикопод-
шипников с керамическими шарами, у кото-
рых благодаря меньшей массе шариков снижа-
ется отрицательное воздействие центробежных
сил и гироскопического верчения шариков
[60]. Помимо ПК быстроходность ШУ ограни-
чивают сопряженные с ШУ механизмы
(зажимные устройства для деталей и инстру-
ментов, ремни, соединительные муфты и т.п.).
Препятствием для обеспечения требуе-
мой быстроходности ШУ может явиться теп-
ловыделение в ПК. Соответствующими рас-
четными методами [24, 52, 55] можно
приближенно оценить тепловую мощность
опор шпинделя и ожидаемую температуру
опор, которая не должна превышать допусти-
мую, регламентируемую техническим заданием
на станок. Осредненная характеристика быст-
роходности ШУ с различными конструктив-
ными схемами приведена в табл. 1.5.6.
Смазывание ШУ. Наиболее эффективны
минимальное смазывание (минимальные поте-
ри на трение и, соответственно, малый нагрев
опор) и обильное смазывание с теплоотводом
маслом (большие потери на трение, но, одно-
временно, интенсивный теплоотвод маслом и,
соответственно, низкая температура). Внеш-
ний теплообмен (охлаждение масла с помо-
щью холодильных установок) обеспечивает
стабилизацию температуры опор на заданном
уровне, но усложняет конструкцию ШУ, и
требует использования смазочных установок
большой производительности.
Рекомендуемые системы смазывания ШУ
приведены в табл. 1.5.13.
Предварительный натяг ПК в шпиндель-
ных узлах. С увеличением предварительного
натяга жесткость ШУ и тепловыделение увели-
чиваются, быстроходность уменьшается, но,
вместе с тем, после определенного предела
растет виброактивность подшипника [45]. Су-
ществуют определенные соотношения нагруз-
ки на подшипники и предварительного натяга,
при которых долговечность по усталости ста-
новится наибольшей, а проскальзывание тел
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
1.5.13. Системы смазывания шпиндельных
Смазывание на дорожках качения Смазывание Наивысший параметр быстроходности П = ^шах-Ю'5. мм «мин*1 Интенсивность теплоотвода смазкой Используемая аппаратура Затраты на систему смазывания
Минималь- ное Капельное, разбрызги- ванием (картерная) 1,5 Отсутствует Капельные фитильные масленки Малые
Масляный туман 10,0 Слабая Установки для образова- ния масля- ного тумана Умеренные
Масловоз- душное 12,0 Слабая Установки масловоздуш- ного смазы- вания Умеренные
Пластичной смазкой 7,0 Отсутствует Не нужна Отсутствуют
Обильное Циркуляци- онное 5,0 Умеренная Стандартные насосы Умеренные
Впрыскива- нием (с ох- лаждением масла) 18,0 Большая Специальные нагнетающие и отсасываю- щие насосы Большие
качения - уменьшается [4, 52, 55]. Радиально-
упорные шарикоподшипники выпускают ком-
плектами с заранее заданным предваритель-
ным натягом - легким (1), средним (2) или
тяжелым (3), указанным слева в обозначении
подшипника (например, 12-246108К).
С увеличением натяга жесткость возрастает, а
допустимая частота вращения снижается. В
ШУ, у которых высокая быстроходность соче-
тается с очень большими нагрузками
(например, d = 100 мм; = 10 000 мин'1;
N — 80 кВт), и в сверхбыстроходных ШУ
(J • «max > 12105 мм ' мин1) целесообразн<
предусматривать управление зазор-натягом ]
процессе работы станка. Общие рекомендаци]
по системам регулирования зазора-натяга ]
ШУ приведены в табл. 1.5.14.
Ресурс ШУ. Ресурс ПК, устанавливаемы
в ШУ, характеризуют два понятия:
долговечность ПК; в терминах ГОСТ
18855-82 [33] это число оборотов, которо<
одно из колец подшипников делает относи-
тельно другого кольца до начала усталостно!^
разрушения; I
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
Особенности конструкции шпиндельных узлов, обу-
словленные системой смазывания
Область применения в станках
Смазочные устройства размещают над опора-
ми шпинделя; на шпинделе - маслоподающие
кольца
Простейшие станки нормальной точности
(центровальные, заточные для ручной заточ-
ки и т.п.)
Рабочая зона станка должна быть тщательно
изолирована и рабочее место оборудовано
вытяжной вентиляцией
В первую очередь, внутришлифовальные
шпиндели
От установки масловоздушноп смазывания
трубопроводы должны быть подведены к каж-
дому подшипнику и на них устроены специ-
альные насадки для ввода масла в подшипни-
ки
Станки с ЧПУ токарные, фрезерные, станки
типа "обрабатывающий центр” для высоко-
скоростной обработки
Опоры, смазываемые пластичной смазкой,
должны быть защищены от попадания масла;
поэтому в большинстве случаев ее применяют
в шпиндельных бабках с приводом, располо-
женным за задней опорой шпинделя
Все виды станков; наиболее распространен-
ная система смазывания в станках с ЧПУ и
шлифовальных шпинделях с ременным при-
водом
Как правило, одна система обеспечивает сма-
зывание ПК и шестеренного привода; схема
циркуляции масла и защиты подшипников
должна быть такой, чтобы масло не поступало
в подшипники, минуя фильтры (защита от
продуктов износа шестерен)
Широко распространена в станках с шесте-
ренным приводом в коробках скоростей
(станки с ручным управлением)
Система подвода масла к подшипникам и, в
особенности, слива масла должна быть строго
согласована с расходом масла
(соответствующий выбор диаметров трубопро-
водов, диаметров отверстий в дюзах и числа
дюз)
Станки сверхскоростного резания; тяжелые и
прецизионные станки, требующие макси-
мального полного отвода тепла от опор
шпинделя
срок службы ПК*, устанавливаемых в
ШУ, - это продолжительность работы (в обо-
ротах колец или часах) в течение которой па-
раметры работоспособности ШУ (жесткость и
сочность) не выйдут за установленные пределы
1 результате износа рабочих поверхностей
геталей ПК, деструкции пластичной смазки,
сонтактной коррозии на поверхностях сопря-
кений ПК с деталями ШУ и т.п.
Расчет долговечности ПК стандартизован
(ГОСТ 18855-82). Новые более совершенные
методики расчета долговечности [10, 57], дают
более точные оценки, в особенности для усло-
вий, близких к условиям работы ПК в ШУ
станков. Оценка срока службы ПК в настоя-
щее время возможна на основе приближенных
эмпирических данных [45, 52], а также эмпи-
рических значений зависимостей по возмож-
ному сроку службы пластичной смазки [46,
53].
* Этот термин не стандартизован. Эквивалентными терминами для "долговечность ПК" и
'срок службы ПК" являются "Lebensdauer" и "Gebrauchsdauer" (немецк.), а также "Life” и "Service
ife” (англ.)
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ НЕСУЩИХ СИСТЕМ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ Ц9
1.5.14. Системы создания предварительного натяга в подшипниках качения в шпиндельных узлах
Система создания пред- варительного натяга в ПК Устанавливаемые под- шипники Отличительные особен- ности системы Область применения
Требуемый предвари- тельный натяг обеспе- чивается при изготов- лении и (или) ком- плектации подшипни- ков до сборки ШУ Радиально- упорные шарико- подшипники. Упорно- радиальные шарико- подшипники типа 178000. Конические ро- ликоподшипники типа 697000. При монтаже ШУ с помощью гаек или гидравлических сту- пенчатых втулок обеспечивается смы- кание торцов колец подшипников; при этом возникает за- данный натяг Подавляющее боль- шинство ШУ с под- шипниками указан- ного типа
Требуемый предвари- тельный натяг регули- руется непосредствен- но в процессе сборки Радиальные ро- ликоподшипники с коническим отвер- стием во внутреннем кольце типа 3182100 и 302000. Однорядные ко- нические ролико- подшипники. Одинарные ради- ально-упорные ша- рикоподшипники. Регулирование натяга осуществляется в процессе сборки посредством осевого смещения внутрен- них или наружных колец ПК Все ШУ с подшип- никами типа 3182100; 4162900 и 302000; шпиндель- ные головки (по преимуществу инст- рументальные)
Стабилизация натяга (на заданном уровне) осуществляется пру- жинами Радиально- упорные шарико- подшипники. Конические ро- ликоподшипники типа 17000. Постоянство натяга ПК в ШУ поддержи- вается с помощью тарированных пру- жин Внугришлифовальн ые шпиндели. Неко- торые виды токар- ных и фрезерных станков с кониче- скими роликопод- шипниками
Управление натягом осуществляется в про- цессе работы станка Конические ро- ликоподшипники типа 117000. Радиально- упорные шарико- подшипники с управляемым' натя- гом. Управление натягом осуществляется с помощью гидравли- ческой или пневма- тической системы Станки и шпиндели для работы в экс- тремальных (по час- тоте вращения и нагрузкам) условиям
1.5.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
НЕСУЩИХ СИСТЕМ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Несущая система (НС) образуется сово-
купностью элементов станка, через которые
замыкаются силы, возникающие при резании.
К элементам НС относятся: шпиндель с опо-
рами; станины, рассматриваемые во взаимо-
действии с фундаментами, и корпусные дета-
ли. При рассмотрении поведения НС в дина-
мике к элементам НС относят также узлы,
расположенные вне указанного силового кон-
тура, но имеющие значительную массу
(двигатели, инструментальные магазины и
т.п.). Влияние характеристик НС на показате-
ли качества приведено на рис. 1.5.11.
Качество НС характеризуется относи-
тельными перемещениями ее элементов (в
первую очередь расположенных в зоне резания
- инструмента и заготовки) под действием
возмущений различной природы - кинемати-
ческих, силовых, тепловых, параметрических.
Элементы НС укрупненно могут быть
разделены на следующие группы [8J:
1. Станины и основания (плиты, тумбы и
основания без направляющих, простые гори-
зонтальные станины или вертикальные стани-
ны - стойки с одной системой направляющих;
станины - основания с круговыми направ-
ляющими; станины с несколькими системами
направляющих, станины портального типа и
т.п.).
Несущая система
I
Возмущения
(статические и
динамические)
Тепловые
- от внешней среды
- от внутренних
источников
Параметрические
- изменение
жесткостных
и инерционных
характеристик
Силовые:
- силы резания
- веса узлов
- инерционные (от
работающего
привода)
j
Кинематические:
- от погрешностей
изготовления
деталей станка
- передаваемые
через фундамент
Надежность
Абсолютные
колебания
элементов
Характеристики качества
несущей системы (стати-
ческие и динамические)
Относительные
перемещения
инструмента
и заготовки
Относительные
перемещения и
нагрузки в
соединениях
Показатели качества
станка
Точность
Масса
Удобство обслу-
живания, безо-
пасность, шум
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
Износ н
разрегулировка
направляющих
Ослабление затяж-
ки резьбовых
соединений
............
Предельные по
устойчивости
режимы обработки
Отклонения формы,
размеров, качество
поверхности деталей
Колебания элементов
измерительных систем
Рве. 1J.11. Влияние характеристик НС на показатели качества ставка
Производи-
тельность
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ НЕСУЩИХ СИСТЕМ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ 121
2. Коробки (коробки подач, шпиндель-
ные бабки и т.п.).
3. Детали узлов для поддержания и пе-
ремещения инструмента и изделия (салазки,
револьверные головки, рукава, поперечины,
ползуны, хоботы, консоли, столы, планшайбы
и т.п.).
Конструирование корпусных деталей в
значительной степени подчиняется критериям
жесткости. Это обусловлено тем, что жесткость
элементов НС определяет как ее деформации
под действием статических сил, так и парамет-
ры колебательной системы. При выборе раз-
меров и материала корпусных деталей по ус-
ловиям жесткости и технологичности условия
прочности, как правило, обеспечиваются ав-
томатически. Для изготовления корпусных
деталей используется чугун и низкоуглероди-
стая сталь, а из неметаллических материалов -
бетон. В настоящее время получает распро-
странение синтетический гранит - синтегран.
Требуемая жесткость корпусных деталей
определяется работоспособностью станка как
технологической машины, работоспособно-
стью механизмов станка, условиями произво-
дительной обработки рассматриваемых деталей
и легкостью выверки станка при его установке.
Нагрузки на корпусные детали передают-
ся на участках их контакта между собой и с
другими элементами - по направляющим,
фланцам, в местах расположения установоч-
ных элементов, закрепления обрабатываемых
деталей и т.п.
Большинство литых и сварных корпус-
ных деталей представляют собой коробчатые
тонкостенные конструкции с внутренними
перегородками-и ребрами. Деформации таких
тонкостенных корпусных деталей условно мо-
гут быть разделены на общие, искажения кон-
тура и местные (рис. 1.5.12). Общие деформа-
ции для деталей типа стержней могут быть
представлены как деформации изгиба, сдвига
и кручения сплошных брусьев, а для деталей
типа пластин - как деформации однородных
пластин.
Деформации искажения контура и мест-
ные существенно снижают жесткость базовых
деталей, поэтому обычно их стремятся свести
к минимуму. В качестве примера можно ука-
зать, что в результате искажения контура сече-
ния перемещения направляющих стойки без
перегородок оказываются в 4 - 10 раз больше,
чем стойки со сплошными перегородками.
Уменьшение деформаций искажения контура
обеспечивается, например, введением попе-
речных перегородок, сплошных или с неболь-
шими окнами, диагональных перемычек, свя-
зывающих противоположные углы сечения, а
также увеличением жесткости стенок в плос-
кости меньшей жесткости. При этом введение
поперечных ребер оказывается рациональнее,
Рис. 1.5.12. Деформации корпусных деталей типа
станин и стоек (показаны смешении в поперечном
сечении):
а, б - общие деформации (а - при изгибе;
б - при кручении); в - искажение контура сечения;
г - местные деформации
||
Рис. 1.5.13. Конструктивные формы присоединения
направляющих к основной части станины:
а - с помощью одной переходной стенки (станины
токарных и револьверных станков традиционных
компоновок); б - с помощью двух переходных стенок
(станины и стойки расточных, продольно-
строгальных, продольно-фрезерных станков);
в - непосредственное соединение направляющих с
основными стенками станины (стойки карусельных и
др. станков)
чем увеличение толщины стенки (при той же
площади сечения).
Снижение местных деформаций направ-
ляющих обеспечивается уменьшением длины
переходных стенок, соединяющих направляю-
щие с основным контуром станины (рис.
1.5.13), увеличением собственной жесткости
122
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
Рис. 1.5.14. Соединении корпусных деталей:
а, б - карманы; в, г - фланцы. Относительная жесткость: а - 1,0; б - 0,7 * 0,8; в - 0,6 + 0,7; г - 0,4 * 0,5
Рис. 1.5.15. Сравнительная жесткость на кручение станин с окнами разной формы в нижней стенке:
<ро - угол закручивания модели замкнутого поперечного сечения без окон;
<р - угол закручивания модели с окнами
переходных и основных стенок путем введения
поперечных ребер.
Уменьшение местных деформаций в со-
единениях элементов обеспечивается выпол-
нением карманов вместо фланцев, расположе-
нием поперечных ребер соосно с осями вин-
тов и т.п. (рис. 1.5.14).
В общем случае при деформациях дета-
лей типа стержней имеют место все три вида
деформаций; для деталей типа пластин наи-
большее значение имеют деформации по ха-
рактеру приближающиеся к общим, т.е. к де-
формациям однородных пластин относительно
некоторой (нейтральной) плоскости и местные
деформации нагруженных стенок в плоскости
меньшей жесткости. При деформациях деталей
типа коробок можно выделить искажение их
контура и местные деформации стенок.
Деформации деталей, перемещаемых по
направляющим (суппорты, столы, ползуны),
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ НЕСУЩИХ СИСТЕМ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ 123
определяются не только собственной их жест-
костью, но и жесткостью упругого основания,
в частности жесткостью направляющих [8].
В табл. 1.5.15 указаны конструктивные
особенности станин и стоек, а также меро-
приятия, обеспечивающие их высокую общую
жесткость и жесткость контура. Сравнитель-
ную жесткость элементов при различном их
конструктивном оформлении иллюстрируют
рис. 1.5.14 и 1.5.15, а также табл. 1.5.16 и
1.5.17.
Существенное повышение жесткости го-
ризонтальных станин может быть обеспечено,
если выполнять окна в нижней стенке не пря-
моугольными, а треугольными или круглыми,
расположенными так, чтобы соответствующая
стенка работала как ферма (рис. 1.5.15). Жест-
кость станин с диагональными перемычками
при треугольных или круглых окнах на одной
из стенок близка к жесткости станин с замкну-
тым контуром сечения.
В табл. 1.5.18 приведено влияние разме-
ров окон в станках на снижение жесткости
стоек при кручении. И в этом случае при тре-
угольной форме окна обеспечивается значи-
тельно более высокая жесткость перегородки в
своей плоскости, чем при прямоугольной
форме. Окна в перегородках, площадь которых
меньше 0,2 - 0,3 площади перегородки, незна-
чительно влияют на жесткость.
Расчет несущих систем. Требуемое каче-
ство НС обеспечивается на стадии проектиро-
вания с помощью расчетов. В общем случае
расчетный критерий качества НС должен быть
непосредственно связан с выходными показа-
телями процесса обработки - точностью и
производительностью. Основное применение
имеют сравнительные расчеты, в которых за
показатели качества НС принимаются относи-
тельные перемещения элементов от статиче-
ских, динамических и тепловых нагрузок. При
этом численные значения, соответствующие
НС станков, хорошо зарекомендовавших себя
в эксплуатации, накапливаются и обобщаются.
В настоящее время для расчетов НС ос-
новное применение получил метод конечных
элементов (МКЭ). При использовании МКЭ
рассчитываемая конструкция представляется
набором конечных элементов разного типа,
соединенных между собой в узлах.
Для каждого элемента задается связь ме-
жду перемещениями и нагрузками в узлах и
исходя из этого формируются матрицы жест-
кости, инерций и демпфирования [7, 13]. Со-
ответствующие матрицы для любого конечного
элемента сначала вычисляют в местной систе-
ме координат (связанной с конечным элемен-
том), а затем преобразуют к обшей системе
координат всей конструкции. Далее переводят
решение системы уравнений, определяют на-
пряжения и перемещения узловых точек. В
настоящее время разработано и применяется
(в том числе и для расчета НС) значительное
количество пакетов для расчета МКЭ.
Обобщая опыт, накопленный при ис-
пользовании МКЭ для расчета НС металлоре-
жущих станков, можно выделить следующие
рациональные области применения конечно-
элементных моделей.
1. Конечно-элементные модели из пла-
стинчатых элементов наиболее целесообразно
применять на стадии разработки технического
проекта для расчетной оценки статических
деформаций элементов сложной формы, в
которых имеют место значительные местные
деформации, и для определения их темпера-
турных деформаций. Такие задачи не могут
быть решены каким-либо другим методом.
Использование конечно-элементных пла-
стинчатых моделей для рассмотрения поведе-
ния системы в целом требует значительных
затрат времени и высокой достоверности дан-
ных о характеристиках жесткости соединения,
демпфировании и т.п.
2. Модели НС из стержневых конечных
элементов и жестких тел следует использовать
для определения рационального распределения
масс и жесткостей между элементами НС и
оптимизации их основных параметров, для
сравнения различных компоновок НС. Такие
модели могут использоваться на стадиях раз-
работки как технического, так и эскизного
проектов, когда детально конструктивные
формы элементов еще не проработаны. Срав-
нительная простота моделей и малое время,
требуемое для получения численных значений
показателей качества, обеспечивают возмож-
ность проведения многовариантных расчетов.
Автоматизированный расчет НС [13, 22],
используется для решения следующих задач
(рис. 1.5.16).
1. Определение статических и динамиче-
ских характеристик НС, как показателей их
качества.
2. Сравнение различных компоновок и
конструктивных вариантов НС и выбор наи-
лучших по статическим и динамическим ха-
рактеристикам.
3. Выявление конструктивных парамет-
ров, оказывающих наибольшее влияние на
характеристики НС и выбор рациональных
значений этих параметров.
4. Выявление наиболее рациональных
путей снижения металлоемкости станков.
Исходными данными для расчета явля-
ются: схема компоновки, чертежи основных
элементов и выбранные расчетные условия -
положения перемещающихся узлов, нагрузки
и т.п.
Расчетная схема НС представляет собой
рамную конструкцию из стержней и массивов,
соединенных между собой стыками и упруго
опертую на фундамент (рис. 1.5.17 и табл.
1.5.19). Разделение элементов НС на стержни,
124 Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
1.5.15. Конструктивные особенности станин и стоек и мероприятия, обеспечивающие их высокую
жесткость (общую и жесткость контура)
Контур поперечного сечения Конструктивные особенности Доминирующий вид деформаций; мероприятия по обеспечению высокой жесткости
Стенки Перегородки
Разомкнутый Горизонталь- Сплошные Кручение:
ные станины. Боковые использование диагональных перегородок;
сплошные рациональное расположение
(или сдвоен- окон в нижней стенке для закреп-
ные) под ления стержней - перемычки меж-
каждой на- ду окнами должны образовывать
правляющей; ферму;
дополнитель- прикрепление к нижней стен-
ная сплош- ке сплошного листа;
ная верхняя жесткое закрепление на фун-
или нижняя даментах
(если стани-
на использу-
ется как ре-
1 зервуар)
стенка
IL—~—Л
Замкнутый
Горизонталь-
ные станины.
Сплошные
или с от-
дельными
окнами для
размещения
оборудова-
ния
Вертикальные
станины
С окнами
для закреп-
ления
стержней
или разме-
щения
противове-
са
Искажение контура сечения:
введение достаточного количе-
ства перегородок;
использование треугольных
окон в перегородках вместо пря-
моугольных;
уменьшение размеров окон в
перегородках;
использование двойных стенок
или стенок увеличенной толщины
Кручение:
уменьшение размеров окон в
стенках и использование закреп-
ляемых крышек на окнах;
выбор рациональных соотно-
шений размеров сечения на основе
фасчетов
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ НЕСУЩИХ СИСТЕМ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ 125
1.5.16. Относительная жесткость на сдвиг пластин, имитирующих перегородки,
с окнами разных форм и размеров при одинаковой толщине пластин
(F - площадь пластины; FOT& - площадь окна!
Примечание: За единицу принята жесткость (F/f) пластины при Ротъ/F = 0,25;
f - деформация сдвига.
1.5.17. Влияние количества перегородок п на перемещения стенок стойки под действием
кососимметричной нагрузки в середине расстояния между перегородками
(за единицу приняты перемещения в стойке с тремя перегородками; L/h = 2.62; hIb = 1)
Схема нагружения
Относительные перемещения стенок 1 1,2 2,1 3,7
126
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
1.5.18. Влияние размеров окон в стенках на снижение жесткости стоек при кручении
(в верхней строке при £/В = 2; в нижней при L/Б = 4; за единицу принята жесткость стойки
без окна при h/ В = 1)
lo/L bo/В
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0 1,0
0,1 0,99 0,97 0,90 0,65 0,27
0,98 0,95 0,88 0,63 0,17
о,3 0,95 0,87 0,70 0,40 0,26
0,87 0,75 0,51 0,22 0,13
0,5 0,86 0,73 0,54 0,35 0,25
0,68 0,49 0,29 0,16 0,12
массивы и стыки, деформации которых долж-
ны быть учтены, проводится в соответствии с
общими положениями систематизации кор-
пусных деталей [8] и специально разработан-
ными методическими указаниями [13]. В каче-
стве обобщенных координат принимаются
абсолютные (линейные и угловые) смещения
узловых точек расчетной схемы - узлов. Узлы
располагаются в центрах масс деталей типа
"массив" и по концам стержневых конечных
элементов, на которые разбиваются элементы
типа "стержень" (подробнее см. [13. 16]). В
настоящее время разработаны расчетные схемы
НС значительного количества разных типов
металлорежущих станков [13].
В общем случае в результате расчета оп-
ределяются следующие характеристики НС,
непосредственно связанные с показателями
качества станков:
масса
статическая податливость (по относи-
тельным перемещениям инструмента и заго-
товки при нагружении, имитирующем дейст-
вие силы резания);
перемещения в заданных точках НС под
действием произвольной статической нагруз-
ки;
собственные частоты /q, приведенные
декременты колебаний на собственных часто-
тах;
амплитуды вынужденных колебаний в
заданных точках НС при действии произволь-
ной возмущающей силы;
амплитудные и фазовые частотные харак-
теристики динамической податливости для
определения предельных по устойчивости
процесса режимов резания (по относительным
колебаниям инструмента и заготовки} при
возмущении, имитирующем действие пере-
менной составляющей силы резания;
формы колебаний на собственных часто-
тах, иллюстрирующие общий характер колеба-
ний НС;
баланс статической и динамической по-
датливости на заданных частотах;
распределение кинетической и потенци-
альной энергии колебаний на собственных
частотах между элементами системы.
Анализ динамических характеристик
проводится на частотах, при которых динами-
ческая податливость или уровень вынужден-
ных колебаний наибольшие. Результаты ана-
лиза позволяют выделить элементы, оказы-
вающие наибольшее влияние на характеристи-
ки НС - деформируемые элементы (стержни,
стыки), определяющие основную долю в ба-
лансе податливости и в полной величине по-
тенциальной энергии колебаний системы, а
также массы, определяющие основную долю
кинетической энергии.
Элементы
Стержни
Станины, стойки,
поперечины, ползуны и
пр.
Чертеж (эскиз) попе-
речного сечения
1.5.19. Расчетные параметры элементов несущих систем
Массивы
Короткие станины, баб-
ки, подставки, суппорты
и пр.
Упрощенный эскиз
Соединения (стыки)
Направляющие
Эскиз направляющих с
нагрузками на переме-
щающийся узел
Опоры
Затянутые стыки
Опорные элементы
станка
Чертеж (эскиз) пло-
Тип опорных эле-
ментов, их размеры
и расположение
Данные, необхо-
димые для опре-
деления расчет-
ных параметров,
вводимых в
ЭВМ
элемента
механизмов
щади стыка
Способ и парамет-
ры закрепления
станка
Вычисляемые
параметры
Параметры, характе-
ризующие конструк-
тивное оформление
элемента (габаритные
размеры, размеры и
расположение окон и
перегородок и пр.)
Характеристики мате-
риала (модуль упруго-
сти Е. коэффициент
Пуассона ц., плот-
ность)
Коэффициенты за-
полнения элементар-
ных объемов (по ана-
логии)
Характеристики мате-
риала (плотность р)
Жесткость
подачи
Составляющие жесткости
соединений представля-
ются как система эквива-
лентных пружин
Характеристики контакта (зазоры, коэффициенты
контактной податливости, коэффициенты трения
и пр.)
Площадь и моменты
инерции площади
сечения;
жесткость на изгиб,
сдвиг и кручение;
координаты оси
стержня
Масса и моменты
инерции массы отно-
сительно центральных
осей;
координаты центра
массы
Жесткости эквивалентных пружин (угловых отно-
сительно координатных осей и линейных в на-
правлении этих осей); координаты осей жестко-
сти
Жесткость опоры,
распределенная
жесткость упругого
основания (для
длинных станин)
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ НЕСУЩИХ СИСТЕМ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Исходные данные
Схема
компоновки
Чертежи
узлов
Расчетные
условия
Положение
узлов
Возмущения
Построение
расчетных
схем
Определение расчетных
параметров элементов
Элементы
Станины, стойки,
поперечины
Бабки, подставки,
суппорты
Направляющие,
затянутые стыки
Опорные элементы
станка
Тип
Стержень
Массив
Сое ди и.
(стык)
Анализ статических
и динамических характеристик
Сравнительный анализ качества НС
Значения харак-
теристик разных
вариантов
Значения харак-
теристик станков-
аналогов
Опоры
Рис. 1.5.16. Структура системы автоматизированных расчетов НС
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ НЕСУЩИХ СИСТЕМ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Ряс. 1.5.17. Расчетах» схема НС агрегатно-фрезерного станка:
массивы: Ml - стол с приспособлением; М2, М3 - левая и правая подставки с фрезерными бабками; М4 - участок станины на длине ее контакта с тумбами;
пружины: К2 - 3- стык направляющих стола и привода подачи; К4 - 5, К5 -6- стыки тумб со станиной
130
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
Изменяя параметры этих элементов и
проводя повторный расчет можно оценить
эффективность различных мероприятий [22].
В настоящее время для выбора оптимальных
параметров элементов НС развивается исполь-
зование общих методов решения задач опти-
мизации [44].
1.5.4. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
НАПРАВЛЯЮЩИХ
Направляющие являются опорами, обес-
печивающими требуемое взаиморасположение
и возможность относительных перемещений
узлов, несущих инструмент и заготовку. На-
правляющие имеют одну степень свободы
перемещения, исключение других достигается
соответствующим расположением их поверх-
ностей или путём силового замыкания
(действия сил тяжести, планок, подпружинен-
ных роликов и т.п.).
Направляющие классифицируют:
• по виду движения: главного движения
(в направлении резания, работающие с высо-
кими скоростями), подачи и установочного
перемещения (в большинстве случаев малые
скорости), перестановки (для перемещения
неподвижных в процессе обработки узлов);
• по траектории движения (прямолиней-
ного и кругового);
• по направлению движения (горизон-
тальные, вертикальные, наклонные);
• по виду трения (скольжения, качения и
комбинированные качения-скольжения);
• по виду смазки [с жидкостной смазкой
(гидростатические и гидродинамические), с
газовой (аэростатические)] и т.д.
К направляющим станков предъявляются
следующие основные требования:
точность относительного движения уз-
лов;
долговечность по точности (сохранение
заданной точности в течение определенного
времени);
равномерность движения и точность по-
зиционирования;
малая сила трения;
обеспечение заданной несущей способ-
ности;
высокая статическая и динамическая же-
сткость;
ремонтопригодность.
По данным фирм ФРГ применение ви-
дов направляющих в станках [59]: скольжения
- 60 %, качения - 19 %, комбинированных
качения - скольжения - 14 %, гидростатиче-
ских и аэростатических - 7 %.
Характеристика направляющих и области
их применения приведены в табл. 1.5.20.
1.5.20. Сравнительная характеристика и области применения направляющих
Вид направляющих Характеристика Преимущества и недостатки Области применения
Направляю- щие сколь- жения Направляющие из чугу- на или стали имеют сравнительно высокий уровень трения - коэф- фициенты трения покоя и Движения при малых скоростях 0,08 - 0,1; возможно скачкообраз- ное движение узлов. Долговечность обеспе- чивается применением соответствующих мате- риалов и термической обработки, защитой от загрязнения отходами обработки. Полимерные направляющие имеют значительно меньшие коэффициенты трения (0,04 - 0,06), практиче- ски не зависящие от скорости (при малых скоростях), что обеспе- чивает равномерность движения и точность позиционирования Преимущества: простота и компактность конст- рукции, высокие нагру- зочная способность и жесткость, хорошие демпфирующие свойст- ва, наименьшие стои- мость изготовления и эксплуатации Недостатки: более высо- кий уровень трения; не всегда обеспечиваются высокие требования по равномерности переме- щения и точности пози- ционирования узлов Преимущественно в станках большинства типов, особенно нор- мальной и повышенной точности
КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ НАПРАВЛЯЮЩИХ
Продолжение табл. 1.5.20
Вид направляющих Характеристика Преимущества и недостатки Области применения
Направляю- щие качения Реализуют трение каче- ния; обладают малым и постоянным трением (коэффициент трения 0,003 - 0,005), высокой износостойкостью при надежной защите от загрязнения, обеспечи- вают высокую равно- мерность перемещений. При стальных закален- ных поверхностях име- ют высокую жесткость и умеренную нагрузочную способность. Направ- ляющие с предвари- тельным натягом обес- печивают отсутствие зазоров и весьма высо- кую жесткость Преимущества: равно- мерность движения при медленных перемеще- ниях; высокая точность установочных переме- щений; отсутствие всплывания стола при высоких скоростях; ма- лые (в том числе и при трогании с места) уси- лия перемещений; вы- сокая долговечность по точности при хорошей защите от загрязнений; простота систем смазки Недостатки: высокие стоимость (при исполь- зовании стальных зака- ленных направляющих) и трудоемкость; слож- ность монтажа; пони- женное демпфирование вдоль направляющих в условиях отсутствия движения по направ- ляющим или движения с малыми скоростями; повышенная чувстви- тельность к загрязнению Прецизионные станки (координатно-расточные, шлифовальные) для по- вышения чувст- вительности точных пе- ремещений, осуществле- ния равномерных мед- ленных перемещений и устранения переориента- ции узлов при реверсах; станки с ЧПУ - для по- вышения чувствительно- сти к управляющим воз- действиям, повышения точности положения и долговечности в услови- ях интенсификации ус- ловий работы; станки для электрофизической обработки - для умень- шения мощности приво- да; плоскошлифовальные станки - для повышения точности положения столов в направлении, нормальном к плоскости направляющих (предотв- ращение всплывания столов при высоких ско- ростях)
Комбиниро- ванные на- правляющие качения скольжения Сочетаются грани каче- ния и скольжения. На гранях качения снижено трение по сравнению с направляющими сколь- жения и устранены за- зоры (в конструкциях с предварительным натя- гом). Использование на ipa- нях скольжения наклад- ных направляющих из наполненного фторо- пласта совмещает благо- приятные свойства на- правляющих качения и скольжения Преимущества: совме- щение положительных свойств направляющих скольжения (простота и компактность конструк- ции, хорошее демпфи- рование колебаний, более низкая стоимость) и направляющих каче- ния (работа без зазоров в направлении, наибо- лее влияющем на точ- ность, отсутствие пере- ориентации при ревер- се, малые потери на трение, высокая износо- стойкость) Недостатки: более высо- кие потери на трение, меньшая равномерность перемещений и точ- ность позиционирова- ния узлов в сравнении с направляющими каче- ния Преимущественно станки с ЧПУ - токар- ные, фрезерно- расточные, многоопе-' рационные и др., неко- торые прецизионные станки
132
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
Продолжение табл. 1.5.20
Вид направляющих Характеристика Преимущества и недостатки Области применения
Направляю- щие с жид- костной смазкой - гидростатиче- ские (в ос- новном) и гидродинами- ческие Направляющие при работе разделены слоем смазки. Имеют очень малое трение, высокую демпфирующую спо- собность, умеренную жесткость (ниже, чем у направляющих сколь- жения и качения) Преимущества: равно- мерность движения, практически неограни- ченная долговечность, высокая точность и ма- лые усилия перемеще- ния Недостатки: необходи- мость в гидравлической аппаратуре для подачи, циркуляции, фильтра- ции и сбора масла; су- щественный нагрев; трудность фиксации узла; повышенные тре- бования к уходу Прецизионные станки (шлифовальные, расточ- ные). Тяжелые и уни- кальные станки (токарные, карусельные, зубообрабатывающие, продольно- обрабатывающие)
Направляю- щие с газо- вой смазкой (аэростати- ческие) Направляющие при работе разделены слоем воздуха, подаваемого в рабочий зазор под дав- лением, имеют самое низкое трение; нагру- зочная способность, жесткость и динамиче- ские характеристики несколько ниже, чем у других видов направ- ляющих. Однако при малых и средних на- грузках на направляю- щих эти характеристики оказываются достаточ- ными Преимущества: высокая долговечность и точ- ность позициоиирова ния; особо малое тре- ние; при прекращении подачи воздуха обеспе- чивается надежная фик- сация узла Недостатки: ограничен- ная нагрузочная спо- собность, меньшая без- отказность из-за слу- чайных отказов Координатно- измерительные маши- ны, крупные карусель- ные алмазно-токарные станки, станки для сверл ильно- фрезерной обработки печатных плат, некоторые круг- лошлифовальные стан- ки. Области примене- ния расширяются
Направляющие скольжения. В зависимо-
сти от конструкции и условий эксплуатации
направляющие работают в режимах трения:
граничного (при особо низких скоростях
скольжения); жидкостного; смешанного
(частично граничного и частично жидкостно-
го) К направляющим скольжения смешанного
трения, в дальнейшем - направляющим
скольжения, относится большинство направ-
ляющих подачи, установочных перемещений и
перестановки.
Конструкция. Сечения направ-
ляющих нормализованы [8]; основной размер -
высота Н (рис. 1.5.18). Узкое боковое направ-
ление (по одной направляющей) в сравнении с
"широким” (по двум направляющим) облетает
изготовление, снижает влияние температурных
деформаций на точность. Отношение длины
направляющих столов (кареток) к габаритной
ширине направляющих в ответственных со-
пряжениях должно быть не менее 1,5 при
"узком" боковом направлении и не менее 2
при "широком".
В направляющих прямолинейного дви-
жения более длинный элемент пары трения
(обычно направляющие станины, стойки) из-
готовляют из более износостойкого и твердого
материала. Пару трения чугун, £ 170 НВ
(направляющие стола, каретки) - чугун,
S 180 НВ (направляющие станины, стойки)
целесообразно использовать в основном для
станков, предназначенных для легких работ,
имеющих хорошую изоляцию от загрязнения
и надежную смазку, а также для редко рабо-
тающих и менее ответственных направляющих,
износ которых не влияет на точность обработ-
ки. Пара трения чугун - закаленный чугун, 49 -
54 HRC3 имеет в условиях абразивного изна-
шивания (загрязнения отходами отработки)
износостойкость вдвое большую (оба элемента
пары), чем пара чугун - чугун. Закаленные
направляющие станины (стойки и др.) необхо-
димы при интенсивном использовании, недос-
таточной изоляции от загрязнения и невоз-
можности обеспечить высокую долю гидроди-
КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ НАПРАВЛЯЮЩИХ
133
Рис. 1.5.18. Размеры сечений направляющих:
о - Я = 6 + 200 мм; Я] = (2 + 2,5)Я; h « (1,05 . 1,1)Я,
Ь « 0,2Я; г «а 0.05Я; а — 90 и 120°; при а = 90°;
В - 2Я; б- И = 10 - 320 мм; Я1 = (2 ♦ 2,5)Я;
Л « (1,05 + 1,1)Я; Ь » 0,2Я; bi « 0,ЗЯ; (3 = 20°; 25° и
30°; в - Я = 8+ 100 мм; П~ (1,5 + 4)Я;
Я1» (0.5 + 0,6)Я
намической смазки - для значительной части
направляющих скольжения.
Накладные направляющие применяют,
чтобы повысить износостойкость, получить
более благоприятные характеристики трения,
обеспечить равномерность подач. Накладные
направляющие на станинах (и других более
длинных элементах пары трения) изготовляют
обычно из стали с упрочнением до высокой
твердости (> 59 HRC,), что повышает износо-
стойкость пары трения в сравнении с парой
чугун - чугун в 2,5 раза. Их выполняют в виде
массивных планок (рис. 1.5.19, а - в), иногда -
врезанных и вклеенных пластин толщиной 4 -
8 мм из стали ШХ15, 60 - 63 HRC, (рис.
1.5.19, г) - для тяжелых станков. Планки кре-
пят винтами с нерабочей стороны (рис. 1.5.19,
а, в), при невозможности - отверстия под
головки винтов плотно закрывают пробками
из стали ШХ15, 60 - 63 HRC, (рис. 1.5.19, б);
пробки из цветных сплавов или полимерных
материалов недопустимы. Число планок и
пластин для составных направляющих должно
быть минимальным; фаски на торцах и зазоры
Ряс. 1.5.19. Накладные стальные направляющие
в стыках не допускаются; побле шлифования
направляющих стыки не должны быть видны.
Массивные планки в зависимости от
формы сечения, толщины и длины выполняют
из упрочненных легированных сталей: вы-
сокоуглеродистой ШХ15СГ, 60 - 63 HRC»;
инструментальных 8ХФ, 60 - 63 HRC, и
7ХГ2ВМФ 58-61 HRC,; цементуемых 18ХГТ
и 12ХНЗА, 60 - 63 HRC»; азотируемых
38Х2МЮА, 850 - 1000 HV и ЗОХЗМФ, 694 -
804 HV. Сталь 7ХГ2ВМФ используется для
планок с большим поперечным сечением;
наибольшую износостойкость имеют азоти-
руемые стали. Стали с поверхностным упроч-
нением - для планок, прикрепляемых винтами
с нерабочей стороны. Применяют также по-
крытия направляющих станин износостойки-
ми материалами - твердым хромом толщиной
25 - 50 мкм, 68 - 72 HRC,, напыление молиб-
деном, 65 HRC,; однако эти методы исполь-
зуют редко. Перспективно применение кера-
мики на основе оксида алюминия, износо-
стойкость которой при абразивном изнашива-
нии многократно выше, чем у закаленной
стали. Резкого повышения долговечности пары
трения чугун - сталь достигают упрочнением
до высокой твердости обоих ее элементов
(в 3 - 5 раз по суммарному износу по сравне-
нию с парой чугун - чугун).
Основной метод обработки направляю-
щих станин (стоек, поперечин и др.) - шлифо-
вание периферией круга; для средних
по массе станков повышенной точности
Ra = 0,63 мкм. При работе в паре о полимер-
ными направляющими столов (кареток) со-
пряженные направляющие вне зависимости от
массы и класса точности станка должны иметь
шероховатость поверхности не более указан-
ной.
Накладные, либо формуемые направ-
ляющие на столах, каретках, салазках, бабках
(меньшем по длине элементе пары трения) для
134
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
предотвращения задиров, снижения износа,
получения более благоприятных характеристик
трения и повышения точности перемещения
узлов изготовляют все чаще из современных
полимерных материалов - наполненных фто-
ропластов, антифрикционных эпоксидных
компаундов (АЭК), материалов на основе аце-
тильных смол (табл. 1.5.21). Используют также
цветные сплавы - бронзу и цинковый сплав.
Материалы на основе фторопласта-4 в паре с
чугуном (закаленными чугуном и сталью) даже
при смазывании нелегированными индустри-
альными маслами имеют низкие коэффициен-
ты трения покоя и движения при малых ско-
ростях скольжения (0,04 - 0,06) и обеспечива-
ют высокую равномерность перемещений уз-
лов и точность позиционирования; близки к
этим - свойства у высокомолекулярного поли-
этилена. У сополимера формальдегида СФД-
ВМ-БС (материал на основе ацепыьной смо-
лы) при тех же условиях уровень указанных
коэффициентов трения выше (0,13 - 0,14), при
особо неблагоприятных условиях работы воз-
можно скачкообразное движение узлов. При
использовании для направляющих столов
(кареток) чугуна, антифрикционных эпоксид-
ных компаундов, а также цветных сплавов,
смазывании нелегированными маслами и ма-
лой жесткости привода, при малых (по скоро-
сти или пути) перемещениях столов наблюда-
ется скачкообразное движение, из-за чего
снижается точность обработки и качество по-
верхности, падает производительность, увели-
чивается износ инструмента и т.д. При смазы-
вании направляющих специальными легиро-
ванными маслами (для направляющих сколь-
жения - антискачковыми) указанных негатив-
ных явлений нет.
Износостойкость полимерных материа-
лов, применяемых для направляющих, при
трении без смазочного материала
(задиростойкость) на два порядка выше, чем
задиростойкость ЦАМ10-5 и БрА9Мц2; это
предотвращает быстрый износ направляющих
с парами трения чугун (цветной сплав) - чугун
при случайных перерывах в подаче смазки.
Износостойкость наполненного фторопласта
марки Ф4К15М5 - Л-ЭА на три порядка вы-
ше, чем у ненаполненного фторопласта-4; она
существенно зависит от шероховатости сопря-
женной металлической направляющей - при
переходе от Ra = 1,25 мкм к Ra = 0,63 мкм
износостойость повышается в 3 - 7 раз.
Направляющие из наполненного фторо-
пласта (наклеиваемая лента Ф4К15М5-Л-ЭА
сечением 1,7 х 140 мм, рис. 1.5.20) применяют
в станках с ЧПУ, высокоточных и тяжёлых
станках [18]. Направляющие из АЭК (покры-
1.5.21. Антифрикционные полимерные композиционные материалы для направляющих [18, 19]
Материал Марка Вид изделия и размеры Результаты стендовых испытаний в паре с чугуном
Коэффициент трения со смаз- кой Сравнительная интенсивность изнашивания
Наполненный фторопласт ФЧК15М5-Л-ЭА Лента 140x1,7 мм активирова нная с двух сторон тлеющим разрядом в вакууме 0,062 1
Высокомолекулярный полиэтилен, наполнен- ный: фторопластом и ди- сульфидом молибдена дисульфидом молиб- дена ВМПЭ-122-А ВМПЭ-87-А 0,067 0,069 0,15 0,18
Модифицированный со- полимер формальдегида СФД-ВМ-БС Пластины 800x300x4мм 0,14 0,16
Антифирикционный эпоксидный компаиауд намазываемый УП-5-222 УП-5-251 Паста 0,2 0,2 7,5 2,9
Антифрикционный эпок- сидный компаунд: запрессовочный литьевой УП-4-280 УП-5-250 Паста Литьевая жидкость 0,23 1,5
КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ НАПРАВЛЯЮЩИХ
135
Рис. 1.5.20. Схема установки накладных направляющих из наполненного фторопласта:
1 - стол; 2 - лента Ф4К15М5-Л-ЭА; 3 - клеевой шов;
4 - защитная уплотнительная композиция (эпоксидный компаунд)
Рис. 1.5.21. Схема формования направляющих каретки
из запрессовочиого антифрикционного эпоксидного
компаунда:
1 - станина; 2- каретка; 3 - компаунд; 4 - литник;
5 - насадка; 6 - пластина; 7 - шнур из губчатой
резины; 8 - прижимная планка
тия толщиной 1,5 - 2,5 мм) формуют с высо-
кой точностью (при необходимости вместе со
смазочными канавками) по окончательно об-
работанным сопряженным металлическим
направляющим станины (рис. 1.5.21). Приме-
няют 3 типа АЭК: литьевой марки УП-5-250
(метод нанесения полимерного покрытия -
заливка); пастообразный марки УП-5-251
(шпатлевание) [19]; запрессовочный УП-4-280
(запрессовка). Литьевой АЭК применяют для
направляющих большой площади тяжелых и
уникальных станков, другие два - для станков
средних размеров.
Наклеиваемые накладные направляющие
из сополимера формальдегида СФД-ВМ-ВС
используют для тяжелых станков, при изготов-
лении и ремонте.
Накладные направляющие из обрабаты-
ваемых давлением бронзы БрА9Мц2 и цинко-
вого сплава ЦАМ10-5 - толщиной 4-10 мм
приклеивают без дополнительного крепления
(см. рис. 1.5.20), либо с дополнительным кре-
плением винтами (бронза БрА9Мц2, БрА9Ж4).
Цветные сплавы целесообразны при высоких
давлениях в направляющих (опоры ползуна
карусельных станков), поскольку у пластмасс
сравнительно низкий модуль упругости. При-
жимные и регулировочные планки, а также
клинья, используемые для установки и под-
держания требуемых зазоров, целесообразно
изготовлять с покрытием из указанных цвет-
ных сплавов, либо пластмасс с целью исклю-
чить возможность задиров вследствие недоста-
точного смазывания этих узлов.
Важнейшее условие использования цвет-
ных сплавов и особенно пластмасс - надежная
защита направляющих. При высоких требова-
ниях к износостойкости и одновременно к
равномерности подач целесообразны пары
трения - наполненный фторопласт - закален-
ные сталь (предпочтительно) или чугун.
Для обеспечения точного контакта на-
правляющие столов (кареток) обычно шабрят
по направляющим станины. Точность контакта
направляющих средних по массе станков по-
вышенной точности: металлических - не менее
136
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
16 пятен в квадрате со стороной 25 мм, глуби-
на шабрения 6 мкм; полимерных - опорная
поверхность не менее 70 %, глубина шабрения
5 мкм.
Разгрузка направляющих существенно
снижает трение, повышает равномерность
подач, точность позиционирования и долго-
вечность традиционных направляющих. При-
меняют гидроразгрузку и разгрузку подпружи-
ненными роликами [8]. Разгрузка постоянны-
ми магнитами [17, 28] обеспечивает снижение
давления в направляющих за счет действия
через зазор (0,05 - 0,1 мм) магнитостатических
сил притяжения к станине магнитных систем,
встроенных в прижимных планках стола (рис.
1.5.22). Магнитостатическая сила действует в
направлении размыкания фрикционного кон-
такта, не раскрывая стык. Для малых и сред-
них нагрузок и больших площадей опор реко-
мендуются недорогие магниты из феррита
бария, развивающие силу притяжения
(удельную силу) порядка 50 - 80 Н/см2; в от-
дельных случаях для больших сил необходимы
магниты с высокой магнитной энергией. Со-
четание фторопластовых направляющих с маг-
нитной разгрузкой (степень разгрузки до 70 -
80 %) значительно сокращает различие в три-
ботехнических свойствах между направляю-
щими скольжения (коэффициент трения по-
коя порядка 0,015) и качения. Магнитная
разгрузка наиболее целесообразна в случаях,
когда в направляющих превалируют постоян-
ные нагрузки; она отличается от других спосо-
бов простотой, малой стоимостью и отсутстви-
ем энергопотребления.
Расчет направляющих
проводят по средним и наибольшим давлени-
ям, которые в значительной степени опреде-
ляют износостойкость и жесткость направ-
ляющих. При расчете направляющих узлов
рассматривают два случая; 1) собственная же-
сткость деталей на порядок выше жесткости
поверхностных слоёв; 2) собственная жест-
кость подвижной детали соизмерима с жестко-
стью поверхностных слоев. В первом случае
сопрягаемые детали рассматриваются жестки-
ми и принимается -предположение линейного
Рис. 1.5.22. Схема магнитной разгрузки
направляющих:
1 - стол; 2 - направляющая; 3 - магнитомягкая
накладка; 4 - прижимная планка; 5 - магнитная
система; 6 - станина; S - зазор
распределения давления по длине направляю-
щих, во втором - используется теория балок и
плит на упругом основании [8].
При расчете характеристик работоспо-
собности направляющих в общем случае опре-
деляют [14]:
1) размеры и расположение зон контакта
в направляющих при заданной внешней на-
грузке с учетом зазоров, натяга, погрешностей
изготовления, податливости контактного слоя,
жесткости контактирующих деталей и т.п.;
2) средние и наибольшие давления, силы
трения, жесткость и т.п., при заданных разме-
рах и расположений зон контакта.
Допускаемые средние давления для чу-
гунных направляющих подач 1,2 - 1,5 МПа, а
при скоростях более 15 м/мин до
0,4 - 0,5 МПа; для направляющих тяжелых
станков средние давления 0,3 - 0,5 МПа.
Упругие смещения определяются исходя
из линейной зависимости между ними и дав-
лениями. По линейным и угловым упругим
перемещениям в направляющих под действием
внешней нагрузки определяют упругие смеще-
ния в любой заданной точке, статическую по-
датливость и ее баланс, координаты осей жест-
кости и значения линейных и угловых жестко-
стей, используемых при динамических расче-
тах.
Масла. Для направляющих скольже-
ния (смешанного трения) большинства стан-
ков необходимы специальные легированные
антискачковые индустриальные масла серий
ИНСп и И-ГН-Е (табл. 1.5.22) [20]. Примене-
ние антискачковых масел позволяет сущест-
венно повысить точность и производитель-
ность, особенно отделочных станков, станков с
ЧПУ и тяжелых станков, а также снизить по-
тери на трение и шероховатость обрабатывае-
мых поверхностей. Заменяющие масла (табл.
1.5.22, правая графа) могут быть использованы
в следующих случаях: для направляющих по-
дач, работающих при сравнительно высоких
скоростях (столы плоскошлифовальных стан-
ков); при интенсивном загрязнении и недоста-
точной при этом смазке; при жестком приводе
и отсутствии высоких требований к равномер-
ности перемещений и точности позициониро-
вания.
Устройства для защиты на-
правляющих предохраняют их от загряз-
нения отходами обработки и попадания охла-
ждающей жидкости, являются важнейшим
средством повышения долговечности. Приме-
няют следующие основные виды защитных
устройств: защитные уплотнения (скребки) с
износостойким, упругим, теплостойким уп-
лотняющим элементом на основе полиуретана,
используют чаще в сочетании с другими за-
щитными устройствами (рис. 1.5.23, а); сталь-
ные или чугунные щитки крепят к подвижно-
му или неподвижному узлам и защищают
КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ НАПРАВЛЯЮЩИХ
137
1.5.22. Масла, рекомендуемые для направляющих скольжения
Смазываемый узел Марка масла*1
Основная Заменяющая
Горизонтальные направляющие ИНСп-40 (И-Н-Е-68) И-40А (И-Г-А-68)
Горизонтальные направляющие тяжелых станков. Гори- зонтальные и вертикальные направляющие (для замены масел ИНСп-40 и ИНСп-110 при необходимости сокра- щения номенклатуры масел; при общей для горизонталь- ных и вертикальных направляющих в системе смазки) ИНСп-65 (И-Н-Е-100) ИГП-72 (И-Г-С-100)
Вертикальные направляющие. Горизонтальные направ- ляющие с вертикальными гранями большой площади (направляющие поперечин карусельных и других станков) ИНСп-110 (И-Н-Е-220) ИГП-114 (И-Г-С-220)
Направляющие и гидросистема, к которым масло подается из общей емкости*2 И-ГН-Е-32 (ИГНСп-20) ИГП-18 (И-Г-С-32)
То же И ГН-Е-68 (ИГНСп-40) ИГП-38 (И Г-С-68)
*’ В скобках - обозначения масел по ГОСТ 1747.4-87; цифры указывают вязкость в
мм2/с при 40 °C; для масел серии И-ГН-Е в скобках указаны прежние обозначения масел.
*2 Марку масла серии И-ГН-Е выбирают в зависимости от вязкости, необходимой для
гидросистемы.
Рис. 1.5.23. Устройства для защиты направляющих
фирмы Хенниг (Германия)
обычно одну направляющую; щиты прикреп-
ляют к торцам стола; телескопическая защита,
стальная с полиуретановыми уплотнениями,
герметичная для скоростей перемещения до
80 м/мин (рис. 1.5.23, б); гармоникообразная
защита из полимерных материалов (рис.
1.5.23, <?); рулонная защита полимерными лен-
тами (рис. 1.5.23, г); защитные фартуки гибкие
из прочной полимерной ленты с наклепанны
ми стальными или латунными пластинами,
либо шарнирные из алюминиевых профилей
(рис. 1.5.23, б).
Направляющие качения делят: по типу
тел качения - на шариковые, роликовые и
игольчатые; по форме рабочих поверхностей -
направляющие с плоскими гранями, цилинд-
рическими (так называемые шариковые втул-
ки) и радиусными, выполненными в вцде ра-
диусных канавок. Направляющие качения
применяют без возврата тел качения (для ма-
лых ходов) и с возвратом, в которых преду-
сматривается канал возврата тел качения на
рабочую дорожку. В конструкциях без возврата
тел качения последние располагают в сепара-
торе (рис. 1.5.24). Скорость движения сепара-
тора вдвое меньше, чем подвижного узла.
По способу создания натяга направляю-
щие качения можно разделить на три группы:
1) с натягом, осуществляемым только массой
узла (рис. 1.5.25, а); 2) с предварительным
натягом, создаваемым специальными элемен-
тами (рис. 1.5.25, б); 3) с частичным предвари-
тельным натягом только» в горизонтальном
направлении (рис. 1.5.25, в) Направляющие
качения без натяга обычно выполняют чугун-
ными и применяют при малых опрокидываю-
щих моментах или при большой массе узла,
когда нет опасности отрыва при приложении
рабочей нагрузки. Большинство направляю-
щих выполняют стальными закаленными до
твердости 59 - 62 HRC, с предварительным
a)
Ifh /тч , лК, /К /ту /К /t\ , /К -
viz т±/ лфг та/ Iqz \£z xf/ AV \1Z vf/ лд/
в> A-A
г)
Рис. 1.S.24. Основные типы сепараторов:
а - пластинчатые для игл; б - составные для роликов; в - составные для шариков; г - штампованные для роликов; д - штампованные для шариков;
е и ж - пластмассовые литые .
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ НАПРАВЛЯЮЩИХ
139
1.5.25. Основные формы направляющих качения с сепараторами
140
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
натягом, осуществляемым специальными регу-
лировочными элементами (винтами, клинья-
ми, пружинами) или за счёт разности разме-
ров охватываемой детали с телами качения и
охватывающей детали [8] При создании натяга
пружинами жесткость направляющих пример-
но в два раза ниже, чем при клиньях. Приме-
няются обычно пакеты тарельчатых пружин,
так как необходимые силы натяга значитель-
ны. Пружины должны быть тарированными.
Величина предварительного натяга составляет
5-10 мкм на сторону для роликовых направ-
ляющих; для шариковых - она несколько
меньше. Форма поперечного сечения направ-
ляющих с предварительным натягом без воз-
врата тел качения приведены в табл. 1.5.23.
Направляющие прямолинейного движе-
ния с возвратом тел качения (роликовые и
шариковые) включают стальные закаленные
планки, имеющие форму бруса, и опоры каче-
ния, которые крепят к подвижному узлу
(столу, каретке, бабке). Опоры состоят из кор-
пуса с рабочими дорожками и каналами воз-
врата тел качения и устройств для удержания
тел качения (рис. 1.5.26); их, как правило,
изготовляют централизованно. Роликовые
1.5.23. Направляющие качения с предварительным натягом
Форма поперечного сечения на-
правляющих
Характеристика направляющих и их применение
Просты в изготовлении, допускают проверку взаимного при-
легания по горизонтальным граням, но имеют относительно
большие габариты по высоте и требуют раздельной регули-
ровки натяга в двух направлениях
Имеют малые габариты по высоте и высокую жесткость,
удобны в регулировке натяга, но трудоемки и сложны в изго-
товлении. Применяют при стесненных габаритах
Имеют высокую жесткость, допускают проверку прилегания
по горизонтальным граням, но габариты по высоте большие
Допускают проверку взаимного прилегания граней и притир-
ку при сборке, но имеют большие габариты по высоте. Чувст-
вительны к погрешностям изготовления призм, возможны
повышенные перекосы при сборке. Применяются редко
Оси соседних роликов расположены под углом 90°, длина
роликов немного меньше диаметра, ролики контактируют с
каждой гранью через один. Имеют малые габариты по высоте
и малую жесткость, невозможна взаимная пригонка в сборе,
контроль натяга затруднен. Применяют при малых габарита^
по высоте и небольшой массе узла
Имеют малые габариты по высоте, низкую жесткость и огра-
ниченную нагрузочную способность. Применяют в малона-
груженных узлах небольшой массы
Имеют высокую жесткость, но сложны и -трудоемки в изго-
товлении. Применяют в узлах типа пинолей и при необходи-
мости восприятия существенных крутящих моментов
КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ НАПРАВЛЯЮЩИХ
141
а)
Рис. 1.5.26. Конструкции роликовых опор с
удержанием роликов от выпадения:
а и б - пружинами; в - фигурными проставками;
г - боковыми крышками
опоры обладают большими нагрузочной спо-
собностью и жесткостью. Их недостатком яв-
ляется трудность монтажа и склонность роли-
ков к перекосам, вызывающая переориента-
цию узлов при реверсах в связи с изменением
направления сил трения. Шариковые опоры
обеспечивают более высокую точность, равно-
мерность и лёгкость перемещения, не вызы-
вают переориентации узлов при реверсах и
менее чувствительны к перекосам.
Роликовые опоры обычно имеют сталь-
ной корпус с плоскими рабочими поверхно-
стями, закаленными до твердости 59 - 62
HRC3 и изготовленными с малыми отклоне-
ниями от плоскости (до 1 мкм); перемещаются
по плоским граням направляющего бруса,
также изготовленного с высокой точностью
(отклонение до нескольких мкм на 1000 мм
длины). Направляющие с роликовыми опора-
ми наиболее часто выполняют прямоугольны-
ми (рис. 1.5.27); они имеют конструктивные и
технологические преимущества по сравнению
с другими.
Типоразмер и число опор выбирают ис-
ходя из наибольшей расчётной нагрузки. При
длине перемещающегося узла не более 1000 -
1200 мм опоры, как правило, устанавливают в
двух сечениях по длине вблизи торцов узла.
При низкой жесткости узла или при большой
длине опоры располагают в нескольких сече-
ниях по длине. Разновысотность опор, уста-
новленных в одной плоскости, не должна пре-
вышать 2-4 мкм.
Предварительный натяг создают пригон-
кой размеров или регулировочными устройст-
вами (рис. 1.5.28). Устройства с пружинами
(рис. 1.5.28, о, б) обеспечивают самоустановку
опор, но жесткость направляющих в этом слу-
чае примерно в два раза ниже, чем при регу-
лировке с клиньями. Внешняя нагрузка не
должна превышать усилие предварительного
натяга. Устройства с клиньями (рис. 1.5.28, в, г)
позволяют тонко регулировать натяг в широ-
ком диапазоне, обеспечивают высокую жест-
кость направляющих, но не обеспечивают
самоустановку опор. Устройства с шаровой
опорой (рис. 1.5.28, е) обеспечивают хорошую
самоустановку опор, большой диапазон регу-
лирования натяга; жесткость направляющих
примерно в 1,5 раза ниже, чем при регулиров-
ке клиньями.
Шариковые направляющие имеют бего-
вые дорожки с полукруглым профилем, радиус
которых немного (на 4 - 6 %) больше радиуса
шариков - по аналогии с радиально-упорными
шарикоподшипниками (рис. 1.5.29). Этим
обеспечиваются высокие нагрузочная способ-
ность и жесткость. Благодаря низкой чувстви-
тельности к перекосам требования к точности
обработки установочных поверхностей станка
значительно ниже, чем для установки ролико-
вых опор. Направляющие состоят из бруса с
полукруглыми беговыми дорожками и блоков
с телами качения. Высокая точность обеспечи-
вается обработкой у изготовителя; у потреби-
теля не требуется трудоемких операций по
точной обработке установочных поверхностей
корпусных деталей.
Шариковые цилиндрические направ-
ляющие (шариковые втулки) выполняют с
ограниченной и неограниченной длиной хода;
они состоят из стальной закалённой штанги и
шариковой втулки. В первом случае шарики
располагают в цилиндрическом сепараторе, во
втором - во втулке, имеющей рабочие каналы
и каналы возврата. Известно много конструк-
тивных решений для выполнения каналов
возврата. Для перемещения узла используют
две параллельно расположенные штанги с
втулками.
Направляющие качения рассчитывают на
статическую нагрузочную способность и дол-
говечность по усталости. Силы, действующие
на направляющие, определяют из условий
статики [8].
Допустимая статическая нагрузка на одно
тело качения для направляющих с распределе-
нием тел качения по всей длине может быть
определена по формулам:
для роликовых направляющих
Р = КЬс%;
для шариковых
р = «аЧ,
I. 1.5.27.
a - замкнутые с узким направлением;
6 - замкнутые с широким направлением;
в - незамкнутые
КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ НАПРАВЛЯЮЩИХ
143
Рис. 1.5.28. Регулировочные устройства для создания
предварительного натяга:
а, б - пружинами; в, г - клиньями;
д, е - винтами с планками
где d - диаметр ролика или шарика, мм; Ь -
длина ролика, мм; К - условные напряжения,
отнесенные к площади сечения тел качения;
£ - поправочный коэффициент, учитывающий
твердость направляющих.
Для стальных закаленных направляющих
с короткими роликами К = 20 МПа, с длин-
ными роликами К= 15 МПа, с шариками К =
0,6 МПа; для чугунных роликовых направ-
ляющих К = 2 МПа. Значения коэффициента
приведены в табл. 1.5.24.
Значения К получены из условия отсут-
ствия пластических деформаций на дорожках
качения с учётом неравномерности распреде-
ления нагрузок в связи с неточностями изго-
товления [8|. Большая роль технологических
погрешностей объясняется тем, что они соиз-
меримы с упругими перемещениями в направ-
ляющих.
Для роликовых и шариковых опор в свя-
зи с их малой длиной влияние погрешностей
изготовления направляющих значительно
меньше и условные напряжения существенно
выше. Допускаемые статические нагрузки на
опоры приводятся в каталогах заводов-
изготовителей. Обычно они вычислены из
условий допустимых давлений на площадке
контакта по Герцу 3800 -4000 МПа (при
стальных закаленных направляющих).
Комбинированные направляющие качения -
скольжения. В комбинированных направляю-
щих сочетаются грани качения скольжения
(табл. 1.5.25). Элементы качения на основных
горизонтальных гранях направляющих гори-
зонтально перемещающихся узлов существен-
но снижают сопротивление движению, а на
боковых гранях - исключают влияние зазоров
и, соответственно, уменьшают переориента-
цию узлов при реверсах и повышают жест-
кость. Элементы качения с натягом на вспо-
могательных гранях дают возможность устра
нить зазор в них и, соответственно, повысить
жесткость при действии опрокидывающих
моментов.
Сопротивление движению узлов направ-
ляющих с вертикальными гранями качения и с
полимерными материалами на гранях сколь-
жения примерно такое же как для направ-
ляющих скольжения с полимерными материа-
лами. Оно примерно в 2 раза ниже сопротив-
ления движению металлических направляю-
щих скольжения; при горизонтальных гранях
1.5.24. Значение поправочного коэффициента Е, на твердость
Стальные закаленные направляющие Чугунныелалравляющие
HRC, 56 58 60 170 - 180 200 - 210 230
0.67 0,8 1,0 0,75 1,0 1,2
Рис. 1.5.29. Шариковые направляющие с полукруглым профилем
144
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
1.5.25. Комбинированные направляющие качения - скольжения
Вид направляющих
Конструкции
Характеристика
Область
применения
Г оризонтальные,
вертикальные и
наклонные с
основными и
вспомогательны-
ми гранями
скольжения,
боковыми гра-
нями качения*
Горизонтальные
с вертикальными
основными и
вспомогательны-
ми транями
скольжения и
горизонтальны-
ми боковыми
гранями качения
Устраняют
влияние зазоров
на положение
узлов; вес узла
воспринимается
гранями сколь-
жения; характе-
ристики трения
в целом опреде-
ляются этими
гранями
Устраняют
влияние зазо-
ров на поло-
жение узлов;
вес узлов вос-
принимается в
основном гра-
нями качения;
по характери-
стикам трения
и точности
положения
узлов прибли-
жаются к на-
правляющим
качения
Для столов, суп-
портов и бабок
расточных, то-
карных, бескон-
сольно-
фрезерных, ка-
русельных, про-
дольно-
обрабатывающих
станков
Для бабок и
суппортов рас-
точных, токар-
ных, карусель-
ных, бескон-
сольно-
фрезерных, про-
дольно-
обрабатывающих
станков
С основными
гранями каче-
ния, боковыми и
вспомогательны-
ми гранями
скольжения
С основными
горизонтальны-
ми гранями
скольжения,
дополненными
подпружиненны-
ми роликовыми
опорами, ос-
тальные грани
скольжения
По характери-
стикам трения
приближаются
к направляю-
щим качения,
но влияние
зазоров на
положение
узлов не уст-
ранено
Роликовые
опоры воспри-
нимают частично
вес узла. Харак-
теристика зрения
и износостой-
кость по сравне-
нию с направ-
ляющими сколь-
жения улучшены;
зазоры в боковых
гранях не устра-
нены; повышен-
ное демпфирова-
ние в сравнении
с предыдущей
конструкцией
Для тяжелых пе-
ремещающихся
узлов
КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ НАПРАВЛЯЮЩИХ
145
Продолжение табл. 1.5.25
Вид направляющих
Конструкции
Характеристика
Область
применения
С роликовыми
опорами на бо-
ковых и вспо-
могательных
гранях в сочета-
нии с основ-
ными гранями
скольжения
Устранены
зазоры в ос-
новных на-
правляющих и
тем самым
повышена точ-
ность положе-
ния узла под
нагрузкой; по
характеристи-
кам трения
приближаются
к направляю-
щим качения.
Жесткость
пружин выби-
рается на ос-
нове расчетов
и должна быть
сравнительно
небольшой во
избежание
чрезмерного
сопротивления
движению
Для вертикаль-
ных суппортов
продольно-
обрабатывающих
и карусельных
станков
* Грани направляющих: I - основные - лежащие в основной плоскости; II - боковые -
перпендикулярные основным; III - вспомогательные - участвующие в восприятии моментов,
параллельные основным.
качения оно ниже в 10 раз. Жесткость комби-
нированных направляющих, как правило, вы-
ше, чем скольжения в 1,5 - 5 раза (в зависи-
мости от соотношения нагрузок). Коэффици-
ент демпфирования колебаний для комбини-
рованных направляющих составляет 0,22 - 0,3,
для направляющих качения с роликовыми
опорами - 0,13 - 0,16, для скольжения - 0,3 -
0,6 [23].
Расчет комбинированных направляющих
проводят теми же методами и по тем же кри-
териям, что и направляющих качения и
скольжения: сначала из условий равновесия
определяют нагрузки на отдельные грани,
сравнивают их с допускаемыми нагрузками,
определяют жесткость и суммарные силы тре-
ния.
Гидростатические направляющие. Гидро-
статическими называются направляющие, в
которых подачей масла под давлением между
скользящими поверхностями обеспечивается
масляный слой. Толщина масляного слоя со-
ставляет 10 - 50 мкм, в отдельных случаях до
100 мкм. Масло под давлением подается в
карманы на направляющих, глубина которых
составляет обычно 1-4 мм. По длине направ-
ляющих выполняют несколько каналов, разде-
ленных дренажными канавками. Гидростати-
ческие направляющие бывают незамкнутыми
(без планок) и замкнутыми, в которых масло
подается как на основные грани, так и на
вспомогательные (планки). Первые применяют
обычно, если нормальная сила велика и при-
близительно постоянна (например, при боль-
шой массе подвижного узла). Вторые воспри-
нимают опрокидывающие моменты, имеют
значительно более высокую жесткость, но тре-
буют тщательного изготовления. Формы на-
правляющих и карманов приведены на
рис. ,1.5.30 [5, 39].
По виду питания различают системы на-
сос-карман, дроссельные и с использованием
регуляторов. В первых в каждый карман под-
водится постоянное количество масла от от-
дельного насоса или от многопоточных насо-
сов. Во вторых один насос подает масло черех
дросселей к каждому карману; при этом дав-
ление в насосе всегда больше, чем в карманах.
Дроссельная система применяется в направ-
ляющих, где нагрузка меняется до двух раз;
систему питания насос-карман используют
при отношении максимальной нагрузки к
&
Рис. 1.5.30. Основные конструкции гидростатических направляющих поступательного перемещения и карманов
Глава 15 ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ НАПРАВЛЯЮЩИХ
147
Рас. 1.5.31. Гвдросптвческве опоры с регулятором [39]:
а - плунжерным; б - мембранным; в - автоматическим;
1 - датчик; 2 - усилитель; 3 - задатчик, 4 - сравнивающее устройство; 5 - регулятор
минимальной, равной 3-4, при больших оп-
рокидывающих моментах. В тяжелых и уни-
кальных станках для обеспечения высокой
несущей способности применяют комбиниро-
ванные системы питания (насос-карман и
дроссельную), в которых масло подается в
карманы через дроссели, а в зависимости от
нагрузки в работу включается один, два или
три насоса.
Наиболее совершенными, но более
сложными, являются системы питания с регу-
ляторами. Сопротивление каждого регулятора
изменяется в зависимости от нагрузки; при
этом обеспечивается распределение расхода на
карман и повышение жесткости масляного
слоя. Применение регуляторов в разомкнутых
направляющих позволяет уменьшить колеба-
ние толщины масляного слоя и соответственно
жесткости при изменении нагрузки. Для них
наибольшее распространение получили регуля-
торы с обратной связью по давлению или рас-
ходу (рис. 1.5.31, а, б). Более сложными явля-
ются регуляторы с непосредственным измене-
нием толщины щели, многопоточные регуля-
торы или регуляторы расхода на принципах
системы автоматического регулирования (рис.
1.5.31, в) [39]
Гидростатические направляющие чувст-
вительны к деформациям и погрешностям
изготовления и монтажа. Суммарная величина
погрешностей изготовления и упругих дефор-
маций сопряженных деталей не должна пре-
вышать примерно одной трети минимальной
расчетной толщины щели. В тяжелых станках
большое внимание должно быть уделено по-
вышению жесткости сопряженных корпусных
деталей и снижению местных деформаций
направляющих [5].
Основными характеристиками гидроста-
тических направляющих являются несущая
способность и жесткость. Несущая способ-
ность масляного слоя зависит от давления в
кармане, размера рабочей площади и эффек-
тивности использования формы карманов.
Жесткость незамкнутых направляющих в ре-
зультате повышения давления в карманах мо-
жет быть доведена до необходимой величины.
Жесткость опор с дроссельным регулировани-
ем ниже, чем при системе питания насос-
карман; в первом случае она не зависит от
вязкости масла и его температурных измене-
ний, во втором - с изменением вязкости меня-
ется величина зазора в опоре и соответственно
жесткость.
Аэростатические направляющие. Плоские
аэростатические направляющие состоят из
нескольких секций, разделенных дренажными
канавками. В рабочий зазор воздух подается
через щель или ряд отверстий, снабженных
дросселирующими устройствами (рис. 1.5.32).
В раде конструкций отверстия соединяют
микроканавкой, вырвнивающей давление и
повышающей жесткость и несущую способ-
ность слоя. Микроканавки обычно имеют тре-
угольное сечение. При ширине направляющей
более 40 - 50 мм выполняют две питающие
щели или два рада отверстий, либо широкую
канавку или две канавки, соединенные попе-
речными перемычками, проходящими через
отверстия. Двухрядные направляющие или
направляющие с широкой канавкой обладают
большей жесткостью и несущей способностью,
но имеют склонность к неустойчивости типа
"пневмомолотка". Систему поддува выполняют
обычно в подвижном звене (каретке). Дроссе-
ли выполняют в виде пробки диаметром 4 -
6 мм с малым дросселирующим отверстием с
карманом. Используются также пробки из
пористого материала, где поры работают как
множество капилляров. Величина рабочего
зазора составляет 10 - 20 мкм, давление подду-
ва 0,2 - 0,5 МПа [29].
Основные характеристики аэростатиче-
ских направляющих - нагрузочная способность
Рве. 1.5.32. Основные конструкции аэростатических
направляющих поступательного перемещения:
о - в - с поддувом через щели; г - и - с поддувом
через отверстия; а, г, ж - однорядные;
б,д,з- двухрядные; в, е - с карманами;
и - с канавками, соединенными перемычками;
1 ~ подвижное звено (каретка);
2 - неподвижное звено (станина)
(подъемная сила) и жесткость зависят от сис-
темы и давления поддува, типа дросселей,
размеров опорных элементов. На практике
обычно задают значение зазора из условия
приемлемой точности изготовления и опреде-
ляют диаметр отверстий поддува, при котором
кесткость максимальна. В ряде случаев опре-
(еляют оптимальную величину зазора при
фиксированном диаметре отверстий. Сечение
анавки определяют из условия устойчивости
т пневмомолотка. Если задана масса подвиж-
ого узла, то по нему находят площадь опоры
ли число опорных элементов, при которых
беспечивается максимум жесткости.
1.5.5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПРИВОДОВ
ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ
Назначение. Приводы главного
движения металлорежущих станков служат для
обеспечения относительного перемещения
заготовки и режущего инструмента, при кото-
ром инструмент производит резание металла.
Главные движения могут быть как вращатель-
ными (вращение заготовки в станках токарной
группы или инструмента во фрезерных, мно-
гоцелевых, шлифовальных станках), так и воз-
вратно-поступательными (перемещение заго-
товки в строгальных, долбежных, протяжных
станках).
В общем случае приводы главного дви-
жения выполняют следующие основные функ-
ции: передача мощности (крутящего момента);
регулирование скорости; понижение или по-
вышение скорости (от двигателя к рабочему
органу); включение, выключение, торможение,
реверсирование.
Виды приводов. В металлоре-
жущих станках преимущественно применяют
электромеханические приводы главного дви-
жения, у которых электрическая часть (элект-
ропривод) состоит из электродвигателя пере-
менного или постоянного тока и преобразую-
щих и управляющих устройств, а механическая
- из отдельных передач (зубчатых, червячных,
ременных, фрикционных и др.), передаточных
механизмов (зубчатых редукторов, коробок
скоростей, кулисных и кулачковых механиз-
мов) и их комбинаций.
В станках с прямолинейным (возвратно-
поступательным) главным движением - стро-
гальных, долбежных, протяжных - наряду с
электромеханическими приводами используют
гидравлические привода. Гидропривод глав-
ного движения включает гидродвигатель (си-
ловой гидроцилиндр или гидромотор) с ис-
точником энергии - насосом и управляющими
устройствами и передачу (устройство, меха-
низм) от гидродвигателя к рабочему органу
(см. гл. 1.6).
Требования к приво-
дам. К приводам главного движения стан-
ков предъявляется ряд требований - общих и
специфических, связанных с назначением
станка конкретного типа:
соответствие основных характеристик
привода (максимальных скоростей перемеще-
ния, мощности, крутящего момента, характера
и диапазона регулирования скорости и т.д,)
технологическим требованиям, обеспечиваю-
щее обработку деталей заданной номенклатуры
с заданными производительностью, точностью
и параметрами шероховатости поверхности;
обеспечение заданных конструктивно-
технических требований по характеристикам
точности перемещений рабочего органа, уров-
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПРИВОДОВ ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ
149
ню автоматизации управления приводом,
удобству компановки;
достаточная надежность привода в экс-
плуатации (в том числе ограничение перегру-
зок при переходных процессах);
минимальные энергетические потери
(высокий кпд привода);
ограничение уровня шума допустимым
пределом;
широкое применение унифицированных,
типовых, стандартизованных, покупных узлов,
агрегатов и элементов главного привода;
рациональные габариты, материалоем-
кость, стоимость привода.
Виды и способы регу-
лирования. Регулирование скорости в
приводах осуществляется:
изменением частоты вращения (скорости
перемещения) двигателя;
изменением передаточного отношения
между двигателем и рабочим органом в при-
водном механизме.
Регулирование может осуществляться:
1) при постоянной предельной мощно-
сти во всем диапазоне скоростей;
2) при постоянном предельном моменте;
3) при комбинировании того и другого
вида регулирования.
По условиям оптимального процесса об-
работки деталей для подавляющего большин-
ства станков требуется регулирование скорости
главного движения при приблизительно по-
стоянной мощности в диапазоне, определяе-
мом диапазонами изменения скоростей реза-
ния и размеров детали (станки токарной труп-
пы) или инструмента (фрезерные, сверлильные
и т.п.). В станках с универсальным характером
работ постоянная мощность требуется в сред-
ней части диапазона скоростей шпинделя
(наибольшая мощность резания) и в верхней
части диапазона (скоростные режимы с наи-
большими потерями мощности в механизме),
а в нижней части диапазона (вспомогательные
операции) уровень используемой мощности
невысокий. Поэтому для таких станков при-
меняют приводы с комбинированным регули-
рованием: в нижней части диапазона - с по-
стоянным предельным моментом, а в осталь-
ной части - с постоянной предельной мощно-
стью.
Требуемые диапазоны регулирования на
шпинделе:
Лип,р до 250 - для станков универсаль-
ных с широкой номенклатурой деталей, обра-
батываемых в единичном и мелкосерийном
производстве (токарных, карусельных, расточ-
ных, фрезерных и других) общий диапазон
регулирования Лпп.р до 25 - 40 для станков с
постоянной мощностью;
Лип.р до 15 - 20 - для станков универ-
сальных - легких (до 1 т ) и средних (до 10 т),
предназначенных для мелко- и среднесерий-
ного производства;
Д1тр до 8 - 12 - для станков специали-
зированных, предназначенных для крупносе-
рийного производства;
Дппр = 2 - 6 - для быстроходных стан-
ков, оснащенных инструментом для скорост-
ного резания (минералокерамика, композит и
т.п.) с Vp^ > 400 м/мин (токарные, револьвер-
ные, фрезерные), с Vp^ > 60 м/с (шлифо-
вальные), выпускаемых для эксплуатации в
крупносерийном и массовом производстве
(полуавтоматы и автоматы разных групп).
Для большинства станков при работе в
нижней и средней части диапазона скоростей
шпинделя требуется снижение частоты враще-
ния и увеличение крутяших моментов (срав-
нительно о значениями полученными на валу
электродвигателя) до 3 - 10 раз в станках не-
большого и среднего размера и до 80 - 100 раз
в тяжелых станках.
. Нужные значения диапазона Лпп.р и ре-
дукции скорости получают:
1) сочетанием односкоростного нерегу-
лируемого (или многоскоростного) асинхрон-
ного электродвигателя переменного тока со
ступенчато регулируемым механизмом
(коробкой скоростей, редуктором, набором
сменных зубчатых колес или шкивов и т.п.);
2) соединением бессгупенчато регули-
руемого электродвигателя с упрощенным сту-
пенчато регулируемым механизмом (переклю-
чаемыми передачами, редуктором и т.п.).
Типовые схемы построения привода
главного вращательного движения металлоре-
жущих станков представлены в табл. 1.5.26.
В большинстве станков без числового
управления, за исключением тяжелых, широко
применяют приводы с асинхронными нерегу-
лируемыми электродвигателями и ступенчато
регулируемыми передаточными механизмами -
зубчатыми многоскоростными коробками ско-
ростей (табл. 1.5.26, схемы 7-5).
В станках с ЧПУ, большинстве тяжелых
и быстроходных станков, станках с коротким
циклом обработки при больших моментах
инерции и станках, предназначенных для тор-
цового точения, применяют приводы главного
движения с регулируемыми электроприводами
постоянного и переменного тока.
Наибольшее распространение получили
приводы с двухзонным регулированием скоро-
сти двигателя в сочетании с двух- четырехсту-
пенчатой коробкой скоростей (схемы 6-9).
Перспективным для легких и средних станков
можно считать построение главного привода
по схемам 8 - 10 с использованием частотно-
регулируемых асинхронных электродвигателей,
обладающих высокой надежностью, малыми
потерями, простотой обслуживания.
150
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
1.5.26. Типовые схемы пост роения приводя главного вращательного движения
№ схе- мы Схема Узлы регулиро- вания скорости* Электропривод передаточный механизм Характеристика привода Область применения
1 2 (м S •л- НЦь ШБ ШБ {] 0 М ШБ Достоинства ступен- чато регулируемых приводов: неболь- шая стоимость, вы- сокая надежность, простота обслужива- ния, жесткость ха- рактеристики, не- большие габариты электродвигателя, возможность полу- чения постоянства мощности во всем диапазоне скоростей шпинделя Недостатки: потеря производительности (из-за ступенчатого ряда частот враще- ния шпинделя), сложность кинема- тики, ухудшающиеся шумовые и энерге- тические характери- стики, сравнительно большие динамиче- ские нагрузки и время переходных процессов в диапа- зоне высоких частот вращения, слож- ность автоматизации переключения ско- ростей В станках то- карных, фре- зерных, свер- лильных, зубо- резных и дру- гих
3 (мд} -|аКС[~ I } ШБ {] М В станках то- карных, фре- зерных, свер- лильных (в том числе в стан- ках с ЧПУ)
4 (мд_ н|акс 14 ШБ {] АКС, ШБ
5 (м} д] в — ШБ 0 М В, ШБ В легких то- карных станках
6 - ШБ РМ ШБ Достоинства приво- дов с бесступенча- тым регулированием: получение опти- мальных по скоро- сти режимов реза- ния, плавное изме- нение скорости во время работы, удоб- ство автоматизации управления, упро- щение кинематики и конструкции при- водного механизма, улучшающие его шумовые, энергети- ческие и динамиче- ские характеристики В тяжелых станках с элек- тродвигателем постоянного тока; в станках с ЧПУ - рас- точных, фре- зерных, кару- сельных, свер- лильно- фрезерно- расточных
7 Л - ШБ к {] В станках с ЧПУ - токар- ных, фрезер- ных, сверлиль- но-расточных
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПРИВОДОВ ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ
151
Продолжение табл. 1.5.26
№ схе- мы С хема Узлы регулиро- вания скорости* Электропривод передаточный механизм Характеристика привода Область применения
8 fl - ш {] РМ АР Недостатки: сравни- тельно высокие стоимость и габари- ты электропривода, ограничение: диапа- зона регулирования с постоянной мощ- ностью электропри- вода (обычно до 3 - 4, при специальном исполнении до 5 - 8), максимальной частоты вращения (в случае двигателя постоянного тока), мощности привода (в случае частотно- регулируемого дви- гателя. переменного тока) Дополнительные преимущества регу- лируемых приводов типа "мотор-редук- тор", "мотор-шпин- дель” и "электро- шпиндель": ком- пактность, высокий КПД, снижение трудоемкости изго- товления и сборки станка В токарных станках с ЧПУ легких и сред- них
Л{а pjO
9 н jpf 1-
1 Н-Щ {]
10 Й.Ш G РМ-Р
(рм) Р 4
11 fl Н_ш -0 РМ ПР В токарных и револьверных автоматах для крупносерий- ного и массо- вого производ- ства
12 (рм)н ijfl РМ-Ш В быстроход- ных станках токарных, консольно- фрезерных, сверлильных, шлифовальных
* Приняты следующие буквенные обозначения узлов привода, обеспечивающих регули-
рование скорости:
М - нерегулируемый асинхронный электродвигатель переменного тока (одно- или мно-
госкоростной);
РМ - регулируемый (бесступенчато) электропривод с двигателем переменного или по-
стоянного тока;
В - механический вариатор (фрикционный, цепной, зубчатый);
ШБ - шпиндельная бабка с встроенной коробкой скоростей и шпиндельным узлом;
Ш - шпиндельная бабка с шпиндельным узлом;
АКС - автоматическая коробка скоростей с переключением зубчатых передач электро-
магнитными муфтами;
АР - автономный редуктор с автоматическим переключением скоростей гидравлическим
устройством;
РМ-Р - электромеханический узел "мотор-редуктор";
ПР - переключаемая двух-, трехступенчатая ременная передача;
РМ-Ш - электромеханический узел "мотор-шпиндель” или "элекгрошпиндель".
152
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
Одной из тенденций развития приводов
станков является создание интегрированных
электромеханических узлов, объединяющих в
едином конструктиве элементы регулируемого
электродвигателя и приводного механизма. В
электромеханическом узле "мотор-редуктор" в
качестве мотора применяют регулируемый
электродвигатель переменного или постоян-
ного тока, а пристроенный к нему механизм
выполняют в виде двухступенчатого зубчатого
или планетарного редуктора с двумя переда-
точными отношениями (1 : 1 и 1 : 4 или 1 : 3,17)
и автоматическим переключением ступеней.
Такой привод позволяет обеспечить диапазон
регулирования с постоянной мощностью на
шпинделе до 16 - 20. В станках быстроходных
с небольшими крутящими моментами на
шпинделе (токарных, консольно-фрезерных и
др.) получают развитие безредукгорные приво-
ды с электромеханизмами типа "мотор-
шпиндель", в которых на шпиндель насажен
ротор регулируемого электродвигателя пере-
менного тока (схема 12). По такой же схеме
выполняют привод с высокоскоростным час-
тотно-регулируемым асинхронным двигателем-
электрошпиндель, применяемый для обработ-
ки легких сплавов, сотовых конструкций, пе-
чатных плат в фрезерных и сверлильных быст-
роходных станках с Нщцщах 5 (9000 + 10 000)
мин'1, а также для некоторых типов шлифо-
вальных станков (подробнее об электромеха-
нических узлах см. гл. 1.7).
По компоновке приводы глав-
ного движения подразделяют на встроенные
(с механизмом передач, встроенным в шпин-
дельную бабку, схемы 1 - 7) и разделенные (в
которых коробка скоростей и шпиндельная
бабка являются отдельными узлами, соединен-
ными ременной передачей). В разделенном
приводе в шпиндельной бабке размещен толь-
ко шпиндельный узел (схемы 8-11) или,
иногда, зубчатый перебор. При выборе ком-
поновки руководствуются соображениями
удобства размещения узлов в пространстве,
требованиями параметров шероховатости по-
верхности изделия и точности положения
шпиндельного узла, уменьшения влияния на
него источников тепловыделения и колебаний,
ограничениями в передаче требуемых значе-
ний мощности, крутящих моментов и скоро-
сти вращения, стремлением максимдльно ис-
пользовать унифицированные покупные узлы.
Область применения коро-
бок скоростей с переключающими электро-
магнитными муфтами - передача мощности до
50 кВт; зубчатых приводов с переключением
ступеней передвижением зубчатых колес - без
ограничения передаваемой мощности; приво-
дов с ременной передачей на шпиндель: кли-
новой, поликлиновой - до -50-60 кВт; зубчато-
ременной до 200 кВт. Предельные скорости
ремней в главном приводе станков: клино-
вых - 25 м/с, поликлиновых и узких клиновых -
30 - 90 м/с, зубчатых - 40 - 45 м/с, плоских -
30 - 35 м/с (при особой конструкции и техно-
логии изготовления до 80 м/с) [41J.
Особенности проектирования и расчета
привода главного движения станков. Алго-
ритм проектирования главного
привода металлорежущих станков включает
следующие процедуры:
предварительный анализ исходных тех-
нологических данных по обработке заданной
совокупности деталей и технических требова-
ний к станку и определение технических ха-
рактеристик - номинальной мощности Риом,
значений Лщп.тш. Яцш.тах диапазонов регули-
рования скорости и других, необходимых для
кинематического синтеза и проектировочных
силовых расчетов;
выбор схемы построения привода (табл.
1.5.26), обеспечивающей основные техниче-
ские требования и характеристики;
выбор приводного электродвигателя по
номинальной мощности и схеме построения
привода;
синтез кинематики привода на основе
выбранной схемы построения, определяющий
кинематическую схему механизма;
проектировочный силовой расчет при-
водного механизма и эскизное проектирова-
ние;
разработка рабочего проекта и проведе-
ние комплекса поверочных расчетов.
Особенности конструкции приводов
главного движения станков различных групп и
типов конкретно рассмотрены в гл. 1.12 - 1.19.
Определение мощности
электродвигателя . Мощность при-
водного электродвигателя расходуется на по-
лезную работу в процессе резания и на раз-
личного рода потери в приводе. Определение
номинальной мощности двигателя осуществ-
ляют на практике разными методами прибли-
женно или более точно и надежно. Прибли-
женный способ - по наиболее тяжелому режи-
му, допускаемому режущим инструментом,
или по станку-аналогу, применяется в основ-
ном для универсальных станков различных
типов и ведет, как правило, к завышению
мощности, габаритов и стоимости привода и
станка в целом. Более точный метод определе-
ния на основе полной картины нагружения -
распределения (гистограммы, нагрузочного
графика) мощности резания Рдф и крутящего
момента Мдф, учета характера и длительности
циклов обработки изделий, возникающих ди-
намических нагрузок используется и для уни
версальных, и для специальных, специализи-
рованных, агрегатных станков.
Значения Р-,ф и Мдф подсчитывают по
эмпирическим формулам (34 и др.] для всех
технологических переходов процесса обработ-
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПРИВОДОВ ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ
153
ки деталей-представителей (универсальные
станки) или конкретных деталей, предназна-
ченных для обработки на данном станке
(специальные и специализированные станки),
а затем пересчитывают для вала электродвига-
теля с учетом потерь в механизме, кинемати-
ческих соотношений и характеристик регули-
рования. Для полученных распределений оп-
ределяются характеристики, необходимые при
выборе мощности и крутящего момента элек-
тродвигателя - эквивалентные (среднеквад-
ратичные) Рэкв и Мэкв и максимальные (ра-
бочие и пусковые) значения Рщах> ^пшх и
Мп.
Выбор мощности Рпот на основе распре-
деления нагрузки на валу приводного электро-
двигателя проводится по техническим крите-
риям - предельно допустимому нагреву и пе-
регрузкам и технико-экономическому крите-
рию - наибольшей производительности или
наименьшим приведенным затратам. Техниче-
ские критерии для всех случаев берутся одни и
те же. При определении мощности двигателя
для станков специальных, специализирован-
ных, а также некоторой части универсальных,
используется критерий максимальной произ-
водительности в виде условия обеспечения
наибольшей мощности рабочего режима. Вы-
бор Рпот электродвигателя осуществляется по
расчетному значению мощности Ррасч, причем
Ррасч = Рэкв, если Рщах/-^п Рэкв, и Ррасч ~
= Ртах/-^чг, если Ртах/^п > Рэкв* Здесь -
коэффициент нагрузочной способности двига-
теля по мощности: отношение номинальных
значений мощности при длительном непре-
рывном режиме работы и при тридцати
(пятнадцати) минутном режиме (обычно Кп =
= 1,3 -г 1,4 для регулируемых электродвигате-
лей и Кп = 1,5 + 1,6 для нерегулируемых
асинхронных двигателей). Для станков с
большими пусковыми нагрузками проводится
дополнительная проверка двигателя , по этому
критерию.
Для проверки правильности выбора
электродвигателя на последующих стадиях
проектирования рекомендуется провести со-
поставление диаграмм максимальных значений
мощности (крутящих моментов) на шпинделе,
соответствующих технологическим требовани-
ям обработки (на различных Лщп, инструмен-
тами из разных материалов), с учетом пер-
спективных режимов резания и располагаемых
приводом (характеристики регулирования вы-
бранного двигателя при полной нагрузке, при-
веденные к шпинделю, рис. 1.5.33).
Для универсальных станков целесообраз-
но определять оптимальную мощность, соот-
ветствующую минимуму приведенных затрат
(на изготовление и эксплуатацию), если извес-
тен весь набор конкретных экономических
Рас. 1.5.33. Диаграммы мощности на шпинделе
токарного станка, требуемой для обработки деталей
диаметром 50 - 200 мм (/ - 4) и располагаемой
главным приводом (5, 6). Материал инструмента:
1 - твердый сплав; 2 - твердый сплав с покрытием;
3 - минералокерамика; 4 - обработка с
перспективными режимами
данных, входящих в функцию затрат, связан-
ных с мощностью привода. На практике из-за
упрощенного подхода к анализу исходных
технологических данных и потерь мощности,
отсутствию оценок оптимальности часто отме-
чается завышение мощности двигателя по
крайней мере на одну ступень или габарит
[34].
Потери мощности и
КПД механической части привода и элек-
тропривода необходимо знать для определения
обеспечиваемой станком мощности резания,
правильного выбора типа привода и мощности
электродвигателя, уточнения расчетных нагру-
зок для силовых расчетов, оценки расхода и
потерь электроэнергии.
В приводах современного автоматизиро-
ванного оборудования при определении по-
терь учитывают влияние регулирования скоро-
сти и изменения уровня нагрузки, новые типы
конструктивных элементов - ременных пере-
дач, шпиндельных опор, новые виды смазоч-
ных материалов, влияние температуры смазки
и т.п. [37].
Потери мощности в механической части
привода:
арм₽ — дРхх АРН₽,
где ДРИ - мощность холостого хода; ДРнр - на-
грузочные потери при заданной величине Р на-
грузки (в долях номинальной мощности Рном)*
КПД по мощности для механической части при-
вода для приводов с нерегулируемым асинхрон-
ным двигателем или с регулируемым двигателем
в зоне с постоянной предельной мощностью
Пм₽ = (РРном-АРм?) / РРном! Для приводов с
154
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
регулируемым двигателем в зоне с постоянным
моментом
ПмР/= (РРhomY " АРмр)/(РРhomY)>
Y ~ пд&.1 / Лданом> ЛдвЛ и Лдв.ном ~ текущая и
номинальная частоты вращения электродвига-
теля.
Величина потерь в механической части
зависит от типа и сложности кинематической
схемы и схемы построения привода, смазки,
вида вращающихся (перемещающихся) эле-
ментов и их параметров, величины и
/*эф/. Для приближенной оценки потерь мощ-
ности холостого хода пользуются зависимо-
стью типа ДР„ = с^в(лда / + лиш./)Рцом- или,
в случае соединения двигателя и шпинделя
напрямую, ДРИ = слшп /РН0М [43], где с - ко-
эффициент, отражающий специфику конкрет-
ной схемы построения привода (в первую
очередь тип соединения двигателя, шпиндель-
ной бабки, редуктора между собой) мин/об;
- общее число валов (без учета вала двига-
теля) в данной кинематической цепи; и
лшп./ соответствующие друг другу значения
частот вращения двигателя и шпинделя (в
мин); Рном - номинальная мощность электро-
двигателя, кВт. В табл. 1.5.27 приведены реко-
мендуемые значения коэффициента с при
различных схемах построения привода глав-
ного движения.
Для уменьшения потерь холостого хода и
общих потерь в механической части привода
выбирают схемы с короткими кинематически-
ми цепями, применяют регулируемый элек-
тродвигатель с упрощенным передаточным
механизмом, сложенные кинематические
структуры, используют для опор скоростных
валов подшипники с малым трением и систе-
мы минимальной смазки.
В приводах с регулируемыми электро-
двигателями и короткими кинематическими
цепями (табл. 1.5.26, схемы 6-12) КПД по
мощности механической части составляет при
полной нагрузке т)м » 0,9 95 на расчетной
частоте вращения Лщп.р и Т)м = 0,7 + 0,8 на
Лшп max (^шп.пгах 4000 мин 1). В приводах с
асинхронным нерегулируемым двигателем и
многоступенчатыми механизмами (схемы 1 -
5) Т]м = 0,75 0,85 (при Лщп.р) и Т)м = 0,6 т
0,75 (при Ишплиах).
Потери мощности электрической части
привода определяются суммой потерь в элек-
тродвигателе и преобразователе. Значения
КПД для асинхронных (нерегулируемых) дви-
гателей приводятся в каталогах при Р = 1 и
частичных нагрузках Р' = 0,25; 0,5; 0,75.
С учетом потерь в электроприводе об-
щий КПД по мощности главного привода с
регулируемым двигателем (схемы 6-12) со-
ставляет при. полной нагрузке г)о =• ПмПэл ю
» 0,7 -г 0,8 на Лцщ р и 1)о = 0,5 -г 0,7 на
Лщп.тах- В приводе с нерегулируемым элек-
тродвигателем и развитым многоступенчатым
механизмом (схемы 1 - 5) т]о = 0,65 0,75
на ^шп.р и По = + 0,7 на При-
1.5.27. Значения коэффициента С
Тип соединения компонентов приводаглавного движения № типовой схемы (табл. 1.5.26) с, мин/об
Соединение двигателя и шпинделя напрямую (в том числе мотор- шпиндель) 12 3,5 • IO 5
Соединение двигателя и шпинделя ременной передачей 11 2,5 • IO 5
Соединение ременной передачей: а) двигателя и коробки скоростей б) двух коробок (при разделенном приводе) в) коробки и шпинделя 2, 4 7, 8, 10 1,25 • IO 5
Соединение двумя ременными передачами двигателя и коробки, коробки и шпинделя (шпиндельной бабки) 3,9 1,6 • 10'5
Соединение двигателя и шпиндельной бабки (коробки скоростей без ременных передач) 1, 5. 6 1,0 • IO 5
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПРИВОДОВ ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ
155
воды с упрощенной механической частью, но
более сложным электроприводом в отношении
общего КПД и суммарных энергетических
потерь примерно равнозначны приводам с
простым односкоростным электродвигателем и
многовальной многоступенчатой коробкой
скоростей или редуктором. В качестве приме-
ра, подтверждающего этот вывод, на рис,
1.5.34 показаны сравнительные данные по
потерям мощности - в механической части Рм
и общие (с учетом электропривода) Ре для
двух исполнений привода главного движения
токарного станка [38] (Рном = 30 кВт, Лщп = 634-
2500 мин*1, /111Ш р=200 мин*1): а) с асинхронным
односкоростным двигателем, автоматической
коробкой передач на двенадцать- ступеней ско-
ростей и двухступенчатой шпиндельной баб-
кой (схема 3); б) с регулируемым электродви-
гателем постоянного тока и аналогичной
шпиндельной бабкой (схема 7). Все соедине-
ния между упомянутыми узлами осуществлены
с помощью поликлиновых ременных передач.
КПД по электроэнергии Привода (отно-
шение расхода электроэнергии на работу, со-
вершаемую на выходе привода станка, к рас-
ходу электроэнергии на работу, совершаемую
на входе привода, при заданных режимах на-
гружения и времени работы), определенное с
учетом типовых переменных режимов работы
главного привода, составляет: для механиче-
ской части (по схемам 6-12) т]эм = * 0»9;
0,6 -г 0,7 (по схемам 1 - 5). Общий Т]эо = 0»5 -5-
0,75 (схемы 6 - 12), Т]эо = 0Д5 * 0,65 (схемы 1 -
5).
Синтез кинематики вклю-
чает выбор подходящих вариантов схем по-
строения привода, разбиение диапазона регу-
лирования и общего-.передаточного числа и
между электроприводом и соответствующими
узлами механической части, расчет вариантов
структурных сеток, построение графиков час-
тот вращения и кинематической схемы меха-
низма.
В приводе с регулируемым электродвига-
телем разделение общего диапазона между
двигателем и механической частью стремятся
осуществить таким образом, чтобы обеспечить
необходимое перекрытие соседних поддиапа-
зонов частот вращения шпинделя или неболь-
шой разрыв между ними (если это оправдано
характером технологического процесса). При
ступенчатом и комбинированном регулирова-
нии для синтеза кинематики используют зако-
номерности геометрического ряда ступеней
скорости. При расчете структурных сеток пе-
редаточные отношения зубчатых передач огра-
ничивают величиной редукции 4 и повышения
2. Кинематические структуры применяют двух
видов - множительные (с последовательно
соединенными группами передач между со-
седними валами) и сложенные (с пропуском
ряда валов при реализации некоторых ступе-
ней скоростей). Множительные структуры
обычно приводят к длинной многоваловой
кинематической цепи, а сложенные позволяют
упростить конструкцию, уменьшить число
зубчатых колес, сократить габариты, металло-
емкость и стоимость привода. Сложенные
структуры способствуют уменьшению потерь
мощности на высоких скоростях, повышению
КПД и надежности, улучшению динамиче-
ского качества. При отборе подходящего тра-
фика частот вращения (варианты которых
представляют различные сочетания передаточ-
ных отношений, удовлетворяющие заданным
ограничениям) руководствуются в первую оче-
редь следующими критериями: длиной кине-
матических цепей привода, его габаритами и
трудоемкостью изготовления. Сокращение
длины и упрощение кинематических цепей
улучшает экономические показатели, повыша-
ет надежность привода и КПД, улучшает ди-
намические характеристики и уменьшает чис-
ло источников погрешностей. Габариты пере-
дач, влияющие на размеры и массу корпусных
деталей, существенно зависят от частоты вра-
щения валов лв, поскольку пъ обратно про-
порциональна диаметру вала в четвертой сте-
пени и модулю зубчатого колеса в кубе. Реко-
мендуют входной и первые промежуточные
валы проектировать достаточно быстроходны-
ми, наибольшую редукцию осуществлять в
передачах на шпиндель и предшпиндельной,
соблюдая, по возможности, принцип веерооб-
разного построения графика частот вращения.
Трудоемкость и сроки проектирования и изго-
товления привода значительно сокращаются
для тех вариантов кинематики, которые позво-
ляют компоновать привод (полностью или
частично) из покупных, унифицированных
узлов (модулей) - коробок передач, редукто-
ров, мотор-редукгоров, шпиндельных бабок и
т.п. Централизованное изготовление таких
узлов на специализированных производствах
обеспечивает более высокое качество и надеж-
ность привода, однако при непродуманной
унификации могут ухудшиться возможности
главного привода по обеспечению технологи-
ческих характеристик станка.
Основные методы уменьше-
ния динамических нагрузок и
колебаний, возникающих в главном при-
воде при переходных процессах и прерыви-
стом резании [8]:
оптимизация процессов разгона и тор-
можения на любой частоте вращения шпинде-
ля применением в главном приводе регули-
руемых электроприводов, позволяющих на-
стройку переходных процессов по требуемому
закону;
156
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
^ШП9 -МИН
Пшп, мин
а)
б)
Рис. 1.5.34. Потери мощности в приводе главного движения токарного станка при двух исполнениях:
а - с регулированием в механической части привода; б - с регулируемым электроприводом
подбор рациональных параметров конст-
рукции и кинематики привода, влияющих на
величину изгибно-крутильной жесткости и
собственных частот системы;
применение демпфирующих и предохра-
нительных элементов и устройств (ременные
передачи, муфты с упругими и упруго-
демпфирующими элементами, специальные
демпферы и динамические гасители колеба-
ний).
Значения динамических характеристик
при переходных процессах в приводах с регу-
лируемыми электродвигателями зависят от
кратности приведенного момента инерции
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПРИВОДОВ ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ
157
привода Yo (Лпах + /дв) / /цв (Лпах при-
веденный к валу двигателя момент инерции
вращающихся деталей механизма привода;
J№ - момент инерции вала двигателя) и уста-
новленного токоограничения в электроприводе
[36]. Время пуска Гп и торможения для та-
ких приводов зависит, кроме того, от типа
реверса электропривода и некоторых других
электротехнических характеристик.
Динамические характеристики при пуске
и торможении в приводах с нерегулируемым
асинхронным электродвигателем зависят от уо>
коэффициента Ка.пшх ^дв. max / ^дв. н
каталога электродвигателей), отношения низ-
шей собственной частоты привода к частоте
электросети Jg. При наличии в приводе авто-
матизированной коробки скоростей (передач)
АКС с электромагнитными муфтами динами-
ческий момент в механизме (и величина Kj)
определяется импульсом электромагнитной
муфты на входном валу и соотношением час-
тот вращения выходного и входного валов
коробки [36].
Ориентировочные значения динамиче-
ских характеристик приводов главного движе-
ния станков разных типов приведены в табл.
1.5.28.
При конструировании привода главного
движения станков с прерывистым характером
резания (фрезерных, зубофрезерных) установ-
кой маховика вблизи шпинделя и введением
упругой муфты (ременной передачи) в скоро-
стную цепь достигают снижения перегрузок
при переходных процессах и отстройки от
резонанса (fc « где/с - собственная часто-
та привода; fu - частота врезания ножей фре-
зы). При этом для избежания резонансных
явлений при работе станков в нижней части
диапазона частот вращения шпинделя со срав-
нительно невысокими значениями fu стремят-
ся выполнять условие fc » f„. увеличивают
жесткость валов, избегают повышающих пере-
дач в нижней части диапазона скоростей, рас-
полагают понижающие передачи в конце це-
пи- ближе к шпинделю. В приводах главного
движения расточных, фрезерных, зубофрезер-
ных, токарных и некоторых других станков
находят применение динамические гасители
колебаний и демпферы разных типов.
Расчеты привода глав-
ного движения со сформированной
кинематикой проводят: на прочность, нагру-
зочную способность и жесткость деталей меха-
низма, на крутильную жесткость механизма,
для определения энергетических и динамиче-
ских характеристик привода. Расчеты привода
подразделяют на проектировочные, служащие
для определения основных конструктивных
параметров деталей и механизма в целом, и
поверочные, позволяющие оценить работоспо-
собность спроектированного привода.
Особенностью силовых расчетов привода
главного движения является учет переменнос-
1.5.28. Динамические характеристики привода главного движения
Тип станка Тип привода № схемы по табл. 1.5.26 Динамические характеристики
Y0 Время пуска, тормо- жения, с Коэффициент динамической перегрузки Kjmax
^птах ^ттах
Токарные легкие и средние, револьверные, фрезерные, сверлильно- расточные, шлифоваль- ные и другие С регули- руемым электро- двигателем 7, 8, 9, 10, 11, 12 1,5-6 2 - 7 1,5-4 1,5-2
Токар но- карусельные, токарные тяжелые 6 10-15 15-30 10-20 1,5-2,5
Токарные, фрезерные, сверлильные, зуборез- ные и другие С Hepeiy- лируемым асинхрон- ным элек- тродвигате- лем 1, 2, 5 4-6 1-2 3-4 3-6
Токарные, фрезерные, сверлильные То же, и АКС 3, 4 10-15 2-6 2-6 2-3
158
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
ти режимов и характера нагружения деталей,
отражающий специфику нагружения металло-
режущих станков. Детали главного привода
рассчитывают на выносливость и проверяют
по условию прочности при действии макси-
мальных нагрузок (напряжений) статического
или ударного характера. Расчет на выносли-
вость ведется по расчетной номинальной на-
грузке, за которую принимают наибольшую
длительно действующую нагрузку рабочего
режима, и расчетному режиму нагружения [8].
Исходную расчетную нагрузку в станках об-
щего назначения с ручным управлением опре-
деляют на шпинделе по номинальной мощно-
сти Рит м и расчетной частоте вращения л,ппр
(начиная с которой станок работает с исполь-
зованием полной мощности (8, 35]). Выбор
расчетной нагрузки для современных автома-
тизированных станков с ЧПУ (и других) реко-
мендуют проводить исходя из технологических
требований к величине наибольшего крутя-
щего момента на шпинделе М„т тах. Ориен-
тировочные значения Мшп тах определяют по
зависимостям, учитывающим влияние задан-
ных конструктивных и технологических парамет-
ров (36]: Мшп.тах ~ Q C2D для станков токар-
ной группы; Мшп тах = для стан-
ков фрезерных, многоцелевых. Здесь Cj, С2,
Сф, Кф - коэффициенты, учитывающие, соот-
ветственно, силу резания в зависимости от
параметров резца, влияние типа передачи на
шпиндельную бабку на динамическую нагруз-
ку при резании, удельный Мкр при фрезеро-
вании, динамичность нагрузки при фрезерова-
нии; Z, Sz, z$ - параметры режимов фрезеро-
вания: глубина, подача, число зубьев; х - по-
казатель степени при максимальном диаметре
D обработки. Для определения в
уравнение подставляют значения коэффициен-
тов, соответствующие видам и режимам обра-
ботки с наибольшими рабочими нагрузками:
для станков токарной группы - точению леги-
рованных и углеродистых сталей твердосплав-
ными резцами (табл. 1.5.29), для станков фре-
зерных и многооперационных - фрезерование
сталей и серого чугуна торцовой твердосплав-
ной фрезой (табл. 1.5.30).
При расчете на прочность при макси-
мальной нагрузке величина расчетной нагруз-
ки выбирается по рекомендациям РТМг Н45-
1-80 и (35].
Расчетные режимы нагружения при рас-
чете деталей на выносливость учитываются
при определении допускаемых напряжений
(эквивалентного числа циклов нагружений)
или в форме коэффициента переменности
(долговечности) при расчетной нагрузке. Оп-
ределение расчетных режимов и соответст-
вующих коэффициентов проводится на основе
анализа фактических режимов нагружения или
использования типовых режимов нагрузок
[8, 35].
Расчет зубчатых колес проводится по
ГОСТ 21354-87 и РТМ2 Н45-1-80 - по крите-
риям изгибной и контактной выносливости,
прочности (при действии максимальной на-
грузки), глубинной контактной прочности (для
колес с поверхностно упрочненными зубьями).
Расчет конических зубчатых колес с круговым
зубом, по форме унифицированный с расче-
том цилиндрических цилиндрических зубчатых
колес, учитывает опытные данные и рекомен-
дации фирмы Глиссон. Расчет цилиндриче-
ских червячных передач с эвольвентными,
конволютными и архимедовыми червяками
ведут по критериям контактной и изгибной
1.5.29. Значения коэффициентов Cj, и х для определения Mmn Н м, при обтачивании
детален из легированных и углеродистых сталей твердосплавным инструментом
Станки № схемы (по табл. 1.5.26) Значение коэффициентов
С\, Н, при сечении резца (И х Ь), мм2 с2 X
16x16 20x16 20x20 25x20 25x25 32x25 32x32 40x32 40x40
Токар- ные 3, 8, 9, 10, 11 1, 2, 4, 7, 12 1250 1600 2000 2400 3000 3600 4350 5400 6500 0,85 1 1
Карусе- льные 6 20 000 1 1,5
Примечание. Значения Cj даны применительно к универсальным станкам с
ЧПУ. Для полуавтоматов и других станков, предназначенных для высокопроизводительной
обработки в более узких условиях, табличные значения Q рекомендуется увеличить на 20 - 25 %.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПРИВОДОВ ПОДАЧИ
159
1.5.30. Значения коэффициентов Сф н Кф для определения Мшп. п^, Нм, при фрезеровании
деталей из стали или чугуна торцовой твердосплавной фрезой
Станки № схемы (по табл. 1.5.26) Ма- териал заго- товки По- дача на зуб мм Значение коэффициентов
Сф, Нм/мм2, при предельном диаметре фрезы , мм Кф
100 125 160 200 250 300 400 500 600
фрезер- ные, сверли- льно- фрезер- но- расточ- ные, сверли- льно- фрезер- ные 1, 2, 3, 6, 7, 12 Сталь До 0,2 55 70 85 110 135 175 220 270 330 1,1- 1.4
Св. 0,25 40 50 65 80 100 125 160 200 240
Се- рый чугун До 0,5 22 28 35 44 55 70 88 110 132
Св. 0,55 20 24 30 38 48 60 75 95 114
выносливости и прочности (при действии
максимальной нагрузки) зубьев колеса. Ре-
менные передачи с клиновыми (нормального
сечения и узкими), поликлиновыми, плоско-
зубчатыми (с трапециевидным и полукруглым
зубом) и плоскими ремнями рассчитывают по
критериям тяговой способности и выносливо-
сти по ГОСТ 1284.3-80, ОСТ 38 05227-81 [6].
Валы редукторов и коробок скоростей (двух- и
многоопорных) рассчитывают на прочность и
жесткость - при необходимости с учетом по-
датливости опор. Расчет подшипников каче-
ния на статическую и динамическую грузо-
подъемность проводят с использованием спра-
вочников - каталогов подшипников [33]. Рас-
чет шпоночных и шлицевых соединений вал-
ступица проводят на смятие и, соответственно,
на смятие и износ (с учетом неравномерности
распределения нагрузки между шлицами, дав-
ления, влияния приработки) по ГОСТ
21425-75 [41]. Расчет муфт ведут по критериям
[41]: прочности сцепления и стойкости рабо-
чих поверхностей (фрикционные сцепные
муфты), прочности и ресурса кулачков
(кулачковые сцепные муфты), стойкости рези-
новых втулок и прочности пальцев (втулочно-
пальцевые упругие муфты), прочности на срез
штифта (предохранительные муфты с разру-
шающимся элементом).
При расчете крутильной жесткости меха-
низма на заданных частотах вращения шпин-
деля определяют баланс крутильных деформа-
ций, суммарный угол закручивания цепи при-
вода, относительное линейное смещение инст-
румента и изделия в зоне резания.
Расчет энергетических характеристик
привода позволяет уточнить КПД механиче-
ской части с учетом температуры смазки,
влияния регулирования скорости и перемен-
ных режимов нагружения [37], определить
расход электроэнергии в главном приводе,
включая потери в электроприводе и в механи-
ческой части.
Динамические расчеты привода главного
движения осуществляют для многомассовых
систем, включающих, как передаточный меха-
низм, так и электропривод (двигатель и систе-
ма регулирования частоты вращения). При
полном расчете учитывается влияние на коле-
бательные процессы в системе зазоров в сты-
ках моментов сил трения. Определяются ди-
намические перегрузки в элементах привода,
длительность пуска и торможения, перерегу-
лирование по скорости, величина падения
скорости под нагрузкой, амплитуды колебаний
нагрузок и скорости при действии периодиче-
ских возмущающих нагрузок, неравномерность
вращения шпинделя и т.п. [8]. Возможны уп-
рощенные динамические расчеты для опреде-
ления ориентировочных значений характери-
стик переходных процессов: времени пуска
(разгона) и торможения, наибольших динами-
ческих нагрузок - с помощью простых зависи-
мостей, полученных для типовых схем по-
строения привода (двух-, четырех массовых
систем) [36]. Вопросы автоматизации расчетов
приводов главного движения рассмотрены в
гл. 1.10.
1.5.6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПРИВОДОВ
ПОДАЧИ
Назначение и основные функции приводов
подачи станков. Привод подачи предназначен
для обеспечения относительных перемещений
заготовки и инструмента в режиме формообра-
зования (контурная обработка) либо в режиме
установочных перемещений (позиционирова-
ние).
Используются независимо работающие
приводы (по одной или нескольким координа-
160
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
Рис. 1.5.35. Схема следящего электропривода подачи:
Р - регулятор; РП - регулируемый электропривод; ВД - вал двигателя; ш - угловая скорость вала двигателя;
<Рзад, <рф - заданный и фактический углы поворота вала двигателя; Д - рассогласование; К& - коэффициент
преобразования; U - напряжение, пропорциональное величине рассогласования Д; - передаточная функ-
ция регулируемого привода; р - оператор дифференцирования
там) либо несколько одновременно работаю-
щих приводов с взаимосвязанными парамет-
рами движения. Назначение одного независи-
мо работающего привода подачи - обеспечить
перемещения своего исполнительного органа
(ИО), несущего заготовку или инструмент, по
обусловленной направляющими траектории
(как правило, прямолинейной или круговой) в
режиме, параметры которого не зависят от
параметров движения в остальных приводах
подачи. Такой режим используется как при
позиционировании, так и при контурной об-
работке, когда участок контура детали соответ-
ствует направлению движения ИО.
Назначение нескольких одновременно
работающих приводов подачи с взаимосвязан-
ными параметрами движения - обеспечить
перемещения ИО, несущего инструмент или
обрабатываемой детали, по заданной про-
странственно-временной траектории (в общем
случае шесть пространственных и одна вре-
менная координата). Каждый из приводов
подачи при этом должен обеспечивать задан-
ное движение своего ИО по направляющим,
установленным на станине или на ИО другого
привода подачи. Данный режим используется
практически при контурной обработке.
Существуют различные способы управле-
ния приводом подачи: в ручном режиме, от
путевой электроавтоматики, от устройства
ЧПУ. Ручной режим и путевая электроавтома-
тика используются, как правило, для управле-
ния одним независимо работающим приводом
подачи (например, при обточке Цилиндриче-
ской поверхности на токарном станке). Наи-
более высокий уровень технологических воз-
можностей станка обеспечивает управление
приводом подачи от устройства ЧПУ, что свя-
зано с повышенными требованиями к характе-
ристикам элементов привода подачи. Поэтому
изложенный ниже материал относится, в ос-
новном, к приводам подачи, управляемым
устройством ЧПУ.
Состав приводов иодачи. Система приво-
да подачи включает, как правило, следящий
привод (часть системы, охваченная контуром
обратной связи по пути), и не охваченную
внешним контуром обратной связи по пути,
часть механизма преобразования перемещений
выходного вала двигателя (или штока цилинд-
ра) в перемещения ИО (рис. 1.5.35).
В приводах подачи современных станков
с ЧПУ используются электрический, электро-
гидравлический, гидравлический и пневмати-
ческий следящие приводы. Электрический
привод обеспечивает удобство регулирования
скорости в широком диапазоне с высокой
точностью и быстродействием. Следящий
электропривод представляет собой сложную
многоконтурную систему автоматического
регулирования с обязательной обратной свя-
зью по положению одного или нескольких
("полузамкнутый” следящий привод) элемен-
тов механизма преобразования перемещений.
В состав следящего электропривода конструк-
тивно входят электродвигатель, силовой пре-
образователь (питающий электродвигатель),
регуляторы, обеспечивающие требуемое каче-
ство регулирования, датчики обратных связей.
Структурно следящий электропривод подачи
станка содержит регулируемый привод и
внешний контур обратной связи по положе-
нию.
В отечественных станках различных ти-
пов наиболее широкое применение в настоя-
щее время получил привод подачи с высоко-
моментными электродвигателями постоянного
тока с возбуждением от постоянных магнитов,
имеющий хорошие регулировочные свойства,
умеренные габаритные размеры, высокую по-
стоянную времени нагрева, хорошее быстро-
действие.
Большое внимание уделяется также соз-
данию широкорегулируемых станочных при-
водов подачи с двигателями переменного тока:
синхронными (СД) и асинхронными (АД).
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПРИВОДОВ ПОДАЧИ
161
Следящий электрогидропривод основ-
ным своим преимуществом имеет высокую
энергонасыщенность конструктивного объема
гидродвигателя. Электрогидропривод состоит,
как правило, из электронных усилителей,
электромагнитных управляющих элементов,
гидравлических золотниковых устройств, гид-
родвигателей (вращательного или поступатель-
ного движения), гидравлических и электрон-
ных (или гидравлических) цепей обратных
связей. Использование этих элементов в сле-
дящем приводе дает простоту сопряжения с
устройством ЧПУ, малые габаритные размеры
привода и возможность получения на выход-
ном элементе (вале двигателя или штоке гид-
роцилиндра) большие движущие усилия, что
определяет область применения следящего
электропривода - точные перемещения узлов в
станках с ЧПУ с большими усилиями как в
следящем режиме, так и в режиме позициони-
рования.
Элементы механизма перемещения ИО
следящего привода, охватываемые обратной
связью по положению, должны иметь мини-
мальные зазоры, что снижает вероятность воз-
никновения автоколебаний, и достаточную
жесткость (чтобы не снижать полосу пропус-
кания следящего привода). Механическая сис-
тема (МС) привода подачи включает элементы
механизма перемещения ИО, не охватываемые
обратной связью по положению следящего
привода.
Характеристики приводов подачи. Харак-
теристики приводов подач обусловлены требо-
ваниями, предъявляемыми к ним конструкто-
ром при создании того или иного станка, ко-
торые в свою очередь определяются его режи-
мом работы: режимом установочных переме-
щений (позиционированием, выходом в нуле-
вую точку и т.п.) или режимом контурной
обработки (следящим режимом).
Характеристики привода по-
дачи, работающего в режиме
установочного перемещения,
должны обеспечивать малое время, затрачи-
ваемое на перемещение из исходной точки в
заданную, и высокую точность позициониро-
вания в заданной точке.
Уменьшение времени на перемещение из
исходной точки в заданную достигается путем
увеличения скорости установившегося движе-
ния, а также уменьшения времени переходных
процессов (разгона, и торможения). Ограни-
чениями для роста скорости являются пре-
дельная скорость вращения вала двигателя,
предельная скорость прохождения информа-
ции по каналу датчика обратной связи по по-
ложению, допустимые скорости вращения
валов механизма привода подачи и т.п.
Уменьшение времени переходных процессов
ограничивается предельным динамическим
моментом на валу электродвигателя (в элек-
троприводе подачи) и допустимыми динами-
ческими нагрузками в механических элементах
привода подачи. Минимальная скорость при-
вода определяется технологическими требова-
ниями, дискретностью управления и чувстви-
тельностью привода. Особо высокие требова-
ния предъявляются к динамическим характе-
ристикам привода по управляющему и возму-
щающему воздействию.
Точность позиционирования в станках с
ЧПУ характеризуют следующие показатели,
определяемые в нескольких точках по длине
хода ИО: точность двустороннего позициони-
рования, повторяемость двустороннего пози-
ционирования, максимальная зона нечувстви-
тельности, точность одностороннего позицио-
нирования, повторяемость одностороннего
позиционирования, средняя зона нечувстви-
тельности.
Вероятностные характеристики позицио-
нирования в значительной степени определя-
ются стабильностью характеристик звеньев
следящей системы привода и устройства с
ЧПУ. Наибольшая относительная нестабиль-
ность имеет место при малых скоростях. При
апериодическом переходном процессе при
движении в одну сторону и наличии опреде-
ленных постоянных сил сопротивления не
происходит раскрытие зазоров в механических
узлах, а также отсутствует влияние гистерезиса,
что обуславливает существенное повышение
стабильности позиционирования.
Указанные выше характеристики режима
установочных перемещений в достаточной
мере могут быть обеспечены регулируемым
электроприводом с введением команд на нача-
ло движения, изменения скорости, начало
торможения и останов в зависимости от сиг-
налов датчиков положения (перемещения).
Характеристики привода по-
дачи, работающего в режиме
контурной обработки, должны обес-
печивать усилия, соответствующие силовым
характеристикам процесса резания, и малую
величину составляющей контурной ошибки на
изделии, обусловленной особенностями рабо-
ты приводов подачи.
Силовые характеристики применяемого
двигателя должны обеспечивать преодоление
сил резания, сил трения в механизме привода,
а также необходимые динамические усилия,
соответствующие требуемым значениям уско-
рений в переходных процессах контурной
обработки.
Контурную ошибку на детали, вызван-
ную работой приводов подачи, по форме про-
явления можно представить тремя основными
составляющими: макроотклонениями контура,
обусловленными совместной работой приводов
подачи по нескольким координатам; макроот-
клонениями контура, обусловленными низко-
частотными колебаниями ИО по нормали к
162
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
обработанной поверхности при наличии пе-
риодических управляющих и возмущающих
воздействий в приводе подачи и существенном
влиянии координатных связей в механической
системе ИО; микроотклонениями контура,
обусловленными высокочастотными колеба-
ниями ИО по нормали к обработанной по-
верхности при наличии соответствующих воз-
действий в приводе подачи и координатных
связей в ИО.
Макроотклонения контура при совмест-
ной работе нескольких приводов подачи, из-
меряемые по нормали к обрабатываемому
контуру, формируются геометрически из оши-
бок слежения в приводах подачи по каждой из
координат [1]. Ошибки слежения определяют-
ся отклонением положения рабочего органа от
заданного в результате воздействий по управ-
лению (скоростная ошибка при постоянной
скорости и динамическая ошибка при пере-
менной скорости) и по нагрузке (моментная
ошибка при постоянной нагрузке и динамиче-
ская ошибка при переменной нагрузке). Вели-
чина скоростной ошибки слежения зависит от
скорости (подачи) по касательной к контуру,
его угла наклона а и коэффициентов усиления
по скорости (добротности).
Так, например, при V = 600 мм/мин, ко-
эффициентах усиления по оси Y - = 20 1/с
и по оси X - Кет, = 20,5 1/с (неидентичность
характеристик 2,5 %) максимальные расчетные
отклонения по нормали к обрабатываемой
поверхности (при а = 45 °) составляют Лк =
= 6,1 мкм.
Поскольку скорость по касательной к
обрабатываемой поверхности формируется в
результате геометрического сложения скоро-
стей по координатным осям минимальная
скоростная ошибка обеспечивается при равен-
стве коэффициентов усиления. При обработке
линейных участков профиля в случае =
Кечу и Ак = 0. В случае обработки окружности
ошибки слежения при неравенстве коэффици-
ентов усиления приводят к эллипсности, при
их равенстве - к увеличению радиуса окружно-
сти.
Величина моментной ошибки в статитке
обратно пропорциональна коэффициенту уси-
ления следящего привода по моменту. Дина-
мические ошибки слежения зависят от инер-
ционности привода и его жесткостных и
демпфирующих характеристик.
Макроотклонения и микроотклонения
контура, обусловленные колебаниями ИО по
нормали к обработанной поверхности детали,
возрастают при попадании частот периодиче-
ских управляющих и возмущающих воздейст-
вий в следящем приводе в полосу его пропус-
кания и при наличии сильной связанности в
механической системе (большие вылеты инст-
румента от центра тяжести и центра жестко-
сти). Известно, например, что в современных
конструкциях токарных станков (наклонная
станина, наличие резцовой и револьверной
головки) внешние воздействия в следящей
системе электрогидравлического привода по-
дачи вдоль первой координатной оси винта
влияют на относительные смещения инстру-
мента и детали вдоль второй координатной
оси из-за наличия координатной связи. Коли-
чественная оценка этого влияния в токарном
станке средних размеров, работающем в режи-
ме обточки цилиндрической детали, показыва-
ет, что при амплитуде эквивалентного внеш-
него воздействия по управлению на двигателе
0,07 рад, амплитуда относительных колебаний
инструмента и детали по нормали к обрабо-
танной поверхности доходит до 2 мкм при
диаметре изделия 60 мм. При этом увеличение
диаметра изделия от 60 до 320 мм ведет к уве-
личению амплитуды указанных колебаний в
2,5 раза. Правильный выбор полосы пропус-
кания в следящим приводе позволяет практи-
чески устранить указанные выше колебания
ИО (в первую очередь высокочастотные). Ука-
занные характеристики режима контурной
обработки могут быть обеспечены только сле-
дящим приводом.
Характеристики регулируе-
мого электропривода. В регулируе-
мых электроприводах величина напряжения
управления, подаваемого от тахогенератора на
вход привода, пропорциональна скорости
вращения вала двигателя, а знак напряжения
определяет направление вращения. Качество
регулируемого электропривода может быть
оценено автономно, без учета характеристик
механизмов станка, для двух режимов его ра-
боты: установившегося и переходного [21J.
Установившийся режим характеризуют
следующие основные параметры: номиналь-
ный момент на валу электродвигателя Мн;
номинальную частоту вращения лн; макси-
мальную частоту вращения диапазон
регулирования скорости 2)л; перегрузочную
способность.
Диапазон регулирования скорости для
установившегося режима определяется отно-
шением максимальной скорости к минималь-
ной Dn = лтах / Hmin- Максимальная рабочая
подача современных многоцелевых станков
составляет 30 - 50 % скорости быстрых пере-
мещений. Полный диапазон регулирования
подачи в станках фрезерной, расточной и то-
карной групп составляет 100 - 1000, а в кару-
сельных расширяется до 30 000 - 40 000. Ми-
нимальная подача ограничена чувствительно-
стью электропривода. Нестабильность скоро-
сти должна лежать в заданных пределах. Из-
менение таких внешних факторов, как напря-
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПРИВОДОВ ПОДАЧИ
163
жение питающей сети, нагрузка на вале и ок-
ружающая температура, приводит к неравно-
мерности скорости перемещения ИО.
В режиме установочного перемещения
без поступления с достаточно малой дискрет-
ностью сигналов от датчика пути при тормо-
жении с "ползучей" скорости нестабильность
последней приводит к разбросу значений пути
торможения. При работе в средней части диа-
пазона скоростей нестабильность приводит к
нарушению технологического режима обработ-
ки. При установке привода в механизм подачи
станка с ЧПУ снижение максимальной скоро-
сти «max ниже допустимого предела может
привести к потере работоспособности станка
из-за невозможности выхода координаты на
ускоренное перемещение и, как следствие,
блокировки в системе ЧПУ. Повышенная не-
равномерность вращения приводит к увеличе-
нию износа и усиленному шуму.
Перегрузочная способность в установив-
шемся режиме, т.е. отношение мощности
(момента), развиваемой в ограниченное время,
к номинальной, ограничивается нахревом
двигателя и зависит от его тепловой постоян-
ной.
Переходный режим характеризуют сле-
дующие основные параметры: перегрузочную
способность, среднее угловое ускорение Еср;
полосу пропускания замкнутого контура регу-
лирования скорости ®пр. Характеристики пе-
реходного режима устанавливаются для двух
случаев: при значительных скачках задающего
сигнала скорости п > ОДЛщдх и при относи-
тельно небольших изменениях скорости п <
< O’l^max-
Характеристиками переходного режима
при значительных скачках сигнала скорости
являются перегрузочная способность или ди-
намическая перегрузка и среднее угловое ус-
корение. Перегрузочная способность в пере-
ходном режиме или динамическая перегрузка
есть отношение максимального момента в
кратковременном режиме к номинальному.
При значительных скачках сигнала заданной,
скорости, в том числе при пусках и торможе-
ниях, регулятор скорости находится в режиме
насыщения, и величина тока, протекающего
через двигатель, определяется выбранным
Уровнем токоограничения.
Собственно динамическая перегрузка в
переходном режиме важна при проектирова-
нии приводов таких механизмов, в которых
крутящий момент при трогании с места,
больше момента установившегося движения
(при "сухом" трении). Такие условия характер-
ны для ряда механизмов роботов. Большая
Динамическая перегрузка в этом случае дает
возможность уменьшить установленную мощ-
ность двигателя, что улучшает энергетику при-
вода и уменьшает габариты двигателя. Дина-
мическая перегрузка (максимальный момент)
определяет величину максимального ускоре-
ния, развиваемого приводом:
е —
ьтах — , , »
*дв + 'прм
где Агв» Aip м - соответственно момент инер-
ции двигателя и приведенный момент инер-
ции механизма.
Величина определяет теоретическое
минимально достижимое время перехода с
одной скорости на другую на величину Лщ3:
/ — А™
‘min “
ьтах
Среднее угловое ускорение в переходном
режиме £ср, характеризующее реальный сред-
ний темп разгона, учитывает факт изменения
крутящего момента на валу в процессе разгона
от ^Апах Д° существенно меньшей величины
(к концу переходного процесса):
_ _ О’бЗЛтах
с" ’ 21 ’ 60 ’
где лтах - максимальная скорость, которой
должен достигнуть двигатель; т - время про-
шедшее от подачи сигнала управления до дос-
тижения скорости п = итах / 2.
Среднее ускорение в переходном режиме
представляет собой один из важнейших пара-
метров электроприводов подачи в металлооб-
рабатывающем оборудовании, рабочий цикл
которого состоит из частых пусков и торможе-
ний. Это относится, в первую очередь, к стан-
кам для сверления печатных плат и к выруб-
ным штампам, для которых кривая изменения
скорости имеет, как правило, трапецеидаль-
ный характер. Длительность цикла при этом
составляет (0,1 - 0,3) с, что соответствует 200 -
600 ходам механизма подачи в минуту. При
малом среднем ускорении трапецеидальный
характер кривой вырождается в треугольный,
средняя скорость падает, а так как требуемый
путь перемещения неизменен, то растет время
и падает производительность. Величина дос-
тижимого среднего ускорения влияет и на
ошибку слежения в процессе контурной обра-
ботки. При высоких рабочих скоростях в не-
которых станках, достигающих 0,25vycKOp,
наступает режим токоограничения, что ведет к
увеличению ошибок слежения.
При относительно небольших скачках
сигнала скорости в переходном режиме при-
вод можно интерпретировать линейным зве-
ном. При этом кривые переходных процессов
имеют вид, показанный на рис. 1.5.36.
Основной характеристикой переходного
режима при Лл < 0,1 ита* является полоса
Глава U. . ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
Рис. 1.5.36. Переходный процесс разгона
пропускания замкнутого контура регулирова-
ния скорости ®пр, определяемая диапазоном
частот входного гармонического сигнала, при
котором сдвиг по фазе между задающим сиг-
налом и первой гармоникой сигнала тахогене-
ратора не превышает 90° или снижение ампли-
туды выходного сигнала составляет не более 3
дБ. Практически это означает, что при вход-
ных сигналах с частотой, меньшей чем полоса
пропускания, все сигналы воспроизводятся без
искажения, а большей - не пропускаются.
Качество переходного процесса принято
определять такими параметрами, как время
первого согласования представляющее собой
время от начала процесса до первого совпаде-
ния с заданной скоростью, перерегулирование
стм и время переходного процесса t2 (рис. 1.5.36).
Принято делить переходные процессы на ко-
лебательные и апериодические с перерегули-
рованием и монотонные. При монотонных
процессах стм = 0. Быстродействие системы
может быть охарактеризовано временем пер-
вого согласования t\. Полоса пропускания и
время первого согласования связаны соотно-
шением:
14-2
®пр - •
В зависимости от технологических осо-
бенностей того или иного станка и специфики
его кинематических цепей могут быть самые
разнообразные требования к форме переход-
ных процессов. Например, для привода вдута
в шлифовальных станках часто требуется от-
сутствие перерегулирований при пуске. В про-
тивном случае линейная скорость поверхности
вдута может превышать заданную, что недо-
пустимо по требованиям техники безопасно-
сти.
Для большинства станков при осуществ-
лении режима позиционирования целесооб-
разно, чтобы процесс торможения имел моно-
тонный характер, в этом случае не происходит
раскрытия зазоров. В ряде случаев требуется
ограничить темп разгона во избежание боль-
ших усилий в передачах. Это может быть при
разгоне больших масс и характерно для тяже-
лых станков.
Наибольшее значение ®пр целесообразно
ограничивать соотношением с низшей собст-
венной частотой многомассовой механической
системы (включая ротор двигателя) привода
подачи ©мн, исходя из следующего условия
безрезонансной работы привода подачи:
®мн > 2сопр.
Рациональный выбор соотношения поло-
сы пропускания следящего привода и низшей
собственной частоты МС становится особенно
актуальным при достаточно малом значении
последней. В этом случае частота колебаний
механической системы может оказаться близ-
кой к полосе пропускания привода, в резуль-
тате чего могут возникать резонансные явле-
ния. При этом колебания механической части
могут оказаться существенно больше, чем на
двигателе.
Характеристики следящего
электропривода. В следящих приводах
сигнал во внешнем контуре обратной связи
прямо пропорционален величине пути (угла
поворота) одного из звеньев МС. Теоретиче-
ски это означает, что следящий привод (в от-
личие от регулируемого) имеет внутри внеш-
него контура обратной связи дополнительное
интегрирующее звено.
Основными параметрами, характеризую-
щими следящий электропривод, являются [21]:
добротность следящего привода по скорости
КсУ; добротность следящего привода по мо-
менту полоса пропускания ®пс; частота
собственных колебаний осс.
Добротность следящего привода по скоро-
сти - это коэффициент усиления, опреде-
ляющий величину ошибки слежения 8j (мм)
ИО при его движении с постоянной скоро-
стью v (мм/мин):
60&!
Как указывалось, величина добротности
Key зависит не только от параметров регулиро-
вания привода, но и от характеристик датчика
перемещения, ЧПУ и механической части
привода подачи станка.
Добротность следящего привода по момен-
ту - это коэффициент пропорционально-
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПРИВОДОВ ПОДАЧИ
165
сти между крутящим моментом и ошибкой
слежения на валу двигателя 82:
к — м К
Лсм ~ ~ Л₽ ст’
КттКуКспСмСс
р ' R
где Кр- коэффициент усиления регулируемого
привода при возмущении по нагрузке; Ктг,
Ку, КсП - коэффициенты усиления тахогенера-
тора, усилителя-регулятора, силового преобра-
зователя соответственно; Су - постоянная
момента (Н-м/А); Се - постоянная ЭДС
(Вс/рад).
Постоянные Се и Су определяются кон-
структивными параметрами двигателя и чис-
ленно равны друг другу (в системе СИ).
Обычно принимают Кр = 20 103 Нмс/рад;
Key = 16 1/с и тогда Кем = 32-104 Н-м/рад.
Полоса пропускания следящего привода <впс
определяется аналогично величине <опр с той
разницей, что для определения частотной ха-
рактеристики регулируемого привода подается
синусоидальный сигнал, пропорциональный
заданной скорости, а в следящем приводе -
пропорциональный пути. Можно ориентиро-
вочно считать, что в станочных следящих
электроприводах полоса пропускания <опр
(рад/с) численно равна добротности по скоро-
сти (1/с):
юпс ~ 2ti4iC = Кс,
T^efnc * значение собственной частоты в Гц.
Приведенное равенство справедливо для
большинства станков, в которых ЧПУ реали-
зуют пропорциональный закон регулирования
в контуре обратной связи по положению.
Величина <опс, определяющая быстродей-
ствие по углу поворота, вала двигателя в сле-
дящем приводе в режиме контурной обработ-
ки, непосредственно влияют на технологиче-
ские возможности станка с ЧПУ и поэтому
Должна быть выше частоты входного воздейст-
вия юЕХ, требуемое значение которой можно
оценить, рассматривая, например, случаи об-
работки криволинейных поверхностей. Так,
при круговой интерполяции обработка дуги
окружности радиуса R требует подачи на вход
приводов сигналов с напряжением: по коор-
динате X - U^x = Arvsii^cOj^/), а по координа-
~ Uvxy = fcvcosfcDjjx/), где к - коэффици-
е,,1 пропорциональности; v - постоянная ли-
нейная скорость обхода контура. Соответст-
венно частота входного воздействия n>BX=v//l
Структурной связью регулируемого и
следящего приводов определяется требуемое
соотношение их полос пропускания шпр =
— 5юпс.
Таким образом, исходя из комплексных
требований по снижению микро и макроот-
клонений обрабатываемых на станках с ЧПУ
изделий, полосы пропускания юпр, <опс и
низшая собственная частота механической
системы 0)мн в регулируемом и следящем
электроприводе должны удовлетворять сле-
дующим ориентировочным соотношениям: по
условию снижения микроотклонений (уровня
колебаний в следящем электроприводе) -
®мн > 2<опр > Ююпс, по условию снижения
макроотклонения (например, при обработке
дуг окружностей) - <опс > Ющ.
В приводах подач могут устанавливаться
как тиристорные, так и транзисторные элек-
троприводы. Полоса пропускания fnp тири-
сторного электропривода может быть 15 -
40 Гц, а транзисторного 70 - 120 Гц. Отсюда
следует, что полоса пропускания следящего
тиристорного привода fnc лежит в пределах 3 -
8 Гц и, соответственно, добротность может
быть в пределах 15-50 1/с. Аналогичные дан-
ные для транзисторного привода: 15 - 40 Гц и
100 - 250 Гц.
Частота собственных колебаний <псс - это
частота, с которой может проявляться колеба-
тельный характер переходного процесса на
валу двигателя. При выборе параметров меха-
нической системы следует стремиться к такой
конструкции, при которой маховые массы
механизма будут равны или меньше, чем у
двигателя. При этом легче получить требуемое
качество переходного процесса.
Расчет электропривода подачи включает
решение следующих основных задач: выбор
типа двигателя, определение требуемых пара-
метров регуляторов электроприводов, оценку
быстродействия привода и показателей точно-
сти обработки.
Алгоритм расчета электропривода пода-
чи, ориентированный на использование вы-
числительной техники, содержит следующие
этапы.
1. Ввод исходных технологических дан-
ных (сил резания, скорости быстрого хода и
времени разгона до нее, скоростей подачи,
минимального радиуса обрабатываемой детали
и др.) и конструктивных данных МС
(инерционных и жесткостиых характеристик
элементов привода, типа и размеров направ-
ляющих, передаточных отношений, коэффи-
циентов трения и т.д.).
2. Расчет требуемых номинального и
максимального крутящего момента на валу
двигателя, исходя из статических нагрузок с
учетом продолжительности включений и ди-
намических нагрузок при разгоне до скорости
быстрого хода.
166
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
3. Выбор типа двигателя по результатам
расчета п. 2.
4. Расчет параметров упрощенной ли-
нейной модели электропривода и приведение
МС к цепной системе, имеющей число степе-
ней соответственно заданному частотному
диапазону. Вычисляются параметры: постоян-
ные времени (электромеханическая, электро-
магнитная и Т.Д.); требуемые (оптимальные)
коэффициенты усиления в регуляторах приво-
да.
5. Расчет и оценка основных динамических
показателей привода при малых воздействиях на
его входе (оценка микроотклонений - качества,
поверхности изделия) с использованием уп-
рощенной линейной модели: характера и па-
раметров переходного процесса при ступенча-
том изменении заданной скорости; собствен-
ных частот привода подачи; полосы пропуска-
ния привода; максимально допустимой вели-
чины зазора, при котором сохраняется устой-
чивость системы.
6. Расчет и оценка показателей точности
контурной обработки (оценка макроотклоне-
ний формы изделий): максимальной внутрен-
ней ошибки при обходе прямого угла; устано-
вившейся ошибки при обходе окружности.
7. Расчет и оценка характеристик пере-
ходных процессов в электроприводе подачи
нелинейных характеристик (например, зазо-
ров) МС, токоограничения и магнитного на-
сыщения в электроприводе при большом сту-
пенчатом изменении заданной скорости в
процессе разгона до скорости быстрого хода и
торможении. При этом вычисляются: парамет-
ры переходных процессов изменений тока в
двигателе и скоростей элементов привода;
максимальные значения тока, крутящих мо-
ментов и т.д.
В случае необходимости производится
корректировка коэффициентов усиления в
регуляторах привода, либо изменение пара-
метров МС и (или) двигателя. Примеры ре-
зультатов расчетного анализа, выполненного в
соответствии с указанным выше алгоритмом,
даны в табл. 1.5.31.
1.5.31. Результаты расчета динамических характеристик привода подачи
Конструктивные данные привода подачи Станок
Горизонтально- расточной Сверлильно-фрезерно- расточной Токарно- расточной
Назначение привода Перемещения про- дольных нижних салазок (рабочая по- дача) Перемещения салазок со столом (рабочая подача) Перемещения про- дольного суппорта
Масса перемещае- мого узла, кг 5600 1280 1500
Пределы рабочих подач 2,5 - 2500 1 - 2000
Тип электродвигателя Станочный постоян- ного тока ПБСТ-43 Высокомоментный постоянного тока ПБВ-1001ГУЗ Высокомоментный постоянного тока ПБВ132МГУЗ
Передаточные числа в редукторе 2,84-1,43-2,43-1,96
Размеры передачи винт-гайка d • t, мм 80 • 16 50 • 10 80 • 10
Количество и тип опор ходового винта Одна дуплексирован- ная опора Одна дуплексирован- ная опора Две дуплексирован- ные опоры
Диапазон собствен- ных частот механиче- ской системы, Гц 270 - 509 666 - 5152 490 - 1700
Добротность следя- щей системы, Гц 24,1 55,1 45,3
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПРИВОДОВ ПОДАЧИ
Конструктивные особенности механиче-
ских элементов в приводах подачи. Связь вала
двигателя с выходным звеном может быть не-
посредственной или осуществляться через
редукторы, предназначенные для смещения в
требуемую область диапазона скоростей рабо-
чей подачи и быстрых ходов.
Общим требованием к механическим
элементам привода подачи является обеспече-
ние прочности, высокой надежности и безза-
зорности. Это достигается рациональным вы-
бором размеров элементов и способов их со-
единения и использованием специальных уст-
ройств для выборки зазоров [15]. Основные
способы регулирования зазоров:
1. Использование составных шестерен,
обеспечивающих возможность их относитель-
ного углового смещения с закреплением после
регулировки или с силовым упругим замыка-
нием.
2. Осевое смещение двух соосных вен-
цов, зацепляемых с одной шестерней в косо-
зубчатой паре с закреплением после регули-
ровки или с силовым упругим замыканием.
3. Введение дополнительного ведущего
элемента в кинематической паре шестерни с
возможностью принудительного углового
смещения относительно основной ведущей
шестерни или червяка с возможностью осевого
перемещения (нагружения). Устройства с за-
креплением после регулировки используются
при больших нагрузках и при невысоких тре-
бованиях к точности. Предельные скорости
вращения валов, шестерен, червяков и ходо-
вых винтов ограничиваются допускаемым теп-
ловыделением, вибрацией и шумом [41]. Ха-
рактеристики основных выходных звеньев
приводов подачи приведены в табл. 1.5.32.
1.5.32. Характеристики основных выходных звеньев приводов подачи
Тип механизма Основная область применения Основные отличительные характеристики
Кулачковый Приводы подачи и вспомогательных перемещений в специальных станках с малыми нагрузками и малыми пе- ремещениями Жесткое задание (формой кулачка) в широком диапазоне значений коэффициента пропорциональности между скоростью на входе звена и скоростью движения ИО, имеюще- го, как правило, прямолинейный характер. Малая скорость движения ИО. Высокие разрешающая способ- ность и точность перемещений
Зубчатая пере- дача Приводы подачи поворотных столов, шпиндельных головок и т.д. Высокая скорость движения ИО.* Малая разрешающая способность. Отсутствие самоторможения. Малые потери на трение
Червячная передача Приводы подачи высокоточных по- воротных столов Малая скорость движения. Высокие разрешающая способность, плав- ность и точность перемещений. Наличие самоторможения
Зубчато- реечная пере- дача Приводы подачи тяжелых станков с большими перемещениями ИО (свыше 2500 мм) и средними нагруз- ками, приводы установочных (вспомогательных) перемещений Высокая скорость движения. Малые разрешающая способность и точ- ность перемещений ИО. Отсутствие самоторможения. Малые потери на трение
Червячно- реечная пере- дача скольже- ния Приводы подачи тяжелых станков с большими перемещениями ИО (свыше 3500 мм) и большими на- грузками Невысокие скорость движения ИО, разрешающая способность и точ- ность перемещений (при использо- вании составной рейки). Высокая плавность движения. Наличие само- торможения. Малые потери на тре- ние
Гидростатичес- кая червячно- реечная пере- дача Приводы подачи тяжелых станков с большими перемещениями ИО (свыше 3500 мм) и большими на- грузками Невысокая скорость движения ИО. Высокие разрешающая способность и плавность перемещений. Отсутст- вие самоторможения. Малые потери на тпемие
168
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА. ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
Продолжение табл. 1.5.32
Тип механизма Основная область применения Основные отличительные характеристики
Передача винт- ,гайка скольже- ния Приводы подачи и вспомогательных перемещений в универсальных стан- ках с ручным управлением Невысокие скорость движения ИО и разрешающая способность пере- мещений. Высокая точность пере- мещений при формообразовании и невысокая точность при позицио- нировании. Наличие самоторможе- ния. Большие потери на трение
Передача винт- гайка качения Приводы подачи станков с ЧПУ Широкий диапазон скоростей дви- жения ИО (включая высокие скоро- сти). Высокие разрешающаяся спо- собность, плавность и точность пе- ремещений ИО при формообразо- вании и позиционировании. Отсут- ствие самоторможения. Малые по- тери на трение
Наибольшее распространение в совре-
менных станках с ЧПУ получила передача
винт-гайка качения (ВГК). Механизм переме-
щения обычно состоит из электродвигателя,
связанного муфтой с винтом, смонтированном
на подшипниковых опорах, жестко закреплен-
ных на базовой детали. Гайка винтового меха-
низма жестко связана с ИО, перемещающимся
по направляющим. В ряде случаев по конст-
руктивным соображениям электродвигатель
соединяется с винтовым механизмом через
промежуточные кинематические звенья, в
частности через зубчатую ременную передачу,
обеспечивающую достаточно высокую кру-
тильную жесткость и постоянство передаточ-
ного отношения. Применяются также инверс-
ные передачи с вращающейся гайкой. Так,
выпускаются электромеханизмы, в которых г
гайка соединена с полым ротором электро-
двигателя, а винт жестко закреплен на ИО.
Основным конструктивным вариантом
передачи ВГК является шариковая винтовая
передача (ШВП), показанная на рис. 1.5.37, а.
Гайка ШВП состоит обычно из двух полугаек,
относительным осевым смещением которых
устанавливают преднатяг в передаче. Реже
пока используется роликовая винтовая переда-
ча (рис. 1.5.37, б) с резьбовыми роликами-
сателлитами в качестве тел качения, которая
обеспечивает большую несущую способность и
жесткость при малом шаге винта.
Существуют два основных варианта кре-
пления корпуса гайки к ИО: фланцевое
(усилие крепления параллельно оси ходового
винта) й к плоскости, параллельной оси винта.
При прочих равных условиях (габариты, тех-
нологичность и т.п.) предпочтение обычно
отдают фланцевому креплению. В особо точ-
ных механизмах при малых нагрузках исполь-
зуется упругий (в радиальном направлении)
Рве. 1.5.37. Передача винт-гайка качения:
а - шариковая винтовая передача;
б - роликовая винтовая передача;
1 - винт; 2 и 3 - полугайки; 4 - канал возврата
(через вкладыш); 5 - корпус гайки; 6 - шарики;
7- полугайки; 8- резьбовые ролики; 9- проставочное
кольцо; 10- шпонка; 11 -конец резьбового ролика с
резьбой и зубчатым венцом, совмещенными на одном
цилиндре; 12 - шестерня с внутренним зубом; 13 -
опорное кольцо; 14 - стопорное кольцо
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПРИВОДОВ ПОДАЧИ
169
Рис. 1.5.38. Конструктивные схемы механизмов подачи с ВТК:
а - с осевым двусторонним защемлением винта в одной опоре (схема I);
б - с осевым двусторонним защемлением винта в обоих опорах (схема II);
1 - вал электродвигателя (выходной вал редуктора); 2 - сильфонная муфта; 3 - гайка; 4 и 7 - проставочные
кольца; 5 - упорно-радиальный шарикоподшипник; 6 - корпус опоры; 8 - винт; 9 - корпус (кронштейн)
подвижного рабочего органа; 10 - гайка; 11 - корпус неподвижного узла; 12 и 15 - наружные кольца
упорно-радиального подшипника; 13 - проставочная втулка подшипника; 14 - опорное кольцо подшипника
подвес гайки, уменьшающий влияние непа-
раллельное™ оси ходового винта направлению
движения ИО.
В зависимости от направления и величи-
ны нагрузок, длины винта, расположения ме-
ханизма в пространстве и требуемой точности
и стабильности позиционирования использу-
ются различные схемы расположения и функ-
ционального назначения опор винта (рис.
1.5.38): схема 1, в которой одна опора воспри-
нимает осевую в обоих направлениях и ради-
альную нагрузки, а вторая опора отсутствует
(рис. 1.5.38, а) или воспринимает только ради-
альную нагрузку; схема 2, в которой каждая из
двух опор воспринимает осевую в обоих на-
правлениях и радиальную нагрузки (рис.
1.5.38, б).
Передачи по схеме на рис. 1.5.38, б обес-
печивают повышенную осевую жесткость и
больший запас устойчивости по критической
частоте вращения. При монтаже по этой схеме
возможно также предварительное растяжение
винта для стабилизации механизма и частич-
ной компенсации тепловых деформаций.
Опоры, винта оказывают существенное
влияние на осевую жесткость механизма пода-
чи. В радиальных опорах винтов применяют
шариковые, роликовые и игольчатые радиаль-
ные подшипники. В опорах, обеспечивающих
только осевую фиксацию винта, применяются
шариковые и роликовые упорные подшипни-
ки. Широко применяются выпускаемые цен-
трализованно комбинированные опоры с ра-
диальными игольчатыми и осевыми ролико-
выми подшипниками.
Большое влияние на точность вращения
и жесткость механизма оказывает качество
стыков сопрягаемых деталей опор, в том числе
стыка между подшипником и гайкой, его за-
тягивающей. Хорошее качество этого стыка
достигается с помощью специальных гаек,
состоящих из двух или более жестких частей,
170
Глава 1.5. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТАНКА, ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
Рве. 1 5 39 Червячно-реечная передача механизма подачи стола продольно-фрезерного стажа:
7- вал; 2 я 3- опоры; 4- корпус; 5- червяки; 6- рейка; 7- гидроцилиндр; 8-спаяна
Рис. 1.5.40. Гидростатическая червячно-реечная передача тяжелого горизонтально-расточного станка:
1 - коллекторы; 2 и 3 - каналы подачи масла; 4 - рейка; 5 - корпус редуктора; 6 и 10 - червяки;
7 и 9- косозубые шестерни; 8тл 11 - радиальные подшипники; 12- упорные подшипники;
13 - 15 - блок зубчатых колес; 16 - приводная шестерня; 17 - вал; 18 - гайка
соединенных между собой упругими элемен-
тами и параллельными оси гайки регулиро-
вочными винтами.
В прецизионных станках, где темпера-
турные деформации, связанные с тепловыде-
лением в ШВП и опорах винта, могут оказать
существенное влияние на точность перемеще-
ния ИО, целесообразно применять специаль-
ные системы термостабилизации. В настоящее
время в отдельных случаях используются сис-
темы, действующие по принципу отбора тепла
рабочим телом (например, циркулирующим и
охлаждаемым вне гайки маслом).
Применяемые в приводах подачи чер-
вячно-реечные передачи скольжения и гидро-
статическая показаны иа рис. 1.5.39 и 1.5.40.
В червячно-реечных передачах скольже-
ния практически всегда используются червяки,
состоящие из двух частей, смонтированных с
возможностью осевого смещения, что обеспе-
чивает выборку осевого зазора в зацеплении.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Анрейчиков Б. И. Динамическая точ-
ность систем программного управления стан-
ками. М.: Машиностроение, 1964. 368 с.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПРИВОДОВ ПОДАЧИ
171
2. Баласаньян В. С. Особенности проек-
тирования прецизионных шпиндельных узлов
на аэростатических опорах Ц Станки и инст-
рументы. 1990. № 3. С. 13 - 15.
3. Бейлин Л. П., Гаспарян К. О. Система
KROKYS автоматизированного расчета приво-
дов подач станков с ЧПУ // Сб. научи, трудов
"Автоматизация расчетов и проектирования
металлорежущих станков".
4. Бонес JL А. Требуемая минимальная
нагрузка для предотвращения проскальзыва-
ния в быстроходных шарикоподшипниках,
нагруженных осевой силой // Проблемы тре-
ния и смазки, 1981. № 1. С. 37 - 42.
5. Бушуев В. В. Гидростатическая смазка
в станках. М.: Машиностроение, 1989. 176 с.
6. Воробьев И. И. Ременные передачи.
М.: Машиностроение, 1979. 163 с.
7. Галлагер Р. Метод конечных элемен-
тов: Пер. с англ. М.: Мир, 1984. 539 с.
8. Детали и механизмы металлорежущих
станков. Т. II Ц Под ред. Д. Н. Решетова. М.:
Машиностроение, 1972. 520 с.
9. Журавлев В. Ф., Бальмонт В; М. Ме-
ханика шарикоподшипников гироскопов. М.:
Машиностроение, 1986. 272 с.
10. Иоаннцдис, Харрис. Новая модель ус-
талостной долговечности подшипников каче-
ния // Проблемы трения, 1985. Т. 107. № 3.
С. 44 - 57.
И. Каминская В. В, Устинов Б. В., Фн-
гатнер А. М. Расчетная оценка работоспособ-
ности шпиндельных узлов качения токарных и
карусельных станков // Станки и инструмен-
ты. 1989. № 9. С. 8 - 11.
12. Каминская В. В., Левина 3. М., Ре-
шетов Д. Н. Станины и корпусные детали
металлорежущих станков (расчет и конструи-
рование). М.: Маштиз, 1960. 364 с.
13. Каминская В. В., Кушнир Э. Ф. Ав-
томатизированный расчет несущих систем
металлорежущих станков: Методические реко-
мендации. М.: ЭНИМС, 1990. 58 с.
14. Каминская В. В., Равве И. И. Авто-
матизированный расчет направляющих сколь-
жения. Автоматизация расчетов и проектиро-
вания металлорежущих станков // Сб. науч,
трудов ЭНИМС, 1988. С. 115 - 120.
15. Кордыш Л. М., Ельчанин Ю. М. Ме-
ханизмы перемещения рабочих органов метал-
лорежущих станков с ЧПУ: Учеб, пособие. М.:
ИПК Минстанкопрома, 1990. 100 с.
16. Кушнир Э. Ф. Автоматизированный
расчет жесткости корпусных деталей на стадии
эскизного проектирования. Автоматизация
проектирования и технологической подготов-
ки производства в. станкостроении // Сб. на-
учи. трудов. М.: ЭНИМС, 1985. С. 64 - 71.
17. Лапидус А. С., Гитис Н.В., Боло-
тов А. Н. н др. Система магнитной разгрузки
опор скольжения // Вестник машиностроения,
1991. № 2. С. 10 - 12.
18. Лапидус А. С., Майорова Э. А., Ни-
берг А. Н. и др. Накладные направляющие из
наполненного фторопласта в металлорежущих
станках. М.: ВНИИТЭМР, 1988. 43 с.
19. Лапидус А. С., Майорова Э. А., Чи-
жов Б. Н. и др. Направляющие из антифрик-
ционных эпоксидных компаундов в металло-
режущих станках. М.: ЭНИМС, 1990. 38 с.
20. Лапидус А. С., Портман В. Т., Ба-
дыштова К. М., Косова В. А. Антискачковые
масла для направляющих металлорежущих
станков Ц Вестник машиностроения, 1981.
№ 12. С. 35 - 38.
21. Лебедев А. М., Орлова Р. Т., Паль-
цев А. В. Следящие электроприводы станков с
ЧПУ. М.: Энергоатомиздат, 1988. 224 с.
22. Левина 3. М. Методы автоматизиро-
ванного расчета шпиндельных узлов и несу-
щих систем станков как средство обеспечения
их точности. М.: ЭНИМС, 1996. 68 с.
23. Левина 3. М. Основные пути совер-
шенствования направляющих современных
станков с ЧПУ // Станки и инструменты,
1978. № 10. С. 18 - 21.
24. Левина 3. М., Горелик И. Г., Зве-
рев И. А., Сегцда А. П. Расчетный анализ де-
формационных, динамических и температур-
ных характеристик шпиндельных узлов при
проектировании: Метод, руководство. М.:
ЭНИМС, 1989. 64 с.
25. Левин А. И., Бейлин Л. П., Гаспа-
рян К. О. Расчетный анализ и оптимизация
конструкций типовых приводов подач токар-
ных и фрезерных станков с ЧПУ: Метод, рек.
М.: ВНИИТЭМР, 1985. 48 с.
26. Магнитный подвес ротором электри-
ческих машин и механизмов // Труды ВНИИ
электроники, 1989. Т. 89. 135 с.
27. Металлорежущие станки / Под ред.
В. Э. Пуша М.: Машиностроение, 1986. 256 с.
28. Никулин А. В., Лапидус А. С., Боло-
тов А. Н., Хренов В. Л. Магнитная разгрузка
направляющих в автоматизированных системах
механической обработки // Станки и инстру-
менты, 1992. № 9. С. 15 - 17.
29. Опоры скольжения с газовой смазкой /
'Под ред. С. А. Шейнберга. М.: Машинострое-
ние, 1979. 336 с.
30. Пекарский Э. М., Воробьева Т. С.
Автоматизированный расчет механических
узлов привода подачи Ц Станки и инструмен-
ты. 1983. С. 20-21.
31. Перель Л. Я. Подшипники качения:
Справочник. М.: Машиностроение, 1983.
543 с.
32. Повышение точности вращения высо-
коскоростных шпиндельных узлов на под-
шипниках качения // Станки и инструменты.
1987. № 7. С. 16 - 18.
172
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ни» -------------------------------------
33. Подшипники качения: Справочник-
каталог под ред. В. Н. Нарышкина и Р. В. Ко-
рисгожевского. М.: Машиностроение, 1984. 280
с.
34. Пратусевич Р. М., Литвак А. С., Ми-
хайлова С. М. Выбор и расчет показателей
экономного использования электроэнергии в
металлорежущих станках на стадии проектиро-
вания: Метод, рек. М.: ЭНИМС, 1988. 40 с.
35. Пратусевич Р. М., Литвак А. С., Ми-
хайлова С. М. Режимы нагружения главного
привода токарных станков с ЧПУ: Рек. по
прим. М.: ЭНИМС, 1977. 31 с.
36. Пратусевич Р. М., Литвак А. С., Ми-
хайлова С. М. Типовые схемы и рабочие ха-
рактеристики главного привода станков с
ЧПУ: Метод, рек. по проект. М.: ЭНИМС,
1983. 48 с.
37. Пратусевич Р. М., Литвак А. С. Ав-
томатизированный расчет энергетических по-
терь в приводах главного движения металло-
режущих станков // Станки и инструменты,
1986. № 5. С. 21. - 23.
38. Пратусевич Р. М., Литвак А. С.
Сравнительный анализ динамических, прочно-
стных и энергетических характеристик приво-
дов главного движения токарных станков с
ЧПУ Ц Электро- и гидропривод станков с
ЧПУ и промышленных роботов: Сб. науч,
трудов. М.: ЭНИМС, 1982. С. 115 - 123.
39. Пуш В. Э. Конструирование металло-
режущих станков. М.: Машиностроение, 1977.
392 с.
40. Расчет на прочность цилиндрических
зубчатых колес с учетом условий работы со-
временных автоматизированных станков.
РТМ2 Н45-80. 116 с.
41. Решетов Д. Н. Детали машин. 4-е
изд., М.: Машиностроение, 1989. 496 с.
42. Селезнева В. В. Связь траектории оси
шпинделя с показателя качества детали //
Станки и инструменты, 1985. № 1. С. 8 - 10.
43. Станки металлорежущие. Методы
оценки удельной массы металла и удельного
расхода электроэнергии, РД-2 НО6-34-87. М.:
ЭНИМС, 1987. 26 с.
44. Соболь И. М_, Статников Р. Б. Вы-
бор оптимальных параметров в задачах со
многими критериями. М.: Наука, 1981. ПО с.
45. Фигатнер А. М., Фискин Е. А., Бон-
дарь С. Е. Конструкция, расчет и методы про-
верки шпиндельных узлов с опорами качения.
Метод, ук. М.: ЭНИМС, 1970. 152 с.
46. Фигатнер А. М., Кортиков А. Г.,
Баклыков В. Г. Обеспечение высокой быстро-
ходности шпиндельных узлов на подшипниках
качения // Станки и инструменты, 1983. № 4.
С. 15 - 17.
47. Фигатнер А. М., Левин А. М., Фис-
кин Е. А. Оценка точности вращения шпинде-
лей прецизионных станков // Станки и инст-
рументы, 1990. № 1. С. 19 - 21.
48. Фигатнер А. М. Прецизионные под-
шипники качения современных металлорежу-
щих станков. Обзор. НИИМАШ, 1981. 70 с.
49. Фигатнер А. М. Материалы по конст-
руированию, смазыванию и монтажу шпин-
дельных узлов металлорежущих станков. Об-
щие сведения о шпиндельных узлах. М.:
ЭНИМС, 1995. 51 с.
50. Фигатнер А. М. Шпиндельные узлы
современных металлорежущих станков: Обзор.
М.: НИИМАШ, 1983. 60 с.
51. Bernhard М. Aktive Magnetlager in der
Praxis I I Technische Rundschau, 1988. V. 80. N
34. S. 38 - 43.
52. Eschman, Hasbarger, Weigand. Die
Walzlagerpraxis. Oldenburg Veriag, 1978. 488 s.
53. Geselschaft fllr Tribologic.
Waizlageischmierung. GfT. Arbeitsblatt 2.4.1.
1984. 27 s.
54. Giebner E. Bearing arangement design
maschine tool spindels. Ball bearing journal. SKF.
N 216. 1983. P. 1 - 13.
55. Harris T. A. Rolling bearing analyses.
John Willey sons. New Jork. 1984. 565 p.
56. Herberg F. Fidsmaschinenspindel aus
Kohlenstoff faserver-staricten Kunstoff // Industrie
- Anzeiger. 1988. N 70. S. 34 - 35.
57. Rechenbare Sicherheit fUr Wirtschaftliche
Lagerungen. FAG. PubLNr W1 40131.2DA. 1988.
Weppeit GmbH. 1988. 6 s.
58. Week M. U.a. Konstruktion von Spiri-
del-Lager-System fllr Hochgeschwindigkeitsbear-
beitung. - Expert Veriag. 1990. 320 s.
59. Week M., Rinker U. Einsatz von
GeradfUhnrnger an Werkzeugmaschinen // Indus-
trie anzeiger. N 79. V. 30. G. 1981 / 103/ jg.
C. 26 - 30.
60. Weigand R. Keramik - Weskstoff fUr die
Walzlager von morgen // Walzlagertechnik. 1988.
Nr. 1. S. 4 - 9.
Глава 1.6
ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ
1.6.1. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ГИДРООБОРУДОВАНИЯ
Гидроприводы позволяют упростить ки-
нематику станков, повысить точность, надеж-
ность и уровень автоматизации.
В качестве рабочей жидкости использует-
ся минеральное масло, например ИГП-18 с
антикоррозионными, антиокислительными и
противоизносными присадками, имеющее сле-
дующие характеристики: плотность 880 кг/м1;
кинематическая вязкость при 50°С 16,5 -
20,5 мм2/с; индекс вязкости 9С (рис. 1.6.1];
модуль упругости (1,4 ч- 1,7) • 103 МПа; темпе-
ратура застывания -15°С; тепловое расширение
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРООБОРУДОВАНИЯ
ДИ = 7 • 10'4 V М (где V - первоначальный
объем; Д/ - приращение температуры, °C);
удельная теплоемкость 1,8 - 2,1 кДж/(кг • °C);
теплопроводность 0,136 Вт/(м • °C).
Гидрооборудование должно эксплуатиро-
ваться в закрытых отапливаемых или охлаж-
даемых производственных помещениях и вы-
держивать вибрационные нагрузки при уско-
рении не менее 5 м • с2 и частоте 1-35 Гц.
Гидроприводы станков классифицируют-
ся по давлению, способу регулирования, виду
циркуляции, методу управления и контроля.
По давлению различают гидроприводы
низкого (до 1,6 МПа), среднего (1,6-6,3 МПа)
и высокого (6,3 - 20 МПа) давлений. Первые
применяются в станках для чистовой обработ-
ки, где нагрузки незначительны и требуется
низкая пульсация давления; вторые - в подав-
ляющем большинстве станков с питанием от
пластинчатых или шестеренных насосов. При-
воды высокого давления на базе поршневых
насосов применяются, главным образом, в
мощных протяжных и строгальных станках,
оборудовании заготовительных производств.
В гидросистемах с объемным регулировани-
ем скорость гидродвигателя изменяется путем
изменения рабочего объема регулируемых
гидромашин (насоса или мотора), в гидроси-
темах с дроссельным регулированием - путем
изменения проходного сечения регулирующих
аппаратов. Учитывая, что при дроссельном
регулировании имеются значительные потери,
этот способ применяется в гидросистемах ог-
раниченной мощности (£3-5 кВт); его пре-
имуществом является более высокое быстро-
действие. Оптимальное соотношение энерге-
тики и быстродействия достигается в системах
объемно-дроссельного регулирования, в которых
регулируемые насосы применяются вместе с
дроссельными регуляторами.
Рис. 1.6.1. Зависимость вязкости от температуры
Наибольшее применение в станкострое-
нии имеют гидроприводы с разомкнутой цир-
куляцией, в которых масло насосом всасывает-
ся из бака и из гидросистемы вновь сливается
в бак; при замкнутой циркуляции масло, сли-
вающееся из гидросистемы, поступает во вса-
сывающую линию насоса. Применение ревер-
сивных насосов в замкнутых системах протяж-
ных станков позволяет обеспечить реверс дви-
жения гидродвигателя без направляющих ап-
паратов. Гидросистемы с замкнутой циркуля-
цией требуют установки специальных подпи-
точных насосов и использования гидродвига-
телей с равными (или близкими) рабочими
площадями.
По методу управления и контроля гид-
роприводы можно классифицировать на цик-
ловые (с контролем по пути, давлению или
времени), следящие, адаптивные и программные.
Наибольшее применение имеют цикловые
гидроприводы с контролем по пути. Контроль
по давлению менее надежен, так как возмож-
ны ложные срабатывания при гидроударах.
Контроль по времени применяется ограничен-
но, когда определенное время оговаривается
техпроцессом. Следящие гидроприводы обыч-
но стабилизируют заданный параметр
(например, напряжение в межэлектродном
промежутке элекгроэрозионных станков);
адаптивные - автоматически изменяют режи-
мы при изменяющихся условиях обработки
(например, изменяют подачу в зависимости от;
фактической величины припуска при обдирке
поковок); программные - обеспечивают авто-
матическое выполнение цикла обработки в
соответствии с заданной программой.
Унифицированные узлы станочных гидро-
систем в связи с ограниченным уровнем рабо-
чих давлений преимущественно питаются от
пластинчатых и шестеренных насосов; ограни-
ченное применение имеют аксиально- и ради-
ально- поршневые насосы (табл. 1.6.1).
Отдаваемая (Р) и потребляемая (Рл) на-
сосом мощности (кВт):
„ pQ Мп п
Р = "бо’; Рп " 9552,2 " ’Пэл’ ’
где р - рабочее давление, МПа; Q - подача,)
л/мин; п - частота вращения, мин1;
М = р • Ко / (2л • Лм) ’ момент на валу на-
соса, Н • м; Ро - рабочий объем насоса, см3;
Дл. и Пэл. - мощность и КПД приводного
электродвигателя; Пм ' механический КПД
(0,6 - 0,92 для пластинчатых насосов).
Полный КПД насоса
П =
^- = 159,2^-
Рп Мп
1.6.1. Насосы
Принцип действия Теоретическая подача, л/мин (при частоте вращения л, мин*1) Рабочие параметры Типы комплек- туемых станков
Давление, МПа Подача, л/мин *1
1 2 3 4 5 6
Пластинчатый насос
Нерегулируемый насос ( И j / _L_ 2bn{R - г)[л(7? + г) - jz] • Ю-6 R, Г - радиусы статора, мм; j - толщина лопатки, мм; Z - число лопаток; b - ширина ротора, мм. 6,3; 12,5 или 16 3 - 200 0,4 - 0,87 Шлифовальные, токарные, фрезерные, хонинговальные, обрабатывающие центры и др.
Ретулируемый насос 'V-E1 12,4 -Re to 10"6 R - радиус статора, мм; е - эксцентриситет, мм; b - ширина ротора, мм. 6,3 или 16 24 - 172 0,7 - 0,8
Шестеренный насос
Насос наружного зацет 6Г е XW '////' ж. 'SS//A Ж ИЯ *- Inm^zbn • 10-6 т - модуль колес, мм; Z - число зубьев; Ь - ширина колес, мм. 10 - 20 До 200 0,5 - 0,8 Токарные, сверлильно- фрезерно- расточные, зубообрабаты- вающие
Глава 1.6. ГИД РО ПНЕВ МОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Продолжение табл. 1.6.1
1 2 3 4 5 6
Насос внутреннего зацепления (героторный) 2nm2zbn•10-6 т - модуль колес, мм; Z - число зубьев; b - ширина колес, мм. 10 - 20 До 100 0,6 - 0,85 Токарные, сверлильно- фрезерно- расточные, зубообрабаты- вающие
Радиально-поршневой насос
Поршневой насос
Аксиально-поршневой насос
D tga zn • 10 4 d - диаметр поршня, мм; Z - число поршней; D - диаметр расположения поршней, мм; a - угол наклона шайбы, °. 6,3 - 32 До 200 0,8 - 0,9 i Т
2ned2zn • Ю-6 d - диаметр поршня, мм; Z - число поршней; е - эксцентриситет, мм. До 42 До 400 0,8 - 0,9
Протяжные,
строгальные,
долбежные,
оборудование
заготовительных
производств
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ гидрообор^Доваийя
176
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Типовая статическая характеристика ре-
гулируемого насоса показана на рис. 1.6.2.
Пластинчатые и шестеренные насосы
могут выпускаться в многосекционном испол-
нении. Регулируемые насосы оснащаются руч-
ными, гидравлическими или электрогидравли-
ческими (в том числе пропорциональными)
регуляторами.
К станочным гидроцилиндрам (рис. 1.6.3)
предъявляются следующие требования: низкий
уровень трения, минимальные утечки, высо-
кие жесткость и долговечность, хорошо разви-
тые базовые поверхности (с целью обеспече-
ния строгой параллельности оси цилиндра
относительно направляющих), наличие уст-
ройств торможения в конце хода и выпуска
воздуха из рабочих полостей. Гидроцилиндры
отличаются высоким КПД (0,9 - 0,98), просто-
той техобслуживания.
Рис. 1.6.2. Статическая характеристика
регулируемого насоса
Статическая жесткость (Н/мм) гидроци-
линдра:
4
С = 10Е тт . ..
0Д/Г1Я1 + KjQ
4
ОД(«У - ^1)^2 + И2о
(1.6.1)
где Н\ - высота столба масла, мм, в полости с
площадью А\, см2; А2 - площадь противопо-
ложной полости, см2; Ию, Vjq - объемы мас-
ла, см3, в полостях и соединительных линиях в
крайних положениях поршня; Е - модуль уп-
ругости масла, МПа; S - ход поршня, мм.
Собсгвенная частота (Гц) привода с ци-
линдром f = 5^С / m , где m - приведенная
к штоку масса подвижных частей, кг.
При расчете цилиндров определяют раз-
виваемые усилия и расходы жидкости, а также
при необходимости - деформацию стенок и
устойчивость штока [23].
Аксиально-поршневые гидромоторы в 6 раз
меньше по занимаемому объему и в 4-5 раз по
массе, чем электромоторы соответствующей
мощности. Гидромоторы характеризуются
высоким КПД (0,8 - 0,87); широким диапазо-
ном ре1улирования (20 - 2500 мин*1; в специ-
альных исполнениях Пт1п = (1 - 4) мин*1);
малым временем разгона и торможения
(^ 0,05 - 0,1 с); возможностью работы в дина-
мических режимах, регулирования крутящего
момента (в том числе на жестком упоре), пу-
тевого торможения. Гамма гидромоторов Г15-2
имеет рабочие объемы Рд от 11,2 до 160 см3,
давление 6,3 МПа, массу 4,5 - 40 кг.
Теоретические значения расхода (д/мин),
крутящего момента (Н м) и мощности (кВт):
1000 ’
т 2л
Мт п _ Др-Q?
9552,2 “ 60
(1.6.2)
Рис. 1.6.3. Конструктивные схемы гидроцилиндров
с односторонним штоком (а), с двусторонним
штоком (б), с односторонним штоком и
подвижным корпусом (в), с двусторонним штоком
и подвижным корпусом (г), одностороннего
действия (<?), плунжерного (е)
Где п - частота вращения, мин*1; Др - перепад
давлений, МПа.
Статическая жесткость (Н-м/рад) гцдро-
мотора:
С=0,1Г0Е, (1.6.3)
где Е - модуль упругости масла, МПа.
Собственная частота (Гц) привода с гид-
ромотором:
/ = 0Д6 / Сг , (1.6.4)
Р+Ац>
где J и Jnp - собственный и приведенный к
валу моменты инерции, кг-м2.
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРООБОРУДОВАНИЯ
177
Направляющие гидроаппараты (табл.
1.6.2) изменяют направление потока масла
путем полного открытия или закрытия про-
ходного сечения. Гидрораспределители изменя-
ют направление, останавливают или пускают
поток масла в двух или более линиях в зави-
симости от управляющего воздействия. Ос-
новные требования: минимальные утечки
(100 - 300 см3/мин при р = 20 МПа) и пере-
ключающиеся усилия, незначительные потери
давления (£ 0,2 МПа), плавный реверс при
ограниченном времени переключения.
Утечка масла (см3/мин) через уплотняю-
щий поясок золотника:
-3 d83Z!
q = 5,5 • 10 3-----
v£
где d - диаметр золотника, мм; 8 - диамет-
ральный зазор, мкм; £хр - перепад давлений,
МПа; v - кинематическая вязкость масла
мм2/с (сСт); £ - длина перекрытия, мм.
При отсутствии специальных средств
компенсации на золотник в направлении за-
крытия щели действует осевая гидродинамиче-
ская сила (Н): .Foc = 0,324 • Qj&pK , тде Q -
расход масла через рабочую кромку, л/мин;
- перепад давлений на кромке, МПа.
Обратные клапаны допускают поток мас-
ла только в одном направлении; гидрозамки
(управляемые обратные клапаны) допускают
обратный поток при наличии давления в ли-
нии управления.
Регулирующие аппараты (табл. 1.6.3) из-
меняют давление, расход и направление пото-
ка масла путем частичного открытия проход-
ного сечения.
Предохранительные клапаны должны ста-
билизировать установленное давление в воз-
можно более широком диапазоне изменения
расходов. В динамических режимах необходи-
мо быстродействие (с целью -исключения пи-
ков давления), причем одновременно требует-
ся достаточное демпфирование для исключе-
ния автоколебаний.
Наряду с трубным (для некоторых типов
клапанов) и стыковым присоединением, в
станкостроении применяются модульный и
башенный монтаж гидроаппаратуры на основе
функциональных блоков [25], а также аппара-
ты встраиваемого исполнения.
Фильтры обеспечивают необходимую
чистоту масла, работая в режиме полнопоточ-
ной или пропорциональной фильтрации во
всасывающей, напорной или сливной линиях.
Эффективность фильтрации характеризуется
коэффициентом очистки (1 - п^п^-100%,
тде Л1, «2 - число частиц заданного размера
(р.) соответственно до и после фильтра. Для
большинства станочных гидросистем номи-
нальная тонкость фильтрации составляет
10 - 25 мкм, однако установлено , что ее по-
вышение с 25 до 5 мкм увеличивает ресурс
насосов в 10 раз и гидроаппаратуры - в 5 - 7
раз. Тонкость фильтрации всасывающих
фильтров 80 - 160 мкм, сливных - до 3 - 5
мкм. Последние достаточно компактны, могут
встраиваться в баки, однако увеличивают под-
пор в сливной линии. Напорные фильтры
более металлоемки, но защищают от засорения
всю гидросистему (кроме насоса). В качестве
фильтрующих материалов используются гоф-
рированный картон, стекловолокнистый, по-
лиэфирный или бумажный холсты, тонкие
металлические сетки. Фильтры, как правило,
оснащаются электровизуальными сигнализато-
рами загрязненности (в том числе двухступен-
чатыми) и перепускными клапанами; обеспе-
чивается возможность легкой смены фильтро-
злементов.
Аккумуляторы используются для накоп-
ления гидравлической энергии и уменьшения
пульсаций давления. При изменении давления
в гидросистеме от до р^йп (МПа) объем
(л) масла, вытесняемый пневмогидравличе-
ским аккумулятором баллонного типа:
= ^ном ; Рз|“ ~ ]» (1-6-5)
х "min Ртах /
где Fhom _ номинальная вместимость, дм3; р3 -
давление зарядки (МПа) газовой камеры тех-
ническим азотом (ОДЗ/^шах <. рэ <. 0,94/Jmin).
Насосные установки состоят из одного
или нескольких насосных агрегатов и гидроба-
ка, конструктивно оформленных в одно целое.
Обычно они комплектуются гидроаппарату-
рой, контрольными приборами (манометры,
датчики) и кондиционерами рабочей среды
(фильтры, маслоохладители).
Трубопроводы изготовляют из стальных
бесшовных холоднодеформированных труб,
стальных прецизионных труб, тонкостенных
труб (стальных или медных) и рукавов высо-
кого давления; применяют соединения с раз-
вальцовкой, шаровым ниппелем или врезаю-
щимся кольцом. Внутренний диаметр (мм)
трубопроводов и каналов, через которые про-
ходит расход масла Q (л/мин):
d = 4,6^0/vM . (16.6)
Предохранительные клапаны должны
Тип гидролинии Всасываю- щая Сливная Напорная при р, МПа
2,5 6,3 16 32
Скорость масла в трубопроводе VM, м/с < 1,6 2 2 3,2 4 5
1.6.2. Направляющие гидроаппараты
Управляющее воздействие Конструктивное устройство Основные параметры Основные исполнения по гидросхемам
Давление, МПа Условный проход, мм Время переключения, с
1 2 3 4 5 6
Механическое
Ручное
Г идравлическое
Электрическое
Электрогвд-
равлическое
AV X
1 .
Г вдрораспределнтели 1 t
20 и 32 6; 10 - 14 1 '
24 XX
6 - 32
1
34 xF 1
6; 10 0,01 - 0t8 44 хН т X
1 г
54 7Е
6; 10 0,02 - 0,2
64 1,
Т-32 0,02 - 3 574 ю
Т-16 574А
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Продолжение табл. 1.6.2
1 2 3 4 5 6
Ручное или. механическое от кулачка Край 20 1Ы 8 -
574А >
24 X т т 1
34 X. я Я
Обратные клапаны
- 20 и 32 8 - 32 - -
Гидравлическое Гидроз 32 амки 12; 20; 32 — -
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРООБОРУДОВАНИЯ
180
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
1.6.3. Регулирующие аппараты
Тип
аппарата
Конструктивное
устройство
Функциональное
назначение
Основные параметры
Гидро- клапан давления (напорный золотник) 1
"5
2 Г>к
3 р. J ♦А
Гидро-
клапан
давления с
обратным
клапаном
Дав-
ление,
МПа
ММ
Расход,
л/мин
Поддержание задан- ной разности давле- ний (предохранение от перегрузки) 2,5 6,3 10 10 20 32 До 200
Пропускание потока при увеличении дав- ления X сверх вели- чины, определяемой настройкой пружи- ны и давлением в А
Пропускание пото- ков Р->А и А->Р при разности давле- ний X и У, опреде- ляемой настройкой пружины
Пропускание потока при давлении в ли- нии Р, определяе- мом настройкой пружины и давле- нием У
Пропускание потока Р->А при увеличе- нии давления сверх настройки пружины, свободное пропус- кание обратного потока 2,5 6,3 10 10 20 32 До 200
10
Предохра-
нительный
клапан
непрямого
действия
То же с
электро-
разгрузкой
Редукци-
онный
клапан
непрямого
действия
Предохранение гид- 0,3-10 10
росистемы от пере- грузки 1-20 20
1,6-32 32
Предохранение от перегрузки и раз- грузка от давления (« 0,3 МПа)
Снижение (редуци- рование) давления А 0,3-10 10
по сравнению с 1-20 20
давлением Р 1,5-31 32
До
250
До
250
2
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРООБОРУДОВАНИЯ
181
Продолжение табл. 1.6.3
Трехлиней- ный регу- лятор дав- ления не- прямого действия Поддержание задан- ного давления A независимо от направления потока (Р->А или А->Т) 0,6 - 5 10 20 20 80 8
та £ J
Ьг т* X р
Трехлиней- ный регу- лятор дав- ления пря- мого дей- ствия с электро- контролем 10 if То же с выдачей злекгросигнала о соответствии давле- ния А заданному уровню 0,6 - 5,5 10 До 20 15
pL
Дроссель и -4- Регулирование рас- хода (л/мин) в зави- симости от перепада давлений Др, МПа: Q = 1,9ЛЩТ^ , где Ащ - площадь щели, мм2 20 10 20 20 80
г
Регулятор расхода 12 Поддержание расхо- да независимо от перепада давлений (Др * 0.5 МПа) 20 10 20 32 0,04 - 25 0,09 - 100 0,15 - 200 ± 5
Ц . г.
/Г»
Регулятор расхода с обратным клапаном То же с возмож- ностью свободного прохода обратного потока
13 к I J
т _г
▼
Трехлиней- ный регу- лятор рас- хода "7 .. Поддержание задан- ного расхода путем изменения давления на выходе из насоса в зависимости от нагрузки; предохра- нение насоса от перегрузки 6,3 10 20 10 20 32 0,1 - 20 0,25 - 80 0,4 - 160 ± 10
Г" р
Регулятор расхода с обратным клапаном и распре- делителем 15 Реализация цикла; быстрый подвод - рабочая подача быстрый отвод (с регулируемой ско- ростью в начале быстрого отвода) 20 10 0,08 - 20 ±5
г?
> (
LyjF
Дроссели- рующий гидрораспре- делитель с механичес- ким управ- лением 16 1 1 Изменение направ- ления и скорости движения гидродви- гателя в зависимости от профиля кулачка 6,3 10 ' 16
т~"->
1 т
182
Глава 1.6. Г1ДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И СИСТЕМЫ ПОДАЧ СОЖ
Средства технической диагностики позво-
ляют повысить надежность оборудования, осо-
бенно работающего при ограниченном участии
обслуживающего Персонала. Для контроля
гидросистем применяются датчики: давления,
расхода, температу>ы, уровня масла, положе-
ния, скорости, виСрации, шума, усилия, мо-
мента, мощности и др. [27].
Быстрое подключение диагностических
приборов реализуехя с помощью элементов
сопряжения (рис. 1.6.4). На штуцер 5 со
встроенным гвдрозкмком навертывается нако-
нечник соединительного шланга 1, штырь 2
которого сначала уплотняется кольцом 5, а
затем открывает клцтан 4. В нерабочем поло-
жении элемент защищается колпачком 6.
Основные параметры, габаритные и при-
соединительные размеры унифицированных
узлов станочных гидросистем отечествен того и
зарубежного производств приведены в работах
[23, 24].
Специальные узлы целевого назначения
широко используются в станкостроении.
Вращающиеся гидроцилиндры зажима па-
трона 1 (рис, 1.6.5), применяющиеся в высо-
коскоростных шпиндельных узлах токарных
станков с ЧПУ и II-модулей, закрепляются
на задней части шг.ииделя 2 и связываются с
патроном 4 с помощью тяги 3. Давление за-
жима устанавливается регулятором 5 (см.
табл. 1.6.3, поз. 10); направление зажима изме-
няется краном 7. Реце давления 6 контролиру-
ет момент окончания разжима. При случайном
падении давления в гидросистеме пружина
перемещает золотник регулятора влево, и
встроенный микровыключатель выдает ава-
рийный сигнал. Одновременно полости гидро-
цилиндра запираются встроенными гидрозам-
ками (не показаны), исключающими возмож-
ность разжима патрона в процессе аварийного
торможения. Цили1щры обычно оснащаются
датчиками контроля хода, исключающими
возможность включения цикла обработки при
незажатой детали (когда поршень упирается в
крышку или доньшгко цилиндра). Использо-
вание современных материалов и покрытий
позволяет минимизировать маховой момент;
дисбаланс обычно не превышает 5 г-см.
Рис. 1.6.4. Элементу сопряжения гцдротестера
Наличие сквозного отверстия для прут-
ковой заготовки требует увеличения диаметра
d (мм) маслоподводящей поверхности, поэто-
му при п = (6 - 8) тыс. мин-1 относительные
скорости движения сопрягаемых деталей дос-
тигают 25 м/с и более, что требует тщатель-
ного подбора материалов трущихся пар и при-
водит к большим потерям мощности на вязкое
трение (/^р) и утечки (Рут). Поскольку увели-
чение диаметрального зазора 8 и уменьшение
перекрытия f. приводит к уменьшению Ртр и
увеличению Рут, существует оптимальное со-
отношение параметров, при котором потери
мощности (кВт) минимальны:
Лшп = 1,864 1О10 d2 (0,4*7 + 20)лр,
где р - давление зажима, МПа; п - частота
вращения, мин-1.
Фактические потери мощности (кВт) в
маслоподводящем устройстве могут опреде-
ляться по формуле Р = 0,03- Q-At, где Q -
утечка масла из напорной линии (в дренажную
и сливную линии), л/мин; А/ - разность тем-
ператур масла на входе в маслоподводящее
устройство и выходе из него, °C.
Существенно уменьшить потери мощно-
сти удается путем применения масло подводя-
щих устройств специальных конструкций
]2, 12, 23].
Ряс. 1.6.5. Гидропривод зажима патрова с
вращающимся гидрощимдром
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРООБОРУДОВАНИЯ
183
Гидроприводы поворотных механизмов
обеспечивают поворот и фиксацию с точно-
стью до 2 - 3" револьверных головок, дели-
тельных столов, инструментальных магазинов
и других устройств с минимальными потерями
времени (< 2 - 3 с) [14]. Инструментальная
планшайба 11 (рис. 1.6.6, а) револьверной
головки токарного станка закреплена на валу
13, который поворачивается гидромотором 5
через зубчатые колеса 4 и 6 и перемешается в
осевом направлении цилиндром 8. Предвари-
тельная угловая фиксация и путевое торможе-
ние гидромотора реализуются фиксатором 7,
взаимодействующим с профильным диском 1,
а окончательная - торцовыми зубьями венцов
10 и 12, связанных с корпусом 9 и планшай-
бой 11. Для поиска углового положения ис-
пользуется электронное устройство 3, а для
184
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
индикации осевого положения - блок микро-
выключателей 2. При повороте включаются
электромагниты распределителей 1 и 2 (рис.
1.6.6, б), цилиндр 12 расцепляет торцовые зу-
бья, а фиксатор 11 давлением в полости 8
смещается влево, воздействуя через толкатель 7
на золотник 3, соединяющий через дроссель 5
камеры гидромотора 9 с напорной и сливной
линиями. При подходе к заданной позиции
устройство поиска в зоне угла а отключает
электромагнит распределителя 2, и фиксатор
11 пружиной 6 и давлением в торцовой полос-
ти золотника 3 прижимается к диску 10. Далее
при повороте в зоне угла 0 в соответствии с
профилем диска фиксатор с золотником сме-
щаются вправо, и последний дросселирует
поток масла в линиях гидромотора, обеспечи-
вая торможение с контролем по пути. Когда
фиксатор заскакивает в паз диска, выключатель
14 отключает электромагнит распределителя 1,
торцовые зубья вводятся в зацепление
(доворот гидромотора допускается пазиком 4
золотника), и блок микровыключателей 13
дает сигнал на продолжение цикла.
Крутящий момент гидромотора (Н-м)
2
М = 1,92-10"3/—
I
где J, п - момент инерции (кг-м2) и частота
вращения (мин'1) поворачиваемого узла; z -
число позиций; / - передаточное отношение
колес 4 и 6 (см. рис. 1.6.6, а).
В модификации автономного приводного
устройства профильный диск 1 не требуется,
так как кулачок, воздействующий на тормоз-
ной золотник, установлен непосредственно на
валу гидромотора.
Гидроприводы уравновешивания позволяют
разгрузить приводы .подач вертикально распо-
ложенных рабочих органов от действия силы
тяжести и повысить точность за счет создания
односторонней нагрузки на приводных меха-
низмах. В отличие от механических противо-
весов, удваивающих перемещаемую массу,
гидравлические устройства достаточно ком-
пактны, однако требуют установки специаль-
ных защелок или электромеханических тормо-
зов на шариковинтовых передачах с целью
исключения самопроизвольного опускания
рабочих органов при выключенном гидропри-
воде.
Простейшим уравновешивающим уст-
ройством (рис. 1.6.7, а) является * гидроци-
линдр, подключенный к пневмогидравличе-
скому аккумулятору достаточной вместимости
(или с дополнительным газовым баллоном),
однако это решение весьма громоздко и ус-
ложняет техобслуживание станка. При посто-
янных величинах уравновешивающего усилия
и давления в гидросистеме уравновешиваю-
щий цилиндр с определенной площадью
поршня может напрямую соединяться с на-
порной линией (рис. 1.6.7, б). Вместе с тем.
разработчики станков обычно предпочитают
иметь возможность регулирования давлений с
целью подбора их оптимальных значений,
поэтому в устройствах уравновешивания огра-
ниченной мощности (рис. 1.6.7, в) [23] приме-
няют трехлинейные регуляторы давления (см.
табл. 1.6.3, поз. 9), которые при движении
рабочего органа вверх работают в режиме ре-
дукционного, а вниз - предохранительного
клапанов непрямого действия.
В системах большой мощности исполь-
зование дроссельных регуляторов приводит к
повышенному разогреву рабочей жидкости,
поэтому здесь рекомендуется применение об-
ратимых регулируемых гидромашин. В гидро-
системе тяжелого расточного станка (рис.
1.6.7, г) насос 1 (например, типа ДГ12-5) по-
дает масло в цилиндр 2 под постоянным дав-
лением, определяемым настройкой его регуля-
тора. Когда рабочий орган 3 приводом 4 пере-
мещается вниз, насос работает в моторном
режиме, обеспечивая рекуперацию энергии. В
гидросистемах (рис. 1.6.7, д, е) возможно дис-
танционное (ручное или пропорциональное
электрическое) изменение давления уравнове-
шивания.
Гидроприводы зажимных механизмов ши-
роко используются в станкостроении, в том
числе для закрепления деталей, расположен-
ных на палетах, спутниках и поддонах. В по-
следнем случае не удается подключить зажим-
ные устройства к гидросистеме постоянно,
поэтому зажим реализуется пружинными или
самотормозящими клиновыми (цанговыми)
механизмами, а разжим - цилиндрами, под-
ключаемыми к гидросистеме через быстро-
разъемные соединения только в позициях за-
грузки-выгрузки деталей. Зажимное устройство
с Г-образным прихватом и цанговым самотор-
мозящим механизмом (рис. 1.6.8, а) подклю-
чается к гидросистеме через разъем с гидро-
замками 2 и 3. Клапанный блок 1 обеспечива-
ет определенную последовательность в сраба-
тывании поршней: при зажиме сначала пере-
мещается поршень 4 с прихватом 6, а затем
после возрастания давления - поршень 5 цан-
гового зажима; при разжиме механизмы рабо-
тают в обратной последовательности.
В гидроприводе зажима на поворотном
столе 6 (рис. 1.6.8, б) установлена палета 5 с
зажимными цилиндрами 3, мультипликатором
давления 1, аккумулятором 2 и быстроразъем-
ным соединением 4. При подключении гидро-
системы поршень мультипликатора начинает
совершать возвратно-поступательное движение
с частотой до 5 Гц, вытесняя в гидросистему
палеты 3 см3 масла на каждый двойной ход
под давлением, которое в 4 раза превосходит
давление в гидросистеме станка (рост давления
от 10 до 40 МПа). Наличие высокого давления
позволяет создавать компактные зажимные
механизмы. Фактическая величина давления
контролируется датчиком 7, взаимодействую-
щим с микровыключателем 8.
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРООБОРУДОВАНИЯ
185
Рис. 1.6.7. Гидроприводы уравновешивания:
1 - насос, 2 - цилиндр, 3 - рабочий орган; 4 - привод,
5 - вспомогательный насос; 6 - предохранительный клапан, 7 - дроссель
Рис. 1.6.8. Гидроприводы зажимов
Гидропанели реверса (рис. 1.6.9) в станках
с возвратно-поступательным движением
(шлифовальные. строгальные, долбежные,
зубообрабатывающие, хонинговальные) обес-
печивают: реверс движения (с регулировкой
ускорений и пауз), настройку скорости и хода,
остановку с минимальным перебегом, управ-
ление механизмами подач, блокировок, прав-
ки и др., а также разгрузку насоса [23]. При
реверсе движения кулачок 5, установленный
на рабочем органе, через рычажную 4 и шес-
теренно-реечную передачи смещает до сред-
него положения золотник управления Л кото-
рый своими конусными поверхностями 6 пе-
рекрывает поток масла, сливающийся из гид-
роцилиндра 7 реализуя его плавное торможе-
ние с контролем по пути. На второй половине
хода золотник управления за счет изменения
давления в его торцовых камерах резко смеща-
ется до упора в крышку и изменяет давление в
торцовых камерах основного золотника 1.
Последний, перемещаясь со скоростью, опре-
деляемой настройкой дросселей регулирования
паузы 8 и ускорения 2, на второй половине
хода реверсирует движение цилиндра. При
изменении скорости движения стола от 0,05 до
15 м/мин гарантируется перебег не более
0,8 мм.
186
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Рис. 1.6.9. Гидропанель реверса
Станции гидропривода обычно состоят из
унифицированной насосной установки и ком-
плекта гидроаппаратуры управления гидро-
приводом станка. В зависимости от потерь
мощности в гидросистеме РтТ (кВт) и допус-
каемого превышения температуры А/ (°C) мас-
ла в баке над температурой окружающей среды
определяется вместимость бака (л):
Иб = 27000^(РПОТ / А/)3 , (1.6.7)
где
р (Л ~Р101 /6o)ti
'пот ~
+ (А - P1Q1 / 60) Т2+- --Нрл - РпОп / 60) Т„ .
т1+т2+...+т„
А. .... Рп - мощность, потребляемая насосом
в каждом переходе цикла работы станка, кВт;
РЪ ->Рп и 61, Qn - соответственно давле-
ния (МПа) и расходы (л/мин) масла, требую-
щиеся для преодоления нагрузки гидродвига-
телей; Т], ..., т„ - времена переходов, с.
Основные способы снижения потерь
мощности:
1. Гидропанели Г53-2 (рис. 1.6.10, а) во
время быстрого хода (пониженное давление)
подают масло в гидросистему от двух насосов.
Когда кулачок 2 переключает путевой золотник
3, скорость рабочей подачи ограничивается
дросселем 4, и давление возрастает выше на-
стройки клапана 5. Последний, открываясь,
разгружает насос Н1. При этом клапан 6 запи-
рается, и масло в гидросистему поступает
только от насоса Н2, защищаемого от пере-
грузки клапаном 1. Распределители РР1 и РР2
обеспечивают возможность дистанционной
разгрузки.
2. Гидропанели ГЗЗ-I (рис. 1.6.10, 6) по-
зволяют переключать насосы при постоянном
давлении в функции потребляемого гидросис-
темой расхода. В верхнем положении золотни-
ка I масло в гидросистему поступает от малого
насоса (большой насос разгружается). Когда
перепад давлений на дросселе 3 увеличивается
до 0,2 МПа, переключается управляющий зо-
лотник 2, золотник 1 перемещается в среднее
положение, и масло в гидросистему поступает
от большого насоса. После увеличения пере-
пада давлений до 0,2 МПа на дросселе 4 сра-
батывают золотники 5 и I, и оба насоса пода-
ют масло в гидросистему.
3. Применение многосекционных насо-
сов (рис. 1.6.10, в) позволяет реализовать пи-
тание гидродвигателей от индивидуальных
секций с различными рабочими давлениями,
разгружать отдельные секции, а также исполь-
зовать более экономичные регуляторы расхода
(см. табл. 1.6.3, поз. 14).
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРООБОРУДОВАНИЯ
187
Рис. 1.6.10. Способы снижения мощности
4. В случаях, когда среднее потребление
масла за цикл невелико, однако кратковре-
менно требуются значительные расходы, хо-
рошие результаты дает использование насос-
но-аккумуляторных приводов (рис.
1.6.10, г).
5. В централизованных насосно-аккуму-
ляторных приводах агрегатных станков и авто-
матических линий (рис. 1.6.II) [20] использу-
ется регулируемый насос и пневмогидравличе-
ский аккумулятор с дополнительным газовым
баллоном.
Гидростатические опоры в тяжелых и
точных станках обеспечивают длительное со-
хранение точности, повышенную точность
положения, движения и позиционирования,
высокую демпфирующую способность, воз
можность использования в качестве датчиков
нагрузок и приводов микроперемещений (в
пределах зазоров). Опоры позволяют также
надежно зажимать подвижные узлы (путем
отключения отдельных карманов), совмещать
вращение и поступательное перемещение
шпинделей, эффективно отводить тепло от
поверхностей трения [5].
188
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Рис. 1.6.11. Схема насосно-аккумуляторного
гидропривода
Цикловая гкдроавтоматнка позволяет
реализовать типовые циклы движения рабочих
органов станков.
Регулирование скорости может быть дрос-
сельным, объемно-дроссельным или объем-
ным. Анализ различных схем (рис. 1.6.12, а-в)
установки дросселя (см. табл. 1.6.3, поз. 11)
показывает, что во всех случаях перепад дав-
лений zip на дросселе зависит от нагрузки F на
гидродвигателе (при установке на входе
bp = рн - F / А ; выходе Др = ——*——; в
Л2
ответвлении Др = F / А\), поэтому
Q = f(F) и не обеспечивается постоянство
скорости движения (например, рабочей пода-
чи при изменении усилия резания). Для ста-
билизации расхода с точностью ±5% незави-
симо от нагрузки и температуры масла приме-
няются регуляторы расхода (см. табл. 1.6.3,
поз. 12), в которых постоянный перепад дав-
лений на дроссельной щели (« 0,2МПа) под-
держивается специальным регулятором. Сту-
пенчатое изменение скорости может быть по-
лучено коммутацией дросселей, подключенных
к одному регулятору (рис. 1.6.12, г), или ком-
мутацией регуляторов расхода (рис. 1.6.12, д)
Трехлинейные регуляторы расхода (см. табл.
1.6.3, поз. 14) могут устанавливаться только на
входе (см. рис. 1.6.10, в), причем при измене-
нии нагрузки изменяется давление на выходе
из насоса, а Др = рн - F / А = 0,3 МПа.
В схемах с дросселем на выходе обеспе-
чивается более плавное движение гидродвига-
теля, допускается попутная нагрузка, однако
возможны рывки в направлении подачи в мо-
мент включения гидропривода. При дроссели-
ровании на входе снижается трение в уплотне-
ниях цилиндра, облегчается получение малых
подач (масло поступает в поршневую полость
большей площади), однако при дросселирова-
нии тепло (разогрев масла на 0,6 °C при поте-
ре давления 1 МПа) нагревает гидродвигатель.
Ряс. 1.6.12. Способы дроссельмго регулирования скороста
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРООБОРУДОВАНИЯ
189
Для получения малых подач (например,
2-4 мм/мин в агрегатных станках и автомати-
ческих линиях) при минимально допустимых
расходах дросселирующих устройств
(« 40 см3/мин) в ряде случаев приходится ис-
кусственно увеличивать площадь поршня гцд-
роцилицдра. Кроме того, установлено [4], что
устойчивое движение возможно лишь при
определенном соотношении между ходом S и
диаметром D цилиндра (табл. 1.6.4).
1.6.4. Рекомендуемые соотношения между ходом S и диаметром D цилиндра
D, мм S, мм
200 400 630 800 1000 1250 1600 2000
45
55 Область неустойчивого движения
63
80
90 Переходная
110 область
125
160
180 Область устойчивого движения
200
250
Сжимаемость масла в рабочей полости
цилиндра приводит к запаздыванию т (с) на-
чала движения:
т = 6 • 10
QE
где А - площадь поршня, см2; Н - высота
столба масла, мМ; Др - изменение давления,
обеспечивающее начало движения, МПа; Q -
расход масла, поступающего в цилиндр, л/мин
(за вычетом утечек); Е - модуль упругости
масла, МПа.
Наилучшая стабильность малых подач
достигается при одновременном дросселиро-
вании потока масла на входе и выходе из гид-
родвигателя, когда дроссельный ретулятор
устанавливается возможно ближе к рабочим
полостям. В гидромоторах, допускающих
лпйп = (1 4) мин'1, ретулятор установлен
непосредственно на опорно-распределитель-
ном диске (рис. 1.6.13) [23].
Рис. 1.6.13. Гидромотор с расширенным диапазоном регулирования
190
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Рас. 1.6.14. Схема подключения насоса в системе
объемно-дроссельного регулирования скорости
В системах объемно-дроссельного регу-
лирования скорости шлифовальных станков
(рис. 1.6.14) регулируемый пластинчатый на-
сос 1 поддерживает постоянстве перепада дав-
лений на дросселе 3, обеспечивая стабилиза-
цию скорости движения цилиндра 2 независи-
мо от нагрузки.
Объемный способ регулирования реали-
зуется за счет подбора определенных соотно-
шений между рабочим объемом гидродвигате-
ля и подачей насоса, которая может изменять-
ся, например, ступенчато (рис. 1.6.15, а). За-
данное соотношение скоростей прямого и
обратного ходов (Vj < V2) получают за счет
подбора соотношения между диаметрами (мм)
поршня (D) и штока (d): d = D-jl - Vj / v2 .
При дифференциальном включении, кота обе
полости цилиндра с односторонним штоком
соединены с напорной линией (давление р,
МПа, расход Q, л/мин), скорость (м/мин)
выдвижения штока v = 1270-£>/d2 и развивае-
мое усилие (Н) F « 0,7 Spd2 В протяжных
станках изменение скорости и реверс движе-
ния салазок обеспечивается регулируемыми
насосами с злектроуправлением (рис. 1.6.15,6).
Возвратно-поступательное движение мо-
жет быть получено путем применения гидро-
распределителей с электрическим или элек-
трогидравлическим управлением от конечных
выключателей контроля хода рабочего органа,
однако в этом случае изменение скорости
приводит к большим изменениям перебега.
При механогидравлическом управлении кулач-
ки рабочего органа переключают вспомога-
тельный золотник, изменяющий давление в
торцовых камерах основного золотника, при-
чем минимальные перебеги гарантируются в
реверсивных механизмах со "стреляющим"
вспомогательным золотником (см. рис. 1.6.9).
В тяжелых станках применяют системы замк-
нутой циркуляции на базе реверсивных насо-
сов.
Рис. 1.6.15. Способы объемного регулирования скорости
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРООБОРУДОВАНИЯ
191
Ряс. 1.6.16. Максимально допустимые ускорения для
шлифовальных станков
v0
у = 0,46--------tga.
flmax
(1.6.8)
где А2 - площадь поршня, см2; Vq - начальная
скорость, м/мин; т - масса подвижных час-
тей, кг; а - угол наклона кулачка, °.
При торможении гидроцилиндров часто
применяют тормозные втулки, входящие с
малым зазором в отверстие крышки
(рис. 1.6.17). В этом случае диаметральный
зазор (мкм) без учета сил трения:
I 7 2
с 166 J A2vd ху0
о = —з—~,
d V zhVq / х + 715p>4j
(1.6.9)
Торможение движущихся масс позволяет
исключить удары, снижающие точность стан-
ков. Максимально допустимые ускорения атах
для шлифовальных станков определяются ско-
ростью движения v и соотношением между
весами подвижных (С?Подв) и неподвижных
(<7СТ) частей станка (рис. 1.6.16). При этом
начальная площадь (мм2) дросселирующей
щели и длина у (мм) тормозного конуса:
где d - диаметр втулки, мм; А}, А2 - площади
поршня, см2; v - вязкость масла, мм2/с;
х - путь торможения, мм; р - давление, МПа.
• vo
Mmax • ™ ’
Рис. 1.6.17. Расчетная схема тормозного устройства
Рис. 1.6.18. Схема функционального гидроблока силового стола
192
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
При равнозамедленном торможении уве-
личение давления (МПа) в задней полости
цилиндра:
2
720 - х42
Расчеты тормозных устройств подробно
рассмотрены в работе [17].
Цикл "быстрый подвод (БП) - рабочая по-
дача (РП) - быстрый отвод - стоп в исходном
положении" наиболее характерен для силовых
столов агрегатных станков и автоматических
линий, где с целью уменьшения недохода ин-
струмента требуется возможно более точная
стабилизация координаты точки перехода БП-
РП. Замена электрических конечных выключа-
телей устройствами механогидравлического
путевого управления позволяет уменьшить
величину недохода с 3 - 5 до 0,2 - 0,8 мм.
При применении функциональных гидробло-
ков (рис. 1.6.18) [21] с блочными приставками
А-Д разброс координаты БП-РП не превышает
0,8 мм.
Комплектный гидропривод может вы-
полняться в виде гидропанели, установленной
на задней крышке цилиндра, и путевого рас-
пределителя с обратным клапаном [23]. При
этом обеспечивается комплектность поставки,
минимизация гидролиний и сокращение ме-
таллоемкости; точность перехода БП-РП со-
ставляет 0,4 мм. За счет использования гидро-
аппаратуры встраиваемого исполнения (рис.
1.6.19) возможно снижение массы вдвое.
Регулирование усилий в зажимных (или
других) механизмах с незначительными расхо-
дами масла обычно производится редукцион-
ными клапанами (см. табл. 1.6.3, поз. 8). При
наличии больших расходов такое решение
энергетически невыгодно, поэтому для полу-
чения нескольких давлений применяют либо
многосекционные насосы с индивидуальной
настройкой давлений в секциях (см. рис.
1.6.10, в), либо предохранительные клапаны
непрямого действия с несколькими сервокла-
панами, переключаемыми пилотом (рис.
1.6.20). В ряде случаев (например, в револь-
верных станках) требуется гарантированный
прижим рабочего органа к упору. При оста-
новке на упоре поток масла через дроссель 1
прекращается, давление в левой полости ци-
линдра падает, и реле давления 2 выдает соот-
ветствующий сигнал.
Рис. 1.6.19. Комплектный гидропривод силового стояв на базе гидроаппаратуры встраиваемого исполнения
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРООБОРУДОВАНИЯ
193
Рис. 1.6.20. Гидросистема ре!улируемого прижима к
упору
Гидравлические блокировки обеспечивают
условия безопасности. В гидросистеме
(рис. 1.6.21, а) с помощью клапана 3 (см. табл.
1.6.3, поз.2) обеспечивается определенная по-
следовательность в работе цилиндров зажима 1
и подачи 2 (подача возможна только при зажа-
той заготовке), а в гидросистеме (рис. 1.6.21,
б) - с помощью клапана 4 блокировка по рас-
ходу (движение цилиндра 3 возможно лишь
при заданной частоте вращения гидромотора
2, когда перепад давлений на дросселе 1 доста-
точен для открытия клапана 4). Запирание
задней полости цилиндра 7 (рис. 1.6.21, в)
перемещения пиноли задней бабки токарного
станка при случайном падении давления в
гидросистеме обеспечивается клапаном 2. Для
исключения возможности самопроизвольного
опускания груза применяют гидрозамки (см.
табл. 1.6.2), обладающие практически полной
герметичностью. Аппарат 2 (рис. 1.6.21, г)
настроен на давление, которое больше давле-
ния от силы тяжести, поэтому движение вниз
возможно только после переключения распре-
делителя 4 влево и подвода давления в верх-
нюю полость цилиндра и камеру управления
Рх гидрозамка 3, который при случайном па-
дении давления запирается. Скорость опуска-
ния регулируется дросселем 7.
Наименование
1
Дросселирующие
гидрораспределители
Гидрораспределители с
пропорциональным
электроуправлением
Регулирующие аппараты с
пропорциональным
управлением
1.6.5. Аналоговые устройства электрогндравлической сервотехники [23]
Конструктивная схема Основные технические параметры Область применения
2 3 4
Т А Р В
X Р г
Давление 21 МПа
Расход 100 л/мин (Др = 7 МПа)
Частота при сдвиге 90° по фазе
до 300 Гц
Входная мощность 0,1 Вт
Гистерезис £ 0,1%
Тепловой дрейф £ 0,5%
Тонкость фильтрации 3-5 мкм
Масса 1,85 кг
Давление 32 МПа
Расход 125 л/мин (Др — 1 МПа)
Время срабатывания 0,06 - 2 с
Входная мощность 18 Вт
Повторяемость S 2%
Гистерезис £ 2%
Тонкость фильтрации 25 мкм
Масса 12,5 кг
Клапаны
Давление 1-20 МПа
Расход 5 - 100 л/мин
Погрешность £ 1,5%
Гистерезис £ 6%
Масса 7,8 кг
Дроссели
Давление 20 МПа
Расход 40 л/мин
Гистерезис £ 2%
Входная мощность 18 Вт
Масса 7,2 кг
Высокодинамичные при-
воды, например, электро-
эрозионных станков; зам-
кнутые системы регули-
рования высокой точнос-
ти (погрешность £ 1%)
Разомкнутые системы
дистанционного управле-
ния вспомогательными
механизмами; замкнутые
приводы невысокой точ-
ности (столы плоскошли-
фовальных станков)
Системы дистанционного
управления давлением и
расходом невысокой
точности
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Гидравлические оси
Продолжение табл. 1.6.5
3 4
Давление 21 МПа Расход 23 - 800 л/мин (при Др = 1 МПа) Масса 6,5 - 25,3 кг Регулятор давления Погрешность £ 0,05% Гистерезис £ 0,2% Регулятор расхода Погрешность £ 0,4% Гистерезис £ 1,5% Быстродействие 20 - 70 мс Высокоточные системы регулирования давления, в том числе для испытательных стендов
Давление 6-21 МПа Скорость максимальная 30 - 60 м/мин Точность позиционирования 10 -100 мкм Расход 12 - 160 л/мин Ход до 3 м Вспомогательные меха- низмы сравнительно не- большой точности; приводы трубогибов
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРООБОРУДОВАНИЯ
ел
1.6.6. Цифровые устройства электрогидравлической сервотехники [28]
Обратная связь Движение Конструктивная схема Основные технические параметры Область применения
1 2 3 4 5
Приводы
Давление 6,3 МПа
Рабочий объем 20, 40, 80, 160 см3
Частота вращения 2000 - 1000 мин-1
Угловая дискрета 1,5°
Приемистость 2 кГц
Частота макс. 4-8 кГц
Мощность 2,2 - 9,2 кВт
Масса 15,5 - 57 кг
Станки с ЧПУ средней
точности, промышлен-
ные роботы, вспомога-
тельные механизмы стан-
ков
Тягловое усилие 7 - 14 кН
Ход 220 - 710 мм
Линейная дискрета 0,05; 0,1 мм
Скорость макс. 24; 48 м/мин
Расход макс. 95 л/мин
Статическая неточность 0,2 мм
Масса 30 - 60 кг
Давление 10 МПа
Развиваемое усилие 14 кН
Линейная дискрета 2,5 мкм
Скорость макс. 7 м/мин
Ход 50 - 150 мм
Масса 9,5 кг
Промышленные роботы,
вспомогательные меха-
низмы станков
Приводы подрезных суп-
портов токарных стан-
ков, вспомогательные
механизмы станков
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Продолжение табл. 1.6.6
4 5
Давление 21 (до 30) МПа Диаметр цилиндра 32 - 200 мм Ход до 1,5 м Расход до 320 л/мин Линейная дискрета 0,0016 - 0,5 мм Механизмы осевой пода- чи внутришлифовальных станков, приводы ин- струментальных магази- нов
Давление 6,3 МПа Условный проход 8, 10, 16, 20 мм Расход 25 - 125 л/мин Линейная дискрета 0,01 - 0,1 мм УЧПУ с оперативным вводом программы Приводы технологичес- кого оборудования сред- ней точности
Давление 6,3 МПа Условный проход 8, 10, 16, 20 мм Расход 25 - 125 л/мин Точность позиционирования 1-10 мкм (до 0,1 мкм) Скорость до 60 м/мин (при точности 10 мкм); 0,8 м/мин (при точности 0,1 мкм) Шлифовальные, хонин- говальные, токарные, зу- бообрабатывающие, aipe гатные, давильные стан- ки, сверхпрецизионное оборудование
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРООБОРУДОВАНИЯ
Продолжение табл. 1.6.6
Обратная связь Движение Конструктивная схема Основные технические параметры Область применения
Электрическая Ротационное =Uoct—4WW | SL? L Давление 6,3 МПа Условный проход 8, 10, 16, 20 мм Рабочий объем 20, 40, 80 см3 Расход 25 - 125 д/мин Крутящий момент 17 - 68 Н-м Угловое разрешение 0,072° Механизмы врезной подачи шлифовальных станков, приводы техно- логического оборудо- вания с ходом > 2 м
щ 1 М '
Регулятор расхода
Давление 6,3 (до 20) МПа
Условный проход 10, 20 мм
Расход 0,04 - 25; 0,09 - 100 л/мин
Точность расхода ± 5%
Время регулирования Sic
Масса 5; 9 кг
Дистанционное про-
граммное изменение
скорости движения гид-
родвигателей
Предохранительный клапан
Давление до 10 МПа
Условный проход 10 мм
Номинальный расход 40 л/мин
Зависимость давления от расхода
S 0,5 МПа
Время регулирования Sic
Масса 4,8 кг
Дистанционное програм-
мное изменение давле-
ния, регулирование уси-
лия прижима, например,
в термопластавтоматах
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРООБОРУДОВАНИЯ
199
Устройства электрогидравлической серво-
техники могут быть аналоговыми (табл. 1.6.5)
или цифровыми (табл. 1.6.6). В первых свя-
зующими элементами между устройством чи-
слового программного управления (УЧПУ) и
гидродвигателями являются дросселирующие
гидрораспределители или аппараты с пропор-
циональным эпектроуправлением. Введение в
электрогцдравлические приводы (ЭГП) подачи
или вспомогательных движений, корректи-
рующих воздействий по скорости и ускорению
позволило оптимизировать ЭГП портального
робота с двумя захватами грузоподъемностью
до 300 кг (рис. 1.6.22), обеспечив точность
позиционирования до ± 0,2 мм при макси-
мальной скорости движения 40 м/мин.
Электронные компоненты (ДОС, преду-
силители, интерфейс) могут располагаться
непосредственно в корпусных деталях гидро-
аппаратов, образуя мехатронные узлы высокой
степени интеграции. Такое решение позволяет
упростить трассировку цепей управления и
повысить помехозащищенность.
Рис. 1.6.22. Компоновка портального робота фирмы Rexrotb
Основные параметры гидропривода
Параметры Ось 1 Ось 2 Оси 3 и 4
Радиально- поршневой гидромотор К0, см’ 222,7 — —
Q, л/мин 31
Гидроцилиндр d/D/h, мм — 028/063/1300 028/063/1400
Q, л/мин 124 124
Перемещаемая масса, кг 3500 1900 700 (для каждой оси)
Собственная частота, Гц 6 10 16
200
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
р.стЛ у-const Q-const P-contt
Рис. 1.6.23. Схема пропорционального управления
насосом фирмы Bosch
Область применения дросселирующих
гидрораспределителей существенно ограничи-
вается высокими требованиями к чистоте ра-
бочей жидкости, поэтому более широкое рас-
пространение получили аппараты с пропор-
циональным электроуправлением, которые
могут работать с фильтрами 15 - 30 мкм.
В системах микропроцессорного управления
насосами пропорциональные гвдрораспреде-
лители совместно с датчиками давления, рас-
хода и положения регулирующего органа по-
зволяют реализовать практически любую регу-
лировочную характеристику (рис. 1.6.23). ЭГП
замкнутого типа на базе пропорционально
управляемого насоса по своим динамическим
характеристикам не уступает приводу с про-
порциональным гидрораспределителем и име-
ет минимальные потери мощности (рис. 1.6.24)
131], что позволило стабилизировать тепловой
режим и повысить точность зубошлифоваль-
ного станка.
Пропорциональная гидроаппаратура
применяется, главным образом, в разомкнутых
системах дистанционного управления из-за
существенной нелинейности расходной харак-
теристики и имеющихся трудностей в регули-
ровании малых расходов и давлений.
А -5ОсД^
пт - 500 кг-
НасрС- Beach RKP вз G-я.
SMV 2-ЮО-4
PoaipedeS^dh
Рве. 1.6.24. Варианты пропорционального управления рабочим органом зубошлнфовального станка
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРООБОРУДОВАНИЯ
Поскольку надежность аналоговой серво-
техники ограничивается низкой помехозащи-
щенностью, дрейфом сигналов управления и
отказами цифроаналоговых преобразователей,
расширяется применение цифровых систем
управления с использованием маломощных
шаговых двигателей (ЩД) в качестве задаю-
щих устройств.
В приводах с механической обратной
связью ЩД в процессе движения рабочего
органа постоянно вращается, причем макси-
мальная скорость движения определяется ли-
нейной дискретой и максимальной частотой
следования импульсов (при дискрете 0,01 мм
и максимальной частоте 16 кГц достигается
скорость 9,6 м/мин).
В приводах с электрической обратной
связью [22, 28] ЩД поворачивается на опреде-
ленный угол пропорциональный скорости
движения, и максимальная скорость ограниче-
на лишь допустимой частотой считывания
информации измерительной системой (при
дискрете 0,01 мм скорость может достигать 60
м/мин).
Кроме расширения диапазона регулиро-
вания использование электрической обратной
связи позволяет повысить точность и жест-
кость комплектуемого оборудования, обеспе-
чить длительное сохранение точности, улуч-
шить компоновочные возможности, произво-
дить коррекцию параметров, модернизировать
оборудование, имеющее встроенные гидро-
двигатели.
В области сверхпрецизионного оборудования
ЭГП подачи с электрической обратной связью
открывают принципиально новые возможно-
сти:
использование достаточно жестких гид-
ро- или аэростатических направляющих по-
зволяет исключить механическое трение и,
следовательно, обеспечить, безызносность ба-
зирующих поверхностей, повысить эквива-
лентную геометрическую точность, а также
обеспечить высокое внутреннее демпфирова-
ние в подвижных соединениях, возможность
коррекции положения и зажима,
тонкое регулирование расхода непрерыв-
но дозируемых сред, поступающих в гидро-
двигатели большого рабочего объема, позволя-
ет обеспечить точность регулирования про-
граммно управляемых приводов до сотых до-
лей микрометра;
использование сквозного цифрового
преобразования сигналов повышает надеж-
ность и помехозащищенность, исключает теп-
ловые дрейфы;
совмещение в минимальном количестве
Деталей (корпус цилиндра - поршневая груп-
па) функций двигателя и направляющего уст-
ройства, а также реализация контроля положе-
ния закрепленного на штоке инструмента
(например, с помощью лазерных интерферо-
метров), открывает уникальную возможность
соосного расположения нагрузки, движущей
силы, направляющих и измерительной оси;
использование "холодной гидравлики"
(например, частотно-регулируемых насосов)
позволяет термостабилизировать высокоточное
оборудование.
Осциллограмма перемещения столика
сверхпрецизионной установки (рис. 1.6.25)
при последовательном задании от программы
10 и 9 шагов поочередно показывает, что раз-
ность в 1 шаг (0,08 мкм) отрабатывается с точ-
ностью до 0,02 мкм.
Параметры установки:
перемещаемая масса 40 кг, величина хода
400 мм,
максимальная скорость 0,8 м/мин, жест-
кость 600 Н/мкм,
дискретность ДОС (лазерного интерфе-
рометра) 0,08 мкм.
Цифровые аппараты (см. табл. 1.6.6)
могут управляться непосредственно от про-
граммируемых контроллеров, применяющихся
в большинстве металлорежущих станков и
автоматических линий.
Проектирование гидросистем производит-
ся в диалоговом режиме с использованием
САПР гидрооборудования (рис. 1.6.26) [1].
При составлении принципиальной схемы,
обеспечивающей выполнение заданного цикла,
принимаются меры для сокращения энергети-
ческих потерь, анализируются условия безо-
пасной работы, в том числе при случайном
падении давления, сгорании электромагнитов,
засорении малых отверстий, заклинивании
золотников и других отказах, вводятся блоки-
ровки, исключающие несовместимые движе-
ния, падение вертикально расположенных
узлов, включение движений при отсутствии
смазки и т.п. Анализируются нагрузки, дейст-
вующие на каждый гидродвигатель.
Так для долбежного станка (рис. 1.6.27) в
период времени 0 - ц преодолевается сухое
трение в направляющих (/^р), при разгоне (tj
- Т2) добавляется инерционная нагрузка (^о<)>
в момент времени Т3 прикладывается, а в мо-
мент Т4 снимается нагрузка от сил резания Fp.
При торможении (т$ - Tg) /ин меняет
знак. G - сила тяжести. Максимум силы F
ыожеп соответствовать моменту резания
(строгальные, долбёжные, протяжные станки)
или переходным режимам (реверс стола шли-
фовальных станков).
202
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Рис. 1.6.25. Осциллограмма перемещения столика сверхпрецизшиппа установки
Рис. 1.6.26. Структурная схема САПР гидрооборудования
База данных
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРООБОРУДОВАНИЯ
203
Рис. 1.6.27. График нагрузок, действующих на пщроцилицдр
Рабочее давление рр обычно выбирают с
некоторым запасом, который может быть ис-
пользован в процессе отладки гидропривода.
Принимая потери давления в гидросистеме
0,1рр (до 0,2рр в гидросистемах низкого дав-
ления), определяют максимальное давление в
гидродвигателях, после чего с учетом дейст-
вующих нагрузок определяют рабочие объемы.
Зная размеры гидродвигателей и скорости
движения, по циклограмме подсчитывают
мгновенные расходы масла в каждом из пере-
ходов цикла и подачу питающего насоса.
В качестве примера рассмотрим расчет
гидросистемы токарного станка, работающего
по циклу: зажим заготовки - быстрый подвод
по координате Z (Ы12) - быстрый подвод по
координате X (БПА) - обточка цилиндриче-
ской поверхности (рабочая подача по Z -
PILZ) - переход на другой диаметр обработки
(быстрый отвод по X - БОА) - обработка кону-
са (PnZ + РПА) - BOZ - поворот револьвер-
ной головки - БПА" - ETJZ - сверление отвер-
стия (РП2) - EOZ - БОА' - поворот головки -
разжим - смена детали [23].
Зная мгновенные расходы для каждого
гидродвигателя, из циклограммы (табл. 1.6.7)
определяем суммарные мгновенные расходы
для каждого из переходов цикла. Поскольку
наибольшая величина мгновенного расхода
составляет 50 л/мин, при использовании не-
регулируемого насоса приводная мощность
достигает 7 кВт (при р = 6 МПа), причем
большую часть времени цикла (в режиме РП)
КПД гидропривода не превышает 10 %, что
вызовет интенсивный разогрев масла.
Уменьшить энергетические потери мож-
но за счет использования регулируемого насо-
са или пневмогидравлического аккумулятора.
Для выбора аккумулятора определяют требуе-
мый объем Р^ масла в каждом из переходов
цикла и общее потребление масла за цикл
14,27 л.
Учитывая, что время цикла составляет 79
п 14,27 - 60
с, требуемая подача насоса Qm =-----— - =
= 10,8 л/мин.
Из стандартного ряда выбираем Q„ = 12
л/мин. Далее для каждого из переходов опре-
деляем объем масла, подаваемого насосом Р^д,
и разность Д V= VHi - VTj.
При Д V > 0 масло поступает в аккумуля-
тор, при ДИ< 0 аккумулятор разряжается.
По формуле (1.6.5) или графику расчета
аккумуляторов при Pj,Om = 16 дм3 и рз = 3
МПа определяется давление масла в напорной
линии гидросистемы в конце каждого из пере-
ходов цикла с учетом объемов масла, посту-
пающих в аккумулятор или вытесняемых из
него.
Если полученные колебания давления
неприемлемы, увеличивают Р’ном- Таким обра-
зом, приводная мощность уменьшается с 7 до
1,9 кВт. Поскольку изменение цикла работы
оборудования приводит к изменению
1.6.7. Расчет гидропривода по циклограмме станка
Я
8
подачи
по оси 2.
Гидроприводе
Ркл
50
Время
рабочей
подачи
по оси „
Давление в
напорной
линии гидро-
системы, МПа
ребольберн.
голо&ки
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Зажима [
Суммарный расход
Продолжение табл. 1.6.7
Переходы цикла (БП - быстрый подвод; БО - быстрый отвод; РП - рабочая подача) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Зажим БП "Z' БП "А" РП "Z' БО "А" РП "Z’ и" А" БО "Z’ Поворот головки БП "А" БП "Z' РП "Z' БО 'Z' БО "А" Поворот головки Разжим Смена детали
Время перехода, с 1,5 2 2 18 1 10 2 4 1 1 12 2 2 4 1,5 15
Мгновенный расход масла, л/мин 10 50 50 2 50 5 50 8 50 50 2 50 50 8 12 -
Требуемый объем мас- па, Ир л 0,25 3,33 0,6 0,83 1,67 0,53 1,67 0,4 3,33 0,53 0,3 -
Объем масла, подавае- мого насосом, Ун, л 0,3 0,8 3,6 0,2 2 0,4 0,8 0,4 2,4 0,8 0,8 0,3 3
ХК= Ин- Ит,л 0,05 -2,53 3 -0,63 1,17 -1,27 0,27 -1,27 2 -2,53 0,27 0 3
Давление в напорной мнии гидроситемы в юнце перехода, МПа 6 4,2 6 5,4 6 4,8 5 4,3 5,8 4 4,2 4,2 6
Примечание: (?н = 12 л/мин - подача насоса;
Ркл = 6 МПа - давление настройки предохранительного клапана
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРООБОРУДОВАНИЯ
ы
о
206
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
приведенных выше соотношений между рас-
ходами и давлениями, для универсального
оборудования предпочтительно применение
регулируемых насосов.
Далее в соответствии с принципиальной
схемой подбирают гидроаппаратуру с необхо-
димым условным проходом, по формулам
(1.6.1) - (1.6.4) рассчитывают гидродвигатели,
по формуле (1.6.6) - диаметры трубопроводов,
по формулам (1.6.8) - (1.6.10) - тормозные
устройства. Электродвигатель привода насоса
подбирается по эквивалентной мощности
(кВт):
_ /л\ + F22t2+...4-P„2t„
ГЭКВ ~ 1 _ . _ . . _ »
V Ц+Т2+...+Т„
где Pi,..., Р„ - мощность, потребляемая насо-
сом в каждом из переходов цикла, кВт
’ т1>—> хл " время переходов, с.
Для каждого из переходов проверяется условие
(М
Р/ < Рзл —. где Рзл - номинальная
х т ном /
мощность электродвигателя; А/щщ / Л/Ном -
допускаемая кратковременная перегрузка по
моменту (по каталогу электродвигателей). На
основании теплового расчета (1.6.7) выбирается
объем бака или принимается решение о при-
менении теплообменников.
Для следящих гидроприводов определя-
ются условия динамической устойчивости с
использованием методов теории автоматиче-
ского регулирования [9, 16] . При этом, как
правило, проводится анализ линейной модели
(рассматриваются отклонения в малом, не
учитываются нелинейности в виде сухого тре-
ния, насыщения по давлению и расходу, фор-
мы расходных характеристик управляющих
гидрораспределителей и т.п.), адекватность
которого определяется правомерностью сде-
ланных допущений.
Анализ устойчивости линейной модели
дает удовлетворительное совпадение результа-
тов расчета и эксперимента, если нелиней-
ность или комбинация нелинейностей не пре-
вышает 10 % от основного диапазона работы
системы при испытаниях. Если это условие не
соблюдается, прибегают к математическому
моделированию на цифровых (ЦВМ) или ана-
логовых (АВМ) вычислительных машинах [16].
При этом гидропривод может рассматриваться
как взаимосвязанная часть общей гидромеха-
нической системы станка (рис. 1.6.28, а), ко-
торая содержит контуры, отображающие про-
цессы в несущей системе, а также процессы
резания и трения.
На блок-схеме fp^ - вектор сил резания;
Гтн сила трения в направляющих; Fq - уси-
лие, развиваемое гицродвигателем; FB - воз-
мущение по рабочему процессу резания; vz -
скорость рабочего органа станка; Дн - вектор
смещений в подвижном стыке направляющих
рабочего органа; у - вектор смещений в зоне
резания. При наличии программного управле-
ния вводится контур, характеризующий про-
цессы в устройстве ЧПУ, который обратной
связью по скорости Уг (или положению z)
связан с рабочим органом станка и через на-
пряжение воздействует на управляющие
элементы гидропривода. Белее детализирован-
ная структурная схема гидропривода (рис.
1.6.29, б), например, протяжного станка опи-
сывает характер динамического взаимодейст-
вия скорости перемещения V и движущей си-
лы Fq, причем передаточная функция гидро-
привода [15]:
и; ($) =
Л -а[1- 7^(5)]
где i\ = - отношение установившихся
P20
Л2
давлений в полостях; а = - отношение
4
площадей поршня; И1(5) и И'г(А) - переда-
точные функции элементов, включенных в
соответствующие полости цилиндра; 7j и 7^ -
постоянные времени полостей, зависящие от
длины цилиндра и положения поршня
(определяют запаздывание изменения давле-
ния при изменении скорости).
Для тяжелонагруженных станков разра-
ботан [13, 26] метод многокритериальной оп-
тимизации на основе комплексного анализа
динамических явлений, происходящих в не-
сущей системе, гидроприводе и рабочем про-
цессе, а также наиболее характерных связей в
замкнутой динамической системе станка, ра-
ботающего в условиях сложного спектра сило-
вых и кинематических воздействий. При этом
важнейшим этапом проектирования является
формирование рационального компоновоч-
ного решения, характеризующего расположе-
ние узлов гидропривода на несущей системе и
оказывающего определяющее влияние на ди-
намические характеристики, массогабаритные,
энергетические и эксплуатационные показате-
ли создаваемого станка. Для оценки вариантов
компоновочных решений гидромеханической
системы необходимо построить конструктив-
ную схему станка, составить уравнения дейст-
вующих сил и моментов, получить передаточ-
ные функции, определяющие относительное
смешение инструмента и детали под действием
сил резания и внешних воздействий, сформу-
лировать критерии оценки.
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРООБОРУДОВАНИЯ
207
б)
Рис. 1.6.28. Структурные схемы гидромеханической системы станка (о) гидропривода (б)
Рис. 1.6.29. Компоновочные варианты гидромеханической системы (ГМС) протяжного станка
В качестве примера на рис. 1.6.29 пред-
ставлены три варианта компоновки гидроме-
ханической системы протяжного станка,- для
которого критерии оценки могут быть записа-
ны в виде:
1 + 2цЛ4 / L
1-2рЛ5 / I ;
=й| +*2 +1*4 +Л5
1+2ц*4 /ГУ 211*3^
1-21^/ьЛ1+-ГГ
*2 +*5(1 + 2р*3 / Z)
1 - 2ц*5 / L
где Кт, Кр, Кк - коэффициенты, характери-
зующие трение, изгибные деформации и
инерционные нагрузки; *]...*5 - компоно-
вочные параметры станка; ц - коэффициент
трения; L - длина каретки.
Анализ компоновочных решений по ве-
личинам указанных критериев гидромеханиче-
ских систем протяжных станков с тяговым
усилием более 200 кН показал, что оптималь-
ной является двухцилиндровая компоновка,
соответствующая III варианту, который харак-
теризуется минимальной величиной запасае-
мой потенциальной энергии в элементах кон-
струкции. При совместном рассмотрении про-
цессов в несущей системе и гидроприводе
удается наиболее просто повысить жесткость и
виброустойчивость станка в целом за счет це-
ленаправленного воздействия на его статиче-
ские и динамические характеристики, которые
могут изменяться без существенного измене-
ния конструкции базовых деталей, что особен-
но важно при модернизации [3].
’08
Глава 1.6 ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
1.6.2 ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ И УСТРОЙСТВ
Общие сведения, классификация пневмо-
триводов и устройств. Пневматическая система
ПС) - это техническая система, состоящая из
/стройств, находящихся в непосредственном
сонтакте с сжатым воздухом. Пневматические
системы являются эффективным средством
1втоматизации и механизации станочного обо-
рудования.
Преимущества ПС особенно проявляют-
ся при механизации и автоматизации опера-
ций: зажима деталей, их фиксации, кантова-
тия. сборки, контроля линейных размеров,
гранспортирования, очистки базовых посадоч-
ных мест инструмента и обрабатываемых дета-
ней и других операций, повышая производи-
тельность в 1,5 - 4 раза. Широкому внедрению
ПС способствуют их положительные качества:
простота конструкции и эксплуатационного
эбслуживания, надежность работы в широком
циапазоне температуры, влажности, запылен-
ности, большой срок службы, достигающий
10000 - 20000 ч (10 - 50 млн. циклов), высокая
скорость перемещения исполнительных уст-
ройств (линейного - до 15 м/с, вращательного
- до 20 тыс. мин1), простота передачи энерго-
носителя (сжатого воздуха), централизованный
источник выработки энергоносителя, возмож-
ность торможения и полной остановки без
опасности повреждения механизмов.
Недостатками следует считать сравни-
тельно малую скорость передачи сигнала на
большие расстояния (330 м/с), сложность
обеспечения плавного перемещении рабочих
органов пневматических исполнительных уст-
ройств при колебаниях нагрузки и относи-
тельно высокую стоимость выработки сжатого
воздуха.
В станкостроении используются пневмо-
системы, реализованные на пневматической
технике трех уровней: высокого 0,2 - 1,0 МПа,
среднего 0,1 - 0,25 МПа и низкого 0,001 -
0,01 МПа.
На рис. 1.6.30, а приведена классифика-
ция промышленных пневмоприводов по раз-
личным признакам. В компрессорном пнев-
моприводе сжатый воздух подается в пневмо-
двигатель индивидуальным компрессором. В
аккумуляторном - из пневмоаккумулятора,
предварительно заряженного от внешнего ис-
точника, не входящего в состав привода. Наи-
большее распространение в станкостроении
получили магистральные пневмоприводы, в
которых сжатый воздух подается в пневмо-
двигатель от магистрали (заводской, цеховой и
т.п.), не входящей в состав привода.
а)
Рнс. 1.6.30. Классификация промышленных пневмоприводов (а) и элементы, входящие в пневмоприводы (6)
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ И УСТРОЙСТВ
209
Основные элементы, входящие в состав
пневмоприводов, приведены на рис. 1.6.30, б.
К основным параметрам [11] пневмати-
ческих устройств относятся: условный проход,
диапазон давления, расходная характеристика,
параметры управляющего воздействия, пара-
метры выхода, утечки, время срабатывания,
показатели надежности, размер, масса. Услов-
ный проход характеризует внутреннее проход-
ное сечение устройства. В пневмоприводах
станков получил распространение следующий
ряд диаметров условных проходов-. 2,5; 4; 6; 10;
16; 25 мм. Рабочий диапазон давлений опре-
деляется минимальным и максимальным
(номинальным) давлением. Максимальное дав-
ление - наибольшее манометрическое давление,
при котором оборудование должно работать в
течение установленного срока службы с сохра-
нением параметров в пределах установленных
норм. Пневматические устройства станочных
приводов в основном рассчитаны на номи-
нальное давление 0,6 и 1,0 МПа. Минималь-
ное давление зависит от конструктивного ис-
полнения устройств.
Расходная характеристика проточного
пневматического устройства определяет коли-
чество (массу или объем) воздуха, проходя-
щего через него в единицу времени. Существу-
ет несколько способов задания расходной ха-
рактеристики. Распространение получил спо-
соб проливки каналов устройства жидкостью,
плотностью 1000 кг/м3 при перепаде давления
0.098 МПа и числе Рейнольдса не менее 105. В
этом случае параметр пропускной способности
Ку определяется следующей зависимостью:
~Qb I >
где Qb - расход жидкости, м3/ч; Др - перепад
давления, Па.
Существуют зависимости, связывающие
расход воздуха, приведенный к нормальным
условиям (температура 293 К и атмосферное
давление 101325 Па) с параметром Ку.
Зависимость между объемным расходом,
фактором Ку и перепадом давления:
для подкритического режима течения
(Р2/Р1 > 0.528)
Q = CKy^p] - Р2)р2 ;
для надкритического режима течения
(Р2/Р1 * 0,528)
Q = CKyPi/2,
где р\ и Р2 - абсолютное давление сжатого
воздуха соответственно на входе и выходе, Па;
С - постоянная (С = 4,70 при Q в м3/мин и
Ку м3/ч).
Зависимости не превышают погрешности
2 % при изменении температуры на 10°С.
Под параметрами управляющего воздей-
ствия понимается минимальная величина сиг-
нала управления (сила, давление, напряжение
и мощность электрического тока и т.д.).
Пневмодвнгатели поступательного и вра-
щательного движений. В пневмодвигателях
происходит преобразование потенциальной
энергии сжатого воздуха в механическую
энергию поршня или ротора двигателя.
В табл. 1.6.8 представлены наиболее распро-
страненные типы пневмодвигателей.
1.6.8. Основные типы пневмодвигателей, их назначение н область применения
Двигатели
Схема двигателя
Область применения
1. Пневмодвигатели с поступательным движением выходного звена
(пневмоцилиндры)
Одностороннего действия 1 Подъемники и механизмы, в которых
111 движение в одну из сторон произ- водится под действием внешних сил или собственной массы. Перемещения до (8 -г 10)/) и усилия до 30 кН
Одностороннего 1 _ Зажимные, фиксирующие, переклю- чающие и другие устройства. Перемещения до (0,8 1,5)2) и усилия 0,04 - 6 кН
действия с пружин- ным возвратом tot) L LlTij
Двухстороннего Транспортирующие, погрузочно-раз-
действия с односто- ронним штоком LL& грузочные, зажимные и другие уст- ройства. Перемещения до (8 -г 10)2) и усилия до 45 кН
210 Гий 1.6. ГВДРбПНЕВМОСМАЗОЧНОЕдЙоадОВА1{ИЕ
Продолжение табл. 6.8
Двигатели Схема двигателя Область применения
1 2 3
Двухстороннего действия с двусто- ронним штоком 11Ф Устройства с требованиями равенства развиваемых усилий в обе стороны или управления конечными выключателями с нерабочей стороны штока. Перемеще- ния до (8 4- 10)Z) и усилия до 30 кН
Сдвоенные (одно- или двухстороннего действия) & Зажимные устройства с ограничением радиального размера цилиндров. Пере- мещения до (0,8 4- 1,5)2) и усилия до 60 кН
Телескопические (одно- или двухсто- роннего действия) t 1 Устройства со значительной величиной перемещения рабочего органа при ог- раниченном осевом размере цилиндра в исходном положении
Многопозиционные пневмоцилиндры: двухпоршневые однопоршневые с отверстиями в гильзе многопоршневые _J±J- 1 1 1 Z—1—1 Устройства позиционирования, пере- ключения передач и другие. Обеспе- чивают несколько фиксированных по- ложений рабочего органа
Иге — РЦ Уда
-в -й
Пневмоцилиндры со встроенным реси- вером L' Прошивочные, штамповочные, марки- ровочные, чеканочные и другие устрой- ства. Обеспечивают высокую скорость в одном из обоих направлениях
Пневмоцилиндры с гибким штоком _л — U. Транспортирующие устройства со зна- чительными перемещениями и требова- ниями к минимальному размеру ци- линдра. Перемещения до 202) и усилия до 45 кН
/’I Y ‘ I
J—
Вращающиеся пнев- моцилиндры одно- или двухстороннего действия: с полым и сплош- ным штоком сдвоенные JJ_ji 7 Зажимные устройства станков для об- работки пруткового материала и штуч- ных заготовок
OjiS 1—pj - То же, при необходимости обеспечения усилий зажима свыше 45 кН или огра- ничении размера по диаметру цилинд- ров
осшдм^оыг ngwmwmnwiMl WMOWT, ГВПГПН и устройств 211
Продолжение табл. 1.6.8
1 2 3
мембранные (одно- или двух- стороннего дейст- вия) г-*-; J 1 Устройства зажимные, фиксирующие и другие с ограниченным перемещением 0,12) м для плоских мембран, 0,252) м для мембран с гофром. Усилие до 30 кН.
Сильфонные Гч— -Д— В датчиках и специальных устройствах с небольшой величиной хода и усилий
Камерные —4 Для зажима деталей в нескольких точ- ках. Обеспечивают постоянное усилие зажима при изменении размера деталей
Шланговые Транспортирующие устройства со зна- чительной величиной перемещения (до 10 м и более при небольших перемеща- емых массах)
Двухпозиционные поршневые 2. Поворотные пневмс «двигатели Автоматические манипуляторы и загру- зочные устройства; угол поворота обыч- но до 360е (в специальном исполнении до 1800°), крутящий момент до 20 кН-м
1
Шиберные Угол поворота до 300°, крутящий мо- мент до 500 Н м
Многопозиционные (поршневые и плас- тинчатые) 5^7 Устройства позиционирования станков и манипуляторов при небольших углах поворота
Шестеренные 3.1 Ihcbmomoto ры Приводы транспортеров, лебедок, ком- байнов, сверлильных машин в угольной и горнорудной промышленности
И
Аксиально- поршневые v' Приводы ручного инструмента, свер- лильных головок и других устройств
Радиально- поршневые Z в Приводы лебедок, конвейеров и других устройств во взрывоопасных помеще- ниях, а также сверлильных машин с относительно высоким крутящим мо- ментом
212
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Продолжение табл. 1.6.8
Двигатели
Схема двигателя
Область применения
Мембранные
Пластинчатые
Винтовые
Турбинные
Приводы трубопроводной арматуры
клапанного типа
Ручной инструмент, сверлильные и
резьбонарезные головки, гайковерты и
другие устройства
Приводы конвейеров,
других машин
транспортеров и
Приводы шлифовальных головок
Примечание: Усилие и крутящий момент указаны при рабочем давлении
0,63 МПа; D - диаметр поршня цилиндра; Z)M - диаметр мембраны.
1.6.9. Технические характеристики пневмоцилиндров (ГОСТ 15608)
Диаметр, мм Усилие на штоке, Н
Теоретическое Действительное (не менее)
ЦИЛИН- штока толкаю- тяну- толкаю- тяну- толкаю- тяну- толкаю- тяну-
дра щее щее щее щее щее щее щее щее
Давление, МПа
0,63 1.0 0,63 1.0
25 10 310 260 490 410 240 200 390 320
32 10 600 450 800 720 400 360 640 570
40 12 790 720 1260 1140 630 570 1000 910
50 16 1250 1110 1960 1760 990 880 1560 1400
63 16 1960 1830 3110 2910 1560 1460 2480 2320
80 25 3170 2860 5030 4540 2780 2510 4420 3990
100 25 4950 4640 7850 7360 4350 4080 6900 6470
125 32 7730 7230 12270 11470 6800 6360 10790 10090
160 40 12670 11870 20110 18850 11650 10920 18500 17340
200 50 19790 18660 31420 28460 18200 17070 28900 27100
250 63 30920 28960 49090 45970 28440 26640 45160 42290
320 80 50660 47500 80420 75390 46600 43700 73980 69350
360 80 64120 60960 101780 96760 60910 57910 96690 91920
400 90 79160 75150 125660 119300 75200 71390 119370 113330
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ И УСТРОЙСТВ
213
Поршневые пневмоцилиндры в зависи-
мости от конструктивных особенностей имеют
весьма широкий диапазон параметров.
В табл. 1.6.9 представлены технические харак-
теристики пневмоцилидров. Диаметр поршня,
ход поршня и диаметр штока выбирают из
рядов, предусмотренных государственным
стандартом. Скорость стабильного перемеще-
ния обычно в пределах 0,01 - 5,0 м/с. Мини-
мальная скорость перемещения обычно дос-
тигается при использовании уплотнений, изго-
товленных из композиционных материалов на
основе фторопласта, и параметре шероховато-
сти Ra цилиндрических поверхностей гильзы и
штока, равной 0,16 мкм. В табл. 1.6.10
приведены усредненные скорости движения
штока в зависимости от параметра загрузки %,
характеризующего отношение действительной
нагрузки к теоретической величине усилия на
штоке. Для транспортирующих пневмоцилин-
дров оптимальное значение % = 0,4 - 0,5; при
X = 0,5 время срабатывания значительно воз-
растает; малые значения х (0,1 - 0,2) свиде-
тельствуют о неэффективности использования
пневмоцилиндра, но могут быть необходимы
для получения максимальных скоростей сраба-
тывания {10, 11{. Пробег поршня пневмоци-
линдра при нормальном давлении (до
0,6 МПа) и достаточной смазке до смены уп-
лотнений составляет 4-5 тыс. км.
1.6.10. Усредненные скорости движения штока в зависимости от
параметра загрузки при рабочем давлении 0,6 МПа
Диаметр Диаметр условного про Параметр загрузки /
поршня, хода питающей трубы, 0 0,2 0,4 0,6 0,8
мм мм Скорость штока, мм/с
25 4 580 530 450 380 300
35 7 980 885 785 690 600
50 7 480 440 400 360 320
70 7 230 215 200 180 150
70 9 530 470 425 380 310
100 7 120 ПО 90 80 60
100 9 260 230 205 180 130
140 9 130 120 ПО 90 70
140 12 300 260 230 200 170
200 9 65 60 55 50 40
200 12 145 130 120 105 85
200 19 330 300 280 250 215
250 19 240 220 185 165 115
На рис. 1.6.31, а, б представлена конст-
рукция типового поршневого пневмоцилинд-
Ра- Пневмоцилиндр для смягчения ударов в
крайних положениях имеет встроенные в
Крышки пневматические демпферы, Для тор-
можения штока в промежуточном положении
Необходимо предусматривать специальные
лневмоуправляемые тормозные устройства
1РИс. 1.6.31, в), обычно размещаемые в штоко-
крышке пневмоцилиндра.
Примеры типовых схем нагрузки на эле-
енты пневмо цилиндра в горизонтальном и
вертикальном положениях приведены
табл. 1.6.11.
На рис. 1.6.31, е изображен бесштоковьп
цилиндр и способы соединения каретки ци
линдра с механизмом станка. Каретка цилинд
ра жестко соединена с поршнем. Использова
ние бесштоковых пневмоцилиндров позволяв
существенно (за счет отсутствия штока), осо
бенно при ходе каретки 1 м и более, экона
мить место в станке. |
Габаритные размеры и основные технц
ческие данные пневмоцилиндров приведены
производственных каталогах [291.
!14
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Рис. 1.6.31. Конструктивные схемы пневмоприводов:
а - поршневой пневмоцилиндр без торможения;
б - поршневой пневмоцилиндр с торможением в крышках;
в - тормоз штока; г - поршневой поворотный пневмодвигатель;
д - пластинчатый поворотный пневмодвигатель; е - бесшгоковый пневмоцилиндр;
ж - крепление каретки бесштокового пневмоцилиндра;
з - мембранный пневмоцилиндр с формованной мембраной;
и - мембранный пневмоцилиндр с плоской мембраной
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ И УСТРОЙСТВ
215
1.6.11. Рекомендуемая схема нагрузки на шток
Тип
нагрузки
Расположение штока
Горизонтальное
Вертикальное
Осевая нагрузка с направле-
нием штока
Осевая нагрузка
Осевая и радиальная нагрузки
Осевая нагрузка с шарнир-
ным закреплением штока и
задней крышки
Осевая нагрузка с шарнир-
ным закреплением штока и
гильзы
216
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
«)
Рис. 1.6.32. Пневмомотор:
а - конструкция; б - принцип действия;
в - рабочие характеристики пневмомотора с тремя ступенями редукции чисел оборотов
На рис. 1.6.32, а показана конструкция
наиболее распространенного типа двигателя
вращения - пластинчатого пневмомотора. Он
состоит из эксцентрично расположенных ста-
тора и ротора. В продольных пазах ротора
перемещается несколько пластин (рис. 1.6.32, б).
При подаче сжатого воздуха через окно 1 соз
дается давление на пластину 2. Пластина по-
ворачивается по стрелке, создавая крутящий
момент на валу статора. Через окно 3 проис-
ходит выхлоп воздуха. Статор обычно имеет на
своем валу незначительный момент при боль-
шой частоте вращения. Для увеличения вы
ходного момента встраивается в двигатель одна
или несколько ступеней планетарных редукто-
ров. Выходные характеристики пневмомоторов
с одно-, двух- и трехступенчатыми планетар-
ными редукторами приведены на рис. 1.6.32,
в. Обычно для пластинчатых моторов требует-
ся обильная смазка. Долговечность пластинок
составляет 300 - 400 ч непрерывной работы.
Диапазон частоты вращения на выходе доста-
точно широкий (250 - 20 тыс. мин"1), момент
на валу 0,12 - 20,0 Н-м. Пластинчатый ревер-
сивный тип мотора получил наибольшее рас-
пространение в металлообработке.
Мембранные пневмодвигатели применя-
ются в зажимных, фиксирующих, тормозных,
прессующих устройствах станков и других
машин. Мембранный пневмоцилиндр с фор-
мованной мембраной изображен на рис.
1.6.31, з. Преимущества мембранных цилинд-
ров - малая трудоемкость, высокая герметич-
ность, отсутствие необходимости подачи рас-
пыленной смазки. Недостатки - малая величи-
на хода, непостоянство усилия по ходу, отно-
сительно низкая долговечность. Мембрана
может быть не только круглой, но и прямо-
угольной формы. На рис. 1.6.31, и изображен
такой мембранный цилиндр для подъема или
прижима деталей.
В табл. 1.6.12 приведены рекомендуемые
соотношения хода и диаметра плоской мем-
браны в месте заделки [11].
1.6.12. Максимальный ход штока двигателей с плоскими мембранами
Мембранный двигатель Ход штока при давлении, МПа
0,4 0,5 0,6 0,8
Одностороннего действия 0,08Z>M 0,10Z>M 0.12Д, 0,15£>м
Двухстороннего действия 0,06 £>м 0,08 0,ЮЛм 0.12Д,
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ И УСТРОЙСТВ
217
Рис. 1.6.33. Пневмогидравлические устройства:
а - пневмогидравлический преобразователь (ПГП) без разделения сред;
б - ПГП с эластичным разделителем; в - ПГП с поршнем;
г - пневмогидравлический насос (ПГН) одностороннего действия;
д - ПГН двухстороннего действия; е - ПГП прямого действия; ж - ПГП последовательного действия
Преобразователи пневмогидравлические и
пневмоэлектрические. В эту группу устройств
входят: пневмовытеснители, пневмогидропре-
образователи, пневмогидронасосы, пневмогид-
роаккумуляторы, реле давления, пневмоэлек-
тропреобразователи и индикаторы давления.
Пневмовытеснители предназначены для
передачи давления сжатого воздуха гидравли-
ческой жидкости без изменения величины
давления. Пневмовытеснители могут быть без
разделителя сред и с поршневым и мембран-
ным разделителями. Пневмовытеснители без
разделителя сред представляют собой закры-
тый сосуд, верхняя часть которого соединена с
пневмосистемой, а нижняя - с гидроцилин-
ром. К недостаткам вытеснителя этого типа
следует отнести растворение воздуха в жидко-
сти и окисление последней. Эти недостатки
можно устранить за счет применения тонких и
эластичных разделителей (мембран), а также
поршней с уплотнительными элементами.
На рис. 1.6.33, а - в показаны конструк-
ции основных типов вытеснителей.
Пневмогидропреобразователи предназна-
чены для преобразования энергии сжатого
воздуха в энергию рабочей жидкости с други-
ми величинами давления [32]. Различают
пневмогидропреобразователи прямого дейст-
вия, (рис. 1.6.33, е), передающего жидкости
высокое давление с момента подачи сжатого
воздуха в полость пневмоцилиндра, и после-
довательного (рис. 1.6.33, ж) действия, пере-
дающего в гидросистему большую часть объе-
ма жидкости при низком давлении и в конеч-
ной стадии цикла меньшую часть при высоком
давлении. Экономия сжатого воздуха в одном
цикле (см. рис. 1,6.33, е, ж) по сравнению с
предыдущим типом составит:
ДИ = У A - (Уц + УС) = ~ d2)s2.
Реле давления предназначено д ля выдачи
электрического сигнала при достижении в
пневматической системе заданного давления
(или разности давлений). Различают реле дав-
ления измерительного и дифференциального
типов. Первое реагирует на избыточное давле-
ние (разность между изменяющимся давлени-
ем в системе и атмосферным), второе - на
разность между давлениями в двух частях
пневмосистемы (например, в штоковой и
поршневой полостях пневмоцилицдра).
Рабочий диапазон контролируемого дав-
ления станочными реле давления находится в
пределах 0,1 - 1,0 МПа. Зона нечувствительно-
сти настройки (разность давлений включения
и выключения) находится в пределах 0,003 -
0,05 МПа [29].
Пневмогидравлические насосы предна-
значены для нагнетания рабочей жидкости в
218
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
гидросистему станка. По конструктивному
признаку различают пневмогидронасосы одно-
стороннего и двухстороннего действия. В на-
сосе одностороннего действия (рис. 1.6.33, г)
сжатый воздух от распределителя 1 подается
попеременно в поршневую и штоковую полос-
ти цилиндра 2. Нагнетание жидкости происхо-
дит при подаче воздуха в поршневую полость.
Недостатками насосов этого типа является
наличие значительной пульсации потока и
большой расход воздуха. Эти недостатки в
значительной степени компенсируются в
пневмогидравлических насосах двухстороннего
действия (рис. 1.6.33, д) [32].
Отличительной особенностью пневмо-
гидравлических насосов является возможность
подачи рабочей жидкости лишь в тот период,
когда в приводе возникает потребность в ее
расходе, и без нагрева последней. Это обстоя-
тельство является решающим для применения
пневмогидравлических насосов в прецизион-
ных приводах, например, станков шлифоваль-
ной группы для обработки приборных колец
подшипников.
На рис. 1.6.34, а показана принципиаль-
ная схема установки мод. СА на базе пневмо-
гидравлического насоса для непрерывной по-
дачи минерального масла в гидропривод стан-
ка. Пневматический цилиндр ПЦ с комплек-
том пневмоаппаратуры (пневмораспределителъ
Р1, пневматические бесконтактные выключа-
тели ПВ1 и ПВ2, усилители УС1 и УС2 и
глушитель Г) осуществляет непрерывное воз-
вратно-поступательное движение поршня гид-
равлического цилиндра ГЦ. Система клапанов
(разделительный клапан Р2, обратные
клапаны КО1 и КО2, запорный клапан РЗ)
обеспечивают цикл всасывания из бака Б и
нагнетание масла в гидропривод. Аккумулятор
АК сглаживает пульсацию в напорном трубо-
проводе, возникающую в момент реверса
поршня. Дроссель ДР позволяет достигать
минимальных стабильных скоростей исполни-
тельных механизмов.
На рис. 1.6.34, б приведены статические
характеристики двух моделей (СА-70 и СА-88)
насосных установок. Давление Р2 в напорном
трубопроводе падает в зависимости от потреб-
ляемого расхода Q. Коэффициент мультипли-
кации (расчетный) соответственно равен 4,43 и
3,05. Эффективная мощность с уменьшением
давления также падает. Существует модифика-
ция насосных установок с электрическим
управлением циклом насосной установки.
Направляющие пневмоаппараты. К группе
направляющей пневмоаппаратуры относятся
пневмораспределители, пневмоклапаны обрат-
ные, быстрого выхлопа, последовательности,
выдержки времени, логических операций
"ИЛИ" и "И".
Пневмораспределители предназначены
для изменения направления или пуска и оста-
нова потоков сжатого воздуха в двух или более
внешних пневмолиниях в зависимости от
внешнего управляющего воздействия. Под
внешними пневмолиниями понимают возду-
хопроводы и каналы для течения воздуха (в
том числе и отверстия для связи с атмосфе-
рой), соединяемые в определенных сочетаниях
при различных положениях распределитель-
ного элемента (табл. 1.6.13).
рг,мпа модель СЛ-88 N,Bt
о 5 Ю 15 20 0,л/мин
6)
Ряс. 1.6.34. ПневмопЦфЯвлическая насосная установка:
а - принципиальна, схема; б - характеристики
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ И УСТРОЙСТВ
219
1.6.13. Основные пневматические схемы пневмораспределнтелей
Число пози- ций распре- делительного элемента Управление Схема соединения пневмолиний в исход- ной позиции Число внешних пневмо- линий Условное графическое обозначе- ние по ГОСТ 2.781
Двухлинейные и трехлинейные пневмораспределители
Односто- Нормально открытая
роннее Нормально закрытая
Двухсто- роннее -
То же С закрытым цен- тром
220
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Продолжение табл. 1.6.13
Условное графическое обозначе-
ние по ГОСТ 2.781
Управление
Число пози-
ций распре-
делительного
элемента
Схема соединения
пневмолиний в исход-
ной позиции
Число
внешних
пневмо-
линий
Черырехлинейные и пятилинейные пневмораспределители
Пружинный 4 J XI ❖ 2 | Vv 1
Односто- 5 2 31 4 ’ /14/ 5
роннее П невматический 4 3 2 X" *3
2 5 24
Двухсто- 4 и) J 4 3] 1
роннее 5 ад 3 % 15
3 То же 4 2Ь 3 1
5 1 24 315 1^1
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ И УСТРОЙСТВ
221
На рис. 1.6.35 приведена классификация
способов управления пневмораспределителя-
ми. Наиболее широкое распространение в
промышленности получили следующие конст-
рукции распределительных устройств: клапан-
ные. с плоским золотником поступательного и
вращательного движения и с круглым золот-
ником поступательного движения [10, 11, 29].
Монтаж пневмораспределителей в пнев-
мосистеме может осуществляться либо с по-
мощью труб и плиток для трубного монтажа,
либо с помощью плиток батарейного монтажа,
позволяющего объединить пневмораспредели-
тели в блок с объединенными каналами пита-
ния и выхлопа воздуха. Размеры присоедини-
тельных плоскостей пиевмораспределителей и
плиток регламентированы нормами ISO
5599/1. Для выбора требуемой пропускной
способности монтажных плиток и пневморас-
пределителя при постоянном коэффициенте
нагрузки на штоке пневмоцилиндра можно
воспользоваться формулой:
к \21Fsp
ts^(p - Др)
где Kv - пропускная способность распредели-
теля, м3/ч; F - площадь поршня, м2; 5 - ход
поршня, м; ts - заданное время перемещения
поршня, с; р - абсолютное рабочее давление,
МПа; Ср -перепад давления на распределите-
ле, МПа.
Предполагается, что площадь поршня
выбрана из условия % = Р/р F = 0,5, где Р -
сила сопротивления.
Значение Лр для определения реко-
мендуется принимать ж 0,03 МПа. Некоторые
данные по пропускной способности Kv выпус-
каемых промышленностью пневмораспредели-
телей, приведены в табл. 1.6.14 [11].
Пневмоклапаны быстрого выхлопа слу-
жат для повышения быстродействия пневмо-
приводов путем уменьшения сопротивления
выхлопной линии.
Пневмоклапаны последовательности
предназначены для контроля рабочего цикла
по давлению (разности давлений) в пневмати-
ческих системах управления путем подачи
пневматического сигнала при возрастании
контролируемого давления (разности давле-
ний) до заданной величины. Такие клапаны
применяют также для переключения пневма-
тически управляемых узлов в системах, когда
нельзя использовать путевые выключатели
(например, при переменной длине хода) [29].
Регулирующие пневмоаппараты предна-
значены для изменения давления и подачи
сжатого воздуха путем регулирования откры-
тия проходного сечения. К этой группе пнев-
моаппаратов относятся: пневмодроссели, а
также редукционные и предохранительные
клапаны. Пневмодроссели предназначены для
изменения расхода путем создания местного
сопротивления потоку сжатого воздуха. Дрос-
сели могут быть постоянные (нерегулируемые)
и переменные (регулируемые), сопротивление
которых можно изменять вручную или автома-
тически. Дроссели обычно выполняют в виде
отдельных регулируемых устройств, снабжен-
ных обратным клапаном в параллельном кана-
ле [29].
К
Рас. 1.6.35. Способы управления пневмораспрсделителями
Ill
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
1.6.14. Пропускная способность пенвмораспределителей и других аппаратов
Шифр и наименование пневмо- аппаратов Условный проход Dy, мм Пропускная способность Kv, м3/ч Эффективная площадь про- ходного сече- ния /, мм2 Длина эквивалентно- го трубопровода (при dr — Dy), м
Пневмо- П-РЭ-3/1 1 0,032 0,64 -
распреде- П-ЭПР-3 1,6 0,08 1,6 -
лители П-РЭ-3/2,5 2,5 0,16 3,2 2,76
П-РКЗ 4 0,25 5 -
П-РП-4/10 4 0,25- 5 -
П-Р13П-16/10 12 3,7 74 -
П-Р13П-25/10 25 9,3 186 -
В63-11А 4 0,33 6,6 1,04
В63-13А 10 1,9 38 10,8
В64-14А 16 2,8 56 12,64
В63-15А 20 5,0 100 9,0
П-Р4Ф 4 0,6 12 -
211 10 1,65 33 -
331 10 1,25 25 -
В71-22А 6 0,9 18 -
В71-23А 10 1,6 32 -
В71-24А 16 3,6 72 -
Пневмо- 04-2 4 0,16 3,2 1,6
дроссели 06-2 6 0,35 7 3,3
10-2 10 0,9 18 10,5
16-2 16 1,7 34 11,2
25-2 25 4,0 80 13,75
Обратные 04-2 4 0,28 5,6 -
клапаны 06-2 6 0,8 16 -
10-2 10 1,6 32 -
16-2 16 4,0 80 13,75
20-2 20 7,5 150 -
Влагоотде- 22-10x80 10 2,2 44 15
лители 22-16x80 16 4,9 98 9,1
22-25x80 25 8,8 176 -
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ И УСТРОЙСТВ
223
Продолжение табл. 1.6.14
Шифр и наименование пневмо- аппаратов Условный проход Dy, мм Пропускная способность Ку, м3/ч Эффективная площадь про- ходного сече- ния /, мм2 Длина эквивалентно- го трубопровода Ls (при d, = Dy), м
Глушители 2113-04 4 0,35 7 0,7
2113-06 6 0,75 15 0,78
2113-10 10 1,6 32 2,75
2113-16 16 4,0 80 7,2
2113-20 20 6,3 126 8,0
Примечание: пропускная способность пневмолинии Kv, состоящая из п элемен-
тов, характеризуемых Ку/, при последовательном включении
Ку, = Kyi\ + К/2 +...+ Kvn; при параллельном включении
J_________________________________!_ + _!_+ । 1
АГу Kvi АГу2 Л'уи
Дроссельные устройства выпускаются
промышленностью на условные проходы
4 - 25 мм [29].
На рис. 1.6.36 представлены наиболее
распространенные способы дроссельного
регулирования скорости штока пневматиче-
ского цилиндра. Наиболее эффективное тор-
можение обеспечивает схема, изображенная на
рис. 1.6.36, г [6, 11].
Рис. 1.6.36. Схемы регулирования скорости штока пенвмоцндиндра:
а - пенвмодросселем; б - пневмодросселем с обратным клапаном, включаемого упором;
в - пневмодросселем с обрати гм клапаном в одной пневмолинии;
г - пневмодросселем с обрати ям клапаном в двух пневмолиниях
224
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Рис. 1.6.37. Редукционный пневмоклапан с
пропорциональным электронным управлением:
1 - электромагнит; 2 - якорь; 3 - толкатель;
4 - заслонка; 5 - сопло; 6 - управляющая мембрана;
7 - седло клапана сброса; 8 - седло основного
клапана; 9 - корпус; 10 - тензопреобразователь;
11 - электронная плата
Изменение уровня давления в пневмати-
ческих линиях достигается с помощью редук-
ционных пневмоклапанов. Редукционный
пневмоклапан представляет собой пневматиче-
ский дроссель с обратной связью по давлению
на выходе пневмоклапана. Параметр выход-
ного давления может задаваться вручную с
помощью винта и пружины, а также уровнем
давления сжатого воздуха, подаваемого на
управляющий вход редукционного пневмокла-
пана. Промышленность выпускает редукцион-
ные пневмоклапаны с условным проходом 4 -
40 мм. На рис. 1.6.37 показан редукционный
пневмоклапан с пропорциональным электрон-
ным управлением. Уровень выходного давле-
ния 0,1 - 0,8 МПа сжатого воздуха задается на
управляющем входе электронного блока сиг-
налом 0 - 9 В. Нелинейность и гистерезис
исполнения заданного сигнала 5% от макси-
мального значения выходного давления.
Кондиционеры сжатого воздуха (фильтры,
маслораспылители, глушители), пневмолинии.
Надежная работа пневматического станочного
оборудования возможна лишь при условии
питания пневмосистем сжатым воздухом, над-
лежащим образом очищенным и содержащим
распыленный смазочный материал.
Степень загрязнения сжатого воздуха
регламентируется ГОСТ 17433.
Рис. 1.6.38. Принципиальные схемы подготовки сжатого воздуха в пневмосистемах:
а - без осушки сжатого воздуха; б - с осушкой сжатого воздуха;
1 - компрессор; 2- концевой холодильник; 3 - концевой влагоотделитель; 4 - рессивер;
3 - магистральный фильтр-влагоотделитель Фм; 5 - индивидуальный фильтр-влагоотделитель;
7- фильтр тонкой очистки Фт; 8 - потреб пели сжатого воздуха; 9 - осушители;
в - устройство очистки и <i ;ушки сжатого воздуха
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ И УСТРОЙСТВ
225
На рис. 1.6.38 приведена принципиаль-
ная схема подготовки сжатого воздуха для
использования в пневмоприводах металлобра-
батывающего оборудования [7]. Цифры в рам-
ках со стрелками обозначают классы загряз-
ненности сжатого воздуха по государственному
стандарту после установки соответствующих
устройств очистки. Для питания пневмопри-
водов станочных пневмосистем рекомендуется
выбрать следующие параметры очистки сжа-
того воздуха:
тонкость фильтрации механических час-
тиц - 10 - 40 мкм;
точка росы +10°С;
содержание компрессорного масла
25 мг/м3.
Фильтры-влагоотделители центробежного
действия выпускаются на условные проходы
6 - 25 мм с абсолютной тонкостью фильтрации
40 - 80 мкм; применяются в основном как
индивидуальное устройство очистки в пневма-
тических системах. Фильтры-влагоотделители
этого типа имеют ручные и автоматические
устройства выпуска конденсата из пневмоси-
стемы.
Абсолютная тонкость фильтрации 10 - 40
мкм достигается применением модульного
устройства, схема которого представлена на
рис. 1.6.38, в. Устройство обеспечивает очист-
ку сжатого воздуха от капельной влаги и твер-
дых частиц, диаметры условных проходов 6; 10
и 16 мм. Промышленность выпускает ком-
плектные устройства очистки сжатого воздуха,
обеспечивающие предварительную очистку,
осушку, удаление конденсата, регулировку
давления и тонкую очистку сжатого воздуха.
Устройство снижает точку росы до 10°С и
фильтрует механические частицы более 5 мкм
для одного исполнения и более 0,5 мкм - для
другого. Это устройство очистки предназначе-
но для подготовки сжатого воздуха, питающего
высокооборотные шлифовальные шпиндели на
подшипниках газовой смазки. Диаметры ус-
ловного прохода 10 и 16 мм [29].
Для нормальной работы пневматических
устройств в пневмосистему необходимо пода-
вать смазочный материал. Смазывание снижа-
ет трение, уменьшает износ трущихся пар, а
также предохраняет от коррозии внутренние
полости пневматических устройств. Распыле-
ние смазочного материала в потоке сжатого
воздуха осуществляется с помощью маслорас-
пылительного устройства. Концентрация пода-
чи смазочного материала регулируется с по-
мощью дросселя, встроенного в маслораспы-
литель. Маслораспылители рекомендуется
устанавливать в непосредственной близости к
смазываемым устройствам; для обеспечения
стабильности подачи смазки необходимо, что-
бы объем воздухопровода, соединяющего мас-
лораспылитель с пневмоцилиндром, не пре-
вышал 50% объема свободного воздуха, по-
требляемого пневмоцилиндром за один ход.
Для распыления используются минеральные
масла с вязкостью 35 мм^/с при температуре
+50°С, очищенное не грубее 14 класса чистоты
по Государственному стандарту. Промышлен-
ность выпускает маслораспылители с услов-
ным проходом 4 - 25 мм [29].
Трубопроводы предназначены для транс-
портирования сжатого воздуха в пневматиче-
ских системах. Важной характеристикой тру-
бопровода является потеря давления на пути
от компрессора до потребителя, которая не
должна превышать 5 - 10% от величины рабо-
чего давления. Внутренний диаметр трубопро-
вода
a
у Я(й Р
где Q - расход воздуха; <в - скорость воздуха;
р0 и р - плотность воздуха соответственно при
нормальных условиях по Государственному
стандарту и при фактическом давлении в воз-
духопроводе.
На рис. 1.6.39, часть I приведена номо-
грамма для определения потерь давления на 1
м длины трубопровода. Трубопроводы могут
быть гибкими и жесткими. В качестве жестких
трубопроводов применяют обычно трубы из
стали марок 10 и 20, из меди М2 и М3, латуни
Л62 и алюминиевого сплава АМг1. Концевые
соединения и арматура для этих трубопрово-
дов используется обычно та же, что для гид-
равлических и смазочных систем. Гибкие тру-
бопроводы изготовляют из резиновых трубок,
армированных нитяной оплеткой из хлопка
или капрона, а также из синтетических мате-
риалов (полиэтилена, поливинилхлорида мар-
ки ПБ-2). Концевые соединения для трубок из
синтетических материалов и конструкции ти-
повых быстроразъемных соединений приведе-
ны на рис. 1.6.39, часть II. Синтетические
трубопроводы по соображениям прочности
при давлении до 1,0 МПа обычно применяют
с условным проходом до 12 мм.
Для снижения шума и конденсации мас-
ла и воды в выхлопном воздухе обычно ис-
пользуют глушители [29].
Унифицированные пневматические и
пневмогидравлические устройства. Сжимае-
мость воздуха в результате действия в меха-
низмах подачи переменных нагрузок, напри-
мер, при сверлении или фрезеровании ком-
пенсируется путем включения в пневмопривод
подачи гидравлических регуляторов скорости.
Гидравлический регулятор в этом случае пред-
ставляет собой гидроцилицдр (рис. 1.6.40, а) с
замкнутой циркуляцией рабочей жидкости
(обычно это минеральное масло) и дросселем
в возвратном канале, служащим для регулиро-
вания расхода, т.е. скорости перемещения
штока-толкателя, который связан со штоком
пневмоцилиндра и устройством подачи, на-
пример, с пинолью сверлильного станка. На
рис. 1.6.40, б показан унифицированный узел
подачи.
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ И УСТРОЙСТВ
Рис. 1.6.39. Часть II. Концевые соединения для пластмассовых трубок (а); быстроразъемные соединения (б);
шланги с концевыми соединениями (в)
22в
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Рис. 1.6.40. Пневмогидравлические устройства в металлорежущем оборудовании:
а - пневмогидравлическая схема узла подачи; б - пневмогидравлический узел подачи пиноли;
в - на автоматизированном сверлильном станке; г - примеры использования;
д - мембранное устройство зажима неподвижной заготовки
На рис. 1.6.40, в показан сверлильный
станок с автоматическим циклом подачи пи-
ноли, поворотом и фиксацией стола в рабочей
позиции. Рабочие движения станка осуществ-
ляются пневмогидравлическими приводами.
Цикл сверления "быстрый подвод -сверление и
возврат в исходное положение" может быть
модифицирован для глубокого сверления или
ппя ттпвпт.п«истогп свепления отверстий.
пример, в корпусных деталях с большим чис-
лом стенок.
На рис. 1.6.40, г показаны возможные
варианты использования унифицированных
пневмогидравлических узлов для различных
типов металлорежущих станков. С помощью
пневмогидравлических узлов подачи можно
осуществить подачу в пределах 30 - 1000 мм/мин
на- ,-иС усилием 400 - 4000 Н.
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ HHEBNL
Рис. 1.6.41. Схема управления пенвмогидравлическим устройством подачи для глубокого сверления
Значительное распространение в практи-
ке автоматизации технологических процессов в
металлообработке получили автономные пнев-
могидравлические сверлильные узлы. В узле
совмещены: привод вращения сверла
пластинчатый пневматический двигатель с
одной ступенью планетарного понижающего
редуктора, вал и сверлильный патрон, пневма-
тический цилиндр, гидравлический регулятор
скорости, система настройки длин рабочих
ходов и пневматическая система управления
циклом. При включении кнопки начинается
быстрый подвод пиноли с патроном к обраба-
тываемой детали; затем происходит процесс
сверления. При завершении сверления путевой
пневматический клапан подает команду на
возврат подвижной части в исходное положе-
ние. Автономный узел выполняет также опе-
рацию глубокого сверления, т.е. шаговое уг-
лубление в отверстие с выводом сверла из де-
тали для удаления стружки и повторным уг-
лублением на следующий шаг. На рис. 1.6.41
представлена схема управления пневмогидрав-
лическим устройством подачи для глубокого
сверления [30, 32].
На рис. 1.6.40, д показан пример исполь-
зования пневматических приводов для зажима
невращающихся при обработке заготовок.
Для зажима вращающихся заготовок (при
токарной или шлифовальной обработке)
обычно используются зажимные патроны с
различными типами приводов, в том числе и с
пневматическим приводом. Пневмопривод
патрона может быть расположен либо в корпу-
се патрона, либо с задней стороны шпинделя
и связан с патроном тягой, проходящей через
отверстие в шпинделе. Все типы приводов
Должны обеспечивать в случае аварийного
прекращения питания зажим заготовки, для-
щийся период времени, необходимый для
остановки привода вращения заготовки. Кон-
троль зажима и разжима заготовки осуществ-
ляется, как правило, путевыми датчиками дис-
кретного действия (обычно бесконтактными,
индуктивными) и в специальных случаях не-
прерывными датчиками линейного или враща-
тельного типа, встраиваемыми в неподвижную
часть корпуса пневмопривода. Для особо от-
ветственных случаев непрерывного контроля
уровня давления зажима заготовки в привод
встраиваются электронные датчики силы за-
жима, сигнал которых посредством радиокана-
ла регистрируется стационарными приборами.
На рис. 1.6.42, а представлен токарный
клиновой патрон с встроенным пневматиче-
ским приводом в корпусе патрона. Сжатый
воздух подается в отверстие 5. Кольцо 1 не-
подвижно закреплено на станине станка. Спе-
циальные уплотнения 2 при подаче воздуха
прилегают плотно к корпусу 3. Полость нагне-
тания заполняется воздухом, а противополож-
ная подача воздуха отключается, и только по-
сле этого включается вращение. Удержание
воздуха в напорной полости обеспечивается
устройствами 4. Надежность зажима в таком
патроне определяется надежностью работы
уплотнений рабочих полостей пневмоцилинд-
ра. Патроны с пневмоприводом такого типа
имеют отверстие для прохода заготовки через
патрон. Диаметр отверстия, находится в преде-
лах 25 - 500 мм, а максимальная частота вра-
щения соответственно 400 - 4000 мин*1; уси-
лие зажима до 260000 Н. Имеются конструк-
ции патронов (рис. 1.6.42, б) с встроенным
пневмоприводом только для разжима (зажим
обеспечивается ппужинами! 1321.
230
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Рис. 1.6.42. Пневматические приводы зажима токарных патронов:
а - токарный патрон с встроенным пневмоприводом; б - токарный патрон с
пневматическим разжимом и пружинным зажимом;
в - вращающийся пневмоцилиндр; г - пневмоцилидр с непрерывным контролем зажима
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ И УСТРОЙСТВ
231
Типовой пневматический привод патро-
на (вращающийся пневмоцилиндр), распола-
гаемый на заднем конце шпинделя, показан
на рис. 1.6.42, в. Пневмопривод представляет
собой сдвоенный пневмоцилиндр, питание
которого осуществляется через муфту подвода
воздуха. Блокировочные клапаны удержания
сжатого воздуха при аварийном обрыве пита-
ния встроены в корпус пневмоцилиндра.
Кольцо жестко связано с поршнем пневмоци-
линдра и выполняет вместе с бесконтактными
и индуктивными датчиками, располагаемыми
на неподвижной части станка, функции систе-
мы контроля: зажима и разжима деталей.
Пневмопривод этого типа развивает силу ' на
штоке до 54000 Н при максимальной частоте
вращения до 4500 мин1. При необходимости
контроль перемещения поршня может быть
непрерывным (рис. 1.0.42, г). В этом случае
перемещение поршня контролируется с по-
мощью пары рейка-шестерня и круговым дат-
чиком [29].
На рис. 1.6.43 приведены типовые схемы
управления пневмоприводами зажимных па-
тронов. На рис. 1.6.43, а представлена схема
управления пневмоприводом, в котором пода-
ча воздуха в цилиндр при вращении патрона
прекращается На рис. 1.6.43, б представлена
схема управления при постоянной подаче воз-
духа в цилиндр.
На рис. 1.6.44 представлена конструкция
пневмоцилиндра с отверстием в штоке для
частоты вращения 6300 мин'1 и более. Высо-
кая частота вращения обеспечивается за счет
применения муфты подвода сжатого воздуха с
опорами на воздушных подвесах. При подаче
воздуха корпус муфты "всплывает" и исключа-
ет механический контакт неподвижных и вра-
щающихся частей и, следовательно, исключает
выделение тепла и нагрев шпинделя станка.
Цилиндры этого типа предназначены для при-
водов высокооборотных патронов прецизион-
ных станков.
Рис. 1.6.43. Схемы управления пневмоприводами зажима:
а - с отключенным питанием сжатым воздухом при вращении патрона;
б - с непрерывным питанием сжатым воздухом
Рис. 1.6.44. Вращающийся пневмоциликдр с муфтой подвода воздуха с опорой на воздушных подвесах
232
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
На рис. 1.6.45 представлена схема пнев-
мопривода токарного патрона, обеспечиваю-
щего изменение усилия зажима от устройства
числового программного управления. Привод
дает возможность производить предваритель-
ную и финишную обработки без смены техно-
логической базы. Реализация программы из-
менения рабочего давления осуществляется в
этом случае с помощью редукционного пнев-
моклапана с пропорциональным электронным
управлением. Погрешности регулирования
укладываются в + 10% от настраиваемой вели-
чины усилия зажима.
Пневматические позиционные системы с
цифровым электронным управлением. Новые
возможности использования пневматического
привода в режиме широкого диапазона пози-
ционирования механизмов от устройств про-
1раммного управления дает современный уро-
вень развития микропроцессорной техники
управления. При этом прослеживается тенден-
ция к предельному упрощению собственно
пневматической части и перенесению макси-
мума интеллектуальных задач (управление,
коррекция, изменение параметров, адаптация
и т.п.) в область электронных устройств чи-
слового программного управления. Известно
много разных принципиальных подходов к
решению этой задачи. Большинство известных
примеров базируются на применении тормоз-
ного устройства, включающегося в режиме
остановки па заданной позиции. Более про-
грессивным следует считать решение с исполь-
зованием следящих пневматических устройств,
работающих в алгоритме, учитывающем спе-
цифическую особенность рабочего тела - сжи-
маемость.
На рис. 1.6.46 представлена принципи-
альная схема позиционного пневмопривода с
использованием четырехкромочного следящего
пневматического распределителя с шаговым
управлением от числовой электронной систе-
мы. Цилиндр управляется следящим пневмо-
распределителем с приводом через винтовую
передачу от шагового двигателя. Обратная
связь осуществляется с помощью реечной па-
ры и кругового датчика. Управление приводом
осуществляется от числового программного
устройства. Особенностью пневмоцилиндра
является необходимость обеспечения в нем
стабильности сил сопротивления (трения) без
подачи распыленного смазочного материала в
пневмосистему. Пневмопривод по схеме,
представленной на рисунке, позволяет:
Рис. 1.6.45. Схема управления усилием зажима от программного устройства:
/ - пневмораспределитель, 2 - пневмоклапан редукционный с пропорциональным управлением;
.? - реле давления; 4 - узел подготовки воздуха; 5- управляющее устройство; 6 - блок связи;
7- обратный клапан; 8- блок связи; 9- патрон; 10- тяга; 11 - пневмоцилиндр вращающийся;
12 - путевые выключатели; 13 - датчики давления
СМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
233
Рис. 1.6.46. Принципиальная схема пневматического позиционного привода с ЧПУ:
/ - пневмоцилицдр; 2 - рейка с шестерней; 3 - круговой датчик; 4 - ЧПУ;
5 - шаговый двигатель, 6 - следящий пневмораспределитель
существенно расширить диапазон скоро-
стей от 20 мм/мин до 3 м/с;
достичь точности позиционирования
± 0,05 мм за счет охвата обратной связью ко-
нечного звена;
обеспечить длительное сохранение точ-
ности позиционирования,
существенно повысить надежность за
счет применения падежных двигателей
(ппевмоцилипдров), сквозной цифровой фор-
мы преобразования управляющих сигналов, а
также исключения из привода шарико-
винтовых передач и тормозных устройств для
остановки на позиции;
обеспечить сохранение экологии окру-
жающей среды вследствие отсутствия в выхло-
пе продуктов отхода пневмосистемы.
Применение в схеме, приведенной выше,
вместо пневмодвигатсля поступательною дви-
жения (превмоцилиндра) пневмодвигателей
поворотного или вращательного движений
позволит существенно расширить конструк-
тивные возможности пневмоприводов, осо-
бенно в случае их использования в затрузочно
ралрузочных устройствах металлорежущих
станков.
1.6.3. СМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Современное станочное оборудование
включает в себя большое число разнообразных
пар трения (подшипники, направляющие,
передачи "винт-гайка” качения, скольжения и
гидростатические, зубчатые и цепные переда-
чи, автоматические коробки скоростей и т.п.),
работающих в широких диапазонах скоростей
и нагрузок.
Режим смазывания характеризуется рас-
ходом смазочного материала, который может
подаваться к парам грения. Этот расход зави-
сит от конструктивных особенностей, материа-
ла и режима работы (нормальной нагрузки и
скорости относительного перемещения) тру-
щихся поверхностей
Для обеспечения требуемых режимов
смазывания из всего многообразия смазочных
систем в современных металлорежущих стан-
ках основное применение находят смазочные
системы, приведенные в табл. 1.6.15.
Технические характеристики систем и
входящего в них оборудования приведены в
табл. 1.6.16.
Общей тенденцией в развитии смазочных
систем является их централизация и автомати-
зация управления и контроля, которые с уче-
том сильно различающихся режимов смазыва-
ния приводят к созданию комбинированных
смазочных систем. При этом возможны самые
разнообразные комбинации в зависимости от
особенностей смазываемых пар трения и узлов
смазываемого оборудования.
Система
Централизованная
смазочная система
импульсная
Централизованная последователь-
ная смазочная система периоди-
ческого действия
Централизованная смазочная сис-
тема объемного микрЛэдозирования
смазочного материала с транспор-
тировкой его к точкам сжатым
воздухом
1.6.15. Основные типы смазочных систем
Схема
2
Область применения
3
Направляющие, подшипники качения
при d-n < 0,5 106 мм-мин’1, подшип-
ники скольжения, передача "винт-
гайка" качения и скольжения.
Направляющие, подшипники качения
при d-n < 0,5 • 106 мм мин’1, подшип-
ники скольжения, передача "винт-
гайка" качения и скольжения
Подшипники качения высокоборотных
шпиндельных узлов при
0,5 106 < d-n < 1,5 106 мм мин'1
и другие пары трения токарных
станков и станков типа
обрабатывающий центр.
234 Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Продолжение табл. 1.6.15
1
2
3
Аэрозольные смазочные системы с
генератором масляного тумана
Подшипники качения шпиндельных
узлов шлифовальных станков при
1,2 • 106 < (Ьп < 2,5 • 106 мм-мин4
и другие узлы.
Циркуляционные смазочные сис-
темы с рехуляторами потока и
установками стабилизации темпе-
ратуры
Высокооборотные тяжелогруженные
шпиндельные узлы на подшипниках
качения при cbn > 2,5-106 мм-мин4.
ЭИНУЯОЙАЖЖ ЙОНЬОЕУИЭ
<Э1
Продолжение табл. 1.6.15
Система
Схема
Область применения
1
2
3
Циркуляционные смазочные сис-
темы с дроссельным дозированием
смазочного материала
Коробки скоростей и подач, зубчатые
передачи, подшипники и направ-
ляющие скольжения, подшипники
качения при d-n < 0,5-106 мм-мин-1.
Циркуляционные смазочные сис-
темы с объемным дозированием
смазочного материала последо-
вательными питателями
Зубчатые передачи, подшипники
качения при d-n < 0,4 • 106 мм-мин-1,
подшипники и направляющие
скольжения, передача "винт-гайка”
скольжения.
Продолжение табл. 1.6.15
3
Циркуляционные смазочные сис-
темы с автоматическими
регуляторами
Гидростатические подшипники, на-
правляющие и передачи "винт-гайка"
тяжелых станков.
Циркуляционные смазочные сис-
темы с многопоточными насосами
непрерывного действия
Гидростатические подшипники, на-
правляющие и передачи "винт-гайка”
тяжелых станков.
238
Глава 1.6. ГИДРОПНЕВМОСМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
1.6.16. Характеристики оборудования смазочных систем
Оборудование системы Система
Наименование Параметры Импульсная Последова- тельная Микродози- рованная Дроссельная
1. Смазочные станции
1.1. С LicK- трическим приводом насоса Вместимость резервуара, дм3 Подача, дм3/мин 0,63 - 10,0 0,1 - 1,2 2,5 - 40,0 0,1 - 3,2 — 10,0 - 1000,0 1,0 - 32,0
Давление, МПа 1,6 - 2.5 1,6 - 4,0 0,2 - 2,5
1.2. С гид- равлическим или пневма- тическим приводом насоса Вместимость резервуара, дм3 Подача, дм3/мин 0,63 - 3,2 7,0 - 50,0 2,5 - 10,0 0,5 - 3,5 0,25 - 2,5 0,5 - 3,5 —
Давление, МПа 1,6 - 2,5 1,6 - 4,0 1,6 - 4,0 -
1.3. С руч- ным приво- дом насоса Вместимость резервуара, дм3 0,32 - 1,2 2,5 - 10,0 - 0,5 - 1,5
Подача, дм3/мин 7,0 - 30,0 0,5 - 3,5 - 0,5 - 2,5
Давление, МПа 1,2 - 1,6 1,6 - 2,5 - 0,2 - 1,6
2. Дозирую- щая и рас- пределитель- ная аппара- тура
2.1. Питатели Подача в один отвод, см3/ход 0,02 - 1,5 0,08 - 19,2 0,003 - 0,03 -
2.2. Дроссели (регуляторы потока) Подача в один отвод, дм3/мин - 0,02 - 1,0 - 0,05 - 14,0
2.3. Делители частоты Кратность деления 1/2 - 1/12 - - -
2.4. Делители потока Подача в один отвод, дм3/мин - 0,1 - 6,0 - 0,01 - 0,4
СМАЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
23$
Продолжение табл. 1.6.16
Оборудование системы Система
Наименование Параметры Импульсная Последова- тельная Микродози- рованная Дроссельная
3. Реле
3.1. Контро- ля давления Контроли- руемое давле- ние, МПа 0,02 - 2.5 0.05 - 4,0 0,02 - 0,63 0,05 - 2,5
3.2. Контро- ля расхода Контроли- руемый рас- ход, л/мин, см3/ход 0,2 - 1,5 0,1 - 6,0 - 0,05 - 16
3.3. Контро- ля уровня Зона нечувст- вительности, мм 10 10 10 10
4. Приборы управления
4.1. По вре- мени Периодич- ность, мин 1 - 2048 1 - 2048 1 - 2048 -
4.2. По счету циклов Число цик- лов 1 - 2048 1 - 2048 1 - 2048
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Автоматизированное проектирование
машиностроительного гидропривода / Под общ.
ред. С. А. Ермакова. М.: Машиностроение,
1988. 312 с.
2. Автоматизированный патрон токарного
станка: А. С. № 1311102, кл. В 23 В 13/30,
заяви. 02.07.85. вид. 05.05.86.
3. Белов В. С., Иванов Г. М. Повышение
точности и виброустойчивости протяжных
станков. М.: НИИмаш, 1978. 180 с.
4. Брон Л. С., Тартаковский Ж. Э. Гид-
равлический привод агрегатных станков и
автоматических линий. 3-е изд. перераб. и
доп. М.: Машиностроение, 1974. 328 с.
5. Бушуев В. В. Гидростатическая смазка
в станках. 2-е изд. перераб. и доп. М.: Маши-
ностроение, 1989, 176 с.
6. Выбор и расчет оптимальных способов
и схем торможения пневмодвигателей. Мето-
дические рекомендации. М.: ВНИИТЭМР,
1986. 48 с.
7. Выбор и расчет рациональных схем
удаления влаги в пневмосистемах. Методиче-
ские рекомендации. М.: ВНИИТЭМР, 1986.
32 с.
8. Выбор оптимальных схем и аппарату-
ры для смазывания пневматических устройств.
М.: ВНИИТЭМР, 1979. 36 с.
9. Гамынин Н. С. Гидравлический при-
вод систем управления. М.: Машиностроение,
1972, 376 с.
10. Герц Е. В., Крейнин Г. В. Расчет пнев-
моприводов. М.: Машиностроение, 1975, 207 с.
11. Герц Е. В., Кудрявцев А. И., Лож-
кин О. В. и др. Пневматические устройства и!
системы в машиностроении: Справочник. М.:|
Машиностроение, 1981, 405 с.
12. Заявка ФРГ №3005863, кл. F 15 В
13/02, опубл. 1981.
13. Иванов Г. М. Определение парамет-
ров гидромеханической системы станков по
требуемым показателям динамического качест-
ва // Пневматика и гидравлика. Вып. 11. М.:
Машиностроение, 1984, С. 157 - 167.
14. Каменецкий Г. И. Современное гид-
рооборудование ГПМ И Сб. Научи. трудов.
М.: ЭНИМС, 1986. 103 с.
15. Коробочкин Б. Л. Динамика гидрав-
лических систем станков. М.: Машинострое-
ние, 1976, 240 с.
16. Левин А. И. и др. Автоматизирован-
ная подсистема расчетно-конструкторских
работ и эскизного проектирования гидропри-
водов станков // Сб. Научи, трудов. М.:
ЭНИМС, 1988. С. 173 - 181.
17. Левитский Н. И., Цуханова Е. А. Рас-
чет управляющих устройств для торможения
гидроприводов. М.: Машиностроение, 1975,
288 с.
240 Глава 1.7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
18. Лещенко В. А. Гидравлические сле-
дящие приводы для станков с программным
управлением. М.: Машиностроение, 1975, 288 с.
19. Проектирование пневматических цик-
ловых систем программного управления авто-
матических манипуляторов. Методические
рекомендации. М.: ВНИИТЭМР, 1980.
20. Прупис Л. М. Определение опти-
мальных параметров централизованного гид-
ропривода с газогидравлическим аккумулято-
ром и насосами // Станки и инструмент. 1987.
№ 10. С. 12 - 14.
21. Савин А. В. Гидроблоки управления
силовыми столами // Станки и инструмент.
1987. № 7. С. 19 - 21.
22. Свешников В. К., Иванов Г. М., Ле-
вит Д. Г. Современные гидроприводы метал-
лорежущих станков и гибких производствен-
ных модулей. М.: 1989. 60 с.
(Машиностроительное пр-во. Сер. Узлы и
детали общемашиностроительного назначения:
Обзор, информ. / ВНИИТЭМР. Выл. 3).
23. Свешников В. К. Станочные гидро-
приводы: Справочник. 3-е изд., перераб. и
доп. М.: Машиностроение, 1995, 448 с.
24. Свешников В. К. Гидрооборудование:
Международный каталог. М.: Секция "Маши-
ностроение" РИА, 1995, 624 с.
25. Создание конструкций гидроприводов
машин методом агрегатирования / А. Я. Оксе-
ненко, А. Е. Окунев, Ф. А. Наумчук и др. М.:
ВНИИТЭРМ, 1985. 79 с.
26. Статников Р. Б., Матусов И. Б.
Многокритериальное проектирование машин.
М.: Знание, 1989. 48 с.
27. Техническая диапюстика гидравличе-
ских приводов / Т. В. Алексеева, В. Д. Бабан-
ская, Т. М. Башта и др. Под общ. ред.
Т. М. Башты. М.: Машиностроение, 1989, 264 с.
28. Широкодиапазонные цифровые элек-
трогидравлические приводы с оперативным
микропроцессорным УЧПУ: Инструкция по
применению в станкостроении // Сост. Ива-
нов Г. М., Свешников В. К., Орлик И. В.,
Левит Д. Г., Шапиро И. И. М.: ЭНИМС,
1990, 92 с.
29. Элементы и устройства пневмоавто-
матики высокого давления. Отраслевой ката-
лог. М.: ВНИИТЭМР. 1990. 155 с.
30. Antony Barber. Pneumatic handbook. 7th
Edition. 500 s.
31. Bcrbuer J., Kerstiens P. Schelle Hy-
draulik und neue Werkstofle. Vorschubantriebe fiir
Werkzeugmaschinen // Olhydraulik und Pneu-
matik. 32(1988). № 5. S. 325, 326, 383 - 330,
332 - 335.
32. Szenajch W. Przyrzady uchwyty i
sterowanie pneumatyczne. Wydawnictwa Nauk-
owo-Techniczne. Warszawa. 1983. 383 s.
Глава 1.7
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
1.7.1. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ
СТАНКОВ
Совершенствование и автоматизация ме-
ханической обработки связаны с созданием и
внедрением новых электроприводов.
Для качественно новых видов металлооб-
рабатывающего оборудования, промышленных
роботов (ПР) и других машин требуется ис-
пользование высокоэффективного регулируе-
мого электропривода. Резко возрастают техни-
ческие требования, предъявляемые к электро-
приводам механизмов, обеспечивающих пере-
мещение рабочих органов и выполнение тех-
нологических функций соответствующих стан-
ков и машин
По технологическому назначению элек-
троприводы металлорежущего оборудования
разделяют на приводы главного движения,
подачи, вспомогательных перемещений.
По типу исполнительного двигателя
электроприводы классифицируют следующим
образом:
с двигателями постоянного тока;
с синхронными (вентильными) двигате-
лями; ’
с асинхронными короткозамкнутыми
двигателями.
По способу выполнения силового преоб-
разователя различают электроприводы:
тиристорные, на основе управляемых
вентилей, ведомых сетью;
транзисторные (транзисторно-тиристор-
ные);
по способу регулирования частоты вра-
щения:
изменением частоты вращения с посто-
янством момента (однозонные);
изменением частоты вращения как с по-
стоянством момента, так и с постоянством
мощности (двухзонные);
по наличию изменения направления
вращения электродвигателя:
реверсивные;
нереверсивные;
по конструкции преобразователя:
однокоординатные;
многокоординатные (на две, три оси и
более).
В настоящее время в станкостроении
применяется, в основном, автоматизирован-
ный электропривод, то есть привод с автомати-
ческим регулированием параметров. Автомати-
зированный электропривод имеет четыре мо-
дификации:
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ СТАНКОВ
241
регулируемый, отрабатывающий задание
по скорости;
следящий, отрабатывающий перемеще-
ние исполнительного органа оборудования в
соответствии с произвольно меняющимся за-
дающим сигналом;
позиционный электропривод, обеспечи-
вающий отработку положения исполнитель-
ного органа оборудования;
адаптивный, автоматически избирающий
структуру или параметры системы регулирова-
ния при изменении условий работы.
Следует отметить следующие тенденции
развития электропривода и его основных эле-
ментов.
В области электродвигателей:
переход от двигателей постоянного тока
в регулируемых электроприводах к бесколлек-
торным специальным двигателям переменного
тока - асинхронным и синхронным
(вентильным) двигателям;
снижение удельных массо-габаритных
показателей двигателей за счет применения
новых электромеханических и магнитных ма-
териалов и специальных систем охлаждения;
увеличение максимальной частоты вра-
щения двигателя, в том числе создание высо-
коскоростных электромеханизмов;
оснащение двигателя особоточными дат-
чиками положения и другими компонентами,
обеспечивающими работу механизмов станков
с ЧПУ и ГПМ;
повышение эксплуатационных свойств
двигателя в части снижения уровня вибрации,
снижения уровня шума, повышение степени
защиты двигателя от условий окружающей
среды.
В механизмах подачи станков и роботов
наряду с традиционными высокомоментными
двигателями постоянного тока разработаны и
внедряются бесколлекторные синхронные
(вентильные) двигатели. На базе вентильных
электродвигателей разработаны электроприво-
ды с моментами 0,035 - 100 Н-м и максималь-
ными частотами вращения 3000 - 9000 мин1.
Вентильные двигатели имеют наиболее техно-
логичную конструкцию без стальных полюс-
ных наконечников на роторе. Возбуждение
машин осуществляется от ферритовых или
редкоземельных (самарий, кобальт) магнитов.
Вентильные электроприводы характеризуются:
отсутствием ограничений по коммутации и
перегрузочной способности двигателя; посто-
янным моментом ускорения, определяемым, в
основном, механической прочностью; малым
моментом инерции и высоким быстродействи-
ем (ускорение до 36000 рад/с2, полоса пропус-
кания 20 Гц); отсутствием потерь в роторе;
широким диапазоном регулирования (до
30000) и высокой равномерностью вращения.
Вентильные двигатели практически не
требуют обслуживания ввиду отсутствия ще-
точно-коллекторного узла. Степень защиты
двигателей от внешней среды - до IP65
(пылевлагозакрытое). Наиболее отличительной
особенностью вентильных двигателей являются
малые габариты и масса, то есть высокие
удельные показатели (0,7 - I Н-м/кг). Вен-
тильные двигатели имеют в 2 - 5 раз меньший
момент инерции ротора, чем коллекторные
электродвигатели постоянного тока.
В вентильных двигателях обеспечиваются
лучшие условия охлаждения обмоток. В соста-
ве вентильного двигателя целесообразно ис-
пользовать датчик абсолютного отсчета коор-
динаты с устройством сохранения информа-
ции при отключении электропитания. Нали-
чие датчика положения с энергонезависимой
памятью исключает необходимость возврата
координаты станка в исходное начальное по-
ложение при возникновении сбоев в процессе
обработки или при отключении питания.
Для механизмов главного движения широ-
ко применяются двигатели постоянного тока.
В новых сериях двигателей постоянного тока,
имеющих шихтованную конструкцию статора,
существенно увеличены максимальные частоты
вращения [5]. Более перспективным направле-
нием является создание и внедрение электро-
приводов с асинхронными двигателями. Эти
двигатели изготовляют закрытого исполнения
(степень защиты не менее IP44), то есть они
могут работать в условиях наличия пыли и
смазочно-охлаждающей жидкости в окружаю-
щей среде. Благодаря отсутствию щеточно-
коллекторного узла упрощается техническое
обслуживание асинхронного двигателя.
Специальные серии двигателей механиз-
мов главного движения ведущих фирм имеют
следующие характеристики: стандартный ряд
двигателей мощностью N = 1,5 -г- 2,2 кВт; мак-
симальная частота вращения п = 8000 мин’1;
N = 3,7 4- 37 кВт; я = 4500 мин’1. Высокоско-
ростная серия двигателей со специальной сис-
темой пластичной смазки: N = 1,5 4 2,2 кВт;
я = 12000 мин1; N= 18 •= 22 кВт; я = 6000 мин-1.
Высокоскоростная серия двигателей с масляно-
воздушной системой смазки: N - 2,2 4 5,5 кВт;
я = 20000 мин’1; N = 7,5 4 11 кВт;
я = 15000 мин'1. Серия двигателей с расши-
ренным диапазоном регулирования при по-
стоянной мощности: N = 2,2 4 11 кВт;
япот = 750 мин’1, ятах = 6000 мигг1.
Указанные двигатели, в том числе и вы-
сокоскоростных серий, имеют низкий уровень
вибраций за счет точной балансировки ротора.
Двигатели с расширенным диапазоном регули-
рования частоты вращения (8:1) обеспечивают
высокий момент и могут использоваться в
конструкциях станков с ЧПУ без переключе-
ния механических ступеней редукции шпин-
дельного узла.
242 Глава 1.7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Особенностью преобразователей практи-
чески всех электроприводов является приме-
нение силовых блоков (тиристорных или тран-
зисторных), смонтированных в теплопроводя-
щем изолирующем (нетокопроводящем) кор-
пусе, что позволяет монтировать их на едином
охладителе (радиаторе). В системах управления
широко применяются микросхемы средней и
высокой степени интеграции, а также термо-
стабильные элементы. Конструкция большин-
ства преобразователей унифицирована на ос-
нове 19-дюймовой системы. Преобразователи
выпускаются открытого исполнения (степень
защиты IP00) и предназначены для всторойки
в электрошкафы. В ряде электроприводов пре-
дусмотрены встраиваемые устройства диагно-
стики.
Наиболее совершенной является модуль-
ная конструкция преобразователя. Преобразо-
ватель для управления синхронными двигате-
лями состоит из модуля питания (одного для
всех осей) и отдельных осевых модулей. Мо-
дуль питания осуществляет выпрямление на-
пряжения питающей сети и сглаживание пуль-
сации выпрямленного напряжения с помощью
конденсаторов. Осевой модуль осуществляет
бесконтактную коммутацию обмоток статора в
функции заданного сигнала положения ротора.
Современной тенденцией является при-
менение микропроцессорной системы управ-
ления. В электроприводе подачи вся инфор-
мация по положению, скорости и току обраба-
тывается в быстродействующем процессоре,
что обеспечивает высокую точность обработки
на станке (до 0,1 мкм) и минимальные пара-
метры шероховатости обработанной поверхно-
сти. В электроприводе главного движения
микропроцессорный ретулятор реализует не-
линейное управление, обеспечивая оптималь-
ные характеристики разгона и торможения. В
конструкции преобразователей используются
силовые транзисторные модули и транзистор-
ные сборки. Транзисторы обладают высокой
запирающей способностью, выполнены по
схеме Дарлигтона. Обратный диод, встроен-
ный в модуль, имеет сверхвысокое быстродей-
ствие (время спада коллекторного тока 3 мкс).
На базе указанных модулей возможно созда-
ние инверторов с переключающей частотой
20 кГц.
Новые серии электроприводов должны
обеспечивать:
минимальные массо-габаритные показа-
тели двигателей за счет использования пер-
спективных электромеханических и магнитных
материалов, эффективных способов охлажде-
ния;
минимальные массо-габаритные показа-
тели преобразователей за счет исключения
силовых трансформаторов, внедрения много-
осевых модульных конструктивов, микропро-
цессоров, больших интегральных схем (БИС);
высокие частоты вращения двигателей;
повышение показателей безотказности
работы при минимальном времени поиска и
устранения неисправности за счет использова-
ния систем диагностики с энергонезависимой
памятью.
На основании анализа типажа перспек-
тивного металлообрабатывающего оборудова-
ния, в том числе ГПМ (гибкие производствен-
ные модули), ГПС (гибкие производственные
системы), ГАЛ (гибкие автоматические ли-
нии), ПР (промышленные роботы), отечест-
венного и зарубежного опыта в области созда-
ния и эксплуатации станочного электроприво-
да, определены следующие технические харак-
теристики новых типов электроприводов.
Комплектные регулируемые электроприво-
ды переменного и постоянного тока для меха-
низмов главного движения. В состав электро-
приводов входят преобразователи бестранс-
форматорные, транзисторные на базе силовых
модулей БИС, ГИС (гибридных интегральных
схем), а также микропроцессоров и устройств
с энергонезависимой памятью для систем ди-
агностики, управления асинхронными двигателя-
ми с системой ориентации вала. Номинальная
мощность 1,5 - 45 кВт, диапазон регулирова-
ния частоты вращения при постоянной мощ-
ности 5:1, при постоянном моменте — 1:1000.
Системы диагностики обеспечивают контроль
и сигнализацию основных узлов и характери-
стик работы комплектного электропривода
постоянного и переменного тока и содержат
энергонезависимую систему ОЗУ (оперативное
запоминающее устройство) сохранения ин-
формации состояния электропривода при ава-
рийном отключении.
Другой разновидностью являются преоб-
разователи бестрансформаторные, транзистор-
ные, тиристорные для регулирования частоты
вращения стандартных асинхронных двигателей
и электромеханизмов типа "мотор-шпиндель"
для ГПМ и шпиндельных бабок, ГАЛ. Номи-
нальная мощность 1,5 - 30 кВт. Диапазон ре-
гулирования частоты вращения 1:100 (150), в
том числе при постоянной мощности 3:1.
В комплект электропривода входят спе-
циальные унифицированные асинхронные дви-
гатели, оснащенные бесконтактными датчика-
ми скорости и положения, температурной
защитой и принудительной вентиляцией для
главных электроприводов ГПМ и других видов
автоматизированного оборудования. Номи-
нальная мощность 1,5-45 кВт, степень защи-
ты не менее IP44, группа условий эксплуата-
ции М8, уровень шума по 3-у классу, диапа-
зон регулирования частоты вращения при по-
стоянной мощности не менее 5:1.
Также применяются специальные бескор-
пусные двигатели постоянного тока, оснащен-
ные датчиками скорости и положения, темпе-
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ СТАНКОВ
243
ратурной защитой, системой принудительной
вентиляции для ГПМ, ГПС, автоматизирован-
ной системой принудительной вентиляции для
ГПМ, ГПС, автоматизированного оборудова-
ния. Номинальная мощность 2 - 200 кВт, сте-
пень защиты не менее IP23, группа условий
эксплуатации М8, уровень шума по 3-у классу,
диапазон регулирования частоты вращения
при постоянной мощности не менее 4:1. Тех-
нические характеристики асинхронных двига-
телей приведены в табл. 1.7.1., а двигателей
постоянного тока - в табл. 1.7.2.
1.7.1. Технические характеристики асинхронных двигателей
Мощность, кВт Максимальная частота вращения, мин*1 Удельная мощность, кВт/кг Уровень вибрации, мм/с
До 10 6000 - 8000 0,07 0,71 - 1,12
. ” 30 5000 - 7000 0,11 1,12 - 1,8
Св. 30 4000 - 6000 0,13 1,12 - 1,8
1.7.2. Технические характеристики двигателей постоянного тока
Мощность, кВт Максимальная частота вращения, мин1 Удельная мощность, кВт/кг Уровень вибрации, мм/с
До 30 4500 0,07 0,71 - 1,12
" 110 4500 0,1 - 0,12 1,12 - 1,8
Св. 110 3500 0,15 - 0,17 1,8 - 2,8
Многоосевые транзисторные регулируемые
электроприводы механизмов подачи, в том чис-
ле в бестрансформаторном исполнении состо-
ят из многоосевых транзисторных преобразо-
вателей с использованием силовых модулей и
систем диагностики и индикации. Номиналь-
ный момент 0,02 - 70 Н-м, диапазон регулиро-
вания не менее 1:10000, полоса пропускания
не ниже 100 Гц, число осей - до шести. В пре-
образователях используются БИС, ГИС, мик-
ропроцессоры, системы энергонезависимой
памяти.
В состав электроприводов входят двига-
тели в бескорпусном исполнении, оснащенные
бесконтактными датчиками скорости и поло-
жения, безлюфтовым тормозом и температур-
ной защитой, в том числе специального ис-
полнения с возможностью встройки волнового
редуктора (до 23 Н-м). Двигатели имеют сле-
дующие характеристики: длительный момент
0,035 - 170 Н м, степень защиты не менее
IP54, труппа условий эксплуатации М8, общий
срок службы не менее 15 лет, ресурс обмотки
не менее 30000 ч, максимальная частота вра-
щения 2000 — 6000 мин"1.
Двигатели механизмов подачи имеют
следующие исполнения: с нормальным быст-
родействием укороченного исполнения
(Длительный момент 1,7 - 47 Н-м, теоретиче-
ское ускорение 8000 - 10000 с"2); с повышен-
ным быстродействием (длительный момент
0,035 - 47 Н-м, теоретическое ускорение
15000 - 20000 с"2); со сверхвысоким быстро-
действием (длительный момент 0,7 - 21 Н-м,
теоретическое ускорение 15000—20000 с"2,
допустимое число реверсов не менее 600 в
минуту); дисковые корпусные двигатели, в том
числе с повышенным быстродействием
(длительный момент 1,7 - 47 Н-м).
Одной из разновидности привода явля-
ются комплектные транзисторные цифро-
аналоговые электроприводы с обратной связью
по положению и блоки цикловых программ и
позиционирования для управления элекгроме-
ханизмами узлов автоматизации и вспомога-
тельных перемещений с моментами до 47 Н-м.
Предприятиями России и других стран
СНГ серийно выпускаются промышленные се-
рии электроприводов (табл. 1.7.3) для станков,
ПР и др. машин. Данные электроприводы
можно разделить на три труппы: электропри-
воды главного движения станков с ЧПУ,
ГПМ; электроприводы главного движения
упрощенные, в том числе бездатчиковые для
универсальных машин и механизмов, а также
для механизмов вспомогательных перемеще-
ний; электроприводы подачи станков с ЧПУ,
ГПМ, ПР.
244 Глава 1.7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
1.7.3. Силовые параметры электроприводов
Электропривод Мощность, кВт Момент, Н-м
Главного движения
Постоянного тока:
ЭПУ1 ... Д 3,7 - 250 -
ЭТУ2 ... Д 1,5 - 37 -
Асинхронные:
Размер 2М-5 11 - 18,5 -
ЭН А (ЭПАС) До 2,2 -
ЭГДА 1,5 - 45 -
Главного движения упрощенные, в
том числе бездатчиковые
Постоянного тока:
ЭПУ2-1 ... М 0,14 - 1,7 -
ЭПУ2-1 ...Е 0,09 - 1,6 -
ЭПУ1 ... М 1,5 - 250 -
ЭПУ1 ... Е 1,7 - 250 -
ЭТУ2 ... М 1,5 - 20 -
ЭТУ2 ... Е 1,5 - 20 -
Асинхронные:
ЭПА2 До 4 -
ЭТ1-0,2 3 - 265 -
РЕГАС 165 - 30 -
Подачи
Постоянного тока:
ЭШИМ-1 - 0,06 - 22
ЭТЗИ - 0,1 - 7
ЭПУ1 ... П - 0,7 - 37
ЭГУ1 ... П - 2,1 - 37
Синхронные:
ЭПБ1 - 13 - 35
ЭПБ2 - 0,05 - 70
ЭТС2 - 47 - 170
Асинхронные:
Размер 2М-5 - 2,3 - 47
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ СТАНКОВ
245
Электроприводы ЭШИМ1. Многокоор-
динатные широтно-импульсные транзистор-
ные электроприводы постоянного тока
ЭШИМ1 предназначены для применения в
ПР, механизмах подачи станков и прессов с
высоким быстродействием и частыми циклами
(до 600 в минуту), а также в измерительных
машинах, адаптивных устройствах, координа-
тографах и других устройствах.
В состав электропривода входят:
силовой трансформатор;
силовой полупроводниковый преобразо-
ватель, состоящий из кассеты (на три или
шесть координат) или блока питания (один
или два) и блоков регулирования (один - три);
двигатель постоянного тока;
якорный дроссель (дроссели);
автоматический выключатель;
магнитный пускатель.
Электроприводы обеспечивают регулиро-
вание частоты вращения в диапазоне 1:10000.
Электроприводы предназначены для ра-
боты в длительном (51), кратковременном (52)
и повторно-кратковременном (55) режимах
при условии ограничения среднеквадратичного
значения тока двигателя до уровня номиналь-
ного. Электроприводы обеспечивают полосу
пропускания частот замкнутого контура по
скорости при входном сигнале 0,1 В не менее
75 Гц. Электроприводы обеспечивают перере-
гулирование при скачкообразной подаче на
вход управляющего напряжения не более 15%
при частоте вращения 0,5-/imax.
Преобразователь электропривода ЭШИМ
в кассетном исполнении имеет габариты
482,6(274)х265,9x207 мм. В блочном исполне-
нии модули регулирования и питания имеют
ширину 161 мм, высоту 300 мм и глубину 200
(250) мм. В комплектном электроприводе
ЭШИМ1 могут быть использованы двигатели
серий ДП, ДПУ (табл. 1.7.4.) и 2ПБВ
(табл. 1.7.5.).
1.7.4. Технические характеристики двигателей серии ДП и ДПУ
Условное обозначение двигателя Момент, Н м Макси- мальная частота вращения, мин1 Момент инерции J IO 3, кг-м2 Дли- на, мм Диаметр корпуса, мм Диаметр фланце- вых от- верстий, мм Мас- са, кг
^4iom 3/rnax
ДП50-40-Р09 0,061 0,216 4000 - 182 50,5 60 1,34
ДП50-60-Р09 0,097 0,430 4000 - 197 50,5 60 1,545
ДП60-90-Р09 0,146 0,880 4000 - 197 60,5 75 1,85
ДП60-120-Р09 0,219 1,770 4000 - 222 60,5 75 2,35
ДПУ87-75 0,7 3,15 2000 0,21 205 87 115 3,2
ДПУ127-220 2,1 18,9 2000 2,8 351,5 127 130 12
ДПУ127-450 4,3 38,7 2000 4,9 416,5 127 130 16
ДПУ87-180-3 0,57 - 3000 - 161 87 115 3,2
ДПУ87-75-1 0,7 - 1000 - 166 87 115 3,3
ДПУ87-250-3 0,8 - 3000 - 182 87 115 3,8
ДПУ87-120-1 1,2 - 1000 - 203 87 115 4,4
ДПУ160-180 0,57 2,85 3000 0,277 172 160 165 6
ДПУ200-500 1,7 8,5 3000 0,78 174 200 215 8,5
ДПУ240-1Ю0 3,5 17,5 3000 1,944 210 240 265 15,5
246 Глава 1.7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
1.7.5. Технические характеристики двигателей серии 2ПБВ
Условное обозначение двигателя Момент, Н-м Макси- мальная частота вращения, МИН"1 Момент инерции МО"’, кг-м2 Дли- на, мм Диаметр корпуса, мм Диаметр фланце- вых от- верстий, мм Мас- са, кг
А/дот А/щах
2ПБВ100М 7,5 70 2500 9,4 398 218 165 20
2ПБВ100Е 11 100 2000 13 458 218 165 24
2ПБВ1125 15 130 2000 34 425 265 215 34,5
2ПБВ112М 18,5 170 2000 42 465 265 215 40,5
2ПБВ112Е 22 210 2000 56 505 265 215 46,5
2ПБВ1328 37 350 2000 99 568 314 215 68
Электроприводы ЭПУ1. Электроприводы
тиристорные унифицированные трехфазные
ЭПУ1 с двигателями постоянного тока предна-
значены:
для реверсивных быстродействующих
широкорегулируемых приводов подачи с од-
нозонным регулированием частоты вращения,
в т.ч. для механизмов подач станков с ЧПУ,
ПР и других механизмов с аналогичными тре-
бованиями;
для реверсивных и нереверсивных широ-
корегулируемых электроприводов с двухзон-
ным и однозонным регулированием частоты
вращения, в том числе для механизмов глав-
ного движения станков с ЧПУ и других меха-
низмов с аналогичными требованиями.
Электроприводы можно встраивать в
шкафы комплектных устройств управления
при условии, что температура воздуха внутри
последних не превышает 45°С, без ограниче-
ния, и со снижением номинального тока и
момента на 10% при повышении температуры
на каждые 5°С в диапазоне температур
45 - 55°С.
В состав электроприводов входят:
силовой трансформатор или сетевой ре-
актор;
коммутационный и сглаживающий реак-
тор (при необходимости);
аппаратура защиты (предохранители или
автоматический выключатель);
блок управления (преобразователь) БС;
источник питания обмотки возбуждения
двигателя для двигателей механизмов подачи с
электромагнитным возбуждением;
двигатель;
задатчик скорости технологический (по
согласованию).
Электроприводы в зависимости от ис-
полнения обеспечивают, следующий диапазон
регулирования частоты вращения: 1:10000 -
исполнение П; 1:1000 в том числе с поддержа-
нием постоянства мощности до 5:1 - исполне-
ние Д; 1:20- исполнение Е; 1:1000 - исполне-
ние М.
Электроприводы предназначены для ра-
боты в длительном (51), кратковременном (52)
и повторно-кратковременном режимах работы.
Полоса пропускания замкнутого скоростного
контура при управляющем напряжении, соот-
ветствующем линейной зоне работы всех регу-
ляторов, не менее 35 Гц для электроприводов
механизмов подачи и не менее 20 Гц для элек-
троприводов механизмов главного движения.
Преобразователь электропривода ЭПУ1
имеет ширину 240 мм, высоту 266 мм (при
номинальном токе 25 и 50 А), 325 мм (при
номинальном токе 100 А ), 560 мм (при но-
минальном токе 400 А), глубину 230 - 400 мм
в зависимости от модификации преобразова-
теля. В комплект электропривода подачи
ЭПУ1 могут входить двигатели ДПУ127,
ДПУ200, ДПУ240, 2ПБВ100, 112, 132S.
В комплект электропривода главного движе-
ния ЭПУ1 входит двигатель серии 4ПФ
(табл. 1.7.6.).
Электроприводы ЭПБ1. Электроприводы
переменного тока с бесколлекторными вен-
тильными двигателями предназначены для
использования в качестве широкорегулируе-
мых электроприводов для одно-, двух- и трех-
координатных механизмов подач металлоре-
жущих станков, станков с ЧПУ и других меха-
низмов с аналогичными требованиями.
Электроприводы выпускаются в двух
климатических исполнениях: УХЛ и 0 катего-
рии размещения 4 и могут встраиваться в
шкафы комплектных устройств управления
при условии, что температура воздуха внутри
последних не превышает 55°С. Регулирование
частоты вращения осуществляется в диапазоне
от 0,1 до 1500 мин*1.
Ж АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ СТАНКОВ
1.7.6. Технические характеристики двигателей серии 4ПФ
Условное обозначе- ние двигате- ля Номи- нальная мощность, кВт Частота вра- щения, МИН'1 Момент инерции 710-3, кгм2 Высота оси, мм Исполнение Б Мас- са, кг
ипот лтах Длина, мм Высота, мм Ширина, мм
4ПФ112Б 4 1000 5000 47 112 665 430 263 72
4ПФ112М 5,5 1000 5000 56 112 730 430 263 97
4ПФ112Е 7,5 1000 5000 62,5 112 790 430 263 112
4ПФ132Б 7,5 1000 4500 95 132 790 500 300 119
4ПФ132М 11 1000 4500 116 132 850 500 300 144
4ПФ132Б 15 1000 4500 135 132 920 500 300 162
4ПФ160Б 18,5 1000 4000 250 160 863 560 390 236
4ПФ160М 22 1000 4000 290 160 933 560 390 273
4ПФ160Б 30 1000 4000 325 160 973 560 390 297
4ПФ180М 37 1000 3800 442 180 953 665 420 390
4ПФ180Б 45 1000 3800 578 180 1033 665 420 405
4ПФ200Е 75 1060 3600 1750 200 1380 808 584 700
4ПФ225Б 110 1000 3000 2730 225 1505 858 584 900
4ПФ250Б 160 1000 3000 4860 250 1585 985 604 1200
Примечание: Исполнение Б - вентилятор на боковой поверхности двигателя
(сверху). При расположении вентилятора на торцовой поверхности со стороны коллектора
длина увеличивается на 20 - 35%.
Номинальный режим работы электро-
приводов - продолжительный (51) при частоте
вращения не менее 0,1 мин-1; допускается
работа в кратковременном (52) и повторно-
кратковременном режимах (53).
Электроприводы обеспечивают полосу
пропускания частот замкнутой системы регу-
лирования скорости 100 Гц.
В состав одно-, двух- или трехкоорди-
натных электроприводов соответственно вхо-
дят:
блок питания типа БС9801 (один);
блок регулирования типа БС4101 (один,
Два или три);
бесколлекгорный электродвигатель с
пристроенным тахогенератором и датчиком
положения ротора (один, два или три);
автоматический выключатель (один);
силовой трансформатор для трансформа-
торного варианта включения (один);
магнитный пускатель (один);
токоограничивающие резисторы (три).
Габаритные размеры блока питания
БС9801-285 на ток 6,3 А 161x300x225 мм, мас-
са не более 9 кг; БС9801-315 на ток 12,5 А
161x300x300 мм, масса не более 12 кг;
БС9801-325 на ток 25 А 161x300x315 мм, мас-
са не более 12 кг.
Габаритные размеры блока регулирова-
ния БС4101-285В на ток 6,3 А 241x300x280
мм, масса не более 10 кг, БС4101-325В на ток
16 А 41x360x280 мм, масса не более 12 кг.
В комплект электропривода ЭПБ1 входят
двигатели серии 4СХ2П и 4С2П (табл. 1.7.7.).
Электроприводы серии ЭПБ2. Электро-
приводы предназначены для использования в
качестве широкорегулируемых быстродейст-
вующих реверсивных электроприводов раз-
личных производственных механизмов, в том
числе механизмов подачи металлорежущих
станков с ЧПУ и ПР. Электроприводы выпол-
няются до пяти координат в кассетном испол-
нении (момент 0,05 - 0,47 Н-м) и до трех ко-
ординат в блочном исполнении (момент
2,3 - 70 Н-м).
248 Глава 1.7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
1.7.7. Технические характеристики двигателей серии 4СХ2П и 4С2П
Условное обозна- чение двигателя Мо- мент Нм Макси- мальная частота вращения, мин1 Момент инерции ЛОЛ кг-м2 Длина, мм Высо- та, мм Шири- на, мм Диа- метр флан- цевых отвер- стий, мм Мас- са, мм
4СХ2П90Г8П 13 1500 8 446 253 200 215 33
4СХ2П100Е8П 21 1500 14 447 250 200 215 39
4С2П112МГ8П 35 1500 23 518 310 240 265 60
Электроприводы допускают работу в
длительном (51), кратковременном (52), по-
вторно-кратковременном (53) и повторно-
кратковременном с частыми пусками и элек-
трическим торможением (55) режимах.
В состав электропривода входят:
блок питания с принадлежностями;
блок регулирования (количество по числу
координат);
бесколлекторный синхронный двигатель
с возбуждением от постоянных магнитов со
встроенными или пристроенными бесконтакт-
ным датчиком частоты вращения и датчиком
положения ротора;
силовой трансформатор или автотранс-
форматор при необходимости согласования
напряжения питающей сети с напряжением
блока регулирования и двигателя;
автоматический выключатель и (или)
предохранители, предназначенные для отклю-
чения от питающей сети в аварийных режи-
мах.
Электроприводы обеспечивают работу с
электродвигателями серий ДВМ (табл. 1.7.8) и
ДВУ, 2ДВУ. ДВУ1658-ДВУ215Ь (табл. 1.7.9).
Диапазон регулирование частоты враще-
ния 1:10000, погрешность частоты вращения
при Лпщ, и при изменении нагрузки 10%.
Полоса пропускания частот замкнутого конту-
ра частоты вращения 100 Гц. Перерегулирова-
ние при частоте вращения 0,5лтах не более
10%.
Габаритные размеры блока питания
280x400x115 мм, масса 9(10) кг. Габаритные
размеры блока регулирования на ток до 10 А
280x400x115 мм, масса 7,5 кг. габаритные раз-
меры блока регулирования на ток 25 А
280x467x129 мм, масса 10,5 кг.
В электро приводах с моментами от 0,05
до 0,47 Н-м используется кассетное исполне-
ние преобразователя. Габаритные размеры кас-
сеты на две координаты: 272,6x265,9x222 мм,
масса 7,5 кг; габаритные размеры кассеты на
три координаты: 342,6x265,9x222 мм, масса
9,2 кг; габаритные размеры кассеты на четыре
или пять координат: 282,6x265,9x222 мм. мас-
са 12,5 кг.
1.7.8. Технические характеристики двигателей серии ДВМ
Условное обозначение двигателя Момент, Нм Максим альн ая часто- та враще- ния, МИН'1 Момент инерции ло-’, кг-м2 Длина, мм Высота мм Диаметр фланцевых отверстий, мм Мас- са, кг
Л/пот ^Лпах
ДВМ8586 0,47 2,35 6000 0,0673 179 80 85 2,0
ДВМ85М6 0,7 3,5 6000 0,1049 199 80 85 2.7
ДВМ85Г6 1,3 6,5 6000 0,1419 219 80 85 3,4
ДВМ115А 2,3 11,5 6000 0,484 243 135 115 6,0
ДВМ1155 3,5 17,5 6000 0,630 263 135 115 7,6
ДВМ115М 4,7 23.5 6000 0,7365 283 135 115 8,57
ДВМ115Г 7,0 35 4000 0,9891 323 135 115 11,0
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ СТАНКОВ
249
1.7.9. Технические характеристики двигателей серии ДВУ и 2ДВУ
Условное обо- значение двигателя Момент, Н-м Максимальная частота вращения, МИН’1 Момент инерции J-103, кт-м2 Длина, мм Диаметр фланцевых отверстий, мм Масса, кг
Л/пот -Л^шах
ДВУ1658 7 50 2500 4,4 397 165 22,5
ДВУ165М 10 70 2000 6,0 450 165 26.5
ДВУ165Г 13 90 2000 7,7 503 165 32,2
ДВУ2158 17 110 2000 17,9 490 215 46,2
ДВУ215М 23 160 2000 24,8 565 215 62,4
ДВУ215Ъ 35 220 2000 31,6 640 215 75,6
2ДВУ1158 2,3 11,5 6000 0,307 285 115 5,7
2ДВУ115М 3,5 17,5 6000 0,382 315 115 6,2
2ДВУ115Г 4,7 23,5 6000 0,456 345 115 7,2
2ДВУ1658 13,0 65,0 2000 4,16 430 165 14,9
2ДВУ165М 17,0 85,0 2000 4,92 455 165 17,9
2ДВУ165Г 23,0 115,0 2000 6,42 505 165 21,6
2ДВУ2158 35,0 175,0 2000 15,7 590 215 35,5
2ДВУ215М 47,0 235,0 1000 19,4 640 215 42,2
2ДВУ215Е 70,0 283,0 2000 27,1 690 215 57,0
Электроприводы комплектные тиристор-
ные синхронные серии ЭТС2. Электроприводы
выполнены на базе синхронных электродвига-
телей с возбуждением от постоянных магнитов
и тиристорных преобразователей частоты с
непосредственной связью с сетью.
Электроприводы предназначены для ра-
боты в длительном (51), кратковременном
(52), повторно-кратковременном (53) и по-
вторно-кратковременном с частыми реверсами
(57) режимах.
В состав электропривода входят:
блок тиристорный синхронный
(преобразователь);
блок защиты;
бесколлекторный синхронный двигатель
с возбуждением от постоянных магнитов со
встроенным или пристроенным датчиком ско-
рости, датчиком положения ротора, датчиком
пути, электромагнитным тормозом, датчиком
температурной защиты, устройством принуди-
тельной вентиляции или без него (двигатель
может иметь исполнение без встроенного тор-
моза);
блоки токоограничивающих реакторов
или силовые трансформаторы, согласующие
напряжение сети и двигателя;
повышающие трансформаторы д ля пита-
ния цепей управления;
автоматические выключатели, предназна-
ченные для отключения от питающей сети в
аварийных режимах.
Электроприводы обеспечивают работу с
двигателями: 4СБ2П132, 4СФ2П132
4СФ2П180, ДВУ2658 - ДВУЗООЬ с моментами
47 - 170 Н-м.
Диапазон регулирования частоты враще-
ния 1:10000, погрешность частоты вращения
при изменении нагрузки при «mjn 10%. Элек-
тропривод в переходных и статических режи-
мах во всем диапазоне частот вращения дол-
жен допускать в течение не более 10 с пере-
грузку по току в 1,2 - 2,0 раза по сравнению с
его допустимым длительным значением. По-
лоса пропускания частот замкнутого контура
частоты вращения должна быть не менее 30 Гц
для электроприводов с моментом до 70 Н-м и
не менее 20 Гц для электроприводов с момен-
том более 70 Н-м.
Имеется два типоисполнения тиристор-
ного синхронного блока: на ток 50 А и на ток
100 А. Габаритные размеры блока на ток 50 А
241,5x420x320 мм, масса 27,5 кг; габаритные
размеры блока на ток 100 А 241,5x480x320 мм,
масса 29,5 кг.
250 Глава 1.7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Электроприводы "Размер 2М “ 5...".
Электроприводы асинхронные глубокорегули-
руемые предназначены д ля работы в качестве
комплектного устройства управления меха-
низмом главного движения и механизмами
подачи металлорежущих станков с ЧПУ.
В состав электропривода входят:
шкаф преобразователей;
асинхронные двигатели на базе серии 4А
со встроенными датчиками положения и тем-
пературы;
диагностическое устройство (для испол-
нений "Размер 2М-5-00-001");
приборный щиток (для исполнений
"Размер 2М - 5 - 21 - ООО”).
Электропривод подачи обеспечивает по-
грешность отработки углового положения вала
двигателя не более ±10 дискрет для второго
класса точности.
Замкнутый по положению электропривод
подачи имеет амплитуду колебаний вала дви-
гателя на нулевой скорости при постоянном
моменте нагрузки равном 0,4ЛГ^о не более 14
дискрет. Угол отклонения вала двигателя при
набросе или сбросе момента нагрузки равном
0,4A/jo не превышает 20 дискрет. Минималь-
ный коэффициент усиления электропривода
подачи 30 с-1 при частоте квантования в кон-
туре регулирования положения не менее
100 Гц. Электропривод подачи обеспечивает
продолжительный режим работы с нагрузкой
0,9A/jo на нулевой частоте вращения. Элек-
тропривод главного движения обеспечивает
время восстановления номинальной частоты
вращения при ступенчатом приложении на-
грузки от холостого хода до номинальной - не
более 1 с. Полоса пропускания замкнутого по
частоте вращения электропривода при
п = 1000 мин-1 при отсутствии дополнитель-
ного момента инерции - не менее 20 Гц.
Габаритные размеры шкафа 700x1206x400
мм, масса 200 кг. Наиболее широко применя-
ется электропривод исполнения "Размер
2М-5-2Г, содержащий два двигателя подачи
(17 Н-м и 21 Н-м), двигатель главного движе-
ния 11 кВт (72 Н-м) (табл. 1.7.10.).
1.7.10. Технические характеристики двигателей серии 4А
Условное обозна- чение двигателя Мо- мент Л/пот, Н-м Макси- мальная частота вращения, МИН’1 Момент инерции /10-3, кг-м2 Длина, мм Высо- та, мм Шири- на, мм Диа- метр флан- цевых отвер- стий, мм Мас- са, кг
4АХБ2П90Б 7 1500 5,6 460 260 180 215 35
4АХБ2П100Г 17 1000 11.2 510 280 200 215 42
4АБ2П112М 21 1000 17,5 545 318 300 265 64
4АБ2П132М8П 47 1000 40,0 620 350 350 300 106
Главного дви- жения на базе 4АБ2П132М 72 4500 40,0 620 350 296 - 102
Электроприводы главного движения ЭГДА
предназначены для управления механизмами
шпинделя металлообрабатывающих станков с
ЧПУ, ГПМ. В состав электроцриводов входят
транзисторный частотно-токовый преобразова-
тель со звеном постоянного тока, построенный
по блочно-модульному принципу и асинхрон-
ный двигатель серии АЧ мощностью
1,5 - 45 кВт. Диапазон регулирования частот
вращения 1:5000, в том числе с постоянной
мощностью до 5:1.
В комплект электропривода входит спе-
циальный асинхронный двигатель серии АЧ с
датчиком положения ротора, типажный ряд
которого приведен в табл. 1.7.11.
Регулируемые электроприводы перемен-
ного тока серии ЭПА-2 предназначены для
применения в станках и других машинах и
механизмах. Применение частотно-токового
метода регулирования с синусоидальной фор-
мой тока, изменение частоты в функции ста-
тического момента на валу электродвигателя,
использование транзисторных ключей с актив-
ным формированием траектории переключе-
ния позволяют получить улучшенные техниче-
ские характеристики при достаточно простой
схеме преобразователя.
В качестве двигателя может быть исполь-
зован стандартный асинхронный электродвига-
тель без датчиков на валу.
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ СТАНКОВ
251
1.7.11. Технические характеристики двигателей серии АЧ
Условное обозначение двигателя Номинальная мощность, кВт Частота вращения, мин’1 Масса, КГ
Ядот wmax
АЧ80В4 1,5 1500 7500 17
A490L4 2,2 1500 7500 24
A4100L4 4,0 1500 7500 40
АЧ112М4 5,5 1500 7500 65
АЧ132М4 11,0 1500 6000 ПО
АЧ160М4 18,5 1500 6000 165
АЧ180М4 22,0 1500 6000 183
АЧ200М4 30.0 1200 5000 231
A4200L4 37,0 1200 5000 308
АЧ225М4 45,0 1200 5000 365
Основные технические данные электро-
привода: напряжение питания 380 В, мощ-
ность до 4 кВт, диапазон регулирования часто-
ты вращения 1:50, максимальная частота вра-
щения 3000 мин"1, суммарная погрешность по
частоте вращения 10 - 15%, габариты блока
преобразователя (ШхВхГ) 480x210x266 мм.
Электроприводы тиристорные асинхрон-
ные серии ЭТА1-02 бездатчиковые предназна-
чены для использования в различных произ-
водственных машинах, в том числе в кузнеч-
но-прессовых. Они представляют собой регу-
лируемые реверсивные электроприводы, вы-
полненные на базе преобразователя частоты с
непосредственной связью. В состав электро-
приводов входят: тиристорный блок и двух-
фазный асинхронный электродвигатель с ко-
роткозамкнутым ротором мощностью
3 - 265 кВт при номинальной частоте враще-
ния 1000 и 2000 мин’1.
В состав электропривода могут входить
двухфазные двигатели серии АДЧ112(132)М2(4)
или АИФ4П280(315,355)М2(4).
Электроприводы обеспечивают следую-
щие режимы работы: пуск до заданной часто-
ты вращения с регулируемым ускорением,
плавное регулирование частоты вращения в
диапазоне 1:20, рекупиративное торможение
регулируемым ’ замедлением. Погрешность
частоты вращения при изменении нагрузки от
нуля до номинальной не должна превышать
O.S-Snonr/lo при наличии терморезистора в
электродвигателе, а при его отсутствии -
<'потл0> гДе п0 ~ синхронная скорость двига-
теля; >$пот - номинальное скольжение двига-
теля в относительных единицах.
Имеется четыре модификации тиристор-
ных блоков: на токи 50, 100, 250 и 500 А. Га-
баритные размеры блока на 50 А
241x355x420 мм, масса 28 кг; габаритные раз-
меры блока на ток 100 А 241x355x480 мм.
масса 30 кг; габаритные размеры блока на токи
250 и 500 А 483x355x580 мм, масса 74 кг.
Электроприводы модульные асинхронные
комплектные на базе силовых транзисторных
(тиристорных) модулей серии "РЕГАС" предна-
значены для управления стандартными асин-
хронными двигателями механизмов главного
движения металлообрабатывающих станков,
кузнечно-прессового оборудования и других
производственных машин. Основные парамет-
ры электроприводов: номинальная мощность
2,2 - 11 кВт, максимальная частота вращения
3000 мин’1, диапазон регулирования частоты
вращения 1:100, в том числе с постоянной
мощностью 1:3 (1:2). Погрешность частоты
вращения при 0,1лтах при изменении нагруз-
ки 10%. Исполнение электропривода мощно-
стью свыше 7,5 кВт обеспечивает рекуперацию
энергии торможения в питающую сеть. Элек-
тропривод в переходных и статических режи
мах во всем диапазоне рабочих частот враще-
ния допускает перегрузку по току на 30% в
течение 10 с.
Электропривод состоит из следующих
модулей: входного преобразователя, инвертора
напряжения, источника питания, конденсато-
ра.
В комплект электропривода входит стан-
дартный асинхронный двигатель серии АИР,
типажный ряд которого приведен в
табл. 1.7.12. Номинальная частота выходного
252 Глава 1.7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
напряжения преобразователя 33(50) Гц, мак-
симальная 100 Гц. Габаритные размеры модуля
входного преобразователя ВП13:
210x345x357 мм, масса 11,5 кг; преобразовате-
ля ВП15: 130x500x365 мм, масса 9,1 кг; габа-
ритные размеры модуля инвертора напряже-
ния МИН7: 210x345x357 мм, масса 12,5 кг;
габаритные размеры источника питания ИП93:
222x345x357 мм, масса 15 кг; габаритные раз-
меры блока конденсаторов БК97:
132x370x300 мм, масса 7,7 кг.
1.7.12. Технические характеристики
двигвтелей серии АИР
Условное обо- значение двигателя Номинальная мощность, кВт при номинальной частоте вращения
1000 мин-1 1500 мин-1
AHP90L4 - 2,2
AMP100S4 2,2 3,0
AHP100L4 3,0 4,0
АИР112М4 4,0 -
AHP132S4 - 7,5
АИР132М4 7,5 11,0
AHP160S4 11,0 -
Примечание: Максимальная
частота вращения 3000 мин-1.
1.7.2. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ УЗЛЫ СТАНКОВ
Одним из прогрессивных направлений
совершенствования металлообрабатывающего
оборудования является широкое использова-
ние мехатронных узлов.
Мехатронный узел - это электромеханиче-
ская система, состоящая из встроенного элек-
тродвигателя с электромагнитной или элек-
тромеханической редукцией, встроенных из-
мерительных преобразователей механических
и электрических величин, микроэлектронного
устройства управления движением этой систе-
мы (встроенного или невстроенного исполне-
ний) и других электронных, оптоэлектронных,
электромеханических и механических элемен-
тов, обеспечивающая определенные техноло-
гические функции.
Использование мехатронных узлов при
создании металлообрабатывающего оборудова-
ния позволяет на более высокой качественной
ступени реализовать преимущества блочно-
модульного принципа построения металлооб-
рабатывающего оборудования и, как показы-
вают исследования, позволяет обеспечить:
существенное упрощение конструкции
создаваемого оборудования;
значительное снижение трудоемкости
изготовления оборудования;
повышение надежности оборудования;
высокую гибкость технологических про-
цессов изготовления металлообрабатывающего
оборудования и высокую ремонтопригодность
этого оборудования.
Повышение точности изготовления от-
дельных мехатронных систем дает возмож-
ность использования их при создании и изго-
товлении станков высокой и особо высокой
точности, а также отдельных высокоточных
технологически необходимых приспособлений
и оснастки. Так, например, использование
мехатронных узлов позволяет создать шлифо-
вальное оборудование, обеспечивающее на
скоростях перемещения исполнительных орга-
нов до 150 м/мин дискретность линейных
перемещений от 0,1 до 0,05 мкм, что соответ-
ствует диапазону нанатехнологии.
Специальные электромеханические узлы
целесообразно изготовлять централизовано,
что обеспечивает их унификацию для различ-
ных подтрупп станков одной технологической
группы или для станков различных технологи-
ческих групп.
Конструктивное построение станков на
базе электромеханических устройств позволя-
ет:
расширять и наращивать технологиче-
ские возможности, уровень автоматизации
оборудования за счет добавления механизмов
и узлов с локальными системами управления;
резко сократить на заводах-изготовителях
время сборки станков за счет локальной от-
ладки узлов и механизмов и широких диагно-
стических возможностей;
упростить сервисное обслуживание за
счет применения однородных конструкций в
различных компоновках станков.
Актуальность задач создания и внедрения
электромеханических устройств автоматизации
подтверждается опытом ведущих зарубежных
фирм: Nikken, Fanuc (Япония), Siemens
(Германия), D'Andrea, Barufialdi (Италия) и
др., которые освоили широкую номенклатуру
данных узлов.
Основные виды электромеханических уз-
лов. Для обеспечения повышения уровня ав-
томатизации станков, ГПМ и ПР наряду с
развитием универсальных систем электропри-
вода [6], необходимо создание специальных
электромеханических и мехатронных узлов.
Основным преимуществом таких узлов являет-
ся возможность встройки элементов системы
управления совместно с электроприводом в
механизмы и узлы станков и резкое сокраще-
ние информационных каналов связи.
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ СТАНКОВ
253
Рис. 1.7.1. Клакссифнкация электромеханических узлов
На рис. 1.7.1. приведена классификация
электромеханических узлов и систем их управ-
ления. В состав унифицированных электроме-
ханических узлов входят:
Электромеханизмы главного дви-
жения. Мотор-шпиндели для высокоскоро-
стных станков вертикального и горизонталь-
ного исполнения. Мощность до 10-20 кВт, мак-
симальная частота вращения 6000 -8000 мин-1.
Мотор-редукторы со встроенными пла-
нетарными механизмами для станков токарной
и фрезерной трупп. Максимальный длитель-
ный момент 1500 Н-м.
Высокоскоростные электрошпиндели для
скоростного шлифования и фрезерования, в
том числе на активных электромагнитных
опорах. Мощность до 30 кВт, максимальная
частота вращения до 100000 мин'1.
Электромеханизмы подачи и
вспомогательных перемещений. Коор-
динатные и координатно-силовые столы с
позиционированием по одной и двум осям.
Поворотные столы. Диаметр 200 - 500 мм.
Плансуппорты для внутренней расточки
и объемной обработки.
Электромеханические инструментальные
и револьверные головки.
Инструментальные магазины.
Электромеханизмы роботов и
транспортных устройств. Мотор-редук-
торы с планетарной передачей.
Моторы-редукторы с волновой переда-
чей.
Электромеханизмы тактовых столов и
загрузки деталей (полет).
Магнитная и электромагнитная
оснастка. Магнитные плиты (столы). Мак-
симальные размеры (ШхД) 500x1200мм.
Синусные магнитные поворотные плиты.
Максимальные размеры (ШхД) 150x450 мм.
Электромагнитные плиты, управляемые
электрическим импульсом. Максимальные
размеры (ШхД) 400x1000 мм.
Электростатические плиты для крепления
немагнитных материалов. Максимальные раз-
меры (ШхД) 500x1200 мм.
Для управления электромеханическими
узлами станков, ГПМ и ПР развиваются
принципиально новые концепции преобразо-
вателей: цифровых и цифроаналоговых на базе
254 Глава 1.7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
микропроцессоров. Программирование ука-
занных преобразователей осуществляется от
отдельного программатора (терминала). Пре-
образователи имеют блок энергонезависимой
памяти программ, в которых для определен-
ного набора технологических циклов содер-
жится информация о таких параметрах, как
положение координат механизмов, значение
скорости, ускорения, замедления, релейные и
временные функции.
Примером распределенной модульной
системы управления является разработанная
фирмой AEG (США) устройство SYSTEM 90,
включающее осевые блоки регулирования ско-
рости и положения электроприводов. Каждый
блок управления электропривода (в
SYSTEM 90 может быть для восьми блоков)
соединен с другими элементами системы во-
локоннооптическими связями. Конструкция
SYSTEM 90 в сравнении с традиционными
техническими решениями обеспечивает:
уменьшение на 80 % соединительных
проводов;
уменьшение на 80 % соединительных
контактов;
уменьшение на 50 % компонентов и бло-
ков, входящих в систему;
наличие мощной диагностики, которая
мгновенно индикатирует причину и место
неисправности ( в некоторых случаях система
устраняет неисправность), обеспечивает со-
кращение времени простоя оборудования на
40 %.
Указанное направление развития элек-
трооборудования - переход на унифицирован-
ные электромеханические узлы - тесно связано
с развитием микропроцессорных распределен-
ных устройств ЧПУ. Каждый электромехани-
ческий узел, в том числе узел измерения и
контроля, может управляться от самостоятель-
ного блока.
Электромеханизмы главного движения.
Создание и применение элекгромеханизмов
главного движения станков и ГПМ преследует
следующие цели:
упрощение конструкции, снижение ме-
таллоемкости механизма и привода главного
движения;
снижение потерь холостого хода, повы-
шение КПД главного привода;
повышение быстродействия, сокращение
вспомогательного времени технологического
процесса обработки на станке;
повышение производительности обра-
ботки за счет внедрения высокоскоростной
обработки.
Конструктивное объединение электриче-
ской и механической частей главного привода
осуществляется за счет встройки статора и
ротора двигателя в шпиндельный узел
"мотор-шпиндель” или за счет пристройки
планетарного редуктора к двигателю "мотор-
редуктор”.
Устройства типа "мотор-редуктор" при-
меняют в главных приводах токарных станков
средних размеров, локарно-карусельных стан-
ков и др. Ведущими фирмами, изготовляю-
щими планетарные редукторы для данных
узлов, являются фирмы ОМВА (Италия), ZF
(Германия), Redex (Франция). К двигателю
постоянного или переменного тока, имеюще-
му диапазон регулирования частоты вращения
с постоянством мощности 4(5) : 1, пристраива-
ется планетарный редуктор с двумя механиче-
скими ступенями 1:1 и 1:4 (3,17). Таким
образом, на выходном валу устройства "мотор
-редуктор" обеспечивается диапазон регулиро-
вания частоты вращения с постоянством мощ-
ности до 20(30) : 1. Переключение механиче-
ских ступеней редуктора осуществляется с
помощью микродвигателя или микропривода.
В токарных, фрезерных и фрезерно-
расточных станках с небольшими крутящими
моментами (до 200 Н м) находят применение
устройства типа "мотор-шпиндель". Примером
такого узла может являться "мотор-шпиндель"
ACSH (AC Spindle Head) фирмы Fanuc. Мощ-
ность ACSH 3,7 - 5 кВт, максимальная частота
вращения до 8000 мин*1, масса до 250 кг. В
конструкции устройства "мотор-шпиндель"
используются высокоскоростные шариковые
подшипники в передней части вала и двухряд-
ные цилиндрические роликовые подшипники.
ACSH характеризуется малым уровнем шума
(до 75 дБ). Охлаждение узла - воздушное неза-
висимое; температурный перегрев подшипни-
ков на холостом ходу при максимальной час-
тоте вращения не превышает 10°С.
Необходимость создания высокоскорост-
ных электрошпинделей связана с тенденцией
внедрения высокоскоростной обработки [4].
Это связано с повышением производительно-
сти за счет сокращения основного времени
обработки, значительного повышения скоро-
сти резания, а также увеличения объема сни-
маемой стружки. Применение процесса высо-
коскоростной обработки обусловило необхо-
димость значительных изменений в техноло-
гии, в том числе использования элекгрошпин-
делей со специальными системами охлаждения
и смазки. Электрошпиндели по виду опор
подразделяются на элекгрошпиндели на опо-
рах качения, элекгрошпиндели на гидростати-
ческих опорах, элекгрошпиндели на электро-
магнитных опорах.
Фирма Gamfior (Италия) изготовляет
элекгрошпиндели на базе классических шари-
ковых подшипников. Фрезерные элекгро-
шпиндели с асинхронными электродвигателя-
ми имеют мощность N и частоту вращения п:
14 кВт и 28000 мин'1; 60 кВт и 15000 мин'1;
100 кВт и 6000 мин'1. Фирмой разработаны
элекгрошпиндели с синхронными (вентильны-
ми) электродвигателями мощностью N = 2,5
кВт и частотой вращения п = 75000 мин'1.
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ СТАНКОВ
255
Для скоростного внутреннего шлифова-
ния в ЭНИМСе разработана гамма электро-
шпинделей на гидростатических опорах. При-
менение гидростатических подшипников в
качестве опор обеспечивает, наряду с высокой
точностью вращения ротора, высокое динами-
ческое качество опорных узлов. Электрошпин-
дели серии ЭШГ разработки ЭНИМС при ПВ
25 % имеют следующие технические характе-
ристики: N = 5,5 кВт и п = 44000 мин1;
7V = 15 кВт и п = 58000 мин1; N = 35 кВт и
п - 29000 мин1.
Электрошпиндели на электромагнитных
опорах отличаются высокой частотой враще-
ния, большой удельной мощностью, статиче-
ской и динамической жесткостью. Фирма S2M
(Франция) разработала гамму элекгрошпинде-
лей с электромагнитными опорами, имеющи-
ми устройство внешней автоматической стаби-
лизации. Электронная система управления
положением ротора формирует воздействие на
электромагниты в зависимости от управляю-
щего сигнала и сигналов от датчиков положе-
ния ротора. Электрошпицделй фирмы S2M
имеют технические характеристики: N = 1 кВт
и п = 180000 мин1; 3 кВт и п = 90000 мин-1;
2V= 15 кВт и п = 60000 мин'1; N = 25 кВт и
п = 30000 мин*1. Электрошпиндель с электро-
магнитными опорами является наглядным
примером тенденции максимального упроще-
ния механической части станка (передача
функции подшипника электронике).
Электромеханизмы подачи. Особенностью
электромеханизмов подачи является создание
автономных станочных узлов со встроенным
(пристроенным) электроприводом.
Фирма Baruflaldi освоила серийный вы-
пуск гаммы электромеханических станочных
узлов, в которых интегрирован регулируемый
двигатель. Электромеханическая револьверная
головка серии TOER предназначена для то-
карных станков с ЧПУ. Встроенный в TOER
двигатель обеспечивает следующие функции:
поворот головки в требуемую позицию для
обработки расточными резцами или вращаю-
щимся инструментом; обеспечение вращения
сверл, фрез, метчиков, расположенных как
соосно, так и аксиально по отношению к оси
вращения двигателя. Поворотные инструмен-
тальные головки серии TDE имеют также
встроенный двигатель. Для токарных и рас-
точных станков фирма Baruflaldi разработала
Конструкцию задней бабки серии AECN, в
которую встроен двигатель, обеспечивающий
продольное перемещение пиноли. Узел AECN
обеспечивает требуемое усилие осевого зажима
Детали.
Примером создания гаммы обрабаты-
вающих инструментальных головок является
опыт фирмы D'Andrea. Основными видами
Обработки. котопые лсишествпяктгг.я с помо-
щью головок фирмы D'Andrea, являются обра-
ботка отверстий и плоскостей; сверление и
растачивание гнезд подшипников; подготовка
опорных поверхностей для стопорных колец;
обработка канавок, фасок, конических отвер-
стий и т.п.
Для многооперационных станков, рабо-
тающих в условиях ГПС, той же фирмой раз-
работана гамма головок U-FLEX SYSTEM,
имеющая возможность перемещения инстру-
мента с управлением от ЧПУ.
План-суппорт U-TRONIC представляет
собой пример электромеханизма подачи со
встроенным двигателем. Обрабатывающие
головки U-TRONIC имеют следующие моди-
фикации:
U-TRONIC 220 - для фрезерных, расточ-
но-фрезерных и расточных станков средних
размеров; максимальный диаметр расточки
140 - 700 мм, максимальная частота вращения
600 мин*1, момент 1500 Н-м;
U-TRONIC 220/В - в отличии от преды-
дущей модели имеет компенсационное уст-
ройство, обеспечивающее балансировку план
суппорта; максимальный диаметр расточки
140 - 500 мм, максимальная частота вращения
800 мин'1, момент 1000 Н-м;
U-TRONIC 400 - для расточных станков
средних и больших размеров; максимальный
диаметр расточки 280 - 780 мм, максимальная
частота вращения 500 мин'1, момент 2000 Н-м;
U-TRONIC 600 - для тяжелых расточных
станков; максимальный диаметр расточки
400 - 1600 мм, максимальная частота враще-
ния 150 мин'1, момент 10000 Н-м.
Фирма Nikken выпускает гамму поворот-
ных столов с диаметром от 200 до 500 мм.
Указанные столы эффективны для применения
в вертикальных и горизонтальных многоопе-
рационных фрезерно-расточных станках с
ЧПУ и ГПМ. Поворотный стол горизонталь-
ного или вертикального исполнения использу-
ется как дополнительная автономно управляе-
мая координата: стол наклонного исполнения
имеет возможность изменения положения по
двум координатам. При программировании
перемещения и ориентации поворотного стола
на фрезерном станке возможно реализовать
круговое фрезерование, фрезерование спи-
рального винта на цилиндре и т.п. Конструк-
ция силовых столов со встроенными высоко-
моментными двигателями постоянного тока
обеспечивает защиту от проникновения СОЖ,
масла и т.п. Минимальная дискретность пере-
мещения поворотного стола 0,001°. Макси-
мальная частота вращения модели CNC-200 -
22,2 мин1; CNC-320V - 16,6 мин1; NST-500 -
2,7 мин'1.
Электромеханизмы промышленных робо-
тов. Новым конструктивным решением для
привода поворотных механизмов подачи стан-
ков и пппмышленнш поботов является привод
256 Глава 1.7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
прямого (непосредственного) действия (Direct
Drive).
Высокие требования к точности пози-
ционирования обуславливают необходимость
изготовления и применения редукторов с без-
люфтовой передачей крутящего момента и,
как следствие, с высокими усилиями трения,
повышенным износом, которые требуют регу-
лярного технического обслуживания и затруд-
няют использование адаптивного управления
по усилию.
Развитие электронной техники, позво-
ляющей управлять сложными нелинейными
динамическими характеристиками двигателей
появление новых магнитных материалов, на-
пример, соединение кобальта с самарием
(Sm-Co), а также магнитных сплавов на базе
химических элементов неодим-железо-бор
(Ne-Fe-B), обеспечило предпосылки внедре-
ния приводов прямого действия.
Для замены привода, работающего по
схеме "мотор-редуктор", привод прямого
(непосредственного) действия должен удовле-
творять следующим требованиям:
иметь низкую частоту вращения при вы-
соких значениях момента вращения;
в двигатель должен быть встроен датчик
углового положения с высокой разрешающей
способностью;
должно быть осуществлено торможение с
высоким значением тормозного момента.
Двигатели прямого действия требуют
применения специальных подшипников каче-
ния высокой точности и большой жесткости,
так как они испытывают действие еще и рабо-
чих нагрузок, приложенных к ротору.
На рис. 1.7.2 представлена конструкция шар-
нирного привода прямого действия. В меха-
низмах ПР, в основном, требуются частоты
вращения менее 30 мин'1 при высоких крутя-
щих моментах [3]. Можно обеспечить низкую
частоту вращения двигателя за счет увеличения
количества полюсов. Однако, этот подход ве-
дет к увеличению габаритов, массы и стоимо-
сти двигателя. В настоящее время наметились
два направления в области конструирования
двигателей прямого действия: создание двига-
телей с возбуждением от магнитов Sm-Co или
Ne-Fe-B, разработка специальных конструк-
ций двигателя с тонким кольцеобразным рото-
ром, несущим зубцы. Двигатели прямого дей-
ствия требуют применения специальных регу-
ляторов, так как при отсутствии механической
передачи от двигателя к исполнительному
узлу, которая играла роль демпфера, двигатель
более чувствителен к изменению нагрузки и
инерционных масс. В приводе прямого дейст-
вия момент инерции ротора двигателя соизме-
рим или меньше момента инерции механизма.
В этом случае возможно появление низкочас-
тотных резонансных колебаний в системе
двигатель-механизм, которые должны быть
устранены введением дополнительных фильт-
ров в схему преобразователя.
Рис. 1.7.2. Шарнирный привод управления роботом:
1 - соединительное звено; 2 - контактная щетка; 3 -
внутренняя часть механизма; 4 - внешняя часть меха-
низма; 5 - ротор; 6 - подшипник; 7 - статор
Примером сверхвысокомоментного дви-
гателя может служить бескорпусный двигатель
фирмы Inland (США) (табл. 1.7.13). Данный
двигатель имеет тонкий кольцевой ротор, рас-
положенный между двумя (внешним и внут-
ренним) статорами, имеющими зубцы. После-
довательное возбуждение зубцов статора и
ротора создает крутящий момент. Тонкий ро-
тор имеет минимальную массу и минималь-
ный момент инерции. Магнитный поток дви-
гателя идет по короткому пути в радиальном
направлении через тонкое сечение ротора из
внешнего статора во внутренний и обратно.
Магнитное сопротивление двигателя мало, что
способствует повышению эффективности соз-
дания момента двигателя. Введение зубцов на
статоре и роторе обеспечивает увеличение
числа полюсов без добавления новых обмоток.
В двигателе фирмы Motometics (США) имеет-
ся 18 обмоток на статоре, но при этом реали-
зуется 150 электрических тактов на один обо-
рот вала. Данный двигатель имеет следующие
характеристики: пиковый момент 405 Н-м,
длительный момент 338 Н-м, момент инерции
ротора 0,185 кг-с2, толщина корпуса 171 мм,
наружный диаметр корпуса 350 мм, масса
56 кг.
1.7.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
СТАНКОВ
Электрический аппарат - электротехниче-
ское устройство, предназначенное дня управ-
ления, регулирования и защиты электрических
цепей и машин, а также для контроля и регу-
лирования различных неэлектрических про-
цессов. Электрические аппараты являются
элементной базой систем управления станка-
ми, кузнечно-прессовыми и другими машина-
ми.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ СТАНКОВ
257
1.7.13. Двигатели фирмы Inland
Параметр QT3202 QT7502 QT15602 QT15603 QT10035 QT18002 QT36001
Пиковый мо- мент, Н-м 2,0 8,7 16,6 39,9 133 399 3990
Мощность при пиковом момен- те, кВт 0,11 0,18 0,2 0,45 1,04 1,5 6,3
Длительный момент, Н-м 1,2 7,9 14,6 37,3 58,5 226 1970
Максимальная частота враще- ния, мин 1 525 191 124 105 74 34 15
Максимальное ускорение, с'2 3670 577 152 210 554 210 114
Момент инерции ротора, кг-м2 Размеры, мм: 0,0005 0,015 0,109 0,19 0,24 1,9 35
наружный диаметр 104 220 419 418 343 601 1057
внутренний диаметр 51 150 352 352 86 260 652
толщина 34 32 34 46 134 145 260
Масса, кг 1,1 3,4 5,9 10 43 135 616
Основные технические требования,
предъявляемые к аппаратам коммутационным
низковольтным, излагаются в ГОСТ 12434-93
"Аппараты коммутационные ' низковольтные.
Общие технические условия".
По своему функциональному назначе-
нию электроаппараты можно классифициро-
вать следующим образом:
1. Командная аппаратура:
кнопочные выключатели и переключате-
ли;
переключатели панельно-кулачковые;
путевые выключатели (переключатели);
контактные и бесконтактные;
бесконтактные логические элементы;
электромагнитные реле;
реле времени.
2. Исполнительная аппаратура:
электромагнитные контакторы и пускате-
ли;
электромагниты.
3. Аппаратура защиты:
автоматические выключатели;
плановые предохранители;
тепловые реле.
4. Аппаратура управления:
трансформаторы для питания цепей
управления;
светосигнальная арматура, светофоры;
электрические соединители.
Ниже приводятся технические характери-
стики электрических аппаратов, наиболее ши-
роко применяемых в станкостроении.
Командная аппаратура. Кнопочные
выключатели (переключатели). Кнопоч-
ный выключатель - коммутационный аппарат,
предназначенный для многократного включе-
ния и отключения электрических цепей
По способу оперативного воздействия на
орган управления выключатели (переклю-
чатели) могут быть нажимными, поворотны-
ми, педальными. По способу возврата в ис-
ходное состояние - с самовозвратом и без са-
мовозврата (аппараты без самовозврата могут
быть с защелкой или блокировкой); по виду
органа управления - выступающие и утоплен-
ные; по количеству полюсов - однополюсные,
двухполюсные, многополюсные.
Органы управления могут быть цилиндриче-
скими, прямоугольными, квадратными, грибо-
видными, в виде рукояток. В орган управле-
ния может быть встроен источник света с
трансформатором и без него. Органы управле-
ния цилиндрической, прямоугольной и грибо-
видной формы могут быть с ключом.
258 Глава 1.7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Наиболее распространенными в электро-
оборудовании станков являются кнопочные
выключатели (переключатели) серий КЕ, ПЕ,
ВК24 с диаметром установочного отверстия
30 мм; КМЕ, ВК43, ВК44 - с диаметром
22 мм; ВК45, ВК46 - с диаметром 16 мм.
Все перечисление аппараты рассчитаны
на номинальное напряжение 660 В перемен-
ного тока частоты 50 Гц и напряжение 220,
440 В постоянного тока. Номинальный ток
составляет 10 А. Степень защиты оболочки с
внешней стороны 1Р54. Количество контактов
- до четырех замыкающих и до четырех раз-
мыкающих.
Переключатели пакетно-кулачко-
вые, серии ПКУ2, ПКУЗ предназначены для
коммутации цепей управления и маломощных
силовых нагрузок.
Универсальные переключатели УТ15300
могут применяться, как контроллеры для ком-
мутации обмоток многоскоростных электро-
двигателей. Краткие технические характери-
стики пакетно-кулачковых переключателей
приведены в табл. 1.7.14.
1.7.14. Технические характеристики пакетно-кулачковых переключателей
Показатель Серия
ПКУЗ ПКУЗ УП5300
Номинальное напряжение пере- менного тока частотой 50 Гц, В 660 500 500
Номинальное напряжение по- стоянного тока, В 220 220 440
Номинальный ток, А 4 10 16
Число:
пакетов 12 16 16
коммутируемых цепей 24 24 32
коммутационных положений 8 8 8
схем 160 424 551
Коммутационная износостой- кость, млн. циклов 0,5 0,2 0,2
Путевые выключатели (переклю-
чатели) контактные и бесконтактные
и микровыключатели. Путевой выключа-
тель (переключатель) - выключатель, изме-
няющий свое коммутационное положение,
при определенных положениях подвижных
частей машин и механизмов, перемещающихся
относительно него.
По действию контакт ного механизма пу-
тевые выключатели разделаются на три груп-
пы:
- прямого действия - время переключе-
ния и контактное нажатие зависит от положе-
ния и скорости перемещения привода (серии
ВП19, ВП21, ВП15Д);
- полумгновенного действия - время пе-
реключения практически не зависит от скоро-
сти перемещения привода, контактное нажа-
тие зависит от положения привода (МП 1000Л,
МП2000Л, ВП61-19);
- мгновенного действия - время пере-
ключения и контактное нажатие не зависит от
положения привода (серия ВП15А, ВП16).
Выключатели различаются большим раз-
нообразием типа привода (с толкателем, тол-
катель с роликом, с рычагом, рычагом и роли-
ком, рычагом регулируемой длины, селектив-
ный привод, с Кобразным рычагом и роли-
ком на каждом плече).
Выключатели предназначены:
ВП16 - мгновенного действия для тяже-
лых условий работы;
ВП15, ВП19 - полумгновенного и пря-
мого действия для нормальных условий рабо-
ты;
МШООЛ, МП2000Л, ВП61-19 - полу-
мгновенного действия для легких условий
работы.
Технические характеристики контактных
путевых выключателей и микровыключателей
приведены в табл. 1.7.15.
Кроме рассмотренных выше путевых вы-
ключателей существуют блоки микровыключа-
телей (БПМ21) - электромеханические кон-
тактные выключатели, встроенные в одну обо-
лочку. Каждый выключатель работает от само-
стоятельного упора. Толкатели блоков изго-
товляют из твердых сталей и имеют клиновид-
ную форму.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ СТАНКОВ
259
1.7.15. Технические характеристики контактных путевых выключателей и микровыключателей
Показатель Серия
ВП15Д ВП16 ВП19 ВП21 ИП1000Л МП2000Л ВП61-21
Номинальное напря- жение переменного тока частотой 50 Гц, В 660 660 660 660 660 660 380
Номинальное напря- жение постоянного тока, В 440 440 440 440 440 440 220
Номинальный тепло- вой ток, А 10 16 10 10 10 10 10
Число контактов 1,2 1,2 4 2,4 2 1 2
Допустимая частота циклов В/О, ч 1200 1200 1200 1200 1200 1200 1200
Коммутационная из- носостойкость, млн. циклов 4 2,5 4 3 1,6 1 1
Бесконтактные путевые выключатели, как
и электромеханические, осуществляют управ-
ление в функции пути, однако в отличие от
контактных у них отсутствует механическая
связь между управляющим элементом и самим
выключателем. Чувствительный элемент может
быть индуктивного или емкостного типа. Бес-
контактные выключатели имеют различную
геометрическую форму и размеры, например -
щелевые (серии БВК, ПИЩ); прямоугольные
(ВПБ14); цилиндрические торцевые (ВПБ18,
БТП).
Номинальное напряжение питания бес-
контактных выключателей 12 и 24 В постоян-
ного тока. Современные серии рассчитаны на
работы в диапазоне напряжений, например,
10 - 30 В. Максимальное выходное значение
сигнала обычно лежит в пределах 20 - 400 мА.
Нагрузкой могут служить реле и логические
элементы. Расстояние воздействия (расстояние
от чувствительного элемента выключателя до
управляющего элемента) зависит от размера
выключателя. Например, для цилиндрического
торцевого выключателя ВПБ18 с диаметром
8 мм расстояние воздействия составляет 1 мм;
для выключателя ВПБ23 с диаметром 30 мм
расстояние воздействия составляет 20 мм.
Бесконтактные выключатели обладают
быстродействием и частотой коммутации (до
1000 Гц).
Бесконтактные логические эле-
менты. В различных сложных системах авто-
матики станков - в цепях управления, измере-
ния и защиты станочных электроприводов и
сигнализации используются бесконтактные
логические элементы управления серии
"Логика-И”, выполняемые на базе микросхем
(ИМС) серии К-511.
Электромагнитные и промежу-
точные реле. Реле - коммутационное уст-
ройство, предназначенное производить скач-
кообразные изменения в управляемых цепях
при заданном значении электрических воздей-
ствующих величин. Работа электромагнитного
реле основана на воздействии магнитного поля
неподвижной обмотки на подвижный ферро-
магнитный элемент. Электромагнитные реле
предназначены для передачи, размножения и
изменения величины команд (тока, напряже-
ний), передаваемых из одних цепей в другие.
Электромагнитные реле, имеющие два
коммутационных положения, соответствующие
двум различным значениям входной команд-
ной величины, называются промежуточными.
Название "промежуточные" связано с тем, что
эти реле занимают промежуточное (среднее)
место в системе управления между командны-
ми и исполнительными аппаратами.
Включающая катушка напряжения про-
межуточного реле, нагретая до установившего-
ся теплового состояния при напряжении, рав-
ном 105 % ее номинального напряжения, и
наибольшей допустимой температуре окру-
жающей среды должна:
обеспечивать срабатывание реле при на-
пряжении, равном 85 % номинального;
обеспечивать удержание реле в конечном
состоянии при снижении напряжения до 70 %
номинального;
находиться в исходном состоянии после
снижения напряжения на катушке до 5 или
10 % номинального.
260 Глава 1.7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Электромагнитные реле классифициру-
ются по следующим признакам:
роду катушки управления (переменного
и постоянного тока);
способу включения катушки (шунтовые,
напряжения и токовые);
величине номинального тока;
величине номинального коммутацион-
ного напряжения;
количеству и сочетанию контактов;
виду контактов (с воздушными и герме-
тизированными магнитоуправляемыми кон-
тактами).
В электрооборудовании станков главным
образом используются шунтовые промежуточ-
ные реле. Наиболее широко применяемые в
электрооборудовании станков являются реле
серий РПУ2М, ПЭ36, ПЭ37, РП20М, РП21,
РЭП15, РЭП 18. Данные реле рассчитаны на
номинальное напряжение катушек 24 - 660 В
переменного и 12 - 220 В постоянного тока:
количество контактов до восьми
(замыкающих, размыкающих, переключаю-
щих). Номинальное напряжение контактов до
440 переменного и до 220 В постоянного тока;
номинальный ток 2,5 - 6 А; минимально-
коммутируемые напряжение и ток 12 В и
25 мА (6 В, 5 мА для серии РЭП18) соответст-
венно.
Для коммутации самых больших уровней
токов и напряжений в цепях рекомендуется
применять реле-контакторы серий РПЛ с при-
ставками контактными серии ПКЛ и времени
серии ПВЛ. Эти аппараты рассчитаны на но-
минальный ток до 16 А. Остальные электриче-
ские параметры в основном совпадают с ука-
занными выше.
Широкое применение в станкостроении
приобрели реле с герметизированными магни-
то-управляемыми контактами (герконами)
серии РПГ. Реле с герконами имеют следую-
щие достоинства:
высокая механическая износостойкость
(от 10 до 1000 млн. циклов включе-
ни й/отключений);
высокое быстродействие, надежная ком-
мутация; высокая степень защиты контактов;
относительно малые размеры и неболь-
шая потребляемая мощность;
согласуемость с полупроводниковыми
приборами.
Герконовые реле разделяются по комму-
тируемой контактами мощности:
весьма малой мощности (до 0,01 А при
напряжении до 36 В) - реле серии РПГ6;
малой мощности (до 0,25 А при напря-
жении 24 В) - реле серии РПГ2, РПГЗ;
средней мощности (до 0,5 А при напря-
жении до 24 В) - реле серии РПГ4, РПГ5;
большой мощности (до 4 А при напря-
жении 380 и 220 В) - реле серий РПГ8, РПГ9,
РПГ 10, РПГ14, РПГ 15.
Напряжение питания катушек 5 - 110 В
постоянного тока (для серий РПГ14 постоян-
ного и переменного), минимальное коммути-
руемое напряжение - до 0,05 В; минимально
коммутируемый ток до 10 мкА; допустимая
частота включений до 90000 циклов в час.
В схемах управления станками целесооб-
разно использовать для больших уровней то-
ков реле серии РПЛ с приставками для ком-
мутации цепей переменного тока с напряже-
нием свыше ПО В. Герконовые реле РПГ це-
лесообразно применять для коммутации цепей
постоянного тока с напряжением 24 В и для
печатного монтажа на платах. Для коммутации
цепей переменного тока с напряжением ПО В
и постоянного тока с напряжением 24 В реко-
мендуются реле серии РП20М, РПУ2.
Реле времени предназначены для пе-
редачи команд на одной электрической цепи
управления в другие с определенными задан-
ными промежутками времени.
Реле времени, применяемые в станко-
строении, разделаются по следующим призна-
кам:
принципу действия (пневматические, мо-
торные, электронные);
по числу выходных цепей с независимы-
ми уставками выдержек времени (одно-, двух-,
трехцепные);
по числу команд, поступающих в одну
выходную цепь на одну управляющую команду
(однокомандные, программные, циклические);
виду управляющей команды
(управляемые включением или отключением
питающей сети, управляемые отдельной ко-
мандой при предварительно поданном напря-
жении питания);
виду выходной цепи (с контактным и
бесконтактным выходом);
величине погрешности;
количеству диапазонов выдержек време-
ни.
К пневматическим относятся реле серии
РВП72 и РКВ11, а также пневматическая при-
ставка времени серии ПВЛ (применяется в
комплекте с реле РПЛ и пускателем ПМЛ).
Пневматические реле времени имеют шкалы.
Выдержка времени изменяется поворотом
винта, регулирующего размеры отверстия для
забора воздуха в пневмокамеру. Диапазон вы-
держки времени этих реле от 0,2 до 30 или от
0,2 до 180 с. Реле работают с выдержкой вре-
мени на включение и отключение. Погреш-
ность пневматических реле относительно ве-
лика. Точность выдержки времени сильно
зависит от внешних условий (содержания пы-
ли и влаги в воздухе и изменения температу-
ры).
Моторные реле времени (серии ВС43,
ВС44) разработаны на базе синхронного элек-
тродвигателя. Это программные реле с незави-
симыми уставками в каждой из нескольких
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ СТАНКОВ
261
управляемых цепей. Диапазон выдержек вре-
мени моторных реле серии ВС43, ВС44 - от
1 с до 60 ч. В условиях, когда требуется точ-
ность и возможность работы реле в широких
пределах изменения внешних условий целесо-
образно использовать моторные реле времени.
Основными типами реле, которые реко-
мендуется использовать в станкостроении,
являются электронные реле времени серии ВЛ.
Однако реле этой серии не рекомендуется
применять при температуре свыше 45°С, так
как при этом снижается надежность работы.
Электронные реле времени имеют широкий
диапазон выдержек времени, мало зависящий
от изменения напряжения, относительно ма-
лую погрешность, малые размеры, позволяю-
щие встраивать их в пульт управления. Реле
работают с выдержкой на включение и отклю-
чение. Реле времени с бесконтактным выходом
(ВЛ63) могут работать в системах управления с
логическими элементами.
• Напряжение питания этих реле ПО,
220 В переменного и 24, ПО, 220 В постоян-
ного тока. Выбор диапазона уставок осуществ-
ляется соответствующим переключением
(табл. 1.7.16).
1.7.16. Технические характеристики реле времени серии ВЛ
Тип реле Диапазон уставок,с или мин Выполняемая функция выдер- жек времени
ВЛ63 0,1 - 30 На включение, отключение, циклы В/О (включение- отключение)
ВЛ64 0,1 - 1 1 - 10 На включение
ВЛ65 0,3 - 3 3 - 30 Циклы В/О
ВЛ66 0,1 - 9,9 1 - 99 На включение
ВЛ67 0,1 - 9,9 1 - 99 На включение
ВЛ68 0,1 - 9,9 1 - 99 На включение
ВЛ69 0,1 - 9,9 1 - 99 На включение
Примечание: Реле ВЛ69 имеет
уставки только в секундах
Исполнительная аппаратура. Электро-
магнитные контакторы и пускатели.
Электромагнитные контакторы предназначены
для включения и отключения приемников
электрической энергии.
Электромагнитные пускатели - это кон-
такторы, предназначенные для пуска и остано-
ва трехфазных асинхронных электродвигателей
с короткозамкнутым ротором и укомплекто-
ванные устройством для защиты электродвига-
телей от перегрузки током недопустимой ве-
личины. В большинстве случаев в станко-
строении применяются трехполюсные пускате-
ли.
Электромагнитные пускатели классифи-
цируются по следующим признакам:
роду тока управления (постоянный или
переменный);
роду тока главной цепи (постоянный или
переменный);
номинальному току главной цепи;
номинальному напряжению главной це-
ли; количеству вспомогательных контактов;
категории применения;
допустимой частоте включения;
количеству циклов включения/отключе-
ния;
наличию защиты двигателей и т.д.
Основные определяющие параметры
пускателей для наиболее распространенных в
станкостроении серий приведены в
табл. 1.7.17.
Важнейшей характеристикой пускателей
является также категория применения
(табл. 1.7.18).
Пускатели в станкостроении используют-
ся в основном в режиме АС-3. Допустимая
частота коммутации пускателей при примене-
нии их категории АС-3 2400 - 3600 циклов
включений в час.
При требуемой большей частоте комму-
тации рекомендуется применять тиристорные
пускатели серии ПТМ.
Пускатели с катушками управления на
постоянном токе имеют более надежную маг-
нитную систему; кроме того управление пуска-
телем с катушкой постоянного тока возможно
от электронных приборов.
Пускатели, указанные в табл. 1.7.17,
комплектуются тепловыми реле для защиты
двигателей.
Электромагниты управления. Тяго-
вые электромагниты управления предназначе-
ны для осуществления прямолинейных пере-
мещений частей различных машин и уст-
ройств.
Электромагниты классифицируются по
следующим признакам:
величине и роду' тока управляющей ка-
тушки;
напряжению катушки;
тяговому усилию;
номинальному ходу;
виду воздействия на нагрузку (тянущие и
толкающие);
механической износостойкости и др.
262 Глава 1.7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
1.7.17. Технические характеристики электромагнитных пускателей
Серия Номинальный ток главной цепи,А Род тока ка- тушки управления Количество вспомогательных контактов Износостойкость, млн. циклов
механическая коммутационная
ПМАОООО 6,3 До 6
3000 40 Переменный " 4 16 2,5
4000 63 - 80 2 - 6
пмлюоо 10 1
2000 25 Переменный 1 16 3
3000 40 И 2
4000 63 постоянный 2
ПМ12-004 4 До 2
-016 16 Переменный 1
-025 25 И 1 20 2
-040 40 постоянный 1
-063 63 2
1.7.18. Назначение и область применения пускателей
Род тока Категория применения Кратность тока по отношению к номинальному Назначение пускателя
включаемого отключаемого
Переменный АС-3 6 1 Прямой пуск электродвигателей с короткозамкнутым ротором, отключения двигателя. Пуск и
АС-4 6 6 торможение противовключени- ем электродвигателей с коротко- замкнутым ротором.
Постоянный ДС-2 2,5 1 Пуск электродвигателей с парал- лельным возбуждением и отклю- чение вращающихся электро- двигателей с параллельным воз-
ДС-3 2,5 2,5 Суждением и отключение непод- вижных или медленно вращаю- щихся электродвигателей» тор- можение противовключением.
В станкостроении широкое применение
получили электромагниты переменного тока,
которые могут питаться от трансформаторов
управления и непосредственно от сети и име-
ют большие быстродействия, чем электромаг-
ниты постоянного тока. Последние все шире
применяются в станкостроении благодаря
большой надежности и возможности управле-
ния ими от электронных аппаратов.
Толкающие электромагниты используют-
ся обычно для переключения клапанов гидрав-
лических и пневматических устройств, тяну-
щие - для перемещения различных частей
механизмов и устройств.
Электромагниты постоянного тока серии
ЭУ могут использоваться как тянущие, так и
толкающие, так как якорь электромагнита
допускает крепление как груза, так и толкате-
ля, работающего на нагрузку типа пружина.
Электромагниты серии ЭМ24, ЭМ25 ис-
пользуются для управления клапанами гидрав-
лических устройств. Эти электромагниты име-
ют номинальный ход 2,5 мм (3,5 для ЭМ25);
частоты включений до 15000 циклов в час,
механическую износостойкость до 25 млн.
циклов, номинальное тяговое усилие при про-
должительности включения 100 % - 2,5 Н,
напряжение катушек - постоянное 12 - 110 В
и переменное 24 - 380 В.
Электромагниты серии ЭМЗЗ выпуска-
ются с тянущим и толкающим якорем, имеют
девять исполнений с номинальным тяговым
усилием 4 - 160 Н, номинальным ходом
10 - 40 мм. Механическая износостойкость до
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ СТАНКОВ
263
4 млн. циклов при частоте включений до 2600
циклов в час. Электромагниты питаются от
сети переменного тока - 110, 220, 380, 660 В.
Электромагниты серии ЭМ34 имеют
только толкающее исполнение, тяговое усилие
4 - 100 Н; номинальный ход 5-15 мм. Меха-
ническая износостойкость до 10 млн. циклов
при частоте включений 300 - 2400 циклов
в час.
Аппаратура защиты. Автоматические
включатели (АВ) предназначены для вклю-
чения и выключения тока при нормальных
условиях работы, а также для автоматического
отключения токов короткого замыкания и
перегрузки.
Автоматические выключатели включают-
ся относительно редко. Как и другие аппараты
защиты они работают в режиме ожидания.
В АВ применяется механизм свободного рас-
цепления, который автоматически отключает
выключатель в непредусмотренных режимах
независимо от положения рукоятки привода.
В большинстве автоматических выключателей
предусматриваются расцепители (устройства,
позволяющие изменить коммутационное по-
ложение выключателя) трех видов: максималь-
ного тока (электромагнитный или тепловой),
минимального и нулевого напряжения. Элек-
тромагнитный расцепитель максимального
тока есть в любом АВ. Для защиты от исчез-
новения напряжения служит расцепитель ну-
левого напряжения, а от понижения напряже-
ния - расцепитель минимального напряжения.
В настоящее время на всех вводах питания
станков используется АВ. Автоматический
выключатель может использоваться для непо-
средственного включения и отключения элек-
тродвигателей. В станкостроении используют-
ся АВ, предназначенные для цепей постоян-
ного и переменного тока (АЕ20М). Однопо-
люсные выключатели используются в цепях
управления, а трехполюсные выключатели - в
трехфазных сетях переменного тока. Большое
значение имеют быстродействие АВ и наличие
токоограничения, так как для надежной, рабо-
ты электроаппаратов необходимо отраничивать
не только ток короткого замыкания, но и вре-
мя его действия. Определяющими параметра-
ми АВ являются номинальный ток, коммута-
ционная способность, механическая и комму-
тационная износостойкость, количество ком-
мутирующих полюсов и вид расцепителей.
Поскольку основное назначение АВ - от-
ключение токов короткого замыкания и пере-
грузки, то коммутационная способность имеет
особое значение. В табл. 1.7.19 приведена ком-
мутационная способность АВ с расцепителями
максимального тока при напряжении 380 В
переменного тока частотой 50, 60 Гц.
Плавкие предохранители - комму-
тационные аппараты одноразового действия,
предназначенные для отключения защищаемой
ими цепи.
1.7.19. Технические характеристики АВ
Серия Номинальный ток при 380 В, А Предельная ком- мутационная способность
АЕ20М 16; 6
23; 63; 100 10
ВА21 63 1; 10; 25
ВА51Г25 25 1,5 - 3
ВА51Г31 100 3 - 7
ВА51ГЗЗ 160 12,5
Предохранители используют для защиты
электроустановок от коротких замыканий, а
иногда проводов от перегрузок. Предохрани-
тели применяют на вводе питания электрообо-
рудование станков, для защиты ответвлений к
электродвигателям и защиты цепей управле-
ния.
Основными определяющими параметра-
ми плавких предохранителей является: номи-
нальный ток и напряжение, наибольшая от-
ключающая способность и быстродействие.
Для осуществления надежной защиты предо-
хранители должны иметь амлерсекундную
характеристику, проходящую ниже амлерсе-
кундной характеристики нагрузки.
Плавкие вставки предохранителей выби-
рают по расчетному току электроустановки
(станка или ответвления в станке). Плавкие
предохранители просто устроены, надежны,
дешевы, имеют высокую отключающую спо-
собность. Основные недостатки плавких пре-
дохранителей заключаются в том, что они не
защищают электродвигатели от перегрузок и
допускают работу оборудования, в том числе
трехфазных асинхронных двигателей, на двух
фазах при перегорании одной из фаз.
В станкостроении применяются разовые
плавкие предохранители нормального быстро-
действия серии ПРС и серии ПП24. Более
современная серия ПП24 рассчитана на на-
пряжения 600 В переменного, 440 В постоян-
ного тока; номинальный ток 25; 63; 10 А; от-
ключающая способность 100 кА.
Тепловые реле предназначены для
зашиты электродвигателей, а иногда проводов
и кабелей от перегрузок недопустимой дли-
тельности.
Основное назначение тепловых реле в
электрооборудовании станков - предотвраще-
ние длительных перегрузок электродвигателей,
которые могли бы привести к значительному и
продолжительному перегреву его обмоток и
разрушению изоляции. Перегрев изоляции на
каждые 10°С снижает срок службы электро-
двигателя в три раза. Электродвигатели, рабо-
264 Глава 1.7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
тающие в продолжительном режиме, следует
по возможности защищать тепловыми реле, а
не тепловыми расцепителями АВ, допускаю-
щими работу двигателя с большой перегрузкой
и имеющими большую величину токов сраба-
тывания.
Хорошая защита электродвигателей обес-
печивается в том случае, когда от короткого
замыкания его защищает автоматический вы-
ключатель, а от перегрузок - тепловое реле.
Тепловые трехфазные реле защищают все фазы
асинхронных электродвигателей и не допуска-
ют работу при обрыве одной из фаз.
В станкостроении рекомендуется исполь-
зовать трехфазные тепловые реле серии P IT и
РТЛ. Реле рассчитаны на номинальное напря-
жение 600 В переменного и 440 А постоянного
тока. Номинальные токи реле некоторых се-
рий приведены в табл. 1.7.20.
1.7.20. Технические характеристики
тепловых реле
Серия Номинальный ток, А
РТТ89 6,3
РТЛ 25
РТТ2 63
РТТ5-04 4
РТТ5-16 16
РТТ5-25 25
РТТ5-40 40
РТТ5-63 63
РТПЮ00 25
РТП2000 80
Цепи управления. Трансформаторы.
В станкостроении используются однофазные
трансформаторы серии ОСМ1 и трехфазные
трансформаторы ТСУ, предназначенные для
питания номинальным напряжением цепей
управления, электродинамического торможе-
ния электроприводов, местного освещения,
сигнализации и выпрямителей систем управ-
ления.
Величина напряжения на первичной об-
мотке трансформатора 220, 380 или 660 В
переменного тока. Полная мощность
0,1 - 4,0 кВ-А. Напряжение на вторичных об-
мотках рассчитано таким образом, чтобы по-
лучить после выпрямления одно из стандарт-
ных напряжений постоянного тока 12, 24, ПО,
220 В. Питание цепи управления от транс-
форматоров обеспечивает безопасность обслу-
живающего персонала, повышает надежность
работы электроаппаратуры.
Светосигнальная арматура. Све-
тофоры. Светосигнальная арматура предна-
значена для индикации состояния рабочих
органов станка и его электрооборудования, а
также для аварийной и предупреждающей
световой сигнализации.
Светосигнальная арматура классифици-
руется по установочному диаметру (8, 12, 16,
22, 30 мм); форме (цилиндрическая, прямо-
угольная) и цвету (красного, синего, желтого,
белого) светофильтра; типу источника света (с
лампами накаливания и со светодиодами) и
др. Каждому цвету светофильтра соответствует
свое функциональное назначение. Напряжение
питания ламп накаливания 6, 24, 110 В.
Табло - это арматура, собранная в поле
по 2 - 24 элемента
В станкостроении используется арматура
серий АЕ, АМЕ, АС 14 и АС 15 (со светодиода-
ми), табло серий ТС16.
Светофоры предназначены для того, что-
бы сообщать о состоянии отдельно независимо
работающих станков. Применяемый в станко-
строении светофор УС-01 устанавливается на
станке и имеет отдельно устанавливаемые че-
тыре секции различного цвета.
Блоки зажимов и электрические
соединители. Контактные наборные зажимы
предназначены для соединения и разветвления
проводов силовых цепей и цепей управления.
В станкостроении наборы зажимов ис-
пользуются для соединений электроаппарату-
ры и преобразователей электроприводов, рас-
положенных в станках или нишах. Примене-
ние зажимов позволяет разделить электрообо-
рудование на независимые узлы, что удобно
при монтаже, наладке и ремонте.
Наборы зажимов могут быть конструк-
тивно оформлены в виде разборных и нераз-
борных блоков Определяющим параметром
зажима является его номинальный ток. В
станкостроении преимущественное примене-
ние нашли зажимы и наборы зажимов серии
3H23, БЗН23, ЗН2И, БЗН24, ЗН16, БЗН16,
ЗН27, БЗН27.
Зажимы рассчитаны на токи 6,3 - 630 А;
число зажимов в блоке 5 - 40.
Электрические соединители предназна-
чены для нечастых соединений и рассоедине-
ний электрических цепей без коммутации
тока. Соединители, используемые в станко-
строении для коммутации силовых цепей;
обязательно должны иметь защитный контакт,
присоединяемый к защитному проводу и за-
мыкаемый первым и размыкаемым последним
при сочленении вилки с розеткой.
Определяющими параметрами разъемов
являются номинальные напряжения, ток, ко-
личество контактов. В электрооборудовании
станков в основном применяются разъемы
серии РШ12 и СС11, а для коммутации цепей
управления - разъемы серии ШР.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ СТАНКОВ 265
Рис. 1.7.3. Схемы подсоединения источников питающей сети через вводные клемные зажимы на станке:
а - трехпроводная система с защитным заземлением; б - четырехпроводная система с защитным заземлением;
в - нятипроводная система с защитным заземлением и занулением; 1 -проводка от источника питания;
2 - винт заземления; 3 - провода черного цвета к потребителям линейного напряжения,
4 - провод зелено-желтого цвета к узлам заземления на корпусах потребителей; 5 - перемычка;
6 - провод голубого цвета к потребителям фазного напряжения;
А, В, С, N - клеммы для подвода фазных и нейтрального проводников от источника питания
1.7.4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ СТАНКОВ
Общие вопросы, относящиеся к безопас-
ности при проектировании, наладке и экс-
плуатации оборудования станков, регламенти-
руются стандартами [1. 2]. При этом рассмат-
риваются элементы электрооборудования, рас-
положенные в схеме от места подключения к
источнику литания (вводной выключатель или
контактные зажимы) до установленных на
станке потребителей электроэнергии
(электродвигателей, электроаппаратов, освети-
тельных приборов). За наивысшее допустимое
безопасное напряжение принимается напря-
жение 50 В переменного.тока или 120 В по-
стоянного тока.
Каждый станок должен оснащаться ввод-
ным выключателем, обязательно ручного дей-
ствия, с рукояткой, вынесенной на внешнюю
сторону шкафа управления / станка. Кроме
того, выключатель может иметь дистанцион-
ный (электрический, механический, пневма-
тический) привод для отключения. Для ввод-
ного выключателя используют аппараты,
имеющие только два фиксированных состоя-
ния контактов - замкнутое и разомкнутое; при
этом должен обеспечиваться либо видимый
разрыв контактов, либо указываться отклю-
ченное состояние после размыкания всех кон-
тактов. Такой выключатель должен отключать
от источника питания все заземленные прово-
да, в т.ч. и нейтральный, если к нему присое
динеиа нагрузка (рис. 1.7.3).
Двери шкафов управления или ниш, в
которых установлены вводные выключатели,
должны, как правило, быть связаны с послед-
ними электрическими и механическими бло-
кировками. При наладке электрооборудования
под напряжением для квалифицированных
специалистов должна обеспечиваться возмож-
ность для отключения блокировок, которые
должны восстанавливаться автоматически при
закрытии дверей.
Взамен блокировок применяют на дверях
замки, которые нельзя открыть обычными
монтажными инструментами. Для защиты
неквалифицированного персонала и электро-
оборудования от последствий неправильных
действий под напряжением, рукоятки вводных
выключателей, вынесенные наружу, оснащают-
ся запорами в отключенном состоянии. До-
пускается взамен вводных выключателей при-
менять штепсельные разъемы для станков с
установленной мощностью не выше 0,75 кВт.
Такие разъемы должны кроме силовых контак-
тов иметь и заземляющие.
Требования к силовым цепям распро-
страняются на ввод питания от распредели-
тельного пункта (цехового щита, шинопрово-
да). присоединение к вводным выключателям,
распределение питания по группам.
Нагрузки и соединения контактов ком-
мутационных аппаратов зависят от циклов
работы потребителя, поэтому схемы выключе-
ния этих аппаратов должны согласовываться
со схемами управления. Ввод питания должен
предусматривать присоединение к защитному
заземлению или занулению, а также к изоли-
рованной или глухозаземленной нейтрали
(при их наличии).
Критерием, определяющим надежное за-
земление или зануление потребителей, уста-
новленных на станке, является электрическое
сопротивление величиной 0,1 Ом между метал-
лическим корпусом потребителя и узлом за-
земления, к которому присоединяется внеш-
няя цепь защитного заземления [2].
266 Глава 1.7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Рис. 1.7.4. Схемы питания и защиты цепей управления:
А, В, С, N - клеммы для подвода фазных и нейтрального проводников от источника питания;
К - контактор; Пр 1, Пр 2 - предохранители; ТрУ - трансформатор управления; В - выпрямитель
Для цепей защитного заземления приме-
няют только провода с двухцветной зелено-
желтой изоляцией. Защитное заземление по-
требителей обязательно только в тех случаях,
когда к ним подводятся линейные или фазные
напряжения питающей сети, а также напряже-
ние, получаемое от трансформаторов, не
имеющих, электрического соединения между
первичной и питающей обмотками, если его
значение превышает безопасное [2].
В зависимости от системы питающей се-
ти предлагается несколько способов подклю-
чения станка к питающей сети. Это следует из
того, что при наличии изолированной нейтра-
ли в четырех- или пятипроводной системе
питания возможно присоединения как к ли-
нейным, так и к нулевому проводам. При
этом нулевой провод с заземлением не соеди-
нен.
В цепях управления с линейным
(рис. 1.7.4, а) или фазным (рис. 1.7.4,б) на-
пряжением предохранители или другие защит-
ные аппараты должны быть установлены в
линиях, соединенных с питающей сетью.
Включать их в зануляющую цепь при исполь-
зовании фазного напряжения не разрешается,
так как выводы аппаратов должны непосредст-
венно подсоединяться к зануляющей цепи.
Применение фазного провода допускается для
питания цепи управления только в четырех-
Защитные провода в цепях управления
могут отсутствовать, если присоединительные
провода управляющих и силовых цепей имеют
одинаковые или близкие по размеру сечения
(рис. 1.7.4, г). При большой разнице в сечени-
ях проводов (рис. 1.7.4, в) защитные аппараты
в цепях управления не обязательны, если об-
щая длина проводов этих цепей не более 8 м,
а ток короткого замыкания в самой удаленной
точке цепи управления больше тока отсечки
защитного аппарата, установленного до места
ответвления цепи управления.
Для цепей управления, питающихся че-
рез трансформатор, выбор способа защиты
определяется схемой включения вторичной
обмотки. Если вторичная обмотка трансфор-
матора не заземлена, то защита осуществляется
для вторичной обмотки двумя выключателями/
предохранителями (рис. 1.7.4, д, з); аналогич-
но и для трансформатора с заземленной сред-
ней точкой (рис. 1.7.4, ж). Для таких схем
требуется сигнализация о замыкании одной из
фаз на землю (рис. 1.7.5, а - г). Схемы
(рис. 1.7.4, е, и) с заземлением вторичной об-
мотки трансформатора более экономичны, но
более опасны с точки зрения травматизма, так
как могут вызвать помехи при стыковке цепей
управления станка с ЧПУ из-за неэквипотен-
пиальности нулевых уровней напряжений.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ СТАНКОВ 267
Рис. 1.7.5. Схема для контроля замыкания на землю вторичных обмоток трансформаторов управления
Светосигнальная аппаратура сообщает о
состоянии отдельных узлов станка на основе
контроля состояния его схемы электрообору-
дования, отдельных независимо работающих
станков и предупреждает о наличии опасного
напряжения в шкафах. Первую из этих функ-
ций выполняет светосигнальная арматура,
вторую - светофоры, третью - предупреждаю-
щие устройства. Конструкция светосигнальной
арматуры определена требованиями ГОСТ
7599-82 "Станки металлообрабатывающие.
ОТУ" и [2]. Этими стандартами определены
соответствия цвета светофильтров и функцио-
нального назначения арматуры.
В длинных цепях питания целесообразно
применять арматуру с трансформаторами.
Включение сигнальных ламп осуществляется:
для цепей управления переменного и по-
стоянного тока прямым размыканием контакта
в цепи сигнальной лампы (рис. 1.7.6, а);
размыканием и замыканием контакта,
шунтирующего включенную последовательно с
добавочным сопротивлением сигнальную лам-
пу (рис. 1.7.6, б);
Рис. 1.7.6. Схема включения сигнальных ламп
с помощью релаксационного генератора
для осуществления режима мигания
(рис. 1.7.6, в).
Для определения состояния станка на
значительном расстоянии применяются свето-
диоды, например, серии УС01. В зависимости
от количества и вида выполняемых функций
они имеют от одной до четырех секций свето-
фильтров различного цвета [2].
Рекомендуется, чтобы отношение време-
ни отключения и времени включения импуль-
са в мигающем режиме находилось в пределах
1:1, 1:4 при нормальной частоте 40 имп/мин.
Для избежания попадания под опасное
напряжение в ряде случаев в шкафы и ниши
станков устанавливается светосигнальное уст-
ройство типа УТК-2, которое предупреждает о
том, что питание шкафа не отключено. Уст-
ройство включается от блок-контакта, блоки-
рующего дверцу шкафа (рис. 1.7.7.) и может
сигнализировать также о правильности чередо-
вания и наличии напряжения в фазах питаю-
щей сети.
268
Глава 1.8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ
Рис. 1.7.7. Схема предупреждающего устройства
Местное освещение определяется требо-
ваниями по технике безопасности [1] в зави-
симости от норм зрительных работ для кон-
кретных видов станков. Кроме регламентируе-
мой освещенности в 1500 - 1800 лк, создавае-
мой светильниками с расстояния в 0,3 м, для
вращающихся частей станка не должен возни-
кать стробоэффект, что обеспечивается для
люминесцентных ламп схемой включения све-
тильника, либо применением напольных ис-
точников света. Светильники для всех видов
станков должны выдерживать механические
воздействия по степени М8, а в ряде случаев
иметь защиту от СОЖ и пыли (степень защи-
ты не менее IP54). Примером такого светиль-
ника является светильник типа НКП04-60.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГОСТ 12.2.009-80 ССБТ. Станки ме-
таллообрабатывающие. ОТБ (общие требова-
ния безопасности).
2. ГОСТ 27487-87. Электрооборудование
производственных машин. ОТТ (общие техни-
ческие требования) и методы испытаний.
3 Конструирование роботов: Пер. с
франц./П. Андре, М. Ж. Кофман, Ф. Лот, Ж.
П. Тайар, М.: Мир, 1986. 360 с.
4. Потапов В. А. Высокоскоростная об-
работка: Обзор, информ., М.: ВНИИТЭМР,
1986. 60 с.
5. Справочник по автоматизированному
электроприводу / Под ред. В. А. Елисеева и
А. В. Шинянского, М.: Энергоатомиздат, 1983.
616 с.
6. Чернов Е. А., Кузьмин В. П. Ком-
плектные электроприводы станков с ЧПУ:
Справочное пособие. Горький: Волго-Вятское
кн. изд-во, 1989. 320 с.
Глава 1.8
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ И
СТАНОЧНЫМИ КОМПЛЕКСАМИ
1.8.1. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ И
СТАНОЧНЫМИ КОМПЛЕКСАМИ
Под управлением станками и станочными
комплексами принято понимать совокупность
воздействий на их механизмы, обеспечиваю-
щих выполнение ими технологического цикла
обработки, а под системой управления (СУ) -
устройство или совокупность устройств, реа-
лизующих эти воздействия [8].
Применительно к отдельным станкам
различают два вида управления - ручное и
автоматическое.
Ручное управление основывается на том,
что решения об исполнении тех или иных
элементов рабочего цикла принимает человек -
оператор станка, который на основании этих
решений включает и выключает соответствую-
щие механизмы станка и задает параметры их
работы.
При ручном управлении используют раз-
личные устройства - механические, гидравли-
ческие, пневматические, электрические, элек-
тронные и комбинированные. Операции руч-
ного управления осуществляются как в неав-
томатических универсальных и специализиро-
ванных станках различного назначения, так и
в автоматических станках (в последнем случае -
для реализации наладочных режимов и специ-
альных элементов рабочего цикла). В совре-
менных станках ручное управление часто соче-
тается с цифровой индикацией информации,
поступающей от датчиков положения испол-
нительных органов.
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ И СТАНОЧНЫМИ КОМПЛЕКСАМИ
269
Автоматическое управление заключается в
том чго решения об исполнении элементов
рабочего цикла принимает СУ без участия
оператора. Она же выдает команды на вклю-
чение и выключение механизмов станка и
управляет их работой.
По функциональному назначению авто-
матическое управление можно разделить сле-
дующим образом.
1. Управление неизменяемыми повто-
ряющимися циклами обработки; примером
этого служит управление агрегатными станка-
ми, выполняющими фрезерные, сверлильные,
расточные и резьбонарезные операции путем
осуществления циклов движений многошпин-
дельных силовых головок.
2. Управление изменяемыми автомати-
ческими циклами (цикловое программное
управление), которые задают в виде индивиду-
альных для каждого цикла материальных мо-
делей-аналогов (копиров, наборов кулачков,
системы упоров и т.д.); примерами являются
СУ копировальных токарных и фрезерных
станков, многошпиндельных токарных автома-
тов и др.
3. Числовое программное управление
(ЧПУ), при котором программу задают в виде
записанного на том или ином носителе масси-
ва информации; управляющая информация
для систем ЧПУ является дискретной, и ее
обработка в процессе управления осуществля-
ется цифровыми методами [4]. Управление
технологическими циклами практически по-
всеместно осуществляется с помощью про-
граммируемых логических контроллеров
(Programmable Logic Controller - PLC), реали-
зуемых на основе принципов цифровых элек-
тронных вычислительных устройств [14).
СУ на основе использования мо-
делей-аналогов можно разделить на две
группы.
К первой относятся так называемые СУ
прямого действия незамкнутого типа. В них
моделью-аналогом перемещения исполнитель-
ного органа станка является профиль копира,
например силового кулака, перемещающего
этот орган посредством кинематической цепи.
Примером служат СУ вертикальных много-
шпиндельных токарных автоматов с заданием
программы от кулачков барабанного типа.
Ко второй группе относятся копироваль-
ные СУ замкнутого типа. Для них характерно
наличие двух потоков информации и проме-
жуточной (между копиром и исполнительным
органом) следящей системы, обычно гидрав-
лического типа. Прямой поток информации от
копира поступает в следящую систему, где
сравнивается с обратным потоком, поступаю-
по контуру обратной связи от датчиков
нка и характеризующим фактическое поло-
ение исполнительного органа. Следящая
истема обеспечивает минимальное рассогла-
сование между заданным (от копира) и факти-
ческим положением исполнительного органа.
Примером являются СУ широко распростра-
ненных токарных гидрокопировальных авто-
матов для обработки фасонных валиков, где
модель-аналог, задающая программу, имеет
вид плоского копира, соответствующего (в
ряде случаев - в определенном масштабе) осе-
вому сечению изготовляемой детали.
Системы ЧПУ приобрели превали-
рующее значение и практически вытесняют
другие типы систем.
По технологическому назначению и функ-
циональным возможностям системы ЧПУ де-
лятся на следующие группы [9, 12].
1. Позиционные, в которых задают толь-
ко координаты конечных точек положения
исполнительных органов после выполнения
ими тех или иных элементов рабочего цикла.
2. Контурные, или непрерывные, кото-
рые управляют движением исполнительного
органа по заданной криволинейной траекто-
рии.
3. *Универсальные (комбинированные), в
которых осуществляется программирование
как перемещений при позиционировании, так
и движения исполнительных органов по тра-
ектории, а также смены инструментов и за-
грузки-выгрузки заготовок.
Примером применения систем ЧПУ пер-
вой группы являются сверлильные, расточные,
координатно-сверлильные и координатно-
расточные станки. Примером второй группы
служат системы ЧПУ различных токарных,
фрезерных и шлифовальных станков. К треть-
ей группе относятся системы ЧПУ различных
многоцелевых токарных и сверлильно-
фрезерно-расточных станков (известных также,
как "обрабатывающие центры"). К этой же
группе можно отнести системы ЧПУ находя-
щих в последнее время достаточно широкое
применение станков, получивших название
"блок- или а 1 регат-центры". На таких станках
по программе осуществляется не только смена
отдельных инструментов и инструментальных
комплектов, но и поиск и смена сверлильно-
расточно-резьбонарезных шпиндельных голо-
вок из магазина. Подобные станки сочетают
производительность агрегатных с гибкостью
станков с ЧПУ.
По способу подготовки и ввода управляю-
щей программы (УП) системы ЧПУ делятся на
так называемые оперативные системы (в этом
случае УП готовится и редактируется непо-
средственно на станке в процессе обработки
первой детали из партии или имитации ее
обработки) и системы, дЛя которых УП гото-
вится независимо от обработки детали. При-
чем независимая подготовка УП может вы-
полняться либо с помощью средств вычисли-
тельной техники, входящих в состав системы
ЧПУ данного станка, либо вне ее (вручную
270
Глава 1.8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ
или с помощью системы автоматизации про-
граммирования).
Кроме рассмотренных выше СУ отдель-
ными станками созданы системы, объединяю-
щие в технологически единые комплексы группу
станков и другого оборудования, которые могут
быть конструктивно различными.
Существуют два типа таких систем.
К первому относятся СУ автоматических ли-
ний (АЛ), ориентированных на выпуск изделия
одного наименования либо за весь период
эксплуатации (непереналаживаемые АЛ), либо
за период между двумя остановками на пере-
наладку (переналаживаемые АЛ). Ко второму
относятся СУ многономенклатурным производ-
ством с одновременным запуском нескольких
наименований изделий в обработку, которая
осуществляется на гибких автоматизированных
технологических комплексах на базе станков с
ЧПУ, так называемых гибких производствен-
ных системах - ГПС (Flexible Manufacturing
Systems - FSM). Подобные СУ в отечественной
литературе фигурируют как АСУ ГПС.
СУ АЛ подразделяются следующим обра-
зом [17]: СУ работой АЛ, обеспечивающие
выполнение всеми агрегатами требуемой по-
следовательности действий; СУ эксплуатацией
АЛ (называемые также системами монито-
ринга), которые являются системами верхнего
уровня для упомянутых СУ работой АЛ и вы-
полняют функции контроля за работой и
управлением АЛ и обеспечения ее эффектив-
ного функционирования; комбинированные,
или полные СУ АЛ, в которых совмещены
функции управления и работой, и эксплуата-
цией АЛ.
АСУ ГПС подразделяются по масштабу и
характеристикам объекта управления на АСУ
автоматизированными участками, цехами и
заводами [3, 18].
По функциональным возможностям и
степени их полноты АСУ ГПС подразделяются
следующим образом.
1. Системы оперативного управления в
реальном масштабе времени (системы диспет-
чирования).
2. Системы автоматизированного органи-
зационно-технологического управления.
3. Системы автоматизированной инже-
нерной подготовки производства, в том числе
конструкторской и технологической.
4. Системы автоматизированной органи-
зационной подготовки производства.
5. Комбинированные системы автомати-
зации цикла "проектирование - изготовление" -
так называемые системы CAD/CAM (Computer
Aided Designing - Computer Aided Manufactur-
ing).
6. Интегрированные системы управления
всем комплексом как технологических, так и
организационных функций в производствен-
ной сфере и в сфере обработки информации -
так называемые системы CIM (Computer Inte-
grated Manufacturing).
Внутри каждого из названных типов сис-
темы могут различаться по степени полноты
функциональных возможностей, структурным
и компоновочным принципам, используемому
базовому комплексу технических средств,
принципам организации и алгоритмизации.
1.8.2. СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
СТАНКАМИ И СТАНОЧНЫМИ КОМПЛЕКСАМИ
Основными принципиально отличающи-
мися друг от друга базовыми типами систем
автоматического управления станками и ста-
ночными комплексами являются СУ автомати-
ческим циклом, системы ЧПУ отдельных
станков и СУ различными видами гибких тех-
нологических комплексов в многономенкла-
турном механосборочном производстве.
Система управления автоматическим
циклом должна обеспечивать [14]:
1. Перемещение обрабатываемых загото-
вок между рабочими позициями, а также фик-
сация и закрепление их на время обработки в
приспособлениях станков. Эти действия вы-
полняются механизмами транспортных и за-
грузочных устройств и систем, управляемыми
электромагнитными контакторами либо рас-
пределителями импульсного или длительного
действия. Перевод распределителей импульс-
ного действия из одного рабочего положения в
другое обеспечивается подачей на соответст-
вующий электромагнит сигнала определенной
длительности (импульса), как правило сину-
соидального напряжения. В отечественном
оборудовании такой импульс обычно имеет
напряжение 110 В, частоту 50 Гц и длитель-
ность 2-3 с. Для переключения и удержания в
рабочем положении распределителей длитель-
ного действия также используются электро-
магниты. При отключении их питания даже на
непродолжительное время гидрораспредели-
тель самопроизвольно перемещается в другое
положение.
2. Непосредственную обработку загото-
вок, закрепленных на рабочих позициях. Вра-
щение обрабатывающего инструмента обеспе-
чивается электродвигателем привода главного
движения. Поступательное движение силовых
головок осуществляется обычно посредством
гидроцилиндров, управляемых гидрораспреде-
лителями импульсного или длительного дейст-
вия. В ряде случаев для выполнения поступа-
тельных движений используется и электроме-
ханический привод подачи.
3. Контрольную сигнализацию, блоки-
ровку и индикацию состояния исполнитель-
ных органов, в том числе сигнализацию об
авариях и установление их причин. В начале
смены, так же как и при повторном пуске
после оперативного или аварийного снятия
СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ
271
напряжения, выполнению автоматического
цикла предшествует комплекс подготовитель-
ных пусковых операций, осуществляемых по
командам от СУ. Эти команды реализуют по-
следовательно: подачу напряжения; подачу
звукового предупреждающего сигнала; пуск
электродвигателей.
После выполнения подготовительных
операций СУ обеспечивает работу в автомати-
ческом и наладочном режимах.
В автоматическом режиме СУ осуществ-
ляет последовательную реализацию элементов
цикла, а также экстренную (внеочередную)
реализацию отдельных переходов и движений
с предварительной отменой некоторых команд
из числа ранее выданных. Такая необходи-
мость может появиться в случае возникнове-
ния аварийных ситуаций и нарушения блоки-
ровок или в случае оперативного вмешательст-
ва персонала в управление. Обеспечивается
также выполнение действий, требуемых для
повторного пуска после нажатия кнопки
"Аварийный стоп", повторение импульсных
команд после нажатия оператором соответст-
вующих кнопок, а также предотвращение са-
мопроизвольного возобновления движений
после перерыва в энергопитании.
В наладочном режиме СУ осуществляет
выполнение отдельных выборочно назначае-
мых элементов цикла либо по командам с
пульта управления, либо автоматически, если
возникают аварийные ситуации или наруше-
ния блокировок.
Системы ЧПУ отдельных станков
должны обеспечивать работу в наладочном,
автоматическом и старт-сгопном режимах.
При работе в наладочном режиме осуще-
ствляются отдельные элементы рабочего цикла
непосредственно по командам наладчика-
оператора, который сам определяет их необхо-
димость и целесообразную последовательность
выполнения. В старт-стопном режиме УП
обрабатывается по кадрам с остановкой после
каждого кадра. Для продолжения отработки
УП необходима подача команды оператором.
В автоматическом режиме УП после ее
пуска отрабатывается до конца. Для отработки
каждого кадра в систему ЧПУ должна посту-
пить следующая информация: признаки пере-
мещения исполнительных органов по тем или
иным осям координат; кодовое значение по-
дачи; кодовое значение частоты вращения
шпинделя; признаки разгона и торможения
исполнительных органов, признаки их быст-
рого хода рабочих органов; признаки направ-
ления движения по дуге; координаты началь-
ных и конечных точек перемещений по осям;
технологические и вспомогательные команды
и некоторые другие данные.
Для формирования импульсных воздей-
ствий на приводы подач в системе ЧПУ вы-
полняется интерполяция. Ее функция со-
стоит в том, чтобы на основании значений
координат в начале и конце протраммируе-
мого отрезка траекторий движения исполни-
тельного органа определить значения коорди-
нат для всех его промежуточных положений
внутри этого отрезка. Наиболее распростране-
ны два вида интерполяции - линейная и кру-
говая, а среди методов ее реализации - метод
оценочной функции.
Линейная интерполяция заключается в ап-
проксимации отрезка траектории, не совпа-
дающего с направлениями осей координат,
ломаной линией, отрезки которой параллель-
ны этим осям. Задача состоит в том, чтобы во
время паузы после очередного элементарного
движения вдоль одной из осей определить
направление следующего элементарного дви-
жения таким образом, чтобы отклонение от
заданного отрезка траектории было • мини-
мальным.
На рис. 1.8.1, а изображен процесс поис-
ка направления следующего шага с целью ап-
проксимации отрезка ОК после того, как в
результате предыдущего шага исполнительный
орган оказался в точке М(Х[, Zj).
Рис. 1.8.1. Интерполяция по методу оценочной функции:
а - ЛИНеЙНЯЯ* fi - vnvrntiAa fnvrnwia)
272
Глава 1.8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ
Разность угловых коэффициентов отрез-
ков ОК и ОМ называют оценочной функцией
Fg. Она может быть положительной или отри-
цательной в зависимости от того, по какую
сторону от прямой ОК лежит текущая точка
М.
Если Fg > 0, то для приближения к за-
данному отрезку следующий импульс нужно
задать по оси Zy а если Fg < 0, то по оси X.
После шага по оси X новое значение текущей
координаты х определяется выражением
Л/+1 = Xf + 1, и новое значение оценочной
функции
Fi+\j = (*/ + О** - xkZj =Fg+Zk-
После шага по оси Z новое значение текущей
координаты Zj+i = Zj + 1, и новое значение
оценочной функции
Fi,j+\ = xiZk ~ Xk(Zj +1) = Fg - xk .
Затем этот процесс повторяется, пока не
будет достигнута точка К (с точностью до це-
ны шага интерполяции).
Круговая интерполяция применяется при
необходимости аппроксимации дугового кон-
тура ломаной линией, отрезки которой парал-
лельны осям координат (рис. 1.8.1, б). Дуга
окружности задается в кадре УП следующими
параметрами: координатами начальной
Mh(Zm, *н) и конечной AfK(^, хк) точек ин-
терполируемой дуги; координатами центра О
интерполируемой дуги. Кроме того, в кадре
имеется признак, определяющий направление
движения по дуге (по или против часовой
стрелки).
Расстояние (радиус-вектор) от начала ко-
ординат до текущей точки дуги с координата-
ми X, И Zj
р _ / 2 _2
" yXi +ZJ •
Оценочная функция определяется знаком
разности квадратов текущей длины Rg радиу-
са-вектора и заданного значения R радиуса
дуги:
Fg =х? +Zj-R2.
.Дуга окружности радиуса R (рис. 1.8.1, б)
делит плоскость квадранта, в котором она
расположена, на две области. Область, в кото-
рой Fg < 0, находится внутри дуги, область,
где Fg > 0, - вне дуги, а на самой дуге Fg — 0.
Таким образом, если Fg > 0, то шаг делается в
отрицательном направлении оси Z> если
Fg < 0, то шаг делается в положительном на-
правлении оси X. При этом начальное значе-
ние оценочной функции равно нулю.
При шаге по оси Zполучаем ^+i = Zj- 1,
а оценочная функция
Fij+i = xj + (Zj ~ О* - F2 = Fg + (- 2Zj +1) •
При шаге по оси Xимеем jq+i =*/ + 1» а оце-
ночная функция
FMJ = (*< + if + Z2j - R2 = FV + (2x; + 1) .
Аналогично можно получить расчетные
соотношения для других квадрантов.
Кроме интерполяции, для систем ЧПУ
характерны функции управления разгоном,
торможением, быстрыми ходами, задания ско-
ростей подач и частоты вращения шпинделей,
управления сменой инструментов и заготовок,
визуализации информации и ведения диалога
с оператором, а в ряде случаев - подготовки,
хранения и редактирования УП, диагностиро-
вания станка и самодиагностирования, выпол-
нения элементов адаптивного управления и
Др.
Функции систем управления гиб-
кими технологическими комплексами
для многономенклатурного механообрабаты-
вающего производства могут быть разнообраз-
ными в зависимости от масштаба и организа-
ционной структуры управляемого объекта.
Автоматизированные системы управле-
ния (АСУ) гибкими автоматизированными
участками (ГАУ) могут рассматриваться как
абоненты нижнего уровня автоматизирован-
ных систем управления производством
(АСУП). АСУП и АСУ ГАУ обмениваются
информационными данными и управляющими
директивами через взаимодосгупную инфор-
мационную базу.
Для АСУ ГАУ из АСУП поступают сле-
дующие сведения: информация о потребности
участка сборки в деталях, изготовляемых на
данном ГАУ; графики выпуска деталей от-
дельными ГАУ; план по номенклатуре деталей
для всех ГАУ; сличительная ведомость по ГАУ,
технологическим потокам и т.д.; поопераци-
онные планы-графики по ГАУ, потокам и т.д.;
число деталей для каждого ГАУ, потока, необ-
ходимое для выполнения производственной
программы.
Для АСУП из АСУ ГАУ поступает сле-
дующая информация: сведения о загрузке обо-
рудования по периодам планирования; данные
о приеме-сдаче деталей, о браке, потерях и
дефиците деталей, о передаче деталей на
склад, об остатке деталей на начало месяца, о
незавершенном производстве по отдельным
ГАУ; данные о движении деталей между уча-
стками и складами за месяц; ежедневная свод-
ка о слаче пполуюгии веемы ГАЛЛ cnnnvn л
УПРАВЛЕНИЕ АВТОМАТИЧЕСКИМИ ЦИКЛАМИ СТАНКОВ И ОБОРУДОВАНИЯ
273
невыполненных плановых заданиях по всем
ГАУ, потокам и т.д.
Если АСУП на предприятии отсутствует,
обмен указанными данными осуществляется
между АСУ ГАУ и традиционными планово-
управляющими и смежными службами пред-
приятия.
АСУ ГАУ представляет собой иерархиче-
скую трехуровневую систему. На ее высшем,
оперативно-организационном уровне осущест-
вляются оперативно-календарное планирова-
ние, учет хода производства и автоматизиро-
ванная технологическая подготовка производ-
ства, включая подготовку УП для станков с
ЧПУ. На среднем, оперативно-диспетчерском
уровне реализуются координация функциони-
рования рабочих позиций и управление мате-
риальными потоками. Наконец, на низшем,
оперативно-технологическом уровне обеспечи-
ваются программное управление отдельными
единицами производственного оборудования,
исполнительными устройствами, средствами
автоматизации и взаимоувязка их производст-
венных циклов.
В АСУ ГАУ безусловно необходим лишь
минимальный набор функций, связанных с
обеспечением нормальной работы оборудова-
ния; ряд функций, повышающих степень ав-
томатизации и относящихся главным образом
к подготовке производства, во многих случаях
может выполняться вне АСУ ГАУ.
1.8.3. УПРАВЛЕНИЕ АВТОМАТИЧЕСКИМИ ЦИКЛАМИ
СТАНКОВ И ОБОРУДОВАНИЯ СТАНОЧНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Циклом работы технологического агрегата
называют полную совокупность движений,
совершаемых его механизмами в заданной
последовательности. Цикл работы автоматиче-
ских агрегатов является замкнутым, т.е. со-
стояния и положения его механизмов в на-
чальной и конечной фазах совпадают.
Циклы, осуществляемые при работе ав-
томатического станочного оборудования, мож-
но разделить на две группы.
К первой группе относятся циклы, кото-
рые остаются неизменными и повторяются
многократно в процессе эксплуатации обору-
дования по крайней мере в течение периода
между его остановками для переналадки. Ха-
рактерный пример - циклы работы автомати-
ческих линий и агрегатных станков.
Ко второй группе' относятся циклы, со-
вершаемые однократно в определенные мо-
менты. Включение того или иного цикла осу-
ществляется с помощью специальной вспомо-
гательной команды. Характерный пример -
циклы движений вспомогательных механизмов
в станках с ЧПУ (поиска и смены инструмен-
та, зажима и освобождения подвижных узлов,
загрузки-выгрузки и зажима заготовок и т.п.).
Управление автоматическими циклами
работы оборудования традиционно осуществ-
лялось с помощью схем релейно-контактной
автоматики.
Создание современных СУ стало воз-
можным с появлением специального устройст-
ва, так называемого программируемого логи-
ческого контроллера (ПЛК) (Programmable
Logical Controller - PLC). ПЛК представляет
собой универсальное устройство, которое на-
страивают на управление конкретным циклом
путем занесения в его память соответствующей
рабочей про!раммы (совокупности операто-
ров), согласующей между собой содержимое
адресов памяти, связанных с входными и вы-
ходными сигналами объекта управления
(операндами).
ПЛК построен по тем же структурным
принципам, что и универсальная цифровая
ЭВМ, и содержит все ее характерные функ-
циональные блоки - процессор, оперативное
заПомиц^ющее устройство, устройство управ-
ления, устройство ввода-вывода информации,
устройство индикации. Вместе с тем он имеет
и существенные отличия.
1. Разрядная сетка ПЛК содержит один
разряд, т.е. предусматривается обработка не
чисел, заданных в том или ином цифровом
коде, а отдельных дискретных сигналов о сра-
батывании соответствующих рабочих органов,
причем результатом этой обработки также
является дискретный сигнал 1 или О
("Включить" или "Выключить"), адресованный
соответствующему исполнительному механиз-
му.
2. Минимально необходимая система
команд ПЛК может быть ограничена несколь-
кими логическими операциями (дизъюнкция,
конъюнкция и инверсия ). Это позволяет соз-
давать программные эквиваленты любых ре-
лейно-контактных структур, поскольку соот-
ветствует всем имеющимся в них элементам -
параллельному и последовательному соедине-
ниям и инверсным контактам.
3. Язык программирования основан на
представлении команд в виде булевых опера-
торов либо соответствующих им графических
символов релейно-контактных схем.
4. Входными и выходными данными яв-
ляются не массивы алфавитно-символьной
информации, вводимой и редактируемой пер-
соналом, обслуживающим оборудование, до
начала и по окончании процесса их вычисли-
тельной обработки вне связи с объектом
управления (режим "Off Line"), а дискретные
одноразрядные сигналы обмена данными с
объектом управления, либо поступающие по
мере их появления в объекте, либо генерируе-
мые в процессе вычислений (режим "On
Line").
274
Глава 1.8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ
Существенной конструктивной особен-
ностью ПЛК является наличие устройств вво-
да-вывода сигналов. Сигналы могут поступать
на входы ПЛК от конечных выключателей,
контролирующих положение подвижных рабо-
чих органов на различных участках их пере-
мещения; от реле давления, контролирующих
давление масла в соответствующих полостях
гидро- и пневмосистем; от блок-контактов
пускателей, коммутирующих силовые цепи
питания электродвигателей; от оперативных
командных устройств (кнопок управления,
переключателей и т.п.), используемых персо-
налом; от внутренних запоминающих элемен-
тов. Все эти источники сигналов являются
электрическими контактными или бесконтакт-
ными устройствами.
Выходные сигналы ПЛК поступают на
исполнительные элементы объекта управле-
ния - усилители мощности, управляемые ком-
мутирующие ключи, реле, пускатели, электро-
управляемые пневмо- и гидрозолотники, тор-
мозные и зажимные механизмы, муфты, уст-
ройства индикации типа сигнальных лампо-
чек, транспарантов и т.п.
Комплекты входных и выходных уст-
ройств ПЛК компонуются по модульному
принципу, и в зависимости от их суммарного
числа N различают малые ПЛК (N = 16 = 64),
средние (N = 128 -г 512) и большие
(N = 1024 - 2048 и более).
Для программирования ПЛК важен спо-
соб описания задания на программирование
цикла конкретного объекта. Известны сле-
дующие способы такого описания: цикло-
грамма движений исполнительных механиз-
мов, в которой строки соответствуют переме-
щениям рабочих органов из одного крайнего
положения в другое, а столбцы - интервалам
времени между изменениями состояния соот-
ветствующих входов ПЛК; циклограмма вклю-
чений, в строках которой горизонтальные от-
метки соответствуют длительности включения
того или иного привода; специальная таблица,
где в текстовой форме приведены перечни
входных и выходных сигналов, значения их
длительности, источники и адресаты, условия
появления и снятия; булевы соотношения
(логические уравнения) между входными и
выходными сигналами при определенной по-
следовательности их появления и снятия; гра-
фическое изображение релейно-контактной
схемы, реализующей заданный цикл.
Процедура программирования ПЛК
применительно к конкретному объекту сво-
дится к следующему: 1) по конструктивным
соображениям проводят распределение источ-
ников и адресатов сигналов по входным и
выходным модулям (составляют карту комму-
тации), и им присваивают внутренние логиче-
ские номера; 2) составляют и заносят в память
ПЛК последовательность булевых соотноше-
ний или соответствующих им символов релей-
но-контактных схем; 3) осуществляют установ-
ку ПЛК на объекте управления и физическую
коммутацию его входов и выходов в соответст-
вии с картой коммутации; 4) запускают про-
грамму, обеспечивая возможность работы в
старт-стопном режиме и выполнение необхо-
димого редактирования.
Современные ПЛК, кроме описанных
логических функций, минимально необходи-
мых для выполнения автоматических циклов,
в ряде случаев имеют развитые функции, по-
зволяющие выполнять арифметические опера-
ции и обработку текстов, а также снабжены
устройствами внешней памяти и устройствами
для документирования рабочего процесса.
Для управления сложными объектами
посредством ПЛК служат универсальные ло-
кальные сети. Главной задачей таких сетей
является разделение функций управления,
контроля и диагностирования на ряд слабо
связанных функций и распределение их между
несколькими устройствами управления. Это
повышает пропускную способность и живу-
честь СУ [1], увеличивает гибкость ее структу-
ры и позволяет наращивать управляющую
мощность.
Для управления циклами электроавтома-
тики в современных системах ЧПУ, как пра-
вило, используются входящие в состав систе-
мы автономные ПЛК, связанные с процессо-
ром системы с помощью кодов вспомогатель-
ных команд, выделяемых из кадров управ-
ляющей программы. Вместе с тем в микро-
процессорных системах ЧПУ задачи электро-
автоматики иногда решаются путем програм-
мирования микропроцессоров, входящих в
состав собственно системы ЧПУ. Для этой
цели создают специальные проблемно-
ориентированные языки программирования
циклов и соответствующие кросс-средства.
1.8.4. ДАТЧИКИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ В СИСТЕМАХ ЧПУ
Числовое программное управление коор-
динатными перемещениями с достижением
при этом необходимой точности обеспечивает-
ся благодаря соответствующим . устройствам
обратной связи по положению, объединяемым
общим названием "системы дистанционного
отсчета". По принципу измерения они разде-
ляются на две группы: 1) системы с абсолют-
ными датчиками положения; 2) системы с
циклическими датчиками положения.
В системах первой труппы для каждого
десятичного разряда отсчета перемещения
обычно служит свой датчик положения, цена
деления которого соответствует данному раз-
ряду. Системы второй труппы содержат один
циклический датчик (датчик точного отсчета),
и результат во всех разрядах отсчета формиру-
ется путем подсчета числа циклов датчика.
ДАТЧИКИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ В СИСТЕМАХ ЧПУ
275
Рис. 1.8.2. Схема бесконтактного линейного сельсина
Системы первой группы устойчивы к
сбоям и перерывам в работе и могут функцио-
нировать при более высоких скоростях пере-
мещений подвижных узлов станка.
Системы второй труппы конструктивно
более просты, но предъявляют повышенные
требования к быстродействию считывания и
переработки измерительной информации
(особенно при больших скоростях перемеще-
ний), менее устойчивы к сбоям и перерывам в
работе и обладают свойством сохранять и на-
капливать ошибки отсчета.
По типу измерительной информа-
ции датчики положения, входящие в системы,
делятся на дискретные (импульсные) и анало-
говые (чаще всего фазовые).
По конструкции измерительного
устройства различают круговые и линейные
датчики положения (5, 7]. Наибольшую точ-
ность могут обеспечить линейные датчики
(типа линейного сельсина или индуктосина),
которые монтируют непосредственно на под-
вижных узлах станка. Круговые датчики
(вращающиеся сельсины, иначе называемые
вращающимися или поворотными трансфор-
маторами) устанавливают на каком-либо узле
кинематической цепи подачи, обычно на ша-
риковом ходовом винте. Они могут приво-
диться во вращение также от измерительной
рейки, закрепленной на подвижном узле, че-
рез связанное с рейкой зубчатое колесо.
В этом случае на точность измерений влияют
погрешности кинематической цепи между
подвижным узлом и датчиком.
В системах первой группы применяются
в основном круговые кодовые датчики поло-
жения. Датчики же, выдающие информацию
по одному каналу в виде серии импульсов,
число которых пропорционально величине
перемещения, применяются главная образом в
системах второй группы. Среди аналоговых
Датчиков, используемых в системах, относя-
щихся к обеим группам, наиболее распростра-
нены фазовые датчики положения.
Характерным примером аналогового фа-
зового датчика, применяемого в станках, мо-
жет служить круговой (обычно пятидекадный)
абсолютный датчик положения с измеряемым
перемещением до 10000 мм, в котором с по-
мощью измерительной зубчато-реечной пары
приводятся во вращение бесконтактные сель-
сины. Между сельсинами соседних декад уста-
новлен редуктор с передаточным числом 10.
Такие датчики применяются в ряде типовых
приводов подач станков с ЧПУ.
В качестве датчика точного отсчета может
использоваться также линейный датчик, рабо-
тающий в фазовом режиме. Характерным
примером таких датчиков является бескон-
тактный линейный сельсин (рис. 1.8.2), со-
стоящий из рейки Р с прямоугольными зубья-
ми и измерительной головки Г, устанавливае-
мых соответственно на неподвижном и пере-
мещаемом узлах станка.
На измерительной головке имеется трех-
фазная обмотка (Ci-1-Г; Сг-2-2'; Сз-3-3'),
причем каждая фаза охватывает третий по
счету зубец. Магнитная проводимость каждого
из ее зубцов меняется по закону, приближаю-
щемуся к синусоидальному.
При подаче на обмотку В синусоидаль-
ного напряжения с амплитудой L^nax и пере-
мещении головки на величину х в фазах Q,
С2, Сз индуцируются синусоидальные ЭДС,
амплитуды которых изменяются по косину-
соидальному закону.
Фаза этих напряжений изменяется на
180° при переходе через нулевое положение.
Такой режим работы называется трансформа-
торным.
При подаче синусоидального напряже-
ния на трехфазную обмотку головки образует-
ся бегущее магнитное поле, а в ее однофазной
обмотке индуцируется ЭДС, фаза которой
276
Глава 1.8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ
изменяется по линейному закону:
= 2лх / Sp. Этот режим работы называется
режимом фазовращателя.
Другим распространенным типом датчи-
ков являются линейные и круговые индукто-
сины. Датчик такого типа состоит из двух
шкал, одна из которых установлена на под-
вижном, а другая - на неподвижном узлах
станка. Шкала представляет собой пластину из
изоляционного материала, на которую печат-
ным способом нанесены обмотки с витками
прямоугольной форыы (рис. 1.8.3). На одной
шкале имеется одна обмотка 1 с шагом »У, на
другой - две обмола 2 и 3, сдвинутые по от-
ношению друг к другу на S/4. При подаче на
обмотки 2 и 3 синусоидальных напряжений,
сдвинутых по фазе та 90°, образуется бегущее
магнитное поле, и в обмотке 1 индуцируется
ЭДС, фаза которой ф = 2юс / S , где х - пе-
ремещение шкалы.
Отдельным вадом систем дистанцион-
ного отсчета являются устройства цифровой
индикации (УЦИ). Как правило, они шестираз-
рядные и базируются на циклических
(фазовых) датчиках положения. Принцип ра-
боты подобного УЦИ заключается в следую-
щем. Измеряется разность фаз между опорным
сигналом (напряжением) и выходным сигна-
лом датчиков младпих разрядов. Затем вре-
менной интервал, соответствующий этой раз-
ности, преобразуется в дискретную величину
(операция квантования), имеющую вид числа,
записанного в один или два младших разряда
УЦИ. После этого формируются показания в
старших разрядах УЦИ путем подсчета (с по-
мощью реверсивных зчетчиков) числа импуль-
сов, возникающих в моменты совпадения фаз
опорного напряжения и выходного сигнала
датчика. Обычно это происходит через каждый
миллиметр перемещения узла станка.
Основными компонентами УЦИ являют-
ся: 1) блок опорной сигнала, генерирующий
сигналы прямоугольной формы с рядом фик-
сированных частот; из этих сигнгалов форми-
руется трехфазное напряжение .для питания
сельсинов, а также для управлению вводом и
выводом информации; 2) блок (согласования,
осуществляющий квантование непрерывно
изменяющейся разности фаз на вгыходе датчи-
ка, т.е. ее преобразование в сткачкообразно
изменяющееся напряжение; 3) блмок формиро-
вания, производящий формирование базы
отсчета (т.е. начального значения 1 показаний) и
импульсов отсчета целых шаггов (милли-
метров), выдачу этих импульсов на блок ре-
версивных счетчиков старших разрядов УЦИ,
определение знака направления шеремещения
узла и выполняющий некоторые /другие функ-
ции.
Устройства подобного типа миспользуются
как автономно для цифровой ищдикации по-
ложения рабочих органов на станках с ручным
управлением, так и для управлении! приводами
в режиме позиционирования ша станках с
ЧПУ. На основе этих же принщипов измере-
ний с использованием линейных либо круго-
вых датчиков обратной связи со'здают следя-
щие электроприводы с цифровыми управлени-
ем. Последние в сочетании с си<стемой ЧПУ
способны полностью заменить эл<ектрогидрав-
лические шаговые приводы, что особенно эф-
фективно при использовании выссокомомент-
ных электродвигателей, соединяемых непо-
средственно с шариковым ходовыми винтом без
промежуточных кинематических згвеньев.
1.8.5. УПРАВЛЕНИЕ СЛЕДЯЩИГМИ И
ШАГОВЫМИ ПРИВОДАМИ!
В составе систем управлению станками
различного назначения и степени, автоматиза-
ции регулируемый электропривод! служит для
решения следующих задач: осуществления
движений подач и главного движешия, а также
приведения в действие вспомогательных меха-
низмов.
Рис. 1.8.3. Схема линейного индуктосина
УПРАВЛЕНИЕ СЛЕДЯЩИМИ И ШАГОВЫМИ ПРИВОДАМИ
277
Различают два типа приводов подачи:
дискретные (шаговые) и следящие
(непрерывные). В свою очередь приводы по-
дач дискретного типа делятся на две группы:
1) приводы с силовым шаговым двигателем
(ЩД), соединенным через кинематическую
цепь с исполнительным механизмом; 2) при-
воды с управляющим ЩД (играющим роль
задатчика угла поворота) и усилителем крутя-
щего момента, выполненным в виде автоном-
ной следящей системы, обычно гидравличе-
ской.
Современные быстродействующие ЩД
представляют собой модификацию синхрон-
ных электрических машин с активным зубча-
тым ротором и реактивным зубчатым статором
(либо с активная статором и реактивным рото-
ром), обмотки которых возбуждаются сигна-
лами, существенно отличающимися от сину-
соидальных, а именно, прямоугольными или
ступенчатыми импульсами напряжения с час-
тотой, изменяющейся в широких пределах.
Этой частоте пропорциональна частота враще-
ния вала двигателя. Ступенчатое изменение
напряжения обусловливает прерывистое вра-
щение магнитного поля в воздушном зазоре
между статором и ротором.
Шаговый привод используют там, где
главное значение имеют присущие ему пре-
имущества: простота, низкая стоимость и вы-
сокая надежность (вследствие отсутствия кол-
лектора со щетками и измерительного преоб-
разователя). Это относится прежде всего к
малым и средним станкам - электрофизиче-
ским, токарным, шлифовальным. При этом
практически повсеместно наблюдается тенден-
ция к отказу от гидроусилителей и примене-
нию силовых ЩД.
Область применения следящего электро-
привода особенно расширилась после создания
высокомоментных двигателей с постоянными
магнитами [4]. На вход следящего электропри-
вода (рис. 1.8.4) поступают импульсы от ин-
терполятора УЧПУ. В
образователя ЦАП импульсный сигнал преоб-
разуется в аналоговый и поступает на элемент
сравнения, где вырабатывается сигнал рассо-
гласования, пропорциональный разности за-
данного <р3 и фактического <р положений вы-
ходного вала привода (фактическое положение
вала определяется с помощью измерительного
преобразователя, на рисунке не показанного).
Заданное и фактическое положения вала могут
сравниваться как в аналоговой, так и в им-
пульсной форме. Сигнал рассогласования по-
ступает на регулятор положения РП, который
способствует уменьшению рассогласования.
Управляемый тиристорный преобразова-
тель может функционировать как в выпрями-
тельном, так и в инверторном режиме, кото-
рый используется для рекуперативного тормо-
жения привода.
Для управления реверсивными привода-
ми постоянного тока распространено исполь-
зование двух комплектов тиристорных преоб-
разователей в целях обеспечения высокого
быстродействия при реверсировании двигателя
и (или) изменении знака момента сопротивле-
ния. Двухкомплектные реверсивные преобра-
зователи выполняют по перекрестной либо по
встречно-параллельной схеме.
С силовым тиристорным преобразовате-
лем непосредственно связана система им-
пульсно-фазового управления, предназначен-
ная для преобразования непрерывного сигнала
в импульсный сигнал управления, фаза кото-
рого изменяется пропорционально входному
воздействию.
Для стабилизации механической характе-
ристики регулируемого привода вводят отри-
цательную обратную связь по угловой скоро-
сти двигателя. Сигналом обратной связи явля-
ется напряжение тахогенератора либо напря-
жение, снимаемое с диагонали тахометриче-
ского моста, образованного обмоткой якоря
двигателя, обмоткой дополнительных полюсов
и двумя специально введенными резисторами.
цифроаналоговом пре-
Рис. 1.8.4. Схема следящего регулируемого
электропривода подач
278
Глава 1.8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ
В приводах главного движения со-
временных станков применяют преимущест-
венно приводы с двигателем постоянного тока
и тиристорным преобразователем с двухзон-
ным регулированием (см. гл. 1.7). В многоце-
левых станках в связи с необходимостью точ-
ного позиционирования шпинделя при смене
инструмента переключают на "ползучую ско-
рость".
В большинстве станков для обеспечения
работы привода в двигательном и тормозном
режимах и реверсирования шпинделя исполь-
зуются все четыре квадранта координатной
плоскости со - М (здесь со - угловая скорость
выходного вала; М - момент, развиваемый
двигателем). Поэтому привод главного движе-
ния должен иметь два тиристорных преобразо-
вателя; для цепи якоря и для цепи возбужде-
ния.
К вспомогательным функциям, выполняе-
мым при управлении станками, относятся;
реверсирование и остановка шпинделя (в том
числе в заданном положении); переключение
поддиапазонов частоты вращения приводов
главного движения и подачи; поиск и смена
инструмента, коррекция и фиксация его по-
ложения, установка рабочих органов в исход-
ное положение; движения, связанные о пози-
ционированием заготовки или инструмента;
зажим и освобождение заготовки, фиксация и
освобождение подвижных узлов станка; вклю-
чение и выключение систем смазывания, ох-
лаждения, удаления стружки и др. Для выпол-
нения указанных функций предусмотрены
специальные механизмы, оснащенные соответ-
ствующим приводом.
1.8.6. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
СТАНКАМИ (СИСТЕМЫ CNC)
Системы числового и циклового про-
граммного управления станками характеризу-
ются большим количеством и разнообразием
реализуемых функций [1]. Эти функции могут
выполняться как с помощью жестко спроекти-
рованных схем, так и с помощью программи-
руемых средств вычислительной техники. В
компьютерных системах числового управления
станками (Computer Numerical Control - CNC)
различные функции реализуются схемным,
программным, микропрограммным, микро-
процессорным и комбинированным способами
[2, 3]. Определяющим является то обстоятель-
ство, что при микропрограммном способе
скорость выполнения алгоритмов в 10 - 15 раз
выше, чем при программном, и в 15 - 20 раз
ниже, чем при схемном. При микропроцес-
сорном способе возможно создание мульти-
процессорной структуры с параллельным вы-
полнением операций [11].
Системы CNC создают возможность ис-
пользования универсальных по существу вы-
числительных устройств для управления ши-
роким классом объектов путем специального
программирования. Допустимы любые виды
интерполяции - линейная, круговая, парабо-
лическая. Управляющая программа (УП) мо-
жет вводиться в любом коде (ISO = 7 bit. EIA
и др.). Подготовка и отладка УП могут выпол-
няться непосредственно у станка в режиме
диалога, в том числе с использованием графи-
ческих средств; подготовленная УП может
сохраняться в памяти системы и считываться
из нее в процессе обработки. Возможна авто-
матическая программная коррекция на разме-
ры инструмента, выполнение адаптивных,
функций, коррекция погрешностей кинемати-
ческих цепей и ограничений по геометрии
контура обрабатываемой детали и по скорости
подачи, возврат в любую точку процесса обра-
ботки и повторение его элементов, работа в
различных системах координат (декартовой,
полярной и др.), преобразование координат-
ных осей и т.д.
Для системы CNC характерны следую-
щие режимы работы.
Режим ввода информации, когда осущест-
вляются: ввод УП или исходных данных для
них с внешнего носителя, вручную либо по
каналу связи; синтаксический и грамматиче-
ский анализ информации; вывод ошибок на
устройства индикации; размещение УП в па-
мяти системы.
Автоматический режим, при котором
осуществляются: обработка детали по УП;
автоматическое регулирование подачи; уско-
ренная отработка УП; накопление эксплуата-
ционной информации (счет числа деталей,
регистрация времени обработки и др.).
Режим вмешательства оператора в про-
цесс автоматического управления; при этом
выполняются операции технологического ос-
танова, пропуск кадров УП и их отработка без
выдачи управляющих команд, зеркальное от-
ражение участков траектории и масштабирова-
ние раздельно по координатам, а также кор-
рекция технологических режимов, кодов инст-
рументов и кодов спутников.
Ручной режим, при котором реализуются:
настройка станка и ручное управление пере-
мещениями; отладка УП; отработка перемеще-
ний инструмента при задании скорости пере-
мещения вручную; набор и отработка кадра
УП, его запоминание и хранение; формирова-
ние УП из отдельных кадров, визуализация
кадров и фраз УП, ввод коррекции различных
видов, диагностирование механизмов станка,
инструмента, системы CNC и др.
Режим редактирования, заключающийся в
поиске нужного кадра УП и выводе его на
устройство индикации, коррекции кадров, их
замене, вставке, удалении и коррекции экви-
дистанты.
Режим вывода информации, когда УП вы-
водится на внешние устройства - перфоратор,
печатающее устройство, компакт-кассету, во
СИСТЕМЫ ГРУППОВОГО УПРАВЛЕНИЯ СТАНОЧНЫМИ КОМПЛЕКСАМИ
279
внешнюю память, а также на ЭВМ высшего
ранга или в локальную вычислительную сеть.
Режим вычислений., при этом осуществ-
ляются расчет требуемых величин по форму-
лам (например, параметров режима резания и
геометрических преобразований), формирова-
ние УП на основе входной информации, пред-
ставленной в сжатом виде, нормирование гео-
метрических моделей обрабатываемых деталей
и др.
Дисплейный режим, когда выполняются:
выделение и визуализация информации; веде-
ние диалога; декодирование сообщений
(преобразование информации, представленной
в машинном виде, в "открытый текст"); ис-
пользование "меню"; формирование двух- и
трехмерных графических объектов и управле-
ние их перемещением в пространстве и др.
Режим диагностирования, в процессе ко-
торого автоматически формируются аварийные
и диагностические предупреждения.
Система CNC реализуется с помощью
следующих основных программных блоков.
1. Организующая программа-диспетчер
обеспечивает требуемую последовательность
операций при начальном пуске системы и ее
отключении, а также при экстренном отклю-
чении в аварийных ситуациях, организует вы-
полнение вычислений и периодическую выда-
чу информации, передает управление функ-
циональным блокам в зависимости от хода
вычислительного процесса, наличия заявок на
решение тех или иных задач с учетом их при-
оритетов, организует передачу управления
драйверам ввода-вывода для обмена с внеш-
ними устройствами.
Управление может передаваться тому или
иному функциональному блоку по сигналам о
наступлении какого-либо события, по дости-
жении определенного результата вычислений,
либо по сигналам от временного задатчика.
2. Программа управления загрузкой УП
осуществляет ввод и формирование (в опера-
тивной памяти системы CNC) вводимого кад-
ра и его расшифровку, т.е. разделение техно-
логической и геометрической информации и
вспомогательных команд, изъятие коммента-
риев, преобразование УП во внутримашинные
коды.
3. Программа управления станков вклю-
чает в себя блок интерполяции (линейной,
круговой и др.), блок быстрого хода и блок
задания скорости. Последний содержит блок
управления разгоном (при этом этапы повы-
шения скорости, предусмотренные в УП, раз-
деляются на отдельные ступени скорости с
выстоями, определяемые динамическими ха-
рактеристиками станка), блок управления тор-
можением (при этом определяется необходи-
мая величина предварения торможения для
достижения требуемой точности позициониро-
вания) и блок контурной скорости (он обеспе-
чивает постоянную величину вектора скоро-
сти, касательного к обрабатываемому контуру).
4. Про1рамма управления приводами по-
дач (шаговыми или следящими) и приводом
главного движения; отметим, что наряду с
программным эти функции могут реализовать-
ся аппаратным или аппаратно-программным
способом.
5. Программа управления циклами элек-
троавтоматики и приводами вспомогательных
механизмов; эти функции также могут наряду
с программным реализоваться аппаратным или
аппаратно-программным способом, либо с
помощью программируемого логического кон-
троллера (ПЛК).
Для современных систем CNC характер-
но использование микропроцессорных уст-
ройств в качестве базовых средств вычисли-
тельной техники. При этом возможны различ-
ные варианты структурных решений.
При использовании одного микропро-
цессора, входящего в состав базовой универ-
сальной центральной микроЭВМ системы или
специализированной микроЭВМ, ориентиро-
ванной на работу в качестве центральной в
составе системы CNC, каналы микроЭВМ и
системы связаны через адаптер. Адресация
абонентов, прием и буферизация сообщений,
контроль передачи сообщений осуществляются
через контроллеры периферийных устройств
микроЭВМ. Связь с приводами и устройства-
ми автоматики станка, а также специальной
периферией системы CNC (дисплеем, панелью
оператора и др.) реализуется посредством ин-
терфейсных блоков.
В целях наращивания вычислительных
возможностей в дополнение к центральному
вычислителю используются контроллеры связи
и интерфейсные блоки, также выполненные на
базе микропроцессоров и называемые
"интеллектуальными" устройствами ввода-
вывода.
Если вычислительная система строится
по децентрализованному принципу, то отдель-
ные процессоры объединяются в сеть. Среди
известных структурных типов подобных сетей
отметим замкнутый контур, полную связь,
звезду, общую шину, древовидную и нерегу-
лярную структуры.
1.8.7. СИСТЕМЫ ГРУППОВОГО УПРАВЛЕНИЯ
СТАНОЧНЫМИ КОМПЛЕКСАМИ (СИСТЕМЫ DNQ
Системы группового управления станоч-
ными комплексами с ЧПУ, иначе называемые
системами типа DNC (Direct Numerical
Control), представляют собой, как правило,
ЭВМ или сеть ЭВМ, которая(ые) через муль-
типлексорное устройство или же в режиме
разделения времени одновременно управляют
несколькими станками с ЧПУ. В таких систе-
мах главная функция центральной ЭВМ или
280
Глава 1.8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ
центрального вычислительного комплекса -
это наблюдение (мониторинг) за каждым стан-
ком группы и снабжение его необходимой
информацией. Основное содержание этой
информации представляют управляющие
программы, поэтому одной из важнейших
функций подобных систем является формиро-
вание и ведение библиотеки управляющих
программ.
Характерными техническими решения-
ми, определяющими современную концепцию
системы прямого управления являются:
представление информации управляю-
щих программ и организация библиотек;
принципы организации мониторинга
(сбора информации) станков, объединяемых в
группу;
язык и протоколы обмена данными меж-
ду ЭВМ и ЧПУ;
базовый интерфейс логического инфор-
мационного обмена ЭВМ с устройствами ЧПУ
и терминалами.
В настоящее время в качестве базовых
ЭВМ в системах группового управления в
подавляющем большинстве случаев применя-
ются персональные ЭВМ класса IBM PC, а
также специализированные микропроцессор-
ные комплекты.
Наличие в системе прямого управления
библиотеки управляющих программ позволяет
осуществлять их редактирование, поддержание
в актуальном состоянии, автоматический по-
иск и выдачу в соответствии с ходом произ-
водственного процесса, что обеспечивает воз-
можность многономенклатурной обработки.
Библиотека управляющих программ со-
держит тексты программ для станков с ЧПУ
либо непосредственно в виде, пригодном для
отработки станками, либо в перекодированном
(сжатом) виде. Массив каталога библиотеки
управляющих npoipaMM содержит имена про-
грамм ( обычно совпадающие с шифрами де-
талеопераций), сведения об их размещении в
памяти, коды станков, для которых они разра-
ботаны, а также текстовые пояснения, необхо-
димые персоналу для поиска и использования
программ. Обычно библиотека управляющих
программ организуется по многоуровневому
принципу. Например, она может подразде-
ляться на архив, хранящий весь наработанный
фонд управляющих npoipaMM, и на оператив-
ный фонд, в который выносятся программы
на О1раниченную номенклатуру деталей, за-
планированную на обработку на текущий вре-
менной интервал. Архив может содержаться во
внешней памяти на гибких дисках, а опера-
тивный фонд - на жестких.
Такая библиотека пополняется текстами
управляющих программ, полученными разны-
ми способами, а именно:
с помощью средств автоматизированной
подготовки управляющих программ и их ре-
дактирования, входящих в состав системы;
с помощью системных средств редакти-
рования текстов, входящих в состав операци-
онной системы ЭВМ ipynnoeoro управления;
с помощью какой-либо системы автома-
тизированной подготовки вне системы, на-
пример, в составе информационно-
вычислительного центра (ИВЦ) предприятия
или технологического бюро;
через канал связи от верхних уровне^
АСУ;
каким-либо ручным способом с привле-
чением технологов-программистов;
непосредственно у станков с помощью
оперативных систем управления или системы
CNC.
Для формирования и ведения библиоте-
ки управляющих программ создаются специ-
альные программные комплексы (косвенные
программные файлы). Такой командный файл
обеспечивает выполнение следующих основ-
ных функций:
ввод текстов управляющих программ че-
рез терминальные устройства и размещение их
в виде соответствующих файлов;
формирование при вводе текстов управ-
ляющих программ дополнительной информа-
ции, присвоение ей дополнительного имени и
размещение;
поиск файлов управляющих npoipaMM;
выборку и ввод запрошенной информа-
ции из библиотеки на видеотерминал или
печать в виде документа установленной фор-
мы;
внесение изменений в любое место ката-
лога управляющих программ и в файлы до-
полнительной информации;
удаление ставших ненужными версий
файлов.
В результате работы этого командного
файла формируется файл каталога «управляю-
щих npoipaMM и файл справок по библиотеке
управляющих программ, в который заносится
выборочная информация из файла каталога.
Наряду с описанным в состав программ-
ного обеспечения системы группового управ-
ления должен входить косвенный командный
файл, устанавливающий соответствие между
управляющими про1раммами и обрабатываю-
щим инструментом. В результате его работы
создается карта соответствия инструмента об-
рабатывающим про1раммам, - которая должна
содержать шифр управляющей программы,
тип станка, обозначение инструмента и его
наименование, характеристику инструмента,
размещение его (номер гнезда) в магазине, а
также дополнительную информацию.
Программное обеспечение системы груп-
пового управления содержит ряд сервисных
ппотямм а также пазвитые и пазнообпазные
СИСТЕМЫ ГРУППОВОГО УПРАВЛЕНИЯ СТАНОЧНЫМИ КОМПЛЕКСАМИ 281
функции редактирования (с помощью курсора,
ввода адресуемых редакторских файлов, путем
операторских указаний и др.).
В результате осуществления мониторинга
(наблюдения) за станками, входящими в груп-
пу, система формирует информацию, содер-
жащую в тех или иных сочетаниях следующие
данные:
производительность всей группы и от-
дельных станков;
величины заделов на локальных накопи-
телях и на транспортных устройствах;
фонд времени работы и простоев группы
(календарное и рабочее время отдельных стан-
ков и время их простоев);
длительность циклов работы оборудова-
ния и элементов циклов (фиксирование от-
клонений);
диагностика отказов с дифференцирова-
нием и фиксированием простоев по отдель-
ным узлам и по причинам;
время, затраченное на наладку;
объем годной продукции и брака, учет
заготовок, учет годных деталей по группам
качества, учет брака по видам дефектов;
техническое состояние оборудования,
фиксация отклонения параметров от норм.
Программное обеспечение обмена ин-
формацией между ЭВМ группового управле-
ния и устройствами ЧПУ решает две основные
задачи:
принятие и реализацию решений по по-
иску и выдаче определенной управляющей
программы;
автоматизацию процедуры передачи
управляющий программы и других сообщений
из ЭВМ и обратно по каналам сопряжения, их
промежуточного буферирования и непосредст-
венной выдачи программ на устройства ЧПУ.
Первая задача - это задача диспетчериза-
ции вычислительного процесса, которая реша-
ется с помощью процедур формирования оче-
редей запросов от станков, входящих в группу,
и их приоритетного обслуживания [20].
Вторая задача решается с помощью
многофазной процедуры. Такая процедура
относится к выполнению сложных команд,
начинающихся признаком "Начало текста”
сразу после приема информационного масси-
ва, завершающегося признаком "Конец тек-
ста". Для подобных команд предусматриваются
следующие фазы операции [1]:
передача на ЭВМ кода команды, уста-
навливающей режим работы системы с дан-
ным абонентом;
передача дополнительной информации о
режиме работы сопряжения с данным абонен-
том;
передача информационного массива.
Для общего случая многофазного обмена
Данными между ЭВМ и ЧПУ в настоящее
время разработан единый формат текста ин-
формационных сообщений [15].
Предусмотрены следующие типы переда-
чи:
извещение приемнику о прерывании пе-
редачи и отмене ранее переданной информа-
ции;
указание на то, что передаваемое сооб-
щение является командой;
указание на то, что сообщение содержит
данные;
указание на то, что передается последний
блок данных;
отрицательный ответ (невозможность
выполнить команду либо ошибка в данных);
запрос на передачу незапланированных
данных, т. е. передачу по инициативе передат-
чика, а не приемника.
Для названных типов передач имеются
следующие подтипы:
имя (запрос конкретного файла или
управляющей программы);
состояние объекта;
вывод текстовых сообщений оператору;
команда на выполнение.
Для данных возможны следующие фор-
маты:
текст управляющей программы;
модуль программного обеспечения;
управляющая программа для робота;
тестовое обеспечение;
результаты измерений;
плановое задание;
карта наладки.
Предусмотрены также расширения ко-
манд для таких подтипов передач, как
"состояние" и "выполнить".
При отрицательных ответах поле расши-
рения команды используется для указания
причин (из типового списка), по которым
выполнение не может быть осуществлено.
Для реализации процедуры обмена соз-
дан типовой базовый интерфейс логического
информационного обмена персональных ЭВМ
с устройствами ЧПУ и терминалами, пред-
ставляющий собой многоканальный контрол-
лер ИРПС. Указанный контроллер представля-
ет собой блок элементов, устанавливаемый на
панели расширения персональной ЭВМ, и
предназначен для использования в составе
персональных ЭВМ РС-АТ/ХТ для организа-
ции связи с удаленными абонентами
(программируемыми контроллерами, устрой-
ствами ЧПУ, локальными системами управле-
ния, терминалами).
Контроллер включает в себя:
дешифратор адреса;
специальные асинхронные приемники/
передатчики;
узел обработки прерываний;
генератор тактовых импульсов;
приемники с линий и передатчики в ли-
нии с гальванической развязкой.
282
Глава 1.8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ
Контроллер снабжается программными
средствами тестирования и диагностирования,
включающими тесты прерываний, измерения
скоростей и ряд других, а также программой
настройки тестов на конфигурацию системы.
Контроллер комплектуется драйвером
связи с устройствами ЧПУ, реализующим опи-
санную выше процедуру обмена, а также драй-
вером связи с удаленными терминалами,
имеющими программный интерфейс с опера-
ционной системой MS DOS.
1.8.8. СИСТЕМЫ ОРГАНИЗАЦИОННО-
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Современная концепция гибкого автома-
тизированного участка (ГАУ) предполагает
включение в его состав наряду с технологиче-
ским оборудованием с числовым программ-
ным управлением также и автоматизирован-
ных транспортно-складских систем, погрузоч-
но-разгрузочных устройств, устройств хране-
ния и доставки инструмента, а также агрега-
тов, автоматизирующих вспомогательные опе-
рации, такие как мойка и сушка, многопара-
метрический контроль и т.п. [2, 10]. Выдача
команд на доставку нужной детали к нужному
станку в нужное время и обеспечение опера-
ций управляющими программами и инстру-
ментом осуществляются от УВК, находящегося
на участке.
Решением проблемы является автомати-
зация разработки плановых заданий и взаимо-
обмена информацией между гибким комплек-
сом и руководством, плановыми органами и
другими заводскими службами с помощью
УВК, входящего в состав этого гибкого ком-
плекса [19].
Подготовку заказов, заданий, расписаний
и других директивных указаний по ведению и
обеспечению производственного цикла, на-
правленных на исполнение в ближайшем или
более удаленном будущем, с учетом хода вы-
полнения ранее выданных подобных указаний,
принято называть организационно-
технологическим управлением ГАУ.
С точки зрения организационно-
технологического управления на гибком участ-
ке должно быть организовано выполнение
следующих функций:
учет наличия, заказ и поставка заготовок
и размещение их в накопительной системе;
учет наличия, заказ и разработка управ-
ляющих программ и сопроводительной доку-
ментации и размещение их в памяти УВК;
учет наличия и состояния и заказ на
комплектацию, сборку, заточку, регулировку и
другие виды подготовки инструмента;
составление расписания последователь-
ности движения деталей или других грузоеди-
ниц между складом и станками, а также дви-
жения управляющих программ;
учет наличия и заказ подготовки оснаст-
ки;
организация отправки и получения дета-
лей с выносных операций;
формирование последовательности выда-
чи управляющих программ к агрегатам на ра-
бочих местах;
формирование последовательности дос-
тавки комплектов инструмента и оснастки к
рабочим местам;
организация выгрузки готовых деталей из
накопительной системы и отправки их с уча-
стка с необходимыми сопроводительными
документами.
Система организационно-технического
управления учитывает все составные части
ГАУ и функциональные связи между этими
частями, возникающие в процессе производст-
ва. Основными составными частями ГАУ с
точки зрения организационно-технологичес-
кого управления являются:
рабочие места, на которых осуществляет-
ся обработка деталей;
объекты обработки - партии деталей;
компоненты процесса производства, не-
обходимые для его осуществления - заготовки,
инструмент, приспособления, управляющие
программы, рабочая сила, материалы, ком-
плектующие.
С этими составными частями связана вся
основная информация, работа с которой со-
ставляет существо организационно-техноло-
гического управления. Эта информация делит-
ся на четыре группы:
плановую - о предполагаемом и желае-
мом ходе производственного процесса;
фактическую - о реальном состоянии
процесса производства в тот или иной процесс
времени;
учетную - об изменениях в состоянии
процесса производства, фактически произо-
шедших за тот или иной отрезок времени;
корректировочную - о тех изменениях,
которые необходимо внести в плановую или
фактическую информацию.
Плановая и фактическая информация
хранится в системе и образует ее информаци-
онную базу (ИБС).
Рабочие места - это функциональные
единицы ГАУ, на которых выполняются опе-
рации, указанные в технологическом маршруте
(ТМ) обработки. Они подразделяются на три
вида: станки с ЧПУ, в том числе многоцелевые
многоинструментные станки ("обрабатываю-
щие центры"); станки с ручным управлением и
внешние (выносные) рабочие места. Рабочие
места одного вида в свою очередь подразделя-
ются на группы однотипного оборудования,
станки одной группы взаимозаменяемы на
всех деталеоперациях, за исключением тех, для
которых в ТМ указывается выполнение на
конкретном рабочем месте.
СИСТЕМЫ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
283
Внешние рабочие места - это рабочие мес-
та, управление работой которых находится вне
компетенции руководства данного ГАУ. Чаще
всего на них выполняются термические, галь-
ванические и т.п. операции. Внешним может
быть и оборудование для механообработки,
если номенклатура деталей ГАУ не обеспечи-
вает полную загрузку данного вида оборудова-
ния (например, зуборезные станки).
Рабочие места ГАУ характеризуются
имеющимися у них фондами рабочего време-
ни, графиками их работы и графиками прове-
дения плановых ремонтов. С рабочим местом
связано понятие его состояния. В различных
видах плановой и фактической информации
используются различные характеристики воз-
можных состояний рабочих мест, например,
рабочее и нерабочее время, работоспособное
состояние и состояние ремонта, настройка,
простой и др.
Показателями качества организационно-
технологического управления ГАУ являются:
коэффициент сменности, коэффициенты за-
грузки рабочего места - плановый и фактиче-
ский, коэффициент загрузки участка, опреде-
ляемый, как средневзвешенное значение ко-
эффициентов загрузки рабочих мест, причем в
качестве весов берутся стоимости станков.
На ГАУ нужно вести учет факта поступ-
ления заготовок, осуществлять формирование
из них партий и проводить списание заготовок
из наличия при запуске их в обработку или
при обнаружении брака.
На ГАУ ведется учет выпуска готовых из-
делий, обычно нарастающим итогом с начала
месяца.
Обрабатываемые на ГАУ детали различа-
ются по их шифрам, которые определяют их
принадлежность к той или иной партии и
номер операции ТМ’ (последней выполненной
либо первой предстоящей). Если длительность
операции велика, указывается также времен-
ной задел ее выполнения.
Партия обработки характеризуется шиф-
ром входящих в нее деталей, относящимся к
ней ТМ, числом деталей в партии, плановой
датой запуска, плановой датой выпуска, обес-
печенностью, составом и в каждый данный
момент - состоянием.
Под обеспеченностью партии понимается
наличие заготовок и планов их поставки, на-
личие комплектов инструментов и приспособ-
лений и планы их поставки, наличие управ-
ляющих программ для станков с ЧПУ и пла-
нов их разработки.
Состояние партии характеризуется тем,
как далеко по ТМ продвинулась обработка,
партии, какое оборудование за ней закреплено
и какова степень готовности этого оборудова-
ния к обработке деталей партии. Один из спо-
собов исчерпывающего задания- состояния
партии заключается в указании дл? каждой (не
внешней) операции ТМ следующих трех теку-
щих значений: числа годных операций деталей
партии «у, прошедших операцию J, временного
задела операции j на последней из обрабаты-
вавшихся на этой операции деталей, номера
рабочего места, на котором выполняется опе-
рация J.
Описание ТМ содержит его общую ха-
рактеристику и список операций. В общую
характеристику ТМ обычно включают сведе-
ния о шифре деталей, которые обрабатываются
по данному ТМ, числе операций в ТМ, его
сложности, максимальном размере партии
обработки, числе деталей в таре (на поддоне, в
кассете и др.). В списке операций ТМ обычно
задается: группа оборудования для данной
операции, время выполнения операции над
одной деталью, время настройки на обработку
партии, информации о необходимых рабочей
силе, управляющей программе, инструменте и
приспособлении. Внешние операции включа-
ются в ТМ только в том случае, если они вы-
полняются между двумя операциями, выпол-
няемыми на ГАУ. Для внешней операции на
ГАУ задаются группа оборудования и время
выполнения операции над партией деталей.
Это время задается чаще всего в рабочих сме-
нах или сутках и не зависит от числа деталей в
партии.
Инструмент на ГАУ является обеспечи-
вающим компонентом с коротким сроком
подготовки. Он заказывается за две - три сме-
ны или за двое - трое суток до выполнения
операции над партией. Смена комплекта ин-
струмента (в том числе в магазине многоцеле-
вого многоинструментного станка) является
составной частью его настройки. Для выпол-
нения операций над корпусными деталями
требуется предварительная сборка приспособ-
лений на спутниках-палетах. Для выполнения
всех деталеопераций на многоцелевых станках
используются одни и те же спутники и детали
приспособлений, но комплект приспособле-
ний для каждой деталеопераций - свой. Сбор-
ка приспособлений в настоящее время может
выполняться только человеком; приспособле-
ния заказываются, как и инструмент, за две -
три смены или двое - трое суток до выполне-
ния операции над партией.
Учет наличия и квалификации рабочей
силы задается графиком работы, указанием
соответствий рабочий - станок и рабочий-
деталеоперация. Наиболее общим случаем
организации функционирования ГАУ является
передача партии деталей с операции на опера-
цию пакетами. Пакет - это часть партии обра-
ботки, выполнение последующей операции
над деталями которого может быть начато
только тогда., когда окончена предыдущая
операция над всеми деталями пакета. Величи-
на пакета может изменяться от одной детали
284
Глава 1.8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ
до всей партии обработки. Число деталей в
пакете может определяться по разному. Он
может содержать фиксированное число дета-
лей, зависящее от их особенностей, способов
хранения на складе или транспортировки
(например, содержимое одной кассеты). Паке-
том может быть часть партии, обработанная на
операции (станке) за фиксированный проме-
жуток времени (смену, сутки).
Организационно-технологическое управ-
ление охватывает следующие рабочие режимы,
понятия и задачи.
Предварительное планирование (ПП) -
комплекс задач, включающий в себя оценку
принципиальной выполнимости месячных
планов выпуска, формирование партий запус-
ка и предварительного плана работы ГАУ, а
также формирование заказа на заготовки.
Отрезок ПП (ОПП) - это отрезок време-
ни, на который формируется предварительный
план работы ГАУ.
Наличные и потребные фонды времени обо-
рудования - это фонды времени оборудования
(месячные, квартальные и др.), необходимые
для выполнения планов, а также имеющиеся
по различным группам оборудования. К этой
же категории понятий относятся недостающие
и неиспользуемые фонды времени по группам
оборудования.
Оперативное планирование (ОП) - ком-
плекс задач, включающий формирование рас-
писания работы оборудования и составление
основных директивных плановых документов,
определяющих деятельность ГАУ на ближай-
шее время: сменных заданий рабочим местам
участка, заданий на отправку партий на внеш-
ние операции, заданий на комплектование
партий из заготовок, заданий на поставку
комплектов инструмента и приспособлений.
Этот комплекс задач может также включать
прогноз состояния производства на конец
отрезка ОП и рекомендации по улучшению
хода производства.
Оперативное планирование характеризу-
ется следующими основными понятиями:
отрезок ОП - отрезок времени, на кото-
рый составляется расписание работы оборудо-
вания (смена, сутки, неделя, месяц);
период ОП - отрезок времени между
двумя соседними сеансами ОП (полусмена,
смена, сутки);
расписание работы оборудования - фор-
мируемый в сеансе планирования на опреде-
ленный отрезок времени график работы всех
рабочих мест ГАУ, содержащий данные о вре-
мени начала и конца каждой выполняемой
работы;
корректировка расписания работы обо-
рудования - изменение ранее составленного
расписания в промежутке между двумя сеан-
сами ОП;
сменное задание рабочему месту (на за-
пуск, на выпуск) - директивный документ.
формируемый для системы диспетчерского
управления или для персонала ГАУ;
задание на отправку партий на внешние
операции - плановый директивный документ,
формируемый для системы диспетчерского
управления или для персонала ГАУ;
задание на комплектование партий -
плановый директивный документ, формируе-
мый при запуске партий.
При выполнении операций учета исполь-
зуются следующие понятия:
сведения о выполнении сменного зада-
ния рабочими местами участка - фактическая
информация о проделанной на рабочем месте
работе за смену;
сведения о выполнении внешних опера-
ций - фактическая информация о партиях
деталей, поступивших на участок после вы-
полнения операций на внешнем оборудова-
нии;
сведения о браке - фактическая инфор-
мация по партиям и операциям о числе дета-
лей, которые надо исключить из партий обра-
ботки;
сведения о ликвидации брака - фактиче-
ская информация по партиям и операциям о
числе деталей, которые надо включить в пар-
тии обработки;
план ликвидации дефицита заготовок -
плановая информация, формируемая при не-
выполнении плана поставки заготовок.
В целом при планировании в рамках
организационно-технологического управления
решаются две принципиальных задачи:
прямая задача планирования - это фор-
мирование расписания работы оборудования
по заданным исходным данным;
обратная задача планирования - это оп-
ределение на основе сформированного распи-
сания работы оборудования рекомендаций по
необходимым изменениям исходных данных,
например, о необходимости введения сверх-
урочных работ и т. п.
В настоящее время отсутствуют аналити-
ческие методы, дающие полное и адекватное
решение вышеописанных задач планирования
в процессе организационно-технологического
управления ГАУ, поэтому практически эти
задачи решаются с использованием эвристиче-
ских алгоритмов, основанных на методах ими-
тационного моделирования.
Функции системы организационно-
технологического управления так или иначе
выполняются при функционировании любого
производственного участка, с той или иной
степенью автоматизации. Система автоматизи-
рованного организационно-технологического
управления может работать как в составе АСУ
ГАУ, так и автономно. В последнем случае она
осуществляет обмен документами и массивами
данных с персоналом участка.
СИСТЕМЫ ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
2«5
1.8.9. СИСТЕМЫ ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Системы диспетчерского управления ста-
ночными комплексами служат для обеспече-
ния скоординированной работы единиц тех-
нологического и вспомогательного оборудова-
ния, образующего гибкую производственную
систему, направленной на выполнение произ-
водственных заданий. Они реализуют функ-
ции, направленные на управление исполнени-
ем директивных указаний, плановых заданий
и т.п., для выполнения которых настало время
и созданы условия. Функции диспетчирования
в зависимости от степени автоматизации гиб-
кого участка выполняются либо персоналом,
либо автоматически, либо при комбинации
того и другого. При создании автоматизиро-
ванных систем диспетчирования проблема
состоит в обеспечении возможности неболь-
шим количеством типовых решений таких
систем покрыть практически неограниченное
разнообразие вариантов различных по струк-
туре, составу оборудования, масштабам и ор-
ганизации производства технологических ком-
плексов.
Трудность решения этой проблемы свя-
зана с тем, что, в отличие от ранее рассмот-
ренных систем организационно-технологичес-
кого управления, где исходные и результи-
рующие данные представляют собой некие
массивы текстовой информации, обработка
которой проводится сеансами вне реального
времени, в системах диспетчерского управле-
ния источниками и адресатами обрабатывае-
мой информации являются либо агрегаты,
входящие в состав оборудования, либо терми-
налы, и поступление, обработка и выдача ин-
формации происходит в реальном времени.
Решение этой проблемы лежит на пути разде-
ления системы на основную, инвариантную
часть (ядро системы) и адаптируемую интер-
фейсную часть.
Для осуществления возможности такой
декомпозиции предложен и используется
структурно-функциональный принцип, на-
званный "принципом программной организации".
Такое название дано по аналогии с применяе-
мым в теории автоматического управления
'принципом программного управления". Послед-
ний заключается в том, что для осуществления
произвольного закона изменения во времени
программируемого параметра, проводится
изменение во времени по этому закону неко-
торого управляющего параметра-уставки, ко-
торое затем преобразуется в изменение про-
граммируемого параметра с помощью следя-
щей системы. Закон регулирования, по кото-
рому функционирует эта следящая система, во
всех случаях остается неизменным [18J.
Применительно к системам диспетчер-
ского управления ГПС этот принцип транс-
формируется следующим образом. Программа
выполнения во время той или иной смены
действий по организации и управлению ходом
производственного процесса задается в виде
массива конкретных директив, составляемого
для данной смены каждый раз заново. Алго-
ритмы управления ходом производства, бази-
рующиеся на сопоставлении этого массива с
данными о текущем состоянии хода производ-
ственного процесса и выработке на основании
результатов-этого сопоставления определенных
диспетчерских указаний, остаются неизмен-
ными, как применительно к принципу про-
граммного управления остается неизменным
закон функционирования следящей системы.
Такого рода массивами-уставками явля-
ются:
массив сменно-суточных заданий;
массив данных (динамическая модель) по
состоянию автоматизированной транспортно-
складской системы;
каталог библиотеки управляющих про-
грамм для станков с ЧПУ;
массив данных по состоянию рабочих
позиций.
Алгоритмы выработки диспетчерских
указаний по результатам сопоставления дан-
ных о ходе производства и вышеназванных
массивов-уставок составляются применительно
к типовой структуре АСУ ГПС и не изменя-
ются при проектировании конкретной ГПС и
в процессе ее функционирования [20].
Типовые структуры АСУ ГПС предпола-
гают распределение комплекса технических
средств по уровням иерархии. В настоящее
время наиболее распространенной является
четырехуровневая иерархическая структура, в
которой непосредственно с технологическим и
вспомогательным оборудованием участка
взаимодействуют только устройства нижнего
уровня, а взаимодействие на других уровнях
управления происходит только между обору-
дованием пар соседних слоев. Технические
средства АСУ распределяются при этом по
следующим уровням (снизу вверх):
непосредственного (локального) управле-
ния единицами оборудования;
группового управления оборудованием;
диспетчирования совместной работы
оборудования участка;
организационно-технологической подго-
товки и управления.
Взаимодействие с вышестоящими и
смежными службами предприятия осуществля-
ется только через верхний уровень АСУ ГПС.
К уровню непосредственного управления
единицами оборудования относятся:
системы ЧПУ, а также устройства управ-
ления автоматическими циклами станков, в
том числе на базе программируемых командо-
контроллеров;
бортовые системы управления робокар-
ными тележками;
286
Глава 1.8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ
устройства управления адресованием
кранов-штабелеров;
устройства ЧПУ и первичной обработки
результатов измерений контрольно-измери-
тельных машин и других агрегатов автоматиче-
ского контроля;
устройства управления роботами и дру-
гими загрузочно-установочными механизмами;
устройства циклового управления систе-
мами роликовых конвейеров поворотных сто-
лов, рельсовых тележек, а также специализи-
рованных технологических агрегатов, таких
как моечно-сушильные установки и др.
К уровню группового управления отно-
сятся устройства управления, объединяющие в
технологически однородные труппы конструк-
тивно различные агрегаты, а именно:
пункты группового управления рабочими
позициями, объединяющие станю; с ЧПУ с
обслуживающими их загрузочными устройст-
вами, роботами и локальными накопителями;
пульты диспетчерского управления авто-
матизированных транспортно-складских сис-
тем, согласующие движение адресуемых
трансманипуляторов, робокарных тележек и
других видов внугриучастковых транспортных
средств.
К уровню диспетчерского управления
относится управляюще-вычислительный ком-
плекс, который может быть, в частности, реа-
лизован в виде локальной вычислительной
сети, координирующей работу пунктов груп-
пового управления и пультов диспетчерского
управления, обеспечивающий их необходимы-
ми программами и директивными указаниями
и собирающей с них соответствующие данные
обратной связи.
На уровне организационно-технологи-
ческой подготовки и управления находятся
средства вычислительной техники, обеспечи-
вающие выполнение соответствующих функ-
ций.
При такой типовой структуре АСУ
функционирование системы диспетчирования
в установившемся производственном режиме
происходит следующим образом.
Событием, на которое должна адекватно
реагировать производственная система, являет-
ся окончание обработки очередной детали на
той или иной рабочей позиции. Сигнал об
этом событии возникает в устройстве ЧПУ
(уровень непосредственного управления) и
поступает на пункт группового управления, к
которому относится данный станок. Пункт
группового управления осуществляет следую-
щее: дает команду на снятие детали и разме-
щение ее на локальном накопителе (о чем
делается соответствующая отметка в массиве
данных состояния рабочей позиции), дает
команду на перегрузку из накопителя на ста-
нок следующей по очередности детали (о чем
также делается отметка в этом массиве), и
передает сигнал об окончании обработки ую-
занной детали на УВК уровня диспетчирова-
ния. УВК уровня дйспелчирования обращается
к массиву сменно-суточных заданий, делает в
нем отметку о выполнении на данном станге
запланированной обработки этой детали и
определяет следующую деталь, которая должна
быть доставлена на эту рабочую позицию. Fa
основании этого формируется заявка на
транспортировку, которая передается в пули
диспетчерского управления автоматизирован-
ной транспортно-складской системы. Здесь
происходит обращение к динамической мод»-
ли склада, по которой выполняется определе-
ние адреса расположения соответствующей
грузоединицы, на основании чего выдаются
директивы устройству непосредственною
управления трансманипулятором, бортовому
устройству управления робокары и устройст-
вам управления грузораспределительным обс-
рудованием на поиск и доставку к станку тре-
буемой грузоединицы. Такими грузоединицг-
ми может быть, например, палета с приспс-
соблением и деталью, кассета с заготовками,
инструментальный комплект, подготовленный
для установки в гнездо инструментальною
магазина и др. По выполнении этих директив
делаются соответствующие отметки в динами-
ческих моделях складов (в том числе - инст-
рументального) и данной рабочей позиции, а
УВК диспетчерского уровня обращается <
массиву каталога библиотеки управляющие
программ, с помощью которого в библиотека
отыскивается соответствующая управляюща!
программа и передается в пункт групповою
управления, который принимает решение о
выдаче устройству ЧПУ команды на начало
обработки следующей детали.
Таким образом, изменение производст-
венной программы в процессе эксплуатация
сводится к внесению редакторских правок j
вышеназванные массивы-уставки без измене-
ния прикладных программ, реализующих опи-
санную выше процедуру процесса диспетчиро-
вания. Привязка типовой системы диспетчи-
рования к конкретному участку на этапе про-
ектирования сводится к подбору вычислитель-
ных средств в соответствии с составом участка,
компоновке из них управляюще-вычислитель-
ного комплекса и генерации пакета приклад-
ных программ типовой системы диспетчиро-
вания подобно тому, как это делается при
генерации требуемой конфигурации операци-
онной системы.
Ключевым моментом в создании системы
диспетчирования ГПС является разработка
информационной структуры для данного кон-
кретного участка. Под информационно!
структурой здесь будем понимать совокуп-
ность форм существования и представление
информации в АСУ ГПС и связывающих их
операций преобразования. Описанием техно-
СИСТЕМЫ ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
287
логического процесса преобразования инфор-
мации определяется алгоритм диспетчерского
управления. При этом вырабатываются сле-
дующие конкретные проектные решения:
состав и распределение информационных
потоков взаимодействия АСУ ГПС с произ-
водственным оборудованием и с персоналом;
порядок информационного обмена сис-
темы диспетчирования с системой организа-
ционно-технологического управления;
характеристики интерфейсов сопряжения
компонентов АСУ ГПС;
требования и характеристики протоколов
межмашинного обмена данными;
порядок создания, поддержания и реор-
ганизации баз данных;
процедуры создания, обновления и ак-
туализации массивов и моделей;
перечень и характеристики контролируе-
мых параметров и событий, формы кодирова-
ния, преобразования и передачи измеритель-
ной, контрольной и управляющей информа-
ции.
Уровень диспетчерского управления ор-
ганизует производственный процесс по имею-
щемуся плану. Однако, реальное течение про-
изводства, как правило, отклоняется от запла-
нированного вследствие собственных и нало-
женных простоев оборудования, разброса па-
раметров заготовок, отсутствия необходимого
персонала или его ошибок, недостатков ком-
плектации и планировании и т. д.
Обеспечение стабильного выпуска про-
дукции, близкого к запланированному, в усло-
виях неизбежных возмущений является, одной
из важнейших задач АСУ ГПС. В решении
этой задачи имеется два аспекта.
Первый заключается в предоставлении
инструментальной возможности внесения опе-
ративных изменений в программу выполнения
производственного цикла, компенсирующих
возникающие возмущения. Такая возможность
обеспечивается на диспетчерском уровне алго-
ритмами редактирования массивов плановых
заданий и моделей состояния складов загото-
вок, инструмента И приспособлений, а также
состояния рабочих позиций и библиотеки
управляющих программ с ее каталогом.
Второй аспект состоит в обеспечении
принципиальной возможности вырабатывания
таких оперативных изменений. Это значит,
что в базовых планах, составляемых до начала
производственного цикла, должны быть преду-
смотрены определенные резервы. Они могут
заключаться, в частности, в наличии альтерна-
тивных технологических маршрутов, либо вы-
бираемых диспетчером в нештатных ситуациях
( потенциальная гибкость”), либо задаваемых
системой ("активная гибкость").
Применение средств вычислительной
техники на различных уровнях управления
Изменяет традиционные формы представления
технической и управленческой информации,
повышая роль ее бездокументного машинного
представления и хранения. Однако, в настоя-
ние время соответствующим образом органи-
зованный документооборот является сущест-
венной часть процесса управления в АСУ
ГПС.
Это связано со следующими обстоятель-
ствами:
взаимосвязь отдельных ГПС со смежны-
ми и управляющими слухами, работающими в
условиях традиционной организации произ-
водства, может обеспечиваться только тради-
ционными формами;
необходимостью обеспечения возможно-
сти перехода с автоматического на полуавтома-
тический или наладочный режим с вмешатель-
ством персонала, и регистрацией выполняемых
им действий;
необходимостью сохранения, поддержа-
ния и восстановления информации в случае
отказа средств вычислительной техники в со-
ставе системы управления.
Документы, организующие процесс
управления, делятся на входные, промежуточ-
ные и выходные.
К основным входным документам относят-
ся плановые задания (планы запуска) по рабо-
чим местам (сменные, полусменные, сменно-
суточные и т.п.).
К промежуточным относятся документы,
содержащие промежуточную и накапливаемую
информацию, главным образом, нормативно-
справочную, а также динамические массивы и
модели. Промежуточные документы могут
выдаваться либо периодически, либо по за-
просам персонала, либо по инициативе систе-
мы в определенных ситуациях.
Выходные документы, вырабатываемые
системой управления ГПС и составляемые
персоналом с использованием инструменталь-
ных возможностей АСУ ГПС, содержат ин-
формацию о ходе производственного процес-
са, и результатах выполнения плановых и вне-
плановых заданий, а также комплексные рас-
четные показатели по отдельным заказам
(партиям), по каждому станку и участку в це-
лом.
При рассмотрении проектных вариантов
АСУ ГПС необходима методика обоснования
выбора наиболее эффективного из них. Под
эффективностью системы здесь понимается
степень ее соответствия в процессе эксплуата-
ции предъявляемым к ней требованиям с уче-
том затрат на их удовлетворение.
Поскольку оценить каким-либо одним
показателем эффективность варианта АСУ
ГПС не представляется возможным, для такой
оценки предлагается следящий комплекс пока-
зателей, которые можно разделить на три
группы.
К первой группе относятся показатели
пропускной способности системы..
288
Глава 1.8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ
Интегральной пропускной способностью
системы за период времени называют отноше-
ние числа запросов от объекта, обработанных
системой за это время, к общему числу запро-
сов, поступивших в систему за это же время.
Динамической пропускной способностью
системы называют предел отношения числа
запросов от объекта, обработанных системой
за интервал времени, к общему числу запро-
сов, поступивших в систему за тот же интер-
вал, при стремлении длительности этого ин-
тервала к нулю.
Между двумя названными показателями
существует дифференциально-интегральная
зависимость.
Ко второй группе относятся временные
показатели переработки информации.
Основными из них являются среднее
суммарное время, затрачиваемое системой на
обработку запросов А-го приоритета, и среднее
суммарное время ожидания запросами А-го
приоритета обслуживания. На основании этих
первичных показателей могут быть определены
другие временные характеристики качества, а
именно:
среднее время пребывания в системе за-
проса А-го приоритета;
коэффициент задержи обслуживания за-
проса А-го приоритета;
интегральный и динамический коэффи-
циенты недостатка системного времени.
К третьей группе относятся показатели,
характеризующие степень использования сис-
темы с учетом фактора ненадежности, такие,
как средний коэффициент готовности, сред-
ний коэффициент загрузки, средний коэффи-
циент вынужденного простоя.
С учетом стоимости единицы времени
АСУ ГПС, определяемой через величину ка-
питальных вложений, срок службы и годовые
эксплуатационные расходы, определяются
стоимости обработки, ожидания и пребывания
запросов в системе, а также удельных показа-
телей (пропускной способности, коэффициен-
тов использования и др.) на единицу затрат.
i 1.8.10. МНОГОУРОВНЕВЫЕ ИЕРАРХИЧЕСКИЕ
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ В
КОМПЬЮТЕРИЗОВАННОМ
ИНТЕГРИРОВАННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Станочные комплексы, образующие гиб-
кие производственные системы для многоно-
менклатурного серийного, мелкосерийного и
единичного производства, объединяются в
единое функциональное целое своими автома-
тизированными системами управления - АСУ
ГПС. Современные АСУ ГПС строятся с со-
блюдением следующих принципов [16]:
системности, заключающегося в том, что
при создании, эксплуатации и развитии АСУ
ГПС должны быть установлены и сохраняться
связи между структурными элементами, обес-
печивающие ее целостность;
развиваемости, заключающегося в том,
что предусматривается возможность пополне-
ния и видоизменения функций АСУ, ее тех-
нического, математического, организацион-
ного и других видов обеспечения за счет дора-
ботки или настройки имеющихся технических
и программных средств;
совместимости, заключающегося в обес-
печении возможности взаимодействия различ-
ных компонентов и уровней АСУ ГПС в про-
цессе их совместного функционирования;
стандартизации и унификации, заклю-
чающегося в максимальном рациональном
применении при создании, эксплуатации и
развитии АСУ ГПС типовых, унифицирован-
ных и стандартных элементов, технических
решений и методов;
эффективности, заключающегося в обес-
печении рационального соотношения между
затратами труда, времени и других видов ре-
сурсов на создание ГПС и различными аспек-
тами эффектов, получаемых при ее внедрении
и функционировании.
Сложившийся опыт построения ГПС
различных масштабов и уровней автоматиза-
ции сделал общепринятым иерархический
принцип построения подобных систем, как
наилучшим образом отвечающий соблюдению
сформулированных выше положений. Это
относится как к функциональной, так и к тех-
нической структуре АСУ.
В соответствии с этим принципом разде-
ление системы по уровням иерархии прово-
дится таким образом, чтобы при отключении
верхних уровней процесс управления продол-
жался с управлением от нижних ровней, хотя
и с меньшей степенью автоматизации, что
обеспечивает живучесть автоматизированного
производства. В такой иерархической структу-
ре с технологическим оборудованием взаимо-
действуют только устройства нижнего уровня,
а взаимодействие на других уровнях происхо-
дит только между двумя соседними уровнями.
Построенные таким образом АСУ ГПС
осуществляют объединение в единое целое
сферы информационной технологии и произ-
водственной сферы и поэтому называются
интегрированными АСУ (ИАСУ). В зарубеж-
ной терминологии производства, автоматизи-
руемые с помощью подобных АСУ, получили
название компьютеризованных интегрированных
производств (Computer Integrated Manufacturing
- С1М). Такие АСУ призваны обеспечить эф-
фективность функционирования автоматизи-
рованных производств с позаказным форми-
рованием производственной программы в
условиях рыночной экономики. Это должно
достигаться в результате сокращения сроков
выполнения заказов и снижения приведенных
производственных затрат благодаря автомати-
зации всех функций управления производст-
венным циклом - от маркетинга (т.е. изуче-
МНОГОУРОВНЕВЫЕ ИЕРАРХИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
289
ния, прогнозирования и влияния на формиро-
вание рынка) и технической подготовки про-
изводства до реализации готовой продукции.
Сокращение сроков выполнения заказов, так
же как и повышение технического уровня их
выполнения, приводит к расширению круга
потенциальных заказчиков и, как следствие,
позволяет предприятию более свободно фор-
мировать свою ценовую и техническую поли-
тику.
Современные интегрированные АСУ ав-
томатизированными производствами по струк-
турному признаку разделяются на четыре
уровня иерархии.
Верхний (четвертый) - уровень предпри-
ятия - обеспечивает формирование производ-
ственной программы и разработку стратегии
развития производства и социального развития
коллектива. К функциям этого уровня отно-
сятся: маркетинг, вопросы технической поли-
тики и ценообразования, автоматизация про-
ектирования конструкций и технологии изго-
товления новых изделий, а также управление
соответствующей деятельностью, управление
производственно-экономической деятельно-
стью (производством, финансами, материаль-
но-техническим снабжением, сбытом, ресур-
сами, социальным развитием). На этом уровне
обеспечивается сбалансированность производ-
ственной программы и требуемых ресурсов.
На третьем (межцеховом) уровне в соот-
ветствии с поступающими сверху технологиче-
скими и экономическими заданиями обеспе-
чивается управление основным и вспомога-
тельным производством. При этом осуществ-
ляется межцеховое планирование производст-
ва, решение задач, связанных с межцеховым
хозяйственным расчетом, управление качест-
вом продукции.
На втором (цеховом) уровне осуществ-
ляются следящие функции: формирование
календарных заданий для выполнения произ-
водственной программы; учет, контроль и
анализ состояния процесса производства, в
цехе; управление качеством продукции; реше-
ние задач внутрицехового хозяйственного рас-
чета.
Самый нижний (первый) уровень обес-
печивает автоматизацию оперативного управ-
ления производственными участками. При
этом выполняются такие функции, как расчет
сменно-суточного задания по бригадам и ра-
бочим местам; учет, контроль и анализ со-
стояния процесса производства на участке;
расчет потребности в ресурсах для выполнения
производственных заданий участков; коорди-
нация деятельности на рабочих местах; опера-
тивное управление технологическими процес-
сами в реальном масштабе времени; автомати-
зированный сбор и передача в АСУ производ-
ством первичной информации о ходе произ-
водственного процесса.
Декомпозиция по структурному принци-
пу, вносящая определенный порядок и сопод-
чинение в пределах ПАСУ, имеет, тем не ме-
нее, умозрительный характер, поскольку ни в
организационной структуре производства, ни в
составе проектной документации обычно не
предусмотрено такой единицы, как "уровень".
Необходимость обеспечения поэтапного
ввода и функционирования ИАСУ, а также
выполнения отдельных частей разработки раз-
личными фирмами обуславливает декомпози-
цию по функциональному признаку, т.е. раз-
деление ИАСУ на подсистемы, каждая из ко-
торых представляет собой самостоятельную
единицу с точки зрения выполняемых ею
функций и ее эксплуатации. Такие системы
могут быть резидентными на нескольких из
рассмотренных выше уровней и являются от-
дельными проектными единицами. Они могут
разрабатываться самостоятельно и вводиться в
действие как по отдельности, так и вместе, в
различных последовательности и сочетаниях.
При разработке этих подсистем соблюдается
концептуальное единство, информационная
совместимость и единство используемой про-
граммно-аппаратной базы.
Обычно в современных ИАСУ принима-
ется разделение на три функционально закон-
ченные подсистемы, являющиеся объектами
самостоятельного проектирования. Этими
подсистемами являются: автоматизированная
система управления производственно-
хозяйственной деятельностью (АСУ ПХД);
автоматизированная система технической
подготовки производства (АС ТПП); автомати-
зированная система управления производст-
венным циклом (АСУ АП).
Головным компонентом ИАСУ, обеспе-
чивающим автоматизацию управления на всех
уровнях, является АСУ ПХД, так как именно
решения, вырабатываемые в ней, определяют
целевые функции деятельности всех других
компонентов и формируют программы функ-
ционирования двух других подсистем.
Обычно в составе АСУ ПХД, построен-
ной по модульному принципу на базе типовых
проектных решений, реализуются подсистемы
технико-экономического планирования,
управления коммерческой деятельностью
(включая маркетинг, материально-техническое
снабжение, реализацию готовой продукции),
оперативного управления производством,
бухгалтерского учета, управления качеством
продукции, управления кадрами, управления
вспомогательным производством (инструмен-
тальным и энергетическим хозяйством, транс-
портом, ремонтным обслуживанием).
АС ТПП представляет собой интегриро-
ванную систему, объединяющую в себе функ-
ции конструкторской и технологической под-
готовки производства. Входящая в нее система
автоматизированного проектирования комет-
290
Глава 1.8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ
рукций изделий (САПР-К) разрабатывает сбо-
рочные чертежи и спецификации изделий, а
также рабочие чертежи входящих в них дета-
лей.
Система САПР-К может использоваться
как автономно, так и совместно с системой
автоматизированного проектирования техно-
логических процессов (САПР-Т). Последняя
осуществляет автоматизированное проектиро-
вание маршрутных, маршрутно-операционных
и операционных технологических процессов и
выпуск в случае необходимости соответствую-
щей технологической документации
(маршрутных, маршрутно-операционных и
операционных карт, спецификаций оснастки,
комплектовочных карт и др. ) для всех техно-
логических переделов (заготовительных опера-
ций, механической и термической обработки,
сборки и др.).
Следующее звено АС ТПП - САПР тех-
нологических наладок и другой оснастки, в
том числе зажимных установочных приспособ-
лений. С ее помощью создается сборочный
чертеж и спецификация приспособления.
Завершающим компонентом АС ТПП
является система автоматизированной подго-
товки управляющих программ, ориентирован-
ная на оборудование с ЧПУ, используемое в
автоматизированном производстве.
Таким образом, АС ТПП обеспечивает
автоматизацию всего цикла технической под-
готовки производства изделия в условиях
многономенклатурного позаказного производ-
ства.
Последняя из входящих в состав ИАСУ
функциональных подсистем - АСУ АП - обес-
печивает комплексное управление автоматизи-
рованным производством, включая диспетчер-
ское управление, управление гибкими произ-
водственными участками (ГАУ) обработки и
сборки, управление процессами комплектова-
ния заказов и подготовки инструмента и осна-
стки, управление автоматизированными скла-
дами и транспортной системой, управление
обслуживанием и эксплуатацией оборудова-
ния.
Указанные подсистемы могут внедряться
и эксплуатироваться автономно, однако долж-
на быть обеспечена их техническая, ин- фор-
мационная и функциональная совместимость.
Декомпозиция ИАСУ по организацион-
ному признаку соответствует описанной выше
декомпозиции по функциональному признаку.
В отличие от обычно принятой концентрации
работ, связанных с информационной техно-
логией на машиностроительном предприятии,
в общезаводском вычислительном центре по
мере распространения автоматизации обработ-
ки информации на все этапы производствен-
ного процесса ИВЦ должны специализиро-
ваться и ориентироваться на дифференциро-
ванные группы абонентов. Поэтому в условиях
компьютеризованного интегрированного про-
изводства создаются несколько специализиро-
ванных центров обработки информации, каж-
дый из которых должен решать вопросы, свя-
занные с определенной группой производст-
венных служб.
Характерным примером такого рода
комплекта центров являются следующие:
1) инженерно-экономический центр, вклю-
чающий в себя инженерную службу, бюро
маркетинга и рекламы, финансово-сбытовое
бюро, отдел сервисного обслуживания заказ-
чиков; 2) центр обеспечения функционирова-
ния автоматизированного производства, вклю-
чающий в себя конструкторско-технологи-
ческий отдел, бюро обеспечения инструмен-
том, бюро технико-экономического планиро-
вания, планово-производстаенное бюро;
3) центр технического обслуживания автомати-
зированного производства с инженерной
службой и специализированными подразделе-
ниями; 4) центр обеспечения производства,
включающий бюро материально-технического
снабжения, бюро кооперации, службу управ-
ления межпроизводственной автоматизиро-
ванной транспортно-складской системой; 5)
центры управления механообрабатывающим и
сборочным производствами, включающие пла-
ново-диспетчерские бюро, бюро управления
заготовительным производством, бюро техно-
логического сопровождения, участки инстру-
ментальной подготовки, участки проектирова-
ния и сборки приспособлений; 6) координа-
ционно-диспетчерский центр.
В такого рода автоматизированных про-
изводствах возможны два варианта прохожде-
ния заказа: выполнение разового или повтор-
ного заказа.
При выполнении разового заказа, заявка
от заказчика, содержащая технические требо-
вания на заказываемое изделие, поступает в
инженерно-экономический центр, откуда по-
ступает запрос в архив договоров. После про,-
верки оригинальности заказа он передается в
конструкторско-технологический отдел, где
прорабатывается возможность его выполнения
и подбираются типовые конструкторские и
технологические решения. Затем информация
о заказе поступает в бюро обеспечения инст-
рументом, где проверяется возможность уком-
плектования (изготовления или приобретения)
заказа инструментом и оснасткой, в бюро тех-
нико-экономического планирования, где оп-
ределяется возможный срок изготовления и
составляется сметная документация, а также в
планово-производственное бюро, где проверя-
ется реальность требуемых сроков выпуска.
Далее все эти данные поступают в фи-
нансово-сбытовое бюро для проработки и
оформления договора, после заключения ко-
торого открывается заказ. Выполнять его на-
чинает конструкторско-технологический отдел,
МНОГОУРОВНЕВЫЕ ИЕРАРХИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
291
где разрабатывается технологическая докумен-
тация, и выявляется вся информация, необхо-
димая при подготовке управляющих программ
для станков с ЧПУ. Одновременно заказ по-
ступает в плановые службы, где осуществляют-
ся необходимые включения в производствен-
ную программу. Из конструкторско-
технологического отдела документация посту-
пает в бюро обеспечения инструментом, где
подготавливается комплектование заказа инст-
рументом.
По завершении технологической подго-
товки производства заказ снова направляется в
планово-производственное бюро, где включа-
ется в соответствующие квартальные, месяч-
ные и суточные планы. В процессе производ-
ства эти планы оперативно корректируются на
основе результирующей информации о ходе
производства, поступающей из координацион-
но-диспетчерского центра. В свою очередь
текущие данные о выполнении планов посту-
пают в координационно-диспетчерский центр
для выдачи команд на запуск деталей и в бюро
управления заготовительным производством
для составления плана производства заготовок
и их поставки в соответствии с этим планом.
Координационно-диспетчерский центр
формирует команды на запуск деталей в обра-
ботку, направляемые в центр управления ме-
ханообрабатывающим производством. Туда же
передаются исходные технологические данные
и данные для разработки управляющих про-
грамм, на основании которых формируется
библиотека управляющих программ.
Изготовленные детали поступают на
склад готовых деталей. В соответствии с пла-
нами выпуска центр управления сборочным
производством комплектует детали согласно
заказу и организует работы по сборке изделия.
Сведения о фактическом ходе производства
передаются в координационно-диспетчерский
центр. Собранные изделия поступают на склад
готовой продукции. Сведения о ее наличии и
поступлении на склад передаются в финансо-
во-сбытовое бюро, где оформляется передача
готовой продукции заказчику. Сведения об
этом также передаются в координационно-
диспетчерский центр.
Если поступает заказ на ранее изготов-
лявшееся изделие, то после обращения в архив
договоров и выяснения факта выполнения
подобного заказа в прошлом этот заказ также
передается в бюро технико-экономического
планирования.' Из дальнейшей процедуры
выполнения заказа исключаются действия,
связанные с новыми конструкторскими и тех-
нологическими разработками. Действия же,
связанные с организацией, планированием и
Управлением производством и взаимодействи-
ем с заказчиком, осуществляются подобно
описанному выше.
Технически подобная ИАСУ реализуется
в виде комплекта автоматизированных рабочих
мест (АРМов) специалистов по различным
аспектам управления производством. Различ-’
ные АРМы объединяются вычислительной
сетью, обычно представляющую собой трех-
уровневую гиперсеть, в состав которой входит
ряд проблемно-ориентированных локальны*
вычислительных сетей (ЛВС). Нижний уро-
вень гиперсети охватывает ЛВС производст-
венных участков, средний уровень - ЛВС це-
хов и производства, верхний уровень пред-
ставляет собой общезаводскую сеть.
Таким образом, основная цель создания
подобных ИАСУ - это достижение эффекта
интеграции, когда совокупная эффективность
взаимодействующих компонентов превышает
совокупность эффективностей от каждого из
них, действующего отдельно.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Базовый интерфейс логического ин-
формационного обмена персональных ЭВМ с
УЧПУ и терминалами. М.: ЭНИМС, 1992. 44с.
2. Гибкие производственные системы
Японии / Под. ред. П. Ю. Лищинского. М.:
Машиностроение, 1987. 250 с.
3. Горнев В. Ф. и др. Оперативное управ-
ление в ГПС. М.: Машиностроение, 1990.
254 с.
4. Донской Н. В. и др. / Под ред. По-
здеева А. Д. Комплектные системы управления
электроприводами. Системы управления элек-
троприводом тяжелых металлорежущих стан-
ков. М.: Энергия, 1980. 288 с.*
5. Ефимов В. Н. Линейный фазовый дат-
чик повышенной точности. Ц Станки и инст-
румент, 1971. № 5. С. 12 - 14.
6. Карданскнй Л. Л., Найднн Ю. В., Чу-
даков А. Д. Централизованное управление
машиностроительным оборудованием от ЭВМ.
М.: Машиностроение, 1977. 264 с.
7. Кузнецов Е. А., Нисман М. Г.,
Палк К. И. Линейный индуктивный измери-
тельный преобразователь // Станки и инстру-
мент. 1975. № 7. С. 17-19.
8. Путл В. Э., Пигёрт Р., Сосонкин В. Л.
Автоматические станочные системы. М.: Ма-
шиностроение, 1982. 320 с.
9. Ратмиров В. А. Основы программного
управления станками. М.: Машиностроение,
1978. 240 с.
10. Соломенцев Ю. М., Сосонкин В. Л.
Управление гибкими производственными сис-
темами. М.: Машиностроение, 1988. 552 с.
11. Сосонкин В. Л. Микропроцессорные
системы числового программного оправления
станками. М.: Машиностроение, 1985. 288 с.
12. Сосонкин В. Л. и др. / Под ред.
В. Л. Сосонкина. Числовое программное
управление станками. М.: Машиностроение,
1981. 398с.
292
Глава 1.9. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
13. Судов Е. В. Управление транспортно-
складской системой автоматизированного
производства. СТИН. № 6. 1994. С. 14 - 16.
14. Трофимов П. В., Чудаков А. Д.
Управление работой автоматических линий
непосредственно от ЭВМ. М.: НИИМАШ,
1974. 71 с.
15. Формат идентификации текста ин-
формационных сообщений, передаваемых по
канала связи между ЭВМ и ЧПУ: Методиче-
ские рекомендации. М.: ВНИИТЭМР, 1985.
16 с.
16. Черпаков Б. И., Судов Е. В. Роль
ИАСУ в функционировании автоматизирован-
ных заводов // Интегрированная АСУ автома-
тизированных производств. М.: ЭНИМС,
1992. С. 3 - 4.
17. Черпаков Б. И. Эксплуатация автома-
тических линий. М.: Машиностроение, 1978.
248 с.
18. Чудаков А. Д. Системы управления
гибкими комплексами механообработки. М.:
Машиностроение, 1990. 240 с.
19. Чудаков А. Д., Фалевич Б. Я. Автома-
тизированное оперативно-календарное плани-
рование в гибких комплексах механообработ-
ки. М.: Машиностроение, 1986. 224 с.
20. Чудаков А. Д. Информационное
обеспечение и планирование в ГПС механооб-
работки. М.: НИИТавтопром, 1990. 53 с.
Глава 1.9
АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
1Л.1. ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОЙ И СТАБИЛЬНОЙ
РАБОТЫ СТАНКОВ
Для выполнения этих функций станки
конструируют с набором устройств и диагно-
стических датчиков, обеспечивающих прохож-
дение материальных и информационных пото-
ков. Уровень автоматизации конкретного
станка является технике-экономической зада-
чей. Максимальный уровень автоматизации
закладывают для станка, работающего в
"безлюдном или малолюдном функционирова-
нии", а минимальный - для станка с ручным
управлением, который постоянно обслуживает
рабочий.
В табл. 1.9.1 приведен перечень матери-
альных потоков, необходимых для функцио-
нирования станка, а в табл. 1.9.2 - устройства
диагностики состояния металлорежущего стан-
ка.
На рис. 1.9.1 приведена принципиальная
схема металлорежущего станка, оснащенного
адаптивной системой управления. Станок
снабжен измерительной головкой ИГ и бло-
ком коррекции БК, расположенным в системе
управления. От датчиков в БК поступают сиг-
налы о температуре в шпиндельном узле Сшп,
крутящем моменте Мкр и частоте вращения
шпинделя Лщп, амплитудах вибрации узлов
Лв, температуре детали /дет и погрешностях ее
размеров 8/ длины и 8/j диаметра, а также о
температуре в стыках узлов и рассогласова-
нии в приводах А. Процедура адаптаций со-
стоит в том, что сначала выполняют пробный
проход (или обрабатывают первую заготовку),
а затем измеряют обработанные поверхности,
определяют контрольные параметры, т.е. по-
лучают достаточную информацию, необхо-
димую для коррекции управляющей про-
граммы.
1.9.1. Перечень материальных потоков,
необходимых для функционирования
металлорежущего оборудования
Поток Характеристика потока Техническое средство реализации
Заготовок Ре1улярный дискретный (непрерывный) Загрузочное устройство
Годных изделий То же Разгрузочное устройство
Брако- ванных изделий Периодичес- кий Вручную
Инстру- ментов: новых изношен- ных н •1 Инструмен- тальный ма- газин с уст- ройством загрузки- разгрузки
сож Регулярный Система по- дачи СОЖ
Отходов Периодичес- кий (регулярный) Конвейер отвода стружки
Другая группа адаптивных систем пред-
назначена для управления режимами резания,
что обеспечивает, кроме выполнения техно-
логической наладки, защиту станка от перегру-
зок и, следовательно, от поломок. В этом слу-
чае в станке установлены различные датчики
(сил, мощности, вибрации др.), которые пере-
дают в систему управления информацию о
фактическом протекании процесса резания.
Система управления в соответствии с выбран-
ными критериями назначает или уточняет
режимы обработки. Такой метод (при участии
системы стабилизации температуры) позволяет
успешно защищать оборудование от поломок.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОЙ И СТАБИЛЬНОЙ РАБОТЫ СТАНКОВ
293
1.9.2. Устройства диагностики состояния металлорежущего станка
Контрольные системы станка Назначение диагности- ческого устройства на станке Единица измере- ния контроли- руемого параметра Точность контролируе- мого параметра Место расположения диагностического устройства
Материаль- ных потоков Контроль наличия заготовок Счет числа обрабо- танных деталей Счет числа брако- ванных изделий Давление СОЖ Функционирование конвейера отвода стружки шт. / масса •1 •t МПа ± 10 % В загрузочном уст- ройстве На станке Вне станка На станке На конвейере отвода стружки
Технического состояния Контроль размеров и взаимного распо- ложения поверх- ностей: заготовок деталей м мкм ±20 % ±5 % На станке; на измерительной позиции у станка
Контроль шерохова- тости и волнистости детали По ГОСТ 2789-73 ± 10 % На измерительной позиции у станка
Контроль силы ре- зания Н ± 10 % На станке
Контроль мощности двигателя при реза- нии кВт ± 10 % На станке
Контроль нагрева узлов станка Температура ±2° На станке
Контроль нагрева СОЖ То же ±2° На станке
Учет стойкости кон- кретного инстру- мента мин. работы ± 10 % На станке
Учет наличия ин- струментов опреде- ленной номенкла- туры в инструмен- тальном магазине - - В магазине
Контроль передачи на станок опреде- ленной управляю- щей программы - - На станке
294
Глава 1.9. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
Продолжение табл. 1.9.2
С Контрольные системы станка Назначение диагности- ческого устройства на станке Единица измере- ния контроли- руемого параметра Точность контролируе- мого параметра Место расположения диагностического устройства
Производст- венной среды (вне станка) Контроль функцио- нирования вентиля- торов, фильтров, выпускных отвер- стий, заслонок для поддержания темпе- ратуры на участке механической обра- ботки Температура ±2° В цеху
Контроль темпера- туры на участке сборки То же ± 1° *
Контроль темпера- туры на участке фи- нишной механичес- кой обработки ± 1°
Контроль темпера туры в зоне распо- ложения измери- тельных устройств и КИМ ± 0,5°; ± 0,25° при подъ- еме на 1 м в высоту
Контроль функцио- нирования вентиля- торов, фильтров, выпускных отверс- тий, заслонок для обеспечения чисто- ты воздуха в цехе Наличие час- тиц в 1 м3 воз- духа размером более 0,5 мкм 1 м3 возду- ха должен содержать до 10000 частиц раз- мером бо- лее 0,5 мкм
Рис. 1.9.1. Принципиальная схема металлорежущего станка, оснащенного адаптивной системой управления
ЗАГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
295
1.9.2. ЗАГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Общие принципы конструирования и рас-
четов. Стационарные загрузочно-разгрузочные
устройства (ЗРУ) - это механизмы, предназна-
ченные для автоматической установки (в за-
жимное приспособление или в рабочую зону
станка) заготовки и снятия детали [24].
На рис. 1.9.2 и в табл. 1.9.3 приведены
типовые компоновки станок-ЗРУ. Специфика
проектирования ЗРУ к металлорежущим стан-
кам подробно рассмотрена в [2, 7, 9, 10, 29].
В дальнейшем будут рассмотрены вопро-
сы проектирования совместной работы ЗРУ и
станка. Конструктор станка выбирает ЗРУ и
создает систему станок-ЗРУ. Основные требо-
вания, предъявляемые к ЗРУ: минимальное
время, затрачиваемое на загрузку-выгрузку;
высокая надежность работы; обеспечение за-
данной точности установки в зажимном при-
способлении; недопустимость появления в
результате загрузки-выгрузки внешних дефек-
тов (забоин, вмятин и т.д.) на детали. Конст-
рукцию ЗРУ определяют форма и размеры
заготовки, способ ее обработки, тип оборудо-
вания, заданные производительность, точность
и другие факторы.
Рис. 1.9.2. Примеры типовых компоновок "станок-ЗРУ":
а - автооператор токарного автомата 1 - подводящий лоток; 2 - заготовка; 3 - отсекатель; 4 - питатель;
5 - многошпиндельный токарный автомат, 6 - заготовка; 7 - отводящий лоток,
о - бункерное ЗРУ для бесцентрового круглошлифовального автомата, работающего однократно "на проход";
1 - ковш; 2 - подъемник; 3 - бункер; 4 - валковый механизм, 5 - станок, работающий "на проход”;
в - транспортно-загрузочное устройство бесцентрового крутлошлифовального автомата, работающего
многократно "на проход" 1 - двухвалковое загрузочное устройство, 2 - подъемник; 3 - гидрозамедлитель;
4 - наклонный лоток, огибающий станок, 5 - станок, налаженный "на проход"; б - выталкиватель;
7 - двухвалковое разгрузочное устройство
296 Глава 1.9. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
1.9.3. Типовые компоновки "станок-ЗРУ"
Классификационная структура. Название. Принципиальная схема Область применения. Преимущества и недостатки
1 2
ЗРУ встроено в станок (имеют общий привод механизмов ЗРУ и станка) Пример: автооператор токарного автомата (рис. 1.9.2, а) Все виды металлорежущих станков при за- грузке ориентированными штучными заго- товками небольшой массы. Преимущества: экономия производственной площади, относительно меньшая металлоем- кость, конструктивная простота. Недостатки: ограниченное накопление заго- товок в ЗРУ; специальная конструкция, от- сутствие защиты от стружки и СОЖ
ЗРУ установлено рядом со станком, выпол- няющим однопроходную обработку заготовок Пример: бункерное ЗРУ для бесцентрового круглошлифовального автомата, работающего на проход (рис. 1.9.2, б) Все виды металлорежущих станков при за- грузке штучными заготовками малой и сред- ней массы с ориентацией или без нее. Преимущества: защита от стружки и СОЖ; возможность компоновки из типовых узлов ЗРУ. Недостатки: большая площадь, конструктив- ная сложность
ЗРУ установлено рядом со станком для много- проходной обработки заготовок Пример: транспортно-загрузочное устройство бесцентрового круглошлифовального автома- та, работающего на проход (рис. 1.9.2, в) Все виды металлорежущих станков, обработ- ка на которых проводится партиями, требует многопроходности без изменения ориента- ции заготовок. Преимущества: экономия площади (по срав- нению с использованием нескольких стан- ков для последовательной обработки). Недостатки: специальная конструкция; огра- ниченное накопление заготовок в транс- портном устройстве
Точность позиционирования ЗРУ оцени-
вают отклонением (мкм) центра рабочего ор-
гана с захватными устройствами от заданного
положения при многократном повторении.
Она зависит от размерных отклонений поло-
жений заготовки на промежуточных операци-
ях, а также от погрешностей работы устройст-
ва. Допустимая погрешность установки за-
готовки определяется суммой составляющих
погрешностей (с учётом направления воздей-
ствия)
S = 6H + 83 + 6n + 6K,
где б,, - погрешность позиционирования, свя-
занная с нежесткостью узлов ЗРУ и зависящая
от их размера и инерционных сил (для уст-
ройств, работающих по жестким упорам, по-
грешность позиционирования составляет
± 0,2 м); 63 - погрешность положения заготов-
ки в захватном устройстве; захватные устрой-
ства, действующие от самостоятельных приво-
дов, обеспечивают более точную и надежную
фиксацию заготовки, для них 63 ~ 0. При ис-
пользовании для зажима механизмов с пружи-
ной (резиной) точность позиционирования
ЗАГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА 297
заготовки уменьшается. Погрешность на
промежуточных позициях зависит от конст-
рукции подводящих устройств.
Отклонение от концентричности базы
заготовки 8К относительно поверхности захвата
зависит от вида заготовки и способа ее обра-
ботки. Наименьшая погрешность по этому
параметру обеспечивается при возможности
зажима заготовки по обработанной базовой
поверхности.
В табл. 1.9.4 приведена классификация
заготовок для автоматического ориентирова-
ния, исходная при конструировании ЗРУ для
металлорежущего станка.
В табл. 1.9.5 приведены типы ЗРУ, вы-
бираемые в зависимости от требований к ори-
ентации заготовок при их подаче на станок.
В случае неустойчивого положения при транс-
портировании заготовки используют - приспо-
собления-спутники, в т.ч. только для выпол-
нения транспортных операций. На рис. 1.9.3, а
показано приспособление-спутник для транс-
портирования и обработки корпусных деталей,
а на рис. 1.9.3, б - приспособление-спутник
для транспортирования деталей типа валов,
когда ось заготовки вертикальна. Для конст-
руирования ЗРУ различают три способа транс-
портирования заготовок: гравитационный -
под действием силы тяжести самих заготовок;
полусамотечный - под действием силы тяже-
сти заготовок и использовании дополнитель-
ных устройств для уменьшения силы трения
при их перемещении, например роликов в
лотках; принудительный - под действием
внешней силы.
Полусамотечный способ используют в
ЗРУ для небольших некатящихся деталей типа
тел вращения, например поршней, переме-
щающихся по торцам, когда в лотковых сис-
темах заготовка скользит на свободно вра-
щающихся роликах.
Гравитационный способ применяют
только для перемещения катящихся деталей,
и, как правило, на небольшое расстояние.
Ограничение-возрастание скоростей переме-
щения, при которых возникают забоины и
Другие дефекты на деталях.
Типовые конструкции "ЗРУ. Проектирова-
ние системы станок-ЗРУ заключается в выборе
Для станка, в зависимости от заготовки, ЗРУ. >
Конструктивно ЗРУ состоит из накопителя
заготовок (в виде бункера для магазина), за-
хватно-ориентирующего механизма, питателя,
кантователя (при необходимости), отсекателя,
приводных и передающих механизмов. Мно-
гие типовые конструкции ЗРУ изготовляют
серийно и по заказам на специализированных
заводах. Однако для системы станок-ЗРУ не-
обходимо выбирать ЗРУ конкретно в каждом
случае, с учетом специфики подачи заготовок
(непрерывно или циклически), вида заготовок
(материал, свернутый в бунт или рулон; для
пруткового материала, для штучных загото-
вок).
Загрузка бунтового и пруткового мате-
риала обычно производится механизмами пи-
тания, установленными вне станка [2].
На рис. 1.9.4 и в табл. 1.9.6 приведены
примеры типовых конструкций ЗРУ для штуч-
ных заготовок и рекомендации по их приме-
нению в различных типах металлорежущих
станков.
Требования к металлорежущему станку,
ЗРУ и заготовкам для обеспечения автоматиче-
ского цикла. Требования к станку. Станок
должен иметь автоматическую систему для
управления циклом, остановкой и пуском
шпинделя и работой зажимного приспособле-
ния. Рабочая зона станка, должна обеспечи-
вать сход стружки, автоматизированное удале-
ние ее из рабочей зоны, средства защиты от
поступления СОЖ.
Требования к ЗРУ относят как к
накопителю (бункеру, магазину), передающему
заготовки из емкости в станок лотком, диском
и пр., так и к автооператору с механизмами
загрузки и разгрузки.
Для загрузки цилиндрических заготовок,
например, под токарную обработку, для случа-
ев, когда стружка не оказывает существенного
влияния на работу устройства, ЗРУ должно
выполнять минимум движений за цикл.
При использовании заготовок, имеющих
сливную стружку, простота и дешевизна ЗРУ
не являются решающими факторами. ЗРУ
целесообразно сконструировать так, чтобы они
располагались вне рабочей зоны, а его меха-
низмы входили в эту зону на короткое время.
Устройство и его детали не должны мешать
сходу стружки и доступу к инструменту- Заго-
товка перемещается в рабочей зоне принуди-
тельно, чтобы случайная стружка не нарушила
цикл. СОЖ и грязь не должны попадать на
датчики ЗРУ. Для качественной промывки
патрона перед загрузкой очередной заготовки
необходимо включить вращение шпинделя.
В ряде случаев ЗРУ с большим числом движе-
ний более сложное, дорогое, но менее чувст-
вительное к грязи и стружке, а следовательно,
и более надежное. Устройство должно иметь
предохранительное звено, исключающее его
поломку.
Несовмещенное время цикла работы ЗРУ
должно быть меньше времени рабочего цикла
станка, в противном случае будет ограничена
производительность станка и применение его
окажется экономически нецелесообразным.
298
Глава 1.9. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
зАГРУзочно-РАзпздяида устройства
299
Характеристика заготовки
Симметричная, имеющая кроме оси враще-
ния (ось симметрии) плоскость симметрии,
перпендикулярную оси
Имеет только ось вращения
Имеет две плоскости симметрии: проходящую
через ось вращения и перпендикулярную к
оси
Имеет одну плоскость симметрии, проходя-
щую через ось вращения
1.9.4. Классификация заготовок для автоматического ориентирования
Вторичное ориентирование
Заготовки тела вращения
Положение заготовки
Порядок ориентирования
Не требуется
Совместить ось вращения с
одной из координат (осью X)
Совместить ось вращения с
одной из координат, а в
случае необходимости вто-
ричного ориентирования
повернуть заготовку в гори-
зонтальной плоскости на
180°
Совместить ось вращения
заготовки с осью X
(первичное ориентирование)
и повернуть заготовку в
плоскости перпендикуляр-
ной оси (вторичное ориен-
тирование)
Три ступени ориентирова-
ния: совместить ось враще-
ния заготовки с осью X
(первичное ориентирова-
ние), повернуть ее в гори-
зонтальной плоскости XOY
на 180° (первая ступень вто-
ричного ориентирования) и
повернуть ее на некоторый
угол в плоскости, перпенди-
кулярной к оси OY (вторая
ступень вторичного ориен-
тирования)
298
Глава 1.9. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
ЗАГРУЗОЧНО-РАЗГРадОЯЮЮ УСТРОЙСТВА
299
Характеристика заготовки
Симметричная, имеющая кроме оси враще-
ния (ось симметрии) плоскость симметрии,
перпендикулярную оси
Имеет только ось вращения
Имеет две плоскости симметрии: проходящую
через ось вращения и перпендикулярную к
оси
Имеет одну плоскость симметрии, проходя-
щую через ось вращения
1.9.4. Классификация заготовок для автоматического ориентирования
Вторичное ориентирование
Заготовки тела вращения
Положение заготовки
Порядок ориентирования
Не требуется
Совместить ось вращения с
одной из координат (осью X)
Совместить ось вращения с
одной из координат, а в
случае необходимости вто-
ричного ориентирования
повернуть заготовку в гори-
зонтальной плоскости на
180°
Совместить ось вращения
заготовки с осью X
(первичное ориентирование)
и повернуть заготовку в
плоскости перпендикуляр-
ной оси (вторичное ориен-
тирование)
Три ступени ориентирова-
ния: совместить ось враще-
ния заготовки с осью X
(первичное ориентирова-
ние), повернуть ее в гори-
зонтальной плоскости XOY
на 180° (первая ступень вто-
ричного ориентирования) и
повернуть ее на некоторый
угол в плоскости, перпенди-
кулярной к оси OY (вторая
ступень вторичного ориен-
тирования)
300
Глава 1.9. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
ЗАГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
301
Продолжение табл. 1.9.4
Характеристика заготовки Вторичное ориентирование Положение заготовки Порядок ориентирования
Имеет три плоскости симметрии, у которых Плоские заготовки Одна ступень ориентирования
все три координатных размера существенно
отличаются друг от друга
Имеет две или три плоскости симметрии при
двух близких или равных координатных раз-
мерах
Заготовки поворачивают в одной плоскости на один угол (90°
или 180°); необходимо вторичное ориентирование
Имеет две плоскости симметрии с двумя
близкими размерами
Заготовки поворачивают в одной плоскости ZOY на разные
углы (90, 180, 270°); необходимо вторичное ориентирование
Имеет одну плоскость симметрии, у которой
все три Координаты отличаются друг от друга:
L > Н > В ч.
Имеет одну плоскость симметрии с двумя
близкими координатными размерами *2
Заготовки поворачивают в двух координатных плоскостях на
постоянный угол; необходимо вторичное ориентирование
Заготовки поворачивают в двух координатных плоскостях: в
одной на постоянный угол, в другой на разные углы (90, 180,
270°); необходима вторичная ориентация
♦*, *2 Заготовки трудно поддаются автоматическому ориентированию; наиболее надежный способ вторичного ориентирования для них - контроль положения датчика с
подачей соответствующих команд на повороты в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Ряд таких устройств приведен в [2, 5, 9, 25].
Примечание. В таблицу включены только наиболее часто встречающиеся формы заготовок.
300
Глава 1.9. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
ЗАГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
301
Продолжение табл. 1.9.4
Характеристика заготовки Вторичное ориентирование Положение заготовки Порядок ориентирования
Имеет три плоскости симметрии, у которых Плоские заготовки Одна ступень ориентирования
все три координатных размера существенно
отличаются друг от друга
Имеет две или три плоскости симметрии при
двух близких или равных координатных раз-
мерах
Заготовки поворачивают в одной плоскости на один угол (90°
или 180°); необходимо вторичное ориентирование
Имеет две плоскости симметрии с двумя
близкими размерами
Заготовки поворачивают в одной плоскости ZOY на разные
углы (90, 180, 270°); необходимо вторичное ориентирование
Имеет одну плоскость симметрии, у которой
все три Координаты отличаются друг от друга:
L > Н > В ч.
Имеет одну плоскость симметрии с двумя
близкими координатными размерами *2
Заготовки поворачивают в двух координатных плоскостях на
постоянный угол; необходимо вторичное ориентирование
Заготовки поворачивают в двух координатных плоскостях: в
одной на постоянный угол, в другой на разные углы (90, 180,
270°); необходима вторичная ориентация
♦*, *2 Заготовки трудно поддаются автоматическому ориентированию; наиболее надежный способ вторичного ориентирования для них - контроль положения датчика с
подачей соответствующих команд на повороты в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Ряд таких устройств приведен в [2, 5, 9, 25].
Примечание. В таблицу включены только наиболее часто встречающиеся формы заготовок.
302
Глава 1.9. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
1.9.5. Типы ЗРУ в зависимости от требований к ориентации заготовок
Тип устройства Способ сосредоточения заготовок и их ориентация Область применения
s: Запас заготовок в магазине располагают в один ряд; заготовкам придают ориен- тацию. В рабочую зону станка заготовки передает питатель непосредственно из магазина Преимущественно для катящихся заготовок, а также для плоских и кор- пусных заготовок простой формы
Запас 'заготовок сосредота- чивают в емкости магазина в несколько рядов, придав им ориентацию. Заготовки из магазина поступают в накопитель, а из него пита- телем - в рабочую зону станка Для стержневых заготовок, когда бункерные устройст- ва экономически нецеле- сообразны, а также для плоских и корпусных заго- товок простой формы
и» 41* у. Запас заготовок в бункере расположен беспорядочно (навалом). Ориентация за- готовок осуществляется специальным механизмом, из которого они поступают в накопитель, а из него питателем перемещаются в рабочую зону станка Для заготовок, допускаю- щих сосредоточение нава- лом. Рентабельны в круп- носерийном и массовом производстве
Обозначение: 1 - магазин; 2 - емкость; 3 - бункер; 4 - накопитель; 5 - питатель.
о)
Рис. 1.9.3. Транспортные приспособления - спутники для заготовок:
а - корпусных деталей; б - деталей типа вал-шестерня:
1 - гибкая стальная лента; 2 - приспособление - спутник; 3 - ролики;
4 - захватное устройство; 5 - плита; 6 - стойка
Рис. 1.9.4. Типовые конструкции ЗРУ:
а - автоматический бункер цепной с траками: 1 - станина; 2 - натяжное устройство цепи;
3 - цепь (с траками); 4 - ворошитель; 5 - пульт управления;
6 - чаша бункера; 7 - лоток возврата заготовок; 8 - натяжное устройство;
9 - привод цепи; 10 - отводящий лоток; 11 - планка трака; 12 - заготовки;
б - вибрационный бункер: 1 - чаша бункера; 2 - спиральный лоток; 3 - днище;
4 - якорь вибратора; 5 - сердечник электромагнита; 6 - катушка электромагнита; 7 - плита;
8 - основание бункера; 9 - нижний башмак;
10 - пружина; 11 - резиновый амортизатор; 12 - пружинный стержень;
13 - верхний башмак; 14 - алюминиевая прокладка; 15 - вибратор;
16 - приемник выдачи заготовок;
в - автоматический шиберный магазин: 1 - чаша; 2 - отсекатель;
3 - шибер для подачи заготовок;
4 - заготовки; 5 - барабан; 6 - привод барабана;
7 - отводящий конвейер; 8 - привод шибера; 9 - подающий конвейер;
г - автоматический бункер с ножевым захватом: 1 - отводящая трубка (или желоб);
2 - привод ножа; 3 - чаша бункера; 4 - сбрасыватель; 5 - заготовка;
6 - нож для захвата и подачи заготовок;
д - автоматический бункер с дисковым захватом: I - чаша бункера;
2 - заготовка; 3 - диск с радиальными карманами для захвата заготовок;
4 - привод диска; 5 - отводящая трубка; 6 - ворошитель
Глава 1.9. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
к)
Ряс. 1.9.4. Типовые конструкции ЗРУ. Продолжение:
е - шарнирно-балансирный манипулятор: 1 - колонна; 2 - приводной балансировочный механизм;
3 - поворотная шарнирная стрела; 4 - узел управления; 5 - захватное устройство;
ж - автооператор токарного многошпиндельного автомата: 1 - автомат;
2- заготовка; 3 - подводящий лоток; 4 - реечная передача; 5, 12, 13 - гидравлические цилиндры;
6 - отводящий лоток; 7 - кантователь; 8 - ось поворота; 9 - подпружиненные собачки;
10 - отсекатель; 11 - ось питателя; 14 - шпиндельный блок; 15 - питатель; 16 - захват;
з - автооператор внутришлифовального автомата: 1 - лоток; 2 - рычаг;
3 - клиновый упор; 4 - заготовка; 5 - эксцентриковый палец; 6 - качающаяся планка;
7 - деталь; 8 - магнитный патрон; 9 - базирующий элемент; 10 - питатель; 11 - гидравлический цилиндр;
12 - толкатель; 13 - корпус; 14 - отводящий лоток;
и - автооператор одношпиндельного токарного автомата: I - пружина;
2 - патрон; 3 - заготовка; 4 - отводящий лоток; 5 - поворотный питатель;
6 - подводящий лоток; 7, 9, 10 - гидравлические цилиндры; 8 - питатель;
к - автооператор для зубофрезерного станка: 1 - фреза; 2 и 3 - загрузочный и разгрузочный питатели;
4 - заготовка; 5, 7 - кассеты, 6 - деталь; 8 - автомат
ЗАГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
305
3
Рис. 1.9.4. Типовые конструкции ЗРУ. Продолжение:
л - накопитель и загрузочно-разгрузочное устройство горизонтального типа к многоцелевому
сверлильно-фрезерному станку: 1 - поворотный стол- накопитель заготовок и деталей;
2 - приспособление-спутник с заготовкой или деталью; 3 - станок;
4 - перегрузочное устройство для подачи приспособлений-спутников
на станок и обратно на поворотный стол;
гл - накопитель и загрузочно-разгрузочное устройство вертикального типа
к многоцелевому сверлильно-фрезерно-расточному станку:
1 - магазин приспособлений-спутников;
2 - устройство для смены приспособлений-спутников; 3 - станок;
I - V - траектория движения приспособлений-спутников;
и - двухвалковое загрузочное устройство:
1 и 5 - винт; 2 и 3 - направляющие планки;
4 - валки; 6 - тумба; 7 - корпус; 8 - цепная передача;
9 - редуктор; 10 - электродвигатель постоянного тока
306
Глава 1.9. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
Рис. 1.9.4. Типовые конструкции ЗРУ. Окончание:
о - цепное загрузочное устройство: 1 - стойка; 2 - корпус; 3 - цепь;
4 - звездочка; 5 - заготовка; 6 - редуктор с приводом;
п - схема транспортного комплекса для обработки деталей типа прутков:
1 - загрузочное устройство; 2 - транспортное устройство; 3 - бесцентровый круглошлифовальный станок;
4 - отводящее устройство; 5 - разгрузочное устройство;
р - роликовое загрузочное устройство: 1 - стеллаж; 2 - механизм для разбора и поштучной выдачи прутков;
3 - датчик контроля заполнения наклонных лотков; 4 - роликовый транспортер;
5 - гидравлические цилиндры поворота укладчика; 6 - гидростанция;
7 - датчики управления работой цилиндров; 8 - стол; 9 - механизм регулировки стола;
10- червячный редуктор; 11 - трансмиссионный вал; 12- сменные направляющие воронки
ЗАГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА 3Q7
------------—-- - .1ЦР11Ц- д.
1.9.6. Основные рекомендации по применению типовых конструкций ЗРУ
для штучных заготовок
Рис. 1.9.4 Применение
а Для приема, накопления, ориентации и выдачи в лоток (питатель) ЗРУ станка заготовок небольших размеров типа колес, фланцев, клапанов и др.
б Для приема, накопления, ориентации и выдачи мелких заготовок типа шайб, колпачков, пластин и др.
в Для приема и выдачи заготовок типа стержней, валиков, пальцев, втулок и др.
г Для приема, накопления, ориентации и выдачи заготовок типа роликов
д Для приема, накопления, ориентации и выдачи заготовок типа шариков, пальцев, колпачков, шайб и др.
е Для загрузки-разгрузки ориентированных заготовок корпусных деталей, пластин и др. Максимальная грузоподъемность 500 кг. Сменные захваты. Ручное и дистанционное управление
Для загрузки (аналогично выгрузки) многошпиндельных токарных автоматов. Если автооператор имеет механический привод, то он управляется от кулачков распределительного вала автомата. Все механизмы автооператора имеют блокировки, отключающие вращение распределительного вала в случае встречи препятствия. Если автооператор имеет гидравлический или пневматический привод, то применяют последовательное управление с контролем по пути
308 Глава 1 ?-
Продолжение табл. 1.9.(
Рис. 1.9.4 Применение
3 Для загрузки-разгрузки деталей типа колец и втулок
и Для загрузки-разгрузки заготовок и деталей типа колец и втулок
К Для загрузки-разгрузки заготовок и деталей типа фланцев и шестерен
Л, м Для загрузки-разгрузки заготовок и корпусных деталей типа пластин и др., неподвижных при обработке. Магазинное устройство обладает гибкостью функционирования [промежуточное хранение заготовок (деталей), доступ к любому приспособлению-спутнику по кратчайшему пути и др.], возможностью оптимальной конфитурации транспортно-загрузочной системы для рационального использования производственной площади
н Для загрузки-разгрузки заготовок типа колец и втулок диаметром до 360 мм. Подача в станок непрерывным потоком
о Для загрузки-разгрузки заготовок типа мелких валиков, поршневых пальцев и др. с L > (3 ч- 5)Д L - длина заготовки; D - ее диаметр
п Транспортный комплекс состоит из загрузочного, транспортного, отводящего и разгрузочного устройств. На последнем смонтированы измерительные устройства
р Транспортный комплекс состоит из бесцентровых шлифовальных, токарных и других станков для обработки прутков длиной до 9 м
ЗАГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
309
Требования к системе управле-
ния. Для управления ЗРУ применяют центра-
лизованную или путевую системы. При меха-
ническом приводе ЗРУ должно управляться
кулачками распределительного вала станка для
синхронизации движений всех механизмов.
Все механизмы должны иметь блокировки,
отключающие вращение распределительного
вала станка в случае встречи препятствия, ко-
торым может оказаться, например, заклинив-
шая заготовка. При остановке механизма его
привод должен продолжать действовать до
окончания цикла обработки и отвода суппор-
тов и лишь после этого выключить вращение
распределительного вала. При гидравлическом
или пневматическом приводе ЗРУ необходимо
контролируемое по пути зависимое последова-
тельное управление движениями узлов. Начало
работы устройства - команда путевого датчика
станка, фиксирующего окончание предыду-
щего цикла.
Следует избегать применения смешанной
системы управления устройством (частично
централизованного и частично путевого), так
как в этом случае требуются дополнительные
блокировки. ЗРУ должно иметь автоматиче-
ский и наладочный режимы работы.
Требования к заготовкам: наличие
базы для захвата и зажима, отсутствие заусен-
цев. Литые заготовки и поковки в результате
изнашивания моделей или штампов часто
имеют отклонения размеров. При загрузке
таких заготовок надёжность ЗРУ резко снижа-
ется. Поэтому необходим контроль заготовок.
Взаимосвязь структурных схем
станков и ЗРУ. Различные структурные
схемы загрузки и разгрузки применительно к
технологическим схемам обработки и компо-
новкам станков оказывают влияние на выпол-
нение указанных операций по быстродействию
и возможностям их совмещения во времени
при совместной работе. Ряд компоновок ЗРУ
позволяют свести до нуля несовмещенное вре-
мя на загрузочно-разгрузочные операции.
Элементарные схемы транспортных опе-
раций и обработки на автоматах, а также цик-
лограммы их работы при условии равенства
отрезков времени на загрузку, разгрузку, обра-
ботку и межпозиционное транспортирование
приведены в табл. 1.9.7. Обработку на одно-
шпиндельном автомате чередуют с загрузкой и
разгрузкой его (схема а). Время цикла Тп рав-
но сумме отрезков времени на загрузку, обра-
ботку и разгрузку и выражается тремя услов-
ными единицами (Тц — 3), по единице на
каждую операцию.
У автомата, приведенного на схеме б,
частично совмещены во времени загрузка,
разгрузка и обработка. С этой целью в станке
выделена специальная позиция для загрузки и
разгрузки. После обработки заготовки позиции
загрузки и обработки меняются путем поворо-
та их вокруг оси на угол 180°. Время цикла
сокращается на единицу Тп = 2.
В автомате загрузи ; , разгрузке: и
транспортирование совмещены во времени,
схема в. Эти действия производят в одном
направлении, без возвратных движений меха-
низмов. Время цикла сокращено до Тц = 2.
Время цикла можно сократить, если загрузку,
обработку и разгрузку производить при транс-
портировании. Этого можно достичь несколь-
кими путями.
Одношпиндельный станок роторного ти-
па, шпиндель которого вместе с инструментом
совершает непрерывное планетарное движение
вокруг центра, приведен на схеме г. Во время
движения проводят последовательно загрузку,
обработку и разгрузку. Загрузка и разгрузка
происходит при повороте на угол а с помо-
щью вращающихся (роторных) устройств. Но-
минальная производительность QH такого
станка зависит от величины части цикла, при-
ходящейся на загрузку и разгрузку:
где Ф - фонд времени (ч, смена и т.д.); Тр -
время обработки заготовки.
При одинаковом времени на загрузку,
обработку и разгрузку Тц = 3. Для много-
шпиндельного станка, например, с тремя
шпинделями при последовательной загрузке,
обработке и разгрузке (схема д') время на ука-
занные операции будет полностью совмещено
с транспортированием, а номинальная произ-
водительность станка
ф . .
ен = у-(--л).
где i - общее число шпинделей станка; R -
число шпинделей, занятых одновременно заг-
рузкой или разгрузкой при угле а в каждый
данный момент.
Если работа шпинделей по загрузке и
разгрузке осуществляется при части дуги ок-
ружности, некратной общему числу шпинде-
лей, то номинальная производительность
станка
Таким образом, номинальная производи-
тельность станка зависит от угла, при котором
происходит загрузка-разгрузка. Совмещение
времени достигается путем увеличения числа
шпинделей, между которыми последовательно
распределяются установленные функции.
1.9.7. Схемы компоновок автоматов и их циклограммы
Схема загрузки Элементы Циклограмма Тц tx Число шпинделей Производительность, шт.
В единицу времени На один шпиндель
1 2 3 4 5 6 7 8
За1рузка Обработка Разгрузка Транспортире ванне 3 2 1 0,33 0,33
1 • у
а) « г“- ►
1 4^2^ Л) "< >5 Загрузка Разгрузка Обработка Транспортирование 7 Л. ц к 2 1 1 0,5 0,5
” г
f2 Загрузка Разгрузка Транспортирование Обработка 2 1 1 0,5 0,5
в) 7 4 1—♦
Продолжение табл. 1.9.7
1 2 3 4 5 6 7 8
2_У 4И 'а tfl т ’ V Загрузка Обработка Разгрузка Транспортирование 3 2 1 0,33 0,33
г) ♦ г“ ♦
2 д) Bra* 1 V Загрузка Обработка Разгрузка Транспортирование i Тп г 1 0 3 1 0,33
е) Л ^2 Загрузка Обработка Разгрузка Транспортирование Ти « ► 1 0 1 1 1
Обозначение: 1- инструмент; 2 - загрузочное устройство; 3 - заготовка; tx - время вспомогательных переходов цикла <р, мин.
ЗАГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
312
Глава 1.9. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
Полное совмещение во времени загруз-
ки. обработки, разгрузки и транспортирования
достигается в станках, работающих по схеме е.
Заготовка обрабатывается непрерывно в про-
цессе транспортирования. Номинальная про-
изводительность таких станков зависит от до-
пустимой скорости перемещения заготовки:
ен =ф/гр = v/i,
где v - скорость перемещения заготовки; L -
длина заготовки.
В станках (см. схему д) повышение про-
изводительности в сравнении со схемой г дос-
тигается за счет увеличения числа одновре-
менно работающих шпинделей. Чем больше
шпинделей занято обработкой и чем меньше
шпинделей занято загрузкой и разгрузкой, тем
производительность станка выше. Эти поло-
жения справедливы, например, для токарных
многошпиндельных автоматов с периодически
поворачивающимся барабаном. В этих станках
используют одну позицию для загрузки и
разгрузки. Допускают в ряде случаев выделе-
ние двух позиций: одной для загрузки, дру-
гой - для разгрузки.
При применении автооператоров после-
довательность отдельных элементов цикла
совмещена с работой станка и устройства для
межоперационного транспортирования, что
оказывает влияние на общую длительность
цикла. Длительность цикла работы (табл. 1.9.8)
портального автооператора (как и любого
другого) Тзу складывается из времени несов-
мещенных элементов цикла работы устройства
Гн, используемых на загрузочные операции, и
времени совмещенных элементов цикла рабо-
ты устройств Тс, используемых на транспорт-
ные операции: Т^у = Ти + Тс. Во избежание
простоев станка необходимо, чтобы Тс < Тосн,
где Т’осн - основное (машинное) время обра-
ботки заготовки.
При работе портального автооператора
по циклограмме (табл. 1.9.8)
Т’н = h + *2 + h + *4 + Ц + *6 + *7 + *8 +
+ *9 + 710 + ;
Тс = *13 + *14 + *16 + *17 + *18 + *19 + *20 + *21 •
Продолжительность цикла работы портального
автооператора (как и другого загрузочного
устройства) с одним рабочим органом
(табл. 1.9.8) больше цикла работы автоопера-
тора с .двумя рабочими органами на дополни-
тельное несовмещенное время, затрачиваемое
на повторные перемещения рабочего органа в
горизонтальном и вертикальном направлениях
и срабатывание его захватных устройств; из-за
этого увеличиваются простои станка.
Общие рекомендации по расчету произво-
дительности ЗРУ. Производительность
(шт./мин) ЗРУ Пср = Сн (1 - *п), гДе Сн -
номинальная производительность станка или
нескольких параллельно работающих единиц,
обслуживаемых ЗРУ, шт. / мин; Кп - коэффи-
циент нестабильности работы устройства
Хп =0,2 4- 0,3.
Производительность ЗРУ определяет
скорость перемещения заготовок. Ниже при-
ведены формулы для расчета скорости пере-
мещения заготовок и частоты вращения бара-
бана звездочки и прочих элементов в приво-
дах конвейеров и подъемников прерывистого
действия. Скорость (мм/с) перемещения заго-
товки ленточным, цепным, роликоприводным,
вибрационным конвейерами, цепным и виб-
рационным подъемниками v д = Пср££) /
(6ОА\); частота вращения, мин1, приводного
барабана (звездочки, ролика) п = 1000 vp / ltd,
где Пср - производительность транспортного
устройства, шт/мин; - размер заготовки в
направлении движения, мм; - коэффициент
заполнения транспортного устройства заготов-
ками (для ленточных, цепных и вибрационных
конвейеров = 0,95 4- 0,98; для цепных
подъемников с поводками К3 = 0,4 ч- 0,5; с
люльками К3 = 0,2 0,3; d - диаметры при-
водного барабана или начальной окружности
звездочки, мм.
Для двухвалкового конвейера скорость
движения заготовки берется из технологиче-
ской карты обработки. Частота вращения вал-
ков, мин'1
5
Лвал " ^спаУ ’
up
где 5 - подача при обработке детали на бес-
центровых круглошлифовальных станках,
мм / мин; dcp - средний диаметр валка, мм;
а - угол наклона валков; У - коэффициент
скольжения; У = 0,85 0,9. Скорость пере-
мещения заготовок шаговыми конвейерами
определяется скоростью движения штанги и
устанавливается, например, дросселем гидро-
привода ; шаг движения штанги - расстанов-
кой упоров управления.
Скорость перемещения заготовок пере-
кладывающими, пилообразными, гребенчаты-
ми конвейерами, толкающим и шаговым
подъемниками выбирают по {5]. Число двой-
ных ходов в минуту приводного механизма
1000¥д
«Ш - 2£ ’
где L - ход планки (гребенки, ползуна, карет-
ки), мм.
1.9.8. Циклограмма работы портального автооператора
Исходное положение I.
Каретка 6 на траверсе 4
находится над станком 1.
Рука 7 разгружена.
Рука 8 загружена заготовкой 9
Механизм Элемент цикла Время, с
1 2 3 4 5 • 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 '12 7 18 19 20 21 22
Станок 1 Включение станка '
Выключение станка -
fn
Патрон 2 Зажат '4 У м
станка Разжат 21
Каретка 6 портального автооператора Подвод к станку 1 Г
Подвод к конвейеру 11 '13
Ввод заготовки 9 в патрон 2 0
Вывод детали 3 из патрона 2 ts
Манипуляторы 7и 8 автооператора Подъем манипулятора 7 '16
Опускание манипулятора 7 '14
Подъем манипулятора 8 'll '20
Опускание манипулятора 8 ti . '18
Захватные устройства 5 манипуляторов 7и 8 Зажим детали 3
Разжим детали 3
Зажим заготовки 9 fl.
Разжим заготовки 9 'is
Конвейер 11 Перемещение спут- ника 10 на шаг 'll ) У
ЗАГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
314
Глава 1.9. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
1.9.3. ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ ДЛЯ
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Промышленные роботы, работающие в
системе станочных робототехнических ком-
плексов и систем, должны осуществлять вы-
полнение определенных основных функций
(табл. 1.9.9 [19]).
На рис. 1.9.5 и в табл. 1.9.10 представле-
ны типы станочных робототехнических ком-
плексов [27, 28].
В табл. 1.9.11 представлено распределе-
ние функций в системе "станок-робот" между
станком, роботом и оператором [35].
На станочных РТК обрабатывают все ви-
ды заготовок: прокат, паковки, отливки,
штампованные и сварные детали.
Номенклатура заготовок для обработки
на станочных РТК определяется следующим:
поверхности заготовки для базирования
и захвата должны иметь однородные поверх-
ности, позволяющие без дополнительной вы-
верки устанавливать их в рабочей зоне станка;
заготовки должны иметь базовые поверх-
ности и признаки ориентации, позволяющие
организовать их транспортирование и склади-
рование около станков в ориентированном
виде.
В табл. 1.9.12 приведены характеристики
заготовок, обрабатываемых на станочных РТК.
В табл 1.9.13 приведены примеры техно-
логических маршрутов и состава станочных
РТК.
При работе РТК во время операции за-
грузки-разгрузки станок простаивает.
Цикл работы ПР по обслуживанию стан-
ка состоит из двух составляющих: времени, не
совмещенного с работой станка, и времени,
совмещенного с работой станка. На потери
фонда времени станка влияет только время, не
совмещенное с работой станка.
Необходимо строить цикл работы ПР по
обслуживанию станка, минимизируя потери
времени. Эта задача в РТК решается как уве-
личением скорости движений механизмов
робота, так и конструктивными и компоно-
вочными решениями, использованием двухпо-
зиционных захватных устройств, роботов с
двумя манипуляторами, установкой рядом со
станком двухместных промежуточных позиций
и др.
ПР в станочных РТК выполняет межста-
ночное транспортирование заготовок, измере-
ние и отбраковку их, ориентирование перед
загрузкой в станки и т.п. [35].
Эффективность работы комплексов в
значительной степени зависит от организации
управления ПР, особенно при обслуживании
одним ПР нескольких единиц оборудования.
В табл. 1 9.14 приведена компоновка многопо-
зиционных РТК. Управляющую программу
ПР, обеспечивающую многостаночное обслу-
живание, составляют из набора стандартных
подпрограмм: загрузка станков заготовками;
разгрузка станков и укладка обработанной
детали в тару; загрузка ложементов, располо-
женных у станков заготовками из тары; раз-
грузка ложементов и перенос обработанных на
предыдущей операции деталей в позицию по
технологическому процессу, а также подпро-
граммы ожидания. Подпрограмма ожидания
обеспечивает анализ информации о состоянии
функционирования оборудования в целях вы-
бора последующих действий ПР. Выбор стан-
дартных подпрограмм управления ПР варьи-
руется в соответствии с требованиями техно-
логического процесса.
1.9.9. Основные функции и конструктивные
особенности промышленных роботов в составе
станочных робототехнических комплексов
Основные функции Область применения ПР
Загрузка- разгрузка основного технологи- ческого обо- рудования Прове- дение доделоч- ных ста- ночных операций
1. Установка зара- нее ориентирован- ных заготовок в рабочую зону станка + +
2. Снятие деталей со станка и рас- кладка их в тару + +
3. Кантование де- талей на угол 90 и 180° +
4. Выдача техноло- гических команд» связанных с рабо- той соответствую- щих механизмов и узлов станка» а также обеспечи- вающих пуск станка в работу при окон- чании операции загрузки станка + +
5. Межстаночное транспорта рова- ние + +
6. Автоматическая смена захватных устройств и обра- батывающего ин- струмента + +
ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ ДЛЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
315
14
Рис. 1.9.5. Типы станочных робототехнических комплексов:
а и б - с применением автономных ПР: 7 - ПР; 2 - станок, 3 - пульт управления, 4 - тактовый стол-накопитель
заготовок и деталей; в - с применением встроенных ПР: 1 - система управления ПР; 2 - станок;
3 - система управления станком; 4 - ПР, 5 - тактовый стол-накопитель заготовок и деталей;
г - с применением подвижных ПР, обслуживающих группу станков 1 - транспортер подачи заготовок;
2 - фрезерно-шлифовальный станок; 3 - начальный накопитель; 4 - устройство для измерения длины
заготовки; 5 - заготовка; 6н 10- промежуточный накопитель; 7- стойка устройства фотозащиты;
8 - позиция ожидания; 9 и 13 - токарный станок; 11 - накопитель изделий; 12 - позиция ожидания;
14 - подвижная каретка робота; 75 - монорельс робота
1.9.10. Типы станочных робототехнических комплексов
Тип станочного РТК Характерные особенности РТК
1. Однопозиционные робототехнические станочные комплексы: ПР обслуживает один станок
автономные (рис. 1.9.5. а и б) Предназначены для обслуживания станков различного технологиче- ского назначения, имеющих еди- ную схему манипуляционных перемещений при загрузке и на- ходящихся в одной группе по размерам (массе) и типу заготовки
встроенные ПР (рис. 1.9.5, в) Предназначены для работы с оп- ределенной конструкцией станка
2. Многопозиционные робототехнические станочные комплексы (рис. 1.9.5, г) ПР обслуживает группу станков (от двух до шести).
ПР выполняет операции загрузки- разгрузки станков, межстаночной транспортировки, переориентации заготовок, а также управления станками. ПР способны обслужи- вать разнотипные станки, обла- дающие общностью схем загрузки и параметрических характеристик обрабатываемых деталей
316
Глава 1.9 АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
1.9.11. Распределение функций в системе "станок-робот"
Выполняемая функция Исполнитель
Станок Робот Оператор
Обработка заготовок +
Открывание-закрывание ограждения станка +
Закрепление заготовки в зажимном приспособ- лении станка +
Контроль затупления режущего инструмента +
Наблюдение за работой системы +
Переналадка системы +
Диагностирование и устранение неисправностей +
Очистка баз зажимного приспособления +
Установка-снятие заготовки и детали +
Переориентирование и переустановка заготовки и инструмента +
Пуск станка в работу +
Межстаночное транспортирование заготовки в многопозиционном РТК +
1.9.12. Характеристики простейших типов заготовок, рекомендуемых к
загрузке промышленным роботом
Эскиз заготовки Наименование заготов- ки Размеры заготовки (D и Н), мм Максимальная масса заготовки, кг
1 2 3 4
Диски, фланцы, кольца, заготовки зубчатых колес Гильзы Стаканы Втулки Валы прямоосные (гладкие, ступен- чатые) 20 180 25 - 250 32 - 315 40 - 400 50 - 500 32 100 40- 125 30 70 150 250 500 50 100
L' №>
Е 1
''''
— —П “
“ £1
Планки Шпонки Крышки 50 160 30 - 200 200 - 300 300 - 500 160 25 63 160
EZZjU
Г .1 и
«TL'J G
Г, 4 J
ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ ДЛЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
317
Продолжение табл. 1.9.12
1 2 3 4
г с ьЛ. Корпуса простейшей 200 40
|<э| формы 320 500 160 250
Примечание. D - диаметр заготовки; Н - высота заготовки; L - длина заготов-
ки; В - ширина заготовки.
1.9.13. Примеры технологических маршрутов обработки
деталей-представителей и рекомендуемое РТК
Состав операции Тип полуавтомата в РТК Тип РТК
д< Зацентровка, подрезка торцов с двух сторон Токарная обработка черновая и чисто- вая: с одной стороны с другой стороны стали типа валов Фрезерно-центровальный Токарный с ЧПУ То же Многопозиционный
Токарная обработка черновая и чисто- вая с двух сторон с переустановом Токарный с ЧПУ Многопозиционный
Шлифование центров Шлифование шеек: с одной стороны с другой стороны Специальный шлифо- вальный полуавтомат Круглошлифовальный ста- нок То же Многопозиционный
Фрезерование шлицев Зубоиарезание Шлицефрезерный Зубофрезерный Многопозиционный
Фрезерование шпонок Сверление радиальных отверстий Шпоночно-фрезерный Вертикально-сверлильный Многопозиционный
Дет Токарная обработка черновая и чисто- вая: с одной стороны с другой стороны али типа фланцев Токарный патронный То же Многопозиционный
Токарная обработка черновая и чисто- вая с двух сторон с переустановом Токарный вертикальный двухшпиндельный Токарный вертикальный многошпиндельный Одностаночный с автономным или встроенным ПР Многопозиционный
318
Глава 1.9. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
Продолжение табл. 1.9.13
Состав операции Тип полуавтомата в РТК Тип РТК
Внутреннее шлифование Внутришлифовальный Одностаночный с автономным или встроенным ПР
Наружное шлифование Круглошлифовальный Многопозиционный
Шлифование торцов Плоскошлифовальный
Сверление отверстий и фрезерование пазов, скосов Многоцелевой вертикальный фрезерно-сверлильный Многопозиционный
Детали типа плат
Фрезерование двух плоскостей (подготовка баз) Фрезерный Многопозиционный
Фрезерование остальных плоскостей То же
Фрезерование пазов, уклонов, фасок, сверление и нарезание резьб Агрегатные фрезерно-свер- лильные различного назна- чения Многопозиционный
Шлифование плоскостей Плоскошлифовальный Многопозиционный
Детали типа корпусов гидроблоков
Фрезерование двух плоскостей (подготовка баз) Продольно-фрезерный
Фрезерование остальных плоскостей Агрегатно-фрезерный дву- сторонний Многопозиционный
Шлифование с четырех сторон Плоскошлифовальный
Сверление, растачивание, резьбо- нарезание Многоцелевой станок с ав- томатической сменой инст- рументов и столов- спутников Многопозиционный
Финишная обработка отверстий Отделочно-расточной Многопозиционный
1.9.14. Компоновка миогопозиционных РТК
Компоновка Эскиз компоновки Рекомендуемое количество станков в РТК
1 2 3
Круговая 2 - 5
12 1
Л 1 г
I
i—jp ohJJ 1 - станок; 2 - ПР
ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ ДЛЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
319
Продолжение табл. 1.9.14
1 - станок; 2 - ПР, 3 - ложемент
Линейно-
параллельная
1.9.15. Примеры использования ПР при выполнении операций механической обработки
Доделочные операции Примеры применения
Сверление малых отверстий Удаление заусенцев Шлифование и полирование Фасонное фрезерование Широкая номенклатура авиационных заготовок Широкая номенклатура деталей общего машиностроения и авиакосмической промышленности Удаление следов механической обработки с поверхности крыльев самолета, снятие нагара с корпуса наружного бака, отслеживание аэродинамических контуров панели крыльев Различные детали из листового материала
Рис. 1.9.6. ПР для сверления отверстий в деталях самолета:
1 - ПР; 2 - обрабатываемая деталь; 3 - позиционирующее устройство;
4 - привод механизма крепления детали; 5 - гидростанция; б - система управления
320
Глава 1.9. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
Объединяя транспортными звеньями
РТК, можно образовывать сложные производ-
ственные комплексы - роботизированные по-
точную или автоматическую линии, роботизи-
рованные автоматизированные участки, цех и
т.п.
ПР могут быть использованы как техно-
логическое оборудование, осуществляющее
операции как при обработке металлических
заготовок, так и заготовок из различного вида
пластмасс.
В табл. 1.9.15 и на рис. 1.9.6 приведены
примеры использования ПР при выполнении
операций механической обработки.
1.9.4. КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ И
ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА, ВСТРАИВАЕМЫЕ
В МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ
Общие положения. Устройства обеспечи-
вают работоспособность станков при различ-
ной степени участия обслуживающего персо-
нала. На рис. 1.9.7, а приведена структура
системы обеспечения качества продукции на
универсальном станке с ручным управлением.
На рис. 1.9.7, б показана структура сис-
темы управления ГПМ с включением средств
контроля и диагностики для функционирова-
ния в безлюдном или малолюдном режиме.
Система использует два источника информа-
ции - управляющую программу и сведения,
которые поступают от датчиков, измеряющих
параметры движения (скорость, координаты)
рабочих органов станка и его вспомогательных
механизмов (или устройств автоматизации).
Дополнительные средства информации -
различные датчики, предназначенные для за-
мены оператора, объединены в систему, кото-
рая включает контрольно-измерительные и
диагностические устройства и приборы (с дат-
чиками для определения контролируемых па-
раметров), устройства сбора и первоначальной
обработки информации, принятия и реализа-
ции решений.
Для замены "интеллектуальных” действий
оператора система в условиях ГПМ должна:
1) следить за работой механизмов, ходом ра-
бочего процесса, качеством готовой продук-
ции; 2) выявлять отклонения от нормального
функционирования, в том числе отклонения,
которые еще не привели к сбоям и отказам,
но в дальнейшем могут послужить их возник-
новению; 3) фиксировать сбои и отказы; 4)
формировать решения, необходимые для ав-
томатического продолжения работы оборудо-
вания; 5) при необходимости прекращать ра-
боту оборудования, вызывать наладчика и вы-
давать ему информацию о месте и причине
отклонения от нормального функционирова-
ния.
а)
Система поддержания работоспособности
КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ И ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА
321
Рис. 1.9.8. Состав системы поддержания работоспособности ГПМ
Система поддержания работоспособности
ГПМ (рис. 1.9.8) состоит из отдельных под-
систем, работающих совместно или автономно
в зависимости от конструктивных решений.
Устройства подсистемы контроля состоя-
ния режущего инструмента. В табл. 1.9.16 и на
рис. 1.9.9 приведены примеры реализации
диагностических устройств для контроля со-
стояния режущего инструмента.
На рис. 1.9.10 показана схема контроля
режущего инструмента на токарном ГПМ.
Измерительную головку устанавливают на
место резцедержателя и используют для кон-
троля деталей. На передней стенке шпиндель-
ной бабки смонтирован поворотный рычаг 1 с
установленными на нем тарировочными пло-
щадками 2, которые по программе могут уста-
навливаться в рабочее положение. Наличие
двух площадок определяется наличием на
станке двух револьверных головок 3 и 4 с ин-
струментом для наружной и внутренней обра-
ботки. Положение тарировочных площадок в
системе координат станка является постоян-
ным, следовательно, их координаты по осям X
и Z могут быть приняты за базовые. Режущий
инструмент по программе перемещается к
соответствующей плоскости тарировочной
площадки и в момент касания возникает элек-
трический сигнал, воспринимаемый УЧПУ и
определяющий положение вершины режущего
инструмента в системе координат станка. Раз-
ность между фактическим положением и за-
данным определяет размерный износ режу-
щего инструмента.
ГПМ исполь'зуют специальные устройст-
ва типа "Monitor" для контроля состояния ин-
струмента. На рис. 1.9.11 приведена схема
мониторинга с индикатором контакта, бази-
рующаяся на информации от привода подачи
станка, датчиков перемещения стола и состоя-
ния шпиндельного узла. В "Monitor" вводят
три массива данных: константы, определяю-
щие настройку устройства на конкретном
станке, вид контроля и уровень сигнала от
датчика, например, тока; анкеты инструмента,
содержащие постоянные данные о конкретных
инструментах; программу контроля, которая
составляется для каждой обрабатываемой дета-
ли. Ввод данных производят с помощью кла-
виатуры, для отображения информации имеет-
ся цифровое табло.
Распознавание поломки в "Monitor’ осу-
ществляют сравнением измеренной нагрузки с
установленными предельными значениями, а
также по контролю времен резания и вреза-
ния. Для формирования предельных значений
необходимо предварительно обучить "Monitor"
"нормальному резанию", то есть провести об-
работку заготовки новым инструментом по
отлаженной управляющей программе. В памя-
ти "Monitor” для всего цикла резания запоми-
нают одно "нормальное" значение нагрузки
либо множество значений, измеренных через
определенные промежутки времени (длины
перемещений).
"Monitor" осуществляет также контроль
износа инструмента по ресурсу стойкости.
По результатам контроля за ресурсом стойко-
сти принимается решение о формировании
команды "Износ", а по результатам контроля
по нагрузке - команды "Поломка". Реакцию
системы ЧПУ на команды "Monitor” опреде-
ляют разработчики программ электроавтома-
тики и УЧПУ.
При конструировании станков датчики,
используемые для контроля инструмента, спе-
циально не проектируют. Конструктор подби-
рает по своей задаче серийный или специаль-
ный датчик, располагая его в соответствующей
зоне станка. Исходный материал см. [6, 8, 13,
14, 29, 30, 32, 33].
Приборы подсистемы контроля качества -
это приборы активного контроля и датчики
касания, устанавливаемые на станках
(рис. 1.9.12, рис. 1.9.13, табл. 1.9.17)
На рис. 1.9.1 4 приведен пример измене-
ния качества обработки заготовки на токарном
станке с ЧПУ с системой измерения и без нее.
Диаметры последовательно обработанных заго-
товок без автоматической коррекции имеют
тренд, а обработанных с автоматическим ввог
дом коррекции имеют тот же разброс, но без
смещения уровня настройки во времени.
322
Глава 1.9. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
Рис. 1.9.9. Диагностические устройства состояния режущего инструмента:
а - электромеханический датчик:
1 - заготовка; 2 - инструмент; 3 - щуп; 4 - рычаг;
5 - электроконтактный датчик; 6 - станок;
б - измерительная головка контроля инструмента на фрезерно-расточном
многоцелевом станке:
1 - стол; 2 - измерительная головка; 3 - инструмент; 4 - шпиндель станка;
в - схема измерения силы тока;
г - датчик измерения осевых нагрузок:
1 - втулка; 2- тензометрические элементы; 3 - корпус
в)
КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ И ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА 323
Измерительная
доза датчика
Рис. 1.9.9. Диагностические устройства состояния режущего инструмента. Продолжение,
д - подшипник с тензодатчиками:
1 ~ тензометрический элемент; 2 - канавка; 3 - подшипник;
е - накладной датчик для измерения силы резания:
1 - упругий элемент; 2 - силовой измерительный элемент; 3 - узел металлорежущего станка;
4 - пьезоэлектрический измерительный элемент; 5 - контактные поверхности
324
Глава 1.9. АВТОМАТИЗАЦИЯ V1AHKVB
1.9.16. Диагностические устройства состояния режущего инструмента
Рис. 1.9.9 Область приме- нения Место встройки устройства в станок Тип контрольно- диагностического устройства Контрольно- диагностический параметр Методика проведения контроля
1 2 3 4 5 6
Периодический контроль состояния режущего инструмента
а Мелкий осевой инстру- мент (сверла, метчики, концевые фрезы диамет- ром до 6 - 8 мм) Другой инстру- мент, если текущий контроль его со- стояния невоз- можен или не- целесо- образен. Реали- зация контро- ля: ко- манда на ос- тановку станка, вызов налад- чика Рабочая зона, узел станка, несущий инст- румент, на- пример, соот- ветствующая позиция ре- вольверной головки; инст- рументальный магазин: кон- троль состоя- ния инстру- мента после возврата в ма- газин или до его использо- вания Для прямого метода изме- рения: индук- тивные, элек- тромеханичес- кие, фотоэлек- трические дат- чики, устанав- ливаемые, на- пример, на столе станка. Для контроля инструмента в магазине при- меняют телеви- зионные каме- ры Поломка инст- румента Инструмент или кон- тролирующий его датчик устанавливают в определенное для каждого инструмента положение. Нужное перемещение осуще- ствляют рабочими органами станка под управлением, напри- мер, УЧПУ. Изобра- жение инструмента проектируется на те- лекамере, электрон- ная система последо- вательно "считывает" изображение с каж- дой точки экрана и передает в память ЭВМ. Алгоритм вы- явления поломки - сравнение эталонного изображения, запи- санного в память ЭВМ после установки нового инструмента, с изображением того же инструмента, но уже работавшего. Время для введения изображения в ЭВМ позволяет проводить измерения "на ходу”, независимо от типо- размера инструмента телекамера установ- лена всегда в одном положении
б Кор- рекция разме- ров ре- жущих инст- румен- тов Реали- зация: команда на за- мену изно- шенно- го инст- румента дубле- ром Определенное положение в рабочей зоне: на столе - фре- зерно-расточ- ного станка, на передней бабке токарного станка и т.д. Измерительная головка с дат- чиком касания На токарных станках изме- ряют выпет резцов, а на сверлильно- фрезерно- расточных длину и диа- метр инстру- мента Измерение размеров инструмента позволя- ет осуществить его привязку к системе координат станка, получить информа- цию о наличии инст- румента в шпинделе, контролировать его износ и целостность
КОНТРОЛЬНО-И»4ЕРИТЕЙЁЙ11Е И ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА
325
Продолжение табл. 1.9.16
1 2 3 4 5 6
в Резцы, осевой инстру- мент диамет- ром более 8 - 12 мм, фрезы различ- ных типов. Конт- роль в процес- се реза- ния Текущи) Привод шпин- дельного узла станка а контроль режуще Для косвен- ного измере- ния: контроль крутящего момента на валу электро- двигателя по- стоянного тока го инструмента Величина тока, протекающего через якорь двигателя Чувствительность устройства зависит от типа двигателя, его мощности, наличия механического редук- тора (перебора) меж- ду двигателем и шпинделем. Нагрузка холостого хода долж- на измеряться и за- поминаться перед началом каждого цикла резания
г Реали- зация: команда на заме- ну изно- шенного инст- румента и преду- прежде- ния ава- рийных ситуаций при внезап- ных по- ломках, вызов налад- чика Узел ходового винта, в кото- ром встроен датчик. Блок в системе управ- ления Датчик изме- рения осевых нагрузок Фактический износ инстру- мента, режим функциониро- вания инстру- мента в про- цессе обработ- ки партии заготовок. Так, на токарном станке разли- чают измене- ние глубины резания на 0,2 - 0,3 мм Сигнал, получаемый датчиком, практиче- ски освобожден от посторонних шумов, отслеживающих быс- тропеременные на- грузки, вызванные, например, неравно- мерным вращением ходового винта (в пределах одного обо- рота). Недостатком конструкции является необходимость разра- ботки специальных втулок для опор хо- дового винта
д Револьверная головка, шпиндельная коробка, шпиндельный узел станка Тензодатчик, встроенный в подшипники, для измерения сил, действую- щих на узел в процессе обра-' ботки. Принцип рабо- ты: вращение каждого шари- ка вызывает. местную де- формацию кольца под- шипника, вос- принимаемую наклеенными на его кольца тензорезисто- рами Нагрузка узел, Н При обработке вы- ходного сигнала дат- чика учесть его пуль- сирующий вид, час- тота пульсаций зави- сит от частоты вра- щения шпинделя
326
Глава 1.9. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
Продолжение табл. 1.9.16
Рис. 1.9.9 Область приме- нения Место встройки устройства в станок Тип контрольно- диагностического устройства Контрольно- диагностический параметр Методика проведения контроля
1 2 . 3 4 5 6
е При вращаю- щемся инстру- менте датчики устанавливают на столе стан- ка, а при вра- щении заго- товки - на рез- цедержатель или на корпус револьверной головки Пьезодатчик для измерения сил, дейст- вующих на узел, встроен- ный в плиту, подкладывае- мую, напри- мер, под ре- вольверную головку. Пье- зодатчики вы- ступают над поверхностью плиты на 10 - 15 мкм для создания пред- варительного натяга. Датчик ускорения (акселерометр) фиксирует виброакусти- ческую эмис- сию Нйгрузка на узел, н Износ инстру- мента. Изме- ряют ускоре- ние упругой волны, которая распространя- ется от места резания к мес- ту установки датчика Чувствительность пьезодатчиков выше, чем у тензорезисто- ров, полоса пропус- кания позволяет улавливать быстрые изменения нагрузки. Уменьшить количест- во стыков между за- готовкой (инструмен- том) и датчиком: амплитуда вибраций в противном случае значительна умень- шается
Различные узлы станка: ходовой винт, шпин- дельная бабка, шкаф управле- ния и др. Датчики Таймер Датчик иден- тификации Милливольт- метр Время работы инструмента. ЭДС резания Надежность автома- тического контроля ресурса стойкости инструмента невели- ка.
Счетчик Гей- гера Уровень ра- диоактивности инструмента Причины: микротре- щины в режущем элементе, случайные
Омметр Электрическое сопротивление контакта заго- товка-инстру- мент вкрапления в мате- риале заготовки, ме- стные изменения твердости и др.
Датчик силы или ускорений (фиксация начала и конца резания) Время вреза- ния и резания Рекомендуется двой- ной контроль: ресур- са для своевременной замены инструмента и текущий - реаль-
Датчики дав- ления в гидро- статических подшипниках шпинделя Составляющие силы резания него состояния инст- румента по одному из косвенных парамет- ров.
Магнитоупру- гие датчики для измерения крутящего момента Составляющие силы резания
КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ И ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА
327
Рис. 1.9.10. Схема контроля состояния режущего
инструмента
При конструировании станков приборы
контроля качества обычно не проектируют.
Их создают специализированные проектные
организации и заводы. Конструктор-станко-
строитель встраивает серийный или специаль-
ный прибор в конструкцию станка, используя
рекомендации [6, 8, 13, 29, 30, 33]. Разработку
алгоритмов функционирования устройств кон-
троля (измерение, расчеты, рекомендации для
принятия решений) выполняет конструктор
станка [3].
Рис. 1.9.11. Схема мониторинга с индикатором контакта:
1 - индикатор контакта; 2 - заготовка-деталь; 3 - пульт управления NC (CNC); 4 - устройство ввода
информации; 5 - периферийное устройство выдачи информации; 6 - микроЭВМ; 7 - счетчик;
8 - импульсная линейка
Структура подсистемы контроля функцио-
нирования механизмов станка. На рис. 1.9.15
показана структура подсистемы контроля
функционирования механизмов станка.
На выходе из контрольных модулей ИУ1, ...,
ИУЛ формируются нормализованные сигналы,
которые поступают в устройство сбора и обра-
ботки информации. Эти выходные сигналы
измерительных устройств обрабатываются, а
затем фиксируют наличие отклонения от нор-
мы, например наличие перегрева двигателя
привода шпинделя и т.п. Эта информация
поступает в устройство принятия решений,
которое с учетом дополнительной информа-
ции, имеющейся в его распоряжении, прини-
мает соответствующее решение; реализация
принятых решений осуществляется в виде
информации персоналу или соответствующих
команд.
Структуры устройства контроля с микро-
процессорным управлением и современные
уЧПУ идентичны и отличаются только соста-
вом модулей для связи с внешними устройст-
вами, приводом, датчиками обратной связи,
измерительными устройствами и т.п.
Подсистема контроля состояния механиз-
мов должна обеспечить функционирование
станка с минимальным участием оператора.
Разработаны диагностические устройства для
Контроля элементов гидоопоивола станков
[31], подшипников качения [26], редукторов и
других аналогичных устройств [36] и др.
Контроль и компенсация температурных
деформаций станка позволяют обеспечить
точность обработки при длительной работе.
Так, из-за нагрева шпиндельного узла он сме-
щается, что приводит к снижению точности
обработки.
Компенсация основывается на периоди-
ческом измерении фактических смещений
деталей узла в пространстве. С помощью го-
ловки, установленной в шпинделе, измеряют
положение эталонной поверхности на столе
станка или с помощью головки для контроля
инструмента измеряют положение эталонной
оправки в шпинделе. Разница между последо-
вательными измерениями определяет величину
смещения шпинделя за соответствующий про-
межуток времени. Ввод этой величины в па-
мять УЧ ПУ позволяет скорректировать пере-
мещения, заданные в управляющей программе
и тем самым компенсировать влияние тепло-
вых деформаций. Такие диагностические сис-
темы проектирует конструктор станка из се-
рийных или специальных элементов. В от-
дельных случаях проектируют специальные
диагностические устройства. Например, на
рис. 1.9.16, а, б показаны устройства контроля
смазки гидродинамических подшипников
шпиндельного vrwa
328
Глава 1.9. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
1.9.17. Использование измерительных приборов в металлорежущих станках
Рисунок Область применения Наименование и место встройки прибора в станок Методика использования информации прибора для управления станком
1.9.12 Станки различного технологического назначения с систе- мами автоматичес- кого циклового управления. Авто магический контроль заготовки в процессе обработ- ки Прибор активного контроля, расположен в рабочей зоне станка или вне ее Технологический автомат функционирует по определен- ной программе: действуют два потока информации. Первый обеспечивает процесс обработ- ки по заданной программе, второй - осуществляет коррек- тировку уровня настройки станка и средств активного контроля. Во втором потоке информации имеются два кон- тура управления: образующий систему автоматического регу- лирования "станок - прибор активного контроля" и обра- зующий систему ручного кор- ректирования процесса обра- ботки, в который входит изме- рительный прибор
1.9.13 Станки с ЧПУ Размерный контроль детали, контроль шероховатости об- работанной поверх- ности Измерительная головка (индикатор контакта) Контролируемый объ- ект (деталь-заготовка, спутник и т.д.) распо- лагают в рабочей зоне станка, а измеритель- ную головку - в шпин- деле (хранение до и после измерения мо- жет быть в инструмен- тальном магазине). Измерительная головка состоит из датчика касания в комплекте с электронным блоком и устройствами беска- бельной передачи сиг- налом Перед проведением измерений головка из инструментального магазина переставляется мани- пулятором в шпиндель, а по окончании измерений - воз- вращается в магазин. При пе- ремещении измерительной головки размыкается специаль- ный электрический контакт, в результате чего схема формиру- ет сигнал о касании. Далее вырабатывается сигнал о разме- ре детали, который поступает через электронный блок в УЧ- ПУ, где происходит его считы- вание и запоминание коорди- нат положения рабочего органа в системе отсчета положения узлов станка
Контроль припусков и базирования заго- товки. Идентифика- ция заготовок. Про- межуточный кон- троль заготовки на станке в процессе обработки. Выход- ной контроль обра- ботанной детали на станке Для определения расстояния между двумя плоскостями из- меряют координаты точек на каждой из них и вычисляют их разность; для определения по- ложения центра отверстия из- меряют координаты трех точек в радиальном сечении и затем рассчитывают координаты цен- тра окружности, проходящей через эти три точки
КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ И ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА
329
в)
Рис. 1.9.12. Типовые схемы управления точностью обработки на металлорежущем станке:
а - при отсутствии Автоматического прибора; б - с автоматическим прибором в зоне обработки;
в - с автоподналадчиком
Рис. 1.9.13. Измерительная головка:
I - наконечник щупа; 2 - щуп; 3 -механизм уравновешивания щупа,
4 - блок-формирователь сигнала касания; 5 - контакт; 6 - передаточный механизм
330
«НИ'<Н»
Диаметр
Рис. 1.9.15. Структура подсистемы общего контрам:
НУ измерительное устройство; Д - датчик;
ПОС - первичная обработка сигнала
Рис. 1.9.14. Изменение качества обработки заготовки
из латуни с системой измерения (о) и без нее (б)
°) б)
Рис. 1.9.16. Устройства контроля смазки шпинделей:
а - сильфонное: 7 - фланец; 2 - сильфон; 3 - толкатель; 4 - бесконтактный датчик; 5 - лепесток;
6 - корпус; 7- пружина; б - мембранное: 1 - корпус; 2 - мембрана; 3 - контакты; 4 - пружина;
5 - лепесток; 6 - электроконгактный датчик
1.9.5. УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКОЙ
СМЕНЫ ИНСТРУМЕНТА
Общие сведения. Устройства автоматиче-
ской смены инструмента (УАСИ) - узлы ме-
таллорежущего станка, осуществляющие хра-
нение, поиск и смену необходимого комплек-
та инструмента в соответствии с технологией
обработки заготовки (15]. В состав УАСИ вхо-
дят инструментальный магазин и манипулятор
(автооператор), осуществляющий смену инст-
румента. Инструментальный магазин предна-
значен для хранения необходимого комплекта
инструмента на станке, поиска требуемого
инструмента и его доставки в позицию взятия
для подачи в шпиндель станка.
В состав УАСИ могут входить также но-
сители, осуществляющие доставку инструмента
от магазина к манипулятору, и кантователи,
предназначенные для изменения ориентации
инструмента при его доставке в позицию сме-
ны.
К УАСИ предъявляются требования:
1) емкость инструментального магазина
должна быть достаточной для эффективной
работы станка; 2) наличие УАСИ не должно
оказывать значительного влияния на увеличе-
ние рабочей зоны станка; 3) удобство обслу-
живания станка и УАСИ; 4) простота конст-
рукции и высокая надежность функциониро-
вания; 5) минимальное время автоматической
смены инструмента.
В зависимости от вида сменяемой части
инструмента различают УАСИ для смены:
режущей части инструмента (например,
неперетачиваемых пластин);
инструментальных головок (держателей
инструментов);
вспомогательных оправок с закреплен-
ным в них режущим инструментом;
многошпиндельных головок.
УАСИ для смены режущей части инстру-
мента. В большинстве инструментов, приме-
няемых на станках с ЧПУ используются мно-
гогранные, механически закрепленные твердо-
сплавные режущие пластины, автоматическая
смена которых затруднена. Это связано с раз-
нообразием форм пластин, а также сложности
базирования и надежного их крепления при
малых габаритах. Примеры устройств УАСИ
такого типа смотри в [20].
УАСИ для смены инструментальных голо-
вок. Сменный элемент представляет собой
рабочую часть инструмента с режущим эле-
ментом, а хвостовая (крепежная) часть условно
отнесена к вспомогательному инструменту.
УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СМЕНЫ ИНСТРУМЕНТА
331
В УАСИ наряду со стандартным исполь-
зуется специальный режущий и вспомогатель-
ный инструмент. Инструментальные магазины
при этом могут применяться любых типов -
дисковые, барабанные, палетные объемом от
12 до 240 позиций [20].
УАСИ для смены вспомогательных опра-
вок с закрепленным в них режущим инструмен-
том (комплект режущего и вспомогательного
инструмента). Наиболее распространены уст-
ройства для смены режущего инструмента,
закрепленного во вспомогательных оправках.
Инструментальные магазины располагают
на станке (шпиндельной бабке, стойке, стани-
не) или рядом со станком. На расположение
магазина влияют следующие факторы: его тип
и вместимость, схема УАСИ, требования к
точности детали, степень унификации
(подробнее см. [1]).
Устройства автоматической смены много-
шпиндельных головок. Конструктивные осо-
бенности связаны с большой массой сменяе-
мых многошпиндельных головок. Инструмен-
тальные магазины имеют небольшую вмести-
мость (12 - 18 позиций); манипуляторы в ос-
новном однозахватные. Время автоматической
смены порядка 20 с.
Замена инструмента в инструментальном
магазине. Эффективность работы металлоре-
жущих станков с ЧПУ зависит во многом от
снабжения заготовками и инструментом. Для
производств с большой номенклатурой обраба-
тываемых деталей эта задача решается двумя
способами:
1) при наличии на каждом станке ком-
плекта инструмента для обработки всей но-
менклатуры заготовок за период между двумя
плановыми переналадками; замена инструмен-
та в магазине станка производится вручную.
2) при наличии на станке ограниченного
комплекта инструмента и автоматической за-
мене его в случае необходимости. Автоматиза-
ция процесса замены инструмента в магазине
дает существенную экономию за счет сокра-
щения подготовительно-заключительного вре-
мени, особенно при обработке заготовок ма-
лыми партиями.
Описание способов замены инструмента
в магазине и особенности их применения
смотри [17].
Общие рекомендации по проектированию
и расчетам УАСИ. При проектировании УАСИ
основной задачей является выбор схемы смены
инструмента, так как от этого зависит не толь-
ко время смены, но и вопросы организации
замены инструмента в магазине, его обслужи-
вания и т.д. Оценка вариантов осуществляется
по основному показателю технологического
Уровня УАСИ: времени автоматической смены
инструмента (АСИ), непосредственно влияю-
щего на производительность станка.
На величину собственного времени АСИ,
определяемого в первую очередь скоростью
перемещения узлов УАСИ, существенно
влияют следующие факторы: габарит и компо-
новка станка; расположение инструменталь-
ного магазина; конструкция УАСИ и узла за-
хвата инструмента; последовательность работы
узлов УАСИ и станка; возможности системы
ЧПУ.
Для более объективной оценки схемы
необходимо также учитывать время автомати-
ческой подготовки инструмента (ДЛИ) и вре-
мя автоматической замены инструмента (АЗИ)
в инструментальном магазине.
Время АПИ - время между началом ус-
тановки отработавшего инструмента в магазин
из позиции ожидания на станке и окончанием
установки следующего инструмента в указан-
ную позицию. Оно включает время установки
отработавшего инструмента в магазин; время
поиска и взятия из магазина следующего ин-
струмента; время его установки в позицию
ожидания.
Время АЗИ, определяемое скоростью пе-
ремещения узлов устройства АЗИ и узлов
УАСИ, включает время взятия отработавшего
инструмента из магазина и установки его в
тару; время изъятия нового инструмента из
тары и установки его в магазин; время поиска
гцезда с отработавшим инструментом.
При замене инструментов комплектами,
в т.ч. сменным магазином, время АЗИ равно
времени автоматической замены всего магази-
на (АЗМ).
Формулы для определения времен АСИ,
АПИ и АЗИ даны в [17, 18, 21].
Вопросы проектирования механизмов
УАСИ рассмотрены в [18].
Вместимость пристаночного инструмен-
тального магазина тесно связана с принципом
его замены или инструмента в нем. Пример
аналитического расчета параметров инструмен-
тальных магазинов дан в [18].
Разработаны методики и программы для
выбора систем инструментального обеспечения
станков с помощью имитационного моделиро-
вания инструментальных Потоков (см. [22, 16]).
Связь УАСИ со станком. УАСИ, как и
остальные вспомогательные устройства, обслу-
живающие станок с ЧПУ, работает автономно
и связано со станком через систему управле-
ния. Эти устройства являются цикловыми, т.е.
работают по жесткому циклу; выполнение всех
движений контролируется конечными выклю-
чателями.
Управление работой УАСИ может осуще-
ствляться как от автономного устройства, так и
от СЧПУ станка.
Наибольшую сложность при разработке
управляющей программы УАСИ составляет
определение стратегии поиска инструмента
[15]. Она зависит от способа кодирования
332
Глава 1.9. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
инструмента в магазине. Однако в любом слу-
чае необходимо стремиться к минимизации
времени поиска инструмента, так как при
коротких циклах обработай это время может
превышать машинное время.
Используются три способа кодирования
инструмента: жесткое кодирование позиции
расположения инструмента (гнезда магазина);
кодирование самих инструментов; гибкое по-
зиционное кодирование.
При жестком кодировании позиции со-
ответствующая программа связывает с номе-
ром инструмента адрес конкретной позиции в
инструментальном магазине. Каждая позиция
в этом случае определяется кодированием са-
мого гнезда (кодирующие элементы на гнезде,
простой счет от фиксированного положения)
либо углом поворота вала привода.
Основной предпосылкой нормальной ра-
боты такой системы является правильное за-
полнение магазина, при котором в каждую
позицию устанавливается определенный инст-
румент. УЧПУ по заданному номеру обеспечит
поиск нужного инструмента (фактически оп-
ределенной позиции магазина) по оптималь-
ному пути и его перемещение в рабочую по-
зицию. Поскольку код инструмента в про-
грамме не меняется, в случае необходимости
замены изношенного (поломанного) инстру-
мента на новый, он должен быть помещен под
тем же номером в ту же позицию, что и ста-
рый.
При кодировании самих инструментов в
УП обработки соответствующей детали указы-
вается не номер позиции, а непосредственно
код инструмента. Этот код определенным ме-
тодом наносится на инструмент и считывается
при вращении магазина. Инструменты могут
располагаться в магазине произвольным обра-
зом, так как при замене инструмента опреде-
ляющим признаком является не адрес пози-
ции, а код самого инструмента. Если при по-
вороте магазина обнаруживается нужный ин-
струмент, то он переносится в рабочую пози-
цию.
При гибком позиционном кодировании
в УП также задается номер инструмента. По-
ложение инструмента в магазине при этом
может быть произвольным; оно определяется
только процессом загрузки магазина. Схема
загрузки вводится в УЧПУ вместе со всеми
данными об инструменте или в процессе за-
грузки или непосредственно после него. Если
по УП требуется какой-либо инструмент то
вначале производится поиск всей относящейся
к нему информации; затем магазин переводит-
ся в такое положение, когда нужная позиция
находится в месте смены. Поскольку в СЧПУ
находится полная схема расположения инст-
рументов в магазине, процесс замены инстру-
мента на новый не представляет никакой про-
блемы.
Использование гибкого позиционного
кодирования предполагает наличие кода на
каждом инструменте, что упрощает ведение
инструментального хозяйства, ускоряет про-
цесс загрузки магазина и исключает ошибки
при этом.
Кодироваться инструмент может с по-
мощью набора колец на цилиндрической части
хвостовика или штифтов. В последнее время
получили распространение способы кодирова-
ния инструмента с помощью ламинированных
этикеток с штриховым кодом и электронных
носителей кода (чипов), закрепляемых на ин-
струменте. Способы идентификации и реко-
мендации по их применению в [11].
Г.9.6. УСТРОЙСТВА ОТВОДА СТРУЖКИ
Общие вопросы. При проектировании
металлорежущего станка решаются вопросы
сгружкообразования при резании, способы
дробления стружки и ее отвода из зоны обра-
ботки (станка) [4, 7]. Трудность решения свя-
зана с недостаточным рабочим пространством
станка и большим стружкообразованием;
большим количеством подвижных узлов и
инструментов; разнообразием форм стружки.
При выборе рабочей зоны станка необходимо
учитывать специфику отвода стружки.
По содержанию постоянных примесей
различают выход стружки: с охлаждающей
жидкостью при токарных, сверлильных и
других работах, с абразивной пылью при су-
хом шлифовании, например при заточке рез-
цов; с охлаждающей жидкостью и абразивной
пылью при мокром шлифовании.
Важным фактором является выбор с по-
мощью конструктивных решений траектории
движения срезаемого слоя металла. Управляя
этим движением, обеспечивают отвод стружки
в нужном направлении и заметно влияют на
производительность и качество процесса реза-
ния. Направление и скорость потока стружки
зависят от метода обработки (точение, фрезе-
рование, сверление и т.д.), физико-
механических свойств обрабатываемого мате-
риала, режимов резания и геометрических
параметров режущего инструмента.
Для эффективного удаления стружки не-
обходимы: благоприятная толщина и ширина,
завивание и сход в определенном направле-
нии. На форму стружки значительное влияние
оказывают режимы резания, главным образом,
скорость подачи, которая зависит от глубины
резания. Скорость резания также выбирается в
зависимости от глубины. При равной толщине
плохо завивается слишком широкая и слиш-
ком узкая стружка. С увеличением скорости
резания стружка становится тоньше и длиннее,
но в целом она оказывает меньшее влияние на
форму стружки, чем подача. С точки зрения
последующего удаления стружки наиболее
благоприятны скорость подачи и глубина ре-
зания, а также низкая скорость резания.
УСТРОЙСТВА ОТВОДА СТРУЖКИ ,
333
1.9.18. Способы стружкодробления
Способ дробления стружки
Принципиальная схема и методы реализации в станках
Подбор геометрических па-
раметров резцов и режимов
резания
Специальная заточка резца для дробления стружки. Пара-
метры резца, влияющие на стружкообразование: главный
угол в плане, передний угол, наклон главной режущей
кромки, радиус при вершине. Режимы резания, влияющие
на стружкообразование: подача - положительно, глубина
резания - отрицательно, скорость резания влияет только в
диапазоне 30 - 40 м/мин
Применение резцов, имею-
щих на передней поверхности
уступы, канавки, лунки, по-
рожки, а также с помощью
накладных стружколомов
1 - стружколомающие лунки
2, 3 - стружколомающие
канавки
1 - корпус резца; 2 - пластина
твердосплавная; 3 - накладной
стружколом; 4 - винт;
5 - прихват; 6 - подпружинен-
ный штифт
С помощью прерывистой
подачи суппорта станка
С помощью дополнительной
вибрации узла станка, несу-
щего режущий инструмент
С предварительным прореза-
нием на обрабатываемой по-
верхности заготовки винто-
вых канавок
Применение специального
инструмента, имеющего тех-
нические решения для дроб-
ления стружки
В процессе обработки отключают или уменьшают подачу
суппорта, в том числе программным методом для станков с
ЧПУ
При выполнении глубокого сверления отверстий малого
диаметра, реже, токарной обработки применяют электроди-
намические, электромагнитные и гидравлические вибраторы
На поверхности заготовки прорезают канавку резцом тре-
угольного профиля на глубину 75% припуска. Шаг винтовой
канавки принимают по возможности большим: угол наклона
ее к оси заготовки не должен быть меньше 45°
По задней поверхности сверла затачивают стружкозавива-
тельные канавки в шахматном порядке со ступенчатой ка-
навкой и т.д.
334
Глава 1.9. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
Характеристики стружки зависят в значи-
тельной мере от свойств обрабатываемого ма-
териала.
Наиболее эффективным средством воз-
действия на процесс стружкообразования яв-
ляются рационально спроектированные уст-
ройства для стружкодробления. В табл. 1.9.18
приведены способы стружкодробления, при-
меняемые в станках.
Конструкции станков должны способст-
вовать свободному перемещению стружки по
направляющим поверхностям или желобам на
транспортное устройство их отвода.
Удаление стружки с инструмента, за-
жимного приспособления и других уйлов про-
изводят двумя способами: принудительно
(смыв обильной струей жидкости, Выдувание,
вакуумный отсос и т.д.) и под действием силы
тяжести.
Для облегчения уборки стружки исполь-
зуют стайки со встроенными скребковыми
устройствами и наклонными наружными по-
верхностями. Для смыва стружки применяют
СОЖ. Количество СОЖ, потребляемое стан-
ком на технологические нужды, должно быть
увеличено. В отдельных случаях на шпинделе
ff)
е)
Рис. 1.9.17. Стружка и пылеприемники металлорежущих станков:
а и б для токарных станков; в - для расточных; г - вертикально-фрезерных: 1 - защитное кольцо;
2 - защитные шторки; 3 - всасывающий патрубок; д - сверлильных;
е - точильно-шлифовальных и обдирочно-шлифовальных:
Tf - шлифовальный круг; 2 и 3 - <?генки; 4 и 5 - всасывающие патрубки; 6 - отсасывающий патрубок;
7 - пластина; 8 - козырек; 9 - подставка; 10 - тяга; 11 - сектор; 12 - ось; 13 - направляющие;
14 - фиксирующий винт; 15 и 16 - штифты
УСТРОЙСТВА ОТВОДА СТРУЖКИ
335
станка монтируют устройства типа щеток,
которые функционируют по командам от
управляющей программы УЧПУ.
При проектировании станков с принуди-
тельным удалением стружки необходимо учи-
тывать необходимость герметизации зоны об-
работки (для предотвращения выброса охлаж-
дающей жидкости и стружки за пределы стан-
ка) путем использования соответствующих
оградительных (кабинетных) устройств. При
большом объеме стружки с задней стороны
станков. устанавливают дополнительные емко-
сти.
Важный элемент зоны обработки станка
- стружкоприемник, обеспечивающий отвод
максимального количества отходов обработки
при низком аэродинамическом сопротивле-
нии. Он должен надежно и просто закреплять-
ся на станке, быстро переналаживаться в зави-
симости от размера инструмента, вида обра-
ботки и не мешать обслуживанию станка.
Пылестружкоприемники для токарных,
фрезерных, сверлильных, расточных и шлифо-
вальных станков показаны на рис. 1.9.17.
На рис. 1.9.17, а, б приведен пылестружкопри-
емник, встроенный в державку резца, на
рис. 1.9.17, в - пылестружкоприемник, совме-
щенный с расточной оправкой. Пылестружко-
приемник для вертикально-фрезерного станка,
выполненный в виде защитного кольца, охва-
тывающего торцовую фрезу, показана на
рис. 1.9.17, г.
На рис. 1.9.17, д приведена конструкция
стружкоприемника для отвода стружки от вер-
тикально-сверлильного станка при обработке
глухого отверстия. Он расположен между кон
дукторной плитой и заготовкой, один конец
жестко связан о плитой, другой посредством
подвижного соединения - с трубопроводом.
На рис. 1.9.17, е показан пылеприемник,
выполненный в виде защитно-обеспыливав-
шего кожуха для точильно-шлифовальных и
обдирочно-шлифовальных станков.
Удаление стружки от станков выполняют
встроенные в них конвейеры различных кон-
струкций в зависимости от обрабатываемых
материалов, формы и объемов удаляемой
стружки. При проектировании конвейеров для
уборки стружки необходимо соблюдать сле-
дующие требования: легкость очистки и ре-
монта, простота конструкции, достаточная
пропускная способность и минимальные за-
траты энергии.
На рис. 1.9.18 приведены конструкции
станочных конвейеров отвода стружки для ее
передачи в цеховые системы.
Расчет производительности конвейеров
для отвода стружки производится по стандарт-
ным формулам, приведенным в (5).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аверьянов О. И. Модульный принцип
построения станков с ЧПУ.„:М.: Машино-
строение, 1987. 232 с.
2. Автоматическая загрузка технологиче-
ских машин: Справочник / Под общ. ред.
И. А. Клусова, И. С. Бляхерова, Г. М. Варьяш,
А. А. Иванова и др. М.: Машиностроение,
1990. 400 с.
3. Активный контроль в машинострое-
нии: Справочное пособие. Коллектив авторов
под ред. Е. И. Педь. М.: Машиностроение,
1971. 360 с.
4. Алексеенко А. В. Сбор и переработка
металлической стружки. М.: Машиностроение,
1980. 120 с.
5. Бобров В. П. Проектирование загру-
зочно-транспортных устройств к станкам и
автоматическим линиям. М.: Машинострое-
ние. 1964. 290 с.
6. Бурдун Г. Д., Волосов С. С, Гейлер 3. Ш.
и др. Регулирование качества продукции сред-
ствами активного контроля. М.: Изд-во стан-
дартов, 1973. 476 с.
7. Бушуев В. В. Основы конструирования
станков. М.: Станкин, 1992. 520 с.
8. Вальков В. М. Контроль в ГАП. Л.:
Машиностроение, Ленинградское отд-ние,
1986. 232 с.
9. Власов С. Н., Позднеев Б. М., Черпа-
ков Б. И. Транспортные и загрузочные уст-
ройства и робототехника. М.: Машинострое-
ние, 1988. 144 с.
10. Волчкевич Л. И., Усов Б. А. Автоопе-
раторы. М.: Машиностроение, 1974. 216 с.
11. Гершкович А. Б., Ковальцун С. И.,
Сиротенко А. П. и др. Системы идентифика-
ции материальных объектов. М.: 1989- 48 с.
(Машиностроительное производство. Сер.
Автоматизация производства, гибкие произ-
водственные системы и робототехника. Обзор,
информац. ВНИИТЭМР, вып. 4).
12. Гибкие производственные комплексы/
Под ред. П. Н. Белянина и В. А. Лещенко. М.:
Машиностроение, 1984. 384 с.
13. Городецкий М. С., Веденский Д. Л.
Контроль и диагностика в ГПС: Практич.
пособие / Под ред. Б. И. Черпакова. М.: Выс-
шая школа, 1989. 96 с.
14. Городецкий М. С., Рыжова В. Д.,
Шрайбман И. С. Диагностирование состояния
лезвийных инструментов с помощью устройст-
ва Monitor Model "А” // Станки и инструмент.
1990. № 7. С. 7 - 9.
15. Инструментальные системы автомати-
зированного производства / Р. И. Гжиров, В.
А. Гречишников, В. Г. Логашев и др. СПб.:
Политехника, 1993. 399 с.
16. Катковник В. Я., Хлудова М. В., Га-
нин Н. М. Математическое моделирование
материальных потоков в ГПС. Алгоритмиче-
ское и программное обеспечение М.: 1987.
60 с. (Технология, оборудование, организация
и экономика машиностроительного производ-
ства и гибкие производственные системы. Об-
зорная инФоомапия. ВНИИТЭМР. Вып. 3k
336
Глава 1.9. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
УСТРОЙСТВА ОТВОДА СТРУЖКИ
337
Рис. 1.9.18. Примеры конвейеров отвода стружки,
а - токарный автомат, винтовой конвейер: 1 - бак для сбора стружки; 2 - винтовой конвейер;
чугунной стружки; в - многошпиндельный станок, ленточный конвейер: 1 - короб; 2 - приводной валик;
г - гидрокопировальный токарный полуавтомат, вибрационный конвейер: 1 - бак для сбора эмульсии;
д - отрезная дисковая пила, импульсный конвейер: 7 - ролик; 2 - лоток; 3 - бабка; 4 - дисковая пила;
стружки у станка; е - токарный прутковый автомат, импульсный конвейер: 1 - лоток; 2 - рычажная передача,
7 - бак для сбора СОЖ; ж - токарно-револьверный станок, импульсный конвейер: 1 - лоток; 2 - станина;
з - токарно-карусельный станок, импульсный конвейер: 1 - лоток; 2 - ролики; 3 - станина; 4 - рукав;
колонной, импульсный конвейер: 7 - цеховой конвейер отвода стружки; 2 - станина; 3 - гребенка, закрепленная
6 - заготовка; 7- стол станка; к - агрегатный станок, винтовой конвейер: 7 - сборник стружки; 2 - винтовой
конвейер: 7 - станина; 2 - поворотный стол; 3 - бабка станка; 4 - бак для сбора стружки; 5 - винтовой конвейер;
и - автоматическая линия, гидроконвейер (для алюминиевой стружки): 1 - желоб; 2 - решетки; 3 - сопла
цепь; 5 - постоянный магнит; 6 - воронка;
встроенных в металлорежущие станки:
3 - люк для сбора стружки; 4 - привод; 5 - станина; б - вертикально-расточной станок, система отвода;
3 - стальная или прорезиненная лента, 4 - скребок; 5 - привод конвейера; 6 - станок;
2 - пружина; 3 - вибролоток; 4 - электродвигатель; 5 - вибратор; 6 - тяга; 7 - резиновые прокладки;
5 - гребенка; 6 - палец; 7- коромысло; 8 - планка; 9 - цепь; 10 - растягивающая пружина; 77 - тара для сбора
3 - кулачок; 4 - конвейер для захвата стружки; 5 - бак для сбора стружки; 6 - лоток для отвода СОЖ;
3 - ролик; 4 - пружина; 5 - кулачок; 6 - ерш для захвата; 7 - цеховой конвейер отвода стружки; 8 - поддон;
5 - цеховой конвейер отвода стружки; 6 и 7 - щетки; 8 - план-шайба станка; и - расточной станок с подвижной
на подвижной колонне; 4 - подвижная колонна станка; 5 - механизм привода импульсного конвейера;
конвейер; 3 - отводящий лоток; 4 - цеховой конвейер отвода стружки; л - многоцелевой станок, винтовой
м - различные станки, пластинчатый конвейер: 7 - привод; 2 - несущее полотно; 3 - борт конвейера;
подачи СОЖ, о - разные станки, магнитный конвейер: 7 и 7 - звездочки; 2 - станина; 3 - короб; 4 - замкнутая
8 - цепная передача; 9 - редуктор
336
Глава 1.9. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
УСТРОЙСТВА ОТВОДА СТРУЖКИ
337
Рис. 1.9.18. Примеры конвейеров отвода стружки,
а - токарный автомат, винтовой конвейер: 1 - бак для сбора стружки; 2 - винтовой конвейер;
чугунной стружки; в - многошпиндельный станок, ленточный конвейер: 1 - короб; 2 - приводной валик;
г - гидрокопировальный токарный полуавтомат, вибрационный конвейер: 1 - бак для сбора эмульсии;
д - отрезная дисковая пила, импульсный конвейер: 7 - ролик; 2 - лоток; 3 - бабка; 4 - дисковая пила;
стружки у станка; е - токарный прутковый автомат, импульсный конвейер: 1 - лоток; 2 - рычажная передача,
7 - бак для сбора СОЖ; ж - токарно-револьверный станок, импульсный конвейер: 1 - лоток; 2 - станина;
з - токарно-карусельный станок, импульсный конвейер: 1 - лоток; 2 - ролики; 3 - станина; 4 - рукав;
колонной, импульсный конвейер: 7 - цеховой конвейер отвода стружки; 2 - станина; 3 - гребенка, закрепленная
6 - заготовка; 7- стол станка; к - агрегатный станок, винтовой конвейер: 7 - сборник стружки; 2 - винтовой
конвейер: 7 - станина; 2 - поворотный стол; 3 - бабка станка; 4 - бак для сбора стружки; 5 - винтовой конвейер;
и - автоматическая линия, гидроконвейер (для алюминиевой стружки): 1 - желоб; 2 - решетки; 3 - сопла
цепь; 5 - постоянный магнит; 6 - воронка;
встроенных в металлорежущие станки:
3 - люк для сбора стружки; 4 - привод; 5 - станина; б - вертикально-расточной станок, система отвода;
3 - стальная или прорезиненная лента, 4 - скребок; 5 - привод конвейера; 6 - станок;
2 - пружина; 3 - вибролоток; 4 - электродвигатель; 5 - вибратор; 6 - тяга; 7 - резиновые прокладки;
5 - гребенка; 6 - палец; 7 - коромысло; 8 - планка; 9 - цепь; 10 - растягивающая пружина; 77 - тара для сбора
3 - кулачок; 4 - конвейер для захвата стружки; 5 - бак для сбора стружки; 6 - лоток для отвода СОЖ;
3 - ролик; 4 - пружина; 5 - кулачок; 6 - ерш для захвата; 7 - цеховой конвейер отвода стружки; 8 - поддон;
3 - цеховой конвейер отвода стружки; 6 и 7 - щетки; 8 - план-шайба станка; и - расточной станок с подвижной
на подвижной колонне; 4 - подвижная колонна станка; 5 - механизм привода импульсного конвейера;
конвейер; 3 - отводящий лоток; 4 - цеховой конвейер отвода стружки; л - многоцелевой станок, винтовой
м - различные станки, пластинчатый конвейер: 7 - привод; 2 - несущее полотно; 3 - борт конвейера;
подачи СОЖ, о - разные станки, магнитный конвейер: 7 и 7 - звездочки; 2 - станина; 3 - короб; 4 - замкнутая
8 - цепная передача; 9 - редуктор
338 Глава 1.10. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
__________ — ------------------ " '!*-----------------------------------
17. Ковальцун С. И., Киселева Ф. В. Ав-
томатическая смена инструмента на многоце-
левых металлорежущих станках. М.: ВНИИ-
ТЭМР, 1988. 80 с.
18. Ковальцун С. И., Осмоловский Ф. А.
Расчет временных параметров устройств авто-
матической смены инструментов // Станки и
инструмент. 1988. № 5. С. 10 - 12.
19. Козырев Ю. Г. Промышленные робо-
ты: Справочник. М.: Машиностроение, 1983.
376 с.
20. Кузнецов Ю. И., Маслов А. Р., Бай-
ков А. Н. Оснастка для станков с ЧПУ: Спра-
вочник. 2-е изд. перераб. и дополн. М.: Ма-
шиностроение, 1990. 512 с.
21. Машины непрерывного транспорта:
Учебное пособие для вузов по специальности
"Подъемно-транспортные машины и оборудо-
вание" / Р. Л. Зенков, П. П. Ивашков,
Л. Н. Колобов. М.: Машиностроение, 1980.
304 с.
22. Наянзин Н. Г., Раздобреев А. X., Ко-
лосов В. Н. Системы инструментального обес-
печения ГПС. М.: 1987. 56 с. (Технология,
оборудование, организация и экономика ма-
шиностроительного производства. Сер. 8. Ав-
томатизированные производства и гибкие
производственные системы. Обзорная инфор-
мация. ВНИИТЭМР. Вып. 4).
23. Осипова С. С., Шрайбман С. М. Уст-
ройства контроля состояния инструмента в
процессе резания // Станки и инструмент.
1987. № 8. С. 22 - 25.
24. Проектирование металлорежущих
станков и станочных систем: Справочник-
учебник. В 3-х т. Т. 2. Расчет и конструирова-
ние узлов и элементов станков / А. С. Прони-
ков, Е. И. Борисов, В. В. Бушуев и др. /
Под общ. ред. А. С. Проникова. М.: Издатель-
ство МГТУ им. Н. Э. Баумана: Машинострое-
ние, 1995. 320 с.
25. Расчет и выбор приводов механизмов
автоматической смены инструмента. Методи-
ческие рекомендации / 3. М. Левина,
А. А. Корниенко. А. П. Левин и др., М.
ЭНИМС. 1978.
26. Рачульскис К. М., Юркаускас А Ю.
Вибрация подшипников /Под ред. К. М. Га-
чульскиса. Л.: Машиностроение, Ленинград-
ское отд-ние. 1985. 119 с.
27. Роботизированные производственные
комплексы / Ю. Г. Козырев. А. А. Кудинов,
В. Э. Булатов и др.; Под ред. Ю. Г. Козырева,
А. А. Кудинова. М.: Машиностроение, 1987.
272 с
28. Справочник по промышленной робо-
тотехнике: В 2 кн.: Пер. с англ. / Под ред.
Ш. Нофа. М.: Машиностроение. Кн. 1. 1989.
480 с. Кн. 2. 1990. 480 с.
29. Справочник металлиста: В 5-ти т.
Г. 5 / Под ред. Б. Л. Богуславского. М.: Ма-
шиностроение, 1978. 673 с.
30. Точность и производственный кон-
троль в машиностроении: Справочник /
И. И. Балонкина, А. К. Кутай, Б. М. Сороч-
кин и др. • Под общ. ред. А. К. Кутая,
Б. М. Сорочкина. Л.. Машиностроение, 1983.
368 с.
31. Харазок А. М. Техническая диагно-
стика гидроприводов машин. М.: Машино-
строение, 1979. 112 с.
32. Черпаков Б. И. Эксплуатация автома-
тических линий. М.: Машиностроение, 1990.
304 с.
33. Черпаков Б. И., Городецкий М. С.,
Веденский Д. П. и др. Автоматический кон-
троль диаметра отверстий на многоцелевом
станке // Станки и инструмент. 1990. № 1.
С. 28 - 30.
34. Черпаков Б. И., Великович В. Б. Ро-
бототехнические комплексы. М.: Высшая
школа. 1989. 95 с.
35. Черпаков Б. И., Великович В. Б. Со-
кращение ручною труда при применении
промышленных роботов. М.: Машинострое-
ние. 1985. 76 с.
36. Явленский К. Н., Явленский А. К.
Вибродиагностика и прогнозирование качества
механических систем. Л.: Машиностроение.
Ленингр. отд-ние, 1983. 239 с.
Глава 1.10
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ
СТАНКОВ
1.10.1. ОСНОВНЫЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ
АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ В
СТАНКОСТРОЕНИИ. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ
ОБЪЕКТОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Автоматизация проектирования является
одной из определяющих тенденций техниче-
ского прогресса в станкостроении. Примене-
ние методов и средств автоматизированного
проектирования (САПР) обеспечивает повы-
шение качественного уровня проектов, произ-
водительности труда конструкторов и техно-
логов и, что самое важное с экономической
точки зрения, резко (иногда в несколько раз)
сокращает сроки технической подготовки и
освоения производства новых изделий.
Методическую основу САПР составляют
математические модели объектов, относящихся
к конкретной предметной области. Математи-
ческая модель (ММ) отображает объект реаль-
ного мира (РО) в мир информации.
Критериальные ММ (КММ) содержат ин-
формацию о связи технических характеристик
РО с его конструктивными параметрами. Их
обычная математическая форма - конечные
(алгебраические или трансцендентные) зави-
симости.
ОСНОВНЫЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 339
Морфологические ММ {МММ) описывают
структуру, форму и размеры РО и являются
обобщением известного понятия геометриче-
ской ММ. Их математическая форма - систе-
мы алгебраических и тригонометрических
уравнений, уравнений дифференциальной
геометрии, отношения дискретной математи-
ки.
ММ поведения (ММП) применительно к
металлорежущим станкам, узлам и механизмам
описывают кинематику и динамику движений.
Их адекватная математическая форма - систе-
мы дифференциальных уравнений в обыкно-
венных и частных производных, которые под-
вергают различным преобразованиям, напри-
мер отображению в комплексное пространство
для получения решений в частотной области,
или численно интегрируют, воспроизводя в
выбранном масштабе движения реального
объекта.
Между тремя типами ММ существует
тесная взаимосвязь (рис. 1.10.1). Так, КММ
часто получают как результат исследования
ММП. При этом параметрами КММ могут
быть геометрические размеры, определяющие
вид МММ. Последняя, в свою очередь, содер-
жит данные, являющиеся исходными для оп-
ределения параметров ММП.
Все три вида моделей, будучи формами
отображения одной и той же реальности, вос-
производят разные ее стороны. Для различных
типов ММ, несмотря на различия их матема-
тических конструкций, может быть принята
единая форма представления, используемая в
технической кибернетике. Эта форма имеет
вид
у = Wz,
где z - вектор входных величин, принадлежа-
щий некоторому. пространству Z\ у - вектор
выходных величин, принадлежащий простран-
ству У; W - оператор, преобразующий вход Z в
выход у. Данную универсальную форму ММ
можно интерпретировать как некий многопо-
люсник, имеющий п входов и т выходов
(рис. 1.10.2). Физический смысл входов и вы-
ходов зависит от предметной области, типа
модели, физической сущности оператора
Рис. 1.10.1 Связь между различными типами
математических моделей
Рис. 1.10.2. Универсальная форма представления
математической модели
Основные методические принципы авто-
матизированного проектирования. 1. Прин-
цип композиции. Новые технические
объекты создаются посредством объединения
(композиции) стандартизованных (нормализо-
ванных, унифицированных) элементов в еди-
ное целое по определенным физическим, ло-
гическим и семантическим правилам. При
автоматизированном проектировании каждый
элемент отображается в информационный мир
соответствующей ММ.
Совокупность элементов образует эле-
ментную базу, используемую для проектиро-
вания. В САПР элементная база интерпрети-
руется как база данных (БД), содержащая со-
ответствующие ММ. Каждый элемент, входя-
щий в элементную базу данной предметной
области, характеризуется определенным физи-
ческим качеством и вектором параметров.
Физическое качество определяет функцио-
нальное назначение элемента и зависит от его
внутренней структуры. Качество отображается
содержательным наименованием (именем)
элемента, а также названиями (именами) тех
входов и выходов, с помощью которых дан-
ный элемент может связываться с другими.
Вектор параметров описывает количественные
характеристики элемента.
Понятие элемента является иерархиче-
ским, поскольку любое целое, составленное из
элементов (Z - 1)-го уровня, может быть объяв-
лено элементом Z-го уровня и использоваться
для композиции на (/ + 1)-м уровне. В зави-
симости от того, к какому иерархическому
уровню относится элемент, и степени детали-
зации структурных свойств, его имя может
быть простым или сложным, т.е. состоять из
одного или нескольких слов. Например, имя
"подшипник" характеризует класс объектов,
обеспечивающих требуемое положение оси
вращающегося вала в пространстве, однако
оно не раскрывает внутренней структуры эле-
мента. На следующем уровне имеются два
имени: "подшипник качения" и "подшипник
скольжения”, которые указывают тип трения,
возникающий при вращении вала, и содержат
указания, позволяющие судить о внутренней
структуре элемента. Еще больше информации
об этой структуре содержат имена следующего
уровня, например "подшипник качения шари-
ковый" и т.д.
340 Глава 1.10. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
При таком подходе к образованию имен
элементов всю элементную базу можно опи-
сать в виде множества древовидных графов
понятий, с помощью которых можно затем
отыскивать нужные элементы. В некоторых
случаях графы могут иметь и сетевую структу-
ру (семантическая сеть).
Необходимые для композиционного про-
ектирования правила совместимости, устанав-
ливающие соответствие входов и выходов эле-
ментов, а также количественные отношения
между компонентами векторов их параметров,
содержатся в базе знаний, относящейся к кон-
кретной предметной области. Располагая эле-
ментной базой и базой знаний, можно решать
задачи проектирования на основе принципа
композиции. Примеры его использования
приведены в последующих разделах главы.
2. Принцип подобия. Новые тех-
нические объекты создаются посредством
обобщенного преобразования подобия некото-
рой, заранее сформированной структуры.
Обобщенное преобразование подобия выпол-
няется в л-мерном координатном пространст-
ве, причем в качестве координат могут высту-
пать физические величины любой природы:
геометрические, механические, электрические
и т.д. Параметры нового объекта определяются
расчетным путем в зависимости от его кон-
кретного назначения и технических требова-
ний.
Структура объекта проектирования пред-
полагается неизменной, а в составе вектора
количественных характеристик выделяют одну
или несколько фундаментальных компонент,
значения которых определяют проектировоч-
ным расчетом исходя из технических требова-
ний к объекту. Остальные компоненты опре-
деляются по формулам, часто эмпирическим,
связывающим их с фундаментальными компо-
нентами. Несмотря на известный
"консерватизм" принципа подобия (имеется в
виду неизменность структуры), он позволяет
решить задачу автоматизации проектирования
до конца, т.е. до выдачи полного комплекта
конструкторской и технологической докумен-
тации, включая управляющие программы для
обработки деталей на станках с ЧПУ. В ис-
текшем десятилетии на вычислительных сред-
ствах третьего поколения были созданы высо-
коавтоматизированные САПР, ориентирован-
ные на проектирование таких изделий, как
подшипники качения (ВНИПП), асинхронные
электродвигатели (ВНИЭМ), силовые транс-
форматоры (Ивановский энергетический
ин-т), аксиально- и радиально-поршневые
гидромашины (ВНИИгидропривод) и др.
На основе принципа подобия наиболее
просто удается создать интегрированные сис-
темы конструкторско-технологического назна-
чения.
Принципы композиции и подобия суще-
ствуют и применяются во взаимосвязи друг с
другом. Так, например, с помощью принципа
композиции из элементов (z - 1)-го иерархиче-
ского уровня можно сформировать объект,
который, в свою очередь, станет элементом
z-ro уровня. Если для этого элемента с помо-
щью принципа подобия построить размерный
ряд, то в дальнейшем его можно использовать
для композиции на (z + 1)-м уровне.
1.10.2. СТРУКТУРА СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Эффективность САПР в значительной
мере зависит от степени интеграции всех ста-
дий конструкторской и технологической под-
готовки производства в единый информаци-
онный процесс. Такая интеграция обеспечива-
ет согласованность конструкторских и техно-
логических решений, сокращает количество
ошибок как принципиального характера, т.е.
связанных с принятием ошибочных решений,
так и тех, которые возникают в связи с
оформлением конструкторской и технологиче-
ской документации. При использовании от-
дельных, автономных средств автоматизации
инженерного труда общее количество ошибок
может возрастать за счет операций перекоди-
ровки информации при переходе от одной
стадии проектирования к другой.
Поэтому в современных САПР органи-
зуются информационные связи, в первую оче-
редь, между блоками проектирования деталей
и технологии их изготовления (включая подго-
товку управляющих программ для станков с
ЧПУ). Такие системы получили в зарубежной
научно-технической литературе название
CAD/CAM (Computer Aided Design и Computer
Aided Manufacturing).
Одной из важнейших компонент САПР
является блок, связанный с принятием прин-
ципиальных технических решений на основе
проведения достаточно сложного комплекса
инженерных расчетов и математического мо-
делирования. Подобные средства получили
название САЕ (Computer Aided Engineering).
Их интеграция с предыдущими компонентами
приводит к появлению CAE/CAD/CAM-
систем. Общую структуру конструкторско-
технологической САПР металлорежущих стан-
ков можно представить в виде схемы, приве-
денной на рис. 1.10.3, согласно которой ход
всех проектных работ определяется блоком
планирования и управления процессом проек-
тирования.
В соответствии с принципом компози-
ции новые станки создаются в основном на
базе унифицированных узлов либо, в соответ-
ствии с принципом подобия, посредством
модификации ранее выполненных проектов.
СТРУКТУРА СИСТЕМЫ АВТОМАТ
Рис. 1.10.3. Общая структура САПР
металлорежущих станков
Процесс автоматизированного проекти-
рования станка состоит из следующих основ-
ных этапов: анализ технических требований к
проектируемому станку (по данным заказа);
технологическое обоснование основных техни-
ческих характеристик станка и требований к
его узлам (агрегатам); поиск в автоматизиро-
ванном архиве (АА) подходящего проекта из
числа ранее выполненных; проектирование
(доработка) компоновочной схемы станка;
проектный расчет компоновочной схемы
(оценка точности, жесткости, динамических
свойств, предварительное моделирование и
оптимизация); подбор унифицированных уз-
лов из базы данных (архива); проектирование
компоновочного чертежа (общего вида) стан-
ка; проверочные расчеты и уточненное моде-
лирование; проектирование (доработка) элек-
трооборудования; проектирование (доработка)
гидрооборудования, системы смазки и охлаж-
дения; проектирование (доработка) пневмо-
оборудования; проектирование спецоснастки
(наладки); проектирование (доработка) схемы
окраски; проектирование упаковки; оформле-
ние полного комплекта технической докумен-
тации (на машинных носителях) и, при необ-
ходимости, на бумаге; помещение готового
проекта в АА.
Процесс автоматизированного проекти-
рования узлов состоит из следующих основных
этапов:
- анализ технических требований к про-
ектируемому узлу;
поиск в АА близкого аналога
(прототипа);
- формирование структуры (принци-
пиального решения) проектируемого узла;
- проектный расчет узла (определение
основных параметров, предварительное моде-
лирование, оптимизация);
- формирование облика конструкции из
унифицированных конструктивных элементов
(подузлов и деталей);
- проверочные расчеты, уточненное мо-
делирование;
- оформление документации техниче-
ского проекта на узел.
В результате выполнения перечисленных
этапов формируется цифровой образ
(морфологическая модель) узла, в котором
содержится значительная часть информации о
деталях. Эта информация, однако, недостаточ-
на для изготовления детали и для получения (в
случае необходимости) ее рабочего чертежа.
Для получения комплекта цифровых мо-
делей деталей, содержащих информацию, не-
обходимую и достаточную как для изготовле-
ния деталей, так и их рабочих чертежей, тре-
буется выполнение следующих основных эта-
пов:
- декомпозиция цифрового образа об-
щего вида;
- идентификация образа детали;
- конструирование типовой детали (по
алгоритму);
- дополнение образа детали унифициро-
ванными конструктивно-технологическими
элементами (КТЭ) из базы данных в. диалого-
вом режиме;
- конструирование оригинальной детали
из унифицированных и вновь' создаваемых
КТЭ;
- формирование полной модели рабочего
чертежа детали;
- нормоконтроль и контроль на техно-
логичность.
По завершении перечисленных этапов по
всем деталям формируется полный комплект
документации на узел, помещенный в АА.
Полученные в результате выполнения описан-
ных этапов модели рабочих чертежей деталей
и сборочных единиц передаются в виде соот-
ветствующих файлов в блок технологического
проектирования, где выполняются следующие
процедуры: оценка технологичности конструк-
ций станка, узлов и деталей; проектирование
по полным цифровым моделям деталей мар-
шрутных техпроцессов, операционных техно-
логий и управляющих программ (УП) для
станков с ЧПУ; контроль УП; нормирование;
проектирование технологических процессов
сборки, монтажа, окраски и других переделов,
их нормирование; проектирование технологи-
ческой оснастки (зажимные приспособления,
режущий и мерительный инструмент, штампы,
пресс-формы).
Глава 1.10. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
1 10 3 АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
КОМПОНОВОК СТАНКОВ
Основные предпосылки качества станка
:закладываются при определении его компо-
1НОВКИ.
Конечной целью проектирования ком-
1ПОНОВКИ является определение ее структуры,
шространственного расположения инструмента
1и заготовки, типа и элементов компоновки.
При проектировании важно рассмотреть все
возможные компоновочные варианты и выде-
лить из них эффективные, что является весьма
трудоемкой задачей. Ее решение может быть
получено только с помощью САПР.
Следует отметить два основных направ-
ления в разработке САПР компоновки стан-
ков.
1. Проектирование компоновок агрегати-
рованных станков из определенного набора
^унифицированных узлов [1, 2].
2. Свободное проектирование компоно-
вок, не имеющих унифицированной матери-
альной базы [23, 29, 33].
Оба направления реализуют принцип
композиции и отличаются степенью детально-
:сти конструктивной проработки элементов
компоновки.
Процесс автоматизированного проекти-
рования компоновки, исходные данные для
которо.го содержатся в техническом задании
делится на три укрупненных этапа: структур-
ный, геометрический и параметрический син-
тез. С переходом к каждому последующему
этапу увеличивается степень конкретизации
структуры и параметров компоновки при од-
новременном уменьшении числа альтернатив-
ных вариантов.
I. Структурный синтез. Для структурного
синтеза вариантов базовой комопновки, т.е.
компоновки без УАСИ и УАСЗ, исходные
данные должны содержать ряд требований,
учитывающих конкретные условия эксплуата-
ции проектируемого станка. В состав основ-
ных обязательных требований входят: перечень
движений формообразования и других коор-
динатных перемещений, размеры рабочего
пространства, взаимное расположение инстру-
мента и заготовки, предельные размеры по-
бедней. Дополнительные требования касаются
удобства встраивания станка в ГПС, смены
инструмента и заготовки, отвода стружки и др.
Засть их в конкретных случаях может быть
переведена в основные требования. Дополни-
тельные требования могут иметь вид ограни-
иений:
- разрешить или запретить определенное
перемещение;
- разместить определенное перемещение
на заданном месте в структуре КС или по от-
ношению к другому перемещению;
- ограничить расположение плоскости
перемещения или оси вращения любого эле-
мента компоновки по отношению к осям сис-
темы координат станка;
Рис. 1.10.4. Типы подвижных стыков компоновки
- применить определенный тип подвиж-
ного стыка (рис. 1.10.4);
- указать пространственное расположе-
ние элемента с выбранной плоскостью под-
вижного стыка;
- применить компоновочный элемент
определенной формы - параллелепипед, ци-
линдр и др.
Эти ограничения отражают накопленный
опыт проектирования КС [27, 34, 36], требо-
вания заказчика и т.п.
Для структурного синтеза необходима
переработка большого объема информации.
При этом играет значительную роль способ
формализованного описания (кодирования)
компоновки. Система кодирования должна
удовлетворять следующим требованиям [13]:
использовать единую систему координат для
всех этапов автоматизированного проектиро-
вания, включая этап оценки компоновки по
совокупности критериев; содержать парамет-
ры, относящиеся только непосредственно к
компоновке; однозначно и полно описывать
компоновку при различной степени конкрети-
зации ее параметров.
В наибольшей степени требованиям
структурного синтеза удовлетворяет система
кодирования, описанная в [35]. Структурный
код элемента компоновки может быть задан,
например, семью цифрами, которые соответ-
ственно обозначают: тип перемещения элемен-
та; ось перемещения или вращения; ось нор-
мали к плоскости стыка со следующим эле-
ментом; отсутствие наклона этой нормали или
плоскость, в которой она наклонена; тип под-
вижного стыка (рис. 1.10.4); направление пе-
рехода через стык; форма элемента. Стацио-
нарный блок (станина) описывается набором
из семи нулей.
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОМПОНОВОК СТАНКОВ
343
Таким образом, код компоновки пред-
ставляет собой совокупность цифровых запи-
сей каждой ее "ветви”, оканчивающейся ста-
ниной.
Наиболее распространенным подходом к
решению задач структурного синтеза является
перебор вариантов. Для сокращения машин-
ного времени при переборе целесообразно
использовать алгоритм так называемого после-
довательного синтеза [20], когда структура
компоновки наращивается постепенно, а по-
лучаемые промежуточные частичные коды
оцениваются по файлам отсева, содержащим
несколько групп О1раничений, описанных
выше.
Возможна коррекция этих ограничений в
режиме диалога. При введении достаточного
количества ограничений можно получить от-
носительно небольшое количество структур-
ных вариантов компоновок, что облегчает
проведение последующих этапов синтеза.
После завершения структурного синтеза
можно по структурному коду осуществить
поиск подходящих компоновок среди сущест-
вующих в базе данных.
II. Геометрический (пространственный)
синтез осуществляется для каждой из синтези-
рованных ранее структур в режиме диалога.
В его основе лежит принцип элементарных
объемов [38]. Геометрический синтез проводят
последовательно в направлении от конца каж-
дой ветви компоновки к стационарному блоку.
Процедура геометрического синтеза для каж-
дой ветви включает:
- синтез элементарных объемов, соответ-
ствующих элементам компоновки, форма ко-
торых указана в структурном коде;
- предварительное определение размеров
элементов компоновки на эвристическом
уровне;
- размещение синтезированных элемен-
тов в пространстве и соединение их по плос-
костям стыков, атрибуты которых были опре-
делены ранее;
- объединение всех ветвей компоновки в
один геометрический образ, сопровождающее-
ся уточнением всех геометрических парамет-
ров элементов.
На этом же этапе производится предва-
рительная оценка каждого из синтезированных
вариантов по критерию жесткости [9, 12,13].
Используются такие показатели, которые учи-
тывают не только средний уровень податливо-
сти компоновки, но и ее изменение в рабочем
пространстве [13, 35].
III. Параметрический синтез. Найденный
на предыдущем этапе вариант подвергается
многокритериальной параметрической опти-
мизации. В качестве частных критериев опти-
мальности компоновки используются суммар-
ная статическая податливость, распределение
давлений в направляющих подвижных стыков,
динамические характеристики несущей систе-
мы станка. Динамические характеристики
оцениваются по величине динамической по-
датливости несущей системы на собственных
частотах, соответствующих собственным фор-
мам колебаний, в наибольшей степени
влияющим на точность станка. Использование
стоимостного критерия при сравнительном
анализе вариантов возможно лишь в случае
проектирования компоновки из унифициро-
ванных узлов.
Для расчета принятых критериев опти-
мальности приходится вводить дополнитель-
ную информацию о некоторых некомпоно-
вочных параметрах - типе и основных разме-
рах направляющих, коэффициентах заполне-
ния объема корпусных деталей [9] и др.
В качестве варьируемых параметров вы-
ступают габаритные размеры элементов, выле-
ты, углы наклона плоскостей стыков и др.
Оптимизация проводится путем зонди-
рования многомерного пространства варьи-
руемых параметров методом ЛП-поиска [6].
Метод позволяет выделить небольшое множе-
ство эффективных вариантов (множество Па-
рето), из которых нетрудно выбрать один в
соответствии с какой-либо дополнительной
системой предпочтений (например, с учетом
технологичности будущей конструкции стан-
ка). Значительную экономию времени может
дать эвристический поиск, опирающийся на
анализ матрицы чувствительности, элементами
которой являются коэффициенты влияния
варьируемых параметров на частные критерии
оптимальности.
Синтез заканчивается выводом информа-
ции об эффективных вариантах компоновки,
достаточной для дальнейшего проектирования
станка.
В качестве примера рассмотрим синтез
компоновки рейкошлифовального станка.
Схема формообразования (рис. 1.10.5) с дви-
жениями скорости резания Фу, подачи Ф5,
врезания Вр и деления Д, а также предельные
размеры шлифуемой рейки образуют основные
требования к синтезу.
Рис. 1.10^5. Схема формообразования при
шлифовании рейки
344 Глава МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Рис. 1.10.6. Варианты компоновки:
а - структура 2221222 1121111 1321111 0000000 1231121;
б - структура 2221222 1321111 1121111 0000000 123112Г,
1 - шпиндель шлифовального круга;
2 - шлифовальная бабка; 3 - салазки; 4 - стойка; *
5 - станина; 6 - стол с заготовкой
Дополнительные требования связаны с
необходимостью унификации на заводе-
изготовителе комбинации "станина-стол” в
ветви заготовки. Станина имеет форму вытя-
нутого (параллельно оси Y) параллелепипеда
(рис. 1.10.6), имеющего сзади выступ для ус-
тановки неподвижной стойки. По верхней
плоскости станины перемещается стол с заго-
товкой.
Из основных и дополнительных требова-
ний вытекает: 1) привязка по ветви заготовки
всей схемы и движений к системе координат;
кодовые обозначения движений (первая цифра
- тип перемещения, вторая - ось перемеще-
ния): Фу -> 22, Ф5 -> 11, Вр -> 13, Д -> 12;
2) отсутствие необходимости в синтезе ветви
заготовки; 3) перечень ограничений на синтез
ветви инструмента:
а) по структуре ветви - на первом месте
находится элемент компоновки, совершающий
движение 22, на последнем - станина 0000000;
б) для размещения на неподвижной
стойке элементов, осуществляющих движения
11 и 13, нормали к плоскостям их стыков
должны быть параллельны оси Y (третья циф-
ра кода - 2, четвертая - 1);
в) движение 22 осуществляет цилиндри-
ческий элемент с помощью стыка вращатель-
ного движения типа 2, движения 11 и 13 -
элементы, имеющие форму параллелепипеда, с
помощью стыков поступательного движения
типа 1.
Анализ информации о движениях в ветви
инструмента и ограничениях позволил полу-
чить всего два структурных варианта ветви
инструмента. Схемы и коды вариантов полной
компоновки приведены на рис. 1.10.6.
Код каждого варианта содержит пять
групп , (по числу элементов компоновки) ус-
ловных цифровых записей, смысл которых
описан выше.
На этапе геометрического синтеза гене-
рируется изображение компоновки и опреде-
ляются ее основные размеры. После ввода
информации о типе и размерах направляющих
каждого стыка, составляющих силы резания и
весовой нагрузке проводится оценка вариантов
по критерию жесткости и переход к этапу
параметрического синтеза.
1.10.4. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
УЗЛОВ И МЕХАНИЗМОВ СТАНКОВ ИЗ
УНИФИЦИРОВАННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Проектирование узлов и механизмов
станков в САПР реализуется с помощью
принципов композиции и подобия, изложен-
ных в разделах 1.10.1 и 1.10.2.
Технические требования к узлу формали-
зуются в виде набора (вектора) атрибутов,
описывающих технические характеристики
будущей конструкции. Этот вектор является
поисковым образом конструкции, с помощью
которого в АА, где хранятся ранее созданные
проекты узлов и механизмов, отыскивается
аналог с наиболее близким (качественно и
количественно) к требуемому набором атрибу-
тов. Если в АА нет подходящего аналога, кон-
структор приступает к структурному синтезу
нового технического решения в соответствии с
принципом композиции, обращаясь при этом
к базе конструктивных элементов.
Как уже отмечалось выше (см. параграфы
1.10.1, 1.10.2), каждая база содержит две части:
базу данных и базу знаний [19, 22].
В базе данных содержатся описания кон-
структивных элементов в виде МММ, пред-
ставленных в универсальной форме
(рис. 1.10.2). База знаний содержит правила
объединения конструктивных элементов в
единую структуру. Любая такая структура ин-
терпретируется в виде графа, в вершинах ко-
торого помещаются конструктивные элементы,
а ребра отображают связи между ними. Этот
граф может быть описан матрицей смежности
вершин, матрицей инцидентности, либо мат-
рицей смежности ребер [21]. Несмотря на
принципиальную простоту такого описания,
при его реализации возникают некоторые тех-
нические сложности, а кроме того, оно отра-
жает только сам факт существования связи
между элементами, но не характер взаимодей-
ствия между ними. Чтобы отразить его в опи-
сании структуры, ребрам графа следует при-
дать некоторые качественные различия, т.е.,
пользуясь терминами, принятыми в теории
графов, "раскрасить" граф, задав качественно
отличающиеся друг от друга отношения между
элементами.
Можно использовать, например, сле-
дующие виды отношений:
1. Отношения принадлежности - отража-
ют факт принадлежности элементов ~Wi е W к
подмножеству W всех элементов, входящих в
конструкцию, т.е. если W с W и w0 е W ,
то W/ принадлежит данной конструкции.
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ УЗЛОВ И МЕХАНИЗМОВ СТАНКОВ
345
Факт принадлежности отображается пол-
ным списком конструктивных элементов, ко-
торый представляет собой прообраз специфи-
кации деталей, входящих в конструкцию (или
ведомости сборочных единиц).
2. Отношения смежности - отражают
факт существования связи (контакта, сопри-
косновения, связи "вход-выход" и т.д.) между
элементами е W и Wj е W . Эти отно-
шения описываются упомянутыми выше гра-
фами и матрицами.
3. Отношения взаимодействия - отражают
не только наличие, но и характер связи между
конструктивными элементами. Эти отношения
многообразны и зависят от классов взаимодей-
ствующих элементов. В узлах станков имеют
место, например, следующие взаимодействия:
<Деталь А> /надета на/ <Деталь В>
(с натягом), (с зазором)
СДеталь А> /вставлена в/ <Деталь В>
(с натягом), (с зазором)
СДеталь А> /приложена к/ < Детали В>
(подвижно), (жестко)
СДеталь А>, СДеталь В> ... СДеталь N>-
ммекл общую ось.
В отношении взаимодействия участвует
не менее двух конструктивных элементов (т.е.
отношение является, как минимум, бинар-
ным), а само отношение может характеризо-
ваться параметрами, записанными в круглых
скобках.
Для реализации отношения принадлеж-
ности достаточно располагать базой данных,
содержащей перечень конструктивных элемен-
тов.
Отношения смежности реализуются как с
помощью базы данных, так и базы знаний в
той ее части, которая регламентирует принци-
пиальную возможность '(или невозможность)
соединения элементов между собой. Что каса-
ется реализации отношений взаимодействия,
то она принципиально требует использования
базы знания, в которой, в частности, могут
храниться сами эти отношения в виде конст-
рукторских правил.
Пользуясь приведенными выше отноше-
ниями, число и содержание которых в кон-
кретных условиях может быть расширено, и
обращаясь в диалоговом режиме к базам дан-
ных и знаний, конструктор имеет возможность
сформировать структуру проектируемого объ-
екта. Структура и соответствующая ей МММ в
свете описанного подхода представляются спи-
ском имен МММ входящих конструктивных
элементов, причем каждая строка списка со-
держит также координаты базовой точки эле-
мента, номера связей (входов и выходов) его
МММ и значения внешних параметров (если
это необходимо). Ввиду того, что внешние
связи МММ часто не обладают свойством од-
нонаправленности, как это всегда имеет место
для ММП) (см. параграф 1.10.12), для МММ
введено понятие виртуальных внешних связей,
которые могут .выполнять функции входов
либо выходов в зависимости от конкретных
ситуаций.
Необходимым этапом проектирования
узлов является проектный расчет, в ходе кото-
рого определяются основные конструктивные
параметры как отдельных элементов, так и
объекта проектирования в целом.
По значениям этих основных параметров
определяются все остальные размеры конст-
рукции, частично - по эмпирическим форму-
лам, частично - по конструкторским прави-
лам, содержащимся в базе знания в форме:
ЕСЛИ <условие> ТО Сдействие, результат>
Условие может быть как простым, так и
сложным, т.е. содержать внутри себя логиче-
ские операции И, ИЛИ и т.д. Действие, ре-
зультат - решение, принимаемое вследствие
данного правила. Оно может носить количест-
венный или качественный характер или со-
держать альтернативы.
Рис. 1.10.7. Элемев
346 Глава 1.10. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Примеры конструкторских правил, отно-
сящиеся к проектированию зубчатых передач
(Z - число зубьев; т - модуль; b - ширина
венца; N - мощность, п - скорость вращения):
ЕСЛИ <зубья прямые> ТО Zmin 17
ЕСЛИ <не требуется плавность> И
<коррекция> ТО Zmin - 12
ЕСЛИ Сповышенная плавность> ТО
<зубья косые>
ЕСЛИ <известны N, п> ТО <вызвать
программу расчета т, Ь>
ЕСЛИ <i > 2> ИЛИ <i < 0,25> ТО
<более одной передачи>
ЕСЛИ <зубья косые> ТО <подшипникг
радиально-упорные> ИЛИ <подшипники ко-
нусно-роликовые>
На рис. 1.10.7 показан фрагмент базы
конструктивных элементов для проектирова-
ния простого узла - трехвалового редуктора
На рис. 1.10.8 приведен структурный граф
узла, а полученный в результате синтеза об-
щий вид редуктора - на рис. 1.10.9.
Подшипник 2
Шестерня 1
Шестерня 2
Шестерня 3
Шестерня 4
Втулка 6
Крышка 2 ]
Втулка 1
Втулка 2
Втулка 2
Втулка 4
Шкив
Подшипник 1
Подшипник 4
Подшипник 5
Крышка 3
Крышка 4
Крышка 5
Гайка 1 j
Рис. 1.10.8. Структурный граф узла
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ
347
1.10.5.АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ДЕТАЛЕЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИХ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ, В ТОМ ЧИСЛЕ УПРАВЛЯЮЩИХ
ПРОГРАММ
Деталь представляет собой изделие, изго-
товленное из однородного по наименованию и
марке материала без применения сборочных
операций. Детали могут иметь защитные или
декоративные покрытия и изготовляться с
применением местной сварки, пайки или
склеивания.
В табл. 1.10.1 приведены базовые конст-
руктивные функции деталей, определяющие
их целевое назначение. Чтобы проектируемые
детали обеспечивали выполнение своих конст-
руктивных функций, с помощью ЭВМ произ-
водятся необходимые прочностные, темпера-
турные, точностные и прочие расчеты, в ре-
зультате которых выбирают материал детали и
покрытия, а также определяют конфигурацию
и размеры основных элементов детали.
Классификационная характеристика де-
тали входит по ЕСКД (табл. 1.10.2) в состав ее
системных свойств. Помимо этого, в состав
системных свойств детали входит другая кон-
структорская информация, содержащаяся как в
основной надписи чертежа детали (наимено-
вание. материал, литера, масса и др.), так и в
других местах этого чертежа (параметры шеро-
ховатости и точность остального и т.п.). При
автоматизированном проектировании эта ин-
формация формируется в диалоге конструкто-
ра с ЭВМ [3, 5].
Системные характеристики детали долж-
ны содержать также технологические класси-
фикационные признаки: размерную характе-
ристику; группу материала; вид детали по тех-
нологическому методу изготовления; вид ис-
ходной заготовки; минимальные квалитет,
параметр шероховатости и степень точности;
вид дополнительной обработки; характеристи-
ку массы. Эти признаки формируются полуав-
томатически.
Конструктивные элементы делятся на
присоединительные (КПЭ) с подвижным или
неподвижным контактом и промежуточные
(ПКЭ). КПЭ с подвижным контактом образу-
ют в сборочных единицах подвижные соеди-
нения (зубья в зацеплении, элементы под-
шипников и Т.Д.).
КПЭ с неподвижным контактом образу-
ют неподвижные соединения деталей.
Помимо конструктивных элементов
большинство деталей имеет и технологические
элементы (ТЭ): центровые отверстия, фаски,
различные канавки, проточки, выточки и т.п.
Возможно использование следующих ме-
тодов проектирования деталей с помощью
ЭВМ: 1) проектирование стандартных изде-
лий; 2) проектирование деталей со стандарт-
ными изображениями; 3) проектирование
типовых деталей; 4) групповое проектирование
деталей; 5) модификация (редактирование)
чертежей из автоматизированного архива; 6)
проектирование оригинальных деталей.
К числу стандартных деталей относятся,
например, болты, гайки, шпильки, шпонки и
т.п. Для них имеются параметризованные чер-
тежи с таблицами допустимых параметров.
Параметры, полученные по расчету или при-
нятые конструктивно, округляются до бли-
жайших значений из таблиц и присваиваются
в качестве фактических значений формальным
параметрам параметризованного чертежа. В
результате автоматически формируется рабо-
чий чертеж стандартной детали.
1.10.1. Классификация конструктивных функций деталей
Класс функций Содержание функций
Передача энергии (силы крутящего и изгибающего моментов и т.п.) Восприятие статических нагрузок от сопрягаемых деталей и сбо- рочных единиц
Основные! Обеспечение правильного взаимного расположения сопрягаемых деталей и сборочных единиц Обеспечение требуемой ориентации сопрягаемых деталей и сбо- рочных единиц при их установке и перемещении Разделение двух сред
Вспомогательные Направление потока вспомогательных материалов Отвод отходов (стружки, вспомогательных материалов, тепла и т.д.)
Управляющие Передача информации (зрительной, световой, звуковой и т.д.) Регулирование положения деталей и сборочных единиц
348 lt^,l^.^W^pI3KPOBAHHOE ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОРЙвХЙШХ СТАНКОВ
1.10.2. Классификация деталей по ЕСКД
Класс деталей Описание класса
71 Тела вращения типа колец, дисков, шкивов, блоков, стержней, втулок, ста- канов, валов, осей, штоков, шпинделей и др.
72 Тела вращения с элементами зубчатого зацепления; трубы, шланги, прово- лочки, разрезные секторы, сегменты; изогнутые из листов, полос и лент; аэрогидродинамические; корпусные, опорные; емкостные, подшипников
73 Не тела вращения корпусные, опорные, емкостные
74 Не тела вращения: плоскостные; рычажные, грузовые, тяговые; аэрогидро- динамические; изогнутые из листов, полос и лент; профильные; трубы
75 Тела вращения и (или) не тела вращения кулачковые, карданные, с элемен- тами зацепления, арматуры, санитарно-технические, разветвленные, пру- жинные, ручки, уплотнительные, отсчетные, пояснительные, маркировоч- ные, защитные, посуды, оптические, электрорадиоэлектронные, крепежные
76 Детали технологической оснастки, инструмента
Детали со стандартными изображениями
(пружины, трубопроводы и т.п) не имеют
полных таблиц параметров. В остальном метод
автоматизированного проектирования их ана-
логичен описанному выше.
Типовые детали не имеют стандартов на
изображение и таблиц параметров, Формиро-
вание параметризованных изображений таких
деталей проводится по мере необходимости.
При групповом проектировании форми-
руется параметризованная модель комплекс-
ной детали, содержащей все возможные эле-
менты деталей группы. Для получения рабо-
чего чертежа необходимо сначала удалить не-
нужные элементы, а затем задать параметры
для оставшихся.
Метод модификации основан на редак-
тировании чертежа подходящей детали-
аналога, имеющегося в памяти ЭВМ. Отредак-
тировать можно также чертеж, полученный в
результате типового или группового проекти-
рования.
Перечисленные методы проектирования
являются реализациями принципа подобия.
Оригинальными являются детали, не
имеющие прототипов. Чертежи таких деталей
формируются полностью "от нуля”. Часто для
их автоматизированного проектирования ис-
пользуют типовые образы конструктивных и
технологических элементов, реализуя в этом
процессе принцип композиции.
При автоматизированном проектирова-
нии деталей могут быть использованы сле-
дующие средства: 1) системы авточерчения; 2)
системы трехмерного геометрического модели-
рования; 3) системы концептуального модели-
рования. Здесь каждая последующая система
включает в себя все предыдущие.
Системы авточерчения, наиболее извест-
ным представителем которых является Auto-
CAD [8], представляют собой редакторы гра-
фических изображений на плоскости. Как
правило, обладают возможностями формиро-
вания и использования параметризованных
графических образов (МММ). Системы авто-
черчения обеспечивают передачу геометриче-
ских данных обрабатываемых контуров деталей
для последующего автоматизированного расче-
та управляющих программ для станков с ЧПУ.
Системы трехмерного геометрического мо-
делирования бывают трех классов [39]: 1) кар-
касного или "проволочного" моделирования;
2) поверхностного моделирования; 3) модели-
рования твердых тел [10]. Наиболее совершен-
ными являются последние, обеспечивающие
построение геометрической модели детали из
базовых элементов формы (прямоугольных
блоков, цилиндров, усеченных конусов, сфер,
торов, поверхностей вращения и сдвига и
т.п.). Построение производится с помощью
операции объединения, вычитания и пересе-
чения.
Для автоматизации проектирования тех-
нологических процессов деталей, обрабатывае-
мых резанием, необходимо представление
детали как системы конструкторско-
технологических элементов (КТЭ).
КТЭ - совокупности смежных поверхно-
стей, принадлежащих одной из сторон детали,
с "привязанным" к ней набором переходов,
однородных по виду обработки (токарной,
сверлильно-расточной, фрезерной и т.п.). КТЭ
состоят из элементов формы, которые делятся
на основные и дополнительные. К числу ос-
новных элементов формы относятся ступени
отверстий и наружных поверхностей вращения
различных типов, колодцы, карманы и т.п.
A! :ж» АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ
В состав дополнительных элементов формы,
располагающихся на основных элементах,
входят канавки, выточки, проточки, фаски,
скругления, галтели, центровые отверстия и
т.п. Основные элементы формы выполняют,
как правило, функции основных конструктив-
ных элементов (КПЭ и ПКЭ), а дополнитель-
ные - технологических (ТЭ).
На рис. 1.10.10 представлена классифи-
кация элементов модели детали и взаимосвя-
занных с ними элементов модели технологиче-
ского процесса (ТП). Геометрической модели
детали соответствует модель ТП в форме
управляющей программы (УП) для станка с
ЧПУ. Иерархические уровни геометрической
модели детали определяются размерностью
элементов: нульмерные - точки, одномерные -
линии, двухмерные - поверхности, трехмерные
- твердотельные модели. Точкам соответствуют
кадры УП, задающие вывод инструмента в
соответствующую точку, линиям - последова-
тельности кадров, определяющие проход инст-
румента вдоль линии, поверхностям - типовые
циклы УП обработки поверхностей, твердо-
тельным моделям - одна или несколько УП
обработки детали.
Элементам формы соответствуют перехо-
ды их обработки; КТЭ, представляющим со-
бой комплексные элементы, - позиции, в ко-
торых начинаются и заканчиваются циклы
обработки КТЭ; сторонам детали - установи,
обеспечивающие доступность обработки сто-
рон на станке; наконец, с деталью связана
одна или несколько операций, формирующих
технологический процесс ее изготовления.
Методы проектирования ТП на ЭВМ
тесно связаны с соответствующими методами
проектирования ^деталей. Различают методы
проектирования: 1) типовых ТП; 2) унифици-
рованных ТП; 3) оригинальных или единич-
ных ТП. Типовые ТП, как правило, связаны с
изготовлением стандартных или типовых дета-
лей. Типовые ТП имеют фиксированную
структуру, т.е. последовательность операций и
переходов, но нефиксированные значения
переменных: количество и длины ходов, тех-
нологические режимы, материальные и трудо-
вые нормы и т.п.
Унифицированный ТП представляет со-
бой процесс изготовления групповой детали со
всеми возможными элементами. Рабочий ТП
формируется как подмножество унифициро-
ванного удалением излишних элементов в
соответствии со структурой изготовляемой
детали. Значения переменных определяются
так же, как и в случае типового проектирова-
ния. Как правило, в унифицированных ТП
используется неизменный набор средств тех-
нологического оснащения, в связи с чем они
являются групповыми ТП.
Для изготовления оригинальных деталей
синтезируются единичные ТП. Решаемые при
этом задачи приведены на рис. 1.10.11. При
проектировании единичных ТП решаются две
взаимосвязанные проблемы: 1) обеспечения
качества обработки элементов детали; 2) обес-
печения точности их взаимного расположения.
Первая задача решается назначением надле-
жащей последовательности переходов, а вторая
- назначением последовательности технологи-
ческих баз.
Элементы модели детали Элементы модели технологического процесса
Вид модели Наименование элемента Вид модели Наименование элемента
Геометри- 1 ческая | модель Точка Упранля- Т щая программа . Кадр
Линия Последовательность кадров прохода
Поверхность Цикл обработки поверхности
Твердое тело Программа обработки детали
Концепту- альная модель Элемент формы Концепту- альная mo- у.. дель Переход
Конструкторско- технологический (комплексный) элемент Позиция
Сторона детали Установ
Деталь Технологический процесс
Рис. 1.10.10. Классификация элементов моделей деталей и технологических процессов
350 Глава 1.10. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Проектные решения Этапы проектирования ТП
Вход- выход ТП План обра- ботки Опера- ция У станов Позиция Переход Проход Шаг
Описание детали X + + + + + + +
Задание заготовки X + + + + + + +
Последо- ватель- ность операций X + + + + + +
Выбор станков и приспо- соблений X + + + + +
Располо- жение детали в приспо- соблении X + + + +
Располо- жение приспо- собления относи- тельно станка X + + +
Выбор инстру- мента X + +
Расчет режимов резания X + +
Выбор цикла об- работки X + +
Расчет траек- тории X +
Кодиро- вание УП х
Условные обозначения: X - решение принимается на данном этапе; + - решение принято ранее.
Рис. 1.10.11. Состав задач проектирования технологических процессов
Автоматизированная подготовка управ-
ляющих программ для станков с ЧПУ выпол-
няется соответствующими системами [4], в
которых используются результаты проектиро-
вания ТП. Расчет УП осуществляется в два
этапа: 1) в процессоре системы рассчитывают-
ся траектории инструментов без привязки к
конкретному станку с ЧПУ; 2) в постпроцес-
соре по результатам этого расчета, представ-
ленным на специальном промежуточном языке
[13], формируется УП для конкретного станка
с ЧПУ.
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ЭСКИЗНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИВОДОВ
351
1.10.6. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ЭСКИЗНОЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИВОДОВ ГЛАВНОГО
ДВИЖЕНИЯ
Стадия эскизного проектирования ос-
новных узлов металлорежущих станков харак-
терна тем, что именно на этой стадии прини-
маются основные, принципиальные решения,
которые на последующих стадиях лишь дета-
лизируются, уточняются и оформляются доку-
ментально. Поэтому автоматизация конструк-
торского труда на этой стадии связана с вы-
полнением большого объема расчетных работ,
в результате которых определяются основные
параметры и главные размеры создаваемой
конструкции. Затем, в соответствии с результа-
тами расчета, из базы графических образов
конструктивных элементов подбираются под-
ходящие и строится графический эскиз узла.
В данном и последующих параграфах главы
описываются построенные на этом подходе
компоненты САПР, предназначенные для эс-
кизного проектирования таких основных узлов
станков, как приводы главного движения и
подач и шпиндельные узлы. Материалы, отно-
сящиеся к проектированию несущих конст-
рукций, изложены в гл. 1.5.
Автоматизированное эскизное проекти-
рование приводов главного движения включает
[3]:
1) синтез кинематической структуры и
проектирование основных элементов привода;
2) проверочные силовые расчеты и дина-
мический расчет электромеханической систе-
мы.
В начале эскизного проектирования из
автоматизированного справочника подбирается
двигатель, а затем на основе общепринятых в
станкостроении ограничений генерируются
различные варианты кинематических структур
(сочетания соединяемых валов и передач меж-
ду ними) и графиков частот вращения.
В качестве исходных данных вводятся:
минимальная и максимальная частоты враще-
ния шпинделя, знаменатель ряда частот вра-
щения, число частот вращения шпинделя, а
также некоторые дополнительные признаки.
К ним относится, например, возможность
получения сложенной структуры. На основе
выбранной структуры генерируются варианты
разбивки передаточных чисел. Наиболее важ-
ным ограничением при этом является условие
повышения или сохранения наибольшей ре-
дукции при переходе от входных валов к по-
следним (принцип веерообразного построения
графика), что обеспечивает рациональные га-
бариты механизма. Графики структур (рис.
Ы0.12) и разбивки передаточных отношений
(рис. 1.10.13) выводятся на экран и печать.
Рас. 1.10.12. Кинематическая структура привода
Рис. 1.10.13. График частот вращения привода
Результаты кинематического расчета яв-
ляются исходными данными для проведения
проектных расчетов. Вначале выполняют пред-
варительный расчет минимальных диаметров
валов по критерию жесткости. Далее осуществ-
ляют проектные расчеты цилиндрических и
конических зубчатых колес, ременных передач,
шлицевых и шпоночных соединений, подбор
подшипников качения. Определяют модули,
диаметральные размеры зубчатых колес, длины
венцов и ступиц, сечения ремней. Затем авто-
матически вычерчиваются кинематическая
схема и эскиз развертки привода с основными
габаритными размерами (рис. 1.10.14 и
1.10.15).
После конструкторской проработки ме-
ханической части привода и связанных с этим
изменений размеров могут выполняться про-
верочные силовые расчеты спроектированного
механизма. Затем осуществляется расчет энер-
гетических потерь [24] и автоматизированный
динамический расчет электромеханической
системы. Динамический расчет позволяет оп-
ределить методом цифрового моделирования
основные показатели динамического качества
привода в переходных режимах: перерегулиро-
вание по скорости при разгоне, время разгона
и торможения, падение скорости под нагруз-
кой и время ее восстановления, динамические
нагрузки в механической системе.
352 Глава 1.10. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ^ СТАНКОВ
Рис. 1.10.14. Кинематическая структура привода
Рис. 1.10.15. Эскиз развертки привода
1.10.7. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ЭСКИЗНОЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ
Эскизное проектирование шпиндельных
узлов (ШУ) обеспечивает композиционный
синтез эскиза ШУ на основе автоматизирован-
ного проектировочного расчета и определение
рабочих характеристик спроектированного с
помощью ЭВМ или традиционным способом
ШУ и его элементов [5].
Исходными данными для синтеза эскиза
ШУ служат технические характеристики узла,
сведения о предпочтительных типах опор и
приводных элементах. Исходными данными
для проверочных расчетов являются эскиз уз-
ла, размеры или значения жесткости опор,
величины нагрузок с указанием места их при-
ложения.
Эскизное проектирование включает в се-
бя следующие процедуры:
синтез ШУ на основе запросов в автома-
тизированные справочники и проектировоч-
ных расчетов с учетом габаритных и критери-
альных ограничений;
проверочные расчеты для определения
рабочих характеристик ШУ или характеристик
шпиндельных опор.
При проверочных расчетах определяются
рабочие характеристики узла: статическая же-
сткость, упругая линия, долговечность под-
шипников, собственные частоты и формы ко-
лебаний шпинделя, параметры АФЧХ. Резуль-
таты проверочных расчетов выдаются в виде
трафиков и таблиц.
Графическое отображение результатов
расчета и эскиза, спроектированного при син-
тезе ШУ (рис. 1.10.16). Полученный эскиз
служит конструктору основой для дальнейшей
проработки.
Автоматизированные справочники пе-
редних концов шпинделей содержат их стан-
дартизованные размеры, справочники типовых
шпиндельных опор (рис. 1.10.17), а также ос-
новные размеры и рабочие характеристики
(предельную частоту вращения, нагрузочную
способность, радиальную, осевую и угловую
жесткость, рекомендуемую величину предвари-
тельного натяга, динамическую грузоподъем-
ность).
В основу синтеза заложен принцип ком-
позиции из подузлов: 1) переднего конца
шпинделя; 2) опор; 3) межопорного участка; 4)
привода вращения и соединительных элемен-
тов (шпоночных, шлицевых соединений). Со-
ставлен набор ограничений, описывающих
условия сочетания подузлов между собой -
условия обеспечения сборки узла, размеры
буртов под подшипники, перепад диаметров
для крепления элементов привода и т.п. Глав-
ные размеры ШУ - диаметры шеек под опоры
и межопорное расстояние - определяются оп-
тимизационными расчетами с учетом конст-
руктивных ограничений. На основе анализа
возможных критериев оптимизации и областей
допустимых значений главных размеров для
шпиндельных узлов современных станков [17]
приняты два основных критерия оптимизации:
обеспечение наибольшей жесткости узла и
минимальной передачи возмущений от приво-
да. Для шпиндельных опор введены ограниче-
ния по условиям допустимой быстроходности.
При низкой частоте вращения диаметр перед-
ней шейки шпинделя ограничивается габарит-
ными размерами переднего конца, при высо-
кой частоте вращения - допустимой быстро-
ходностью опор. Алгоритм поиска построен
таким образом, что ищется наибольшее значе-
ние диаметра шейки, удовлетворяющее обоим
ограничениям. В процессе работы блока синте-
за автоматически формируются расчетные схе-
мы ШУ для статического расчета, оптимиза-
ции длины межопорного участка и положения
приводного элемента (шкива, шестерни).
Шпиндель автоматически формализуется в
виде балки ступенчато-переменного сечения на
податливых точечных опорах.
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ЭСКИЗНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ
353
Рис. 1.10.16. Эскизы шпиндельных узлов, полученные на ЭВМ
Статические и динамические характери-
стики ШУ рассчитывают по методу конечных
элементов [18].
Расчеты высокоскоростных ШУ строятся
на основе математической модели быстровра-
щающегося шарикоподшипника, учитывающей
действие на теЛа качения центробежных сил и
гироскопических моментов [7]. При этом
шпиндельный узел рассматривается как нели-
нейно-упругая система вал-подшипники-
корпус, каждый из узлов которой имеет три
степени свободы. Спецификой расчета являет-
ся учет существенного влияния частоты вра-
щения на механику подшипников - перерас-
пределение нагрузок, изменение жесткости и
долговечности. Поведение узла под нагрузкой
определяется путем решения системы нели-
нейных алгебраических уравнений, описы-
вающих равновесие каждого из элементов
шпиндельного узла (вала, колец подшипников,
тел качения) при заданных условиях эксплуа-
тации.
Статические, динамические и темпера-
турные характеристики определяются на осно-
ве единой конечноэлементной стержневой
модели [18].
При проектировании ШУ на гидростати-
ческих опорах важнейшим критерием оптими-
зации наравне с жесткостью являются энерге-
тические потери, поскольку тепловыделение в
них существенно больше, чем в опорах каче-
ния. Автоматизированный расчет гидростати-
ческих шпиндельных подшипников с оптими-
зацией их по энергетическим потерям прово-
дится в четыре этапа [25]. На первом этапе
определяются значения основных размеров
подшипников - диаметра шейки шпинделя,
длины подшипника и размеров карманов, и
соответствующие им значения эффективной
площади подшипника. На втором этапе про-
водится предварительный расчет жесткости
подшипников и параметров системы питания;
на третьем этапе осуществляется оптимизация
подшипников по энергетическим потерям.
Суммарные энергетические потери складыва-
ются из потерь на вязкое трение на перемыч-
ках и в карманах, а также затрат мощности,
необходимой для прокачивания рабочей жид-
кости через подшипник. Минимизация энер-
гетических потерь достигается путем варьиро-
вания рабочего зазора, вязкости рабочей жид-
кости и эффективной площади в заданных
пределах. На четвертом этапе определяются
параметры дросселей и рабочие характеристи-
ки подшипников - несущей способности, рас-
хода, сил демпфирования.
354 Глава 1.10. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
00
Код опоры 10
Код опоры 30
Код опоры 60
Код опоры 40
Код опоры 70
Коб опоры 20
Код опоры 50
Код опоры 80
Код опоры 90
Код опоры 11
Код опоры 21
Рис. 1.10.17. Фрагмент автоматизированного справочника шпиндельных опор
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ЭСКИЗНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИВОДОВ ПОДАЧ
355
Для шпиндельных узлов на аэростатиче-
ских подшипниках критериями оптимизации
служат жесткости и приведенная масса, чем
обеспечивают максимальную устойчивую час-
тоту вращения £26]. Параметрами оптимизации
кроме размеров опор служат значения рабо-
чего зазора и диаметров дросселей.
1.10.8. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ЭСКИЗНОЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИВОДОВ ПОДАЧ
СТАНКОВ С ЧПУ
Процесс автоматизированного проекти-
рования приводов подач (ПП) станков с ЧПУ
состоит из основных этапов:
1. Анализ технических требований. Про-
смотр и анализ конструкций-аналогов.
Анализ аналогов проводится просмотром
автоматизированного архива, в котором со-
держатся кинематические схемы приводов-
аналогов, их основные параметры и характери-
стики. К последним относятся: скорость быст-
рого хода, максимальная рабочая скорость,
составляющая силы резания в направлении
подачи, составляющая силы резания в направ-
лении, перпендикулярном подаче, масса пере-
мещаемых узлов, коэффициент трения в на-
правляющих, номинальная скорость двигателя,
номинальный момент двигателя, тип двигате-
ля, шаг винта, средний диаметр винта, длина
винта, тип опор винта и средний диаметр
подшипников.
Другие характеристики могут быть полу-
чены повторением расчета привода-аналога,
который проводится в кратчайшее время, по-
скольку не требует ввода и коррекции исход-
ных данных.
В случае принятия положительного ре-
шения об использовании имеющегося конст-
руктивного варианта - переход к пункту 3.
2. При отсутствии подходящего аналога
разрабатываются кинематическая и структур-
ная схемы ПП, выбирается предварительно
комплектный электропривод.
3. Проектный расчет, включающий рас-
чет потребного тягового усилия и момента,
выбор из БД электродвигателя (из предвари-
тельно определенной труппы) и передачи
"винт-гайка качения"; предварительное опре-
деление динамических характеристик ПП.
4. Формирование облика конструкции
узла из унифицированных подузлов и деталей:
электродвигателей, зубчатых, ременных и
Других механических передач, ходовых винтов
с опорами и гайкой, опор ходовых валов, ре-
дукторов, муфт, датчиков, крепежных элемен-
тов и др.
5. Дополнение конструкции оригиналь-
ными конструктивными элементами (при от-
сутствии унифицированных элементов). Эта
процедура выполняется с помощью одного из
Универсальных графических пакетов
(например, AutoCAD).
6. Проверочные расчеты и уточненное
цифровое моделирование, определение техни-
ческих характеристик привода.
Сборочные чертежи, деталировка и пол-
ный комплект документации на узел получают
на основе эскизного чертежа (пункт 5) с по-
мощью того же универсального графического
пакета.
Проектный расчет заканчивается вычер-
чиванием эскиза привода. При этом изобра-
жение сначала автоматически формируется из
изображений типовых конструктивных элемен-
тов. Далее изображение передается в среду
AutoCAD (могут использоваться и другие стан-
дартные графические среды), где эскиз дораба-
тывают, вводя изображения дополнительных
элементов.
При оформлении и доработке эскиза
уточняются параметры конструкции. Затем все
расчетные процедуры повторяются с этими
уточненными исходными данными
(проверочный расчет). Полученные на этом
этапе динамические и другие характеристики
могут быть помещены в автоматизированный
архив как новый вариант привода с новым
именем. Данные этого привода в дальнейшем
рассматривают как прототип (аналог) для по-
следующих проектов.
Проектирование заканчивается разработ-
кой по эскизу полной конструкторской доку-
ментации в графической среде AutoCAD.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аверьянов О.И. Модульный принцип
построения станков с ЧПУ. М.: Машино-
строение, 1987. 232 с.
2. Аверьянов О.И., Воронов А.Л., Гель-
штейн Я.М. Автоматизированное проектиро-
вание компоновок многооперационных стан-
ков // Станки и инструмент. 1982. № 8.
С. 3 - 8.
3. Автоматизированная подсистема рас-
четно-конструкторских работ "Главный при-
вод” // Станки и инструмент. 1979. № 7.
С. 1 - 11.
4. Автоматизированная подготовка про-
грамм для станков с ЧПУ: Справочник /
Р. Э. Сафраган, Г. Б. Евгенев, А. Л. Дерябин и
др.; Под общ. ред. Р. Э. Сафрагана. К.: Техни-
ка, 1986. 191 с.
5. Автоматизированная подсистема рас-
четно-конструкторских работ "Шпиндельный
узел” // Станки и инструмент. 1984. № 2.
С. 6 - 26.
6. Артоболевский И. И. и др. Постановка
и решение задач оптимального проектирования
машин // Машиноведение. 1977. № 5.
С. 15 - 23.
356
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
7. Бальмонт В. Б., Горелик И. Г., Фигат-
нер А. М. Расчеты высокоскоростных шпин-
дельных узлов. М., 1987. 52 с. // Технология,
оборудование, организация и экономика ма-
шиностроительного производства. Сер. 1. Ме-
таллорежущее оборудование и средства техно-
логического оснащения. Обзорная информа-
ция. ВНИИТЭМР. Вып. 1.
8. Бергхаузер Т., Шлив П. Система авто-
матизированного проектирования AutoCAD:
Справочник: Пер. с англ. М.: Радио и связь,
1989. 256 с.
9. Врагов Ю. Д. Анализ компоновок ме-
таллорежущих станков // Основы компонети-
ки. М.: Машиностроение, 1978. 208 с.
10. Гардан И., Люка М. Машинная гра-
фика и автоматизация конструирования: Пер.
с франц. М.: Мир, 1987. 272 с.
11. Евгенев Г. Б. Основы программиро-
вания обработки на станках с ЧПУ. М.: Ма-
шиностроение, 1983. 304 с.
12. Евстигнеев В. Н., Болотин Г. С.,
Гринглаз А. В. Выбор основных размеров ком-
поновок многооперационных станков с
ЧПУ // Станки и инструмент. 1982. № 11.
С. 5 - 9.
13. Евстигнеев В. Н., Левина 3. М.
Оценка компоновок многоцелевых станков по
критерию жесткости // Станки и инструмент.
1984. № И. С. 6 - 8.
14. Левин А* И. Математическое модели-
рование в исследованиях и проектировании
станков. М.: Машиностроение, 1978. 184 с.
15. Левин А. И. Принципы автоматиза-
ции проектирования металлорежущих стан-
ков // Автоматизация расчетов и проектирова-
ния металлорежущих станков: Сб. науч, тру-
дов. М.: ЭНИМС, 1988. С. 3 - 12.
16. Левин А. И. # Бейлин Л. П., Беликов-
ский А. Л. Пакет программ для имитационного
моделирования и расчета динамических харак-
теристик металлорежущих станков Ц Станки и
инструмент. 1987. № 9. С. 12 - 14.
17. Левина 3. М., Астафьев А. М. Расче-
ты при автоматизированном проектировании
шпиндельных узлов // Станки и инструмент.
1984. № 2. С. 21 - 23.
18. Левина 3. М., Зверев И. А. Расчет
статических и динамических характеристик
шпиндельных узлов методом конечных эле-
ментов // Станки и инструмент. 1986. № 8.
С. 6 - 9.
19. Мейер Д. Теория реляционных баз
данных: Пер. с англ. М.: Мир, 1987. 608 с.
20. Норенков И. П. Введение в автомати-
зированное проектирование технических уст-
ройств и систем: Учебное пособие для втузов.
2-е изд. М.: Высшая школа. 1986. 304 с.
21. Оре О. Теория графов. М.: Наука,
1989. 336 с.
22. Попов Э. В. Экспертные системы:
Решение неформализованных задач в диалоге с
ЭВМ. М.: Наука, 1987. 288 с.
23. Портман В. Т. Синтез компоновок
станков на основе анализа процесса формооб-
разования // Станки и инструмент. 1982. № 7.
С. 8 - 11.
24. Пратусевич Р. М., Литвак А. С. Ав-
томатизированный расчет энергетических по-
терь в приводах главного движения металло-
режущих станков // Станки и инструмент.
1986. № 5. С. 21 - 24.
25. Пути А. В. Оптимизация гидростати-
ческих подшипников с помощью ЭВМ //
Станки и инструмент. 1980. № 10. С. 6 - 8.
26. Пуш А. В., Шолохов В. Б., Серге-
ев М. В. САПР шпиндельных узлов с аэроста-
тическими подшипниками // Станки и инст-
румент. 1989. № 12. С. 18 - 21.
27. Решетов Д. Н., Портман В. Т. Точ-
ность металлорежущих станков. М.: Машино-
строение. 1986. 336 с.
28. Рыбаков А. В. Разработка программ-
ного обеспечения систем автоматизации про-
ектирования // УСиМ. 1989. № 3. С. 48 - 52.
29. Сино X. и др. Метод структурного
проектирования металлорежущих станков:
сообщение 1 (Метод вариантного проектиро-
вания): Пер. № Л-32227. М.: ВЦП. 1985. 22 с.
30. Системы автоматизированного проек-
тирования. В 9 кн. / Под ред. И. П. Норенко-
ва. М.: Высш, шк., 1986. 1485 с.
31. Тиори Т., Фрай Дж. Проектирование
структур баз данных: В 2-х кн.: Пер. с англ.
М.: Мир, 1985. 287 с.
32. Фоли Дж., Вэн Дэм А. Основы инте-
рактивной машинной графики: В 2-х кн.: Пер.
с англ. М.: Мир, 1985. 368 с.
33. Хомяков В. С., Давыдов И. И. Авто-
матизированное проектирование компоновок
металлообрабатывающих станков // Станки и
инструмент. 1990. № 5. С. 4 - 7.
34. Хомяков В. С., Давыдов И. И. Влия-
ние компоновки станка на его точность с уче-
том действия силовых факторов // Станки и
инструмент. 1988. № 12. С. 8 - 11.
35. Хомяков В. С., Давыдов И. И. Коди-
рование компоновок станков при их автомати-
зированном проектировании // Станки и ин-
струмент. 1989. № 9. С. 8 - 11.
36. Хомяков В. С., Давыдов И. И. Про-
гнозирование точности станка на ранней ста-
дии его проектирования с учетом компоно-
вочных факторов // Станки и инструмент.
1987. № 9. С. 5 - 7.
37. Шпур Г., Краузе Ф. Автоматизиро-
ванное проектирование в машиностроении:
Пер. с нем. / Под ред. Ю. М. Соломенцева, В.
П. Диденко. М.: Машиностроение, 1988.
648 с.
Размерные рады станков
357
Глава 1.11
ТИПАЖ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
1.11.1. РАЗМЕРНЫЕ РЯДЫ СТАНКОВ
Типажом станков называется совокуп-
ность типов и размеров станков, систематизи-
рованных по технологическому, конструктив-
ному и размерному признакам. Размерным
рядом называется совокупность числовых ве-
личин основного размера станков от наи-
меньшего до наибольшего.
Размерные ряды и типажи разрабатыва-
ются с целью максимального удовлетворения
требований потребителей металлорежущего
оборудования в части его технологических
возможностей, технических характеристик и
экономических параметров. При этом следует
иметь в виду, что необоснованное расширение
номенклатуры выпускаемых станков, сходных
по своему назначению и отличающихся только
конструктивным исполнением, приводит к
уменьшению серийности выпуска, возраста-
нию себестоимости и цены станков и повы-
шенным расходам на их эксплуатацию [1].
Наиболее удобными и отвечающими ос-
новным требованиям как потребителей, так и
изготовителей станков являются ряды, постро-
енные по принципу геометрической прогрес-
сии, в которой основной размер станка явля-
ется членом ряда. В табл. 1.11.1 представлены
размерные ряды основных технологических
групп металлорежущих станков.
1.11.1. Размерные ряды основных технологических групп металлорежущих станков
Технологическая группа метал- лорежущих станков Главный параметр Пределы измене- ния главного пара- метра типажных станков, мм Знаменатель размерного ряда
1 2 3 4
Токарно-винторезные и токарные станки, токарные патронно-центровые и па- тронные станки Наибольший диаметр уста- навливаемого изделия над станиной 125 - 5000 2V3
Токарно-карусельные стан- ки Наибольший диаметр изде- лия 1250 - 20 000 21/2
Токарные многошпиндель- ные горизонтальные прут- ковые автоматы Диаметр прутка 12 - 160 2V3
Вертикально-сверлильные станки Наибольший условный диа- метр отверстия при сверле- нии 3 - 12 2
Координатно-расточные и координатные сверлильно- фрезерно-расточные верти- кальные станки Ширина стола 250 - 2000 21/2
Сверлильно-фрезерно- расточные станки Ширина стола 200 - 2000 21/2
Круглошлифовальные стан- ки Наибольший диаметр уста- навливаемого изделия 100 - 800 21/3
Плоскошлифовальные станки Ширина поверхности стола 160 - 800 21/2
Электроэрозионные вырез- ные станки Длина вырезаемого контура 160 - 800 21/3
Электрохимические копи- Ровально- прошивочные станки Ширина стола 200 - 630 21/3
Глава 1.11. ТИПАЖ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Продолжение табл. .Ид
1 2 3 4
Зубофрезерные вертикаль- ные полуавтоматы для ци- линдрических колес Наибольший диаметр обраба- тываемого зубчатого колеса 80 - 12 500 21/3
Фрезерные широкоунивер- сальные инструментальные станки Ширина стола 200 - 800 21/3
Продольно-фрезерные станки То же 500 - 4500 21/2
Продольно-строгальные станки Ширина изделия 1000 - 3150 21/3
Остальные размеры станка выбирают так,
чтобы можно было обработать детали с задан-
ным основным размером. При этом преду-
сматриваются модификации станков, обеспе-
чивающие возможность обработки заготовок
разной длины, которые получаются либо уд-
воением их длин по сравнению с основным
исполнением, либо через 1000 мм, либо по
иному ряду, устанавливаемому заводом-
изготовителем на основе изучения статистики
заказов.
Статистика распределения размеров заго-
товок, собранная по заводам металлообрабаты-
вающей промышленности, показывает, что
кривая распределения имеет максимум в об-
ласти средних размеров (так, например, для
токарных работ диаметр 100 - 500 мм, длина
100 - 750 мм). Поэтому станки средних разме-
ров выпускаются в значительно большем ко-
личестве, чем станки малых и крупных разме-
ров.
Характеристики универсальных станков
по мощностным и скоростным показателям
выбирают с расчетом обеспечить эффективную
обработку деталей в диапазоне размеров 20 -
100 % от номинального размера станка, по-
этому технологические возможности станков
соседних размеров по геометрическому их
ряду несколько перекрываются друг другом,
что позволяет потребителю в большинстве
случаев обойтись меньшим набором машин.
В размерных рядах станков предусматри-
ваются градации исполнений станков по точ-
ности обработки. Преобладает тенденция к
повышению общей точности изготовления
станков и сокращению производства станков
нормальной точности с целью совместить в
одной машине обдирочные и финишные опе-
рации. Подобная тенденция целесообразна в
основном для деталей, не требующих в про-
цессе изготовления термической обработки,
что относится примерно к половине всех дета-
лей, применяемых в промышленности [2, 3].
1.11.2. МОДИФИКАЦИИ СТАНКОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВ
РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ
Модификация металлорежущего станка
отличается от базового исполнения мощно-
стью, диапазоном скоростей, точностью, уров-
нем автоматизации, габаритами обрабатывае-
мых деталей и некоторыми другими характе-
ристиками в соответствии с конкретными тре-
бованиями. Для удовлетворения этих требова-
ний при сохранении достаточно высокого
уровня серийности выпуска станков широко
освоен выпуск модификаций базовых моделей,
в которых используется значительное число
узлов станка базового исполнения.
Для потребителей, обрабатывающих пре-
имущественно специфические материалы
(пластмассы, легкие сплавы, жаропрочные
сплавы и т.п.), предусматриваются модифика-
ции станков со сдвигом диапазона скоростей в
сторону повышения скоростей резания или,
наоборот, если станки предназначены для
труднообрабатываемых материалов, - то со
снижением скоростей при большей мощности
привода и усиленной по жесткости конструк-
ции.
В зависимости от размера партии деталей
предусматриваются следующие основные ис-
полнения станков с различным уровнем авто-
матизации, в которых автоматизированы вы-
полняемые станком функции (табл. 1.11.2).
МЕЖДУНАРОДНАЯ СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ В ОБЛАСТИ СТАНКОСТРОЕНИЯ
359
1.11.2. Уровни автоматизации станков
Наименование категории оборудования Автоматизированные функции
Жесткий цикл обра- ботки Гибкий цикл обработки Автомати- ческая смена инструмента Автомати- ческая загрузка Возможность работы в малолюдном режиме
Неавтоматизированные станки с ручным управ- лением - - - - -
Станки с ЧПУ - + >* -
Многоцелевые станки с ЧПУ +
Полуавтоматы без ЧПУ + + - -
Автоматы без ЧПУ + + ' + -
Гибкие производствен- ные модули для меха- нообработки - + + + +
Примечание. Функции, автоматизированные для станков, отмечены знаком ”+”.
1.11.3. МЕЖДУНАРОДНАЯ СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ В
ОБЛАСТИ СТАНКОСТРОЕНИЯ
К наиболее крупным изготовителям ме-
таллорежущего оборудования наряду с Россией
относятся, прежде всего, такие страны, как
Япония, Германия, США, Италия и Швейца-
рия. На долю этих стран приходится около
70 % мирового производства металлорежущих
станков. Несмотря на то, что технологическая
структура выпуска в этих странах во многом
сходна и опыт производства станков имеет
вековую традицию, тем не менее среди стран-
продуцентов существует определенная "спе-
циализация”. В частности, "специализацией”
швейцарских станкостроительных фирм явля-
ется выпуск высокоточного оборудования, в
том числе малых токарных, координатно-
расточных и шлифовальных станков. Традици-
онно прочны позиции швейцарских фирм
Ажи и "Шармий” в области производства
оборудования для электрофизико-химических
Методов обработки материалов.
Германские фирмы, производящие прак-
ТИЧески все известные виды металлорежущих
Сганков, имеют богатые традиции и опыт в
области токарных, фрезерных, шлифовальных
особенно зубообрабатывающих станков, а
также технологического оборудования для
крупносерийного и массового производства,
прежде всего автомобилестроения.
Довольно прочные позиции на мировом
рынке металлорежущего оборудования занима-
ет продукция японских фирм. Являясь моло-
дым, но интенсивно развивающимся, япон-
ское станкостроение уверенно занимает лиди-
рующие позиции в области высокоавтоматизи-
рованного металлорежущего оборудования,
отличающегося к тому же высокой надежно-
стью.
В последнее десятилетие все более проч-
ные позиции на мировом рынке металлоре-
жущего оборудования завоевывают фирмы
Испании, Южной Кореи, Тайваня, Китая и
ряда других стран.
Как правило, ведущие станкостроитель-
ные фирмы производят оборудование различ-
ных технологических групп, однако мировую
известность и устойчивое финансовое положе-
ние обеспечивает им производство станков
определенных типоразмеров. В табл. 1.11.3
представлены ведущие станкостроительные
фирмы, чья продукция определяет мировой
уровень в данном типоразмере оборудования.
360
Глава 1.11. ТИПАЖ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
1.11.3. Ведущие изготовители металлорежущего оборудования
Наименование техноло- гической группы Наименование главного параметра Диапазон изменения главного параметра, мм Основные фирмы-продуценты (страна)
Токарно-винторезные станки Наибольший диаметр устанав- ливаемого изде- лия над стани- ной 140 - 340 500 - 820 900 - 2500 SCHAUBLIN ~~ (Швейцария) BOEHRINGER (Германия) WOHLENBERG-VDF (Германия)
Токарные автоматы прутковые: одношпиндельные многошпиндельные Токарные патронно- центровые станки с ЧПУ Токарно-карусельные станки Вертикально- сверлильные станки Координатно- расточные и коорди- натные сверлильно- фрезерно-расточные станки: горизонтальные вертикальные Многоцелевые свер- лильно-фрезерно- расточнЬте станки: горизонтальные вертикальные Круглошлифовальные станки Плоскошлифовальные станки , Внутришлифовальные станки Бесцентрово-шлйфо- !вальные станки Электроэрозионные вырезные станки .Электро эрозионные копировально- |Прош явочные станки Зубофрезерные верти- 'кальные полуавтоматы Для цилиндрических колес Диаметр прутка Диаметр уста- навливаемого изделия над станиной Наибольший диаметр обраба- тываемой заго- товки Наибольший условный диа- метр сверления Ширина стола Наибольший диаметр устанав- ливаемой заго- товки Ширина поверх- ности стола Диаметр шли- фуемого отвер- стия Диаметр шлифо- вания Длина вырезае- мого контура Ширина стола Наибольший диаметр обраба- тываемого зубча- того колеса 7 - 60 36 - 100 13 - 100 160 - 560 420 - 1070 1000 - 14 000 8-65 820 - 1350 30 - 380 030 - 1240 500 - 2000 300 - 800 550 - 1250 195 - 645 150 - 900 0,5 - 300 250 - 1250 0,2 - 400 300 - 700 250 - 1300 150 - 12 000 TRAUB (Германия) INDEX (Германия) SCHUTTE (Германия) GEORG FISCHER • (Швейцария) YAMAZAKI MAZAK (Япония) SCHIESS (Германия) ALZMETALL (Германия) DIXI (Швейцария) HAUSER (Швейцария) SIP (Швейцария) BURKHARDT+WEBER (Германия) MORI SEIKI (Япония) YAMAZAKI MAZAK (Япония) STUDER (Швейцария) ELB-SCHLIFF (Германия) OVERBECK (Германия) WOTAN (Германия) HERMINGHAUSEN (Германия) AGIE (Швейцария) AGIE (Швейцария) LIEBHERR (Германия)
КЛАССИФИКАЦИЯ И ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СТАНКОВ 361
Продолжение табл. 1.11.3
Наименование техноло- гической группы Наименование главного параметра Диапазон изменения главного параметра, мм Основные фирмы-продуценты (страна)
Зубодолбежные верти- кальные полуавтоматы для цилиндрических колес Наибольший диаметр обраба- тываемых зубча- тых колес 150 - 1250 LORENZ (Германия)
Фрезерные широко- универсальные инст- рументальные станки Ширина стола 270 - 800 МАЛО (Германия)
Продольно-фрезерные станки Ширина стола 1000 - 6000 WALDRJCH COBURG (Германия)
Копировально- фрезерные станки Ширина стола 700 - 5000 DROOP & REIN (Германия)
Отрезные кругло- пильные станки Диаметр пиль- ного диска 275 - 1870 WAGNER (Германия)
Ленточно-пильные станки Диаметр разре- заемого материа- ла 250 - 1300 AMADA (Япония)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Корниенко А. А., Кашаев Ю. X., Ани-
скин В. Е. Основные направления развития
прогрессивных категорий металлорежущего
оборудования. Материалы семинара "Совер-
шенствование структуры и обновление парка
оборудования машиностроения". 1989.
МДНТП. С. 51 - 53.
2. Краткий справочник металлиста / Под
общ. ред. Б. Н. Орлова и Е. А. Скороходова.
М.: Машиностроение, 1986. 960 с.
3. Металлорежущие станки / Под ред.
В. Е. Пуша. М.: Машиностроение, 1986. 575 с.
Глава 1.12
СТАНКИ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ
1.12.1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ВЫБОР ОСНОВНЫХ
ТЕХНИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СТАНКОВ ТОКАРНОЙ
ГРУППЫ
Токарная обработка (точение) предназна-
чена для механического формирования гео-
метрии деталей машиностроения лезвийным
инструментом посредством снятия стружки.
Кинематика резания определяется в основном
относительным вращательным движением
заготовки с пространственно фиксированной
осью вращения и произвольным движением
подачи. Объектами обработки являются чаще
всего соосные поверхности вращения и пло-
ские поверхности деталей типа валов, дисков и
втулок, включая нарезание наружных и внут-
ренних резьбовых поверхностей, а также
поверхности некоторых других форм, нйпри-
мер некруглых, путем введения дополнитель-
ного относительного движения инструмента
[36]. Формы поверхностей, получаемых спосо-
бами токарной обработки, приведены в
табл. 1.12.1.
Классификация станков токарной группы
только по технологическим признакам недос-
таточна вследствие новых возможностей, пре-
доставляемых устройствами ЧПУ в технологи-
ческом и конструктивном отношении, поэтому
целесообразно использование признаков, от-
ражающих конструктивно-видовые особенно-
сти токарных станков, а именно: основной
конструктивный признак; вспомогательный
видовой признак; компоновка; количество
позиций закрепления заготовок; число уста-
навливаемых инструментов; вид управления;
класс точности [20].
Классификация станков по основным и
вспомогательным признакам приведена в табл.
1.12.2.
Компоновка станков обусловлена поло-
жением главной оси вращения заготовки и
относительным • положением инструмента в
пространственной системе координат, исполь-
зуемой в ISO recommendation R-841. По этому
признаку выделяются горизонтальные и вер-
тикальные компоновки.
Уровень концентрации операций, вы-
полняемых на одном станке, характеризуется
числом рабочих позиций и способом закреп-
ления заготовок (одно- и многошпиндельная
патронная; одно- и многошпиндельная цанго-
вая (прутковая); одно- и многошпиндельная
центровая; комбинированная), а также усло-
виями, определяющими эффективность ис-
пользуемого инструмента: числом и сложно-
стью форм обрабатываемых поверхностей с
различным направлением подачи; числом раз-
нотипных инструментов; возможностями про-
странственной ориентации инструментов от-
носительно заготовки; сопоставимостью вре-
мен обработки поверхностей.
По числу позиций закрепления заготовок
различают одно- или многошпиндельные кон-
струкции, а по числу устанавливаемых инстру-
362
Глава 1.12. СТАНКИ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ
1.12.1. Типовые поверхности, получаемые при токарной обработке
Форма поверхности
Способ получения
1. Внешняя круглая цилиндрическая
о) Внешнее продольное круглое точение: ось
вращения заготовки и линия подачи параллель-
ны;
6) Внешнее поперечное круглое точение: ось
вращения заготовки и линия подачи взаимно
перпендикулярны;
в) Внешнее бесцентровое точение: продольное
круглое точение несколькими вращающимися
инструментами с малым вспомогательным утлом
в плане при большой подаче
2 Внутренняя круглая цилиндрическая
3. Внешняя (внутренняя) торовая поверх-
ность
а) Внутреннее продольное круглое растачивание:
ось вращения заготовки и линия подачи парал-
лельны;
6) Внутреннее продольное сверление (зенкеро-
вание, развертывание): ось вращения заготовки и
ось инструмента совпадают;
в) Внутреннее поперечное круглое растачивание
канавки: ось вращения заготовки и подачи вза-
имно перпендикулярны на некотором участке
Внешнее (внутреннее) круглое двустороннее то-
чение с произвольной подачей комбинацией
способов 1о, 16 и 2а, 2в
4. Внешняя коническая
а) Внешнее продольное точение со смещением
одного из центров станка;
б) Внешнее продольное точение с поворотом
направляющих движения инструмента;
в) Внешнее продольное точение с направляющей
линейкой;
г) Внешнее поперечное точение инструментом с
широкой наклонной режущей кромкой
5. Внутренняя коническая
Внутреннее продольное растачивание аналогично
способам 46, 4в, поперечное - способу 4г
6. Внешняя винтовая
а) Внешнее продольное винтовое точение одно-
зубым инструментом с подачей, равной шагу, и
профилем режущей кромки, соответствующим
профилю резьбы;
б) То же, многозубым инструментом (резьбовой
гребенкой);
в) То же, многозубым охватывающим инструмен-
том (плашкой);
г) Внешнее продольное нарезание многозубым
вращающимся инструментом;
О) Внешнее продольное охватывающее фрезеро-
вание многозубым инструментом;
КЛАССИФИКАЦИЯ И ВЫБОР ОСНОВНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СТАНКОВ 363
Продолжение табл. 1.12.1
Форма поверхности
Способ получения
г) Внешнее продольное винтовое точение с про-
извольным шагом, равным подаче, по способу
4а;
д) Внешнее поперечное винтовое точение торцо-
вых спиралей с произвольным шагом, равным
подаче, и профилю резьбы по способу 16;
ё) Внешнее продольное наружное фрезерование
многозубым инструментом
а) Внутреннее продольное нарезание однозубым
инструментом, профиль режущей кромки кото-
рого соответствует профилю впадины резьбы;
6) Внутреннее продольное нарезание многозубым
инструментом (метчиком) соосно оси вращения
заготовки с подачей, равной шагу резьбы метчика
8. Внешняя плоская
а) Внешнее поперечное подрезное точение на-
правление подачи перпендикулярно оси враще-
ния заготовки;
6) Внешнее продольное подрезное точение; глав-
ная режущая кромка инструмента перпендику-
лярна оси вращения заготовки;
в) Внешнее прорезное точение
а) б) в)
9. Внутренняя плоская
10. Внешняя фасонная
а) 6) в)
Внутреннее поперечное подрезное точение ана-
логично способам 8а и 8а, продольное по 86
а) Внешнее поперечное отрезное точение про-
фильным инструментом;
б) Внешнее продольное точение вращающимся
профильным инструментом;
в) Внешнее копировальное точение с управляе-
мым движением подачи
11. Внешнее некрутое
а) Внешнее прорезное некруглое точение с
управляемым движением подачи;
б) Внешнее продольное некруглое точение при
тех же условиях
364
Глава 1.12. СТАНКИ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ
1.12.2. Классификация станков токарной группы по основным и вспомогательным признакам
Основные признаки Вспомогательные признаки
Токарные и токарно-винторезные станки Универсальные токарно-винторезные Патронные и патронно-центровые Патронно-прутковые и патронно-центровые прутковые Настольные
Токарные полуавтоматы и автоматы Поперечного и продольного точения Одношпиндельные программируемые Одношпиндельные вертикальные Многошпиндельные горизонтальные с вра- щающимися заготовками Многошпиндельные горизонтальные с вра- щающимися инструментами Многошпиндельные вертикальные Фронтальные
Токарные револьверные станки Горизонтальная револьверная головка Вертикальная револьверная головка
Токарные копировальные станки Многорезцовые Г идрокопировальные
Карусельные и лобовые станки Одностоечные Двухстоечные Лобовые
Токарные затыловочные станки Простые Универсальные
Резьбообрабатывающие станки Гайконарезные Резьбонарезные Резьботокарные
Токарные специализированные и специаль- ные Для обработки турбинных колес, гильз, ци- линдров, труб, коленчатых валов и др.
ментов - станки одно- или многоместные,
многоинструментальные и с магазином инст-
рументов.
В этой связи особое внимание уделяется
концентрации операций токарной обработки,
созданию многоцелевых токарных станков,
объединяющих выполнение внецентрового
сверления, некоторых фрезерных и других
подобных операций. При этом принимаются
меры для сокращения внецикловых потерь,
связанных с переналадкой, контролем, загруз-
кой- выгрузкой, сменой инструмента и други-
ми, что возможно при наличии развитой сис-
темы управления станком на базе ЧПУ [4].
Возможности и классификация современных
токарных станков по степени автоматизации
приведены в табл. 1.12.3.
Точность станков регламентируется госу-
дарственными (отраслевыми) стандартами, в
целом содержащими пять классов точности.
Распределение основных видов станков
токарной группы по классам точности приве-
дено в табл. 1.12.4. Специальные и специали-
зированные станки таблицей не охватываются.
Технические и технологические показа-
тели токарных станков определяются совокуп-
ностью компонентов и их составляющих, ос-
новные из которых отражены в табл. 1.12.5.
КЛАССИФИКАЦИЯ И ВЫБОР ОСНОВНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СТАНКОВ 365
1.12.3. Классификация токарных станков по степени автоматизации
Степень автоматизации Набор автоматически выполняемых функций
Ручное управление Установка заготовки и инструмента, позиционирование рабочих орга- нов и формирование базовых циклов вручную. Автоматизированное позиционирование рабочих органов и формиро- вание базовых циклов
Полуавтоматическое управление Постоянство базовых циклов, сформированных вручную. Частичное изменение этапов базовых циклов вручную. Произвольное изменение базовых циклов с заменой инструмента вручную
Автоматическое управление Произвольное автоматическое изменение базовых циклов с заменой инструмента. Произвольное автоматическое изменение порядка выполнения базовых циклов с соответствующей сменой порядка работы инструмента. То же, включая манипуляции с заготовкой и обработанной деталью. Полная автоматическая организация цикла изготовления детали
1.12.4. Классы точности и основные виды станков токарной группы
Основные виды станков Класс точности станка
Н п в А с
Токарные и токарно-винторезные + + + +
Токарные полуавтоматы и автоматы + + + - -
Токарные револьверные + + + + -
Токарные копировальные + + - - -
Карусельные и лобовые + + + - -
Затыловочные и резьбообрабатывающие + + + + -
Многоцелевые, специализированные и специальные - + + + -
1.12.5. Компоненты и составляющие, отражающие технические и технологические показатели
станков токарной группы
Основные условия функционирования Производительность штучная Точность обработки Эксплуатационные свойства
I. Размеры рабочего пространства для размещения загото- вок, инструмента и приспособлений. 1. Мощность глав- ного привода и по- дач. 1. Выходная точность станка. 1. Масса станка.
2. Расположение 2. Количество пере- 2. Точность установ- 2. Площадь, зани-
обрабатываемых по- верхностей, их коли- чество и размеры. ходов и проходов. ки изделия и ста- бильность позицио- нирования рабочих органов. маемая станком.
3. Наибольшая масса 3. Скорости холостых 3. Исходная точность 3. Надежность рабо-
Устанавливаемых заготовок и способы закрепления. и установочных пе- ремещений. заготовки и объемная стабильность качест- ва. ты систем и узлов.
366
Глава 1.12. СТАНКИ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ
Продолжение табл. 1.12.5
Основные условия функционирования Производительность штучная Точность обработки Эксплуатационные свойства
4. Пределы частот вращения и подач рабочих органов 5. Основная форма обрабатываемых заго- товок (определяет пространственное размещение рабочих органов станка). 6. Количество, форма и параметры устанав- ливаемых инструмен- тов для штатных ме- тодов обработки. 7. Количество управ- ляемых (включая одновременно) пере- мещений рабочих органов. 8. Дискретность пе- ремещения по осям координат 4. То же рабочих перемещений. 5. Наличие автомати- зации основных и вспомогательных циклов. 6. Оснащенность дополнительными приспособлениями и устройствами. 7. Количество одно- временно обрабаты- ваемых заготовок и установленных инст- рументов 4. Размерная износо- стойкость инЪтоумен- та. 5. Статические, ди- намические и тепло- вые деформации не- сущей системы, групп узлов заготов- ки и инструментов. 6. Возможность кор- ректирования пере- мещений формообра- зующих элементов. 7. Характер износа элементов и узлов станка 4. Удельная энерго- емкость. 5. Материалоем- кость. 6. Техническая и эксплуатационная безопасность и эко- номичность. 7. Удобство управле- ния и обслуживания. 8. Ремонтопригод- ность
1.12.2. ТОКАРНЫЕ И ТОКАРНО-ВИНТОРЕЗНЫЕ
СТАНКИ. КОНСТРУКЦИИ И ОСОБЕННОСТИ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
В рассматриваемых станках движение ре-
зания реализуется заготовкой, движение пода-
чи - инструментом. Кинематические структу-
ры станков содержат элементы связи между
этими движениями посредством ходовых валов
и ходовых винтов. Станки, содержащие оба
элемента, называют токарно-винторезными. В
случае отсутствия ходового винта для нареза-
ния резьбы станки' называют просто токарны-
ми [17, 34].
Размерными характеристиками токарных
и токарно-винторезных (1 ГВ) станков являют-
ся наибольшие диаметры заготовки
(обрабатываемой над направляющими станины
суппорта), а также-их наибольшие возможные
длины. Для универсальных 11 В-станков сред-
них типоразмеров, рассматриваемых далее,
диапазон обрабатываемых диаметров и длин
лежит в пределах 200 - 800 мм и 1000 - 2500
мм соответственно [21].
Технологические возможности ТТВ стан-
ков, представленные схемами формообразова-
ния (см. табл. 1.12.1), зависят не только от
конструктивного исполнения и степени авто-
матизации, но и от особенностей применяе-
мых дополнительных устройств, например, от
использования многоместного резцедержателя,
установки фрезерного, шлифовального и дру-
гих приспособлений. Внецикловые потери
времени сокращаются при использовании
копировальных устройств. Основные подвиды
ТТВ-станков приведены на рис. 1.12.1, 1.12.2
и в табл. 1.12.6.
Краткий анализ компоновочных схем и
конструктивных решений ТТВ-станков выяв-
ляет тенденции их развития. При этом важ-
нейшую из них связывают с блочно-
модульным принципом проектирования, обла-
дающим известными преимуществами [1].
Станины являются базовыми элементами
несущих систем 11 В-станков. правильное
проектирование которых связывают с повы-
шением виброустойчивости всего станка. В
этой связи наряду с традиционно применяе-
мыми литыми чугунными и сварными сталь-
ными станинами для повышения демпфирую-
щей способности и виброустойчивости ис-
пользуют обычный и полимерный бетон. Пер-
спективны комбинированные станины, пред-
ставляющие собой стальную оболочковую кон-
струкцию, заполненную полимерным бетоном,
а также станины типа "сэндвич" - из "грани-
тана" с основанием из обычного бетона. Ста-
нины, изготовленные из двух разнородных
сред с разделительной плитой, закрепленной
на фундаменте регулировочными винтами,
при наличии привода и системы измерения
создают предпосылки для реализации системы
автоматической компенсации деформации.
Наиболее распространенным для ТТВ-
станков являются станины с горизонтальными
продольными направляющими, реже - с на-
клонными, облегчающими сход стружки. Сами
направляющие выполняют закаленными и
шлифованными, зацело со станиной или на-
кладными.
Рис. 1.12.1. Универсальный токарно-винторезный станок
Рис. 1.12.2. Токарный патронный (патронно-центровой) станок
1.12.6. Основные подвиды токарных и токарно-винторезных станков
Подвид и схема станка Основные компоновочные и конструктивные особенности Область применения
1 2 3
У ниверсальные токарно- винторезные Одношпиндельные горизонтальные для обра- ботки в патроне или цанге, возможна обра- ботка в центрах и нарезание резьб. Подвиж- ная задняя бабка используется для обработки осевым инструментом. Имеется устройство для очистки цанги от стружки. Легкие станки выполняются с разделенным приводом. В некоторых конструкциях шпиндель установ- лен на радиальных и упорных гидростатиче- ских подшипниках. Крупные станки имеют трехопорный шпиндель с прямым и обрат- ным вращением с тормозным устройством, а также механизм быстрого перемещения суп- порта и резцовых салазок. Для дистанцион- ного переключения подач на ходу применя- ются электромагнитные муфты. Отсчет ли- нейных перемещений каретки суппорта осу- ществляется по табло устройства цифровой индикации (УЦИ) Различные токарные ра- боты и нарезание резьб в условиях единичного и мелкосерийного произ- водства. Облегченные станки ис- пользуются в условиях ремонтных мастерских
368
Глава 1.12 СТАНКИ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ
Продолжение табл. 1.12.6
1 2 3
Токарные па- тронные и па- тронно- центровые Одношпиндельные горизонтальные, весьма схожие по конструкции со станками для об- работки в патроне и в центрах. Обеспечивают высокопроизводительные режимы резания при использовании современных режущих материалов. Автоматизация вспомогательных перемещений станка создает предпосылки полной автоматизации цикла обработки. Шпиндели базируются на высокоточных подшипниках (роликовых конических или шариковых радиально-упорных типа "дуплекс" или "триплекс"). Станки оснащают- ся многопозиционными инструментальными головками с диском для быстросъемных бло- ков токарных инструментов. При этом задняя бабка может отсутствовать. Имеются конст- рукции с револьверными головками (РГ) ба- рабанного типа. Стабильность и плавность перемещений суппорта обеспечивается по- крытием направляющих антифрикционным материалом в сочетании с импульсной смаз- кой. Предусмотрено автоматическое удаление стружки. Станки могут комплектоваться гид- рокопировальными суппортами, а также раз- личными УЧПУ и приводами следящего ти- па. Некоторые конструкции станков имеют двухшпиндельное исполнение для комплекс- ной обработки с двух сторон (двухшпин- дельный патронный токарный центр). При встраивании станков в ГП-модули комплек- туются портативным роботом и накопителя- ми. В ГП-модуль входят также станции кон- троля инструмента и деталей, устройства сме- ны инструмента и др. Используются в условиях серийного, мелкосерий- ного производства. Ис- пользование приспособ- лений расширяет техно- логические возможности станков. Возможно ком- плектование встроенным манипулятором или робо- том
Токарные па- тронно-пруткоые и патронно- центровые прут- ковые Одношпиндельные горизонтальные для ком- плексной обработки заготовок из прутка лю- бого профиля в зажимном патроне или в цанге. Усилие зажима создается пневмоци- линдром. Оснащаются РГ с возможностью установки приводного инструмента. Направ- ляющие станины - стальные шлифованные, салазок - из полимерного материала. Привод главного движения осуществляется от двига- теля постоянного тока. Автоматизированная задняя бабка снабжена синхронным шпинделем. Длинномерные заготовки могут обрабатываться в люнете. Выпускаются двухшпиндельные стан- ки для комплексной обработки деталей с двух сторон. Шпиндельные бабки расположены на одной оси напротив друг друга, каждая из кото- рых может иметь прутковый магазин и накопи- тель деталей. Оснащаются как УЦИ, так УЧПУ различных видов Используются в условиях мелкосерийного и серий- ного производства. Могут быть укомплектованы встроенным или наполь- ным манипулятором для загрузки-выгрузки штуч- ных заготовок
Настольные Одношпиндельные горизонтальные для обра- ботки различных материалов. В обычном Исполнении, помимо точения, предназнача- ются для комплексной обработки - сверле- ния, фрезерования, нарезания резьбы Используются в единич- ном производстве, а так- же в качестве лаборатор- ного оборудования, вклю- чая совместное функцио- нирование с УЧПУ раз- личных типов
ТОКАРНЫЕ И ТОКАРНО-ВИНТОРЕЗНЫЕ СТАНКИ
369
Группа привода заготовки ТГВ станков
является важнейшей функциональной труп-
пой, в которую входят шпиндельный узел,
бабка шпиндельная, главная передача и при-
вод главного движения.
Шпиндельный узел - важнейшая
конструктивная компонента труппы привода
главного движения, определяющая качество
обработки. Стремление повышения верхнего
предела частоты вращения обусловлено новы-
ми возможностями режущих инструментов. В
то же время поведение шпинделя в статике и
динамике определяется в значительной степе-
ни конструкцией его опор. Традиционные
шарико- и роликоподшипники не всегда удов-
летворительно работают при больших нагруз-
ках и скоростях. В этой связи появление
шпинделей на керамических подшипниках
качения (частично или полностью изготовлен-
ных из керамики, с диаметром отверстия
внутреннего кольца до 6250 мм) не повышает
аксиальную жесткость шпинделей и снижает
величину тепловых деформаций при повыше-
нии частоты вращения и нагрузок. Перспек-
тивны активные магнитные подшипники с
электронной системой управления, но они
имеют ограниченное применение ввиду высо-
кой стоимости.
Рабочие шпиндели обычно выполняются
полыми с целью возможности обработки
длинномерных заготовок соответствующей
конфигурации. Механика привода шпинделей
постоянно упрощается на базе мехатронных
образований, например, по системе АКС, мо-
тор-редуктор и т.д.
При проектировании шпиндельных
групп следует уделять повышенное внимание
способам закрепления и базирования заготов-
ки, особенно учитывая массу заготовки и ста-
ночных вращающихся масс. Перспективный
путь уменьшения инерционных нагрузок, осо-
бенно при быстрых перемещениях - снижение
массы, например, шпинделей за счет изготов-
ления их из композиционных материалов -
углепластиков. При закреплении в патроне
предпочтение следует отдавать патронам с
регулируемым усилием зажима, расширяя тем
самым диапазон зажимаемых заготовок
(сплошных, тонкостенных, сложной формы и
т.п.) с наименьшей деформацией последних.
Установка в патроне или цанге предпо-
лагает высокую точность фиксации заготовки
относительно выбранной оси и вдоль нее.
Небольшие по типоразмеру ТГВ станки,
включая многоцелевые, часто оснащают до-
полнительным шпинделем для выполнения
Доделочных операций. Узел такого шпинделя
устанавливается непосредственно на верхней
плоскости станины по линии центров напро-
тив основной бабки или в одну из позиций
РГ, если она предусмотрена. Частоты враще-
ния шпинделей синхронизируются, и после
обработки заготовки с одной стороны она
перезажимается в дополнительном шпинделе
для выполнения операций с противоположной
стороны.
Бабка шпиндельная закрепляется не-
подвижно на верхней плоскости станины и
включает в себя шпиндельный узел, механизм
передачи главного движения на шпиндель и
регулируемую зубчатую передачу, что в сово-
купности позволяет получать требуемый диа-
пазон частот вращения шпинделя. При сту-
пенчатом регулировании число ступеней
обычно не превышает 24, а частота вращения
8000 мин'1. На универсальных ТГВ станках
черновую обработку целесообразно выполнять
с малыми скоростями резания. Для этого не-
обходимо конструктивно обеспечить на низ-
ких частотах вращения шпинделя подвод
большого крутящего момента. С этой целью
возможно параллельно двигателю главного
движения кинематическое подключение до-
полнительных электродвигателей с передача-
ми.
Главная передача осуществляет кинема-
тическую связь главного электропривода со
шпиндельной труппой. При встроенном элек-
троприводе эту функцию выполняет малосту-
пенчатая зубчатая передача (мотор-редуктор) с
переключаемыми на ходу электромуфтами,
при разделенном электроприводе - клиноре-
менная или зубчато-ременная передача.
Привод главного движения, включающий
собственно электродвигатель с системой
управления им, выбирается исходя из обеспе-
чения требуемого диапазона частот вращения
заготовки при сохранении постоянной мощ-
ности на шпинделе. В ТГВ станках с ручным
управлением применяют асинхронные одно-
или двухскоростные электроприводы. В ТГВ
станках с автоматизированным управлением
применяют высокомоментные электроприводы
постоянного тока с частотным управлением.
Группа привода инструмента в ТГВ стан-
ках выполняет функции продольной и попе-
речной подач, в состав основных компонентов
которой входят системы передачи, крепления
и управления движением инструмента.
Передача движения инструменту в ТГВ
станках с ручным управлением осуществляется
чаще всего одним из валов привода главного
движения. При этом реализуется ступенчатый
диапазон подач от "тонких" до "грубых", зна-
чения которых для современных станков при-
ведены в табл. 1.12.7.
Для станков с ЧПУ обычно применяют
независимые приводы для продольных и по-
перечных подач. Обеспечение высокого каче-
ства поверхности достигается использованием
шариковинтовых пар для конечных элементов
передачи, что эффективно также при нареза-
нии резьб. .
370
Глава 1.12. СТАНКИ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ
1.12.7. Значения подач на универсальных
ТТВ станках
Подачи Число подач
Продольные подачи на обо- рот, мм:
0,05 - 112 68
0,08 - 2,8 Поперечные подачи на обо- рот, мм: 32
0,025 - 56 68
0,04 - 1,4 32
Подача на оборот при наре- зании метрических резьб 0,25 - 56 мм 66
Подача при нарезании дюй- мовых резьб 80 - 1/16 ни- ток/дюйм 60
Подача на оборот при наре- зании модульных резьб 0,5 - 50 мм 60
Подача при нарезании питче- вых резьб 160 - 0,5 ниток/л 40
Система крепления инструмента. В зави-
симости от количества применяемых инстру-
ментов используются различные варианты их
установки и крепления. При последовательной
одноинструментальной обработке используют
обычные • резцедержатели. Одновременная
многоинструментальная обработка, характер-
ная для изготовления деталей больших серий,
предполагает использование быстросменных
многоместных устройств закрепления резцовой
головки головки поворотного (рис. 1.12.3, а)
или поступательного движения, установки
дополнительных суппортов и резцедержателей
(рис. 1.12.3, 6) и т.п. Для обработки сложно-
контурных деталей, особенно на универсаль-
ных ТГВ станках с ЧПУ, применяют системы
смены инструментов.
Получили распространение, примени-
тельно к средним типоразмерам ТГВ станков с
ЧПУ, двухсуппортные конструкции с незави-
симым движением. В результате удается суще-
ственно повысить степень концентрации опе-
раций и сократить длительность цикла обра-
ботки на 45 %. Такие станки, помимо основ-
ных исполнений, являются базовыми вариан-
тами для создания ГП-модулей, например
патронно-центровых. При этом суппорты мо-
гут располагаться как выше, так и ниже линии
центров, могут быть смещены относительно
друг друга в продольном направлении (для
обработки длинномерных заготовок с двух
концов), на них могут быть установлены РГ.
Все большее распространение находят резце-
Рис. 1.12.3. Схемы закрепления инструмента:
а - в многоместной резцовой головке;
б - в резцедержателе
держатели с коническим хвостовиком для ин-
струментов. Основные трудности, возникаю-
щие при проектировании двухсуппортных
ТГВ-станков, связаны с правильным выбором
компоновки станка и конструкции станины.
1.12.3. ТОКАРНЫЕ ПОЛУАВТОМАТЫ И АВТОМАТЫ.
КОНСТРУКЦИИ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Токарные полуавтоматы и автоматы
(ГПА) предназначены для выполнения боль-
шинства видов токарных работ в крупносе-
рийном и массовом производстве.
ТПА выпускаются с горизонтальной или
вертикальной осью вращения шпинделя. По-
следние имеют преимущество по занимаемой
площади, по удобству отвода стружки из зоны
резания и защите от нее направляющих, обес-
печивают, по сравнению с горизонтальными
ТПА, более высокую точность обработки ввиду
отсутствия влияния сил тяжести заготовки на
поперечные деформации шпинделя. Эти стан-
ки используют для патронной обработки заго-
товок в условиях серийного производства, а
для повышения производительности конст-
руируются с несколькими суппортами и
шпинделями.
На горизонтальных ТПА обрабатываются
преимущественно заготовки пруткового и
трубчатого вица, хотя не исключена обработка
предварительно обработанных штучных заго-
товок.
По числу шпинделей различают одно- и
многошпиндельные ТПА.
Конструкции одношпиндельных ТПА ха-
рактеризуются наличием нескольких одновре-
менно работающих салазок, что позволяет
ТОКАРНЫЕ ПОЛУАВТОМАТЫ И АВТОМАТЫ
371
а)
Рис. 1.12.4. Токарные полуавтоматы:
а - фасонно-отрезной; б - продольного точения
а)
в)
Рис. 1.12.5. Токарные однопшинделькые программируемые полуавтоматы:
а - фронтальный; б - с инструментальным магазином;
в - с устройством загрузки заготовки и выгрузки готовой детали
372
Глава 1.12. СТАНКИ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ
Рис. 1.12.6. Вертикальный патроннкый
одношпннлсльный полуавтомат
рода оофЬ
Рис. 1.12.7. Многошпицдельный горизонтальный
полуавтомат с вращающимися заготовками
а)
Рис. 1.12.8. Многошпикдельные горизонтальные полуавтоматы с вращающимися инструментами:
а - постельная конструкция; б - рамная конструкция
Рис. 1.12.9. Многошпицдельный вертикальный полуавтомат
ТОКАРНЫЕ ПОЛУАВТОМАТЫ И АВТОМАТЫ 373
а) б)
Рис. 1.12.10. Фронтальные полуавтоматы:
а - одношпивдельный; б - двухшпиндельный
1.12.8. Основные подвиды токарных полуавтоматов н автоматов
Рисунок Основные компоновочные и конструктивные особенности Область применения
1 2 3
Попереч- ного и продольно- го сечения, рис. 1.12.4 Простейшие одношпиндельные горизонтальные ТПА с РВ. Поперечное точение ведется при неподвижно за- фиксированной заготовке методом поперечного вреза- ния. Некоторые модели имеют продольный суппорт для сверлильных работ. При продольном точении заготовка со шпиндельной бабкой получает продольное переме- щение. Наличие поперечных суппортов при соответст- вующем сочетании их движений со шпиндельной баб- кой, позволяет получать требуемые фасонные поверхно- сти. При отношении длины к диаметру обработки L / D = 1,5 4- 2,5 используют поперечное точение, при L/D > 2,5 - продольное. Оснащаются гидравлическими копи- ровальными устройствами для фрезерования резьбы, обточки некруглых изделий, автоматической загрузкой, системами контроля и т. д. Применяются в крупносерийном и массовом производ- стве деталей из прутка или бунта
Одношпин- дельные програм- мируемые, рис. 1.12.5 Являются развитием горизонтальных ТПА с кулачковым управлением. Целесообразно деление на группы в зави- симости от диаметра проходного отверстия шпинделя. В конструктивном отношении повышается вариабельность и степень унификации при решении различных техно- логических задач, возможность агрегатирования ТПА с ПУ. Характеризуются вертикально-наклонной станиной, наличием гидравлического цангового или патронного зажима для прутковых и штучных заготовок. Главный привод - реверсируемый с бесступенчатым регулирова- нием в сочетании с малоступенчатой коробкой скоро- стей. Пиноли могут содержать неподвижные или вра- щающиеся инструменты с многократным использовани- ем. Возможна установка РГ различной формы напротив рабочего шпинделя. Количество суппортов обычно нс превышает пяти. Часто ТПА с ПУ работают в комплексе с загрузочно-разгрузочными устройствами и инструмен- тальными магазинами Применяются в мелко- и среднесе- рийном производстве. Оснащаются допол- нительными устрой- ствами для выполне- ния комплексной обработки. Комплек- туются магазинными загрузочными устрой- ствами
Глава 1.12. СТАНКИ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ
Продолжение табл. 1.12.8
Рисунок Основные компоновочные и конструктивные особенности Область применения
1 2 3
Одношпин- . дельные вертикаль- ные, рис. 1.12.6 ТПА с вертикальной осью вращения шпинделя изделия обычно многорезцовые. Конструкция обеспечивает при тех же размерах обрабатываемой заготовки сокращение производственной площади для установки, улучшения отвода стружки. Для обработки конусных поверхностей используется наклоняемый инструментальный шпин- дель. Повышение точности обеспечивается за счет меньших деформаций от сил тяжести заготовки. Управ- ление ТПА как ручное, так и программное. Некоторые модели имеют подвижный стол и инструментальный магазин Используются в условиях серийного производства при обработке в патроне штучных заготовок
Многошпин- дельные горизонталь- ные с вра- щающимися заготовками, рис. 1.12.7 ТПА горизонтального типа параллельного или последо- вательного принципа действия на шесть-восемь шпин- делей. На продольном суппорте призматической формы устанавливается до восьми инструментальных салазок, пинолей или револьверных салазок с возможностью корректирования положения инструмента. Общие тен- денции развития связаны с повышением общей жестко- сти. Останов или фиксация части шпинделей позволяет использовать дополнительные устройства, расширяющие технологические возможности ТПА. Помимо попереч- ных суппортов столового типа с прямоугольными на- правляющими предусматривается комплект базирования для нижнего бокового суппорта, возможность установки инструментальных приспособлений с автономным при- водом. У ТПА с вращающимися заготовками главный вал .управления имеет дисковые плоские кулаки. Инст- рументальная оснастка прутковых и патронных ТПА различается только устройством зажимных приспособле- ний. Для манипулирования заготовками на прутковых ТПА используются прутковые магазины для сокращения внецикловых потерь времени. Для большинства форм деталей при загрузке на патронных ТПА используется поворотный загрузочный кронштейн Используются в массовом произвол- . стве деталей точени- ем из прутковых и штучных заготовок. Возможна встройка системы активного контроля, много- проходного копиро- вального устройства или крестовых сала- зок
Много- шпиндель- ные гори- зонтальные с вращаю- щимися инструмен- тами, рис. 1.12.8 ТПА данного подвида являются патронными. Резание осуществляется инструментами, закрепленными в глав- ных шпинделях, а заготовки закрепляют в многоместной поворотной головке. Станина имеет постельную (в) или рамную (б) конструкцию. Барабан с заготовками уста- новлен на центральном валу, подшипниковые опоры которого расположены в шпиндельных бабках. Силовые головки ТПА рамной конструкции снабжены выдвиж- ной пинолью с гидроприводом, а сами головки приво- дятся во вращение от главного привода с разной часто- той вращения. Установка пути перемещения главного Используются в серийном производ- стве для оконча- тельной двусторон- ней обработки заго- товок относительно сложной конфигу- рации, особенно несимметричного сечения относитель- но оси вращения
ТОКАРНЫЕ ПОЛУАВТОМАТЫ И АВТОМАТЫ 375
Продолжение табл. 1.12.8
1 2 3
шпинделя - кулачковая. Каждая силовая головка имеет независимый главный привод и привод подачи. Пово- ротный барабан индексируется с помощью цилиндриче- ских зубчатых колец с гидрозажимом в пределах 60 - 120°. Управление ТПА - программное. Для деталей с фланцевыми поверхностями используются двух- и трех- кулачковые патроны, для прутковых заготовок - зажим- ные цанги. ТПА имеют широкую гамму инструменталь- ных приспособлений
Много- шпиндель- ные верти- кальные, рис. 1.12.9 ТПА последовательного и параллельного действия. Первые отличаются от вторых отсутствием поперечных суппортов, ввиду чего используются специальные суп- порты для преобразования продольного перемещения в поперечное. Шпиндели с вертикальной осью располага- ются на периодически поворачивающемся горизонталь- ном столе относительно неподвижной колонны с суп- портами. Цикл обработки заканчивается полным оборо- том стола в позицию загрузки-выгрузки, по времени, лимитируемом наиболее продолжительной операцией. Большое количество устанавливаемых инструментов позволяет обрабатывать достаточно сложные заготовки. ТПА параллельного действия имеют меньшие тех- нологические возможности, поскольку обработка заго- товки ведется инструментами, расположенными только на одной позиции, от начала до конца. При этом стол вместе с суппортами поворачивается относительно не- подвижной колонны с управляющими кулачками Предназначены для обработки деталей в патроне в серийном производстве
Фронталь- ные, рис. 1.12.10 ТПА имеют предельно короткую наклонную станину и не более двух горизонтальных шпиндельных бабок. В штатный состав одношпиндельных ТПА (а) входят пра- вые и левые крестовые салазки, симметрично располо- женные относительно шпинделя. Двухшпиндельные ТПА (б) могут иметь дополнительно до трех суппортов для каждого из шпинделей. ТПА оснащаются электро- и гцдроавтоматикой с путевым управлением. Последова- тельность циклов перемещения салазок задается со ште- керного поля. При ЧПУ привод подачи осуществляется от индивидуального регулируемого электропривода че- рез шариковинтовую передачу. ТПА можно использо- вать для обработки заготовок с двумя перестановками Предназначены для обработки дискооб- разных заготовок. При ручной загрузке используются в мел- ко- и среднесерий- ном производстве с автоматической за- грузкой и контроль- но-измерительными устройствами - в крупносерийном
rtWltt tTAHKfl TdKAPpnff ГРУППЫ
.вмещать рабочие ходы с целью сокращения
шовного машинного времени при обработке
•скольких деталей. В зависимости от харак-
ра обработки различают ТПА продольного
1И поперечного фасонного точения, причем
:рвые применяются при соотношении длины
и диаметра Ь L / D > 2,5, вторые - при
/Р<2,5.
Многошпиндельные ТПА имеют пово-
гтный узел для многоместного закрепления
.готовок с последовательным подводом к
юным группам инструментов, расположен-
ям на различных рабочих позициях станка. В
гзультате возможно получение принципиаль-
э различных конструктивных форм ТПА - с
гащающейся заготовкой или инструментом, а
1кже с одновременным их вращением.
Управление рабочим циклом ТПА с по-
ощью кулачкового распределительного вала
’В) до настоящего времени в целом ряде
гучаев остается наиболее экономичным
гапример, в крупносерийном и массовом
роизводстве), несмотря на достижения в об-
Рис. 1.12.11. Вертикальные суппорты токарного
полуавтомата
юти гидравлических и электронных -средств
травления.
В качестве основных параметров ТПА,
ак и для токарных станков вообще, прини-
аются наибольший диаметр и длина обраба-
яваемой заготовки.
Данные ТПА приведены на рис. 1.12.4 -
.12.10 и в табл. 1.12.8.
Конструкции подгрупп рассматриваемых
ПА мало отличаются друг от друга, вследст-
ие чего ниже отмечаются только нетривиаль-
ые конструктивные решения.
Станины ТПА поперечного и продоль-
ого точения могут дополнительно устанавли-
ггься на основании. Д ля направления и под-
ержания прутковых заготовок в процессе
аботы ТПА используется загрузочное устрой-
гво трубчатого вида, закрепляемое на отдель-
ой стойке. Подача заготовки в зону резания
существляется с помощью салазок, а ее фик-
ация в продольном направлении - системой
ажимных устройств.
Совместно со станиной выполнен редук-
эр привода распределительного вала. Червяч-
ое колесо редуктора - разрезное, что позво-
яет регулировать люфт в зацеплении. Червяк
вободно сидит на валу включения зубчатых
уфт.
Вертикальные суппорты (рис. 1.12.11)
монтированы на стойке, имеющей неподвиж-
ый (подвижный) люнет для поддержания
брабатываемого конца заготовки. Суппорты
меют независимые движения от кулачков
аспределительного вала через промежуточные
[еханизмы.
Балансир расположен в нижней части
уппортной стойки и представляет собой два
иаметрально установленных поперечных суп-
порта для отрезки готовой детали посредством
его движения от кулачка вместе с несущим их
коромыслом.
Суппорты балансира регулируются по
глубине резания, длине детали и относительно
оси обрабатываемой заготовки.
Шпиндельная бабка (рис. 1.12.12), в от-
личие от бабки ТПА поперечного точения,
имеет вращающийся шпиндель, расположен-
ный в продольно перемещающемся по на-
правляющим станины литом корпусе. Подача
бабки осуществляется кулаком распредвала, а
величина хода устанавливается рычажно-
винтовым механизмом. Обратный ' ход бабки -
пружинный с ограничением по жесткому упо-
РУ-
Рис. 1.12.12. Шпиндельная бабка токарного
полуавтомата
Одношпиндельные программируемые ТПА
технологически являются более гибкими и в
известной степени являются усовершенство-
ванным симбиозом одношпиндельных па-
тронно-прутковых 11В станков и ТПА попе-
речного (продольного) точения больших типо-
размеров. Особенностью этих ТПА является
высокая степень механизации, автоматизации
и оснащенности различными агрегатами со-
гласно технологической задаче. Движение ра-
ТОКАРНЫЕ ПОЛУАВТОМАТЫ И АВТОМАТЫ
бочего шпинделя обеспечивается переключае-
мой четырехступенчатой коробкой скоростей в
сочетании с электромагнитными муфтами и
парой сменных колес.
Дополнительно соосно продольной оси
ТПА напротив рабочего шпинделя могут быть
установлены одна или две пиноли, служащие
для установки неподвижных или вращающих-
ся инструментов, а также револьверные голов-
ки с собственным приводом или копироваль-
ное устройство.
В состав программируемых ТПА вклю-
чаются устройства коррекции или активного
контроля, что позволяет вводить поправки в
размерную настройку инструмента.
Программное управление ТПА весьма
разнообразно и его выбор диктуется простотой
и экономичностью использования.
Однопшиндельные вертикальные ТПА со-
ответствуют основным принципам конструи-
рования современных станков общего назна-
чения. Существуют два варианта компоновки
шпинделя изделия - верхнее и нижнее. По-
следнее применяют наиболее часто, так как
это способствует достижению наибольшей
жесткости и виброустойчивости. Некоторые
конструкции одношпиндельных вертикальных
ТПА содержат расточный суппорт, устанавли-
ваемый на поворотной плите.
Приводы суппортов гидрофицированных
ТПА имеют копировальные устройства. Работа
гидросистемы выполняется по схеме дроссели-
рования на входе. Программно управляемые
ТПА в качестве приводов суппортов имеют
индивидуальные электромеханические переда-
чи с регулируемыми двигателями постоянного
тока.
Многошпиндельные горизонтальные ТПА
с вращающимися заготовками. По принципу
работы различают ТПА параллельного и по-
следовательного действия, по форме обрабаты-
ваемых заготовок - прутковые и патронные.
Станина несет на своей верхней
плоскости узлы стоек привода и шпиндель-
ной, для жесткости соединенных траверсой.
Она служит также для размещения верхнего
бокового суппорта и направляющих продоль-
ного.
Стойка привода содержит меха-
низмы главной передачи и установки частоты
вращения РВ с электродвигателем, а также
механизм передачи движения на инструменть
с самостоятельным приводом.
Шпиндельная стойка в качества
основного элемента включает барабан с уста,
новленными в нем шпинделями, несущим»
заготовки. Она является внешним узлом, оп-
ределяющим точность обработки в зависимо-
сти от точности изготовления и фиксации
барабана после поворота с помощью мальтий,
ского механизма. В стойке расположены такж]
механизмы закрепления и подачи заготовки.
Вращение шпинделей осуществляется oj
центрального зубчатого колеса, установленном
на центральном приводном валу и получаю]
щим движение посредством клиноременно!
передачи от главного привода. Центральны!
вал имеет т^кже зубчатые колеса для привод
приспособлений с вращающимися инструмен
тами с возможностью реверса при нарезанш
резьбы. Привод поворота барабана ycrpoei
таким образом, что скорость и направлен»
его поворота не сказывается на движени]
шпинделей, скорость которых можно менят
на ходу.
Траверса, помимо обеспечения жест
кости, служит для размещения распредели
тельного вала управления ТПА, получающю
движение через систему передач от полог
вала, концентрично установленного по отно
шению к центральному приводному валу. Р1
управления имеет кулачки для перемещение
продольных салазок и бокового суппорта, по
дачи и зажима заготовок, управления фикса
тором барабана, выполнения специальны
команд для приспособлений.
Блок продольных салазок 1
значительной мере определяет размеры рабо
чей зоны, жесткость центрального вала и вер
оятность столкновения работающих суп
портов, зависящую от схемы их расположения
Варианты схем показаны на рис. 1.12.13 а и i
для прутковых и патронных ТПА соответст
венно. Продольные салазки установлены н;
полом валу и имеют возможность перемеще
ния вдоль него посредством рычажного меха
низма от соответствующих кулачков РВ управ
ления. Для правильного взаимного располо
жения граней салазок относительно осе»
шпинделей следует предусматривать соответст!
вующие регулировки.
Рис. 1.12.13. Схемы расположения суппортов в токарных полуавтоматах:
а - прутковых; б - патронных
378
Глава 1.12. СТАНКИ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ
Нижние боковые суппорты, испытываю-
щие значительные нагрузки, устанавливают на
нижней части станины. Их ход можно регули-
ровать в .определенном диапазоне независимо
от профиля кулачка.
В зависимости от исполнения ТПА -
пруткового или патронного - станки оснащают
широкой номенклатурой различных дополни-
тельных устройств - как для инструмента, так
и для заготовок.
Многопшиндельные горизонтальные ТПА
с вращающимися инструментами - это по сути
патронные ТПА с инструментальными шпин-
делями, имеющими несколько направлений
подачи для обработки заготовки с двух сторон
или более. При этом заготовки закрепляют в
поворотной револьверной головке, зажимные
устройства которых обычно имеют более
крупные размеры, соответствующие форме
заготовок.
Шпиндельные бабки с встроен-
ными приводами несут по пять инструмен-
тальных шпинделей. Противоположные бабки
соединены центральным валом, на котором
между бабками расположен поворотный бара-
бан с шестью позициями зажима. Вал закреп-
лен в упорных подшипниках шпиндельных
бабок.
Шпиндель получает подачу, не связан-
ную с ускоренными рабочими ходами шпин-
дельной бабки, имеющей гидравлический при-
вод.
Силовые головки ТПА рамного
типа (рис. 1.12.14) имеют гидравлическую
подачу; вращательное движение шпиндели
получают от электродвигателей через зубчатую
или ременную передачу. Величина продоль-
ного перемещения устанавливается кулачками,
связанными с выдвижной пинолью. Скорость
подачи регулируется бесступенчато.
Барабан с заготовками (рис. 1.12.15)
имеет механизм фиксации после его поворота
гидравлическим ШД через предохранительную
муфту.
На ТПА горизонтального типа элементы
поворота и фиксации барабана расположены в
левой шпиндельной бабке /, в правой 2 -
вспомогательное устройство с фиксированием.
Включение поворота барабана - гидравличе-
ское.
В ТПА рамной конструкции поворот ба-
рабана индексируется цилиндрическими зубча-
тыми кольцами с гидравлическим зажимом.
Управление всеми движениями ТПА -
электрическое программное управление, уста-
новка пути - аналоговая кулачковая.
Зажимные устройства показаны на рис.
1.12.16 (а - обычное исполнение; 6 - с пово-
ротным устройством; в - с двух- и трехкулач-
ковыми патронами; г - с зажимной цангой;
д - с зажимной оправкой; е - с палетами).
Многошпиндельные вертикальные ТПА,
несмотря на различие в принципах работы,
имеют тождественные компоновочные реше-
ния. Ввиду больших технологических возмож-
ностей распространены ТПА последователь-
ного принципа действия.
Станина (основание) с центральной
тумбой служит для монтажа основных узлов
ТПА, размещения емкостей для смазки и гид-
равлики. Тумба - неподвижная вертикальная
пустотелая колонна с конической поверхно-
стью в нижней части, сопряженная с поворот-
ным столом и являющаяся главным опорным
элементом несущей системы. На продольных
плоских гранях колонны установлены направ-
ляющие суппортов. К верхнему торцу колон-
ны крепится фланец для размещения коробок
скоростей и подач, редукторы и стойки со
встроенным гидроцилиндром с тягой, управ-
ляющей синхронизаторами вращения шпинде-
лей и тормозом на загрузочной позиции стола.
В загрузочной позиции основания расположе-
ны механизмы поворота стола и фиксации.
Рис. 1.12.14. Силовая головка токарного полуавтомата
рамного типа
Рис. 1.12.15. Механизм фиксации барабана с заготовками
ТОКАРНЫЕ РЕВОЛЬВЕРНЫЕ СТАНКИ
379
Рис. 1.12.16. Зажимные устройства токарных
полуавтоматов
Поворотный стол расположен в
горизонтальной плоскости относительно вер-
тикальной колонны на специальном двойном
упорном шарикоподшипнике, удерживающем
стол от вертикальных перемещений. В столе
установлены вертикальные шпиндели с заго-
товками, причем на позиции загрузки-
выгрузки вращение шпинделя отсутствует.
Каждый шпиндель снабжен приводным зубча-
тым колесом, включаемым через синхрониза-
тор, упорными планками мальтийского меха-
низма, стопором фиксатора и гидрораспреде-
лительным устройством, управляющим гидро-
цилиндром зажима заготовки.
Синхронизатор с тормозом
(рис. 1.12.17) установлены на каждой шпин-
дельной позиции с .целью безударного сцеп-
ления с приводом главного движения после
поворота стола и разгона шпинделя до уста-
новленной скорости. Включение синхрониза-
торов всех шпинделей одновременное и вы-
полняется штоком гидроцилиндра, встроен-
ного в раздаточные шестерни, посредством
рычагов. Тормоз шпинделя на загрузочной
позиции включается одновременно с синхро-
низаторами.
Суппорты. Применяются четыре типа
суппортов: простые с вертикальной
(продольной) подачей; последовательного дей-
ствия (с вертикальной и поперечной подача-
ми); универсальные (подача под углом); двой-
ного действия (вертикальная и две противопо-
ложных поперечных подачи). Они обеспечи-
вают четыре цикла работы суппортов на каж-
дой рабочей позиции посредством механиче-
ских командоаппаратов.
Фронтальные ТПА являются раз-
новидностью токарных патронных автоматов,
обслуживаемых с торцовой стороны патрона
рабочей зоны. Двухшпиндельные конструкции
исключают силовое взаимодействие шпинде-
лей друг с другом в процессе резания.
1.12.4. ТОКАРНЫЕ РЕВОЛЬВЕРНЫЕ СТАНКИ.
КОНСТРУКЦИИ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Особенностью конструкции токарных ре-
вольверных станков (ТРС) является наличие
поворотного, реже - линейно-перемещаемого
инструментального держателя - револьверной
головки (РГ), в которой располагаются необ-
ходимые для обработки комплекты инструмен-
тов в требуемой последовательности и. как
правило, отсутствие задней бабки [26].
Рис. 1.12.17. Синхронизатор с тормозом
380
Глава 1.12. СТАНКИ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ
Рис. 1.12.18. Компоновки токарных револьверных
станков:
с - с вертикальной револьверной головкой;
б - с горизонтальной револьверной головкой;
в - с крестовой револьверной головкой
Различают ТРС по расположению оси
вращения РГ - горизонтальному или верти-
кальному, которые мотуг быть расположены
параллельно, перпендикулярно или под углом
к оси шпинделя. Дополнительно к РГ станки
могут иметь один или несколько боковых ин-
струментальных суппортов и поперечных сала-
зок. Длина обрабатываемой заготовки относит-
ся к диаметру заготовки несколько больше,
чем 1:1. Наиболее распространенные компо-
новки ТРС приведены на рис. 1.12.18.
По степени автоматизации различают
ТРС с ручным и автоматическим управлением,
которое делят по типу управления согласно
принятой классификации.
РГ монтируют на револьверных салазках,
с помощью которых выполняются все пере-
мещения инструмента. РГ используется, в
основном, для смены инструмента и индекси-
рования его в рабочем положении. Обработка
может выполняться как отдельными инстру-
ментами, так и комбинацией нескольких ин-
струментов одновременно. Шпиндельная баб-
ка ТРС жестко закреплена на станине и не
имеет продольного перемещения.
ТРА имеют практически одинаковое об-
щее устройство и компоновку. Далее преиму-
щественно рассматриваются токарно-револь-
верные автоматы (ТРА). Данные по ТРА при-
ведены на рис. 1.12.19, 1.12.20 и в табл. 1.12.9.
Рис. 1.12.19. Универсальный токарный револьверный
автомат с горизонтальной РГ
Рис. 1.12.21. Револьверная головка барабанного типа
Станины ТРА обычно литые или свар-
ные, но могут быть изготовлены из полимер-
бетона или гранитана (возможно комбиниро-
ванное исполнение).
Револьверные салазки, на которых кре-
пятся РГ, перемешаются по призматическим
направляющим или направляющим иной
формы. Ось поворота РГ устанавливается без-
зазорно в конических роликоподшипниках с
предварительным натягом, причем сами салаз-
ки располагаются между направляющими с
минимальным зазором. РГ выполняют смен-
ными при наладке необходимого комплекта
инструментов вне ТРА. При сверлении и то-
чении используют РГ барабанного типа (рис.
1.12.21), причем отверстия для закрепления
инструмента совпадают с осью шпинделя.
В полуавтоматах салазки перемещают в
рабочую позицию вручную, а через электро-
муфту включают автоматическую продольную
или поперечную подачу, которая отключается
в конечном положении. Соосно с РГ может
устанавливаться программный барабан с регу-
лируемыми упорами для каждой позиции РГ,
скоростной режим шпинделя задается на ште-
керном поле.
В зависимости от исполнения РГ попе-
речная подача может устанавливаться либо
вращением самой головкой, либо установкой
дополнительных поперечных салазок обычной
конструкции. На станках с ручным управлени-
ем размещают не более двух боковых салазок,
устанавливаемых в легко доступной для об-
служивания зоне.
Для повышения оснащенности ТПА с
ЧПУ инструментами используются современ-
ные конструкции РГ, например звездообраз-
ные в сочетании с копировальными салазками
и соответствующим барабаном на несколько
копировальных позиций. В этом случае полу-
чают новые конструктивные решения (рис.
1.12.22).
Рис. 1.12.20. Универсальный токарный револьверный
автомат с вертикальной РГ
ТОКАРНЫЕ РЕВОЛЬВЕРНЫЕ СТАНКИ
381
Рнс. 1.12.22. Револьверные головки звездообразной конструкции на токарных копировальных станках:
а - общий вид копировальных салазок; б - вид по оси РГ
1.12.9. Основные подвиды токарных револьверных автоматов
Подвид и схема автомата Основные компоновочные и конструктивные особенности Область применения
ТРА с горизон- тальной револь- верной голов- кой, рис. 1.12.19 ТРА с горизонтальной наклонной или верти- кальной станиной. Ось поворота РТ параллельна, перпендикулярна оси шпинделя в горизонталь- ной плоскости. Возможно как соосное, так и верхнее (нижнее) размещение относительно оси шпинделя до двух РТ (одна из которых может быть неподвижной), установленных на продоль- ном револьверном суппорте. Поперечные суп- порты могут отсутствовать, при этом поперечная подача выполняется при вращательном движении РГ. Кинематическая структура имеет распредели- тельные и вспомогательные валы, причем их привод и привод главного движения раздельный. Программа автоматического изменения частоты вращения шпинделя задается на штекерной па- нели (ЦПУ) или с пульта ЧПУ. Многоопераци- онные ТРА имеют модификации как с непод- вижными, так и приводными инструментами с двумя револьверными суппортами и с синхрон- ным шпинделем в одной из РГ или в задней бабке. Некоторые конструкции ТРА имеют две противоположные шпиндельные бабки, каждая из которых может работать с пристроенным прутковым магазином. Подача и зажим заготовки - механический или пневматический Серийное производст- во изделий из прутка в цанге или штучных в патроне. При осна- щении манипулято- ром могут встраивать- ся в автоматизирован- ные комплексы
ТРА с верти- кальной револь- верной голов- кой, рис. 1.12.20 Станины аналогичны горизонтальным ТРА. Ось поворота- РГ перпендикулярна оси шпинделя в вертикальной плоскости. ТРА имеет до двух РГ одинаковой или различной формы, расположен- ных на крестовом суппорте. Салазки продоль- ного суппорта располагают на цилиндрической трубчатой направляющей или на направляющих станины, которые могут быть стальными зака- ленными с синтетическим покрытием или из полимерного материала. На продольном суппор- те может быть установлена корончатая РГ. Воз- можен вариант с синхронным шпинделем в РГ или в подвижной задней бабке. Возможна уста- новка РГ с неподвижными и приводными инст- рументами. Для комплексной патронной обра- ботки используется автоматическая смена инст- румента РГ и кулачков патрона. Отдельные кон- структивные решения могут быть общими для ТРА с горизонтальными и вертикальными РГ. Мелкосерийное и серийное изготовле- ние деталей из прутка в цанге или штучных в патроне. Возможно оснащение встроен- ным или напольным манипулятором
382
Глава 1.12 СТАНКИ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ
Револьверные головки. Широкое распро-
странение начинают получать, помимо стан-
дартных конструкций. РГ для ТПА с ЧПУ в
виде инструментальных барабанных накопите-
лей, устанавливаемых на крестовых салазках и
особенно пригодных для обработки внутрен-
них поверхностей. При соответствующем рас-
положении инструмента такие головки можно
использовать для обработки в патроне, в цанге
или в центрах.
Модификацией барабанной РГ являются
головки с многоместными инструментальными
держателями с постоянным или переменным
расстоянием между инструментами.
В звездообразных РГ инструменты рас-
полагают перпендикулярно или наклонно к
оси головки, которая, в свою очередь перпен-
дикулярна к оси рабочего шпинделя. Они
пригодны при обработке заготовок больших
диаметров. Головки данного типа с наклон-
ным расположением оси устанавливают на
ТРА малых типоразмеров.
Ввиду относительно большого вылета
инструментов звездообразной РГ, для повы-
шения ее жесткости целесообразно иметь
двухопорную конструкцию, чего можно дос-
тичь установкой оси РГ на 45° по отношению
к направляющим салазок. При этом для ин-
дексирования головки используется мелкозу-
бое торцовое зацепление ("мышиный зуб").
Существуют РГ в виде плоского некруглого
стола, в которых инструменты закрепляют на
верхней плоскости с помощью Т-образных
пазов или призматических планок, причем
могут применяться и многоместные инстру-
ментальные держатели. Известны РГ других
разновидностей - крестообразные блоки, дис-
ковые и др. При любой конструкции РГ стре-
мятся уменьшить массу корпуса головки и
сократить время ее поворота.
1.12.5. ТОКАРНЫЕ КОПИРОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ.
КОНСТРУКЦИИ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Токарные копировальные станки предна-
значены для изготовления по контуру фасон-
ных деталей сложного профиля.
Конструкции токарных копировальных
станков имеют горизонтальный или верти-
кальный шпиндель, в т.ч. в последнем случае
станки могут иметь роторную схему работы.
Токарные копировальные станки имеют
в рабочей зоне хороший обзор и без опасности
столкновений можно использовать несколько
силовых узлов или дополнительных приспо-
соблений. Поэтому станки могут иметь на-
клонную станину с несколькими раздельными
направляющими плоскостями. В этом случае
большой объем стружки может без помех от-
водиться из станка вниз, вбок или назад.
Различные рабочие диапазоны обработки
ведут к созданию токарно-копировальных
станков различных типоразмеров.
Копировальные станки с жесткой меха-
нической копировальной системой имеют
постоянный принудительный контакт между
копировальным пальцем и копиром, осущест-
влена жесткая связь между копиром (задаю-
щим устройством) и суппортом с инструмен-
том (исполнительным устройством). Станки
этого типа имеют ограниченное применение, в
основном в том случае, когда быстродействия
систем с ЧПУ недостаточно. Основная область
их применения некруглое точение (обработка,
например, поршней).
Копировально-кинематический метод
токарной обработки применяют в производст-
ве поршней, имеющих в поперечном сечении
эллипс, а в продольном - бочку. В этом случае
формообразование эллипса в поперечном се-
чении основано на принципе сечения цилинд-
ра наклонной плоскостью (вращается заготов-
ка и инструмент), а бочкообразная поверх-
ность профиля получается воспроизведением
формы плоского копира. Копировальный ме-
тод обработки находит применение благодаря
своей универсальности, так как токарной об-
работкой воспроизводится любая форма не-
круглой поверхности. При обработке по ука-
занному методу перемещение резца в радиаль-
ном и осевом направлениях воспроизводит
форму объемного копира или двух-трех пло-
ских копиров.
Более широкое использование имеют
копировальные станки со следящей системой,
которые гарантируют наличие чувствительной
копировальной системы между задающей и
исполнительными частями.
Копировальные станки для обработки не-
круглых деталей. Рассмотрим их конструкции
на примере обработки поршней.
По способу копирования различают то-
карные станки с воспроизведением формы:
1) объемного копира;
2) двух-трех плоских копиров;
3) одного-двух копиров и перемещением
по программе ЧПУ.
При воспроизведении формы объемного
копира используют две компоновочные схемы:
копир и обрабатываемая деталь находятся на
одной оси или на параллельных осях. Формо-
образование проводится за счет перемещения
вращающейся детали относительно качающе-
гося от копира резца или перемещения ка-
чающегося резца относительно вращающейся
детали. Схема, реализующая перемещение
резца относительно вращающейся детали,
предпочтительнее, так как в этом случае дви-
жется система меньшей массы с меньшим
количеством звеньев, что обеспечивает сниже-
ние динамических возмущений в системе ко-
пирования.
Точностный анализ процесса объемного
копирования выявил, что отклонение формы
ТОКАРНЫЕ КОПИРОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
383
• _______________________________________________________________________________________________________
поршня от заданной определяется в основном
погрешностями копира (55 %), щупа (30 %), а
также статическими и динамическими по-
грешностями копирной системы (10 %).
Преимущество данного метода: обработка
сложной поверхности (овально-бочкообразная)
с использованием относительно простой кон-
структивной схемы; при небольших изменени-
ях в форме копира изменения вводятся путем
коррекции. Однако объемный копир сложен в
изготовлении.
При обработке поршня по двум-трем
плоским копирам кинематическая схема стан-
ка получается сложной, так как режущий ин-
струмент должен совершать правильное сум-
марное движение. В этом случае требуется
обеспечить синхронность перемещения по
копирам с минимальными погрешностями в
звеньях кинематических цепей "копир-резец”
станка.
Применение ЧПУ в системе токарного
копировального станка позволило обработку
"бочки" поршня вести без копира, а плоский
копир использовать- для получения на нем
"овала”.
В качестве примера на рис. 1.12.23 пока-
зан специальный токарно-копировальный
станок с ЧПУ для чистовой токарной обработ-
ки юбок и калибровки канавок поршня двига-
теля внутреннего сгорания.
Форма продольного профиля обрабаты-
ваемой заготовки задается системой ЧПУ,
форма поперечного профиля обеспечивается
копировальным суппортом, который крепится
в задней части поперечного суппорта (за осью
центров станка). Резец для калибровки кана-
вок поршня закреплен в резцедержателе попе-
речного суппорта.
Ограничением в использовании механи-
ческих копировальных систем является ско-
рость скольжения щупа по копиру и динами-
ческие свойства системы.
Рис. 1.12.23. Специальный токарно-копировальный
станок с ЧПУ для чистовой обработки юбок и
калибровки канавок поршня:
1 - щиток ограждения; 2 - передняя бабка;
по' пР°дольные направляющие; 4 - обрабатываемый
^ень; ’ копир°вальный суппорт; 6 - устройство
у, 7 - ходовой винт; 8 - станина; 9 - транспортер
убооки CTDVXKH
Рис. 1.12.24. Многорезцовый копировальный токарный
полуавтомат:
1 - станина; 2 - поперечный суппорт;
3 - шпиндельная бабка; 4 - суппорт продольный;
5 - копирц(два); 6 - траверса
Токарные копировальные полуавтоматы и
автоматы. Станки предназначены для обработ-
ки широкой номенклатуры фасонных деталей
типа многоступенчатых валов, ступенчатых
втулок, блоков зубчатых колес и других по-
добных деталей из штучных заготовок, изго-
товляемых из различных сталей, цветных ме-
таллов и сплавов. Конструктивные особенно-
сти станков позволяют их использовать в про-
изводстве с различной степенью автоматиза-
ции в качестве: автономно работающих полу-
автоматов с ручной загрузкой и выгрузкой
деталей; автоматизированных модулей с мани-
пулятором (обычно портального типа), транс-
портными и накопительными системами, а
также станками, встраиваемыми в автоматиче-
ские линии.
На копировальных однорезцовых токар-
ных полуавтоматах обработка проводится ме-
тодом многопроходного копирования. На
станке движение суппорта, в котором установ-
лен резец, в продольном и поперечном на-
правлениях осуществляется гидравлической
следящей системой, управляемой от копира
или эталонной детали. Прорезка канавок, сня-
тие фасок и другие операции, которые не мо-
гут быть выполнены копировальным суппор-
том, выполняется поперечными суппортами,
которых на полуавтомате может быть один или
два.
Многорезцовые копировальные полуав-
томаты (рис. 1.12.24) объединяют технологиче-
ские возможности многорезцовых и копиро-
вальных полуавтоматов, а принцип их работы
с принципом работы последнего. Полуавтома-
ты этого типа имеют два накладных копиро-
вальных суппорта с автономными следящими
системами, управляемыми отдельными копи-
рами. Продольная (задающая) подача не имеет
прямой зависимости от поперечной подачи и
осуществляется от механического привода с
конечной ходовой передачей винт-гайка. По-
перечные суппорты имеют независимые при-
воды и перемещаются непосредственно от
гидроцилиндров без промежуточных кулачко-
вых механизмов.
384
Глава 1.12 СТАНКИ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ
Рис. 1.12.25. Схема двухпроходного цикла обработки
ступенчатого вала на многорезцовом токарном
копировальном полуавтомате
Для управления продольными суппорта-
ми применена гидрокопировальная система
управления с двумя копирами, что позволяет
выполнять двухпроходную обработку заготовок
без их перестановок. Копиры в процессе рабо-
ты полуавтомата поворачиваются с помощью
гидроцилиндров. Пример двухпроходного
цикла обработки ступенчатого вала показан на
рис. 1.12.25 (обработка с продольным суппор-
том); поперечный суппорт при этом исполь-
зуют для обработки канавок. На полуавтомате
обрабатывают заготовки типа валов с любыми
фасонными поверхностями, включая сферы,
полусферы, конусы и галтели. Многорезцовые
копировальные полуавтоматы имеют более
широкие технологические возможности, чем
копировальные полуавтоматы, и обеспечивают
более высокую производительность. На базе
полуавтомата разработан токарный роботизи-
рованный комплекс.
На некоторых полуавтоматах помимо ус-
тановки копировального суппорта, обеспечи-
вающего возможность многопроходной (до
четырех) обработки заготовки с управлением
им на каждом проходе от своего копира, пре-
дусмотрена возможность установки двух смен-
ных бабок с вращающимися центрами, в кото-
рых закрепляется барабан с четырьмя копира-
ми. После каждого прохода копировального
суппорта барабан с копирами поворачивается
на 90°, что значительно расширяет технологи-
ческие возможности станка и при необходи-
мости обработки заготовок с двух установок
сокращает время на переналадку полуавтомата.
1.12.6. КАРУСЕЛЬНЫЕ И ЛОБОВЫЕ СТАНКИ.
КОНСТРУКЦИИ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Токарно-карусельные станки являются
разновидностью станков токарной труппы;
предназначены для черновой и чистовой обра-
ботки крупногабаритных деталей с круговыми
поверхностями, высота которых обычно
меньше или незначительно превышает диаметр
обрабатываемой заготовки. Обрабатываемые
внутренние и наружные поверхности детали
могут иметь цилиндрическую, коническую,
сферическую, ступенчатую и сложную криво-
линейную форму с совмещенными осью вра-
щения и осью симметрии. На станках осуще-
ствляется протачивание торцовых поверхно-
стей, торцовых спиральных канавок, нарезание
резьб большого диаметра, сверление, растачи-
вание и зенкерование отверстий, расположен-
ных по оси вращения детали и другие работы
[25].
Оснащение токарно-карусельных станков
дополнительными устройствами и приспособ-
лениями позволяет осуществлять на них опе-
рации фрезерования, шлифования, сверления
и растачивания отверстий вне центра детали.
Станки универсального исполнения
применяют в основном при единичном и мел-
косерийном характере производства. В круп-
носерийном или массовом производстве оди-
наковых или однотипных изделий (например,
железнодорожных колес) используют высоко-
производительные специальные карусельные
станки (обычно оснащенные автоматизиро-
ванным управлением, загрузочным устройст-
вом и другими механизмами).
Характерная особенность станков - вер-
тикальное расположение оси вращения план-
шайбы с установкой на ней заготовки. Эго
облегчает и делает более удобным и безопас-
ным ее закрепление и выверку по сравнению с
аналогичными операциями, например, на ло-
бовых токарных станках с горизонтальной
осью вращения планшайбы, что обеспечивает
более высокую точность обработки. Недостат-
ком таких станков является плохой отвод
стружки, а также меняющийся во время обра-
ботки вылет инструмента.
Главное движение резания - вращение
стола (планшайбы) с заготовкой; движение
подачи - горизонтальное и вертикальное пе-
ремещения суппортов ]8, 29].
Станки являются широкоуниверсальны-
ми и позволяют выполнять различные виды
работ.
Токарно-карусельные станки с ЧПУ с
диаметром обрабатываемой заготовки более
3000 мм оснащают сменными узлами, устанав-
ливаемыми на суппорт, что позволяет обраба-
тывать заготовки сложной пространственной
формы со значительным набором технологиче-
ских операций. В табл. 1.12.10 приведены ти-
повые компоновки универсальных токарно-
карусельных станков. По специальным заказам
изготовляют специализированные станки с
кольцевой планшайбой (для обработки деталей
типа колец) и башенные станки для растачи-
вания больших диаметров заготовок.
В зависимости от размеров и назначения
станки изготовляют одностоечными и двухсто-
ечными в легком, нормальном и тяжелом ис-
полнений.
Одностоечную компоновку применяют в
основном для станков с диаметром заготовки
до 2 - 3,5 м, двухстоечную (портальную) - для
станков с диаметрами заготовки 2 - 25м. От-
КАРУСЕЛЬНЫЕ И ЛОБОВЫЕ СТАНКИ
385
1.12.10. Типовые компоновки универсальных токарно-карусельных станков
Схема компоновки
Область применения,
конструктивные особенности
Одностоечная, до 1600 мм. Обработка заго-
товок, высота которых значительно меньше
диаметра. Неподвижная поперечина с суп-
портом или револьверной головкой
Обработка заготовок, высота которых при-
мерно равна диаметр. Подвижная попере-
чина, вертикальный и горизонтальный суп-
порты, возможно применение револьверной
головки
Комплексная обработка заготовок. Подвиж-
ная поперечина, два вертикальных суппор-
та, в том числе один с револьверной голов-
кой
Комплексная обработка заготовок. Подвиж-
ная поперечина, салазки суппортов с гори-
зонтальным ползуном перемещаются по
вертикальным направляющим стойки
То же, салазки двух суппортов с горизон-
тальными ползунами перемещаются по
вертикальным направляющим двух стоек
Комплексная обработка цилиндрических и
конических заготовок с центральной осью.
Консольная поперечина, стол жестко со-
единен со стойкой
Комплексная обработка плоских заготовок.
Консольная поперечина, стол перемещается
относительно стойки
Комплексная обработка плоских заготовок.
Консольная поперечина, стойка перемеща-
ется по направляющим станины относи-
тельно стола
386 Глава 1.12. СТАНКИ ТОКАРНОЙ ГРУЗДЫ
Продолжение табл. 12.10
Схема компоновки Область применения, конструктивные особенности
3 3 II 4 ’ Г .. и Двухстоечная компоновка, до 25 000 мм. Комплексная обработка крупногабаритных цилиндрических и конических заготовок с центральной осью. Портал неподвижен относительно оси стола в горизонтальной плоскости, два суппорта
«да 'шАЯ' 1 1 Комплексная обработка крупногабаритных плоских заготовок. Портал со стойками перемещается относительно оси стола в горизонтальной плоскости по направляю- щим, два суппорта
Примечание. 1 - станина со стойкой; 2 - стол (планшайба); 3 - поперечина
(траверса); вертикальный суппорт: 4 - с револьверной головкой, 7 - без револьверной головки;
5, 6 - горизонтальный суппорт; стойка: 8 - неподвижная; 9 - подвижная; 10 - станина
л)
Рис. 1.12.26. Компоновочные схемы лоботокарных станков:
а - с единой станиной; б - с раздельными станинами
дельную группу составляют компоновочно-
перестраиваемые станки и станки свободной
компоновки, позволяющие создавать из стан-
дартных элементов - модулей различные ком-
поновки как одностоечных, так и двухстоеч-
ных станков, наиболее приспособленных к
особенностям конфигурации и размерам обра-
батываемых деталей (33].
ТОКАРНЫЕ ЗАТЫЛОВОЧНЫЕ СТАНКИ
387
Лоботокарные станки являются разновид-
ностью станков токарной группы; предназна-
чены для обработки наружной и внутренней
поверхностей заготовок больших диаметров и
малой длины для изготовления фланцев, дис-
ков, шкивов, вагонных колес, маховиков и
других деталей сложной формы. На станках
выполняю! обтачивание наружных цилиндри-
ческих и конических поверхностей, обработку
торцев, растачивание и проточку канавок,
обработку валов сложной формы методом ко-
пирования и др. Станки обычно используют в
единичном производстве. Ограничением явля-
ется сложность установки и выверки заготовок
большой массы на вертикальной планшайбе.
Поэтому лоботокарные станки часто заменяют
токарно-карусельными.
• Характерная особенность станков - гори-
зонтальная ось вращения шпинделя, что об-
легчает отвод стружки.
Основной параметр станков - наиболь-
ший диаметр обрабатываемых заготовок, кото-
рый достигает 10 м.
Типовые компоновочные схемы станков
без задних бабок представлены на рис. 1.12.26
[22]. У малых станков передняя бабка с план-
шайбой и суппорт с резцовой головкой распо-
ложены на одной станине (рис. 1.12.26, а).
Более крупные станки выполняют с обособ-
ленным суппортом (рис. 1.12.26, б), имеющим
отдельную станину, что дает возможность об-
рабатывать заготовки .диаметром, превышаю-
щим размер планшайбы. Для этого в станине
или фундаменте под планшайбой делается
специальная выемка. Обособленный суппорт
получает перемещение от отдельного двигате-
ля. Между раздельными станинами передней
бабки и суппорта может быть встроен транс-
портер для уборки стружки.
Станки изготовляют как с ручным управ-
лением (рис. 1.12.26, а), так и с системой ЧПУ
(рис. 1.12.26, б).
1.12.7. ТОКАРНЫЕ ЗАТЫЛОВОЧНЫЕ СТАНКИ.
КОНСТРУКЦИИ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Предназначены для обработки задних
поверхностей зубьев режущих инструментов с
целью придания им определенной формы,
обеспечивающей постоянство заднего угла
резания и сохранение профиля зуба инстру-
мента при перетачивании их по передней по-
верхности. Чаще всего затылуют зубья фасон-
ных, дисковых, цилиндрических с прямоли-
нейными и спиральными стружечными канав-
ками, резьбовых и червячно-модульных фрез,
зубья метчиков и плашек по профилю и по
заборному конусу, а также спиральные сверла.
Затылование зубьев обычно выполняют по
архимедовой спирали. В качестве режущего
инструмента применяют резцы, дисковые фре-
зы и шлифовальные круги (дисковые, чашеч-
ные и пальцевые).
На универсальных токарно-затыловочных
станках обрабатывают кулачки, многогранные
валы [11] и, кроме того, можно выполнять
обычные токарные операции, типичные для
токарно-винторезных станков.
Для получения ограниченной архимедо-
вой спирали задней поверхности зуба заготов-
ки 1 фрезы (рис. 1. 12.27) с падением затылка
К необходимо, чтобы она при обработке полу-
чала равномерное вращение, а режущий инст-
румент (в данном случае резец 2) - равномер-
ное возвратно-поступательное перемещение в
радиальном направлении. При этом за один
оборот заготовки резец должен к ней подойти
Рис. 1.12.27. Схема движений резца и заготовки при
затыловании
Рис. 1.12.28. Каретка суппорта токарно-затылоаочного станка:
/ - каретка; 2 - поворотная плита; 3 - кулачок затылования; 4 - отбойная (затыловочная) плита;
5 - лимб затылования; 6 - плунжерный насос смазки; 7 - вал привода кулачка затылования;
8 - коническая передача; 9 - центральный вал, расположенный между направляющими станка
388
Глава 1.12. СТАНКИ ТЙКАРНОЙ ГРУППЫ
столько раз, сколько зубьев имеет затылуемая
деталь. Перемещение резца в радиальном на-
правлении (рабочий ход и быстрый отвод)
осуществляется с помощью равномерно вра-
щающегося кулачка 3.
Существует три способа затылования: ра-
диальное, косое и торцовое, которые обеспе-
чивают суппорт токарно-затыловочного станка.
Для повышения точности в затыловоч-
ных станках с ручным управлением следует
использовать коррекционные линейки [6, 28].
При обработке незакаленных дисковых и
червячных фрез более производительным яв-
ляется затылование режущих инструментов
профильными дисковыми фрезами (6, 7]. Та-
кой способ затылования применяют в серий-
ном производстве.
Конструкция большинства узлов анало-
гична токарно-винторезным станкам. Специ-
фичным для токарно-затыловочных станков
является наличие: механизма быстрого отвода
инструмента, полого вала с однозубой муфтой
и дифференциала [6, 7, 28]; каретки (рис.
1.12.28), на которую устанавливают сменные
токарный либо шлифовальный суппорты;
шлифовального привода и механизма правки
шлифовального круга [6].
1.12.8, РЕЗЬБОНАРЕЗНЫЕ СТАНКИ.
КОНСТРУКЦИИ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
В зависимости от типа нарезаемой резь-
бы и требований к производительности и ее
качеству существуют различные методы резь-
бонарезания лезвийным инструментом. Резь-
бонарезные станки повышенной точности
применяют в инструментальной и приборо-
строительной промышленности для нарезания
точных резьб [13].
Обработка резьб осуществляется как на
универсальных, так и на специальных токар-
ных станках.
Для получения резьб широкой номенкла-
туры на станках используют сменные зубчатые
колеса в сочетании с ходовым винтом и гай-
кой, отвечающих требованиям высокой точно-
сти.
При высоких требованиях к точности
резьб резьбонарезные токарные станки изго-
товляют с коррекционной линейкой. В этом
случае компенсируются накопленные ошибки
шага ходового винта, увеличение или умень-
шение шага нарезаемой резьбы, различия в
коэффициентах линейного расширения мате-
риалов заготовки и ходового винта и др. фак-
торы.
Токарные станки для нарезания резьб лез-
вийным инструментом. В табл. 1.12.11 пред-
ставлены некоторые технические характери-
стики широкоупотребляемых резьбонарезных
токарных станков основных типов.
Кинематическая структура этих станков
состоит из кинематических групп, создающих
исполнительные движения для образования
винтовой линии. При нарезании резьбы фа-
сонным резцом, плашкой или метчиком
должно быть обеспечено одно сложное винто-
вое движение. При нарезании резцом обеспе-
чивается связь между шпинделем заготовки и
суппортом с помощью винторезной цепи с
органом кинематической настройки и с орга-
ном настройки на скорость резания. При на-
резании резьбы метчиком винторезная цепь,
как правило, отсутствует - внутренняя связь
для создания винтового движения осуществля-
ется инструментом, имеется только настройка
на скорость резания.
Более сложная кинематическая схема
создается при нарезании резьбы остроконеч-
ным резцом. В этом случае кроме винторезной
цепи создается дополнительная настройка,
обеспечивающая исполнительное движение
для образования профиля резьбы.
Резьботокарные станки пред-
назначены для нарезания всевозможных резьб
методом многопроходного точения. Резьбото-
карный станок снабжен дополнительным гид-
рокопировальным суппортом для предвари-
тельной токарной обработки в один или два
прохода. Особенностью станка является нали-
чие копирного барабана вместо ходового вин-
та, что обеспечивает повышение скорости
резьбонарезания (особенно при большом чис-
ле заходов резьбы), оптимальный закон дви-
жения при реверсировании, а также деление
на число заходов без дополнительного устрой-
ства (смешанное соединение кинематических
групп формообразования и деления).
Резьбонарезные станки пред-
назначены для нарезания вращающимися го-
ловками наружной цилиндрической резьбы на
болтах, валах и особенно на деталях, которые
неудобно вращать (например, трубы). Станки
имеют горизонтальную компоновку. Высокая
производительность достигается за счет одно-
проходной (как правило) обработки, автомати-
зации цикла (в том числе раскрытия головки
перед обратным ходом). Станки оснащают
приспособлением для заточки плоских гребе-
нок на заточном станке, а некоторые отрезным
суппортом, расположенным на каретке, или
поворотным устройством для нарезания резь-
бы с двух концов заготовки [23].
Известные многошпиндельные резьбона-
резные станки, например двусторонние с по-
стоянным или настраиваемым расстоянием
между шпиндельными головками. На базе
резьбонарезных станков выпускают резьбона-
катные станки или станки для обтачивания
заготовок вращающейся головкой для одно-
временной обработки торца вала, центрования
и Т.П-
РЕЗЬБОНАРЕЗНЫЕ СТАНКИ
389
1.12.11. Технические характеристики резьбонарезных станков основных типов
Тип станса Схема обработки Виды нарезаемых резьб Технические характеристики станков Область применения
Резьботв- карные Многопро- ходная Наружные, внут- ренние метриче- ские, дюймовые, модульные, пит- чевые ^рез.нб ~ 200 мм. Zpea = 155 -г 400 мм. Шаг резьбы 1,5-6 мм. Частота вращения шпин- деля 75 - 1600 мин"1. Автоматизация - полуав- томаты. Класс точности Н Крупносерийное массовое произ- водство
Резьбо- нарезны; горизон- тальные Однопроход- ное точение Наружная ци- линдрическая £>рез = 12 ч- 64 мм. Zpe3 = 125 4- 160 мм. Шаг резьбы 0,7 - 2 мм. Точность резьбы 5 - 8-я степень. Частота вращения шпин- деля 90 - 500 мин"1. Автоматизация - полуав- томаты, автоматы Серийное и крупносерийное производство
Резьбона- резные верти- кальные Однопроход- ное точение Внутренняя ци- линдрическая, коническая глу- хая Наибольшее число циклов - 25 цикл/мин. Точность резьбы не выше 5-й степени Серийное и крупносерийное производство
Гайкона- резные Однопроход- ное точение Метрическая, дюймовая по- вышенной точ- ности М3 - М42. Автоматизация - полуав- томаты и автоматы. Точность резьбы не выше 5-й степени Крупносерийное и массовое про- изводство
Универ- сальные, токарно- винто- резные Многопро- ходная, од- нопроходная Наружные и внутренние мет- рические, мо- дульные, дюй- мовые, питчевые ^заг = 500 4- 1000 мм. Дзаг = + 3000 мм. Шаг резьбы: метрической 0,5 4-112 мм; модульной 0,5 - 112 мм; дюймовой (число ниток на 1") 56 - 0,5; питчевой (питч 56 - 0,5). Суммарная потребляемая мощность до 22 кВт. Автоматизация: ручное, программное управление. Класс точности П Мелкосерийное и серийное про- изводство
Вертикальные резьбонарез-
ные станки предназначены для нарезания
резьбы в гайках и других деталях, в том числе
корпусных. Станки имеют сменную копирную
пару винт-гайка. Изготовляют станки с посто-
янной парей винт-гайка, но с гитарой смен-
ных колес между шпинделем и винтом. Так
как осевое усилие при нарезании резьбы мет-
инками на порядок меньше, чем при сверле-
нии, то оказывается возможной компоновка
резьбонарезной головки на круглой колонке
небольшого диаметра (порядка 100 мм). Вер-
тикальная компоновка станка обеспечивает
возможность обработки деталей широкой но-
меклатуры. В качестве инструментов исполь-
зуют машинные метчики.
Гайконарезные автоматы-изго-
товляют двухшпиндельными с горизонтальной
компоновкой шпинделей, с автоматической
подачей заготовок гаек к шпинделям с метчи-
390
Глава 1.12. СТАНКИ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ
Рис. 1.12.29. Универсальный токарно-винторезный
станок повышенной точности:
1 - станина; 2 - фартук; 3 - коробка передач;
4 - коробка скоростей; 5 - пульт управления;
6 - люнет; 7 - резцедержатель; 8 - поперечный
суппорт; 9 - каретка; 10 - задняя бабка
ками по двум регулируемым лоткам из бунке-
ра загрузочного устройства. Режущий инстру-
мент - гаечные метчики с Г-образным и
S-образным изогнутым хвостовиком.
Универсальные токарно-
винторезные станки. Нарезание резьб
осуществляют, помимо специальных или спе-
циализированных станков, на универсальных
станках. На рис. 1.12.29 показан универсаль-
ный токарно-винторезный станок повышен-
ной точности, нарезающий практически все
известные виды резьб на деталях из стали,
чу1уна, цветных металлов.
Резьбонарезные токарные станки для из-
делий трубного сортамента. Наиболее распро-
странены две схемы формообразования резьбы
при окончательной обработке вращающейся
трубы (рис. 1.12.30) [40]:
1) обработка вращающейся многолезвий-
ной инструментальной головкой с Совмещени-
ем операций чистового точения наружной
поверхности и нарезания цилиндрической или
конической резьбы (однопроходный цикл);
2) обработка вращающимся инструмен-
том (многопроходный цикл).
При нарезании резьб на трубных муфтах
и ниппелях предусматривают максимальную
концентрацию операций механической обра-
ботки на базе использования гибких перена-
лаживаемых модулей с ЧПУ с возможностью
встраивания их в автоматизированные систе-
мы, а также с выполнением контрольных опе-
раций.
Автоматизированное оборудование с
ЧПУ используют при нарезании резьбы у зам-
ковых соединений, что обеспечивает высокую
точность формируемой конической резьбы
относительно большого шага (до 6,35 мм).
Современные резьбонарезные станки оснаща-
Рис. 1.12.30. Схемы нарезания резьбы на неподвижной
трубе вращающимся инструментом:
а - обработка конца трубы за один проход;
б - обработка поверхности трубы по методу
многократных проходов; е - нарезание резьбы по
методу многократных проходов;
1 - инструментальная головка; 2 - резьбовая гребенка;
3 - подвижные колодки; 4 - обрабатываемая труба;
5 - плансуппорт; 6 - обточной резец; 7 - подрезной
резец; 8 - резьбовой резец
Рис. 1.12.31. Компоновка трубонарезного станка с
ЧПУ с вращающейся инструментальной головкой:
1 - зажимное устройство; 2 - резьбонарезная головка;
3 - привод; 4 - станина; 5 - поддержка для труб
ют устройствами активного контроля резьб и
подналадки режущего инструмента. Станки
отличаются повышенной жесткостью и вибро-
устойчивостью, изготовляются с одним суп-
портом при двухкоординатном управлении
или с двумя суппортами при двойном двухко-
ординатном управлении. На рис. 1.12.31 пока-
зана компоновка трубонарезного станка с ЧПУ
с вращающейся многолезвийной инструмен-
тальной головкой для однопроходного форми-
рования треугольной или трапецеидальной
резьбы на обсадных трубах. Заготовку устанав-
ливают непосредственно в зажимном устрой-
стве 1, резьбонарезная головка 2 с многозубы-
РЕЗЬБОНАРЕЗНЫЕ СТАНКИ
391
ми твердосплавными гребенками связана с
приводом 3, обеспечивающим управление
вращением головки и продольным перемеще-
нием ее в процессе формирования резьбы.
К особенностям токарного трубонарез-
ного станка с ЧПУ относятся: автоматизация
цикла обработки; возможность работы в авто-
номном режиме или в составе автоматической
линии производства труб; автоматическое уст-
ройство контроля резьб; два патрона, обеспе-
чивающие зажим трубы как в плавающем, так
и в центрирующем зажимах; система автома-
тической смены инструмента. Станки оснаща-
ют многопозиционными резцовыми головками
или многопозиционными револьверными го-
ловками, обеспечивающими полную обработку
трубы обточными и резцовыми оправками без
смены позиций резцовой головки.
Краткая техническая характеристика то-
карных станков для обработки труб и изделий
нефтяного и геологоразведочного назначения
представлена в табл. 1.12.12.
1.12.12. Технические характеристики токарных резьбонарезных станков для обработки труб н
изделий нефтяного и геологоразведочного назначения
Оборудование Диапазон условных размеров обрабатываемой заготовки, мм Область применения
1 Гамма специализированных токарно-винторезных станков для обработки труб Оборудование для обработки тру 33 - 73*1 33 - 73 33 - 73 60 - 168 114 - 245 168 - 380 б Для протачивания и нареза- ния наружной резьбы на трубах Для растачивания и нареза- ния внутренней резьбы на трубах Для протачивания и нареза- ния резьбы только на трубах к снарядам со съемными керноприемниками Для растачивания и нареза- ния наружной резьбы на трубах
Гамма токарно-винторезных полуавтоматов с ЧПУ для обработки труб 60 - 168 114 - 245 273 - 530 Для протачивания и нареза- ния всех видов резьбы на концах труб
Гамма специальных токарных трубонарезных полуавтоматов с ЧПУ для нарезания резьбы вращающимися головками 114 - 245 168 - 340 Для нарезания резьбы на концах обсадных труб только с треугольной резьбой
2. Обор Гамма токарно-винтовых полуавтоматов с ЧПУ для обработки муфт упование для обработки муфт и ш 50 - 114 140 - 324 «шелей Для нарезания резьбы всех
Специализированный токар- но-винторезный станок для муфт 340 - 508 видов муфт
3. Оборудо Токарный станок с ЧПУ: для чистовой обработки наружной и внутренней по- верхностей, а также нареза- ния резьбы для обработки наружной и внутренней поверхностей, а также нарезания резьбы с двух сторон вание для обработки замков бури 140 х 370’2 250 х 500 1ЬНЫХ труб Имеется загрузочное устрой- ство. Предусмотрены автома- тизация подналадки инстру- мента, контроль резьбы на станке
392
Глава 1.ПСТАИКИ 'ПОКАИЮЙГРУППЫ
Продолжение табл. 1.12.12
Оборудование Диапазон условных размеров обрабатываемой заготовки, мм Область применения
Токарный патронный станок с ЧПУ для обработки наруж- ной и внутренней поверхно- стей и нарезания резьбы 190 х 450
*1 Диапазон диаметров обрабатываемой заготовки.
*2 Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки на длину устанавливаемой заготовки.
1.12.9. ТОКАРНЫЕ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ И
СПЕЦИАЛЬНЫЕ СТАНКИ.
КОНСТРУКЦИИ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Станки этой группы предназначены для
изготовления деталей, обработка которых не-
возможна или экономически неэффективна на
универсальных станках. Эти станки создают
для обработки какой-либо конкретной детали,
для выполнения специфических технологиче-
ских операций (специальные станки), для об-
работки нескольких типоразмеров однотипных
деталей (специализированные станки) или
изготовляют станки с расширенными техно-
логическими возможностями путем включения
дополнительных операций для полной обра-
ботки деталей. Технико-экономический анализ
применения специальных и специализирован-
ных станков показывает, что они эффективны
при большой программе выпуска деталей в
течение определенного, достаточно длитель-
ного отрезка времени.
Примерами деталей типа тел вращения,
изготовленных с использованием специальных
и специализированных токарных станков,
могут быть: корпуса и диски турбовинтовых
двигателей, поршни, гильзы, клапаны и другие
детали двигателей внутреннего сгорания (ДВС)
(в автомобиле- и тракторостроении), кольца
подшипников качения (в подшипниковой
промышленности), шпиндели и ходовые вин-
ты (в станкостроении), детали трубного сорта-
мента, вагонные оси, колесные пары
(железнодорожное машиностроение), протяж-
ки и сверла (в инструментальной промышлен-
ности), роторы электродвигателей
(электротехническое машиностроение), валки
прокатных станов и бумагоделательных ма-
шин, шнеки с переменным шагом, детали
винтовых насосов и многие другие детали [5,
35].
Из всего разнообразия специальных и
специализированных токарных станков приве-
дем примеры лишь некоторых, которые дают
; представление о принципах построения и тех-
нологических возможностях токарного обору-
дования для специальных случаев их примене-
ния.
Токарные станки для обработки коленча-
тых валов. Коленчатые валы обрабатывают по
трем принципиально различным схемам: при
неподвижном инструменте и вращающейся
заготовке; при вращающихся инструменте и
заготовке; при неподвижной заготовке и вра-
щающемся вокруг нее инструменте. В двух
последних случаях обработка может прово-
диться фрезерным инструментом, т. е. коль-
цом с режущими зубьями, расположенными
по внутренней поверхности кольца, поворот
которого вокруг обрабатываемой шейки по
круговой траектории осуществляется переме-
щением вдоль двух перпендикулярных направ-
ляющих по командам от соответствующей
системы управления; токарным инструментом -
также кольцом, вращающимся вокруг заготов-
ки.
Обтачивание всех межкулачковых кана-
вок, подрезка торцов, смежных с ними кулач-
ков распределительных валов ДВС осуществ-
ляют на специальных токарных многорезцовых
полуавтоматах. Их технологическая особен-
ность - одновременная обработка всех поверх-
ностей прорезными резцами, закрепленными в
резцедержателях, смонтированных на суппор-
тах, совершающих поперечное движение от
кулачкового вала или систем управления стан-
ком. Суппорты работают парами поочередно.
Токарные станки для обработки турбин-
ных колес. Для обработки турбинных колес
различной конструкции станки оснащены
системой контурного ЧПУ, что позволяет об-
рабатывать все встречающиеся в колесах эле-
менты формы. Быстрая смена инструментов
осуществляется револьверными головками.
Максимальный диаметр колес, обрабатывае-
мых на таком станке, составляет 3175 мм, мак-
симальная толщина колес 760 мм и макси-
мальная tyacca 15 т. Компоновочные схемы
этих станков приведены в табл. 1.12.13.
Токарные станки для обработки деталей
арматуры. Для обтачивания деталей типа кре-
стовины карданных шарниров, угольников,
тройников, крестовин гидроарматуры, корпу-
сов насосов и других подобных деталей с пе-
рекрещивающимися осями также создается
специализированное токарное оборудование.
ТОКАРНЫЕ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ И СПЕЦИАЛЬНЫЕ СТАНКИ
393
1.12.13. Компоновка специальных токарных станков для обработки турбинных колес
Компоновка специального станка для
обработки турбинного колеса
Схемы закрепления и обработки колеса.
Рекомендации по применению
В патроне по периферии колеса, обработка
торцов и отверстий одновременно с двух
сторон. Диаметр основного подшипника
(патрона) является ограничительным разме-
ром для всего станка. Этот способ не при-
годен для обработки очень больших колес
По наружной поверхности колеса; в первой
позиции точение торцовой поверхности и
растачивание отверстия; передача полуфаб-
риката на вторую позицию. Здесь колесо
устанавливается и закрепляется по чисто
обработанному отверстию, обрабатываются
второй торец и наружная поверхность
По наружной поверхности, растачивание
отверстия. После выдвижения разжимной
оправки, на которой колесо устанавливается
обработанной поверхностью, обрабатывает-
ся по наружной поверхности одновременно
с трех суппортов; один суппорт использует-
ся для обработки периферийной цилиндри-
ческой поверхности, два других предназна-
чены для обработки правой и левой сторон
турбинного колеса. Такие станки пригодны
для обработки особо больших и тяжелых
турбинных колес.
Станки, обычно управляются системами ЧПУ,
что значительно повышает их гибкость и обес-
печивает возможность обработки гаммы типо-
размеров базовых деталей. Специальные
(специализированные) станки, как правило,
изготовляют на базе серийных моделей с руч-
ным или числовым программным управлени-
ем. Для таких станков создаются специальные
конструкции патронов и зажимных приспо-
соблений. При обработке различных кресто-
вин станок комплектуется поворотным патро-
ном с индексацией 4 х 90° либо 6 х 60°. Па-
трон оснащается устройством фиксации заго-
товки в осевом направлении.
Специальные токарные станки с централь-
ным приводом находят применение как для
центровых, так и патронных работ. Для их
эффективного использования в зависимости от
обрабатываемой детали выбирается оптималь-
ная компоновка с максимальным использова-
нием унифицированных узлов центрального
привода, суппортов и других узлов. В табл.
1-12.14 приведены варианты типовых схем
компоновки специальных токарных станков с
Центральным приводом, которые выбираются
в зависимости от технологии обработки кон-
фетных деталей.
Специализированные роторные автоматы.
Гидрофицированные шести- и восьмишпин-
дельные роторные токарные автоматы
(рис. 1.12.32) класса Н предназначены для
точения деталей типа поверхности клапанов,
втулок клапанов, ответственных болтов, порш-
невых пальцев, седел клапанов, имеющих диа-
метр до 95 мм и длину до 160 мм.
Рис. 1.12.32. Схема гидрофнцнрованного роторного
токарного автомата:
1 - лоток; 2 - приемный ротор; 3 - ротор загрузки;
4 - досылатель; 5 - патрон рабочей секции;
6 - суппорт; 7 - ротор выгрузки; 8 - ротор выдачи;
9 - лоток выгрузки
394
Глава 1.12. СТАНКИ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ
1.12.14. Компоновка специальных токарных станков с центральным приводом
Компоновка специального станка
Наименование специального станка
Полуавтомат токарный специ-
альный для патронных работ с
центральным приводом и двумя
суппортными группами
Полуавтомат токарный специ-
альный для патронно-центровых
работ с центральным приводом и
двумя суппортными группами
Полуавтомат токарный специ-
альный для патронных работ с
центральным приводом и че-
тырьмя суппортными группами
Полуавтомат токарный специ-
альный для патронно-центровых
работ с центральным приводом и
четырьмя суппортными группа-
ми
ТИПОВЫЕ КОМПЛЕКСЫ ЛЕЗВИЙНЫХ ТОКАРНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ
395
Продолжение табл. 1.12.14
Компоновка специального станка
Наименование специального станка
Полуавтомат токарный специ-
альный для патронно-центровых
работ с центральным приводом и
двумя суппортными группами и
подвижными центровыми бабка-
ми
Примечание: 1 - станина; 2 - левая суппортная группа; 3 - левый патрон;
4 - правый патрон; 5 - правая суппортная группа; 6 центральный привод; 7 - неподвижный
центр левый; 8 - неподвижный центр правый; 9 - левая суппортная группа с индивидуальным
приводом; 10- правая суппортная группа с индивидуальным приводом; 11 - подвижный
центр левый; 12 - подвижный центр правый.
Рис. 1.12.33. Технологическая схема обработки
сферических деталей на специальном
токарно-сферохонинговальном станке с ЧПУ
У роторных токарных станков шпиндели
расположены вертикально; сами автоматы
представляют собой несколько одношпиндель-
ных станков (секций), расположенных в виде
кольца при раздельном приводе шпинделей и
осуществлении подачи суппортов общего ку-
лачка, установленного на центральной колон-
не. Синхронно с рабочим ротором вращаются
и роторы загрузки и разгрузки, связанные с
рабочим ротором кинематически.
Специальные токарные станки на базе
универсальных (с расширенными технологиче-
скими возможностями). Для обработки кон-
кретных деталей универсальные токарные
станки оснащают дополнительными приспо-
соблениями для расширения их технологиче-
ских возможностей, что обеспечивает, как
правило, полную обработку конкретной детали
[30].
В качестве примера рассмотрим специ-
альный токарно-сферохонинговальный станок
с ЧПУ (рис. 1.12.33), предназначенный для
окончательной обработки сферической по-
верхности пробки. Заготовка базируется в спе-
циальном переднем центре 2 и заднем 4. На
станке помимо токарной обработки с помо-
щью суппорта 1 выполняется окончательное
хонингование сферы с помощью головки 3.
Хонинговальная головка имеет гидравлический
привод, с помощью которого обеспечивает
автоматическое изменение давления хонинго-
вальных брусков на обрабатываемую сферу в
режимах основного съема металла и процесса
выхаживания. Мощность электродвигателя
шпинделя хонинговальной головки 4 кВт.
Количество одновременно управляемых коор-
динат - две. На станке обеспечивается обра-
ботка по классу точности П.
1.12.10. ТИПОВЫЕ КОМПЛЕКТЫ ЛЕЗВИЙНЫХ
ТОКАРНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ
Общими требованиями к лезвийному то-
карному инструменту являются обеспечение:
• высоких качественных показателей из-
готовления детали и безотказности обработки;
• высокой производительности резания;
• дробления стружки;
• возможности быстрой и автоматиче-
ской замены;
• минимального размера для обработки
определенной группы деталей.
К режущему инструменту станков с
ЧПУ, номенклатура которого практически не
отличается от номенклатуры инструмента к
традиционным станкам [31], предъявляются
повышенные требования в отношении точно-
сти размеров, геометрической формы инстру-
мента, его стабильной стойкости, качества
заточки режущих кромок [3].
396
Глава 1.12. СТАНКИ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ
К режущему инструменту, применяемому
, в ГПС, предъявляются следующие дополни-
тельные требования:
• стабильная стойкость;
• обеспечение возможности предвари-
тельной (вне станка) настройки режущего ин-
струмента на заданные размеры обработки,
• быстрая смена инструмента при пере-
наладках и его замене;
• необходимая точность настройки и же-
сткость;
• универсальность применения и унифи-
кация присоединительных размеров;
• возможность автоматического крепле-
ния и смены комплекта вспомогательного и
режущего инструмента.
Применение режущего инструмента. Для
обработки широкой номенклатуры общема-
шиностроительных деталей применяют ком-
бинированные комплекты инструментов, соз-
даваемые на базе широкого использования
элементов унифицированных инструментов,
геометрические и конструктивные параметры
которых регламентированы стандартами.
На рис. 1.12.34 приведена типовая схема
комбинированного комплекта инструмента для
токарных станков с ЧПУ [39].
Комплект инструментов зависит от тех-
процесса обработки изделия, вида заготовки,
конфигурации обрабатываемой детали, типа
ЧПУ и технологических возможностей станка.
Например, для токарной обработки в патроне
детали типа втулки из штучной заготовки на
станке с контурной системой ЧПУ в состав
комбинированного комплекта включают свер-
ло, резец- расточный черновой, резец расточ-
Рис. 1.12.34. Типовая схема комбинированного
комплекта инструмента для токарных станков с ЧПУ:
1 - револьверная головка (или суппорт);
2 - резцедержатель; 3 - державки с цилиндрическим
хвостовиком; 4 - державки с призматическим
хвостовиком; 5 - резцовые вставки с многогранными
неперетачиваемыми твердосплавными пластинами;
6 - сменная перетачиваемая твердосплавная пластина;
7 - сверло
ный контурный, резец проходной черновой.
При обработке основных поверхностей деталей
используют проходные, копировальные и рас-
точные резцы; для обработки дополнительных
поверхностей - торцовых и угловых канавок,
резьбовых поверхностей и т.п. используют
прорезные, резьбовые, фасонные и другие
резцы. При оснащении токарных станков с
прямоугольной координатной системой ЧПУ в
число необходимых инструментов включают
резцы для снятия фасок и прорезания канавок
для выхода шлифовального круга [19, 27].
При выполнении на токарных автоматах
и полуавтоматах операций обтачивания широ-
ко используются резцы-вставки, оснащенные
режущими пластинами нескольких типоразме-
ров с различным расположением элементов
крепления, что позволяет применять их для
широкого круга токарных операций. Пример
такого применения резцов-вставок дан на рис.
1.12.35, о, а конструкция резца-вставки - на
рис. 1.12.35, б. Особенностью данной конст-
рукции является крепление режущей пластины
к корпусу резца под действием силы резания,
взаимозаменяемость резцов обеспечивается
настройкой их по длине с помощью регулиро-
вочных винтов [16, 37].
Вспомогательный инструмент служит для
формирования специальных функциональных
единиц-инструментальных блоков (комбина-
ций режущего и вспомогательного), каждый из
которых предназначен для выполнения кон-
кретного технологического перехода.
На некоторых токарных станках преду-
смотрено крепление режущих инструментов
непосредственно в шпинделе, на суппорте
станка или в гнездах РГ [18].
В большинстве случаев конструкция РГ
токарных станков с ЧПУ предусматривает
использование промежуточных вспомогатель-
ных инструментов - резцовых, блоков (резце-
держателей), имеющих две разнородные груп-
пы поверхностей: для закрепления в них соб-
ственно режущих инструментов и для базиро-
вания самих блоков в РГ.
Рис. 1.12.35. Схема применения резцов-вставок при
обтачивании валов (л) и
конструкция резца-вставки (б):
1 - режущая пластина; 2 - корпус; 3 - пружина
предварительного поджима; 4 - тяга;
5 - винт пегулипобочный
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ ОБРАБОТКИ НА ТОКАРНЫХ СТАНКАХ С ЧПУ
397
Рис. 1.12.36. Системы вспомогательного инструмента:
а - с цилиндрическим хвостовиком;
б - с базирующей призмой
Существенно, чтобы резцовые блоки бы-
ли жесткими и прочными, имели малоизна-
шиваемые присоединительные поверхности,
обладали малой массой.
Резцовые блоки базируются в револьвер-
ной головке с -помощью цилиндрического
хвостовика с рифленой лыской или базирую-
щей призмы с фиксатором. Эти резцовые бло-
ки образуют две системы вспомогательных
инструментов, представленные на рис. 1.12.36.
Через отверстия в резцедержателях подводится
СОЖ к зоне резайия. Винты для крепления
режущих инструментов, по возможности, де-
лают утопленными, чтобы не затруднять уда-
ление стружки. Для установки режущих и
Других вспомогательных инструментов в бло-
ках имеются цилиндрические отверстия и па-
зы. Большой универсальностью обладают дву-
сторонние и трехсторонние блоки, которые
позволяют крепить одновременно несколько
инструментов.
Для токарных станков с ручным управ-
лением используется инструментальная осна-
стка, унифицированная по возможности с
регламентированными элементами оснастки
для станков с ЧПУ.
1.12.11. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ ОБРАБОТКИ НА
ТОКАРНЫХ СТАНКАХ С ЧПУ
Термин "технологический цикл” исполь-
зуется для описания операционной технологи-
ческой обработки на станках с ЧПУ.
Совершенствование электронных систем
управления токарным оборудованием позво-
лило существенно упростить разработку опе-
рационной технологии и подготовку управ-
ляющих программ для станков с ЧПУ за счет
введения макрокоманд (макроопределений),
содержащих указания по выполнению типовых
технологических циклов обработки отдельных
поверхностей деталей [12].
Макроопределение - это набор элементов
исходного текста управляющей протраммы,
описывающей определенную последователь-
ность действий, имеющих свое наименованйе
и допускающих многократное использование
путем вызова из памяти ЧПУ станка по на-
именованию. Поскольку указанные элементы
записываются на языке исходного текста УП,
составление и расширение библиотеки макро-
определений (макрокоманд) осуществляется
технологами-программистами. Макрокоманды
по выполнению технологических циклов
включают набор элементов, обеспечивающих
многопроходную обработку одним инструмен-
том одной геометрически определенной по-
верхности (цилиндр, винтовая поверхность и
т.п.) при задании размеров и положения этой
поверхности и поверхности заготовки, а также
правил перемещения инструмента от прохода
к проходу.
В системы управления универсальными
токарными станками включают, как правило,
технологические циклы (табл. 1.12.15).
1.12.15. Базовые технологические циклы обработки на токарных станках с ЧПУ
Наименование и назначение Условия применения
Припуск Инструмент
Обтачивание черно- Вое по наружной Цилиндрической по- Верхности параллель- но оси Удаляют за не- сколько проходов п , Н » t, п = = H/t- Резец проходной черновой
Траектория
перемещения
398
Глава 1.12. СТАНКИ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ
Продолжение табл. 1.12.15
Наименование и назначение Условия применения Траектория перемещения
Припуск Инструмент
Растачивание черно- вое внутренней ци- линдрической по- верхности параллель- но оси Удаляют за не- сколько проходов п ; Н » t, п = = H/t Резец расточной черновой п 5# " L О "0
Обтачивание черно- вое наружной по- верхности перпенди- кулярно оси Удаляют за не- сколько проходов л; Н » Л п = = H/t Резец проходной 11 т п •V 5' р ! [Т
JL, н
Растачивание черно- вое внутренней по- верхности перпенди- кулярно оси То же Резец расточной i Л ь 3
1
Обтачивание черно- вое конической на- ружной поверхности Удаляют за не- сколько проходов вдоль оси Резец проходной 1 2
ЛгИ [ L ч
То же внутренней поверхности То же Резец расточной черновой 2 Я
L . 1
Обтачивание сфери- ческой наружной поверхности Удаляют за не- сколько проходов вдоль образую- щей сферы Резец проходной » > Г) bJi 2 1 % У L1 "''.О
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ ОБРАБОТКИ НА ТОКАРНЫХ СТАНКАХ С ЧПУ 399
Продолжение табл. 1.12.15
Наименование и
назначение
Условия применения
Припуск Инструмент
Траектория
перемещения
Растачивание сфери-
ческой внутренней
поверхности
То же
Резец расточной
чистовой
Обработка прямых
канавок на наружной
поверхности
Ширина канавки
в-в»ь
Резец канавочный
шириной b
Обработка прямых
канавок на внутрен-
ней поверхности
Ширина канавки
в,в»ь
Резец канавочный
для внутренней
поверхности шири-
ной b
Обработка угловых
канавок на наружной
поверхности
Ширина канавки
В, В>Ь
Резец канавочный
шириной b
Обработка угловых
канавок на внутрен-
ней поверхности
Ширина канавки
В, В> b
Резец канавочный
для внутренних
канавок
Обработка наружных
резьб
Удаляют за не-
сколько проходов
Резец резьбовой для
наружной резьбы
DMta 112. СТАВКИ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ
Продолжение табл. 1.12.15
Наименование и назначение Условия применения Траектория перемещения
Припуск Инструмент
Обработка внутрен- них резьб Удаляют за не- сколько проходов Резец резьбовой для внутренней резьбы h' 7-7 L
Сверление и рассвер- ливание центровых отверстий Удаляют за од» проход Сверло fl 4
Примечания: Обозначения: толстая сплошная линия - рабочий ход; тонкая
сплошная линия - вспомогательный ход; цифры 1, 2, ...» п - номера проходов; L - длина об-
рабатываемой поверхности; - недоход; fa - перебег; Н - припуск; h - величина отвода резца
от обрабатываемой поверхности; / - глубина резания (смещение при многопроходной обработ-
ке); Р - схема рабочей части резца; 0 - точка начала и конца технологического цикла; L\ -
полный ход сверла.
1.12.12. ТОКАРНЫЕ СТАНКИ В СОСТАВЕ
АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
Требования к токарным станкам при
встройке в автоматические линии (АЛ). Токар-
ная обработка деталей в АЛ выполняется на
одношпиндельных револьверных, многорезцо-
вых, гидрокопировальных и многошпиндель-
ных прутковых автоматах, в отдельных случаях
в АЛ применяют роторные токарные автоматы.
Токарное оборудование, встро-
енное в АЛ, является основным. Учитывая, что
оно работает в напряженном ритме и со зна-
чительно меньшим контролем со стороны
рабочего (малолюдный режим), необходимыми
требованиями являются высокая надежность и
удобство эксплуатации оборудования. Обору-
дование, встраиваемое в синхронные АЛ,
должно иметь Кт и = 0,85 -? 0,95, а для несин-
хронных линий - Кт и = 0,75 -= 0,8.
Однотипные станки в составе системы
линий, а лучше цеха, должны отличаться мак-
симальным использованием однотипных кон-
структорских решений, взаимозаменяемостью
и унификацией изнашиваемых узлов и деталей
(в пределах цеха), удобством подхода к узлЬм
при их обслуживании, удобством схода струж-
ки, возможностью уборки и чистки с исполь-
зованием механизированных средств, конст-
руктивными решениями, облегчающими тех-
ническое обслуживание. Применение в мно-
гошпиндельных автоматах и других станках
взаимозаменяемых узлов обеспечивает узловой
метод ремонта.
Обязательными являются встройка в ста-
нок транспортера для удаления стружки, нали-
чие централизованной смазки, удобство об.-
служивания и ремонта. Токарные станки
должны иметь полностью закрытую рабочую
зону (без шлангов, кабелей и т.д.) и систему
ограждения, обеспечивающие работу при ав-
томатической загрузке.
При создании АЛ из токарных станков
следует использовать однотипное оборудова-
ние, обладающее взаимозаменяемостью смен-
ных узлов. Характерным примером являются
патроны многошпиндельных токарных автома-
тов. Количество однотипных токарных стан-
ков, например, в автоматическом цехе по об-
работке деталей подшипников, доходит до 30,
и важно, чтобы одни и те же узлы могли быть
использованы на любом станке.
Типовые схемы компоновок АЛ с токар-
ными станками [2, 15]. В зависимости от обра-
батываемой заготовки и типа АЛ существует
несколько типовых схем компоновок АЛ,
включающих токарные станки. Некоторые из
них и схемы обслуживания АЛ промышлен-
ными роботами приведены в табл. 1.12.16.
ТОКАРНЫЕ СТАНКИ В СОСТАВЕ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
401
1.12.16. Типовые схемы компоновок АЛ с токарными станками
Схема компоновки АЛ Назначение, характеристика
1 2
Для обработки деталей типа валов
С фронтальным расположением технологического оборудования, зоной транспортирования с перед-
ней стороны станков на уровне центров с загрузкой в рабочую зону автоопреторами
С жесткой связью
С гибкой связью
Для АЛ из трех-пяти станков с
длительным циклом обработки.
Транспортирование валов между
станками проводится при про-
дольном расположении их осей
относительно транспортного
потока. Разработаны типовые
узлы АЛ для обработки валов
диаметром 32 - 100 мм и длиной
360 - 1000 мм
При коротких циклах обработки.
Транспортирование валов произ-
водится при поперечном распо-
ложении их осей относительно
транспортного потока. Такую
схему используют для валов дли-
ной до 700 мм. Компоновку АЛ
применяют для обработки дета-
лей типа гладкого вала, вала
электродвигателя, оси катка и
т.п.
С фронтальным расположением оборудования и верхним транспортированием с помощью
портальных устройств
С автооператором с двумя рабочими органами
С двумя автооператорами, каждый с одним рабочим орга-
ном
При встройки в АЛ различного
оборудования при коротких цик-
лах обработки с загрузкой авто-
оператором с двумя рабочими
органами
При встройке в АЛ различного
оборудования при больших цик-
лах обработки с загрузкой двумя
автооператорами, каждый с од-
ним рабочим органом. Компо-
новку применяют в АЛ для обра-
ботки валов сложной конфигура-
ции типа поворотного кулака,
вилки карданного вала, заднего и
среднего мостов и т.п.
402
Глава 1.12. СТАНКИ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ
Продолжение табл. 1.12.16
Схема компоновки АЛ Назначение, характеристика
1 2
С поперечным расположением оборудования и сквозной зоной прохождения транспортного потока.
Станки допускающие транспортирование заготовок через зону обработки. Применяют для
фрезерно-центровальных, токарных и агрегатных станков
С жесткой связью
С гибкой связью
Транспортная система расположена
в зоне площади, занимаемой стан-
ками. Однако станки должны об-
ладать специальной рабочей зоной
для сквозного транспортирования
заготовок с так называемыми
"окнами” в станине. Детали слож-
ной конфшурации типа поворот-
ного кулака, вилки, карданного
вала заднего и среднего мостов и
т.п.
При гибкой связи запас загото-
вок в транспортной системе ак-
тивный
С гибкой связью и вертикальным межоперационным кон-
вейером
Для увеличения межоперацион-
ного задела конвейер может быть
выполнен - вертикальным. Ком-
поновку АЛ применяют для об-
работки валов типа вала электро-
двигателя, первичного, вторич-
ного и промежуточного валов
коробки передач и т.п.
токАРныелшиктюватлвавтомапижжих линий
403
Продолжение табл. 1.12.16
1
2
С фронтальным расположением оборудования, зоной транспортирования с передней стороны стан-
ков и загрузкой в рабочую зону автооператором сверху
При комплексной обработке
крупногабаритных деталей, для
обработки деталей типа вагонной
оси, заднего и переднего мостов
и т.п.
С поперечным расположением оборудования и боковой зоной прохождения транспортного потока, с
жесткой или гибкой связью без ветвления потока с последовательной и параллельной обработкой
С гибкой связью и последовательной обработкой
Встраивают различное по назна-
чению технологическое оборудо-
вание.
Последовательное выполнение
операций технологического про-
цесса. Необходима одинаковая
длительность цикла у всех еди-
ниц оборудования. Транспортная
система - один конвейер на всей
линии.
При различной длительности
циклов используют независимо
работающие конвейеры у каж-
дого станка
404
Глава 1.12. СТАНКИ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ
Схема компоновки АЛ
1
С гибкой связью и параллельной обработкой
С гибкой связью и последовательно-параллельной обра-
боткой
Продолжение табл. 1.12.16
Назначение, характеристика
Выполнение одной операции на
нескольких параллельно рабо-
тающих станках: один конвейер
для заготовок, другой - для обра-
ботанных деталей. Допускается
установка параллельно работаю-
щих станков на обе стороны от
конвейера. Для обработки дета-
лей типа шпинделя, вала короб-
ки передач, цапф заднего моста
и т.п. Преимущества: сокраще-
ние длины АЛ и числа автоопе-
раторов. Недостатки: усложнение
автооператоров и частичная
взаимосвязанность параллельно
работающих станков
Параллельно работающие станки.
Число конвейеров равно числу
параллельно работающих стан-
ков. Все параллельно работаю-
щие станки независимы
С гибкой связью и ветвящимся потоком
Для повышения надежности АЛ
ТОКАРНЫЕСТАНКИВСОСТАЙЕАВПМЛАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
405
Продолжение табл. 1.12.16
1
2
Со смешанной структурой расположения оборудования и параллельно-последовательными транс-
портными потоками
С гибкой связью
Загрузка деталей в рабочую зону
выполняется на уровне центров,
что уменьшает затраты времени
на транспортно-загрузочные
операции и упрощает транспорт-
ную систему. Применяют при
коротких циклах и необходимо-
сти встройки различного (по
длительности обработки) обору-
дования, для обработки- деталей
типа штока амортизатора и т.п.
Со смешанной структурой расположения оборудования и транспортирования деталей в верти-
кальном положении
С гибкой связью и смешанной структурой транспортного
потока
Метод транспортирования - гра-
витационный. Детали, имеющие
горизонтальное устойчивое поло-
жение, транспортируются по лот-
кам качения. Детали, не имеющие
устойчивого положения, а также не
допускающие соударения, транс-
портируются в приспособлениях -
спутниках. Загрузка заготовок в
станки и обработка осуществля-
ются без спутников. Применяют
для обработки деталей типа
шпинделя, вала-шестерни и т.п.
11
406
Глава 1.12. СТАНКИ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ
Продолжение табл. 1.12.16
Схема компоновки АЛ Назначение, характеристика
1 2
Для обработки деталей типа колец подшипников
С конвейером-распределителем
заготовок между станками и от-
водящим конвейером
С подъемником-распределителем
заготовок между станками и от-
водящим лотком
Для обработки деталей автомобильных и тракторных двигателей
С распределением деталей на
токарные станки с помощью
подъемника и систем гравитаци-
онных лотков и отводящего
транспортера. Обрабатываемые
детали: впускные и выпускные
клапаны, направляющие втулки
клапанов, толкатели клапанов,
поршневые пальцы, болты креп-
ления крышки подшипника
ТОКАРНЫЕ СТАНКИ В СОСТАВЕ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ 407
Продолжение табл. 1.12.16
1 2
Обслуживание оборудования АЛ промышленным роботом
Робот встроен в оборудование
Промышленный робот встроен в
оборудование АЛ. Система
управления общая для оборудо-
вания и робота. Необходимая
подача заготовки на фиксиро-
ванную загрузочную позицию
производится конвейером или
тактовым магазином
Робот расположен у оборудования
Для загрузки АЛ заготовками.
Робот имеет общую или раздель-
ную с оборудованием систему
управления. Необходима подача
заготовки на фиксированную
позицию (конвейером или такто-
вым магазином)
Робот обслуживает группу станков
Заготовки подаются в ориенти-
рованной таре (магазинах). В
сочетании с конвейером обеспе-
чивается создание межопераци-
онных заделов. После обработки
на АЛ готовые изделия могут
быть уложены в тару ориентиро-
ванными. Компоновку АЛ при-
меняют для обработки деталей
типа гладкого вада, оси катка и
т.п.
Примечание. 7 - станок; 2 - автооператор; 3 - межоперационный конвейер; 4 -
изделие (заготовка); 5 - загрузочное устройство; 6 - разгрузочное устройство; 7 - портальное
устройство; 8 - подающий конвейер; 9 - отводящий конвейер; 10 - делитель потока; 11 - мага-
зин; 72 - гибкий лоток; 13 - конвейер-распределитель; 14 - подъемник; 15 - механизм приема
колец; 76- универсальный подъемник; 77- отсекатель; 18 - промышленный робот
408
Глава 1.12. СТАНКИ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ
Особенности построения гибкой АЛ (ГАЛ)
для обработки деталей типа тел вращения. ГАЛ
для обработки тел вращения строят из станков
с ЧПУ, управляемых от ЭВМ на базе традици-
онных компоновок. Применение станков с
ЧПУ связано с их легкой переналаживаемо-
стью при переходе на обработку аналогичных
деталей, а также возможностью работать во
вторую и третью смены с минимальным уча-
стием персонала.
В качестве транспортно-загрузочной сис-
темы используют конвейеры различных типов,
промышленные роботы и набор вспомогатель-
ного оборудования (тары-накопители, кассеты
и т.п.).
1.12.13. ГИБКИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ УЧАСТКИ
(ГАУ) И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ (РТК)
НА БАЗЕ ТОКАРНЫХ СТАНКОВ
Требования к токарным станкам при
встройке в ГАУ и при создании РТК. Особен-
ностью токарных станков, встраиваемых в ГАУ
и РТК, является более высокий технический
уровень. В этих станках наиболее часто ис-
пользуются механизмы привода инструментов
РГ, системы автоматической смены инстру-
ментов и РГ в целом: в системе управления
имеется полярная координата "С" и система
координат 2x2, управляемые от УЧПУ класса
CNC.
В этом случае токарные станки являются
по сути многоцелевыми - обрабатывающими
центрами (ОЦ). Они включают также специ-
альные механизмы и системы, обеспечиваю-
щие контроль функционирования станка, ди-
агностику его отказов, поддержание работо-
способности, причем все эти действия осуще-
ствляются с помощью автоматических средств,
т. е. станки приобретают свойства гибких про-
изводственных модулей (ГПМ) [4, 25, 32].
К стыковочным характеристикам ГПМ
при встройке в ГПС предъявляются опреде-
ленные требования:
• конструктивное и размерное единство
базовых и зажимных элементов для установки
заготовок;
• совместимость приемных устройств ав-
томатической смены заготовок с транспортной
системой ГПС;
• конструктивное и размерное единство
базовых и зажимных элементов для отдельных
инструментов;
• унификация каналов и элементов свя-
зи, систем кодирования и обработки инфор-
мации в системе управления;
• возможность стыковки стружкоотводя-
щих устройств станков с общей для ГПС тарой
или системой централизованного сбора и
транспортирования стружки ]9. 10].
Рис. 1.12.37. Дополнительные операции, выполняемые
на токарных обрабатывающих центрах
Примеры технологических операций и ос-
настки для их реализации в токарных ГПМ.
Технология токарной обработки в ГПМ отли-
чается от традиционной "безлюдной" и
"малолюдной" организацией производства,
сочетанием быстрой переналаживаемости и
высокой производительности при многоно-
менклатурном производстве, характеризую-
щегося одновременным запуском нескольких
партий деталей [12].
На рис. 1.12.37 показаны дополнитель-
ные технологические операции, которые вы-
полняются на токарных обрабатывающих цен-
трах (а - сверление несоосных оси шпинделя
отверстий; б - нарезание резьбы в несоосных
отверстиях; в - фрезерование круговых пазов;
г - фрезерование шпоночных пазов; д - фрезе-
рование многогранников).
Выполнение таких операций возможно
вследствие оснащения револьверной головки
автономным приводом для вращения инстру-
ментов.
ГАУ с токарными ОЦ и ГПМ. Наиболь-
шим разнообразием отличаются ГАУ много-
номенклатурных производств, в состав кото-
рых входят токарные ОЦ и ГПМ. Типовые
схемы таких ГАУ приведены в табл. 1.12.17.
Токарные РТК и РТЛ. Современные РТК
и РТЛ характеризуются следующими конст-
руктивными особенностями: ориентированы
на использование в качестве базы наиболее
простых токарных станков без загрузочно-
разгрузочных устройств; используют простую
транспортно-накопительную систему - без
кантователей, приспособлений-спутников,
подъемников, отсекателей и т.д.; автоматизи-
рованы операции загрузки заготовок из тары и
укладки готовых изделий в тару [14].
ГИБКИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ УЧАСТКИ И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ 409
1.12.17. Типовые схемы ГАУ много номенклатурного производства с токарными ОЦ и ГПМ
Характеристика ГАУ
Основное оборудование
Схема компоновки ГАУ с токарными ОЦ и ГПМ
ГАУ с транспортной системой
подачи заготовок и инструмента с
использованием тележек различ-
ных конструкций (индуктивных,
рельсовых и др.) и ПР: 1 - токар-
ный ОЦ; 2 - ПР; 3 - поворотный
стол; 4 - транспортная тележка
ГАУ с транспортной системой
подачи заготовок и инструмента на
базе транспортной тележки с пе-
регрузочным устройством: 1 - вер-
тикальный токарный ОЦ; 2 - 4 -
горизонтальный токарный ОЦ; 5 -
рельсовая тележка с перегрузоч-
ным устройством; 6 - накопитель
ГАУ с транспортной системой
подачи заготовок и инструмента на
базе транспортной тележки с пе-
регружателем, промежуточным
накопителем и ПР у станка: 1 -
токарный ОЦ; 2 - ПР; 3 - проме-
жуточный накопитель заготовок-
полуфабрикатов; 4 - индуктивная
тележка; 5, 6 - ОЦ нетокарного
типа; 7 - накопитель палет
ГАУ с транспортной системой
подачи заготовок и инструмента на
базе мостового ПР: 1 - токарный
ОЦ; 2 - накопитель заготовок
(деталей, полуфабрикатов); 3 -
мостовой ПР
ГАУ с транспортной системой'
подачи заготовок и инструмента на
базе конвейеров и установленных у
станков ПР: 1 - токарный ОЦ; 2 -
ПР; 3 - конвейерная система
410
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аверьянов О. И. Модульный принцип
построения станков с ЧПУ. М.: Машино-
строение, 1987. 232 с.
2. Автоматические линии в машино-
строении; Справочник. В 3-х т. / Ред. совет
А. Н. Дащенко и др. М.; Машиностроение.
1984. 408 с.
3. Автоматизация контроля состояния
режущего инструмента и точности обрабаты-
ваемых деталей на токарных станках с ЧПУ.
Информационный материал. М.: ВНИИ-
ТЭМР, 1985. 7 с.
4. Автоматическое управление точностью
обработки на токарных станках с ЧПУ. Обзор-
ная информация. Сер. 6.3. Технология метал-
лообрабатывающего производства. М.: ВНИИ-
ТЭМР, 1985. 48 с.
5. Брук И. В., Константинов К. Н., Че-
ховский А. Р. Автоматизированные комплексы
высокопроизводительного технологического
оборудования для обработки деталей типа тел
вращения. Обзор. М.: НИИмаш, 1982. 26 с.
(Сер. С-1 "Станкостроение”).
6. Вереина Л. И., Усов Б. А Конструк-
ция и наладка токарно-затыловочных станков.
М.: Высшая школа, 1985. 191 с.
7. Вереина Л. И., Усов Б. А. Тенденция
развития затыловочных станков. М.: 1987.
52 с. (Технология, оборудование, организация
и экономика машиностроительного производ-
ства. Сер. 1. Металлорежущее оборудование и
средства технологического оснащения. Обзор.
ВНИИТЭМР, выл. 4).
8. Власов С. Н., Годович Г. М., Черпа-
ков Б. И. Устройство, наладка и обслуживание
металлорежущих станков и автоматических
линий. М.: Машиностроение, 1995. 464 с.
9. Гибкие производственные системы,
промышленные роботы, робототехнические
комплексы. В 14 кн. / Под ред. Б. Н. Черпа-
кова. Кн. 1 / Б. И. Черпаков, И. В. Брук. Гиб-
кие механообрабатывающие производственные
системы. М.: Высшая школа, 1989. 127 с.; Кн.
2 / В. Ф. Горнев, А. М. Савинов, В. Н. Вали-
ков. Комплексные технологические процессы
ГПС. М.: Высшая школа, 1989. 112 с.; Кн. 3 /
Л. М. Кордыш, В. Л. Косовский. Гибкие про-
изводственные модули. М.: Высшая школа,
1989. 111 с.; Кн. 6 / Б. И. Черпаков, В. Б. Ве-
ликович. Робототехнические комплексы. М.:
Высшая школа, 1989. 95 с.; Кн. 7 / М. С. Го-
родецкий, Д. Л. Веденский. Контроль и диаг-
ностика в ГПС. М.: Высшая школа, 1989. 96 с.
10. Гибкие производственные системы
развитых капиталистических стран. М.:
ВНИИТЭМР, 1987. 179 с.
11. Головин Г. М. Кинематика станков.
Ч. 2. М.: МВТУ, 1950. 179 с.
12. Дерябин А. Л., Эстерзон М. А. Техно-
логия изготовления деталей на станках с ЧПУ
и в ГПС. М.: Машиностроение, 1989- 288 с.
13. Камышный Н. Н., Стародубов В. С.
Конструкции и наладка токарных автоматов и
полуавтоматов: Учебник для СПТУ. 4-е изд.,
перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1988. 256 с.
14. Козырев Ю. Г. Промышленные робо-
ты: Справочник. М.: Машиностроение, 1983.
376 с.
15. Контрольно-измерительные автоматы
и приборы для автоматических линий / Под
ред. М. И. Коченова. М.: Машиностроение,
1965. 370 с.
16. Конструкция и наладка станков с
программным управлением и роботизирован-
ных комплексов / Л. Н. Грачев, В. Л. Косов-
ский, А. Н. Ковшов и др. 2-е изд. стереотип.
М.: Высшая школа, 1989. 271 с.
17. Любарский В. Я. Устройство и экс-
плуатация токарных станков: Учебник для
техн, училищ. 2-е изд. перераб. и доп. М.:
Высшая школа, 1985. 199 с.
18. Марголит Р. Б. Наладка станков с
программным управлением. М.: Машино-
строение, 1983. 253 с.
19. Марголит Р. Б. Эксплуатация и на-
ладка станков с программным управлением и
промышленных роботов. М.: Машинострое-
ние, 1991. 272 с.
20. Металлорежущие станки. Номенкла-
турный справочник. М.: ЭНИМС, ЦНИТИ,
1993. 116 с.
21. Металлорежущие станки. Токарные
станки: Отраслевой каталог / ВНИИТЭМР М.:
ВНИИТЭМР, 1992. 132 с.
22. Металлорежущие станки / Н. С. Ко-
лев, Л. В. Красниченко, Н. С. Никулин и др.
2-е изд. перераб. и доп. М.: Машиностроение,
1980. 500 с.
23. Ничков А. Г. Резьбонарезные станки.
М.: Машиностроение, 1983. 144 с.
24. Обеспечение технологической надеж-
ности обработки деталей в ГПС: Метод, рек.
М.: ЭНИМС, 1988. 59 с.
25. Петров Н. А., Дмитриева Е. Д. Со-
временные отечественные и зарубежные то-
карные и многоцелевые токарные станки и
ГП-модули. М.: ВНИИТЭМР, 1990. 256 с.
26. Повышение производительности и
надежности токарно-револьверных станков /
В. Н. Шишкин, В. Е. Лосев, Л. И. Новицкий,
А. В. Шевченко. К.: Техшка, 1986. 95 с.
27. Программное управление станками и
промышленными роботами / В. Л. Косовский,
Ю. Г. Козырев, А. Н. Ковшов и др. 2-е изд.
стереотип. М.: Высшая школа, 1989. 272 с.
28. Рабкии А. Л. Затыловочные станки.
М.: Машиностроение, 1976. 125 с.
КЛАССИФИКАЦИЯ И ВЫБОР ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СТАНКОВ
411
29. Сафронович А. А. Карусельные стан-
ки. М.: Машиностроение, 1983. 263 с.
30. Справочник по технологии резания
материалов, в 2-х кн. Кн. 1 / Ред. нем. изд.:
Г. Шпур, Т. Штеферле: Пер. с нем. В. Ф. Ко-
лотенкова и др.: Под ред. Ю. М. Соломенцева.
М.: Машиностроение, 1985. 616 с.
31. Справочник технолога-машино-
строителя. В 2-х т. Т. 1 / Под ред. А. Г. Коси-
ловой и Р. К. Мещерякова, 4-е изд., перераб.
и доп. М.: Машиностроение, 1985. 656 с.
32. Система контроля функционирования
ГПМ ГПС. Аналитическая справка. М.:
ВНИИТЭМР, 1987. 32 с.
33. Станочное оборудование автоматизи-
рованного производства, Т. 1, 2 / Под. ред.
В. В. Бушуева. М_: Станки, 1994. Т. 1. 303 с.;
Т. 2. 353 с.
34. Тарамыкин Ю. П. Станки инструмен-
тального производства: Учебное пособие. М.:
МАСИ, 1993. 94 с.
35. Токарные многошпиндельные автома-
ты / В. И. Черткало, О. Н. Гуров и др. М.:
Машиностроение, 1978. 309 с.
36. Тишенина Т. И., Федоров В. Б. То-
карные станки и работа на них. М.: Машино-
строение, 1990. 144 с. (Б-ка станочника).
37. Фешенко В. Н., Махмутов Р. X. То-
карная обработка. М.: Высшая школа, 1984.
288 с.
38. Функции контроля и диагностики в
ГПМ: Метод, рек. / Сост. Городецкий М. С.,
Осипова С. С., Веденский Д. Л. М.: ЭНИМС,
1987. 00 с.
39. Шарин Ю. С. Обработка деталей на
станках с ЧПУ. М.: Машиностроение, 1983.
117 с.
40. Юхвид М. Е., Бенедиктов И. Н.
Справочник оборудования для отделки труб и
трубных соединений / Сер. Трубное производ-
ство. Выпуск 3. М.: Институт" Черметинфор-
мация”, 1988. 19 с.
Глава 1.13
СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-
РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
1.13.1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ВЫБОР ОСНОВНЫХ
ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СТАНКОВ
СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
Станки сверлильно-фрезерно-расточной
группы предназначены для обработки деталей
произвольной формы, обычно классифици-
руемых как корпусные и плоскостные детали.
Классификация универсальных станков
группы построена с учетом следующих основ-
ных признаков: технологическое назначение,
тип станка, компоновочные особенности
шпиндельных узлов и столов, уровень автома-
тизации и точность (табл. 1.13.1 - 1.13.6) [15].
1.13.1. Технологические подгруппы (ТПГ)
станков сверлильно-фрезерно-расточной группы
Код Наименование ТПГ Обозначение
01 Вертикально-сверлильные вес
02 Радиально-сверлильные РСС
03 Г оризонтально-расточные ГРС
04 Координатно-расточные КРС
05 Консольные фрезерные КФС
06 Бесконсольные фрезерные БФС
07 Многоцелевые МС
1.13.2. Основные типы станков сверлильно-фрезерно-расточной группы
Код ТПГ Перемещения основных узлов Примеры основных компоновок
Несущая система Стол Шпиндельный узел
01 вес Неподвиж- ная колон- на (стойка) Непод- вижный и (или) вертикаль- но-под- вижный Вертикально- подвижный
412
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
Продолжение табл. 1.13.2
Код Перемещения основных узлов Примеры
ТПГ Несущая система Стол Шпиндельный узел ОСНОВНЫХ КОМПОНОВОК
02 вес РСС Неподвиж- ная колон- на (стани- на) с пово- ротной или линейно- подвижной траверсой Неподвиж- ный и (или) вертикаль- но-под- вижный Крестово- подвижный 11
Q3- БФС МСФ Неподвиж- ная стойка (портал) Продоль- но-под- вижный Крестово- подвижный
04 КРС БФС Неподвиж- ная стойка (портал) с вертикаль- но-под- вижной поперечной Продоль- но-под- вижный Крестово- подвижный
05 вес ГРС КФС мс Неподвиж- ная стойка Крестово- подвиж- ный в горизон- тальной плоскос- ти Неподвиж- ный или вертикально- подвижный
06 КФС мс Неподвиж- ная стойка Крестово- подвиж- ный в верти- кальной Горизон- тально-под- вижный
плоскос- ти
07 вес РСС мсв Продольно- подвижная колонная стойка (портал) Непод- вижный Крестово- подвижный
08 ГРС мс Продольно- подвижная стойка Попереч- но-под- вижный Вертикально- или кресто- во-подвиж- ный
КЛАССИФИКАЦИЯ И ВЫБОР ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СТАНКОВ
413
Продолжение табл. 1.13.2
Код тпг Перемещения основных узлов Примеры основных компоновок
Несущая система Стол Шпиндельный узел
09 ТРС МС Поперечно- подвижная стойка Продоль- но-под- вижный Вертикально- или кресто- во-подвиж- ный
10 ГРС МС Крестово- подвижная стойка Непод- вижный Вертикально- или кресто- во-под- вижный
1.13.3. Дополнительные характеристики станков с учетом шпиндельных узлов
Код Классификационный признак
01 Одношпиндельный с постоянным положением оси шпинделя
02 Одношпиндельный с постоянным положением оси шпинделя и дополнительной опорой для инструментальной оправки
03 Одношпиндельный с поворотным шпинделем
04 Одношпиндельный с поворотно-наклонным шпинделем
05 Одношпиндельный с дополнительным, перпендикулярным основному, шпинделем
06 Одношпиндельный с дополнительным поворотным шпинделем
07 Одношпиндельный с дополнительным поворотно-наклонным шпинделем
08 С револьверной головкой
09 Многошпиндельный (в том числе рядный) с параллельными шпинделями
10 Многошпиндельный с поворотными (поворотно-наклонными) шпинделями
Примечание. Горизонтальное или вертикальное положение основного шпинделя
(шпинделей) определяется принадлежностью станка к какой-либо технологической группе.
1.13.4. Дополнительные характеристики станков с учетом особенностей столов
Код Классификационный признак
01 С горизонтальным неподвижным столом
02 С вертикальным неподвижным столом
03 С горизонтальным поворотным столом
04 С вертикальным поворотным столом
05 С вертикальным поворотным столом и дополнительной опорой для обрабатываемой детали
06 С поворотно-наклонным столом
07 С дополнительным неповоротным откидным столом
08 С дополнительным поворотным откидным столом
09 С двумя и более неповоротными столами
10 С двумя и более поворотными столами
414 Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
1.13.5. Классификация станков по уровню автоматизации
Код Характеристика уровня автоматизации станка
01 Ручной
02 Ручной с визуализацией цифрового отсчета координат
03 Ручной с элементами программного управления
04 Полуавтомат с цикловым управлением*
05 Автомат с цикловым управлением*
06 Полуавтомат с ЧПУ
07 Полуавтомат с ЧПУ и автоматической сменой инструментов
08 Автомат с ЧПУ и автоматической сменой инструментов и заготовок
09 Гибкий производственный модуль
* Для специализированных станков.
1.13.6. Классификация станков по точности
Технологическая подгруппа Нормальные Точные Особо точные
Классы точности по ГОСТ 8-82
Н п В А С
Вертикально - сверлильные + +
Радиально-сверлильные +
Горизонтально-расточные + + + (+)
Координатно- расточные (+) +
Консольные фрезерные вертикальные + + (+)
Консольные фрезерные горизонтальные + + +
Бесконсольные фрезерные одностоечные + + +
Бесконсольные фрезерные двухстоечные + +
Многоцелевые вертикальные + (+) + (+)
Многоцелевые горизонтальные + (+) +
Примечание. В скобках указаны уровни точности, не получившие широкого
распространения для станков соответствующей технологической подгруппы.
1.13.7. Параметры технической характеристики, отражающие технологические и
эксплуатационные возможности, станков сверлильно-фрезерно-расточной группы
Возможности обработки Производительность Точность Эксплуатационные качества
1. Наибольшие раз- меры обрабатывае- мых деталей (пло- щадь рабочей по- верхности и высота рабочего пространст- ва). 1. Мощность глав- ного привода. 1. Точность геомет- рии и траекторий перемещения рабо- чих органов. 1. Масса станка.
СВЕРЛИЛЬНЫЕ СТАНКИ
415
Продолжение табл. 1.13.7
Возможности обработки Производительность Точность Эксплуатационные качества
2. Наибольшие раз- 2. Пределы частот 2. Точность и ста- 2. Площадь, зани-
меры обрабатывае- мых поверхностей (величины переме- щений рабочих орга- нов). вращения шпинделя и подач рабочих ор- ганов. бильность позицио- нирования рабочих органов. маемая станком.
3. Наибольшая масса 3. Наибольшие уси- 3. Точность обработ- 3. Надежность и
обрабатываемых дета- лей. лия подачи по управ- ляемым осям коор- динат. ки образцов изделий. долговечность рабо- ты систем и узлов станка.
4. Пределы частот 4. Скорости быстрых 4. Статические, ди- 4. Энергоэффектив-
вращения шпинделя перемещений рабо- чамические и тепло- ность и материале-
и подач рабочих ор- ганов. чих органов. вые деформации не- сущей системы и емкость.
5. Параметры инет- 5. Наличие устройств других важнейших 5. Техническая и
рументов для преду- автоматизации вспо- элементов (шпин- экологическая безо-
смотренных видов обработки. 6. Количество управ- ляемых от ЧПУ (в том числе одновре- менно) перемещений рабочих органов. 7. Дискретность за- дания перемещений по линейным и кру- говым осям коорди- нат могательных циклов дель, стол и т.п.) пасность
Технологические возможности и техниче-
ский уровень станков определяются их техни-
ческими характеристиками. Применительно к
станкам сверлильно-фрезерно-расточной
группы состав параметров технических харак-
теристик станков, который отражает возмож-
ности обработки, производительность, точ-
ность и эксплуатационные качества, приведен
в табл. 1.13.7 [8, 20, 21].
1.13.2. СВЕРЛИЛЬНЫЕ СТАНКИ.
КОНСТРУКЦИИ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Вертикально-сверлильные станки (ВСС)
предназначены для сверления, рассверливания,
зенкерования, зенкования, развертывания и
растачивания отверстий со сравнительно невы-
сокими требованиями к точности; нарезания
резьбы, а также фрезерования (как правило, с
ограниченными режимами) плоскостей и па-
зов [17, 19].
В качестве основного параметра станков
принимается наибольший условный диаметр
сверления в деталях из стали средней твердо-
сти (сталь 45 по ГОСТ 1050-88). Если преду-
сматривается возможность фрезерования, то
станки обязательно оснащают координатными
столами с ручной или механической подачей,
а шпиндельный узел сконструирован с учетом
восприятия радиальных нагрузок при фрезеро-
вании с умеренными припусками и режимами
обработки.
Области применения и основные осо-
бенности различных типов приведены в табл.
1.13.8. Размеры ВСС с условным диаметром
сверления 3-80 мм стандартизованы (ГОСТ
370-93).
Несущая система станка наиболее рас-
пространенного типа состоит из основания-
плиты и колонны (стойки). Основание-плита
служит опорой станка. Ее верхняя (рабочая)
поверхность в станках с круглой колонной и
поворотным вокруг этой колонны столом
снабжается Т-образными пазами для крепле-
ния обрабатываемых деталей или приспособ-
лений. Круглая колонна является направляю-
щей для подъемного и поворотного вокруг нее
откидного стола. С верхним концом круглой
колонны стыкуется обычно дополнительная
часть с направляющими для монтажа, а иногда
и установочного перемещения сверлильной
головки. Призматическая колонна снабжается
направляющими как для установочного пере-
мещения сверлильной головки, так и для
подъемного стола, причем эти направляющие
могут быть едиными. В станках с призматиче-
ской колонной на основании могут крепиться
416
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
Область применения
1.13.8. Основные типы вертикально-сверлильных станков
Тил и схемы станков
Основные компоновочные
и конструктивные
особенности
Настолько- сверлильные
Станки с выдвижным
шпинделем. Сверлиль-
ная головка монтирует-
ся с возможностью вер-
тикального установоч-
ного перемещения на
круглой колонне, жест-
ко закрепленной на
основании-пЛите. На
плите закрепляются
обрабатываемые детали,
тиски или накладные
столы
Станки с условным диамет-
ром сверления 3-16 мм.
Используются во вспомога-
тельной производстве, сбо-
рочных цехах.
При оснащении устройства-
ми автоматизации циклов
шпинделя и приспособле-
ниями могут использоваться
в основном производстве
Сверлильные, сверлильно-
резьбонарезные
Станки с выдвижным
шпинделем. Сверлиль-
ная головка монтирует-
ся на круглой колонне,
жестко закрепленной на
основании-плите и мо-
жет иметь установочное
вертикальное переме-
щение. Поворотный
или неповоротныи во-
круг своей оси стол
имеет вертикальное
установочное переме-
щение по колонне и
поворачивается вокруг
нее для возможности
установки больших
обрабатываемых деталей
на рабочей поверхности
плиты
Станки с условным диамет-
ром сверления 16-40 мм.
Используются в единичном и
мелкосерийном производстве
Рядные сверлильные,
сверлильно-резьбонарезные
Группа одношпицдель-
ных станков с общими
основанием и плитой
или подъемным столом
с рабочей поверхностью
для крепления обраба-
тываемых деталей или
приспособлений. Обыч-
но состоит из двух-
четырех станков
Станки с условным диамет-
ром сверления 3-20 мм.
Используются в серийном
производстве с закреплением
постоянной операции на
каждой позиции и переме-
щением обрабатываемой де-
тали в последовательные по-
зиции
СВЕРЛИЛЬНЫЕ СТАНКИ
417
Тип и схемы станков
Продолжение табл. 1.13.8
Основные компоновочные и
конструктивные
особенности
Область применения
Сверлильные, сверлильно-
резьбонарезные и сверлильно-
фрезерные
Одношпиндельные станки с
выдвижным шпинделем.
Сверлильная головка мон-
тируется с возможностью
вертикального установоч-
ного перемещения на
призматической колонне,
жестко закрепленной на
фундаментной плите. Ос-
нащают подъемным сто-
лом-плитой, на которой
могут устанавливаться кре-
стовые "плавающий" или с
механизмами подачи столы.
Имеются модификации с
жестко закрепленным на
плите координатным кре-
стовым столом
Станки с условным диа-
метром сверления 20 - 80
мм.
Используются в единич-
ном и мелкосерийном, а
при оснащении цикловым
управлением или ЧПУ - в
серийном производстве.
При оснащении пинолью
с фланцем для крепления
многошпиндельных голо-
вок являются базой для
специальных станков,
используемых в крупно-
серийном производстве
Сверлильные, сверлильно-
фрезерные
Координатные сверлильно-
фрезерные
Станки с револьверной
головкой (шесть-десять
шпинделей, из которых
часть может -быть фрезер-
ными), смонтированной с
возможностью рабочих и
установочных перемещений
на призматической стойке.
Координатный крестовый
стол смонтирован на на-
правляющих стойки с воз-
можностью вспомогатель-
ных установочных переме-
щений или на фундамент-
ной плите, в качестве кото-
рой может быть использо-
вано основание стола
Станки с выдвижным
шпинделем. Сверлильная
головка перемещается по
неподвижной или верти-
кально подвижной попере-
чине над столом-плитой
(тумбой), а вместе с несу-
щей поперечину стойкой -
вдоль стола-плиты. Станок
с ЧПУ может оснащаться
устройством автоматиче-
ской смены инструментов
Станки с условным диа-
метром сверления 16-32
мм, оснащенные устрой-
ством ЧПУ, используются
в серийном производстве
Станки с условным диа-
метром сверления 40 -
50 мм.
Используются для обра-
ботки плоскостных дета-
лей (типа решеток) и
корпусных деталей
418
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЫЮ-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
неподвижные но высоте тумбы, крестовые
столы. Полости оснований используются как
отстойники и резервуары для смазочно-
охлаждающей жидкости.
Столы выполняют, как правило, прямо-
угольными, но они могут иметь и круглую
форму (в станках с поворотными, откидными
или накладными столами). В небольших стан-
ках могут использоваться так называемые
"плавающие" столы, не имеющие каких-либо
механизмов подачи. Перемещение в произ-
вольном направлении производится от усилия,
прилагаемого оператором непосредственно к
верхней части стола. При использовании в
серийном производстве "плавающие" столы
могут снабжаться устройствами для вывода на
координаты отверстий по копиру (эталонной
детали) или чертежу.
Крестовые столы, прежде всего для свер-
лильно-фрезерных станков, снабжают ручны-
ми или механизированными приводами пода-
чи, в качестве исполнительного механизма
которых используются винтовые механизмы (в
том числе качения) или червячно-реечные
передачи. Такие столы снабжают, как правило,
раздельными механизмами зажима в продоль-
ном и поперечном направлении. Точность
межцентровых расстояний обрабатываемых
отверстий, которую можно получить при ис-
пользовании как ручных столов, так и столов с
цифровой индикацией и преднабором коор-
динат, находится в пределах 0,05 - 0,1 мм.
Шпиндельные узлы сверлильных станков
испытывают значительные осевые нагрузки. С
учетом этого в передней нижней опоре шпин-
делей применяются, как правило, раздельные
упорные и радиальные подшипники. В шпин-
делях станков для обработки отверстий малых
диаметров можно использовать аэростатиче-
ские опоры. Практически во всех станках ис-
пользуют выдвижные шпиндельные узлы пи-
нольного типа, в которых поступательное
движение рабочей подачи (быстрого хода)
осуществляется перемещением гильзы (пино-
ли) шпинделя, связанной с механизмом пода-
чи зубчато-реечной передачей. Для уравнове-
шивания шпиндельных узлов предусматрива-
ются противовесы, как правило, пружинного
типа.
Присоединительные места для инстру-
мента концов шпинделей стандартизованы. В
малых станках используются наружные конусы
Морзе для крепления сверлильных или резь-
бонарезных патронов, в средних и крупных
станках - внутренние конусы Морзе или кону-
сы с конусностью 7 : 24. На рис. 1.13.1 пока-
заны различные типы шпиндельных верти-
кально-сверлильных станков.
Главный привод в малых станках состо-
ит, как правило, из асинхронного электро-
двигателя и ременной передачи с многоручье-
выми шкивами или вариатора. Используются
Рис. 1.13.1. Шпиндельные узлы вертикально-
сверлильных станков:
я - с ременным приводом;
б, в - с приводом через шлицевый вал:
б - с конусом Морзе; в - с конусом 7 : 24
также приводы с регулируемыми электродви-
гателями. Основное исполнение главного при-
вода в вертикально-сверлильных станках с
условным диаметром сверления 20 мм и
более - с асинхронным электродвигателем и
шестеренной коробкой скоростей с вертикаль-
ными валами и перемещающимися зубчатыми
блоками на 6 - 12 ступеней. Коэффициент
ряда обычно находится в пределах 1,26 - 1,6.
Реверсирование вращения шпинделя осущест-
вляется переключением электродвигателя или
с помощью фрикционных муфт.
Приводы подачи, как правило, получают
движение от шпиндельного или какого-либо
другого вала главного привода и включают в
себя коробку и механизм подачи с червячной
передачей и зубчато-реечной передачей в каче-
стве последнего звена. Величина подачи на
каждой ступени определяется в миллиметрах
за оборот шпинделя. На рис. 1.13.2 показал
механизм подачи бабки вертикально-сверлиль-
ного станка среднего размера.
Коробка подач сверлильно-резьбонарез-
ных станков включает оборотные подачи, рав-
ные шагам, предусмотренных для обработки
резьб, что обеспечивает возможность нареза-
ния резьбы резцом и лучшее качество резьбы
при нарезании метчиками. В механизме пода-
чи может быть предусмотрено устройство ав-
томатизации основных циклов обработки:
сверления, резьбонарезапия, цекования и т.п.
В таких устройствах обычно используются
диски или планки с настраиваемыми кулачка-
ми, воздействующими при перемещении
шпинделя на конечные выключатели системы
управления.
СВЕРЛИЛЬНЫЕ СТАНКИ
419
А-А
Рис. 1.13.2. Механизм подачи бабки
вертикально-сверлильного станка
В ВСС используются: ручное, цикловое
управление и ЧПУ; последние используются в
координатных сверлильных и сверлильно-
фрезерных станках.
Радиально-сверлильные станки (РСС)
предназначены для выполнения сверлильных
работ, резьбонарезания и растачивания отвер-
стий с ограниченными требованиями по точ-
ности. Особенностью РСС является возмож-
ность перемещения сверлильной головки на
значительные расстояния по радиусу относи-
тельно несущей колонны, а также поворот
вокруг псе на 360°, что обеспечивает большой
объем рабочего пространства и возможность
обработки крупногабаритных деталей. Станки,
в основном, используются в условиях единич-
ного и мелкосерийного производства, в сбо-
рочных и ремонтных цехах.
В качестве основного РСС принимается
наибольший условный диаметр сверления в
деталях из стали средней твердости.
Области применения и основные осо-
бенности РСС различных типов приведены в
табл. 1.13.9.
Несущая система стационарного станка
состоит из фундаментной плиты, колонны и
рукава. Плиты имеют коробчатую конструк-
цию с внутренними ребрами и полостями для
сбора СОЖ. На верхней (рабочей) поверхно-
сти плиты выполняются Т-образные пазы для
крепления обрабатываемых деталей и оснаст-
ки. Помимо основного типа - относительно
узкой прямоугольной плиты, могут использо-
ваться плиты других конфигураций (угловые.
Рис. 1.13.3. Несущая система радиально-сверлильного
станка
крестовые, круглые), расширяющие рабочее
пространство станка.
Отжим шпинделя под на!рузкой на 60 -
70 % зависит от деформации колонны, вслед-
ствие чего к ней предъявляются повышенные
требования по жесткости. Наиболее распро-
странена конструкция с внутренней непод-
вижной колонной и смонтированной на ней
на опорах качения наружной цилиндрической
гильзой (рис. 1.13.3). Такая конструкция обес-
печивает высокую жесткость, возможность
компенсации прогиба внутренней колонны от
веса рукава и сверлильной головки путем ис-
пользования эксцентриковой шайбы в верхней
опоре и постоянство вертикального положения
оси шпинделя при повороте рукава вокруг
колонны. Наружная цилиндрическая поверх-
ность гильзы колонны является направляющей
для вертикального перемещения рукава, кото-
рое обычно осуществляется с помощью винто-
вого механизма.
Несущая система снабжается механизма-
ми зажима наружной гильзы на внутренней
колонне и рукава на гильзе колонны, управле-
ние которыми осуществляется с пульта на
сверлильной головке.
В переносных станках колонна снабжена
скобой, с помощью которой станок перемеща-
ется подъемно-транспортным механизмом.
Сверлильная головка является основным
агрегатом ставка, в котором размещены
шпиндель, главный привод, коробка и меха-
низм подачи шпинделя, устройства и пульт
управления. Сверлильная головка монтируется
на направляющих рукава, верхняя из которых
обычно выполняется прямоугольной и вос-
принимает вес сверлильной головки, а ниж-
няя - тип;» "ласточкин хвост" - способствует
надежному зажиму головки на рукаве. Пере-
мещение сверлильной головки может быть
выполнено как ручным, гак и механизирован-
ным с сохранением ручного управления для
точного вывода шпинделя на ось обрабатывае-
мого отверстия. В тяжелых станках сервомеха-
низмы используются также для поворота рука-
ва вокруг колонны.
420
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
1.13.9. Основные типы радиально-сверлильных станков
Тип и схемы станков
Основные компоновочные и
конструктивные особенности
Область применения
Стационарные с неподвижным
основанием- плитой
Стационарные с неподвижным
по высоте рукавом и
подъемным столом
Одношпиндельные станки с
выдвижным шпинделем.
Сверлильная головка монти-
руется с возможностью ради-
ального (по рукаву) и верти-
кального (с рукавом) устано-
вочного перемещения, а
также поворота относительно
круглой колонны, жестко
закрепленной на основании-
плите. На плите закрепляют-
ся обрабатываемые детали,
накладные столы и другие
приспособления
Станки с жестко закреплен-
ным на верхнем конце ко-
лонны рукавом и дополни-
тельно оснащенные подъем-
ным и поворотным вокруг
колонны столом. Стол может
иметь дополнительный по-
ворот вокруг одной, а свер-
лильная головка - одной или
двух горизонтальных осей
Станки с условным диамет-
ром сверления 25 - 125 мм.
Используются во вспомога-
тельных производствах,
сборочных и ремонтных
цехах. При оснащении уст-
ройствами автоматизации,
специальными приспособ-
лениями и инструментом
могут использоваться в ос-
новном производстве
Станки с условным диамет-
ром сверления 25 - 40 мм.
Используются в единичном
и мелкосерийном производ-
стве для обработки неболь-
ших деталей с установкой
на столе, а крупных и высо-
ких - на плите
Переносные
Станки с основанием-
плитой (или цоколем), при-
способленной для переноса
и повышения устойчивости
при работе. Сверлильная
головка установлена с воз-
можностью поворота само-
стоятельно или с рукавом
вокруг трех взаимоперпен-
дикулярных осей
Станки с условным диамет-
ром сверления 25 - 80 мм.
Используются в производст-
ве крупногабаритных дета-
лей, переустановка которых
невозможна или нецелесо-
образна для проведения
сверлильных работ
Передвижные
Станки (типа стационар-
ных), колонна которых
смонтирована на салазках,
перемещающихся по направ-
лению станины
Станки с условным диамет-
ром сверления 30 - 100 мм
для обработки удлиненных
деталей в условиях единич-
ного и мелкосерийного
производства. Длина пере-
мещения салазок до не-
скольких метров
X
РАСТОЧНЫЕ СТАНКИ
421
Продолжение табл. 1.13.9
Тип и схемы станков
Основные компоновочные и
конструктивные особенности
Область применения
Станки (типа стационар-
ных), колонна которых
смонтирована на самоходной
тележке, перемещающейся
по рельсам
Станки с условным диамет-
ром сверления 50 - 100 мм
для обработки длинномер-
ных деталей типа строи-
тельных ферм, рельсов и
т.д. в условиях единичного
и серийного производства.
Длина перемещения салазок
не ограничена
Шпиндельные узлы пинольного типа
практически идентичны по конструкции со
шпинделями сверлильных станков, но отлича-
ются более длинным шлицевым хвостовиком,
обеспечивающим передачу крутящего момента
от выходного вала коробки скоростей на всей
длине значительного по величине хода. Боль-
шинство станков снабжается встроенным либо
выполненным в виде приспособления устрой-
ством выталкивания инструмента из шпинде-
ля. Шпиндельный узел уравновешивается, как
правило, пружинным противовесом.
Коробки скоростей и подач отличаются
расширенным диапазоном частот вращения и
количеством ступеней. В тяжелых станках из-
вестны случаи использования независимых
приводов подач с регулируемыми электродви-
гателями. Связь коробки подач с пинолью
шпинделя осуществляется через червячную и
зубчато-реечную передачи. Механизм позволя-
ет с помощью зубчатых муфт включать ручную
или механическую подачу и обычно охватыва-
ет соосный с ним механизм перемещения
сверлильной головки по рукаву. Рычаги меха-
низма подачи связаны лимбом отсчета осевого
перемещения шпинделя, снабженным регули-
руемым упором для отключения подачи на
заданной глубине.
На сверлильной головке расположены
органы управления всеми механизмами станка.
В средних и тяжелым станках используются
системы преселиктивного управления короб-
ками скоростей и подач, обеспечивающие
сокращение вспомогательного времени, а так-
же устройства цифровой индикации, обеспе-
чивающие визуализацию положения шпинделя
и автоматическое выполнение некоторых ос-
новных циклов работы (сверление, резьбона-
резание, цекование и т.п.) с заданными вели-
чинами перемещений на быстром ходу и при
рабочей подаче.
1.13.3. РАСТОЧНЫЕ СТАНКИ.
КОНСТРУКЦИИ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Горизонтальные расточные станки (ГРС)
предназначены для обработки корпусных дета-
лей и отличаются большой степенью универ-
сальности.
Кроме расточных работ на них можно
проводить сверление, нарезание внутренних и
наружных резьб, развертывание, зенкование,
обтачивание цилиндрических поверхностей и
торцов, фрезерование концевыми и торцовы-
ми фрезами [9, 19].
Расширению технологических возможно-
стей способствует оснащение станков монти-
руемыми стационарно или навесными на пе-
реднем торце шпиндельной бабки планетар-
ными суппортами (плансуппортами), которые
обеспечивают возможность радиальной подачи
инструмента при обработке и позволяют вы-
полнять растачивание отверстий различного
диаметра одним инструментом, протачивание
канавок, подрезку торцов и другие подобные
операции. В станках с ЧПУ радиальное пере-
мещение резцедержателей плансуппорта может
являться одной из автоматически управляемых
координат станка. Области применения и ос-
новные особенности различных типов ГРС
приведены в табл. 1.13.10.
В качестве основных параметров ГРС
используемых при построении типоразмерных
рядов (ГОСТ 2110-85) принимаются ширина
рабочей поверхности стола и диаметр выдвиж-
ного шпинделя.
Станины станков с крестовым столом
выполняются, как правило, цельными, а с
подвижной стойкой - составными. В обоих
случаях для обеспечения жесткости станка при
работе необходимо предусмотреть жесткий,
качественный фундамент. Направляющие
скольжения подвижных рабочих органов вы-
полняются прямоугольными и обеспечивают
длительное сохранение точности.
422
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
Тип и схемы станков
1.13.10. Основные типы горизонтально-расточных станков
Основные компоновочные и
конструктивные особенности
С неподвижной стойкой и
крестовым столом
«)
Станки с выдвижным шпин-
делем, вертикально переме-
щаемой по неподвижной
стойке шпиндельной бабкой;
крестовым поворотным сто-
лом: подвижной вдоль оси
задней стойкой с люнетом
для поддержания длинных
расточных оправок (а) или
без задней стойки (б)
Область применения
Станки с шириной рабочей
поверхности стола 800 -
2000 мм и диаметром вы-
движного шпинделя 80 -
160 мм.
Используются для обработ-
ки корпусных деталей в
условиях единичного и мел-
косерийного производства,
а при оснащении устройст-
вами ЧПУ - в серийном
производстве
С поперечно-подвижной
стойкой и продольно-
IIсдвижным столом
Станки с выдвижным шпин-
делем, вертикально переме-
щаемой по поперечно-
подвижной стойке шпин-
дельной бабкой; продольно-
подвижным поворотным
столом. Стойка, как прави-
ло, выполняется портального
тина с симметричным рас-
положением шпиндельной
бабки между направляющи-
ми стойки
С продольно-подвижной
стойкой и иоперечно-
подвижным столом
Станки с выдвижным шпин-
делем (с выдвижным шпин-
делем и ползуном); верти-
кально перемещаемой по
продольно-подвижной стой-
ке шпиндельной бабкой и
поперечно-подвижным по-
воротным столом. Станки
могут оснащаться задней
стойкой
Станки с шириной рабочей
поверхности стола 800 -
2000 мм и диаметром вы-
движного шпинделя 80 -
160 мм.
Используются для обработ-
ки корпусных деталей в
условиях единичного и мел-
косерийного производства,
а при оснащении устройст-
вами ЧПУ - в серийном
производстве
Станки с шириной рабочей
поверхности пииты стала до
2500 мм и более, диаметром
выдвижного шпинделя 125 -
320 мм.
Используются для обработ-
ки средних и крупных кор-
пусных деталей в условиях
единичного и мелкосерий-
ного производства
С крестовой или продольно-
подвижной стойкой и непод-
вижным поворотным или не-
новоротным столом
Станки с выдвижным шпин-
делем (ползуном); верти-
кально перемещаемой
шпиндельной бабкой на
крестовой (а) или продоль-
но-подвижной (б) стойке;
столом-плитой, на которую
устанавливается _ обрабаты-
ваемая деталь или поворот-
ный стол. Станки с кресто-
вой стойкой могут изготов-
ляться в переносном вариан-
те
Станки с диаметром вы-
движного шпинделя не ме-
нее 125 мм.
Используются для обработ-
ки крупных и особо круп-
ных деталей произвольной
формы в единичном и се-
рийном производства
РАСТОЧНЫЕ СТАНКИ
423
Рис. 1.13.4. Механизм зажима инструмента в шпинделе станка
Рис. 1.13.5. Шпиндельный узел расточного станка:
а - со встроенным плансулпортом; б - с навесным плансуппортом
В современных моделях станков исполь-
зуются стальные закаленные направляющие
базовых узлов при пластмассовом покрытии
но основным несущим граням и опорах каче-
ния по боковым граням. В некоторых крупных
ГРС используются гидростатические направ-
ляющие стола и стойки, либо системы гидро-
разгрузки направляющих скольжения. Шпин-
дельное устройство ГРС состоит из расточного
и полого фрезерного шпинделей, причем рас-
точной шпиндель перемещается в осевом на-
правлении внутри фрезерного шпинделя и
вращается вместе с ним в подшипниковых
опорах. Расточной шпиндель имеет внутрен-
ний конус Морзе или с конусностью 7 : 24 для
установки инструментальных оправок. В стан-
ках с ЧПУ расточной шпиндель оснащается
устройством автоматического зажима-разжима
инструмента (рис. 1.13.4). Полый фрезерный
шпиндель на переднем конце снабжен флан-
цем, имеющим посадочную наружную цилин-
дрическую поверхность, торцовые шпоночные
пазы (шпонки) и резьбовые отверстия для
закрепления инструментов или приспособле-
ний. Встроенная планшайба с радиальным
суппортом монтируется на дополнительном
шпинделе, охватывающем полый шпиндель,
поэтому при оснащении станка плансуппор-
том и сохранении размера расточки под пе-
реднюю опору шпиндельного устройства диа-
метр выдвижного шпинделя уменьшается. На
рис. I.I3.5 показан разрез по шпинделю бабки
станка, оснащенного: встроенным плансуппор-
том и навесным плансуппортом. В станках с
ЧПУ используются программно-управляемые
плансуппорты, обеспечивающие точное пози-
ционирование резца в автоматическом цикле,
а следовательно, дополнительные возможности
обработки - растачивание отверстий со слож-
ным профилем продольного сечения, компен-
сацию износа инструмента и т.д.
Вращение шпинделя осуществляется от
асинхронного электродвигателя через много-
ступенчатую коробку скоростей либо от peiy-
лируемого электродвигателя постоянного тока
с использованием зубчатого перебора (рис.
1.13.6) с ограниченным количеством ступеней
(две-четыре).
424
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
Рис. 1.13.6. Привод главного движения
горизонтально-расточного станка с ЧПУ
Осевое перемещение шпинделя, ради-
альное перемещение суппорта планшайбы,
перемещения стола и шпиндельной бабки
осуществляются от общего, групповых или
индивидуальных электродвигателей. Конст-
рукция с использованием регулируемых элек-
тродвигателей, непосредственно связанных с
шариковыми винтовыми передачами, харак-
терна для станков с ЧПУ.
Станки с ручным управлением снабжают
расположенным на шпиндельной бабке штур-
вальным устройством для перемещения шпин-
дельной бабки и стола. Включение штурваль-
ного устройства в работу осуществляется с
помощью электромагнитной муфты, управ-
ляемой с пульта станка.
Координатно-расточные станки (КРС)
предназначены для окончательной обработки
отверстий и плоскостей, требования к геомет-
рии и взаимному расположению которых на-
ходятся на высшем уровне требований к точ-
ности, предъявляемой к деталям общего ма-
шиностроения. На КРС, в основном, выпол-
няют следующие виды обработки; растачива-
ние, развертывание, сверление и резьбонаре-
зание, подрезка торцов, чистовое фрезерова-
ние. Кроме того, на этих ставках во многих
случаях проводятся разметка и измерения де-
талей, обрабатываемых на других станках более
низкой точности. Станки применяются в еди-
ничном и серийном производстве, инструмен-
тальных и ремонтных цехах машиностроитель-
ных производств.
Широко распространена модификация
станков, приспособленная для работы абра-
зивным инструментом - так называемые коор-
динатно-шлифовальные станки.
По технологическому признаку КРС
можно условно разделить на традиционные
станки, используемые для финишных опера-
ций обработки и измерений обработанных
поверхностей, и координатные сверлильно-
фрезерно-расточные станки, приспособленные
для комплексной обработки обрабатываемых
деталей с умеренными припусками или из
легких конструкционных материалов и осна-
щаемые устройствами ЧПУ и устройствами
автоматизации смены инструментов и обраба-
тываемых деталей.
Классификация станков по компоновоч-
ному признаку приведена в табл. 1.13.11.
1.13.11. Основные типы координатно-расточных станков
Тип и схемы станков
Основные компоновочные и
конструктивные особенности
Область применения
Вертикальные одношпиндель-
ные станки с выдвижным
шпинделем. Шпиндельная
головка смонтирована с воз-
можностью установочного
перемещения по призматиче-
ской колонне, закрепленной
на жесткой станине, которая
служит также основанием не-
подвижного по высоте кресто-
вого стола
Станки с шириной стола
250 - 630 мм. Используются в
единичном и мелкосерийном
производстве
Одностоечные с невьщвиж-
ным шпинделем
Вертикальные одношпиндель-
ные станки с невыдвижным
шпинделем. Шпиндельная
головка смонтирована на на-
правляющих колонны с воз-
можностью рабочих и вспо-
могательных перемещений.
Неподвижный по высоте кре-
стовый стол также смонтиро-
ван на жесткой, общей для
него и призматической колон-
ны, станине
Станки с шириной стола
400 - 630 мм. Оснащенные
устройством ЧПУ и, в неко-
торых случаях, устройствами
автоматической смены инст-
рументов используются в по-
вторяющемся мелкосерийном
и серийном производстве
РАСТОЧИВ® СТАНКИ
.............
425
Продолжение табл. 1.13.11
Тип и схемы станков
Основные компоновочные и
конструктивные особенности
Область применения
Двухстоечные
Станки с вертикальным (о)
или вертикальным и горизон-
тальным (б) выдвижными
шпинделями. Вертикальная
бабка смонтирована на травер-
се с возможностью горизон-
тального перемещения по ней;
траверса имеют вертикальное
установочное перемещение по
стойкам портала, закреплен-
ного на станине, которая слу-
жит также основанием под-
вижного по одной координате
(продольное направление) сто-
ла
Станки с шириной стола
400 - 2000 мм. Используются
в единичном и мелкосерий-
ном производстве. При осна-
щении горизонтальной
шпиндельной бабкой и пово-
ротным столом обеспечивает-
ся прецизионная обработка
корпусных деталей без их
переустановки
•Двухстоечные с невыдвиж-
ным шпинделем
Вертикальные одношпиндель-
ные станки с выдвижным
шпинделем. Шпиндельная
бабка смонтирована с возмож-
ностью горизонтального пере-
мещения по траверсе, верти-
кальным перемещением кото-
рой по направляющим стоек
неподвижного портала осуще-
ствляются установочные и
рабочие перемещения по оси
шпинделя. Портал установлен
на жесткой станине, служащей
также основанием подвижного
по одной координате стола
Станки с шириной стола
800 - 2000 мм. Оснащенные
поворотными автоматизиро-
ван ными столами и угловыми
головками станки использу-
ются для многосторонней
прецизионной обработки
средних и корпусных деталей
произвольной формы в мел-
косерийном и серийном про-
изводстве
В качестве основного параметра КРС
принимается ширина рабочей поверхности
стола.
Станины, стойки и другие элементы не-
сущей системы КРС изготовляют из высоко-
качественных чугунов с естественным или
искусственным старением и проектируют та-
ким образом, чтобы подвижные рабочие орга-
ны никогда не располагались на базовых дета-
лях консольно, а деформации под действием
нагрузок и тепла были по возможности сим-
метричными относительно плоскостей сим-
метрии станка. Жесткость хорошо оребренных
станин коробчатого сечения обеспечивает воз-
можность установки станков даже крупных
размеров на три точки опоры, что снижает
влияние воздействий на станок со стороны
фундамента.
Направляющие рабочих органов КРС по
профилю бывают чаще всего комбинирован-
ными (одна V-образная, другая - плоская),
либо прямоугольными. Для обеспечения ми-
нимальных погрешностей траекторий рабочих
органов продольный профиль направляющих
выполняется таким, чтобы компенсировать
упругие деформации базовых деталей при пе-
ремещении рабочего органа. В связи с этим,
основным типом направляющих являются
направляющие скольжения, в которых чугун-
ные направляющие базовых деталей с непря-
молинейным профилем взаимодействуют с
антифрикционными пластмассовыми наклад-
ками на направляющих с прямолинейным
профилем подвижных рабочих органов.
В направляющих качения, которые ‘при-
меняются, в основном, в координатных свер-
лильно-фрезерно-расточных станках исполь-
426
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
а)
Рис. 1.13.7. Типовые схемы направляющих
координатно-расточных станков
зуют чугунные закаленные направляющие в
сочетании с роликами достаточно большого
диаметра, обеспечивающими умеренное давле-
ние на опорные поверхности. На рис. 1.13.7
показаны типовые схемы направляющих рабо-
чих органов станков.
Шпиндельные узлы, чаще всего пиноль-
ного типа, монтируют на суперпрецизионных
подшипниках. Традиционно используют регу-
лируемые роликовые радиальные подшипники
в сочетании с упорным подшипником в пе-
редней опоре, расположение которого вблизи
конца шпинделя способствует уменьшению
линейного смещения этого конца при тепло-
вых деформациях. Можно использовать также
в обеих Или одной, преимущественно перед-
ней опоре, дуплексироваипые радиально-
упорные шарикоподшипники, хорошо вос-
принимающие умеренные радиальные и осе-
вые на<рузки при достаточно высоких частотах
вращения. На рис. 1.13.8 показаны распро-
страненные конструктивные схемы шпиндель-
ных узлов КРС. Концы шпинделей с конусом
Морзе используют только в станках неболь-
ших размеров. В шпиндельный узел
станков с конусностью 7 : 24 встраивают меха-
низм ручного или автоматического зажиму
инструмента, а при автоматической смене й
устройство для очистки конуса и хвостовик^
инструмента от загрязнения. В станках с ЧПУ
используют и невыдвижные шпиндели, а ра-
бочие и установочные перемещения осуществ-
ляют шпиндельной бабкой или поперечиной.
Привод главного движения осуществля-
ется от асинхронного двигателя через коробку
скоростей для малых станков с ручным управ-
лением или от регулируемого электродвигателя
с использованием двух-, трехступенчатого
перебора.
Привод подачи шпинделя в станках с
ручным управлением получает движение от
главного привода, имеет небольшую коробку
подач и механизм включения тонкой ручной
подачи от отдельного маховичка. В некоторых
ручных станках и во всех станках с ЧПУ при-
вод подачи шпинделя выполняется независи-
мым - от регулируемого двигателя с возмож-
ностью регулирования минутной подачи в
широких пределах и осуществления быстрых
перемещений.
Псремешение стола и шпиндельной го-
ловки по траверсе на станках с ручным управ-
лением осуществляется вручную либо механи-
зировано, но с ручной доводкой в заданную
координату. Такие станки снабжены оптиче-
скими счетными устройствами линейных ко-
ординат с точностью отсчета 0,001 мм (для
шпиндельных устройств могут использоваться
системы отсчета более грубые с точностью
отсчета 0,01 мм). В станках с автоматическим
позиционированием используют типовые для
станков с ЧПУ приводы подачи в прецизион-
ном исполнении и измерительные системы с
непосредственным измерением положения
рабочего органа, высокой разрешающей спо-
собностью (дискретность отсчета 0,001 и даже
0,0001 мм) и блоками управления, обеспечи-
вающими коррекцию результатов точности и
повторяемости позиционирования.
6)
Рис. 1.13.8. Шпиндельные узлы координатно-расточных станков:
а - с цилиндрическими роликоподшипниками шпинделя; б - с коническими
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ СВЕРЛИЛЬНЫЕ И РАСТОЧНЫЕ СТАНКИ
427
Характерной особенностью привода пе-
ремещений траверсы в станках с ЧПУ является
использование двух винтовых механизмов с
раздельными электродвигателями, располо-
женных на каждой стойке портала и управ-,
ляемых от раздельных согласованных между
собой измерительных преобразователей, что
обеспечивает постоянную параллельность тра-
версы рабочей поверхности стола.
Для повышения точности расточных ра-
бот в КРС используются зажимные устройства
для фиксации подвижных рабочих органов в
заданном положении. Конструкция таких уст-
ройств предусматривает тарированное усилие
зажима и должна исключать при срабатывании
какой-либо сдвиг фиксируемого рабочего ор-
гана. Например, зажим может осуществляться
через закрепленные на подвижных рабочих
органах ленты, жесткие в направлении пере-
мещения и податливые в поперечном направ-
лении (см. рис. 1.13.7).
Практически во всех современных стан-
ках используют автоматические системы ком-
пенсации деформации станины при переме-
щении стола и автоматической стабилизаций
температуры корпусных деталей с целью
уменьшения тепловых деформаций станка.
Значительно расширяются технологиче-
ские возможности КРС при использовании
поворотных и наклонно-поворотных дели-
тельных столов, оснащенных оптическими,
индукционными или фотоэлектронными из-
мерительными преобразователями и обеспечи-
вающих поворот и наклон рабочей план-
шайбы с точностью ± (3 -г 5)".
1.13.4. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ СВЕРЛИЛЬНЫЕ И
РАСТОЧНЫЕ СТАНКИ. КОНСТРУКЦИИ И
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
К специализированным сверлильным и
расточным относятся станки, предназначенные
для выполнения определенного вида обработ-
ки или для получения каких-либо конкретных
типов поверхностей в заданном диапазоне их
размеров на деталях одного или различных
технологических классов. Наиболее широко
распространены станки для глубокого сверле-
ния и растачивания, резьбонарезные и гайко-
нарезные (см. 1.15), центровальные, для отде-
лочного растачивания.
Станки для глубокого сверления и раста-
чивания предназначены для сверления (в том
числе кольцевого), рассверливания и растачи-
вания отверстий с большим отношением дли-
ны к диаметру, достигающим в некоторых
случаях 100 и более. В современных станках
используют три метода сверления (рис. 1.13.9).
При сверлении однолезвийным инструментом
смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ) под-
водится через полую часть хвостовика инстру-
мента, а отводится вместе со стружкой через
наружную стружечную канавку хвостовика.
Рис. 1.13.9. Методы глубокого сверления:
а - однолезвийным инструментом; б - эжектором;
в - методом ВТА
Такой способ используется обычно для обра-
ботки отверстий диаметром не более 30 мм.
Эжекторное сверление производится ин-
струментом с несколькими режущими кром-
ками, обеспечивающим подвод СОЖ через
кольцевое пространство между стеблем сверла
и расположенной внутри него стружкоотводя-
щей трубой, а отвод вместе со стружкой - че-
рез эту трубу. Для усиления потока отвода
стружки и СОЖ в трубе имеются каналы, че-
рез которые часть жидкости из кольцевого
пространства попадает непосредственно в нее,
создавая эжекторный эффект.
Метод ВТА основан на использовании
навертных на полый стебель инструменталь-
ных головок, снабженных режущими кромка-
ми и направляющими пластинами. СОЖ через
уплотняющую втулку подается через кольце-
вой зазор вокруг стебля инструмента к полой
центральной части головки и выводится с
дробленой благодаря форме режущей кромки
стружкой через внутренний канал стебля. Ме-
тод ВТА используется для обработки отверстий
большого диаметра и для кольцевого сверле-
ния отверстий диаметром 120 - 150 мм. Раста-
чивание глубоких отверстий диаметром до
2500 мм проводят головками с двусторонним,
как правило, расположением режущих блоков.
428
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
При глубоком сверлении и растачивании
достигается, в зависимости от диаметра обра-
ботки и материала, точность размера Н7 - Н9,
отклонения от соосности участков обработан-
ного отверстия в пределах 0,03 - 0,05 на 100 мм
(при невращении изделия 0,08 - 0,12 на 100 мм),
шероховатость поверхности Ra = 0,32 - 2,5 мкм.
Классификация станков по основным
компоновочным и конструктивным признакам
приведена в табл. 1.13.12. В качестве основ-
ного параметра станков принимается наи-
больший условный диаметр сверления (в.
сплошном материале) в деталях из стали сред-/
ней твердости [10].
1.13.12. Основные типы станков для глубокого сверления и растачивания
Тип и схемы станков
Основные компоновочные и
конструктивные особенности
Область применения
С продольно-подвижным
силовым столом для обработки
деталей типа тел вращения
б)
Одно- и многошпиндельные
горизонтальные станки со
шпиндельными головками,
устанодленными на силовом
столе, перемещающимся по
направляющим станины вдоль
оси сверления: с неподвижной
бабкой обрабатываемого изде-
лия, поджимаемого со стороны
начала сверления направляю-
щей втулкой инструмента; с
вращением инструмента и воз-
можным дополнительным вра-
щением обрабатываемой детали
(я); с возможностью поддержа-
ния инструмента и детали в
люнетах (6)
Станки с условным диа-
метром сверления 3 -
80 мм. Используются для
обработки мелких и сред-
них длинномерных дета-
лей типа тел вращения в
условиях серийного, а
при оснащении автомати-
ческими загрузочными
устройствами - крупносе-
рийного производства
С бабкой изделия токарного
или вертлюжного (полой) типа
для обработки деталей типа тел
вращения
Одно- и двухшпиндельные
горизонтальные станки с под-
вижной вдоль оси сверления
шпиндельной бабкой, переме-
щающейся по направляющим
станины; с зажимом детали в
патроне бабки изделия и ее
поддержкой в кольцевых или
открытых роликовых люнетах;
с вращением обрабатываемой
детали и возможным дополни-
тельным вращением инстру-
мента
Станки с условным диа-
метром сверления в
сплошном материале 80 -
320 мм (условный диа-
метр обработки 250
2500 мм). Используются
для обработки длинно-
мерных и крупных дета-
лей типа тел вращения в
различных условиях про-
изводства
Со столом-плитой для обра-
ботки деталей произвольной
формы
Одношпиндельные горизон-
тальные станки с подвижной
вдоль оси сверления шпин-
дельной бабкой, перемещаю-
щейся по направляющим ста-
нины; с зажимом детали на
столе-плите, неподвижном (а)
или имеющем установочное
осевое перемещение по на-
правляющим станины (б), с
вращением и подачей инстру-
мента; с возможностью под-
держки стебля инструмента в
люнетах и направляющей втул-
ке
Станки с диаметром свер-
ления 80 - 320 мм
(диаметром обработки
250 - 2500 мм). Исполь-
зуются для обработки
крупных деталей произ-
вольной формы в различ-
ных условиях производст-
ва
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ СВЕРЛИЛЬНЫЕ И РАСТОЧНЫЕ СТАНКИ
429
Продолжение табл. JZ13.12
Тип и схемы станков
Основные компоновочные и
конструктивные особенности
Область применения
С координатным перемещени-
ем стола (шпиндельной бабки)
для обработки деталей
произвольной формы
Одношпиндельные горизон-
тальные (а) и вертикальные (б)
станки с крестовым перемеще-
нием стола или горизонталь-
ные с крестовым перемещени-
ем шпиндельной бабки (в) с
возможностью оснащения
сменными (в том числе автома-
тически) инструментальными
наладками для отверстий раз-
ных диаметров и устройством
ЧПУ
Станки с диаметром свер-
ления 4-40 мм (до
20 мм для вертикальных
станков). Используются
для обработки одно или
нескольких отверстий в
деталях произвольной
формы в различных усло-
виях производства
Большинство горизонтальных станков
имеют длинные составные станины. Станки
для обработки особо крупных и тяжелых дета-
лей могут иметь раздельные станины для об-
рабатываемых деталей и для инструментальной
части, в том числе расположенные на фунда-
ментах различной высоты.
Конструктивные особенности шпиндель-
ных узлов инструментальных бабок определя-
ются значительными осевыми усилиями и
необходимостью подвода через шпиндель зна-
чительных объемов СОЖ. Приводы вращения
как для бабки изделия, так и для инструмен-
тальной бабки, выполняются ступенчатыми от
асинхронного двигателя или бесступенчато
регулируемыми - при использовании двигате-
ля постоянного тока. В привод вращения ин-
струмента встраиваются электромеханические
или электрические датчики крутящего момента
для предохранения от перегрузок. В приводах
подачи при относительно небольших ходах
используются винтовые передачи и гидроци-
линдры, а при значительных ходах - зубчато-
реечные передачи.
Станки оснащают устройствами управле-
ния, обеспечивающими автоматический или
полуавтоматический режим работы. В станках
с координатными перемещениями стола и
шпиндельной бабки могут использоваться
устройства ЧПУ и автоматической смены ин-
струментальных наладок (инструментов с на-
правляющими втулками).
В качестве СОЖ применяют минераль-
ные масла с добавкой растворимых органиче-
ских соединений серы и хлора. СОЖ в значи-
тельных объемах (200 - 1800 л/мин) подается в
зону резания под давлением 2,5 - 8 МПа
(с ростом диаметра обработки и увеличением
расхода СОЖ давление снижается) высокона-
порными шестеренными, винтовыми или пла-
стинчатыми насосами. Отработанная жидкость
тщательно очищается от стружки с помощью
многоступенчатых систем очистки с использо-
ванием магнитных сепараторов и стержней,
центрифуг, фильтров и отстоя в баках с пере-
городками.
Отделочно-расточные станки (ОРС)
предназначены для тонкого финишного раста-
чивания цилиндрической и произвольной
формы образующей точных отверстий с обес-
печением высокой точности и качества по-
верхности и взаимного расположения. На
станках могут выполняться также дополни-
тельно подрезка наружных и внутренних тор-
цов, протачивание канавок, обтачивание на-
ружных цилиндрических, конических и кри-
волинейных поверхностей. Станки предназна-
чены для обработки деталей в крупносерийном
и массовом производстве, однако создание
сравнительно легко переналаживаемых ОРС
привело к возможности их использования в
стабильном производстве деталей с меньшей
серийностью.
430
Глава 1.13. СТАНКИ С^ВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
Классификация ОРС, приведенная в
табл. 1.13.13, не является исчерпывающей.
Изготовляют также станки, в которых обраба-
тываемые детали устанавливают в патроне,
смонтированном на шпинделе, а инструмент в
суппорте, закрепленном на подвижном столе;
станки с подвижными головками и двухкоор-
динатным столом; комбинированные станки с
горизонтальными и вертикальными подвиж-
ными шпиндельными головками и т.д.
1.13.13. Основные типы отделочно-расточных станков
Тип и схемы станков
Горизонтальные с подвижным
столом
Основные компоновочные и
конструктивные особенности
Одно- или многошпиндель-
ные станки с неподвижными
параллельными между собой
шпиндельными головками,
расположенными на жестко
закрепленных на станине П-
образных балках ("мостах") с
одной (а) или двух противо-
положных (б) сторон от об-
рабатываемой детали; под-
вижным по направляющим
станины параллельно осям
шпинделей столом, на кото-
ром в приспособлении за-
крепляются обрабатываемые
детали
Область применения
Станки с шириной рабочей
поверхности стола 320
800 мм и диаметром раста-
чиваемых отверстий 8 -
400 (500) мм. Используются
в серийном и крупносерий-
ном производстве, а осна-
щенные устройствами авто-
матической смены обраба-
тываемых деталей, - в мас-
совом производстве, в том
числе в составе автоматиче-
ских линий
С неподвижным столом и
подвижными шпиндельными
головками
б)
Одно- или многошпиндель-
ные станки со шпиндельны-
ми головками, расположен-
ными на подвижных парал-
лельно оси шпинделя сило-
вых столах относительно
обрабатываемой детали с
одной (а), нескольких сто-
рон в горизонтальной (б) и
нескольких сторон в гори-
зонтальной и вертикальной
плоскостях (в). Неподвиж-
ный стол с горизонтальной
рабочей поверхностью для
установки обрабатываемой
детали (как правило, в спе-
циальном приспособлении)
Станки с шириной рабочей
поверхности силового стола
500 - 1250 мм и диаметром
растачивания 8 - 400
(500) мм. Используются в
крупносерийном производ-
стве, в том числе в составе
автоматических линий, для
обработки корпусных дета-
лей с ограниченными требо-
ваниями к точности формы
и взаимного расположения
обрабатываемых поверхно-
стей
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ СВЕРЛИЛЬНЫЕ И РАСТОЧНЫЕ СТАНКИ
431
Продолжение табл. 1.13.13
Область применения
Тил и схемы станков
Основные компоновочные и
конструктивные особенности
Вертикальные с подвижными
головками на силовом столе
(платформе)
Одно- и многошпиндельные
станки со шпиндельными
головками, расположенными
на подвижных параллельно
оси шпинделей салазках или
силовых столах; неподвиж-
ным (выкатным для смены
обрабатываемых деталей)
столам с горизонтальной
рабочей поверхностью для
установки обрабатываемой
детали или приспособления
Станки с шириной силового
стола 630 - 1250 мм и наи-
большим диаметром раста-
чиваемых отверстий 8 - 400
(500) мм. Используются в
серийном и крупносерий-
ном производстве для обра-
ботки отверстий (в том чис-
ле с повышенным отноше-
нием длины к диаметру) в
средних и крупных корпус-
ных деталях
Вертикальные с подвижной
шпиндельной бабкой
Одношпиндельные станки с
вертикально-подвижной по
направляющим стойки
шпиндельной бабкой, обес-
печивающей возможность
работы сменными шпинде-
лями для различных диапа-
зонов растачиваемых отвер-
стий. Неподвижный, выкат-
ной или крестовый горизон-
тальный стол
Станки со столами шири-
ной 400 - 630 мм. Исполь-
зуются в ремонтных произ-
водствах двигателей различ-
ного типа
Качество обработки на ОРС определяется
круглостью поперечного сечения и профилем
продольного сечения (цилиндричностью) рас-
точенного отверстия. В горизонтальных стан-
ках с подвижным столом отклонение отвер-
стий от круглости во всем диапазоне растачи-
ваемых отверстий находится в пределах 0,5 -
1,2 мкм, а шероховатость не грубее Ra = 0,32 =-
0,63 мкм (в зависимости от материала заготов-
ки).
К жесткости, виброустойчивости и тер-
мостабильности ОРС, предъявляют высокие
требования, что обуславливает соответствую-
щие требования к базовым деталям, которые
выполняются из качественных серых чугунов и
имеют коробчатую с хорошим оребрением
форму. Как правило, жесткость станины гори-
зонтальных станков с подвижным столом
обеспечивает возможность установки станка на
фундаменте на трех опорных элементах. При-
знана целесообразность изготовления станин и
мостов из обладающих высокой демпфирую-
щей способностью и термостабильностью гра-
нитов или искусственных материалов
(например, синти-рана). Для горизонтально
перемещающихся узлов большей частью ис-
пользуются традиционные для прецизионных
станков одна плоская и одна V-образная на-
правляющие скольжения, а для вертикально
перемещающихся узлов - замкнутые прямо-
угольные направляющие.
Шпиндельные головки являются наибо-
лее ответственными узлами ОРС, в основном
определяющими точность и качество обработ-
ки. Одно шпиндельные головки, как правило,
являются унифицированными узлами, присое-
динительные размеры которых стандартизова-
ны (ГОСТ 19590-85). В шпиндельные головки
могут быть встроены устройства для радиаль-
ной подачи резца при растачивании отверстий
различных диаметров и подрезки торцов, для
подналадки резцов при износе, отвода резца
от растачиваемой поверхности при обратном
ходе, зажима обрабатываемой детали, контроля
обработки и т. д.
В станках для обработки определенной
детали применяются нерегулируемый привод
главного движения с асинхронным электро-
двигателем, а в переналаживаемых станках -
регулируемый привод постоянного тока. Во
всех случаях для снижения вибрации шпинде-
ля в качестве последнего звена используют
ременную передачу. В случае необходимости
особой изоляции шпиндельных узлов от влия-
ния возмущающих воздействий привода воз-
можно использование ременной передачи с
432
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
двумя дугами контакта ремня с вмонтирован-
ным на шпиндельной головке ведомым шки-
вом за счет расположения натяжного ролика
по другую сторону от ведущего шкива
(относительно ведомого).
Подача рабочих органов осуществляется с
помощью гидроцилиндров или передач винт-
гайка качения; причем в последнем случае при
использовании широко регулируемых электро-
двигателей сравнительно просто и надежно
обеспечивается плавность малых рабочих по-
дач, требуемая для финишной обработки.
Многопшиндельные сверлильные станки
для обработки плоских деталей. Станки пред-
назначены для сверления большого количества
отверстий в деталях типа решеток, фильер,
печатных плат и т. п. в серийном и крупносе-
рийном производстве. Наибольшее распро-
странение получили станки для обработки
печатных плат из неметаллических материалов
для электронной промышленности. Большин-
ство таких станков обеспечивает возможность
выполнения контурного фрезерования внеш-
них торцовых сторон заготовок, окон и пазов
различной конфигурации. Станки оснащают
устройствами ЧПУ, автоматической смены
инструментов и деталей.
Высокая производительность достигается
за счет количества одновременно работающих
шпинделей и быстродействия механизмов. В
связи с этим широко используют аэростатиче-
ские опоры и направляющие исполнительных
органов, хорошо демпфирующие колебания и
" повышающие термостабильность при интен-
сивной работе материалы, например, гранит
или его искусственные заменители (типа гра-
нитана).
Частота вращения шпинделей при свер-
лении неметаллических материалов достигает
100 - 120 тыс. мин-1, скорость перемещения -
12 000 - 15 000 мм/мин при времени разгона и
торможения 0,1 - 0,15 с. При этом обеспечи-
вается точность межцентровых расстояний
порядка 20 мкм и погрешность отклонения от
фрезеруемого контура порядка 30 мкм.
1.13.5. ФРЕЗЕРНЫЕ СТАНКИ.
КОНСТРУКЦИИ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Консольные фрезерные станки (КФС)
предназначены для обработки плоских и фа-
сонных поверхностей небольших и средних
деталей произвольной формы: плоских, кор-
пусных, типа тел вращения и фигурных. Кро-
ме фрезерования на станках можно проводить
сверление, зенкерование, растачивание и раз-
вертывание отверстий, а также нарезание резь-
бы [1, 2, 23].
Основная область использования КФС -
единичное и мелкосерийное производство.
Однако при оснащении их специальными
приспособлениями и устройствами автомати-
зации рабочих циклов, а также системами
ЧПУ станки смогут эффективно эксплуатиро-
ваться в серийном производстве.
В качестве основного параметра, по ко-
торому построены типоразмерные ряды стан-
ков, принята ширина рабочей поверхности
стола.
Для обработки деталей с нескольких сто-
рон станки могут оснащаться поворотными
столами с горизонтальной или (и) вертикаль-
ной осью вращения.
Области применения и основные осо-
бенности различных типов КФС приведены в
табл. 1.13.14.
Размеры КФС с шириной стола 100 -
400 мм стандартизированы в ГОСТ 165-81.
Традиционно выделяются в самостоятельную
группу точные широкоуниверсальные фрезер-
ные станки (ШУИФС), которые широко ос-
нащены инструментальной оснасткой.
Несущая система КФС состоит из осно-
вания и стойки. Стойки отливаются из серого
или модифицированного чугуна и снабжены
направляющими для вертикального перемеще-
ния консоли и горизонтального перемещения
ползуна, если таковое предусмотрено. Направ-
ляющие используют как типа ’’ласточкин
хвост", так и прямоугольные. Полости основа-
ния используют как отстойники и резервуары
для СОЖ; на основании могут монтироваться
корыта различной конфигурации для сбора
СОЖ и стружки.
Столы имеют, как правило, удлиненную
прямоугольную форму с отношением длины к
ширине 2,5 : 1, что обеспечивает возможность
работы с дополнительными приспособлениями
(например, делительной головкой), а также
обработки длинномерных деталей. Для креп-
ления приспособлений и обрабатываемых де-
талей на столах используют продольно распо-
ложенные Т-образные пазы. Для перемещения
столов применяют винтовые, реже червячно-
реечные передачи.
Невыдвижные или расположенные в пи-
ноли либо выдвижном ползуне шпиндельные
узлы испытывают значительные на!рузки и
монтируются на радиальных или радиально-
упорных роликоподшипниках. При использо-
вании радиальных подшипников предусматри-
вают также дополнительный упорный шари-
коподшипник.
Установку инструмента осуществляют с
помощью конуса с конусностью 7 : 24, либо
(для крупных торцовых фрез) на конце шпин-
деля с центровкой по его наружному диаметру.
Для передачи крутящего момента на переднем
торце шпинделя имеются съемные или выпол-
ненные как одно целое призматические шпон-
ки. Для зажима инструмента в шпинделе ис-
пользуют ручные или механизированные уст-
ройства.
ФРЕЗЕРНЫЕ СТАНКИ
433
Область применения
1.13.14. Основные типы консольно-фрезерных станков
Тип и схемы станков
Основные компоновочные в
конструктивные особенности
Консольные фрезерные
горизонтальные
Одношпиндельные станки с горизон-
тальным шпинделем и дополнитель-
ной опорой ("серьгой”) для инстру-
ментальной оправки. Крестовопере-
мешающийся в горизонтальной плос-
кости стол смонтирован на вертикаль-
но перемещающейся по направляю-
щим стойки консоли. В универсаль-
ных станках предусматривается воз-
можность поворота стола в горизон-
тальной плоскости на угол до ± 45°.
На станках могут устанавливаться дол-
бежные и вертикальные фрезерные
головки
Станки с шириной
стола 100 - 400 мм.
Используются для
обработки плоско-
стей. пазов и фа-
сонных (в том
числе винтовых)
поверхностей в
единичном и мел-
косерийном про-
изводстве в основ-
ных и вспомога-
тельных цехах
Консольные фрезерные
горизонтальные
универсальные
Станки с основным горизонтальным и
дополнительным поворотно-наклон-
ным шпинделем (я), смонтированны-
ми на ползуне, имеющем установоч-
ное горизонтальное перемещение. В
качестве дополнительного шпиндель-
ного устройства может быть использо-
вана поворотно-наклонная фрезерная
головка с автономным приводом глав-
ного движения (б). Крестовопереме-
щающийся в горизонтальной плоско-
сти стол смонтирован на вертикально
перемещающемся по направляющим
стойке консоли
Станки с шириной
стола 100 - 400 мм.
Используются в
инструментальных
и других вспомо-
гательных цехах
для обработки
произвольно рас-
положенных в
пространстве по-
верхностей за одну
установку обраба-
тываемой детали
Фрезерные широко универ саль-
ные инструментальные
Станки с горизонтальным и дополни-
тельным откидным вертикальным
шпинделем, смонтированными на
поперечно-подвижном в горизонталь-
ной плоскости ползуне. Стол с верти-
кальной поверхностью для крепления
как обрабатываемой детали, так и го-
ризонтального неповоротного или
поворотного рабочего стола совершает
крестовое перемещение в вертикаль-
ной плоскости. Moiyr оснащаться
устройствами ЧПУ и автоматизации
смены инструментов и заготовок
Станки с шириной
вертикального
стола 125 - 500 мм.
Используются для
выполнения раз-
нообразных фре-
зерных, а также
сверлильных и
расточных работ в
единичном и мел-
косерийном, а при
оснащении уст-
ройствами ЧПУ, и
в серийном про-
изводстве
434
Глава I 13 СТАНКИ СВЕРЛИЛЫ1О ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
Продолжение табл. 1.13.14
Область применения
Тип и схемы ста) ков
Основные компоновочные и
конструктивные особенности
Консольные фрезерные
вертикальные
Станки с вертикальным или поворот-
ным в вертикальной плоскости пи-
нольным шпинделем. Крестово пере-
мещающийся в горизонтальной плос-
кости стол смонтирован на вертикаль-
но перемещающейся по направляю-
щим стойки консоли. Оснащаются
копировальными устройствами и
сравнительно простыми устройствами
ЧПУ
Станки с шириной
стола 100 - 400 мм.
Используются для
фрезерования и
растачивания раз-
личных. в том
числе наклонных
поверхностей в
единичном и мел-
косерийном, а при
оснащении уст-
ройствами автома-
тизации цикла, в
серийном произ-
водстве
Консольные фрезерные
вертикальные с ползуном
Модификация консольно-фрезерных
вертикальных станков со шпинделем,
смонтированным в вертикально под-
вижном ползуне. Могут оснащаться
устройствами ЧПУ и автоматизации
смены инструментов
Станки с шириной
стола 320 - 400 мм.
Оснащенные уст-
ройствами автома-
тизации станка
используются в
серийном произ-
водстве
Широкоуниверсальные
консольные фрезерные
а)
Станок поворотный относительно двух
(а) или трех (б) осей шпинделем,
смонтированным на поперечно-
подвижном ползуне. Может также
оснащаться поворотной относительно
горизонтальной оси фрезерной голов-
кой с вертикальным и горизонталь-
ным шпинделями (в). Горизонталь-
ный, перемещающийся только в про-
дольном направлении, стол смонтиро-
ван на вертикально перемещающейся
по направляющим стойке консоли
Станки с шириной
стола 320 - 400 мм.
Используются для
обработки деталей
повышенной точ-
ности с произ-
вольно располо-
женными в про-
странстве поверх-
ностями во вспо-
могательных це-
хах. единичном и
мелкосерийном
производстве
в)
ФРЕЗЕРНЫЕ СТАНКИ
435
Рис. 1.13.10. Шпиндельные узлы консольно-фрезерных
станков:
а - с ручным зажимом инструмента;
б - с электромеханическим зажимом
Рис. 1.13.11. Коробка скоростей консольно-фрезерного
станка
При ручном зажиме в шпинделе преду-
сматривается сквозное отверстие для штанги
упирающейся в задний его торец, и передним
резьбовым концом взаимодействующей с резь-
бовым отверстием в хвостовике инструмента
(инструментальной оправки) На переднем
торце шпинделя выполняют резьбовые отвер-
стия для закрепления фрез, устанавливаемых
по его наружному диаметру. На рис. 1.13.10
показаны шпиндельные узлы КФС с ручным и
электромеханическим зажимом инструмента.
В станках с ручным управлением обычно
используют ступенчато-регулируемые приво-
ды, которые состоят из асинхронного электро-
двигателя и коробки скоростей. Ступенчатые
коробки скоростей с горизонтальными валами
монтируются в станине (рис. 1.13.11), либо
ползуне, несущем шпиндельный узел. Связь
коробки скоростей с вертикальным шпинде-
лем осуществляется через быстроходные кони-
ческие зубчатые колеса. Переключение частот
вращения шпинделя производится вручную,
либо с помощью дистанционных гидравличе-
ских или электромеханических (в том числе
зубчатых электромагнитных муфт) устройств.
В автоматизированных станках с бессту-
пенчатым приводом главного движения ис-
пользуют электродвигатели постоянного тока
или асинхронные электродвигатели перемен-
ного тока с частотным регулированием, при-
чем для обеспечения постоянной мощности на
большей части диапазона частот вращения
шпинделя используют двух- или трехступенча-
тые зубчатые переборы.
На горизонтальных широкоуниверсаль-
ных КФС используют поворотные фрезерные
головки с электродвигателем, установленным
на головке и связанным со шпинделем через
временной и зубчатый переборы (рис. 1.13.12).
В приводах подач станков с ручным
управлением используются нерегулируемые
электродвигатели переменного тока со ступен-
чатыми коробками подач.
В ШУИФС и вертикальных КФС с пол-
зуном, оснащенных устройством ЧПУ, ис-
пользуют раздельные приводы подач по
управляемым координатам с регулируемыми
электродвигателями, связанными через редук-
тор или напрямую с шариковыми винтовыми
механизмами перемещения исполнительных
органов
Технические возможности станков могут
быть значительно расширены применением
принадлежностей и приспособлений: свер-
лильной, резцовой, быстроходной фрезерной,
долбежной, подрезанной и шлифовальной
инструментальных головок, делительной го-
ловки поворотного и поворотно-наклонного
стола, измерительной оснастки и т. д.
Рис. 1.13.12. Поворотная фрезерная головка
436
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
Бесконсольные фрезерные станки (БФС)
предназначены для обработки плоских и фа-
сонных поверхностей плоскостных и корпус-
ных деталей средних и больших размеров в
разнообразных условиях основного производ-
ства машиностроительных предприятий. Учи-
тывая сложность переустановки крупных кор-
пусных деталей на БФС могут осуществляться
также расточные и сверлильные операции.
Станки оснащают поворотными или поворот-
но-наклонными столами - для обработки
сравнительно небольших заготовок и угловы-
ми, поворотными и поворотно-наклонными
инструментальными головками - для обрабо-
ток крупногабаритных деталей с разных сто-
рон.
Современные БФС практически не изго-
товляют с ручным управлением и оснащают
элементами программного управления
(цифровая индикация с преднабором коорди-
нат и т.д.) или ЧПУ [31].
Станки можно оснащать копировальны-
ми и программно-копировальными устройст-
вами, механизмами автоматизации смены ин-
струментов и смены заготовок.
.Области применения и основные осо-
бенности вертикальных станков с крестовым
столом основных типов приведены в табл.
1.13.15.
1.13.15. Основные типы бескоисольных вертикальных фрезерных станков
Тип и схемы станков
Основные компоновочные и кон-
структивные особенности
Область применения
С вертикальным шпинделем
п— ‘1 3. 1
1 Vp end 1 1
Одношпиндельные (а) или
многошпиндельные (б) стан-
ки с пинольным, ползунко-
вым или невыдвижным
шпинделем (шпинделями),
смонтированным на верти-
кально-подвижной бабке.
Крестовый в горизонтальной
плоскости стол при необхо-
димости оснащают поворот-
ными вокруг горизонтальной
оси или поворотно-
наклонными столами. Воз-
можно также оснащение ко-
пировальными или про-
граммно-копировальными
устройствами, устройствами
автоматической смены инст-
рументов
Станки с шириной стола
250 - 1000 мм, с ручным
управлением или ЧПУ ис-
пользуют в единичном, ма-
лосерийном и серийном
производстве для обработки
плоских и пространственных
поверхностей в мелких и
средних корпусных деталях
произвольной формы. Мно-
гошпиндельные станки с
ЧПУ и копировальными
устройствами используют в
крупносерийном производ-
стве
С поворотным шпинделем
Ю'--Л
^/4
Одношпиндельные станки с
поворотным шпинделем пи-
нольного или ползункового
типа, смонтированным на
вертикально-подвижной баб-
ке. Крестовый в горизонталь-
ной плоскости неповоротный
(а) или с накладным пово-
ротным вокруг горизонталь-
ной оси дополнительным
столом обычно в комплекте с
задним центром для установ-
ки обрабатываемых деталей
типа тел вращения (б). Осна-
щают устройствами ЧПУ
Станки с шириной стола
400 - 800 мм. Используют
для обработки плоских и
пространственных поверхно-
стей в корпусных деталях
типа тел вращения в серий-
ном производстве
ФРЕЗЕРНЫЕ СТАНКИ
437
Продолжение табл. 1.13.15
Область применения
Тип и схемы станков
Основные компоновочные и кон-
структивные особенности
С поворотно-наклонным
шпинделем
Одношпиндельные станки с
поворотно-наклонным шпин
делем пинольного или пол-
зункового типа, смонтиро-
ванным на вертикально-
подвижной бабке. Крестовый
в горизонтальной плоскости
неповоротный стол. Оснаща-
ют устройствами ЧПУ
Станки с шириной стола
630 - 1000 мм используют
для обработки сложных про-
странственных поверхностей
в деталях произвольной
формы (штампов, сложных
корпусов и т.п.) в условиях
производств различных ти-
пов
Несущая система станков состоит из же-
стких (обычно из качественного литого чугуна)
деталей и в сочетании с развитой шпиндель-
ной группой и главным приводом высокой
мощности обеспечивает возможность работы
на оптимальных режимах резания любыми
инструментами, в том числе из сверхтвердых
материалов и керамики.
В направляющих подвижных узлов ис-
пользуются пары зрения скольжения
(закаленная сталь или чугуны - пластиковые
накладки на подвижных узлах) по основным
несущим граням и качения по боковым ори
ентирующим сторонам. В станках с удлинен-
ными столами с отношением длины к ширине
более 1,6 используют дополнительные направ-
ляющие для поперечно-подвижных салазок.
Шпиндельные узлы монтируют на мощ-
ных двухрядных роликовых подшипниках с
коническим внутренним кольцом (для речули-
рования натяга) и независимыми упорными
шариковыми подшипниками. Возможно также
использование конических радиально-упорных
подшипников, в том числе с регулируемым
натягом. В ручных станках шпиччдель монти-
руется в гильзе, имеющей установочное пере-
мещение; в станчсах с ЧПУ шпиччдель выпол-
нен неподвижным. Зажим инструмента в
шпиччделе механизирован, а в станках с ЧПУ -
автоматизирован с помощью пружинно-
ч ччдравлических устройств.
В тяжело начруженных и в то же время
достаточно быстроходных шпинделях могут
использоваться системы принудительного ох-
лаждения от станции смазки зуб>чатых передач
шпиндельной бабки. Привод главного движе-
ния осуществляется от асинхрочпчого электро-
двигателя через ступечгчатую коробчеу скоро-
стей (обычно 12 - 18 ступеней), либо от регу-
лируемого электродвигателя через двух-, трех-
ступенчатый перебор. Характерная для ручных
бесконсольно-фрезерных станков конструкция
пинольного шпиндельного узла, показана на
рис. 1.13.13.
Рис. 1.13.13. Пинольный шпиндельный узел
бесконсольно-фрезервого станка
Мощные, рассчитанные на тяжелые ус-
ловия работы, а потому имеющие значитель-
ную массу шпиндельные бабки, особеччно при
использовании поворотных чч наклонно-
поворотных шпинделей, имеют механизм гид-
раразгрузки.
В приводах подачи .использую! регули-
руемые электродвигатели в сочетании с шари-
ковыми винтовыми передачами и измеритель-
ными преобразователями (для станков с циф-
ровой индикацией и ЧПУ) косвенного или
непосредственного измерения положения ра
бочего органа.
Основные типы бесконсольных продоль-
ных фрезерных станков, их компоновочные и
конструктивные особенности, а также области
применения приведены в табл. 1.13.16.
438
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
1.13.16. Основные типы бесконсольных продольных фрезерных станков
Тип и схемы станков
Основные компоновочные и
конструктивные особенности
Область применения
С подвижным столом и
крестово-подвижной
поперечиной
Станки с вертикальным (а)
или поворотно-наклонным
(б) шпинделем, смонтиро-
ванным на конце выдвижной
поперечины, имеющей также
вертикальное перемещение
по неподвижной стойке.
Продольно-подвижный го-
ризонтальный стол. Осна-
щают устройствами ЧПУ
С подвижным столом и
вертикально - подвижной
поперечиной
Одностоечные (а) и двухсто-
ечные (б) станки с верти-
кальными или вертикальны-
ми и горизонтальными вы-
движными шпинделями.
Вертикальные шпиндельные
бабки смонтированы с воз-
можностью горизонтального
перемещения на вертикаль-
но-подвижной поперечине.
Горизонтальные шпиндель-
ные бабки смонтированы на
стойках с возможностью
вертикального перемещения.
Продольно-подвижный го-
ризонтальный стол. Стойка
или портал неподвижны и
жестко связаны со станиной
стола. Исполнения с пово-
ротными до ± 45° шпин-
дельными бабками
Станки с шириной стола до
1250 мм используют для
обработки (в том числе
длинномерных) деталей
произвольной формы в раз-
личных условиях производ-
ства
Станки с шириной стола
500 - 1600 (одностоечные) и
500 - 5000 мм (двухстоеч-
ные). Используют для обра-
ботки деталей произвольной
формы (в том числе длин-
номерных) в различных
условиях производства
С подвижным столом и
неподвижной поперечиной
Одностоечные (а) и двухсто-
ечные (б) станки с верти-
кальными шпинделями
(шпиндельными бабками)
ползункового типа, смонти-
рованными с возможностью
горизонтального перемеще-
ния на неподвижной попе-
речине. Продольно-подвиж-
ный стол. Стойка или портал
неподвижны и жестко связа-
ны со станиной стола. Явля-
ются преимущественным
Станки с шириной стола
500 - 1600 (одностоечные) и
500 - 5000 мм (двухстоеч- .
ные). Условия использова-
ния те же, но при оснаще- г
нии ЧПУ с дополнительной
возможностью фрезерова-
ния произвольных контур-
ных и объемных поверхно-
стей
ФРЕЗЕРНЫЕ СТАНКИ
439
Продолжение табл. 1.13.16
Тип и схемы станков
Основные компоновочные и
конструктивные особенности
Область применения
исполнением станков с под-
вижным столом для оснаще-
ния устройствами ЧПУ,
программно-управляемыми
угловыми и поворотными
шпиндельными головками,
устройствами автоматиче-
ской смены инструментов
С подвижной стойкой и
крестово-подвижной
поперечиной
Станки с вертикальным (а)
или поворотно-наклонным
(б) шпинделем, смонтиро-
ванным на конце выдвижной
поперечины, имеющей вер-
тикальное перемещение по
продольно-подвижной стой-
ке. Неподвижный стол-плита
или тумба. Оснащают также
двумя стойками, располо-
женными по одну или пово-
ротные стороны стола, уст-
ройствами ЧПУ и автомати-
ческой сменой инструментов
Станки с шириной рабочей
поверхности плиты (тумбы)
до 1250 мм. Используют для
относительно небольших
длинномерных деталей про-
извольной формы в услови-
ях производств различного
типа
Станки с вертикальным
шпинделем-ползуном.
Шпиндельная бабка смонти-
рована на поперечине порта-
ла с возможностью горизон-
тального перемещения. Не-
подвижный стол-плита. Пе-
ремещение портала осущест-
вляется по направляющим
на плите или фундаменте.
Оснащают устройствами
ЧПУ, Программно-
управляемыми угловыми и
поворотными головками,
устройствами автоматиче-
ской смены инструментов
Станки с шириной рабочей
поверхности плиты-стола
1000 - 5000 мм и более.
Используют для крупных (в
том числе длинномерных)
деталей произвольной фор-
мы и большой массы в ус-
ловиях производств различ-
ного типа
Крупные и относительно невысокие ба-
зовые детали продольных станков (станина,
стол) требуют специальных мероприятий для
обеспечения стабильности их геометрии при
работе. Длинные и во многих случаях состав-
ные станины связаны с фундаментом с помо-
щью специальных регулируемых башмаков и
заливаемых в фундамент промежуточных ме-
таллических опор. На продольных станках
применяют для продольно-подвижного стола
V-образную и плоскую направляющие с парой
трения антифрикционный пластик - чугун
(закаленный чугун). В станках с подвижными
стойками и порталами используют прямо-
угольные направляющие скольжения со сталь-
ными закаленными планками и пластмассо-
440
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
выми накладками на подвижных узлах по не-
сущим плоскостям и качения - по ориенти-
рующим плоскостям, либо качения по всем
плоскостях. Направляющие поперечины круп-
ных станков обрабатываются с учетом ее де-
формации при перемещении тяжелых шпин-
дельных бабок. С целью обеспечения надеж-
ной смазки направляющих скольжения тяжело
нагружаемых столов используют системы гид-
роразгрузки с автоматической стабилизацией
его положения относительно станка.
Шпиндельные бабки ручных станков
могут выполняться со ступенчатыми коробка-
ми скоростей (рис. 1.13.14). В современных
станках получили распространение шпиндель-
ные бабки ползункового типа, приспособлен-
ные для установки сменных узлов (поворотных
фрезерных головок, удлинителей, шлифоваль-
ных и поворотных головок, строгальных рез-
цедержателей и др.), позволяющих выполнить
комплексную обработку крупных корпусных
деталей без их перестановки. Установка тяже-
лых навесных головок обычно выполняется
механизированной или автоматизированной
(для станков с ЧПУ).
В приводах главного движения приме-
няют регулируемые электродвигатели в сочета-
нии с перебором, имеющим до четырех ступе-
ней и позволяющих осуществлять дистанци-
онное (в станках с ЧПУ автоматическое)
управление.
Рис. 1.13.14. Ступенчатая коробка скоростей
фрезерного станка
В приводах подачи исполнительных ор-
ганов используют регулируемые электродвига-
тели в сочетании с винтовыми передачами
качения или червячно-реечными (для переме-
щений, превышающих допустимые длины
винтов) передачами. При необходимости до-
полнительного расширения диапазона подач
(например, для обеспечения не только фрезе-
рования, но и строгания) используют двух-
двигательные приводы подачи стола с общим
диапазоном регулирования до 40 000. Приво-
ды подачи подвижных поперечин и порталов
выполняют двусторонними с синхронизацией
скорости перемещения.
1.13.6. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ФРЕЗЕРНЫЕ СТАНКИ.
КОНСТРУКЦИИ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Наиболее широко распространены копи-
ровально-фрезерные станки, шлицефрезерные
полуавтоматы (см. 1.14), карусельно-фрезер-
ные станки, резьбонарезные (см. 1.15) и шпо-
ночно-фрезерные полуавтоматы.
Копировально-фрезерные (ФКС) предна-
значены для обработки деталей сложной кон-
фигурации, применяемых в кузнечно-
штамповочном и литейном производствах, а
также пресс-форм, гребных винтов, роторов
гидравлических машин, кулачКов и др. Обра-
ботка деталей на ФКС ведется по копирам,
выполняемым в масштабе 1 : 1 (или другом)
по отношению к размерам обрабатываемой
детали. На одной базе с этими станками вы-
пускаются более производительные станки с
ЧПУ, которые обеспечивают более высокую
точность обработки, а также станки программ-
но-копировальные, в которых запись управ-
ляющей программы производится при скани-
ровании копира, а затем по этой программе
обрабатываются детали [29].
На станках может осуществляться кон-
турная (двухкоордипатная), строчечная и
трехмерная (трехкоординатная) обработка, а
также зеркальное копирование. Для обработки
особо сложных деталей используют станки,
работающие по четырем, пяти и координатам
более.
Различают ФКС с механическими, гид-
равлическими и элекгрическими копироваль-
ными устройствами. Механические устройства
выполняют в виде пантографов (шарнирных
параллелограммов) или в виде механических
устройств непосредственно контактирующих с
копирами (кулачками), имеющими с ними
силовое замыкание и передающих движение
на инструмент или деталь. Погрешность обра-
ботки при использовании этих устройств,
вследствие малой чувствительности и погреш-
ностей изготовления звеньев механизмов, а
также быстрого изнашивания копира, мала.
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ФРЕЗЕРНЫЕ СТАНКИ
441
Пантограф для пространственного копи-
рования отличается тем, что может поворачи-
ваться относительно оси, параллельной рабо-
чей поверхности стола. При этом специальное
направляющее устройство обеспечивает сохра-
нение перпендикулярности оси щупа к рабо-
чей поверхности. Копировальные системы с
пантографом обычно применяют в гравиро-
вальных станках, которые используют в еди-
ничном и мелкосерийном производстве для
гравировальных работ и фрезерования шабло-
нов, лекал, штампов и пресс-форм. Изменение
масштабов копирования достигается регулиро-
ванием длины плеч пантографа. На станках
могут применяться механизмы привода щупа
по одному или двум взаимно перпендикуляр-
ным направлениям, что обеспечивает автома-
тизацию цикла обработки.
Электромеханические копировальные
устройства преобразуют линейные перемеще-
ния копировального пальца ощупывающего
устройства в электрические сигналы, посту-
пающие в блок управления приводами подач
станка и регулирующие скорость перемещения
соответствующих исполнительных органов.
Гидравлические копировальные устрой-
ства характеризуются небольшим давлением
щупа на копир и большой скоростью передачи
команд от копировального устройства к ис-
полнительным органам станка, оснащенного
гидравлическими приводами подач.
ФКС с ЧПУ позволяют записать по ко-
пиру управляющую программу и с ее помо-
щью обработать детали, не только повторяю-
щие копир, но и отличающиеся масштабом по
всем или отдельным осям координат, изгото-
вить прямую и зеркальную деталь, менять
масштабирование в заданных зонах детали,
использовать программу, описывающую чет-
верть или половину шаблона, для обработки
всей детали. Кроме того, можно измерить
копир или обработанную деталь по специаль-
ной программе и ввести поправки, повышаю-
щие точность.
Основные типы ФКС, их основные осо-
бенности и области применения приведены в
табл. 1.13.17.
Шпоночно-фрезерные полуавтоматы
предназначены для фрезерования шпоночных
пазов с наибольшей шириной 16 - 32 мм и
наибольшей длиной 250 - 2000 мм концевыми
и шпоночными фрезами в условиях серийного
производства. Шпиндель может быть распо-
ложен как горизонтально, так и вертикально.
При обработ ке пазов мерным инструмен-
том перед каждым проходом фрезерную го-
ловку или стол перемещают на глубину фрезе-
рования, а затем осуществляют только про-
дольную (вдоль оси детали) рабочую подачу.
При фрезеровании пазов немерным инстру-
ментом заданный размер паза получают путем
поперечного смещения стола при перемене
направления продольной подачи, либо с по-
мощью реализуемого с высокой точностью
качательного (осциллирующего) движения
гильзы шпинделя, который смонтирован в
этой гильзе с определенным эксцентрисите-
том.
Станки работают в полуавтоматическом
цикле. За одну установку обрабатываются один
или несколько соосных пазов одинаковой
ширины.
1.13.17. Основные типы копировально-фрезерных станков
Тип й схемы станков
Вертикальные с крестовым
столом
Основные компоновочные и
конструктивные особенности
Однощпиидельные станки (в
том числе на базе консоль-
ных и бескоисольных стан-
ков) с выдвижным пиноль-
ным или невьщвижным
шпинделем. Неподвижная
стойка с направляющими
для вертикального переме-
щения шпиндельной бабки.
Горизонтальный крестово-
перемещающийся стол. Ос-
нащаются преимущественно
гидравлическими и электро-
механическими копироваль-
ными устройствами
Область применения
Станки с шириной стола до
800 мм. Используются для
обработки небольших и
средних деталей сложной
конфигурации в серийном
производстве
442
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
Продолжение табл. 1.13.17
Область применения
Тип и схемы станков
Основные компоновочные и
конструктивные особенности
Вертикальные с продольно-
подвижным столом
Многошпиндельные станки
с выдвижными ползункового
типа и невыдвижными вер-
тикально-подвижным и
шпиндельными бабками.
Поперечно-подвижная стой-
ка и продольно-подвижный
горизонтальный стол. Осна-
щаются преимущественно
устройствами ЧПУ
Станки с шириной стола до
1000 мм. Используют для
обработки небольших и
средних деталей сложной
формы в крупносерийном
производстве. При оснаще-
нии ЧПУ возможно группо-
вое использование станков
от одного шаблона
(управляющей программы)
Горизонтальные с продольно-
подвижным столом
Одношпиндельные станки с
вертикально перемещающей-
ся по неподвижной стойке
шпиндельной бабкой пол-
зункового типа. Плита вер-
тикальной рабочей поверх-
ностью для установки обра-
батываемой детали и шабло-
на смонтирована на про-
дольно-подвижном столе (с
возможностью регулировоч-
ного смещения). Оснащают-
ся электромеханическими
копировальными устройст-
вами и ЧПУ
Станки с шириной рабочей
поверхности плиты детали
до 1000 мм. Используются
для обработки сложных
поверхностей в деталях типа
моделей, штампов, пресс-
форм и т.п. в единичном и
серийном производстве
Горизонтальные с продольно-
подвижной стойкой
Одношпиндельные станки с
вертикалыю-перемещаю-
шейся по стойке шпиндель-
ной бабкой ползункового
типа. Продольно-подвижная
стойка. Плита с вертикаль-
ной рабочей поверхностью
для установки обрабатывае-
мой детали монтируется на
неподвижной станине (с
возможностью регулировоч-
ного смещения). Щуп ко-
пирного устройства электро-
механического типа устанав-
ливается на шпиндельной
бабке (о) или на специаль-
ном кронштейне (б) с соот-
ветствующим расположением
плиты для шаблона
Станки с шириной стола
1600 мм и более. Использу-
ются для обработки слож-
ных поверхностей в круп-
ных деталях типа штампов,
пресс-форм и т.п. в еди-
ничном и серийном произ-
водстве
1.13.7. МНОГОЦЕЛЕВЫЕ СВЕРЛИЛЫЮ-ФРЕЗЕРПО-
РАСТОЧНЫЕ СТАНКИ.
КОНСТРУКЦИИ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Многоцелевые сверлильно-фрезерно-рас-
точные станки (МС) предназначены для ком-
плексной обработки корпусных, плоских и
других деталей произвольной формы и пред-
ставляют собой высокоавтоматизированное
металлорежущее оборудование с ЧПУ, обеспе-
чивающее производительную обработку в по-
луавтоматическом или автоматическом режи-
ме. Основной отличительной особенностью
МНОГОЦЕЛЕВЫЕ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНЫЕ СТАНКИ
443
Рис. 1.13.15. Структура многоцелевого станка
МС является обеспечение высокопроизводи-
тельного и точного выполнения процесса ре-
зания при сверлильных, расточных и фрезер-
ных работах. В ряде случаев на МС могут вы-
полняться и другие виды обработки, напри-
мер, точение, шлифование, строгание.
По сравнению с традиционными станка-
ми сверлильно-фрезерно-расточной группы
МС характеризуются высоким уровнем авто-
матизации цикла обработки вследствие широ-
ких возможностей устройств ЧПУ и оснаще-
ния системами автоматической смены инстру-
ментов и заготовок [18].
На рис. 1.13.15 представлена структура
МС, в состав которого помимо собственно
станка входят дополнительные системы и уст-
ройства, обеспечивающие автоматизацию ос-
новных и вспомогательных циклов обработки.
Сплошными рамками очерчены элементы,
обязательно входящие в состав МС.
В табл. 1.13.18 приведена классификация
МС по технологическим признакам. Более
подробно о технологических возможностях
МС - см. 1.13.8.
Для МС основного исполнения точность
относительного положения рабочих органов и
траектории их перемещения, а также обраба-
тываемых поверхностей, соответствуют требо-
ваниям к точности основной массы деталей
машиностроения. Прецизионные МС по гео-
метрическим параметрам и точности позицио-
нирования близки к координатно-расточным
станкам соответствующего класса точности.
1.13.18. Основные классификационные группы
МС
Технологический признак Классификационные группы
Интеграция видов обработ- ки Сверлильно-фрезерно- расточные Фрезерно-расточные Сверлильно-фрезерные Сверлильно-фрезерно- расточные с возможностью других видов обработки (точение, шлифование т.д.)
Концентрация обработки С единичными инструмен- тами С много шпиндельным и го- ловками Комбинированные с еди- ничными инструментами и многошпиндельными го- ловками
Степень уни- версальности Для обработки с одной стороны Для обработки с четырех сторон Для обработки с пяти сто- рон и под различными углами
Точность Основного исполнения Прецизионные
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
444
иг-
Основные типы компоновок МС, их
особенности и область применения приведены
в табл. 1.13.19. Значительная часть МС имеет
одностоечную компоновку с неподвижным
крестовым или продольно-подвижным бескон-
сольным столом. При этом, как правило, ис-
пользуется стойка портального типа, по кото-
рой вертикально перемещается шпиндельная
бабка с жестким неподвижным шпинделем.
1.13.19. Основные типы многоцелевых сверлильно-фрезерно-расточных станков
Тип и схемы станков
Горизонтальные с крестовым
столом
Основные компоновочные и
конструктивные особенности
Станки с горизонтальным
шпинделем, смонтирован-
ным в шпиндельной бабке,
имеющей вертикальное (а)
или горизонтальное (б) пе-
ремещение по направляю-
щим неподвижной стойки.
Поворотный вокруг верти-
кальной оси стол имеет кре-
стовое перемещение в гори-
зонтальной (а) или верти-
кальной (б) плоскости
Область применения
Станки с шириной стола
преимущественно 200
1250 мм (о) и до 500 мм (б).
Используются для ком-
плексной обработки кор-
пусных деталей с четырех
сторон и под разными угла-
ми в одной плоскости. От-
личаются сравнительно не-
большими габаритными
размерами и массой
Горизонтальные с крестовой
стойкой
Горизонтальные с продольно-
подвижным столом
Вертикальные с крестовым
столом
Станки с горизонтальным
шпинделем, смонтирован-
ным в шпиндельной бабке,
имеющей вертикальное пе-
ремещение по направляю-
щим крестово-подвижной в
горизонтальной плоскости
стойки. Неподвижный пово-
ротный или поворотно-
наклонный стол
Станки с горизонтальным
шпинделем, смонтирован-
ным в шпиндельной бабке,
имеющей вертикальное пе-
ремещение по направляю-
щим поперечно-подвижной
стойки. Продольно-
подвижный поворотный (а)
или наклонно-поворотный
(б) стол. Станки типа (а)
мотуг оснащаться поворот-
ными или наклонно-
поворотными шпиндельны-
ми бабками
Станки с вертикальным
шпинделем, смонтирован-
ным в шпиндельной бабке,
имеющей вертикальное пе-
ремещение по направляю-
щим неподвижной стойки.
Стол имеет крестовое пере-
мещение в горизонтальной
плоскости. Может оснащать-
ся наклонным поворотным
вокруг горизонтальной оси
Станки с шириной стола
преимущественно свыше
800 мм. Используются для
комплексной обработки
средних и крупных корпус-
ных деталей, в том числе с
пяти сторон и под различ-
ными в пространстве угла-
ми. Улучшенные условия
стыковки с устройствами
автоматической смены заго-
товок и встраивания в ГПС
Станки с шириной стола
преимущественно 500
1250 мм. Используются для
комплексной обработки
средних корпусных деталей.
Улучшенные условия для
прецизионной обработки, в
том числе с пяти сторон и
под различными углами в
пространстве. При оснаще-
нии многошпиндельными
головками используются в
гибком серийном производ-
стве. Улучшенные условия
для встраивания в ГПС
Станки с шириной стола до
1000 мм. Используются для
комплексной обработки
плоских деталей. При осна-
щении поворотным столом
позволяют обрабатывать
детали произвольной фор-
мы, в том числе типа тел
вращения, под произволь-
ными углами в вертикаль-
ной плоскости
столом
МНОГОЦЕЛЕВЫЕ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНЫЕ СТАНКИ
445
Продолжение табл. 1.13.19
Тш и схемы станков Основные компоновочные и конструктивные особенности Область применения
Вертигальнь сто ie с крестовой йкой Станки с вертикальным шпинделем, смонтирован- ным в шпиндельной бабке, имеющей вертикальное пе- ремещение по направляю- щим крестово-подвижной в горизонтальной плоскости стойки. Неподвижный стол с горизонтальной рабочей поверхностью. Оснащаются поворотными вокруг гори- зонтальной оси или пово- ротно-наклонными столами Станки с шириной стола до 1000 (1250) мм. Использу- ются для комплексной об- работки плоских деталей. При оснащении поворот- ным или поворотно- наклонным столом позво- ляют обрабатывать детали произвольной формы, в том числе тел вращения, под произвольными углами в вертикальной плоскости или пространстве. Улучшенные условия стыковки с АСЗ и встраивания в ГПС
Вертикальные ПОЛВИЖН] двухстоечные ё ым столом Станки с вертикальным шпинделем, смонтирован- ным в шпиндельной бабке или ползуне, имеющих кре- стовое пересечение на не- подвижном портале. Про- дольно подвижный стол. Станки оснащают угловыми и поворотными шпиндель- ными головками Станки с шириной стола 500 - 5000 мм. Используют- ся для комплексной обра- ботки средних и крупных, в том числе длинномерных деталей произвольной фор- мы. При оснащении шпин- дельными головками воз- можна обработка с пяти сторон и под различными в пространстве углами
Вертикальные подвижны 1Ж двухстоечные с м порталом Станки с вертикальным шпинделем, смонтирован- ным в шпиндельной бабке или ползуне, имеющих кре- стовое пересечение на про- дольно-подвижном портале. Неподвижный стол-плита. Станки оснащаются угловы- ми и поворотными шпин- дельными головками Станки с шириной стола 1000 - 5000 мм. Использу- ются аналогично станкам с подвижным столом. Обес- печивают обработку деталей большой массы и в условиях ограниченных производст- венных площадей, однако с умеренными режимами обработки
Раздетение перемещений между столом и
стойкой облегчает достижение высокой точно-
сти траекторий и координатных перемещений
рабочих органов благодаря отсутствию на всей
длине перемещения консольного расположе-
ния стола относительно станины и уменьше-
нию взаимного влияния его перемещений при
крестовой конструкции. Имеется возможность
неограниченного увеличения длины стола и
его продольного перемещения в вертикальных
станках для длинномерных деталей.
Ограничение перемещений стола по ли-
нейным координатам улучшает условия сбора
и отвода стружки, стыковки с устройствами
автоматической смены обрабатываемых дета-
лей. В связи с этим даже при небольших раз-
мерах рабочей поверхности стола применяют
компоновки с крестовой стойкой, а в крупных
станках - компоновки с неподвижным или
перемещающимся по одной линейной коор-
динате столом.
В МС с поворотным вокруг двух осей
координат столом также используют компо-
новку с неподвижным или перемещающимся
только по одной координате столом. В станках
с шириной стола до 400 - 500 мм широко ис-
пользуют компоновку с крестовым суппортом
на вертикальных направляющих стойки, ана-
логичной компоновки широкоуниверсальных
фрезерных станков. Компоновку с поворот-
ным вокруг горизонтальной оси столом с вер-
тикальной рабочей поверхностью также ис-
446 Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-фГЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
------------——--------------------~ '
пользуют в МС небольших размеров, что
обеспечивает надежный отвод стружки и
СОЖ, удобство выполнения токарной обра-
ботки.
Двухстоечную компоновку применяют в
станках нормальной точности для обработки
крупных деталей и в прецизионных станках
всех типоразмеров. Станки с подвижным пор-
талом имеют существенно меньшую массу и
занимают меньшую площадь, чем станки с
неподвижным порталом и подвижным столом.
Система автоматической смены инстру-
ментов характеризуется наибольшими разме-
рами автоматически сменяемых инструментов,
вместимостью инструментального магазина и
быстродействием процесса смены (временем
"от реза до реза"). Система автоматической
смены обрабатываемый заготовок характеризу-
ется размерами рабочей поверхности столов-
спутников, вместимостью пристаночного на-
копителя спутников и временем, затрачивае-
мым на цикл смены [14].
Основным параметром типоразмерных
рядов многоцелевых станков (ГОСТ 27491-87)
принята ширина рабочей поверхности стола
(стола-спутника), которая для основной массы
выпускаемых станков имеет пределы 200 -
2000 мм с коэффициентом геометрической
прогрессии <р = 1,25.
Характерной особенностью МС является
варьирование по заказу в довольно широких
пределах размерных, силовых и скоростных
параметров, вместимости устройств автомати-
ческой смены инструментов и обрабатываемых
заготовок, что обеспечивает их большую при-
спосабливаемость к конкретным условиям
заказчика. Для реализации таких возможно-
стей широко используется блочно-модульный
принцип построения МС (см. 1.13.9).
Величины координатных перемещений
рабочих органов проектируют таким образом,
чтобы обеспечить обработку наибольших уста-
навливаемых на стол деталей и возможность
выхода инструмента за пределы обрабатывае-
мых поверхностей. В крупных вертикальных
станках для возможности обработки боковых
сторон детали с помощью угловых головок
перемещения рабочих органов во многих слу-
чаях увеличены.
Несущая система МС состоит из стани-
ны, одностоечной или двухстоечной колонны
и базовых деталей стола и шпиндельной баб-
ки. Высокие требования к производительности
и точности обработки вызывают необходи-
мость обеспечения повышенной жесткости
несущей системы. В то же время существует
регламентация высоты загрузки столов-
спутников на станок. В этих условиях обеспе-
чение требуемой жесткости связано не только
с оптимальным конструированием элементов
несущей системы, но и с рациональным выбо-
ром компоновки станка. ;1
В станках с крестовым столом или кре-
стовой стойкой необходимость использования
промежуточных базовых деталей (салазки сто-
ла или стойки) приводит к уменьшению высо-
ты станины, однако при небольшом переме-
щении стола возможно использование цельной
станины, что повышает ее жесткость. Для по-
вышения жесткости станины выполняют с
развитым оребрением и уменьшенными по
количеству и размерам окнами для выбивки
стержней. В некоторых случаях стержни вооб-
ще не выбивают, что способствует повышению
демпфирующей способности несущей систе-
мы.
Детали несущей системы МС, как прави-
ло, выполняют коробчатой прямоугольной
формы с сечениями, обеспечивающими наи-
большие моменты сопротивления и инерции.
Широкое распространение в МС получили
стойки портального типа, обеспечивающие
рациональное распределение металла по усло-
виям сопротивления различным видам нагру-
жения и симметричность тепловых деформа-
ций.
В МС используют три основных типа
направляющих: качения, комбинированные -
скольжения по основным несущим граням и
качения по боковым граням, скольжения по
всем граням. Наибольшее распространение
имеют направляющие качения с роликовыми
опорами.
Эффективное демпфирование колебаний
при использовании направляющих качения
достигается с помощью дополнительных
демпфирующих элементов, например, распо-
ложенных между опорами качения ползушек с
карманами глубиной до 0,03 мм, в которые
подается масло, образующее демпфирующую
пленку.
В комбинированных направляющих, как
правило, скольжение сохраняют по несущим
основную нагрузку граням, причем нагрузка
на эти поверхности может быть частично снята
с помощью подпружиненных роликов или
роликовых опор.
Шпиндельный узел МС является слож-
ным многофункциональным механизмом,
который служит не только для вращения, но и
автоматической замены, зажима и угловой
ориентации инструмента. Наибольшее распро-
странение в МС получили невыдвижные
шпиндели на подшипниках качения. Под-
шипниковые опоры шпинделя монтируют
либо в корпусе шпиндельной бабки, либо в
вынесенном вперед стакане с фланцем для его
крепления на корпусе бабки. Конструкция
шпинделя в съемном стакане позволяет соз-
дать на единой базе различные модификации
шпиндельных бабок по размеру и конфигура-
ции поверхностей для закрепления инструмен-
та или деталей, диапазону частот вращения, с
изменяемым положением оси шпинделя, а
ВЛИ^ОЦЕЙЕВЫЕ СВЕРЛИЛЬН°-фрЕЗЕрНО-рАсТОЧНЫЕ СТАНКИ 447
й—А—^ЫиЙиймйЙ—миийД^^ч^__________— .
Рис. 1.13.16.Шпиндельный узел многоцелевого станка
также облегчает монтаж и ремонт шпиндель-
ных узлов.
На рис. 1.13.16 показан шпиндельный
узел МС. Инструментальная оправка базирует-
ся в конусном отверстии шпинделя с конусно-
стью 7 : 24 и зажимается с помощью рычаж-
ного или цангового механизма усилием, созда-
ваемым пакетом тарельчатых пружин, а отжим
осуществляется с помощью гидроцилиндра.
Крутящий момент на инструментальную оп-
равку передается от шпинделя через их кон-
тактирующие конусные поверхности и через
шпонки на торце шпинделя, взаимодействую-
щие с пазами на фланце оправки.
Механизм угловой ориентации шпинде-
ля, необходимый для работы механизма смены
инструментов, может осуществляться с меха-
нической фиксацией заданного углового по-
ложения или с помощью датчиков без механи-
ческой фиксации. В корпусе шпиндельной
бабки смонтирован также механизм главного
привода, зубчатый подвижный блок которого
зацепляется с одной из закрепленных на
шпинделе шестерен.
В быстроходных шпинделях МС особое
значение приобретает термостабилизация
шпиндельного узла и механизмов привода
главного движения, расположенных, как пра-
вило, в одном корпусе со шпинделем. В пре-
цизионных МС часто применяют специальные
системы термостабилизации с холодильными
машинами. Такие системы имеют отдельный
от общей системы смазки бак и насос, с по-
мощью которого масло(рабочим телом могут
быть также вода или другие жидкости) из теп-
лообменника холодильной машины подается к
шпиндельному узлу и другим механизмам,
являющимся активными источниками тепло-
выделения или подвергающимся нежелатель-
ным температурным воздействиям. Теплота
отбирается от шпиндельного узла путем про-
пускания масла по нескольким продольным
каналам или винтовому каналу в гильзе шпин-
деля или в охватывающем ее стакане.
Для зажима инструментальных оправок в
шпинделе служит механизм, расположенный в
сквозном осевом отверстии. Оправка, захваты-
вается за грибообразный ввернутый в ее зад-
ний торец хвостовик шариковыми или рычаж-
ными замками. Усилие зажима создается с
помощью пакета тарельчатых пружин, а раз-
жима - с помощью гидравлического цилиндра,
смонтированного на заднем торце шпиндель-
ного устройства.
При повышенных требованиях к точно-
сти и стабильности установки инструмента в
шпиндель хвостовики оправок при смене
очищаются, преимущественно путем обдува
воздухом.
В приводах главного движения исполь-
зуются регулируемые электродвигатели посто-
янного или переменного тока в сочетании с
механическими коробками передач с неболь-
шим (два-четыре) количеством ступеней с
прямой передачей вращения на шпиндель при
высоких скоростях. На рис 1.13.17 показана
конструктивная схема главного привода МС
средних размеров.
Перемещения рабочих органов осуществ-
ляются от регулируемого высокомоментного
электродвигателя постоянного или перемен-
ного тока. Наиболее широко в приводах пря-
молинейного перемещения применяются ша-
риковые или роликовые передачи винт-гайка
качения. Зубчато-реечные и червячно-реечные
механизмы используются в случаях линейного
перемещения рабочего органа не менее, чем
на 4000 - 5000 мм; червячные и зубчатые пе-
редачи - в приводах поворотных столов.
448
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
В последнее время получают распростра-
нение быстрооходиые МС с линейными двига-
телями в приводах перемещения без механиче-
ских передач, обеспечивающие скорости быст-
рых перемещений рабочих органов в пределах
60 - 100 м/мин.
Системы автоматической смены инстру-
ментов (АСИ) являются одним из неотъемле-
мых средств автоматизации цикла работы МС.
В состав устройств АСИ входят инструмен-
тальные магазины, являющиеся накопителем
инструментальных оправок, блоков режущих
инструментов или инструментальных шпинде-
лей и автооператоры, предназначенные для
съема и установки инструментов в шпинделе
(суппорте) станка или магазине.
Автоматическая смена инструментальных
оправок в шпинделе обычно проводится с
помощью автооператоров двухплечим рыча-
гом, имеющим на концах захваты, стыкую-
щиеся с V-образной канавкой фланца оправки.
В устройствах АСИ с неподвижно уста-
новленным автооператором для возможности
расположения инструментального магазина в
удобном по различным конструктивным при-
чинам месте применяют транспортные пере-
гружатели. При расположении магазина на
стойке перегружатели обычно выполняют в
виде поворотных на 90* или подвижно-
поворотных кантователей, устанавливающих
инструмент в позицию смены.
Когда магазин расположен отдаленно от
шпиндельной бабки, то применяют перегружа-
тель в виде подвижной на специальных на-
правляющих каретки, на которой смонтирова-
ны механизмы захвата и ориентации инстру-
мента.
Широко применяются традиционные
системы АСИ с двумя основными типами
инструментальных магазинов: дисковыми
(барабанными) и цепными. Дисковые, или
барабанные, магазины достаточно просты по
конструкции, однако с увеличением количест-
ва инструментов их диаметр растет; поэтому
их вместимость редко превышает 40 инстру-
ментов.
Предназначенные для обработки постоян-
ной номенклатуры деталей станки можно осна-
щать системами автоматической смены много-
шпиндельных коробок либо параллельными
системами единичных инструментов и много-
шпиндельных коробок. В последнем случае
станок имеет либо два раздельных шпиндель-
ных узла, либо один шпиндель, но с различны-
ми посадочными местами для различных типов
инструментальных устройств: одиночные ин-
струменты устанавливаются в отверстие шпин-
деля, а головки - на переднем торце шпин-
дельной бабки, причем шпиндель используется
для их центрирования и привода.
Затраты на смену инструментов оцени-
ваются по времени "от реза до реза", которое
включает время отвода отработавшего инстру-
мента из позиции окончания обработки в по-
зицию смены, собственное время автоматиче-
ской смены инструментов и время подвода
следующего инструмента в позицию начала
следующего перехода обработки. Собственное
время автоматической смены инструментов,
которое характеризует быстродействие систе-
мы, включает в себя время работы механизмов
устройства АСИ, не совмещенное с другими
рабочими циклами станка.
Система автоматической смены заготовок
(АСЗ) помимо повышения производительно-
сти станков способствует возможности работы
МС без постоянного присутствия оператора.
В связи с многообразием формы загото-
вок обычно проводится смена столов-
спутников, на которых эти заготовки предва-
рительно закрепляются. На рис. 1.13.18 пока-
заны стандартизованные столы-спутники для
горизонтальных (о) и вертикальных (6) МС.
Первые имеют отношение ширины к длине,
равное 1 : 1 или 1 : 1,25; вторые, как правило,
1 : 1,6; 1 : 2,0 и 1 :2,5.
1.13.18. Сталы-спутники г ногоцелевого станка
МНОГОЦЕЛЕВЫЕ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНЫЕ СТАНКИ
449
Рис. 1.13.19. Основные схемы компоновки загрузочных
устройств многоцелевых станков:
а - поворотного; б - с двумя раздельными
платформами по разные стороны стола;
в - с платформами с передней стороны станка;
г - с платформами с боку станка
Рабочая поверхность столов-спутников
снабжена крепежными отверстиями или
Т-образными крепежными пазами для закреп-
ления детали и технологической оснастки.
Нижняя базовая плоскость, защищенная от
повреждений выступами, служит для установ-
ки, а цилиндрические или конические базовые
отверстия - для ориентации стола-спутника на
столе станка. Для ориентации и выверки дета-
ли или технологической оснастки на столах-
спутниках выполняются центрирующее и по-
верочные отверстия, упорные планки или на-
правляющие пазы прямоугольного сечения.
Последние обычно используют в столах-
спугниках с Т-образными пазами и распола-
гают вдоль направления Т-образных пазов или
(и) перпендикулярно им. Для зажима стола-
спутника на станке служат нижние Т-образные
пазы.
На рис. 1.13.19 показаны основные схе-
мы компоновки загрузочных устройств МС.
При поворотном загрузочном устройстве (рис.
1.13.19, а) для смены столов-спутников стол
станка перемещается по одной или двум коор-
динатам в позицию смены деталей, в которой
он стыкуется с загрузчиком, после чего на
свободную платформу загрузчика со станка
перемещается спутник с обработанной дета-
лью. Затем загрузчик поворачивается на 180° и
с другой его платформы на станок перемеща-
ется спутник с новой деталью. Такие загрузоч-
ные устройства могут быть выполнены в виде
единого компактного узла и устанавливаться с
различных сторон стола, однако зона, пере-
крываемая поворотными загрузчиками, доста-
точно велика и поэтому площадь, занимаемая
станком, увеличивается. Загрузочные устройст-
ва с раздельными платформами, расположен-
ными с двух противоположных сторон от сто-
ла станка (рис. 1.13.19, 6), обычйо применяют
в достаточно крупных МС с шириной столов-
спутников не менее 1000 мм. Обе эти схемы
используют также в МС с неподвижным по
линейным координатам столом.
Загрузочные устройства с платформами,
расположенными с одной стороны стола (рис.
1.13.19, в, г), широко используют в горизон-
тальных и, особенно в вертикальных станках.
Стол поочередно подходит к каждой из не-
подвижных платформ загрузочного устройства.
При неподвижных или с короткими ходами
столах применяют загрузочные устройства с
подвижными перпендикулярно направлению
загрузки столов-спутников платформами. За-
грузочные устройства оснащают механизмами
перемещения (гидроцилиндрами, винтовыми
или цепными передачами) столов-спутников.
Затраты времени на смену заготовок
включают время отвода стола с обработанной
деталью в позицию смены, собственное время
смены столов-спутников и время перемещения
стола в исходное для обработки новой заго-
товки положение. Собственное время смены
столов-спутников включает время работы ме-
ханизмов АСЗ, не совмещенное с другими
циклами работы станка.
Системы подачи СОЖ и стружкоудале-
ния строят с учетом интенсивного и, непре-
рывного в течение длительного времени про-
цесса резания, а также использования СОЖ
для смыва стружки. Как правило, МС снаб-
жают установками, подающими СОЖ в объеме
не менее 50 л/мин во многих случаях - больше
в 2 - 3 раза.
В большинстве случаев СОЖ подается
через несколько регулируемых сопл, располо-
женных вокруг шпинделя на концах отдельных
трубопроводов или каналов в гильзе шпинде-
ля.
На рис. 1.13.20, а показано устройство
подачи СОЖ через гильзу шпинделя, при ис-
пользовании которого СОЖ попадает в необ-
ходимую зону в результате регулирования по-
ложения каналов в шаровых дюзах, смонтиро-
ванных во фланце гильзы шпинделя. Обратные
клапаны служат для предотвращения самопро-
извольного вытекания СОЖ при выключении
насоса. На рис. 1.13.20, б показано устройство,
в котором СОЖ "закручивается" в спиральных
пазах на гильзе шпинделя и вытекает из коль-
цеобразного сопла, образуя замкнутый торооб-
разный поток с ванной внутри. Этот поток не
только способствует улучшению условий обра-
ботки, но и содействует отводу тепла от пе-
редней опоры шпинделя.
Для улучшения смыва стружки могут
быть установлены дополнительные сопла на
различных рабочих органах и ограждении зо-
ны резания. Кроме того, после окончания
450
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
о) б)
Рис. 1.13.20. Устройства подачи СОЖ через гильзу
шпинделя:
а - с прямыми пазами; б - со спиральными пазами
обработки деталь может быть дополнительно
промыта при заданном по специальной про-
грамме перемещении рабочих органов.
Эвакуация стружки из рабочей зоны
осуществляется в основном путем ее ссыпания
и смыва на механические стружкоотводящие
устройства или непосредственно в тару. Для
сбора стружки из труднодоступных, ограни-
ченных по объему мест, используют шнековые
транспортеры, а для общего сбора стружки и
СОЖ, а также отвода их в соответствующие
емкости - в основном шарнирно-ленточные
транспортеры.
Устройства ограждения МС должны:
обеспечивать технику безопасности в условиях
интенсивной автоматической работы, в том
числе автоматических механизмов вспомога-
тельных циклов; способствовать полному сбо-
ру стружки и СОЖ; снижать уровень шума и
надежно защищать окружающую среду. Ши-
роко используют ограждения "кабинетного"
типа, в том числе снабженные крышей, с ав-
томатически действующими дверьми для сме-
ны столов-спутников с обрабатываемыми дета-
лями.
Основные виды контроля, используемые
на МС, приведены в табл. 1.13.21.
1.13.20. Основные виды контроля в МС
Объект контроля Функции контроля
До и после обработки В процессе обработки
Станок Положение рабочих органов. Наличие и точность установки стола-спутника или непосредст- венно обрабатываемой детали Положение рабочих органов. Точность позиционирования. Частота вращения шпинделя. Скорость перемещения рабочих органов. Правильность отработки управ- ляющей программы. Температура основных узлов и рабочих сред. Вибрации основных узлов (шпиндель, стол)
Инструмент Соответствие инструмента по номенклатуре и типоразмерам. Поднастройка инструмента. Пригодность инструмента (поломка, запредельный износ) Поломка. Время резания заданных инст- рументов. Степень износа
Обрабатываемая деталь Распределение припусков. Точность размеров и формы обработанных поверхностей Точность размеров и формы обработанных поверхностей при необходимости промежу- точного контроля
Процесс резания Соответствие управляющей программы Силовые параметры резания. Адаптация режимов обработки. Действие систем СОЖ и струж- коудаления
МНОГОЦЕЛЕВЫЕ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНЫЕ СТАНКИ
451
Рис. 1.13.21. Структура гибкого производственного модуля
МС можно использовать как составляю-
щие элементы гибких производственных сис-
тем (ГПС). Оснащенный дополнительными
устройствами и системами для возможности
встраивания в ГПС многоцелевой станок на-
зывают гибким производственным модулем
(ГПМ) [5, 13, 22].
На рис. 1.13.21 представлена структура
ГПМ, в состав которого помимо многоцеле-
вого станка входят дополнительные устройства
и приспособления для реализации следующих
основных функций:
• поддержания непрерывного функцио-
нирования модуля путем автоматической по-
дачи деталей в необходимых количествах, ин-
струментов-дублеров и их автоматического
ввода в работу;
• автоматического поднастраивания ин-
струментов по результатам контроля обрабаты-
ваемых поверхностей;
• поддержания заданных параметров ра-
боты сиртем и механизмов станка;
• адаптации режима обработки примени-
тельно к условиям процесса резания;
• автоматизации переналадки, осуществ-
ляемой в результате наличия устройств АСИ и
АСЗ с накопителями значительной вместимо-
сти, повышенного объема памяти для управ-
ляющих программ (УП) и автоматического
вызова необходимой УП по коду обрабатывае-
мой детали;
• самодиагностирования с помощью уст-
ройства ЧПУ, которое сообщает диагностиче-
скую информацию как от датчиков,' располо-
женных на станке, так и всех компонентов
самого управляющего устройства, и реагирует
на нее заранее запланированными (алгоритми-
зированными) действиями, а также индикати-
рует возникшие аномалии;
• осуществление автоматического кон-
троля до, в процессе и после обработки в объ-
еме, обеспечивающем непрерывное функцио-
нирование модуля без постоянного присутст-
вия оператора в заданный период времени
452
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
(обычно две-три смены) или безаварийную его
остановку в критических ситуациях.
Некоторые из описанных функций могут
быть реализованы с помощью устройств и
систем, принадлежащих не к одному отдельно
взятому модулю, а являющихся общими для
ГПС, в составе которых работает модуль [30].
1.13.8. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ ОБРАБОТКИ.
КОМПЛЕКТЫ ИНСТРУМЕНТОВ И
ПЕРЕНАЛАЖИВАЕМОЙ ОСНАСТКИ ДЛЯ
МНОГОЦЕЛЕВЫХ СТАНКОВ
Технические требования к станкам и их
производительность, компоновки основных
исполнений и модификаций станков, значение
главных параметров и характеристики
приводов главного движения и подач опреде-
ляются на основании статистического анализа
характеристик совокупности обрабатываемых
деталей (или их представительной выборки) и
технологических циклов обработки.
На станках сверлильно-фрезерно-
расгочной группы обрабатывают корпусные
(57 % общей трудоемкости), плоские (19 %),
фигурные (13 %) и прочие детали.
В табл. 1.13.21 и на рис. 1.13.22 приведе-
но распределение деталей по различным пара-
метрам, выявленное на основе статистического
анализа (рассмотрено 6000 деталей 11 отраслей
отечественного машиностроения) [3].
Основная тенденция развития техноло-
гии сверлильно-фрезерно-расточной обработ-
ки - комплексная обработка деталей при мак-
симальной концентрации операций на много-
целевых станках (МС) с обеспечением быстрой
переналаживаемости для изготовления деталей
разных типов.
Наиболее распространенные технологи-
ческие переходы, осуществляемые на МС:
фрезерование торцовыми и концевыми
фрезами (в том числе контурное фрезерова-
ние: криволинейных поверхностей^ а также
финишное фрезерование фрезами из сверх-
твердых материалов), сверление, рассверлива-
1.13.21. Распределение корпусных, плоских и фигурных деталей по параметрам обработки
Характеристика деталей Распределение деталей, %
По трудоемкости изготовления По количеству
Материал Чугун 75 47
Сталь 23 50
Цветные сплавы 1 2
Прочие материалы 1 1
Итого 100,0 100,0
Вид Отливка 77 49
Пруток 13 27
Лист 4 15
Штампованная 3 2
Полоса ’ 2 6
Прочие 1 1
Итого 100,0 100,0
Форма и масса Плоские детали, всего 19 43
в том числе:
планки, плиты 6 12
рычаги, кронштейны 13 31
Корпусные детали, всего 57 21
в том числе:
мелкие массой до 4 кг 13 15
средние массой 40-160кг 23 2
крупные массой 160-500 кг 10 2
тяжелые массой 500 - 1000 кг 9 1
особо тяжелые массой свыше 2 1
1000 кг
Фи1урные детали 13 18
Прочие детали. И 18
Итого 100,0 100,0
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ ОБРАБОТКИ КОМПЛЕКТЫ ИНСТРУМЕНТОВ
453
Точность
тежвсеЛьи расстояний
Шеролоба тесть
лоберлности
Рис. 1.13.22. Распределение общемашиностроительных деталей по размерам и точности:
а - по ширине деталей В и отношению длины деталей к ширине (L / В); б - по точности
ние и зенкерование отверстий (в том числе и
одновременная обработка группы отверстий
многошпиндельной головкой), растачивание и
развертывание классных отверстий (в том чис-
ле с применением автоматически подналажи-
ваемых борштанг), нарезание резьб в отвер-
стиях (в том числе и резцом). В отдельных
случаях на многоцелевых станках проводится,
кроме того, точение наружных и внутренних
поверхностей, легкое строгание и долбление
канавок неврагцаюгцимся инструментом и не-
которые другие виды работ. Для эффективной
обработки в условиях крупносерийного произ-
водства применяют комбинированный инст-
румент и сменные угловые и многошпиндель-
ные коробки. В последнее время получают
распространение контрольно-измерительные
функции - измерение положения спутника с
установленной заготовкой, контроль длины и
радиуса инструмента, измерение диаметра
обрабатываемого отверстия, определение тем-
пературных погрешностей и др. с автоматиче-
ским введением необходимой коррекции для
обеспечения заданного качества обработки.
МС с вертикальным шпинделем позво-
ляю! обрабатывать заготовку без переустанов-
ки только с одной стороны и потому предна-
значаются, в основном, для изготовления пло-
ских деталей. В ряде случаев такие станки
оснащают поворотно-делительными устройст-
вами с горизонтальной осью поворота, что
позволяет обрабатывать фигурные детали
(например, лопатки турбин и цилиндрические
кулачки) или плоские детали с нескольких
сторон. Для изготовления сложных объемных
деталей служат специальные модификации
станков с программируемым наклоном шпин-
дельного узла (например, для изготовления
шнеков и червяков с переменным шагом).
Наиболее распространены МС с горизон-
тальным шпинделем и поворотным вокруг
вертикальной оси горизонтальным столом. На
таких станках возможно изготовление корпус-
ных деталей без переустановки заготовки с
нескольких сторон или нескольких плоских
деталей при установке на угольник. Поворот
стола осуществляется по программе управле-
ния либо дискретно, либо непрерывно. В по-
следнем случае возможна обработка поверхно-
стей, расположенных параллельно или пер-
пендикулярно к плоскости стола под любым
углом к оси шпинделя
454
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
В табл. 1.13.22 и 1.13.23 приведены ос-
новные технологические требования и техно-
логические возможности многоцелевых свер-
лильно-фрезерно-расточных станков наиболее
употребительных размеров, выявленные на
основании статистического анализа обрабаты-
ваемых деталей. _
Основные рекомендации по технологич-
ности конструкции с учетом особенностей
обработки на МС:
• деталь должна иметь правильную гео-
метрическую форму, по возможности без на-
клонных поверхностей; конструкция детали
должна обеспечить возможность обработки
заготовки с максимального числа сторон за
один установ; жесткость должна быть доста-
точной для обработки без вибрации при изме-
нении направления сил резания;
• конструкция детали должна состоять, в
основном, из унифицированных конструктив-
но-технологических элементов поверхностей;
все отверстия должны иметь максимальную
унификацию как по точности, так и по разме-
рам; ответственные отверстия следует распо-
лагать на наружных стенках; длина отверстий
должна быть по возможности небольшой,
обеспечивая наименьший вылет инструмента;
• в отливках необходимо предусмотреть
максимально допустимые радиусы скруглений
во всех ушах пересечения поверхностей дета-
ли; на наружных стенках корпусных деталей
следует предусматривать цековки в стенку
вместо выступов в виде бобышек-приливов; во
избежание поломок инструмента и увода оси
отверстий не допускается односторонний вы-
ход инструмента на радиусные приливы; не
допускается наличие обратных цековок на
внутренних стенках корпусных деталей;
• во избежании появления перекосов и
смещений в заготовках (отливках) рекоменду-
ется обеспечить их литье по безразъемным
моделям; в заготовках, где разъем моделей
технологически неизбежен, он не должен про-
ходить по базам и по поверхностям с повы-
шенными требованиями к параметрам шеро-
ховатости.
Для обеспечения минимального съема
металла при механической обработке нецеле-
сообразна заливка обрабатываемых контурных
поверхностей (карманов, выемок, пазов глуби-
ной и шириной свыше 25 мм, отверстий диа-
метром свыше 50 мм и т.п.).
Отливки из алюминиевых сплавов реко-
мендуется изготовлять методом литья под дав-
лением или в кокиль; в отдельных случаях
допускается литье в песчаные формы (для
простых отливок).
Литейные припуски на обработку долж-
ны быть минимальными.
Отливки должны поставляться на обра-
ботку без литников и выпоров, тщательно
очищенными; они не должны иметь трещин.
раковин, пористости; поверхности, являющие-
ся базами, должны быть чистыми, без наплы-
вов.
В зависимости от точности, конфигура-
ции, размеров и состояния, поступающие на
обработку на многоцелевых станках заготовки
могут быть четырех типов:
1) заготовки без предварительной раз-
метки и обдирки применяют для деталей про-
стой конфигурации, небольших размеров, где
возможно закрепление простыми средствами
(например, в тисках). К таким деталям отно-
сятся плоские крышки, каретки, небольшие
корпуса прямоугольного и квадратного сече-
ния и т.п.;
2) заготовки с предварительной размет-
кой, но без обдирки. При этом на первой
операции на многоцелевом станке проводится
установка их в приспособлении с выверкой по
разметочным рискам и подготовка баз для
установки и обработки на последующих опе-
рациях. Этот тип применяют для деталей
средних размеров и сложности;
3) предварительно размеченные и обод-
ранные по основным поверхностям заготовки
применяют для деталей сложной конфигура-
ции, с непрямолинейными установочными
поверхностями или разметочными базами,
расположенными на внутренних поверхностях
отливок;
4) предварительно ободранные заготовки
с подготовленными технологическими базами
для установки их без выверки на первой опе-
рации применяют для ответственных деталей
сложной конфигурации и в крупносерийном
производстве.
Ориентирующими элементами для уста-
новки и закрепления заготовок в приспособ-
лениях служат:
• в типе 1 - указанные на чертеже разме-
точные базы;
• в типах 2 и 3- разметочные риски, на-
несенные от разметочных баз;
• в типе 4 - предварительно подготов-
ленные технологические базы.
Базы выбирают на основании анализа
чертежа и технических условии на изготовле-
ние детали. Определяют, какие поверхности
должны быть обработаны за один установ,
какие поверхности могут, быть при этом ис-
пользованы в качестве баз, какие поверхности
подлежат обработке в отдельных операциях.
Для установки заготовки при обработке
базовой и противобазовой сторон следует вы-
бирать плоскости, позволяющие наиболее
жестко и надежно закрепить заготовку при
черновой обработке и наиболее точно устано-
вить ее при чистовой обработке.
В целях максимальной концентрации
операций при обработке в качестве основного
1.13.22. Основные технологические требования к многоцелевым сверлильно-фрезерно-расточным станкам
Шири- на стола станка, мм Наи- боль- шая масса обраба- тывае- мой детали, кг Наи- боль- ший размер обраба- тывае- мой де- тали по шири- не, мм Размеры при фрезеровании, мм Диаметр отверстий, мм Макси- маль- ный диаметр отверс- тий при расста- чива- нии, мм Диаметр отве рстий при нарезании резь- бы, мм
плоскостей и усту- пов торцовой фре- зой отверстий и контуров конце- вой фрезой максимальный мини- маль- ный
макси- маль- ный диаметр фрезы макси- мальная глубина фрезеро- вания диаметр отверс- тий макси- мальная ширина фрезеро- вания макси- мальная глубина фрезеро- вания при сверле- нии при рассвер- ливали и при зенкеро- вании минима- льный макси- маль- ный
250-320 500 200-250 160 4 40-150 30 4 15 30 40 4 160 5 20
400-500 600 350-400 200 6 50-180 40 6 20 40 50 5 200 6 24
630-800 800 500-600 250 8 60-220 50 8 25 50 60 6 250 8 30
1.13.23. Основные технологические возможности многоцелевых сверлильно-фрезерно-расточных станков
Ширина стола стан- ка, мм Мощность главного привода, кВт Наиболь- ший кру- тящий момент на шпинделе, Н м Наиболь- шее усилие подачи, кН Грузоподъ- емность стола, кг Верхний предел частоты вращения шпинделя, мин1 Скорость быстрых перемеще- ний, м/мин Наиболь- шая рабо- чая минут- ная подача, мм Наиболь- ший диа- метр инст- румента, мм Вмести- мость инст- рументаль- ного мага- зина Время автомати- ческой смены инстру- мента, с
250 - 320 5 - 8 400 - 500 6 - 10 800 - 1000 2500-5000*! 10 - 12 5000 - 8000 125 - 160 12 - 50 3 - 5
400 - 500 12- 15 500 - 600 8 - 12 1000 - 1500 2000-4000*1 10 7 12 3000 - 6000 160 - 200 16 - 70 4 - 8
630 - 800 20 - 25 600 - 700 10 - 15 1500 - 2000 1600-3500*1 10 - 12 3000 - 5000 200 - 250 24 - 100 6 - 12
** Возможны модификации МС с верхним переделом частоты вращения шпинделя 10 000 - 25 000 мин1.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ ОБРАБОТКИ. КОМПЛЕКТЫ ИНСТРУМЕНТОВ 455
456
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
варианта рекомендуется базирование заготовок
в приспособлении по плоскости (установочная
база) и двум отверстиям (двойная опорная и
опорная базы), что обеспечивает доступность
подхода инструмента ко многим обрабатывае-
мым поверхностям и возможность обработки
за один установ взаимосвязанных поверхно-
стей.
Другим способом базирования является
установка заготовки "в угол”, т.е. базирование
по трем взаимно перпендикулярным плоско-
стям (установочная, направляющая и опорная
базы). В этом случае, как правило, требуется
поджим заготовки к базовым поверхностям и
многие поверхности остаются труднодоступ-
ными для обработки.
Базирование на плоскость (установочная
база), одно отверстие (двойная опорная база) и
упор (опорная база) применяют для заготовок,
имеющих основное отверстие, ось которого
перпендикулярна базовой плоскости.
Основная особенность построения мар-
шрутного технологического процесса с исполь-
зованием МС заключается в максимальной
концентрации операций, т.е. выполнении как
можно большего числа переходов обработки за
один установ заготовки, что позволяет сокра-
тить число операций, уменьшить трудоемкость
обработки, повысить точность относительного
положения обрабатываемых поверхностей.
Корпусные детали, требующие обработку
с пяти-шести сторон, изготовляют, как прави-
ло, за две установки. Если заготовка подверга-
ется искусственному старению, предусматри-
вают разделение операций на черновые и чис-
товые; число установок в этом случае увеличи-
вается. Такое разделение предусматривают и
для заготовок, поступающих на обработку со
значительными припусками. Поверхности,
точность относительного положения которых
задана жесткими допусками, следует обрабаты-
вать окончательно с одной операции при не-
изменной установке заготовки. Большинство
традиционных слесарных операций, ранее
осуществлявшихся при сборке узлов, эффек-
тивно осуществляется на МС (например, свер-
ление и нарезание резьбы в крепежных отвер-
стиях).
При требованиях к точности детали, пре-
восходящих точностные возможности МС на
последних выполняют окончательную обра-
ботку неответственных поверхностей и полу-
чистовую обработку особо точных плоскостей
и отверстий, оставляя минимальные припуски
под последующую финишную обработку на
станках других типов (например, шлифоваль-
ных, алмазно-расточных, хонинговальных и
ДР)-
На этапе разработки операционной тех-
нологии определяют содержание операций:
последовательность обработки всех поверхно-
стей, номенклатуру технологических переходов
обработки каждой поверхности, выбор режу-
щего и вспомогательного инструмента для
каждого перехода, режимы резания, межпере-
ходные припуски, траектории перемещения
всех инструментов и координаты опорных
точек, а также требуемые технологические
команды.
Операционная технология строится как
сочетание фрезерных, расточных, сверлильных
и резьбонарезных переходов. Сначала, как
правило, выполняют фрезерование плоско-
стей, уступов, пазов, внутренних и наружных
контуров, затем обработку основных отвер-
стий, в том числе растачивание и развертыва-
ние, и, наконец, обработку крепежных и дру-
гих вспомогательных отверстий малых диамет-
ров.
Последовательность технологических пе-
реходов внутри операции и перемещения от
одной обрабатываемой поверхности к другой
назначают исходя из условий обеспечения
требуемой точности и минимизации времени
обработки.
Обработку основных отверстий и других
поверхностей, точность размеров и относи-
тельного положения которых заданы жесткими
допусками, выполняют при минимальных
изменениях относительного положения инст-
румента и детали последовательной автомати-
ческой сменой инструментов, что обеспечивает
большую точность. Обработку группы .одина-
ковых резьбовых отверстий осуществляют, как
правило, последовательным обходом всех от-
верстий одним инструментом, а затем сле-
дующим, что обеспечивает минимальное вре-
мя. Обработку всех точных базовых поверхно-
стей осуществляют за один установ детали. С
целью уменьшения влияния деформации дета-
ли от условий резания на точность чистовую
обработку точных поверхностей проводят в
конце операции. В некоторых случаях перед
началом чистовой обработки предусматривают
технологический останов и перезажим заго-
товки для снятия напряжений.
Базой построения операционной техно-
логии является типизация основных техноло-
гических решений [11], основой которых явля-
ется конструктивно-технологическая класси-
фикация элементов деталей, приведенная в
табл. 1.13.24. Технологическая операция на
МС формируется как последовательный набор
типовых технологических переходов обработки
элементарных поверхностей.
Для обеспечения надежности технологи-
ческого процесса рекомендуется соблюдать
однозначное соответствие между формой, раз-
мерами и технологическими требованиями к
элементам деталей, с одной стороны, и техно-
логическими решениями для обработки этих
элементов, с другой. Для обработки каждого
из элементов используют типовые технологи-
ческие переходы (так называемые простые тех-
1.13.24. Конструктивно-технологическая классификация элементов корпусных деталей
1. Группы элементарных поверхностей. Плоскости
Типы плоскостей Виды плоскостей
1 2 3 4 5 6 7
0 хГ@ ^4
1 Л
2
3
4
5
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ ОБРАБОТКИ. КОМПЛЕКТЫ ИНСТРУМЕНТОВ 457
Продолжение табл. 1.13.24
Технологические характеристики обработки плоскостей
Параметр Черновая Получистовая Чистовая
Квалитет Н13 Н12 НИ НЮ Н9 Н9 Н8 Н8 Н7
Шероховатость Rz 80 Rz 40 Rz 40 Rz 20 Rz 20 Ra 2,5 Ra 2,5 Ra 1,25 Ra 1,25
Допуск (мм) плоскостнос- ти по осям X, Y на длине 100 мм 0,4 0,2 0,1 0,06 0,04 0,02 0,01 0,005 0,005
Допуск (мм) параллельно- сти по оси X на длине 100 мм о,з 0,15 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0,01 0,008
Допуск (мм) на размер по оси Z о,з 0,2 0,15 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0,01
Снимаемый припуск, мм 8 5 6,5 3 2 2,2 1,5 1 1,2 1 0,8 0,85 0,8 0,5 о,з 0,2 0,15
Оставляемый припуск, мм 0 3 1,5 0 1 0,8 0 0,5 о,з 0 0,2 0,15 0 0 0 0 0
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСГОЧНОЙ ГРУППЫ
Продолжение табл. 1.13.24
2. Группы элементарных поверхностей. Контуры
Типы контуров Виды контуров
1 2 3 4 5 6
0 0 НИР I ®
1 в (//> 1 @>
2 1 ©
Технологические характеристики обработки контуров
Параметр Черновая Получистовая Чистовая
Квалитет Н13 Н12 Н12 НИ НИ НИ НЮ НЮ
Шероховатость Rz 80 Rz 40 Rz 20 Rz 40 Rz 20 Ra 2,5 Rz 20 Ra 2,5
Допуск (мм) параллель- ности осям X, Y на длине 100 мм о,з 0,2 0,15 0,1 0,08 0,06 0,05 °’04 _
Допуск (мм) прямолиней- ности 0,15 0,12 0,1 0,08 0,06 0,05 0,04 0,03
Допуск (мм) на размер по оси Z 0,4 о,з 0,2 0,15 0,1 0,08 0,01 0,05
Снимаемый припуск, мм ДО 20 ДО 16 ДО 18 4 3 2 1,4 1,6 1 0,6 0,6 0,4 0,4 0,4 0,2
Оставляемый припуск, мм 0 4 2 0 1 0 0,6 0,4 0 0,4 0 0,2 0 0 0
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ ОБРАБОТКИ. КОМПЛЭД^Й^ИНСТРУМЕЦТОВ
Продолжение табл. 1.13.24
3. Группы элементарных поверхностей. Уступы
Типы уступов Виды уступов
1 2 3 4 5 6 7
0 53 @
1 1^©
2
Технологические характеристики обработки уступов
Параметр Черновая Получистовая Чистовая
Квалитет Н13 Н13 Н12 Н12 НН НН НН НЮ НЮ
Шероховатость Rz 80 Rz 40 Rz 40 Rz 20 Rz 40 Rz 20 Ra 2,5 Rz 20 Ra2,5
Допуск (мм) прямолинейн ости 0,12 0,1 0,08 0,01 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02
Допуск (мм) параллель- ности осям X, Y на длине 100 мм 0,25 0,2 0,15 0,1 0,08 0,06 0,05 0,04 0,03
Допуск (мм) на размер по оси Z 0,4 0,3 0,2 0,15 0,1 0,08 0,05 0,05 0,04
Снимаемый припуск, мм до 20 до 15 до 19 до 20 до 19 4 3,4 3,6 2 1,6 1 0,8 0,6 0,4 0.4 0,2
Оставляемый припуск, мм 0 4 1 0 2 0 0,6 0,4 0 0,4 0 0,2 0 0 0 0
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
Продолжение табл. 1.13.24
4. Группы элементарных поверхностей. Пазы
Типы пазов Виды пазов
1 2 3 4 ; 1
0 L—
1 © lf^@ й*|®
2
3 *-5<@)
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ СО^ГКИ. комплекты инструментов
о\
Продолжение табл. 1.13.24
Технологические характеристики обработки пазов
Параметр Черновая Получистовая Чистовая
Квалитет Н12 Н12 НИ НИ НИ НИ НЮ Н9 Н8
Шероховатость Rz 40 Rz 20 Rz 40 Rz 20 Ra 2,5 Rz 20 Ra 2,5 Ra 2,5 Ra 2,5
Допуск (мм) прямолинейно сти 0,25 0,2 0,15 0,1 0,08 0,08 0,05 0,04 0,02
Допуск (мм) параллельнос- ти осям X, Y на длине 100 мм од 0,8 0,8 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01
Допуск (мм) на размер по оси Z 0,3 0.2 0,2 0,12 0,08 0,08 0,06 0,04 0,02
Снимаемый припуск, мм до 30 до 27 3 2 до 30 до 28 2 1,6 0,4 0,2 1 0,8 0,8 0,2 0,2 0,2
Оставляемый припуск, мм 0 3 0 1 0 2 0 0,4 0 0,2 0 0,1 0,2 0 0 0
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
Продолжение табл. 1.13.24
5. Группы элементарных поверхностей. Отверстия
Виды отверстий
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ ОБРАБОТКИ. КОМПЛЕКТЫ ИНСТРУМЕНТОВ
Продолжение табл. 1.13.24
Технологические характеристики обработки отверстий
Параметр Черновая Получистовая Чистовая
Квалитет Н13 Н12 НИ НИ Н9 Н9 Н7 Н7 Н6
Шероховатость Rz 80 Rz 40 Rz 40 Rz 20 Rz 20 Ra 2,5 Ra 2,5 Ra 1,25 Ra 1.25
Допуск (мм) параллельнос- ти оси Z на длине 100 мм 0.1 0,08 0,06 0,04 0,03 0,02 0,01 0,008 0,005
Допуск (мм) перпендикуляр ности осям X. Y на длине 100 мм 0.1 0,08 0,06 0,04 0,03 0,02 0,01 0,008 0,005
Допуск (мм) на размер по оси Z 0,15 0.1 0,08 0,06 0,04 0,02 0,015 0,01 0,005
Снимаемый припуск, мм до 25 до 22 до 25 до 35 3 2,5 1,5 1,3 0,5 0,4 0,2 0,12 0,1 0,05 0,08 0,05
Оставляемый припуск, мм 0 3 0 1,5 0 0,5 0 0.2 0 0,1 0 0,08 0 0,05 0 0
464 Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
Продолжение табл. 1.13.24
6. Группы этементарных поверхностей. Резьбовые отверстия
Типь) Виды резьбовых отверстий
резьб 1 2 3 4 5 6 7
ВВ^^ВВ
— —»J 1 •— — - -
0 (ЗО; © (60)
Метрическая
1 © © © ©
Трубная Крепежные
2 © (з) © У © © ©
Дюймовая
3 ©
Закругленная
4 ] ®
Трапецеидальная ) Ходовые
5 © © ©
Упорная
Технологические характеристики обработки резьбовых отверстий
Параметр Предварительная Окончательная
0 1 2 3
0 1 2 2 3
Квалитет НИ, Н12 Н9 Н8 Н7
Снимаемый припуск, мм 0 до 5 до 4 до 5 до 1
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ ОБРАБОТКИ. КОМПЛЕКТЫ ИНСТРУМЕНТОВ
466
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
ножи-ические циклы) и технологические схе-
мы, определяющие последовательность этих
переходов (комбинированные технологические
циклы). Технологический процесс обработки
определяется сочетанием простых, групповых,
комбинированных и сложных технологических
циклов.
Простой технологический цикл - это ти-
повой технологический переход обработки
одного конструктивного элемента детали с
заданными техническими требованиями к
геометрии, точности и параметрам шерохова-
тости поверхности одним инструментом с
помощью определенных технологических
приемов. Примерами простых технологиче-
ских циклов могут служить: сверление одного
отверстия одним сверлом, одно- или много-
проходное фрезерование (черновое, или полу-
чистовое, или чистовое, или финишное) одной
поверхности (например, одной плоскости)
одной фрезой с неизменными режимами реза-
ния, нарезание резьбы в одном уже просвер-
ленном отверстии и т.д. В простом цикле в
зависимости от вида обрабатываемого элемен-
та, его размерных и точностных параметров, а
также материала заготовки однозначно регла-
ментируются тип и размер инструмента, ре-
жимы резания, траектория относительного
перемещения инструмента и заголовки, все
необходимые команды для устройства управ-
ления станка.
Групповой технологический цикл - пред-
ставляет собой определенную совокупность
нескольких однотипных простых технологиче-
ских циклов, необходимых для обработки
группы однотипных конструктивно-технологи-
ческих элементов детали последовательно од-
ним и тем же инструментом; например, груп-
повой технологический цикл сверления груп-
пы однотипных отверстий или фрезерования
нескольких однотипных шпоночных пазов
одной фрезой и т.п. В групповых циклах кро-
ме многократных повторений однотипных
простых циклов решаются вопросы выхода на
исходные координаты для обработки каждого
элемента и оптимизации траектории переме-
щения.
Комбинированный технологический цикл -
это технологически однозначное сочетание
нескольких разнотипных простых технологи-
ческих циклов для обработки одного и того же
элемента детали последовательными техноло-
гическими переходами, как правило, с различ-
ными инструментами и режимами резания;
например, сверление, зенкерование и растачи-
вание одного отверстия. В комбинированных
циклах решаются задачи последовательного
воспроизведения нескольких разнотипных
простых циклов, организации автоматической
смены инструментов, выбора корректоров,
выхода на исходные точки для обработки од-
ной и той же поверхности различными инет-
рументами, распределения межпереходных
припусков и др.
Сложный технологический цикл представ-
ляет собой определенную совокупность ком-
бинированных циклов для обработки несколь-
ких однотипных элементов детали последова-
тельными технологическими переходами груп-
повым методом. Примером сложного цикла
может служить обработка нескольких одно-
типных резьбовых отверстий последователь-
ным обходом каждым из необходимых инст-
рументов всех отверстий (сначала центрование
всех отверстий, затем их сверление и нареза-
ние резьбы).
С помощью сочетания разнообразных
технологических циклов может быть сформи-
рована операционная технология, ориентиро-
ванная на обработку типовых элементов детали
в соответствии с конструктивно-
технологической классификацией и принятой
типизацией технологических приемов. Благо-
даря программно-математической реализации
на ЭВМ различных видов и типов циклов и их
логического сочетания автоматизируется про-
цесс разработки операционной технологии.
Концентрация на МС технологических
переходов и операций механической обработ-
ки и разработка типовых технологических
приемов изготовления элементов деталей при-
вели к созданию унифицированного комплек-
та вспомогательного и режущего инструмента,
применяемого на этих станках. На МС приме-
няют сборный вспомогательный инструмент,
имеющий, как правило, хвостовик с конусно-
стью 7 : 24 для посадки в шпиндель и один
фланец с V-образной канавкой на наружном
диаметре для захвата автоматическим манипу-
лятором при автоматической смене.
Хвостовики вспомогательного инстру-
мента согласованы с концами шпинделей МС
и выполняются в соответствии с ГОСТ 25827-
93 и ГОСТ 30064-93. Наиболее распростра-
ненным является инструмент с конусом 7 : 24
№ 50. Исполнение конца шпинделя и хвосто-
вик оправки для МС с конусом 7 : 24 50
представлены на рис. 1.13.23.
Комплект вспомогательного инструмента
для МС состоит из основного (базового) ком-
плекта с конусом 7 : 24 для крепления в
шпинделе станка и переходного (вспомога-
тельного) комплекта с цилиндрическим отвер-
стием или конусом Морзе для крепления ре-
жущего инструмента. Система вспомогатель-
ного инструмента, принятая в отечественном
станкостроении, регламентирована РТМ2-П10-
2-84 и представлена на рис. 1.13.24. Инстру-
менты 1.1 - 1.15 являются основными и кре-
пятся в шпинделе станка. Сюда входят оправ-
ки для крепления насадного инструмента,
цанговые патроны для крепления инструмента
с цилиндрическим хвостовиком, нерегулируе-
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ ОБРАБОТКИ. КОМПЛЕКТЫ ИНСТРУМЕНТОВ
467
б)
Рис. 1.13.23. Хвостовик оправки (о) и конец шпинделя (б) для многоцелевых станков
Рис. 1.13.24. Система вспомогательного инструмента для многоцелевых станков
468
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
мые оправки с конусом Морзе для крепления
переходных втулок, расточные оправки для
черновых и чистовых работ одно- и двухрезцо7
вые, а также державка для закрепления пере-
ходного инструмента. В цилиндрическое или
коническое отверстие державок (позиция 1.7,
1.8 и 1.9) может крепиться любой переходный
инструмент 1.16 - 1.29, предназначенный для
закрепления режущего инструмента: цанговый
патрон, переходная втулка с конусом Морзе,
оправка для крепления мелкого насадного
инструмента, патроны для крепления метчи-
ков, расточные оправки, расточные головки,
перовые сверла и др. Предусмотрена возмож-
ность применения и закрепления различных
удлинителей и переходников, в том числе и
специального инструмента.
Рекомендуемое допустимое биение ре-
жущих кромок режущего инструмента в сборе
со вспомогательным после их установки на
многоцелевом станке: 0,01 - 0,02 мм фрезы;
0,055 - 0,06 мм сверла; 0,06 - 0,07 мм зенкеры
и развертки; расточные оправки: 0,025 -
0,030 мм - для получистовой обработки отвер-
стий; 0,005 - 0,010 мм - для чистовой.
Допустимая податливость (в мкм/Н)
вспомогательного инструмента: 0,1 - 0,2 - оп-
равки для концевых и торцовых фрез; 0,02 -
0,3 - патроны и втулки для сверл; 0,5 - 0,7 -
патроны для зенкеров и разверток; расточные
оправки: 0,1 - 0,15 - для получистовой обра-
ботки отверстий; 0,07 - 0,10 - для чистовой.
С целью обеспечения указанных значе-
ний биения и податливости конуса 7 : 24 кон-
цов оправок базового комплекта вспомога-
тельного инструмента следует изготовлять со
степенью точности не ниже АТ4-АТ5 по ГОСТ
19860-74, а цилиндрические переходного ин-
струмента - не ниже IT4-IT5.
Наиболее употребителен для МС режу-
щий инструмент следующих размеров:
Для обработки плос-
костей и уступов...
Для обработки пазов
Для обработки от-
верстий под резьбу и
со свободными раз-
мерами ..........
Фрезы торцовые
диаметром 100
250 мм и фрезы
концевые диамет-
ром 32, 40 мм
Фрезы концевые и
шпоночные диа-
метром 5-18 мм;
фрезы дисковые и
прорезные диамет-
ром от 50 х 4 до диа-
метра 125 х 12 мм
Сверла спиральные
диаметром 5-50 мм;
сверла перовые диа-
метром 20 - 50 мм;
сверла корончатые
диаметром 40 - 100
мм
Для предварительной
обработки классных
отверстий......... Зенкеры диаметром
10 - 20 мм; головки
расточные двухлез-
вийные 80 - 250 мм
и оправки однолез-
вийные диаметром
30 - 180 мм; фрезы
концевые диамет-
ром 40 мм
Для окончательной
обработки классных
отверстий......... Оправки расточные
с микрорегулиров-
кой диаметром 45 -
350 мм; развертки
диаметром 6-50 мм
Для обработки резь-
бовых отверстий... Метчики Мб - М24
Режимы резания и схемы перемещения
инструментов целесообразно назначать в соот-
ветствии с рекомендациями, разработанными
специально для МС и приведенными в работе
[32] и справочнике [27]. Подробные сведения
по режущему и вспомогательному инструменту
приведены в справочнике [16].
МС предназначены в основном для усло-
вий серийного производства, для которого
характерна частая смена номенклатуры изго-
товления деталей. Количество закрепляемых за
станком операций составляет 5 - 40. Для за-
крепления заголовок требуется значительное
количество разнообразных по конструкции
приспособлений. Применение специальных
приспособлений, как правило, экономически
не оправдано. Комплект оснастки для много-
целевых станков должен быть универсальным
широкого назначения, позволяющим много-
кратно из одних и тех же элементов оснастки
компоновать приспособления для закрепления
разнообразной номенклатуры заготовок.
К конструкциям приспособлений, ис-
пользуемым на МС, могут быть даны следую-
щие рекомендации:
• на каждую операцию обрабатываемой
партии деталей собирают, как правило, два и
более идентичных приспособлений; приспо-
собления должны быть взаимозаменяемыми и
обеспечивать одинаковое базирование и за-
крепление заготовок по точности и жесткости;
• приспособления должны обеспечить
возможность обработки с одной установки
трех-четырех сторон заготовки различными по
назначению инструментами в условиях пере-
менных по величине и направлению сил реза-
ния: жесткость элементов и узлов приспособ-
лений, воспринимающих силы резания, долж-
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ ОБРАБОТКИ КОМПЛЕКТЫ ИНСТРУМЕНТОВ 449
на быть достаточной (не менее); для уменьше-
ния влияния стыков на податливость приспо-
соблений конструкция узлов, зажимов, упоров
должна строиться из минимального количества
скрепляемых элементов оснастки;
• точность элементов оснастки должна
быть, как правило, не ниже 7-го квалитета;
приспособления, предназначенные для опера-
ций по подготовке баз, должны иметь элемен-
ты, обеспечивающие контроль установки по-
ложения обрабатываемой заготовки относи-
тельно баз плиты-спутника или стола станка;
• оснастка должна обеспечить возмож-
ность сборки приспособлений с различными
схемами базирования: на плоскость и два от-
верстия, по трем взаимно перпендикулярным
плоскостям, на плоскость, отверстие и упор-
ную плоскость, а также и заготовок с неподго-
товленными базами (например, отливок); при
этом должна быть обеспечена возможность
установки обрабатываемых заготовок в задан-
ное положение по трем координатам; в том
числе с выверкой и регулировкой установоч-
ных элементов;
• элементы оснастки должны иметь воз-
можность многократно использоваться в при-
способлениях для закрепления различных по
конструкции и габаритам заготовок; элементы
и узлы оснастки должны быть взаимозаменяе-
мы, износоустойчивы и долговечны в эксплуа-
тации.
Для базирования и закрепления загото-
вок мелких и средних размеров в условиях
единичного и мелкосерийного производства
применяют универсально-сборные ручные и
механизированные приспособления (УСП и
УСИМ). В условиях многономенклатурного
производства мелкими и средними партиями
применяют универсально-наладочные приспо-
собления (УНП), для обработки крупными
партиями - специализированные наладочные
приспособления (СНП).
Наиболее распространены для МС ком-
поновки УСП, в которых элементы оснастки
взаимно базируются системой шпонка-паз и
закрепляются с помощью сухарей в Т-об-
разных пазах. Такая оснастка весьма универ-
сальна. но имеет ограниченную жесткость из-
за зазоров в соединениях шпонка-паз. Другим
вариантом является базирование элементов
оснастки по цилиндрическим отверстиях с
помощью шариков, штифтов или разрезных
двусторонних конических втулок и с закреп-
лением с помощью болтов в резьбовых отвер-
стиях (вариант УСПО). Комплект такой осна-
стки обеспечивает более высокую жесткость,
но значительно сложнее в изготовлении и
Дороже.
Перспективной является универсальная
оснастка типа УСПО-V, которая обеспечивает
беззазорное соединение элементов с помощью
пазов V-образной формы и цилиндрических
Л/
6)
г)
д)
Рис. 1.13.25. Схемы базирования элементов оснастки с
помощью соединений:
а - призматическими шпонками в Т-образных пазах;
б - коническими штырями и разрезными втулками в
цилиндрических отверстиях; в - разрезными штырями
в конических отверстиях; г - разрезными шариками в
конических отверстиях; б - цилиндрическими
шпонками в V-образных пазах
шпонок или шариков. Основные виды, соеди-
нений элементов системы УСПО представлены
на рис. 1.13.25.
Система УНП обеспечивает закрепление
заготовок с помощью сменных наладок, уста-
навливаемых на постоянную базовую часть
приспособления. Сменной наладкой является
элементарная сборочная единица, обеспечи-
вающая установку заготовки в базовой части
приспособления. Последняя представляет со-
бой законченный механизм, предназначенный
для многократного использования в различных
компоновках.
Система СНП обеспечивает базирование
и закрепление типовых по конфигурации заго-
товок различных размеров. Компоновка СНП
состоит из постоянной базовой части и специ-
альных сменных наладок. Базовая часть, как и
в системе УНП, многократно используется, а
сменные части являются специальными эле-
ментами, обеспечивающими оптимальное ба-
зирование и закрепление каждого типоразмера
обрабатываемых заготовок. Конкретные сведе-
ния по системам оснастки приведены в [16 и
28].
470
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНОчфРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
1 13.9. КЛАССИФИКАЦИЯ, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ,
КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И ПРИНЦИПЫ
ПОСТРОЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КОРПУСНЫХ И
ПЛОСКИХ ДЕТАЛЕЙ
Технологические системы (ТС) механи-
ческой обработки для изготовления корпусных
и плоских деталей охватывают весь диапазон
областей применения от участков из отдельно
функционирующих станков в единичном про-
изводстве до автоматических линий массового
производства.
Классификация ТС (рис. 1.13.26) делит
их на шесть типов:
• общего применения - широкоунивер-
сальные (I) и универсальные (II);
• специализированные - многономенк-
латурные (III) и детально-ориентированные
(IV);
• специальные - детально-специализиро-
ванные (V) и специальные (VI).
Каждому типу соответствует определен-
ная область применения.
По оси ординат отложены характеристи-
ки ТС: загрузка оборудования, уровни специа-
лизации автоматизации, гибкость и произво-
дительность. По оси абсцисс отложены пара-
метры, характеризующие серийность произ-
водтва: коэффициент закрепления операций,
цикличность переналадки и число наименова-
ний изготавливаемых деталей.
В простейшем случае ТС типа I пред-
ставляет собой традиционный производствен-
ный участок из универсальных станков с руч-
ным управлением или многоцелевых станков с
ЧПУ. Такая ТС обладает наивысшей гибко-
стью, но малой производительностью. Приме-
няется она в области единичного и мелкосе-
рийного производства.
ТС типа VI представляет собой поточную
автоматическую линию массового производст-
ва, которая способна изготавливать детали
одного типоразмера. Переход на изготовление
детали другого наименования требует длитель-
ной перекомпоновки ТС; в такой системе
достигается наивысшая производительность
при минимальной или почти отсутствующей
гибкости.
ТС типов II - V представляют собой гиб-
кие автоматизированные технологические сис-
темы (ГАТС), охватывающие область приме-
нения от единичного и мелкосерийного до
крупносерийного (в некоторых случаях до
массового). Они формируются из универсаль-
ных многоцелевых и специализированных
станков (сверлильные, фрезерные, расточные
станки с ЧПУ, станки с автоматической сме-
ной многошпиндельных коробок и т.п.). Оп-
ределенное сочетание многоцелевых и одноце-
левых станков, одношпиндельной н много-
шпиндельной обработки образуют ту или
иную станочную систему в соответствии с ти-
пом ТС.
Каждая из ТС типа ГАТС имеет широ-
кую область применения со значительными
зонами перекрытия, поэтому в каждом кон-
кретном случае могут быть использованы
ГАТС нескольких типов. Вопрос об определе-
нии ГАТС конкретного типа решается на ос-
нове тщательного технико-экономического
анализа применительно к условиям заказчика
(см. 1.13.10).
Число и многообразие ТС может быть
больше, чем приведено в классификации; они
часто встречаются в сочетаниях, а не в чистом
виде. ТС типов II, III и IV или их сочетание
получили название "гибкие производственные
системы" (ГПС).
Различают внутреннюю и внешнюю гиб-
кость ТС. Под внешней гибкостью понимают
число наименований деталей, которые можно
рационально (экономно) изготовлять в преде-
лах данной системы. Внутренняя гибкость - это
способность эффективного изготовления дета-
лей заданной номенклатуры с изменяющейся
последовательностью запуска деталей или па-
раллельным изготовлением деталей различных
наименований., т.е. смешанными партиями.
Внутренняя гибкость является сущест-
венным показателем экономичности, так как
определяет затраты на переналадку оборудова-
ния. С увеличением серийности производства
растет специализация ТС и снимается их внут-
ренняя гибкость.
В зависимости от типа ТС можно фор-
мировать из станков общего применения, спе-
циализированных (по видам работ) и специ-
альных станков. Основным универсальным
оборудованием, которое используется при
построении ГАТС, являются МС. Значительно
реже применяют универсальное оборудование
с ручным управлением, как правило, только
для тяжелых обдирочных работ. Применение
МС для формирования ГАТС дает большую
эффективность обработки, так как их техно-
логические возможности значительно шире,
чем обычных станков с ЧПУ. Наибольшая
эффективность МС достигается при их ис-
пользовании в ТС серийного производства.
С ростом серийности увеличивается ра-
циональность использования станков с ЧПУ,
специализированных по видам работ: свер-
лильных, фрезерных, расточных, резьбонарез-
ных. Такие станки имеют меньшую универ-
сальность, чем МС, но позволяют более про-
изводительно выполнять тот или иной вид,
обработки. Например, • фрезерные станки,
имеющие повышенные жесткость узлов и
мощность главного привода, более производи-
тельно выполняют фрезерование плоскостей.
Кроме того, эти станки имеют более простую
конструкцию и систему управления и, следо-
вательно, более дешевые.
В системах ГАТС, предназначенных для
работы в условиях средне- и крупносерийного
папокам
аирныел.
Среднесерийное
______серийность
Круявирийное
ГИБКИЕ
мтом/паиршнныЕ
ТЕМЮГИЧЕСКИЕ
СИСТЕМЫ
УниБершьньн I_________
%
It \ителнцюсччкца арцм
томаcW и
*че. конгиегсы
_____________потоком_______
Чнибераи^ные^танки^с П и
Мелкхфлйное
многочелеБые anoHaj с W
Единичное
.. сЛециоаные fj
Пп' ИЙсрммигАелые ~
чт поточные аапомти
ТС [чемле лш&
асрееатные и специальные
станки
детално-спеииалмимданные !
Jun [переналажиоаемые аопяма-
-----------линии сжесяисин
комплексы с
детально -
Тип
ЧТ 1 _______
'С _______________________попукам
ООно-и многоцелевые танки с'П,Зт.ч.
со сменой нногошпзндельнык троЕж_________
пршЬодстк
Muzoloe
Козцкрициент
закрепления
операции К
Цикличность
переналадок
ык деталей N
к>юо
юож>го
го*к>ю
Ю*К>1
После обработки
1...6 заготовок
Иьгоо
Ежесменно
гоо>н*.5О
Еженедельно
50>ИЫО
Ежемесячно или
ежеквартально
Рис. 1.13.26. Классификация технологических систем механической обработки корпусных деталей
Переналадок
нет
V-/..2
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
472
производства, применяют станки с ЧПУ с
автоматической сменой многошпиндельных
коробок (мультицентры), которые в сочетании
с одношпиндельными станками могут обеспе-
чить высокую гибкость со сравнительно высо-
кой производительностью обработки.
Комбинация одношпиндельных станков
со станками, оснащенными сверлильными,
фрезерными и расточными многошпиндель-
ными коробками, в одной ГАТС позволяет
увеличить степень загрузки производственного
оборудования, что не всегда возможно при
использовании раздельно одно- и много-
шпиндельных станков.
В ряде случаев для построения ГАТС ис-
пользуют комбинированные станки с ЧПУ,
сочетающие автоматическую смену инструмен-
та и многошпиндельных коробок.
Научно-технической основой создания
ТС является блочно-модульный принцип по-
строения оборудования.
Особенно эффективен блочно-
модульный принцип при комплектации ГПС,
поскольку является основой для решения за-
дачи максимального соответствия функцио-
нальных, технических и компоновочных ха-
рактеристик оборудования, входящего в ГПС,
производственным и технологическом услови-
ям ее эксплуатации.
Реализация этого принципа при созда-
нии оборудования обеспечивается выполнени-
ем следующих основных условий:
1. Независимость блоков и агрегатов. Это
условие предусматривает:
создание типовых кинематически авто-
номных узлов;
построение системы управления по
блочно-модульному принципу с соответст-
вующим программно-математическим обеспе-
чением;
унификацию присоединительных разме-
ров неподвижных и подвижных стыков;
унификацию механических, гидравличе-
ских, электрических и электронных стыков.
2. Построение оборудования разного
уровня автоматизации на основе оборудования
высшего уровня путем исключения некоторых
блоков и агрегатов.
3. Разделение на блоки и агрегаты по
конструктивному признаку с четким выделе-
нием комплектующих изделий, узлов общего
применения и типовых автономных узлов
данного модификационного ряда; узлы общего
применения (например, программно-
управляемые плансуппорты, элекгропшинде-
ти, револьверные, поворотные и угловые го-
товки и т.п.) должны быть унифицированы и
стандартизованы.
4. Разделение на блоки и агрегаты по
признаку функциональной автономии. На-
пример, инструментальный магазин и меха-
низм автоматической смены инструментов
целесообразно выделять в один агрегат, по-
скольку функционально они неразделимы; в
то же время этот агрегат состоит из двух кон-
структивно независимых узлов - магазина и
механизма автоматической смены.
Основы проектирования станков по
блочно-модульному принципу приведены в гл.
1.4.
Основной целью блочно-модульного по-
строения является генерация вариантов струк-
тур из агрегатов, блоков и узлов, а также вы-
бор оптимальных вариантов по заданному
критерию, что требует использования разно-
образной информации и реализации трудоем-
ких процедур преобразования этой информа-
ции. В связи с этим необходима автоматиза-
ция этого процесса с использованием ЭВМ.
Более полно указанные задачи и методы
их решения рассмотрены в гл. 1.13.10 и рабо-
тах [25] и [26]. Перспективы развития гибких
систем, международный опыт и экономиче-
ские аспекты их создания изложены в анали-
тическом обзоре [7].
1.13.10. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ УЧАСТКИ ДЛЯ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ И ПЛОСКИХ ДЕТАЛЕЙ.
СТРУКТУРА, СОСТАВ И ОСОБЕННОСТИ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Под гибким автоматизированным участ-
ком (ГАУ) в металлообработке понимают ком-
плекс обрабатывающего оборудования с ЧПУ
для изготовления, как правило, широкой но-
менклатуры деталей одного технологического
класса, связанный единой транспортной сис-
темой и системой управления на базе ЭВМ.
Автоматизированные участки относятся к
классу гибких производственных систем и
представляют собой гибкую организационную
и технологическую структуру производства
(рис. 1.13.27), основное оборудование кото-
рого состоит преимущественно из гибких про-
изводственных систем (ГПС), ячеек (ГПЯ) и
модулей (ГПМ).
Гибкие участки для изготовления кор-
пусных деталей (АСК) относятся к числу наи-
более сложных и дорогих систем в машино-
строении; они предназначены для комплекс-
ной обработки деталей типа корпусов, рам,
рычагов, кулис, коробок и т.п. из черных ме-
таллов и легких сплавов в определенном диа-
пазоне размеров и могут использоваться в
условиях мелкосерийного, серийного и в ряде
случаев крупносерийного производства [12].
Участки типа АСК создаются из ГПМ и
ГПЯ на базе взаимозаменяемых станков (как
правило, многоцелевых) или из функциональ-
но дополняющих друг друга станков с ЧПУ
(например, фрезерных, расточных, сверлиль-
ных и др.), в том числе со сменой много-
шпиндельных коробок. Применяют также
комбинированный принцип набора оборудо-
вания, т.е. используют станки обоих видов.
/limoMomusupolaHHbiu участок для обработки корпуснЬя деталей
Подсистема
технологической
подготовки
производства
Разработка
технологии
Подсистема техни-
ческой подготовки.
производства
ПодготоВкО
инструмента
Вспомогательно/с
подсистемы
Проектиро-
вание
оснастхи
Проектиро-
вание спеи-
инструнента
обработки
Разработка
U MKTpOflb
Уп
Отделение
штролр
хачестба
Отделение
дополните^
г W
обработки
Управление
станками
Управление
транспортны-
ми системами
Управление
контрольно-
измера телЬ-
нЫми ист-
рой стаВами
Управление
бспомоытелЬ-
нЫни агрега-
тами и меха-
низмами
Рис. 1.13.27. Структурная схема автоматизированного участка для обработки корпусных деталей
Транспортно-нахопи-
тельные системы:
а-для заготоВок
б-для приспособле-
УЛЯ инструмента
'борка стругни
Подача и очистка
СОЖ
Система смазки
Поток, знергии
.474
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
Применение в одном участке только взаимо-
заменяемых многоцелевых станков придает
производству максимальную гибкость, упро-
щает обслуживание оборудования и планиро-
вание его загрузки, однако увеличивает стои-
мость примерно на 20 %
К транспортно-накопительной системе
предъявляются требования полного согласова-
ния с работой станков (время ожидания при
обслуживании станков - подача следующей
заготовки, эвакуация обработанной детали,
подача инструмента и др. - должно быть ми-
нимальным), универсальности (обеспечение
транспортировки различных по габаритам и
конфигурации заготовок и деталей единым
транспортным средством без подналадок) и
достаточности по объему (количество накопи-
телей и ячеек хранения должно быть достаточ-
ным для обеспечения независимой работы
участка в течение трех-шести смен).
В участках типа АСК наиболее часто
применяется гибкий транспорт (робокара и
(или) штабелер) в сочетании с накопителями и
многоярусным складом, что обеспечивает воз-
можность подачи в необходимый момент вре-
мени на каждый станок участка любой детали
независимо от ее местонахождения в транс-
портно-накопительной'" системе и времени
пролеживания. Реже, в основном для условий
крупносерийного производства, может быть
применен жесткий, но более простой транс-
порт конвейерного типа, реализующий поточ-
ный принцип.
Система управления производством
строится, как правило, на базе локальных вы-
числительных сетей ЭВМ и в общем случае
толжна обеспечить:
технологическую подготовку производст-
ва (автоматизированная, разработка технологи-
теских процессов и управляющих программ,
тайных по наладке станков, нормирование,
выдача карт комплектации инструмента и др.);
оперативное сменное (суточное) плани-
рование (расчет равномерной и полной за-
грузки станков с учетом их фактического со-
стояния, срочности выполняемых заказов и
ip. факторов) с целью выдачи текущих плано-
тых заданий на каждое рабочее место;
диспетчирование или оперативное управ-
гение работой участка (редактирование плано-
вых заданий, установление очередности об-
луживания, расчет и оптимизация маршрутов
теремещения, текущее информационное об-
служивание всех рабочих мест);
учет хода производства (накопление дан-
1ых о выполнении плановых заданий, просто-
те оборудования, ведение динамической ин-
формационной модели участка и др.);
управление эксплуатационной надежно-
тью оборудования (диагностика, планирова-
ше и указания по профилактике, ремонту,
•егулированию оборудования);
управление качеством (текущий контроль
и измерение деталей в процессе обработки,
окончательный контроль изделий, анализ и
статистическая обработка данных по точности
и выдача данных по подналадке оборудования,
замене инструмента и др.);
управление оборудованием (станками,
транспортно-накопительными системами и
пр.)
Целесообразность степени автоматизации
при реализации той или иной функции систе-
мы управления в каждом случае должна ре-
шаться отдельно с учетом затрат для ее осуще-
ствления, включая стоимость аппаратной части
и математического обеспечения [4].
При создании участков рекомендуется
руководствоваться принципом:
комплексности обработки, т.е. обеспече-
ние полного цикла обработки (от заготовки до
готовой детали) комплектов основных деталей
узла или изделия;
автономности (независимости) работы
каждой производственной единицы в сочета-
нии с принципом работы склад - станок -
склад или накопитель - станок - накопитель;
концентрации операций, т.е. обеспечение
возможно более полной концентрации обра-
ботки на одном рабочем месте;
интеграции конструкции, технологии и
производства, т.е. слияние методов автомати-
ческого проектирования деталей и технологии
их изготовления с автоматическим управлени-
ем производством;
самообучения на базе преемственности
технологии, т.е. возможность и целесообраз-
ность изготовления на одном участке экспе-
риментальных деталей, опытных партий и
освоения их серийного производства;
смешанной серийности, т.е. возможность
изготовления деталей с разной серийностью и
применения в рамках одного участка как од-
ношпиндельного, так и многошпиндельного
оборудования;
линейности построения автоматизиро-
ванных участков: основной вид компоновки -
продольное в один этаж расположение обору-
дования в один или два ряда, чаще всего с
продольным транспортом;
агрегатно-блочного (модульного) по-
строения участков с возможностью замены
блоков и развития (наращивания) участка при
изменении производственных условий;
иерархии структуры построения автома-
тизированной системы в целом (автома-
тизированный завод - цех - участок - модуль -
станок) и соответствующей иерархической
централизованно-распределенной структуры
системы управления.
Работы по проектированию АСК должны
начинаться с анализа и решения комплекса
организационно-технических задач, охваты-
вающих вопросы выбора совокупности изго-
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ УЧАСТКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
475
тавливаемых деталей, определения технологии
обработки, организации производственного
процесса, плановой и технологической подго-
товки производства, а также управления про-
изводственным процессом в целом. Глубина
анализа и оптимальность решений этих вопро-
сов для конкретных условий предопределяют
эффективность создаваемого АСК [6].
Как правило, участки типа АСК - это
многообъектные производственные системы с
недетерминированным потоком обра-
батываемых заготовок и готовых деталей и
стохастическим характером изменений состоя-
ния каждого агрегата во времени.
С точки зрения системного анализа
структура производства может быть представ-
лена как сложная иерархическая система,
формальное описание отдельных элементов
которой и их синтез могут выполняться с по-
мощью математического аппарата абстрактной
алгебры.
Каждое конкретное производство может
быть охарактеризовано сложной системой
пересекающихся множеств признаков, анализ
взаимосвязей которых может быть выполнен
на основе классификации и формального сис-
темного анализа.
На самом высоком иерархическом уров-
не механообрабатывающее производство мож-
но рассматривать как некоторое множество М
(рис. 1.13.28), оборазованное сочетанием базо-
вых подмножеств обобщенных параметров
обрабатываемых деталей А, организационно-
технологических В, производственно-техни-
ческих С и технико-экономических D харак-
теристик производства, т.е.
М = {А, В, С, D}.
На следующем уровне иерархии каждое
из базовых подмножеств может быть охаракте-
ризовано в свою очередь подмножествами А,,
Bif Cj, Di, несущими в себе определенную
совокупную характеристику по группе одно-
типных признаков, т.е.
А - {Al,Аз,..., А„)
В = {в1,в2,...,вп}
С = {СЬС2,...,СП}
Z>= {Dl,D2,...,Dn}
Л ~ {^11, ^12, ^13,
4? = {<*21, <*22, <*23, -, <*2nH
fy. {<*/1, <*/3, —, <*«}•
Таким образом, общую структуру произ-
водства можно рассматривать как топологиче-
ское классификационное дерево характери-
стик. Взаимосвязь базовых подмножеств и
предметных признаков, составляющих под-
множества, характеризует множественную мо-
дель структуры производства.
Приведенная классификация может быть
использована как для анализа действующего
производства, так и при разработке нового
АСК.
Возможны два подхода к организации
проектирования участков.
Первый подход, базирующийся на блоч-
ном принципе, предполагает выбор отдельных
составляющих АСК из числа унифицирован-
ных и типовых решений, что значительно
сокращает число контролируемых параметров
в общей модели. Удовлетворение граничных
значений параметров, определяемых частным
критерием при заданных конкретных услови-
ях, может быть достигнуто путем разработки
частных сочетательных моделей на основе
выборочного анализа различных сочетаний.
Создание АСК в этом случае представляет
собой синтез системы из заранее выбранных
блоков, совокупность которых должна удовле-
творять некоторому локальному минимуму.
При втором подходе АСК проектируется
не из типовых унифицированных элементов, а
путем создания оригинальных средств, наи-
лучшим образом отвечающих поставленным
задачам. При этом возникает задача многофак-
торного анализа и поиска оптимального реше-
ния по общему и локальным критериям эф-
фективности. Второй путь может привести к
лучшим техническим решениям, например, по
производительности, но увеличивает стои-
мость АСК и удлиняет сроки его создания.
Рекомендуемые типы участков для изго-
товления корпусных деталей и основные дан-
ные унифицированных составных частей для
их комплектации при первом варианте проек-
тирования приведены в табл. 1.13.25. Помо-
дельный перечень модулей и других компо-
нентов для комплектации участков см. [24].
В этом случае формирование обобщенной
структуры участка и определение укрупнен-
ного состава оборудования сводится к логиче-
скому конструированию системы из унифици-
рованных блоков в соответствии с заданными
параметрами деталей, организационно-техно-
логическими и производственно-техническими
характеристиками производства с последую-
щей проверкой решения по следующим ос-
новным технико-экономическим показателям:
величина производственной площади,
занимаемой АСК;
численность обслуживающего персонала
и прежде всего операторов;
себестоимость продукции, производимой
АСК;
стоимость оборудования и систем АСК;
приведенные затраты при определенных
объемах производства;
количество и номенклатура инструментов
и оснастки и др.
476
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
Рис. 1.13.28. Структурная схема механообрабатывающего производства:
1 - множество характеристик; 2 - базовые подмножества; 3 - подмножества однотипных характеристик;
4 - единичные признаки;
М - механообрабатывающее производство; А - характеристики обрабатываемых деталей; А} - конструктивная
форма обрабатываемых деталей; вц - класс деталей; а\2 - группа деталей; - вид заготовки; Oj4 - количество
наименований деталей; - материал заготовки; а^\ - группа материалов; 022 " подгруппа материала по
обрабатываемости; Дз - размерные характеристики обрабатываемых деталей; ац - группа деталей по
наибольшему размеру; <232 - подгруппа деталей по отношению наибольшего размера к среднему; А4 - масса
заготовки; 041 - группа заготовки по массе; Д42 - коэффициент использования материала (отношение массы
детали к массе заготовки); /1$ - точность детали; 05] - точность размеров; Cls2 ~ точность геометрической
формы; 053 - точность взаимного расположения поверхностей; G54 - шероховатость поверхности;
В - организационно-технологические характеристики производства; В\ - серийность изделий; йц - тип
производства (единичное, мелкосерийное, среднесерийное, крупносерийное, массовое); Ь\2 - годовой выпуск
изделий; В2 - серийность обрабатываемых деталей; 621 - годовой выпуск обрабатываемых деталей;
Ь22 - коэффициент закрепления операций; />23 - размер партии запуска; Вт, - характеристика организации
производственного процесса; Ь-ц - вид организации производства (поточное, полупоточное, предметно-
замкнутое и др.); />з2 - характеристика организации поставки заготовок (поштучно, партиями и др.);
2?4 - временные характеристики производства; />4] - штучное время обработки; Л42 - подготовительно-
заключительное время; А>4з - количество операций в технологическом процессе; Л44 - продолжительность
производственного цикла; Л45 - норма обслуживания (коэффициент многостаночного обслуживания);
В$ - стратегическая гибкость производства; />$] -частота смены изделий; Ь$2 ~ частота смены деталей;
Л53 -степень конструктивных изменений деталей; С - производственно-технические характеристики
производства; С; - оснащенность технологического процесса; Сц - коэффициент оснащенности
технологической оснасткой; Cj 2 - комплектность режущего инструмента; Q3 - степень автоматизации
технологического процесса; Cj 4 - коэффициент сменности работы оборудования; С2 - гибкость оборудования;
С21 - степень универсальности; С22 - степень автоматизации переналадок; С3 - степень дефицитности
оборудования (узкие места); С31 - по производительности; С32 - по точности; С33 - по надежности; С4 - возрас-
тная характеристика оборудования; С41 - возрастная группа оборудования; С42 - возможность модернизации;
С43 - реальность замены оборудования; С$ - характеристика производственного персонала; c$i - разряд
основных производственных рабочих; С52 - коэффициент перевыполнения норм; С53 - степень дефицитности
кадров; С54 - соотношение вспомогательных и основных рабочих; Q - характеристика производственных
площадей; Cgj - ширина пролетов; 0,2 - высота пролетов; Оз - качество грунта; Qo - наличие резервных
площадей; С(,$ - реальность капстроительства; С7 - характеристика управления производством, С71 - структура
управления производством; С72 - степень автоматизации научных исследований и проектирования изделий;
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ УЧАСТКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
477
К рис. 1.13.28
С73 - степень автоматизации проектирования деталей; С74 - степень автоматизации технологической подготовки
производства; С75 - степень автоматизации планирования и учета; С76 - степень автоматизации контроля
качества; С77 - степень автоматизации управления оборудованием; С78 - степень автоматизации транспортно-
складских операций; D - производственно-экономические характеристики производства; D\ - основные
фонды; г/ц - количество единиц оборудования, d\i - стоимость комплекта оборудования; J13 - количество
производственных площадей; <^4 - стоимость производственных площадей; Di - себестоимость продукции;
- величина себестоимости; J22 - структура себестоимости; Dt, - оборотные средства; djj - величина
оборотных средств; J32 - структура оборотных средств; D4 - технико-экономические показатели производства;
гЛц - производительность труда (годовой объем продукции на одного работающего или рабочего);
J42 - производительность оборудования (годовой объем продукции на один станок); J43 - приведенные затраты
на годовой объем продукции; J44 - годовой экономический эффект
1.13.25. Типы участков и состав оборудования для обработки корпусных деталей
Наименование оборудования Основные параметры, определяющие выбор оборудования
Гибкие автоматизированные участки для обработки корпусных деталей Наибольшие габаритные размеры дета- ли, мм Наибольшая масса детали, кг
160 X 160 X 160‘*-‘2 250 х 250 х 250*1*2 400 х 400 х 400*1 630 х 630 х 630*1 1000 X 1000 X 1000 20 40 160 500 1000
Станки и гибкие модули для комплек- тации участков Ширина стола мм
200*1’*2 320*1-*2 500*1 800*1 1250
Склады с автоматическими кранами- штабелерами с ПУ и управлением от ЭВМ с комплектом тары Грузоподъем- ность крана- штабелера, т Габаритные размеры тары в плане, мм
0,16 0,5 1,0 3,2 600 х 400 800 х 600 1200 х 800 1600 х 1200
Транспортно-перегрузочные робокары (рельсовые и безрельсовые) с управле- нием от ЭВМ Грузоподъем- ность тележки, т Габаритные размеры тары в плане, мм Количество одно- временно перево- зимых тар
0,5 600 х 400 800 х 600 2 1
1.0 800 х 600 1200 х 800 2 1
3,2 1200 х 800 1600 х 1200 2 1
478
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
Продолжение табл. 1.13.25
Роботы и манипуляторы шарнирно- балансирные с комплектом чалочных Грузоподъемность, кг
устройств 40; 160; 250; 400; 630
Краны мостовые с автоматическим ад- ресованием Грузоподъемность, т
1,0; 3,2
Координатно-измерительные машины с управлением от ЭВМ для окончатель- Предельные измеряемые размеры, мм
ного контроля деталей 320 х 160 х 160 630 х 320 х 320 800 х 630 (1000) х 400 1000 х 1000 (1600) х 630
МЬечные машины В соответствии с габаритными размерами обраба- тываемых деталей и размерным рядом спутников
Комплекты спутников Габаритные размеры спутников в плане, мм
200 х 200 320 х 320 500 х 500 800 х 800 1250 х 1250
Комплекты режущего и вспомогатель- ного инструмента Ширина стола станка, мм Размер конуса 7 : 24 вспомогательного инструмента
200 320 500 800 1250 30 40 50 50 50
Комплекты универсально-сборной осна- стки для закрепления деталей На базе элементов УСПО с координатной сеткой базирующих и крепежных отверстий или V-об- разными пазами
Система централизованного управления от ЭВМ, включая аппаратные средства и ПМО Структура системы и состав решаемых задач опре- деляются в соответствии с организационно- технологическими характеристиками участков на основе типового ПМО и унифицированного ком- плекта технических средств
J Возможно исполнение оборудования для прецизионной обработки.
*2 Возможно оснащение оборудования, характеризуемого данным параметром, ПР.
Указанные показатели являются локаль-
ными критериями оптимизации. Проведение
оптимизации по одному из критериев может
приводить к ухудшению других показателей, в
связи с чем многокритериальная оптимизация
в большинстве случаев крайне затруднена.
При необходимости компромиссного от-
бора результатов генерации структур АСК с
использованием интегрального критерия ре-
комендуется использовать целевую функцию.
л
F = ^KiFi -> min,.
/=!•
i = 1Д...,л
где Fj - значение показателя i-й характеристи-
ки; Kj - весовой коэффициент i-й характери-
стики.
Если оптимизация проводится по одному
j-му критерию (локальный оптимум), т.е. ко-
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ УЧАСТКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
479
гда Kt = 0 (/ =£ j ), то целевая функция при-
обретает вид
F — Fj-> min.
Ввиду трудностей и малой доверительной
вероятности при определении весовых коэф-
фициентов многокритериальная оптимизация,
как правило, не проводится. В качестве основ-
ного критерия оптимизации в большинстве
случаев принимаются приведенные затраты.
Методы и правила формализации и алгоритм
выбора оптимального комплекта оборудова-
ния с учетом данного критерия изложены в
[25].
Конкретное проектирование АСК долж-
но осуществляться на основе технологической
проработки деталей выбранной номенклатуры.
К проектированию технологии обработки
также возможны два подхода. Первый из них -
синтез технологической операции из заранее
выбранной номенклатуры типовых операци-
онных переходов обработки поверхностей
деталей и "сборка" технологического маршрута
по заранее составленным технологическим
алгоритмам на основе классификации и типи-
зации элементарных поверхностей деталей и
технологии их обработки. Второй подход
предполагает детальную проработку техноло-
гического маршрута и каждой технологической
операции (перехода) с целью обеспечения
максимальной эффективности технологиче-
ского процесса для каждой конкретной детали.
При втором подходе выявляются специфиче-
ские требования к оборудованию, инструменту
и оснастке, что, как правило, приводит к не-
обходимости создания специальных или спе-
циализированных средств оснащения техно-
логического процесса. В связи с этим - этот
подход нашел широкое применение для мас-
сового производства устойчивой номенклатуры
деталей, а первый - для мелкосерийного про-
изводства с часто меняющейся номенклатурой.
В общем случае построение структуры
технологического процесса изготовления кор-
пусных деталей в АСК, определение укруп-
ненного состава комплекта инструментов и
оснастки, расчет суммарной трудоемкости
изготовления комплекта деталей и предвари-
тельный расчет количества единиц необходи-
мого основного оборудования может прово-
диться на основе логического конструирова-
ния технологических операций в соответствии
с конструктивно-технологическими характери-
стиками подлежащих изготовлению деталей
(рис. 1.13.29) и организационно-техническими
характеристиками производства (см. рис.
1.13.28).
С целью упрощения технологической
подготовки проектирования АСК рекоменду-
ется использовать типовые маршруты и ин-
формационную модель технологической опе-
рации, основанную на унификации технологи-
ческих переходов обработки и контроля типо-
вых поверхностей корпусных деталей (техно-
логические циклы) применительно к многоце-
левым станкам с ЧПУ и модулям на их базе
(см. 1.13.8).
При создании АСК существенным явля-
ется вопрос выбора оптимальной степени
автоматизации и рациональной структуры
системы управления.
Классификация задач управления произ-
водством и способы реализации их решения
приведены в 1.8.
Общая структура системы управления
может рассматриваться как многоуровневое
классификационное дерево целей, а взаимо-
связь базовых подмножеств характеризует при
этом множественную модель информационной
структуры системы.
При таком подходе возможен синтез
структуры системы управления по выбранной
номенклатуре функциональных задач и ее
"сборка" из заранее разработанных типовых
аппаратных и программных средств, т.е. логи-
ческое конструирование системы из унифици-
рованных программно-аппаратных блоков в
соответствии с заданными организационно-
технологическими и производственно-техни-
ческими характеристиками производства с
последующей проверкой решения по ряду
технико-экономических показателей.
Изложенные принципы проектирования
можно использовать на первом этапе создания
АСК, включая проведение технико-
экономического обоснования и разработку
эскизного проекта. Классификационный под-
ход, типизация и унификация отдельных эле-
ментов и анализ различных сочетаний позво-
ляют получить ряд альтернативных вариантов
построения АСК, различающихся технико-
экономическими показателями, и выбрать
один из них, наиболее точно отвечающий вы-
бранным частным критериям (например, ми-
нимуму занимаемой площади, максимуму
производительности, ограничению по номенк-
латуре и объему инструментального обеспече-
ния или другим критериям). После выбора
определенного варианта построения АСК сле-
дует приступить к конкретному рабочему про-
ектированию. При этом в первую очередь
необходимо достаточно точно определить ма-
териальный состав АСК.
Все параметры АСК должны быть опре-
делены с учетом переменного входного потока
обрабатываемых заготовок и случайного харак-
тера отказов оборудования.
Аналитические способы расчета и анали-
за сложных систем (теория конечных автома-
тов для детерминированных систем с дискрет-
ным временем; дифференциальные уравнения
для детерминированных систем с непрерыв-
ным временем; теория вероятностных автома-
тов для стохастических систем с дискретным
временем и теория массового обслуживания
480
Глава 1.13. СТАНКИ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ
Рис. 1.13.29. Конструктивно-технологические характеристики корпусных деталей:
1 - множество характеристик; 2 - базовые подмножества; 3 - подмножества однотипных характеристик;
4 - единичные признаки;
Л/' - обрабатываемые детали. А' - группы поверхностей; Af - конструктивные поверхности;
Оц' - основные конструктивные базовые поверхности; - вспомогательные конструктивные базовые
поверхности; flu" - рабочие конструктивные поверхности;
А2 - несущие поверхности; /721’ ’ силовые поверхности, 022 ~ связующие поверхности;
Аз - технологические поверхности; Он' - технологические базовые поверхности;
O32' " базовые поверхности разметки; Ojj' - литейные базовые поверхности;
В' - конструктивная форма поверхностей; В\ - геометрическая форма поверхностей;
b\ f - основной геометрический вид поверхностей (например, плоскость);
byi - подвид поверхностей, характеризуемый общностью метода обработки (например, закрытая плоскость);
Ь\з' ~ тип поверхностей одного подвида, характеризуемый модификацией метода обработки
(например, плоскость, закрытая справа);
В% - геометрические размеры поверхностей;
#21' - основной размер поверхности (например, диаметр цилиндрического отверстия);
#22' — ^2п ~ дополнительные размеры поверхностей (например, глубина цилиндрического отверстия);
В3 ~ координаты опорной точки привязки поверхности к системе координат детали;
#31' — #3б' _ координаты опорной точки соответственно по осям X, К Z, по углам поворота В, А, С;
С' - технические требования к поверхности, Cf - точность размеров поверхностей;
Сц' - допуск на основной размер поверхности; С12* — с1п ~ допуск на дополнительные размеры поверхностей;
С2' - точность формы поверхностей;
с21* с2п ~ Допуск на плотность, прямолинейность, цилиндричность и др.;
Cj - точность расположения поверхностей;
с31* с3п - Допуск на параллельность, перпендикулярность, соосность и др.;
С$ - шероховатость поверхностей;
С41' - шероховатость основной поверхности; С42' — Q/ - шероховатость дополнительных поверхностей;
D' - технология механической обработки поверхностей; D\ - методы обработки поверхностей;
... d\n ~ типы методов обработки;
&2 ~ инструмент для обработки; dji' -- ^2/ “ типы инструментов; D3 - режимы обработки,
&31 — &33 * скорость резания, скорость подачи, глубина резания;
- геометрические схемы обработки поверхностей,
~ припуски, количество проходов по ширине и глубине и др.;
D$ - технологические команды;
- &5п ~ включение охлаждения, направление вращения шпинделя, тип интерполяции и др.
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ УЧАСТКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
481
для стохастических систем с непрерывным
временем) весьма трудоемки и недостаточно
эффективны из-за сложности формализации и
математического описания общих зависимо-
стей, а введение ряда упрощений значительно
влияет на точность и достоверность получае-
мых результатов.
В связи с этим наиболее эффективным
методом анализа при проектировании гибких
систем является имитационное моделирование
на ЭВМ, которое позволяет оценить не только
роль каждого элемента системы, но и взаимо-
действие элементов между собой и их обоб-
щенное влияние на систему в целом, в том
числе и при случайных процессах.
В результате анализа результатов модели-
рования могут быть определены показатели
использования каждого из станков участка во
времени и как следствие необходимое и доста-
точное количество оборудования каждого ти-
па, в том числе, при достаточной детализации
функционального описания производствен-
ного процесса, потребное количество инстру-
мента, оснастки, транспортных средств, объема
склада и других составляющих участка.
Перечисленные задачи могут быть реали-
зованы с помощью следующих типов моделей:
статистической, реализуемой на алгоритмиче-
ском языке высокого уровня (например, типа
ФОРТРАН); имитационной, реализуемой на
проблемно-ориентированном языке (напри-
мер, типа GPSS); динамической, использую-
щей псевдокод для описания алгоритма функ-
ционирования; модели состояния, реализуе-
мой на основе сетей Петри.
Статистическая модель создается на базе
стандартного пакета прикладных программ.
Особенностями системы являются возмож-
ность легального статистического анализа и
некоторая ограниченность при выборе крите-
риальных оценок.
Имитационная модель основана па тео-
рии массового обслуживания и предназначена
для анализа макросистем. Особенностями сис-
темы являются надежное решение очередности
обслуживания, определение "узких" мест, но
недостаточно точные результаты при деталь-
ном анализе.
Динамическая модель ориентирована па
использование диалоговой системы имитаци-
онного моделирования. Основными особенно-
стями системы являются ее гибкость, модуль-
ность построения и возможность конструиро-
вания модели из готовых блоков (программ),
однако возможность статистической оценки
вариантов несколько ограничена.
Модель состояний может быть построена
с помощью двудальнего графа сети Петри,
которая используется как средство отображе-
ния динамических процессов в объекте. Осо-
бенностью этого метода является возможность
моделирования с учетом асинхронности и
параллелизма процессов и динамики их функ-
ционирования. Как указывалось выше, эле-
менты АСК целесообразно принимать из ог-
раниченного унифицированного ряда. Следо-
вательно, задача построения модели может
быть решена путем синтеза системы из биб-
лиотеки типовых программных модулей с
формализованным описанием— алгоритма
функционирования и внешних связей элемен-
тов. Сведения о конкретном моделируемом
объекте (состав элементов, их параметры, вре-
менные характеристики и др.) могут вводиться
в систему с помощью набора информацион-
ных таблиц, содержимое которых определяет
изменяемую часть имитационной системы.
Техника моделирования и обзор применяемых
методов и средств подробно представлены в [5,
26].
Разработка информационной структуры
системы управления АСК и распределение
информационных потоков во времени также
могут быть решены с помощью имитацион-
ного моделирования на основе уточненной
структуры связей между различными уровнями
и отдельными элементами АСК и стандарти-
зованных протоколов обмена информацией
между ними с учетом переменного потока
обрабатываемых заготовок на входе в систему.
Таким образом, можно определить плотности
потоков в каналах связи, необходимую ско-
рость переработки и передачи информации и
предъявить необходимые требования к быст-
родействию вычислительных средств и их ап-
паратному составу, к помехозащищенности и
надежности каналов связи.
На рис. 1.13.30 приведен гибкий автома-
тизированный цех (ГАЦ), предназначенный
для изготовления около 25000 корпусных де-
талей 150 наименовавний из серого чугуна с
годовым выпуском от 50 до 1000 шт./год каж-
дого наименования при партиях запуска 10 -
100 шт. и количестве запусков 4 - 12 в год,
созданный по выше приведенной методике
16].
В цехе предусмотрено изготовление дета-
лей трех технологических групп:
первая группа - с габаритами до 1000 х
х 1000 (1600) х 1000 мм и массой до 1000 кг;
вторая группа - с габаритами до 630 х
х 630 (750) х 630 мм и масеой до 500 кг;
третья группа - с габаритами до 400 х 320
(400) х 400 мм и массой до 40 кг.
Цех включает четыре гибких автоматизи-
рованных участка типа ИСК с 16 единицами
основного оборудования, десять из которых
являются гибкими модулями трех типоразме-
ров, предназначенными для работы с мини-
мальным участием обслуживающего персонала
(на рис. 1.13.30 позиции 7, 4, 9), шесть -
взаимозаменяемыми многоцелевыми станками
(позиция 8).
1 2 3 4 5 6
Рис. 1.13.30. Автоматизированный цех для обработки комплекту корпусных деталей
Каждый модуль оснащен индивидуаль-
ным накопителем заготовок переменной вме-
стимости, рассчитанной в зависимости от
штучного времени их обработки и достаточной
для накопления заготовок на одну - две смены
работы оборудования.
Каждый участок имеет централизован-
ный накопитель, вместимость которого рас-
считана исходя из величин партий запусков
заготовок и штучных времен их обработки.
Предусмотрены также отделения 7 контроля
качества, оснащенное контрольно-измери-
тельной машиной, и 10 разметки загото-
вок.
Организация работы гибкого цеха преду-
смотрена на базе автоматических транспортно-
накопительных систем с использованием про-
мышленного робота 3 грузоподъемностью
160 кг для мелких заготовок и деталей и
транспортных тележек 6 и 12 1рузоподъемно-
стью 1000 и 3200 кг соответственно для сред-
них и крупных деталей. Хранение заготовок
предусмотрено в централизованном много-
ярусном складе обслуживаемом автоматиче-
ским краном-штабеллером 2 грузоподъемно-
стью 500 кг и одноярусном складе с мостовым
однобалочным краном 11 грузоподъемностью
3200 кг. Вместимость складов рассчитана на
хранение заготовок для бесперебойной работы
ГАЦ в течение трех - пяти суток.
На всех участках ГАЦ используется еди-
ный комплект режущего и вспомогательного
инструмента с конусом 7 : 24 № 50 и единая
система зажимной оснастки для крепления
заготовок, на базе элементов универсально-
сборной переналаживаемой оснастки (УСПО)
с точной координатной сеткой базирующих и
крепежных отверстий. Структура комплекта
режущего инструмента соответствует возмож-
ности обработки элементов поверхностей,
предусмотренных единой конструктивно-
технологической классификацией, типовыми
унифицированными технологическими пере-
ходами (циклами). Для подготовки инструмен-
та и оснастки предусмотрены инструменталь-
ное отделение и отделение подготовки при-
способлений (на рис. не показаны).
Состав комплекта оснастки определен из
условия одновременной сборки приспособле-
ний на спутниках по числу мест централизо-
ванных накопителей на участках. Каждый уча-
сток имеет систему сбора и накопления струж-
ки (12, 15, 16).
Управление ГАЦ осуществляется с по-
мощью единой иерархической трехуровневой
системы управления на базе ЭВМ, канально и
информационно соединенной с АСУП завода.
Нижний уровень системы расположен непо-
средственно на участках в диспетчерских пунк-
тах (5). Предусмотрена работа ГАЦ в две - три
смены с минимальным участием обслуживаю-
щего персонала.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аверьянов О. И., Кордыш Л. М. Высо-
коавтоматизированное оборудование д ля обра-
ботки корпусных и плоскостных деталей //
Станки и инструмент. 1990. № 2. С. 4 - 7.
2. Бобров А. Н., Перченок Ю. Г, Автома-
тизированные фрезерные станки для объемной
обработки. Л.: Машиностроение, 1979. 231 с.
3. Брон А. М. Обработка корпусных де-
талей иа многоцелевых станках с ЧПУ. М.:
Машиностроение, 1986. 45 с.
4. Брон А. М. Опыт создания и перспек-
тивы развития гибких систем для обработки
корпусных деталей на станкостроительных
заводах // Основные проблемы развития тех-
нологии машиностроения. М. МДНТП, 1985.
8 с.
5. Брон А. М., Гершкович А. Б., Кардов-
ский Л. Л. Применение методов моделирова-
ния при разработке гибких производственных
систем // "Проблемы создания и эксплуатации
гибких автоматизированных систем в машино-
строении". Материалы Всесоюзной научно-
технической конференции НТО машпром. М.
1984. 5 с.
6. Брон А. М., Косовский В. Л. Основ-
ные принципы проектирования ГПС для об-
работки корпусных деталей // Проблемы соз-
дания гибких производственных систем и ро-
ботизированных технологических комплексов.
Сб. научных трудов. М.: ОНТИ. ЭНИМС.
1986. 18 с.
7. Брон А. М., Новиков А. Н., Черняв-
ский Л. Б. Заводы-автоматы. Планы и состоя-
ние. Аналитический обзор. М.: ВНИИТЭМР,
1988. 56 с.
8. Гольдрайх Г. М. Сверлильно-фрезер-
но-расточные станки ОСПО // Станки и ин-
струмент. 1991. № 8. С. 6 - 8.
9. Гольдрайх Г. М., Джугурян Т. Г.,
Капительман Л. В. Расширение технологиче-
ских возможностей прецизионных расточных
станков. СТИН, 1993, №.Г. С. 6 - 8.
10. Губергриц Л. И., Дроздов Ф. М.
Станки для сверления и растачивания глубо-
ких отверстий // Станки и инструмент. 1989.
№ 4. С. 2 - 4.
11. Кирьянов В. Н., Брон А. М. Автома-
тизация технологической подготовки произ-
водства для обработки корпусных деталей на
многоцелевых станках с ЧПУ и ГПС на их
основе. Методические рекомендации. ' М.:
ВНИИТЭМР, 1985. 93 с.
12. Комплексно-автоматизированные уча-
стки АСК из станков с ЧПУ, управляемые, от
ЭВМ, для обработки корпусных деталей. Ин-
формационный материал. М.: ВНИИТЭМР,
1985. 22 с.
13. Кордыш Л. М., Косовский В. Л. Гиб-
кие производственные модули. М.: Высшая
школа, 1989. Ис.
484
Глава 1.14. ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
14. Кордыш Л. М. Методика определения
времени автоматической смены инструментов
и заготовок // Станки и инструмент. 1987.
№ 3. С. 7 - 9.
15. Кордыш Л. М., Аверьянов О. И.
Классификация современных универсальных
станков сверлильно-фрезерно-расточной груп-
пы. СТИН. 1995. № 11. С. 10 - 15.
16. Кузнецов Ю. И., Маслов А. Р., Бай-
ков А. Н. Оснастка для станков с ЧПУ: Спра-
вочник. М.: Машиностроение, 1983. 356 с.
17. Куликов С. И., Волоцепко П. В., Риз-
ванов Ф. Ф. и др. Сверлильные и хонинго-
вальные станки. М.: Машиностроение. 1977.
232 с.
18. Кучерявый А. В. Гамма многоцелевых
продольных фрезерно-расточных- станков с
подвижным порталом // Станки и инструмент.
1989. № 12. С. 14 - 17.
19. Лоскутов В. В. Сверлильные и рас-
точные станки. М.: Машиностроение, 1981.
152 с.
20. Металлорежущие станки и автоматы.
Под ред. А. С. Проникова. М.: Машинострое-
ние, 1981. 479 с.
21. Металлорежущие станки, выпускае-
мые в СССР. Справочно-информационные
материалы. М.: ЭНИМС-ЭНИКС, 1990. 425 с.
22. Михайлов О. Г., Коробков А. В. Но-
вая гамма многоцелевых станков и ГПМ вер-
тикальной компоновки // Станки и инстру-
мент. 1992. № 2. С. 6 - 9.
23. Ничков А. Г. Фрезерные станки. М.:
Машиностроение, 1977. 184 с.
24. Номенклатурная ведомость (перечень)
гибких производственных модулей и других
составляющих компонентов ГПС, осваиваемых
производством на 1986 - 1990 гг. М.: ВНИИ-
ТЭМР, 1986. 38 с.
25. Ныс Д. А., Лурье А. М., Коваль В. Н.
Состояние и перспективы развития блочно-
модульного оборудования для ГПС: Обзорная
информация. Вып. № 1 // М.: ВНИИТЭМР,
1988. 56 с.
26. Ныс Д. А., Шумяцкий Б. Л., Елене-
ва Ю. А. Развитие автоматизированного про-
ектирования гибких производственных систем
для механическорй обработки / Сер. 1. Стан-
костроение. М*.: ВНИИТЭМР, 1985. 63 с.
27. Общемашиностроительные нормативы
режимов резания для многоцелевых станков
фрезерно-сверлильно-расточной группы. М.:
ВНИИТЭМР, 1986. 120 с.
28. Переналаживаемая технологическая
оснастка / Под общей ред. Д. И. Полякова.
М.: Машиностроение, 1988. 192 с.
29. Станки с числовым про1раммным
управлением (специализированные) / Под ред.
В. А. Лещенко. М.: Машиностроение, 1979.
592 с.
30. Третьяков Э. Г., Гринева С. Н., Еле-
нева Ю. А. Современное состояние моделиро-
вания структур ГПС. Обзорная информация.
Сер. 1. Вып. 5. М.: ВНИИТЭМР, 1988. 48 с.
31. Фельдман С. Я. Новая гамма верти-
кально-фрезерных станков. Станки и инстру-
мент. 1992. № 2. С. 9 - 11.
32. Эстерзон М. А. Технология обработки
корпусных деталей на многоинструментных
расточно-фрезерно-сверлильных станках с
программным управлением: Обзор. Сер. С-6-
3. Технология металлообрабатывающего про-
изводства. М.: НИИМАШ, 1981. 66 с.
Глава 1.14
ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
1.14.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ
ОБРАБОТКИ. КЛАССИФИКАЦИЯ И ВЫБОР ОСНОВНЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ
Зубчатые колеса являются изделиями
общемашиностроительного применения. В
зависимости от вида зубчатого венца
(цилиндрические прямозубые и косозубые,
конические прямозубые и с круговыми зубья-
ми, червячные и др.), требований по точности
и производительности используются соответ-
ствующие методы обработки и зубообрабаты-
вающие станки. Этими факторами объясняется
широкая номенклатура зубообрабатывающих
станков, действующих в промышленности.
Особенности геометрических и кинема-
тических параметров различных видов зубча-
тых колес определили целесообразность созда-
ния станков по признакам зубчатого венца.
Концепции создания зубообрабатывающих
станков основываются именно на упомянутых
признаках.
Зубообрабатывающие станки разделяются
по обобщенным признакам на две основные
группы: станки, работающие методом обката,
и станки, работающие методом копирования.
Для изготовления зубчатых колес в усло-
виях крупносерийного и массового производ-
ства предпочтительны зубообрабатывающие
станки, работающие методами непрерывного
обката и контурной обработки.
Из основной номенклатуры зубообраба-
тывающих станков для цилиндрических колес
выделяется зубофрезерный станок, работаю-
щий методом непрерывного обката цепной
фрезой. Этот метод в 4 - 5 раз производитель-
нее зубофрезерования червячной фрезой, но
весьма высоки стоимость и эксплуатация ин-
струмента и станка.
Из группы зубошлифовальных станков
для цилиндрических колес станки, работаю-
щие одно- и многовитковыми (многозаходны-
ми) червячными абразивными кругами, наибо-
лее производительные, но имеют ограничения
СТАНКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ И ЧЕРВЯЧНЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС 485
по наибольшему шлифуемому модулю (до 8 мм),
наименьшему числу шлифуемых зубьев (до 10)
и по универсальности инструмента (для шли-
фования зубчатого колеса данного модуля
требуется шлифовальный круг соответствую-
щего модуля). Этих ограничений лишены ме-
нее производительные зубошлифовальные
станки, работающие шлифовальным кругом с
двухсторонним коническим профилем.
В автотракторной промышленности в ка-
честве финишной операции зубообработки
цилиндрических колес используется высоко-
производительный процесс - зубошевингова-
ние и соответствующие зубошевинговальные
станки. Этот процесс предшествует термиче-
скому упрочнению зубчатого колеса, после
которого точность снижается. Кроме того,
зубошевингование улучшает лишь показатель
плавности работы зубчатого колеса, практиче-
ски снижая его кинематическую точность [11].
В конструктивном отношении зубообра-
батывающие станки отличаются чрезвычайно
большим разнообразием. Помимо общих для
всех металлорежущих станков механизмов они
имеют специальные механизмы для образова-
ния зубьев на заготовке и для формирования
их профиля. В столах и инструментальных
суппортах такими механизмами являются чер-
вячные делительные передачи, делительные
диски, эвольвентные кулаки и др. Кинемати-
ческие цепи зубообрабатывающих станков с
ручным управлением в большинстве случаев
снабжены настроечными механизмами - гита-
рами, обеспечивающими определенные соот-
ношения между движениями исполнительных
органов. Конструктивно гитары выполняют со
сменными зубчатыми колесами, установлен-
ными на конусные или цилиндрические шей-
ки валов [4, 13].
В зубообрабатывающих станках с про-
граммным управлением для перемещения ра-
бочих органов применяют регулируемые при-
воды, часть из которых взаимосвязана в своей
работе. В этих станках используют передачи с
минимальными зазорами или совсем беззазор-
ные. К ним относятся шариковые винтовые
пары, червячные передачи с червяком, имею-
щим переменный шаг витка, цилиндрические
зубчатые передачи с малой конусностью зубь-
ев.
При конструировании зубообрабатываю-
щих станков на компоновку оказывают влия-
ние следующие основные факторы: вид зубча-
того колеса (цилиндрическое, коническое),
метод обработки (обкат, копирование), тип
инструмента (фреза, шевер, хон, зуборезная
головка, зуборезный резец, шлифовальный
круг), число рабочих движений исполнитель-
ных органов (резание, обкат,. подача), сила
резания, требуемая точность обработки, наи-
больший диаметр обрабатываемых колес.
Подробно эти вопросы изложены в по-
следующих параграфах настоящей главы и в
работах [2, 5].
1.14.2. СТАНКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ
И ЧЕРВЯЧНЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС. КОНСТРУКЦИИ И
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Зубофрезеровальные станки. Станки для
обработки цилиндрических зубчатых колес
фрезерованием разделяются на две основные
группы: станки, работающие по методу копи-
рования, и станки, работающие по методу
обката.
В зависимости от области применения
зубофрезерные станки имеют несколько раз-
новидностей компоновок, которые приведены
в табл. 1.14.1.
Особенностью зубофрезерования являет-
ся необходимость снижения отрицательного
влияния пульсации силы резания на процесс
нарезания зубчатых колес. В конструкциях
приводов столов и инструментального суппор-
та это осуществляется созданием минимальных
зазоров в конечных звеньях, а также натяже-
нием кинематической цепи приводов стола и
инструментального шпинделя.
Конструктивные схемы конечных звеньев
приведены в табл. 1.14.2.
1.14.1. Типовые конструктивные компоновки зубофрезерных станков
Конструктивные компоновки
Особенности компоновки
Ось заготовки вертикальна. Стол станка подвижен в горизон-
тальном направлении. Движение осевой подачи осуществляет
инструментальный суппорт. Компоновка наиболее характерна
для универсальных станков, используемых в общем машино-
строении
486
Глава 1.14. ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
Продолжение табл. 1.14.1
Конструктивные компоновки Особенности компоновки
э- Г Ось заготовки вертикальна. Станок имеет подвижную в гори- зонтальном направлении инструментальную стойку. Движе- ние осевой подачи осуществляет инструментальный суппорт. Компоновка наиболее оптимальная для автоматизации загруз- ки и выгрузки заготовок. Используется в крупносерийном и массовом производствах
Д>^ —1 Ось заготовки вертикальна. Стол станка подвижен в верти- кальном направлении и осуществляет движение осевой пода- чи. Движение радиальной подачи осуществляет инструмен- тальная стойка. Компоновка удобна для встройки станка в автоматическую линию
г f
1 у Т~] Ось заготовки горизонтальна. Стол станка подвижен в гори- зонтальном направлении и осуществляет движение осевой подачи. Инструментальная стойка перемещается в горизон- тальном направлении радиально к заготовке. Компоновка наиболее распространена в станках для нарезания мелкомо- дульных колес
г6 1?о Ось заготовки горизонтальна. Стол станка неподвижен. Инст- рументальная стойка подвижна в горизонтальном направле- нии для осуществления движений осевой и радиальной подач. Компоновка наиболее оптимальна для нарезания зубчатых колес, выполненных заодно целое с валом
—
1.14.2. Схемы приводов стола и инструментального суппорта
Схема
Конструктивные особенности
В делительной червячной передаче стола установлен червяк с
переменной толщиной витка. Регулирование зазора 0,03 -
0.05 мм в передаче осуществляется смещением червяка в осе-
вом направлении
Червяк делительной передачи стола смонтирован в отдельном
корпусе. Регулирование зазора осуществляется смещением
корпуса с червяком в радиальном по отношению к колесу
направлении
СТАНКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ И ЧЕРВЯЧНЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
487
Продолжение табл. 1.14.2
Схема
Конструктивные особенности
На шпинделе стола установлены две червячные передачи с
различным направлением витков червяка. Регулирование за-
зора осуществляется осевым смещением одного из Червяков
На шпинделе стола установлена зубчатая передача, приводя-
щая во вращение гидравлический насос, создающий натяже-
ние кинематической. цепи привода стола при перекрытии
сливного канала насоса
Зубгатое колесо, установленное на шпинделе фрезы, выпол-
нено из двух половин. Зазор в зубчатой передаче регулируется
смещением одной половины колеса относительно другой
Оба зубчатые колеса привода шпинделя фрезы выполнены с
малой конусностью по зубьям. Регулирование зазора осущест-
вляется смещением одного из колес в осевом направлении
На шпинделе фрезы свободно установлено зубчатое колесо с
большим числом зубьев, вследствие этого вращающееся с
замедлением относительно основного колеса. Натяжение ки-
нематической цепи осуществляется торможением свободно
установленного колеса
Рис. 1.14.1. Принципиальные схемы зубофрезериого станка:
а - с механическими кинематическими связями; б - с кинематическими связями посредством ЧПУ
Современные зубофрезерные станки из-
готовляют как с механическими, так и с элек-
тронными связями исполнительных органов.
Станки с механическими связями в
большинстве случаев имеют принципиальную
кинематическую схему, показанную на рис.
1.14.1, а. Вся кинематическая цепь приводится
во вращение главным электродвигателем М.
Частота вращения фрезы 8 настраивается с
помощью гитары и коробки скоростей 5, вра-
188
Глава 1.14. ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
щение стола 9 с требуемой угловой скоростью
©1 осуществляется с помощью гитары деления
3 и делительной пары 10. Перемещение фре-
зерного суппорта 7 винтом 6 обеспечивает
движение осевой подачи D$q инструмента,
подача настраивается с помощью гитары или
коробки подач 1. При обработке косозубых
колес в работе участвует дифференциал 4 и его
гитара 2.
Принципиальная схема зубофрезерного
станка с ЧПУ приведена на рис. 1.14.1, б. Все
формообразующие движения этого станка по
осям координат X, Y, Z, А, В, С осуществля-
ются от отдельных регулируемых электродви-
гателей:
Мх (через винт 7) - перемещение инст-
рументальной стойки для изменения межосе-
вого расстояния;
Му (через винт 4) - перемещение фре-
зерного суппорта вдоль оси заготовки;
Mz (через винт 5) - перемещение фре-
зерной каретки 6 вдоль оси инструмента;
Мд - поворот суппорта с фрезой на тре-
буемый угол;
Мс - вращение инструмента 7;
Мд (через делительную передачу 9) -
вращение стола с заготовкой.
Все электродвигатели снабжены датчика-
ми обратной связи, которые передают в систе-
му ЧПУ данные о действительном положении
осей электродвигателей для согласования их
вращения.
Развитие конструкций современных зу-
бофрезерных станков идет в направлении по-
вышения точности обработки за счет повыше-
ния качества исполнения и монтажа элементов
кинематических цепей, определяющих точно-
стные параметры обработки, а также шпинде-
лей стола и инструмента на высокоточных
подшипниках качения.
Для повышения эффективности работы
зубофрезерные станки оснащают устройствами
автоматической смены инструмента.
Зубодолбежные станки используют при
нарезании закрытых венцов цилиндрических
колес, близко расположенных венцов блочных
колес, зубчатых секторов, колес с внутренними
зубьями, а также зубьев шевронных колес.
По способу зубообработки эти станки
разделяют на работающие по методу обката и
работающие по методу копирования. В стан-
ках, работающих по методу обката, в качестве
инструмента применяют дисковые, чашечные
и хвостовые зуборезные долбяки, а в станках,
работающих по методу копирования - много-
резцовые зуборезные головки для колес на-
ружного и внутреннего зацепления.
В зависимости от параметров нарезаемых
зубчатых колес и области применения зубо-
долбежные станки выполняют по конструк-
тивным компоновкам, приведенным в табл.
1.14.3.
1.14.3. Типовые конструктивные компоновки зубодолбежных станков
Конструктивная компоновка
Особенности компоновки
Ось заготовки вертикальна. Инструмент - круглый долбяк.
Стол станка подвижный в горизонтальном направлении.
Компоновка наиболее распространена для универсальных
станков среднего размера
Ось заготовки вертикальна. Инструмент - круглый долбяк.
Станок имеет подвижную в горизонтальном направлении
инструментальную стойку. Компоновка наиболее характерна
для станков, встраиваемых в автоматическую линию
Ось заготовки горизонтальна. Инструмент - два круглых дол-
бяка. Движение радиальной подачи осуществляет инструмен-
тальная стойка. Компоновка применяется для нарезания зубь-
ев шевронных колес, выполненных заодно целое с валом
СТАНКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ И ЧЕРВЯЧНЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
489
Продолжение табл. 1Л 4.3
Конструктивная компоновка
Особенности компоновки
п
Ось заготовки вертикальна. Инструмент - многорезцовая го-
ловка. Движение вертикальной подачи совершает заготовка.
Компоновка используется в условиях крупносерийного и
массового производства
Рис. 1.14.2. Принципиальная схема зубодолбежного
станка с механическими кинематическими связями
Современные зубодолбежныс станки из-
готовляют как с механическими связями меж-
ду исполнительными органами, так и со свя-
зями посредством числового программного
управления.
Станки с механическими связями имеют
принципиальную схему, приведенную на рис.
1 14.2. В процессе Обработки инструменталь-
ный шпиндель с долбяком совершает быстрое
возвратно-поступательное движение Z)V| ,
частота которого устанавливается с помощью
гитары или коробки скоростей 5, приводимой
от главного электродвигателя М. Инструмен-
тальный / и рабочий 2 шпиндели станка со-
вершают медленные синхронные вращения,
относительные частоты которых настраиваются
гитарой деления 9. Абсолютная угловая ско-
рость ыо инструментального шпинделя на-
страивается с помощью гитары или коробки
круговой подачи 6. Длину хода инструмен-
тального шпинделя регулируют эксцентрико-
вым механизмом 7. При обратном ходе долбя к
отводится от нарезаемого колеса механизмом
4. Чисто циклов радиального врезания на-
страивают с помощью гитары радиальных по-
дач 3. При нарезании зубьев косозубых колес
доворот долбяка осуществляется с помощью
винтовых направляющих 8.
Рис. 1.14.3. Принципиальная схема зубодолбежного
станка с кинематическими связями посредством ЧПУ
Принципиальная схема зубодолбежного
станка с ЧПУ приведена на рис 1.14.3. Здесь
все формообразующие и наладочные движения
исполнительных органов осуществляются от
дельными регулируемыми электродвигателями,
снабженными датчиками обратной связи, свя
занными с устройствами ЧПУ. Вращение ин-
струментального шпинделя 16 по координате
С с угловой скоростью (Оу осуществляется
электродвигателем 12 через червячную переда-
чу. Вращение стола 17 с заготовкой по коор-
динате D с угловой скоростью «)] осуществля-
ется электродвигателем 18 также через червяч-
ную передачу. Движение рездния Z)V] нроиз
водится электродвигателем 13 но координате
О через эксцентриковый механизм 15, одно-
временно через механизм 11 осуществляется
отвод долбяка от заготовки при обратном его
ходе. Электродвигателем 14 производится пе-
ремещение каретки зубодолбежной головки
для установки зоны резания и хода долбяка.
Движение радиальной подачи осуществляется
электродвигателем К) по координате X.
490
Глава 1.14. ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
Рис. 1.14.4. Схема процесса зубошевингования:
1 - заготовка; 2 - шевер
Зубошевинговальные станки. Сущ-
ность процесса зубошевингова-
ния. Процесс зубошевингования является
одним из наиболее распространенных спосо-
бов чистовой обработки незакаленных цилин-
дрических зубчатых колес. Обработка зубоше-
вингованием осуществляется по методу обката
на скрещивающихся осях шевера 2 и колеса 1
с усиленным скольжением сопряженных зубь-
ев. При вращении обрабатываемого колеса
(рис. 1.14.4) в зацеплении с инструментом -
шевером, имеющим режущие кромки вдоль
эвольвентных зубьев, при взаимном скольже-
нии профилей срезаются очень тонкие волосо-
видные стружки, повышая точность и снижая
параметры шероховатости рабочих поверхно-
стей зубьев.
Скорость взаимного скольжения профи-
лей является скоростью резания при зубоше-
винговании. Она неодинакова в различных
точках контакта и увеличивается от линии
делительной окружности к головке и ножке
зуба.
В процессе обработки колесо и шевер
находятся в беззазорном зацеплении и мгно-
венный контакт между ними располагается в
одной точке, которая, перемещаясь при обкат-
ке, образует след на боковой поверхности
зубьев, поэтому для полной обработки колеса
необходимо перемещение точки контакта
вдоль зуба, т.е. осуществление продольной
подачи.
В качестве режущего инструмента при
зубошевинговании применяют дисковый ше-
вер, шевер-рейку и червячный шевер. Червяч-
ный шевер используется для чистовой обра-
ботки червячных колес на зубофрезерных мас-
тер-станках.
Зубошевингование реечными шеверами
обеспечивает высокую точность обработки.
Однако этот способ распространения не полу-
чил из-за сложности изготовления и заточки
инструмента.
Дисковый шевер является более универ-
сальным инструментом и позволяет обрабаты-
вать зубчатые колеса внешнего и внутреннего
зацепления.’
Зубошевингование колес дисковым ше-
вером осуществляется в такой последователь-
ности: обрабатываемое колесо вводится в за-
цепление с инструментом; обеспечивается
(перемещением инструмента или колеса) их
беззазорное зацепление; включается совмест-
ное вращение и относительное продольное
перемещение до окончания полного прохода;
после остановки вращения и продольной по-
дачи осуществляется радиальная подача инст-
румента или колеса в направлении сближения
осей и включение вращения и подачи с изме-
нением их направления.
После выполнения определенного коли-
чества таких реверсивных движений, часть из
которых (так называемых калибровочных хо-
дов) осуществляется без радиальной подачи,
цикл обработки заканчивается. Инструмент
(или колесо) отводится в исходное положение.
При обработке зубчатых колес большого
диаметра применяется одностороннее шевин-
гование. При этом ведущим является обраба-
тываемое колесо, ведомым - шевер, который
притормаживается для создания давления ме-
жду профилями зубьев. После обработки од-
ной стороны зуба реверсируется направление
вращения обката и перемещения точки кон-
такта.
В зависимости от направления переме-
щения точки контакта различают следующие
методы шевингования: продольное, диаго-
нальное, тангенциальное, поперечное и врез-
ное (табл. 1.14.4).
Метод врезного шевингования специаль-
ным, так называемым "облегающим” шевером
получил широкое применение в крупносерий-
ном и массовом производстве. "Облегающий"
шевер имеет профиль, позволяющий обраба-
тывать зуб без продольной подачи. Цикл та-
кого шевингования состоит из быстрого под-
вода в радиальном направлении, рабочей ра-
диальной подачи до требуемого межосевого
расстояния aw и обработки за определенное
время при постоянном Затем производится
реверс вращения инструмента и обрабатывае-
мого колеса и радиальный отвод до 0,05 мм с
целью снятия нагрузочных деформаций систе-
мы. В этом положении некоторое время про-
водится обработка, а затем узлы возвращаются
в исходные положения.
Все современные зубошевинговальные
станки, за исключением моделей для обработ-
ки крупногабаритных зубчатых колес, имеют
возможность обрабатывать бочкообразный в
продольном направлении зуб. Обработка обес-
печивается изменением расстояния между
осями шевера и колеса по мере перемещения
СТАНКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ И ЧЕРВЯЧНЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС 491
1.14.4. Методы шевингования зубчатых колес
Метод шевингования Эскиз Угол между направлением движения подачи и осью колеса Область применения метода
Продольное. Шевер перемещается вдоль оси заготовки на величину L большую, чем ширина венца b заготовки Д» \\ »- \ \ г' / < 2 Е = 0° Наиболее универсальный метод обработки зубча- тых колес внешнего и внутреннего зацепления. В ряде случаев затрудни- тельна обработка закры- тых венцов
* V л
Диагональное. Шевер перемещается под углом к оси заготов- ки на величину меньшую, чем шири- на венца заготовки 0° < Е < 45° Позволяет повысить производительность в сравнении с продольным методом белее, чем в 1,5 ра- за. Ограничена обработка бочкообразного зуба при больших углах е. Из-за усложненной наладки применяется главным образом в крупносерий- ном и массовом произ- водстве
Ге
[i X ТЕ
Тангенциальное (касательное). Шевер перемещается в на- правлении, перпен- дикулярном оси заго- товки I Ml’ 1 £ £ = 90° Применяется для изго- товления узких и блоч- ных зубчатых колес в массовом производстве. Шевер должен быть ши- ре обрабатываемого коле- са. Для бочкообразного зуба требуется облегаю- щий шевер
-1
в \s
Поперечное (метод "короткого хода"). Шевер перемещается в направлении, пер- пендикулярном своей оси Е V 2 Е = 90” - S Применяется для изго- товления узких и блоч- ных зубчатых колес в массовом производстве. Для бочкообразного зуба требуется облегающий шевер
Врезное. Шевер пе- ремещается в направ- лении радиально к заготовке 1 --Т Е ха t е = 90” Наиболее производи- тельный метод шевинго- вания. Однако требует изготовления специаль- ного сложного инстру- мента. Применяется в массовом производстве зубчатых колес
«1 Т-2
Обозначения: / - заготовка; 2 - шевер; D$ - направление движения подачи ше-
вера; L - длина рабочего хода; S - угол скрещивания осей шевера и заготовки; Z>q - ширина
шевера; Ь - ширина заготовки.
492
Глава 1.14. ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
Рис. 1.14.5. Схемы шевингования бочкообразного зуба
с качанием заготовки
инструмента от середины зуба обрабатываемой
детали к торцу. Это достигается качанием сто-
ла 5 вокруг оси 2 (рис. 1.14.5) в процессе про-
дольного перемещения его с заготовкой 4 от-
носительно копира /, закрепленного непод-
вижно, либо качанием шевера 3, если про-
дольная подача осуществляется инструментом.
Конструктивные компоновки
зубошевинговальных станков.
Силы при зубо шевинговании относительно
невелики: максимальная распорная сила - до
2000 Н, окружная и продольная - до 700 Н.
Однако наличие большого количества конст-
руктивных стыков, необходимых для осущест-
вления различных схем и методов шевингова-
ния, предъявляет серьезные требования к же-
сткости элементов и станка в целом, а высокая
точность обработки вынуждает предпочитать
компоновки, в которых выборка зазоров в
подвижных соединениях обеспечивается сила-
ми тяжести узлов. В связи с этим из шести
наиболее известных компоновок зубошевинго-
вальных станков, представленных в табл.
1.14.5, наибольшее распространение получила
первая компоновка.
1.14.5. Компоновки зубошевинговальных станков
Конструктивные компоновки Особенности компоновки
Ось заготовки горизонтальна. Направление радиальной пода- чи - вертикальное. Продольная и радиальная подачи осущест- вляются заготовкой. Привод вращения - на шевере. Наиболее распространенная и рациональная компоновка с точки зрения восприятия сил резания и выборки зазоров в соединениях. Недостатки: высокое расположение заготовки; подвижная заготовка ухудшает условия автоматизации
|
Ось заготовки горизонтальна. Направление радиальной пода- чи - вертикальное и осуществляется шевером. Продольная подача осуществляется заготовкой. Привод вращения - на шевере. Компоновка имеет оптимальное расположение оси заготовки для автоматизации. Недостатки: расположение под- вижной шеверной головки над заготовкой требует дополни- тельных устройств для выборки зазоров в подвижных элемен- тах
1
Ось заготовки горизонтальна. Направление радиальной пода- чи - горизонтальное. Продольная и радиальная подачи осу- ществляются шевером. Привод вращения на шевере. Компо- новка наиболее удобна для автоматизации. Недостатки: необ- ходима выборка зазоров в соединениях, затруднена смена инструмента
1 Ось заготовки горизонтальна. Направление радиальной пода- чи - вертикальное. Радиальная и продольная подачи осущест- вляются шевером. Привод вращения на шевере. Компоновка удобна для автоматизации, особенно для работы методом "короткого хода" и облегающим шевером. Недостатки: необ- ходима выборка зазоров в соединениях
—-Д-j
СТАНКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ И ЧЕРВЯЧНЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
493
Продолжение табл. 1.14.5
Конструктивные компоновки
Особенности компоновки
Ось заготовки вертикальна. Направление радиальной подачи -
горизонтальное. Радиальная и продольная подачи осуществ-
ляются шевером. Привод вращения на шеверс. Компоновка
идентична зубофрезерным станкам. Недостатки: необходима
выборка зазоров в соединениях, затруднена замена инстру-
мента
Ось заготовки вертикальна. Направление радиальной подачи -
горизонтальное. Радиальную и продольную подачу осуществ-
ляет шевер. Привод вращения на заготовке. Компоновка ис-
пользуется для станков, предназначенных для обработки
крупногабаритных зубчатых колес
Главными направлениями развития зу-
бошевинговальных станков являются:
выбор компоновок с неподвижным изде-
лием для удобства автоматизации станка;
замена подвижных элементов скольже-
ния элементами качения (пары винт-гайка,
направляющие, копир и оси механизма бочко-
образования);
автоматизация зажима-разжима шевер-
ной головки и поворотных направляющих
стола (разжим от гидроцилиндра, зажим та-
рельчатыми пружинами);
внедрение в станки управления от уст-
ройства ЧПУ продольной подачей, подачами
врезания,' поворотом шеверной головки, пово-
ротом направляющих на угол диагональной
подачи и механизмами бочкообразования;
повышение жесткости шпинделя шевера
и установка его без контрподдержки для удоб-
ства замены;
повышение точности поворота шевера на
угол скрещивания и автоматизация этой опе-
рации;
применение регулируемых приводов ра-
бочих движений;
применение адаптивных устройств каса-
ния шевера и заготовки;
повышение точности обработки за счет
внедрения одностороннего и кинематически
связанного зубошевингования.
Зубохонинговальные станки. Сущ-
ность зубохонингования. В качестве
одного из методов окончательной отделки
зубьев термически обработанных колёс ис-
пользуется зубохонингование. Процесс зубо-
хонингования, как и зубошевингования, осу-
ществляется по методу свободного обката во
взаимном зацеплении на скрещивающихся
осях: обрабатываемой заготовки и инструмента
- зубчатого хона, выполненного в виде колеса
из пластической массы с порошком из мелко-
зернистого абразива. Используются также ал-
мазные хоны, представляющие собой зубчатое
колесо, на профильную поверхность зубьев
которого нанесен гальваническим методом
алмазный слой.
При обкатке в обе стороны обрабатывае-
мая заготовка и инструмент совершают осевое
перемещение при радиальном (аналогично
зубошевингованию) или окружном нагруже-
нии. Оси заготовки и инструмента располага-
ют под некоторым углом скрещивания. Ино-
гда для улучшения качества обработки инстру-
менту придают осциллирующее движение
вдоль оси.
Зубохонингование позволяет устранить
заусенцы и повреждения на поверхностях
зубьев, возникшие на предшествующих опера-
циях и при транспортировании, снизить пара-
метры шероховатости поверхности, а также
шум и повысить долговечность обрабатывае-
мого колеса.
Методы зубохонингования приведены в
табл. 1.14.6.
Конструкция зубохонинго-
вальных станков. По конструкции и
компоновке зубохонинговальные станки, в
основном, аналогичны зубошевинговальным
станкам, например 5Б913 выполнена во вто-
рой компоновке (см. табл. 1.14.5). От зубоше-
винговального станок отличается наличием
механизма правки ручного типа, осуществ-
ляющего срезание абразивного материала по
периферии хона, механизмом окружного на-
гружения, представляющего собой электро-
привод, связанный кинематически со шпинде-
лем левой бабки, и механизмом радиального
нагружения. Радиальное нагружение в этой
модели осуществляется регулируемыми пру-
жинами. полаюшими подвижную на шарико-
вых скалках часть зубохонинговальной голов-
ки.
494
Глава 1.14. ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
1.14.6. Методы зубохонингования
Методы
зубохонингования
Эскиз
Особенности метода
С радиальным
нагружением
Наиболее применяемый и производитель-
ный метод. Улучшает радиальное биение
зубчатого венца и направление зуба. Хон 1
поджимается к заготовке 2 с радиальной
нагрузкой 500 - 600 Н, совершая вращение
и подачу аналогично процессу зубошевин-
гования. Процесс оканчивается через задан-
ный промежуток времени.
С окружным
нагружением
Хоном с внут-
ренним зубом
Применяется для обработки точных колес
для снижения шероховатости после зубо-
шлифования. Устраняет погрешности про-
филя. Обработка проводится с окружным
нагружением хона / на заготовку 2 силой
15 - 30 Н. Направление нагружения изме-
няется при реверсе врашения и продольной
подаче.
Высокопроизводительная обработка зубча-
тых колес при высокой точности хона,
обеспечивающая точность обработки по 5-му
квалитету. По циклу процесс аналогичен
процессу зубошевингования колес с внут-
ренним зубом. Правка хона производится
зубчатым накатником с алмазным покрыти-
ем, который устанавливается вместо обраба-
тываемой заготовки и соответствует ей гео-
метрически.
Продольная подача осуществляется сто-
лом от гидроцилиндра. На станке имеется
копирное устройство, позволяющее обрабаты-
вать конусные и бочкообразные зубья.
Окружное нагружение может осуществ-
ляться при реверсировании главного привода
либо безреверсивно, изменяя направление
окружного нагружения тормозного двигателя.
Для хонингования зубчатых колес с диа-
метрами более 200 - 250 мм целесообразно
выбрать станки с вертикальной осью обраба-
тываемой заготовки (компоновка 6, см. табл.
1.14.5) и приводом вращения заготовки, ввиду
значительных маховых масс шпинделя изде-
лия.
Зубошлифовальные станки служат для об-
работки зубчатых колес с твердостью зубьев до
66 HRC,. Шлифование проводится по методу
обката с непрерывным делением червячным
кругом; по методу обката с периодическим
делением коническим двухсторонним кругом,
одним или двумя тарельчатыми кругами, а
также профильным кругом.
Разнообразие методов шлифования ци-
линдрических зубчатых колес предопределяет
и разнообразие конструктивных компоновок
зубошлифовальных станков. Необходимость
получения высокой точности обработки
предъявляет к конструкции станков высокие
требования по точности исполнения отдель-
ных механизмов, их жесткости, точности вра-
шения и перемещения. Основные типы ком-
поновок и их особенности приведены в табл.
1.14.7.
Технические характеристики и конструк-
тивные особенности современных зубошлифо-
вальных станков для цилиндрических колес
приведены в работах [11, 13).
Станки выпускаются как с механически-
ми кинематическими связями, так и с элек-
тронными.
Зубофрезериые мастерстанки используют
для нарезания червячных колес высокоточных
червячных делительных пар, на 60 - 85 % оп-
ределяющих точность зубообрабатывающих и
координатно-раст очных станков, круговых
делительных машин, геодезических и астроно-
мических приборов.
Основные данные о кинематической
точности мастер-станков и точность обработки
на них приведены в табл. 1.14.8.
СТАНКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ И ЧЕРВЯЧНЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
495
1.14.7. Компоновки зубошлифовальных станков для цилиндрических колес
Конструктивная
компоновка станка
Тип шлифовального
круга
Особенности компоновки и обработки
Червячный ци-
линдрический
одно- и многоза-
ходный
Червячный глобо-
идный
Конический дву-
сторонний
Тарельчатый с
узкими рабочими
кромками
Инструмент и заготовка совершают непрерывное
связанное между собой вращение деления и об-
ката от раздельных приводов. Стол с заготовкой
подвижен в вертикальном направлении и осуще-
ствляет движение Ду продольной подачи.
Шлифовальная бабка с инструментом подвижная
в радиальном направлении для осуществления
движения De радиальной подачи. Отличитель-
р
ная особенность станков - высокая производи-
тельность и возможность обработки зубчатых
колес модулем 1 мм. Станки используют во всех
областях производства
Инструмент и заготовка совершают непрерывное
связанное вращение деления и обката. Ось заго-
товки горизонтальна. Стол с заготовкой осущест-
вляет движение De продольной подачи во
п Р
время процесса шлифования и перемещения на
определенную величину для правки инструмента.
Движение Dy радиальной подачи осуществляет
шлифовальная бабка. Станки оснащают загрузоч-
но-разгрузочным устройством на конкретную
заготовку и в основном используют в крупносе-
рийном производстве
Ось заготовки вертикальна. Стол с заготовкой
осуществляет движение Dy обката одновре-
менно с вращательным движением шобк заготов-
ки. Делительно-обкатная цепь стола содержит
червячную и шариковую винтовую передачи или
эвольвентный кулак обката. Каретка с инстру-
ментом осуществляет быстрое возвратно-
поступательное движение De вдоль зуба заго-
п р
товки, а стойка - движение De радиальной
р
подачи. Станки обладают большой универсально-
стью. Одним шлифовальным кругом можно об-
рабатывать зубчатые колеса различного модуля
Ось заготовки горизонтальна. Делительно-
обкатная цепь содержит обкатные ролики со
стальными лентами и точный делительный диск.
Стол с заготовкой подвижен в продольном на-
правлении для осуществления движения De
р
продольной подачи и в поперечном направлении
для осуществления движения обката De в
сочетании с вращательным движением обката
гообк заготовки. Шлифовальные шпиндели осу-
ществляют движение Dg тангенциальной подачи
для занятия режущими кромками шлифовальных
кругов неизменного осевого положения. Станки
по этой компоновке используют для шлифования
зубчатых колес диаметром до 800 мм
496
Глава 1.14. ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
Продолжение табл. 1.14.7
Конструктивная компоновка станка Тин шлифовального круга Особенности компоновки и обработки
J3T З^А Тот же Ось заготовки вертикальна. Стол осуществляет движение обката £>с , а каретка с инструмен- *^О б К том движение продольной подачи
1
/ ГГ С/М Ц] « Тарельчатый с плоской рабочей поверхностью Особенностью компоновки является горизон- тальное расположение оси заготовки и наклонное положение рабочей поверхности шлифовального круга большего диаметра, который совершает только вращательное движение ыд. Стол с заго- товкой совершает только движение обката f)s в сочетании с вращательным движением обката <£>обк заготовки, производимое от меха- низма с эвольвентным кулаком, или обкатного барабана со стальными лентами. Станки исполь- зуют для шлифования зубьев шеверов, долбяков и измерительных зубчатых колес
□ n=G Профильный дву- сторонний Ось заготовки горизонтальна. Движение про- дольной подачи Dgnp и радиальной подачи £>5 осуществляет каретка с инструментом. Ме- ханизм правки обеспечивает профиль рабочей поверхности круга идентичный профилю впади- ны шлифуемого зубчатого колеса. Стайки осо- бенно эффективны при шлифовании колес внут- реннего зацепления
— Й’Ё
1.14.8. Основные данные и показатели точности мастер-станков
Параметры Модели станков
542 5А43Ф11 544М 546М
Наибольшие размеры обрабатываемого червячного колеса, мм: диаметр 320 800 2000 5000
модуль 5 6 12 16
Параметры червячной делительной пары станка число зубьев 192 360 630 768
модуль, мм 2,5 3 4 5
Кинематическая точность цепи обката станка, угл. с: накопленная кинематическая погреш- ность 1,8 1,1 3 2,1
циклическая кинематическая погреш- ность 2 0,9 1,5 1,0
Параметры червячного колеса: модуль, мм 3 6 3 5
число зубьев 79 102 560 720
СТАНКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ И ЧЕРВЯЧНЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
497
Продолжение табл. L14.8
Параметры Модели станков
542 5А43Ф11 544М 546М
Точность обработки: •
накопленная погрешность шага, мкм 5,1 2 3,1 3,8
то же, кинематическая, угл. с 3 3,5 12,6 33,2
разность соседних шагов, мкм 1,7 1 0,5 0,4
то же, кинематическая, угл. с 1 1,5 2,04 3,5
Рис. 1.14.6. Компоновка зубофрезерного мастер-станка
Станок 5А43ФП оснащен электронной
системой управления. По уровню точности
обработки он более, чем в 5 раз превышает
точность обработки, установленную для ана-
логичных станков класса С (особо точные),
остальные станки выполнены с ручным управ-
лением.
Конструкция и кинематика зубофрезер-
ных мастер-станков подчиняется единому тре-
бованию обеспечения наивысшей кинематиче-
ской точности и точности обработки червяч-
ных колес. Компоновка станков выполнена с
вертикальным расположением оси заготовки,
неподвижным корпусом стола 3 (рис. 1.14.6) и
подвижной инструментальной стойкой I. Но-
вым решением в станке 5А43Ф11 является
подвижный в вертикальном направлении суп-
порт 2, что позволяет использовать оснастку
различной высоты для установки и закрепле-
ния заготовок.
Планшайба стола установлена на плоских
направляющих скольжения с гидравлической
разгрузкой. Червячное делительное колесо,
закрепленное на планшайбе стола, выполняют
из высокооловянной бронзы марок ОЮФО,5
или О5Ц5С5, а червяки из легированных кон-
струкционных сталей 12ХНЗА, 18ХГТ или
38Х2МЮА. Второе конечное звено цепи деле-
ния - червячная многозаходная передача суп-
порта выполняется с кратным отношением
числа зубьев колеса к числу витков червяка
для возможности корректировки ее цикличе-
ской погрешности. Особенностью конструк-
ции всех зубофрезерных мастер-станков явля-
ется наличие в приводе делительной червяч-
ной передачи корректирующего устройства,
кинематическая схема которого приведена на
рис. 1.14.7.
Устройство выполнено в виде дифферен-
циала 2, качающегося через рычаг 4, от воз-
действия копира 3, профиль которого соответ-
ствует кривой накопленной погрешности чер-
вячной делительной передачи 6 и 7. Копир
совершает один оборот за оборот стола 1.
Копир 5 циклической погрешности уста-
новлен на одном из валов дифференциала и
совершает один оборот за оборот делительного
червяка 6. Профиль копира 5 соответствует
кривой циклической погрешности.
При использовании технологии изготов-
ления червячных колес, описанной в работах
[7 - 9] корректировать циклическую погреш-
ность не требуется. В этом случае копир 5
имеет цилиндрическую форму.
Рис. 1.14.7. Кинематическая схема корректирующего устройства зубофрезерного мастер-станка
498
Глава 1.14. ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
С целью обеспечения высокой точности
мастер-станков конструкция их базовых кор-
пусных деталей предусматривает возможность
каркасной сборки с фиксированием положе-
ния специальными конусными штифтами,
поверхность которых идентична поверхности
конусных разверток. Для измерения кинема-
тической точности цепи обката, исчисляемой
несколькими секундами (см. табл. 1.14.8),
используют высокоточные автоматизирован-
ные кинематомеры [3], позволяющие опреде-
лять кривую накопленной погрешности чер-
вячной делительной пары, наносимой на ко-
пир корректирующего устройства.
1.14.3. СТАНКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ГИПОИДНЫХ И
КОНИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС. КОНСТРУКЦИИ и
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Зуборезные станки для обработки гипоид-
ных и конических колес работают торцовыми
зуборезными головками с резцами, имеющими
прямолинейные режущие кромки при перио-
дическом или при непрерывном делении.
В первом случае обрабатываются зубча-
тые колеса с круговой линией зубьев. Во вто-
ром случае линия зуба очерчивается в про-
дольном направлении по циклическим кри-
вым.
При изготовлении конических колес ос-
новным является метод обкатки. При этом
методе профиль зуба обрабатываемого колеса
образуется как огибающая инструментальной
поверхности производящего колеса, которая
на станке воспроизводится прямолинейными
режущими кромками зуборезной головки. При
методе обкатки вращение производящего ко-
леса (люльки) и обрабатываемой заготовки
строго согласованы (рис. 1.14.8).
Зуборезные станки для обработки гипоидных
и конических колес с круговыми зубьями раз-
деляются на универсальные и специализиро-
ванные. На универсальных станках можно
проводить черновую и чистовую обработку
обоих элементов пары, т.е. колеса и шестерни.
Эти станки рекомендуются для единичного,
мелкосерийного и серийного производств.
Специализированные станки для нареза-
ния гипоидных и конических колес с круго-
выми зубьями выполняют какую-либо одну
Рис. 1.14.8. Схема обработки конического зубчатого
колеса методом обкатки:
А - вращение зуборезной головки вокруг своей оси;
Б - вращение произвольного колеса;
В - вращение обрабатываемой заготовки,
согласованное с вращением люльки
операцию для ограниченного диапазона пара-
метров зубчатых колес. Специализированные
станки характеризуются высокой производи-
тельностью по сравнению с универсальными и
применяются в крупносерийном и массовом
производствах.
На рис. 1.14.9 показана традиционная
компоновка универсального зуборезного стан-
ка, который состоит из станины 7, обкатной
люльки 2, несущей инструментальный шпин-
дель 3 для крепления зуборезной головки 4,
стола 7, бабки изделия 6 и шпиндельной
(гипоидной) головки 5.
На рис. 1.14.10 показана структурная ки-
нематическая схема зуборезного станка. При-
вод вращения зуборезной головки осуществля-
ется электродвигателем Ml. Вращение обкат-
ной люльки 1 связано через кинематическую
цепь с вращением шпинделя изделия 2, на
котором закреплено обрабатываемое зубчатое
колесо. Требуемое для обкатки зубьев переда-
точное отношение возвратно-вращательных
движений обрабатываемого зубчатого колеса и
люльки обеспечивается подбором сменных
зубчатых колес гитары обкатки 6. Во время
холостого хода через дифференциал 4 шпинде-
лю бабки изделия 2 сообщается дополнитель-
ное вращение, с помощью которого осуществ-
ляется поворот шпинделя на один угловой шаг
зубьев. Получение при этом требуемого числа
Рис. 1.14.9. Компоновки зуборезного станки для нарезания гипоидных и конических колес с круговыми зубьями
СТАНКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ГИПОИДНЫХ И КОНИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
499
Рис. 1.14.10. Структурная кинематическая схема
зуборезного станка для обработки гипоидных и
конических зубчатых колес
зубьев колеса обеспечивается подбором смен-
ных зубчатых колес гитары деления 3. Элек-
тродвигатель М2 осуществляет привод кинема-
тической цепи станка и ее реверсирование
через коробку скоростей 5.
В начале цикла обработки зуба обкатная
люлька и зуборезная головка занимают исход-
ное положение и резцы, находясь под заготов-
кой, не' касаются ее. В начале цикла обкатки
заготовка быстро перемещается в направлении
инструмента на полную высоту зуба и начина-
ется рабочий ход обработки зуба, т.е. согласо-
ванный равномерный угловой поворот обкат-
ной люльки и шпинделя изделия с закреплен-
ной заготовкой. При этом происходит обра-
ботка впадины зуба по выпуклой и вогнутой
сторонам зуба.
Угол поворота обкатной люльки, в тече-
ние которого происходит обработка зуба, на-
зывается углом обкатки. После того, как зуб
полностью обработается, люлька дополнитель-
но поворачивается еще на 3 - 6° для перебега
и только после этого обрабатываемая заготовка
отводится от инструмента на величину, не-
сколько большую полной внешней высоты
зуба. При этом рабочий ход заканчивается и
начинается холостой ход, при котором обкат-
ная люлька возвращается в исходное положе-
ние, причем за время холостого (обратного)
хода люльки заготовка поворачивается так,
чтобы к моменту начала следующего цикла
обрабатывался бы другой зуб. В конце холо-
стого хода (обратного) при возвращении об-
катной люльки в исходное положение враще-
ние ее реверсируется и начинается следующий
цикл.
На универсальных зуборезных станках
обработка зубчатого колеса может проводиться
способом врезания. При этом инструмент в
течение всего рабочего хода постепенно вреза-
ется в заготовку, формируя полную высоту
зуба. После того, как рабочий ход закончен,
заготовка быстро отводится от инструмента на
величину, несколько большую полной внеш-
ней высоты зуба, и начинается следующий
цикл. При обработке зубчатых колес способом
врезания обкатная люлька в некоторых типах
станков неподвижна, а в других типах станков
совершает небольшое покачивание на 2 - 5°.
Чистовая обработка колеса и шестерни
проводится способом обкатки. Черновая обра-
ботка зубчатых колес с углом начального кону-
са до 50° осуществляется способом обкатки, а
при угле начального конуса свыше 50° и более
- способом врезания, так как в противном
случае необходим очень большой угол обкатки
и процесс резания проходит очень тяжело.
В целях повышения производительности
и для уменьшения угла обкатки при профили-
ровании зуба при обработке колеса на станках
предусматривается специальный механизм,
который обеспечивает одновременное сочета-
ние способа обкатки и способа врезания, т.е.
комбинированный способ обработки.
Обкатная люлька смонтирована на роли-
ковом подшипнике в гнезде станины и совер-
шает во время работы качательное движение,
причем движение против часовой стрелки при
наблюдении со стороны инструмента является
рабочим, а обратное - холостым. Холостое
движение люльки осуществляется ускоренно
по сравнению с рабочим.
Зуборезная головка закрепляется на ин-
струментальном шпинделе, который монтиру-
ется в обкатной люльке. Обкатная люлька
имеет механизм, который обеспечивает ради-
альную установку положения центра зуборез-
ной головки относительно оси люльки
(производящего колеса). Этот механизм вы-
полнен в виде эксцентрикового барабана или
салазок.
Для обработки конкретного конического
зубчатого колоса радиальная установка U зави-
сит от среднего конусного расстояния зубча-
того колеса R, угла наклона линии зуба Р и
диаметра (радиуса) принимаемой для обработ-
ки зуборезной головки do (го)- Между этими
параметрами существует следующая зависи-
мость
U = + го - 2/J г0 sin Р-
В связи с тем, что для каждой модели
станка наибольшая радиальная установка оп-
ределяется технической характеристикой, воз-
можность обработки конических зубчатых
колес в основном зависит от угла наклона
линии зуба Ря и среднего конусного расстоя-
ния зубчатого колеса Л, а не от наибольшего
номинального диаметра обрабатываемого зуб-
чатого колеса.
Наибольшее значение радиальной уста-
новки является важнейшей технической харак-
теристикой станках Размеры обрабатываемых
зубчатых колес находятся в зависимости от
наибольшего значения радиальной установки.
500
Глава 1.14. ЗУБООБРЛБАЙЫВАЮ1ЦИЕ СТАНКИ
Обкатная люлька универсальных станков
бывает двух вариантов: с ненаклоняемым и с
наклоняемым инструментальным шпинделем.
На станках с наклоняемым инструментальным
шпинделем возможности установки радиаль-
ной зуборезной головки ограничены. С этой
точки зрения такие станки имеют более узкие
технологические возможности, но на станках
такого типа можно обеспечить качественное
зацепление одновременно на выпуклой и во-
гнутой сторонах зуба и получать более качест-
венное зацепление по длине . зоны контакта
зубьев при обработке двухсторонними зубо-
резными головками.
Таким образом, технологические воз-
можности станков с наклоняемым инструмен-
тальным шпинделем значительно больше, чем
станков с ненаклоняемым шпинделем. Однако
станки такого типа более сложны в наладке.
Некоторые зуборезные станки снабжают
механизмом модификации обкатки с целью
расширения технологических возможностей
станка и для получения более высокого каче-
ства зацепления обрабатываемых зубчатых
колес.
Зуборезные станки для обработки высо-
кокачественных мелкомодульных гипоидных и
конических колес двойным двухсторонним
методом имеют винтовой механизм. Этот ме-
ханизм сообщает согласованное поступатель-
ное движение обрабатываемому зубчатому
колесу во время рабочего хода.
Наибольший угбл установки бабки изде-
лия при обработке колес, без опасности воз-
никновения вторичного резания при работе
способом врезания, равняется 85°. На универ-
сальных станках можно обрабатывать плоское
коническое колесо с углом начального конуса
90°, однако для того, чтобы исключить вто-
ричное резание, необходимо обработку прово-
дить с наклоном инструментального шпинде-
ля.
Для обработки конических колос с кру-
говыми зубьями применяются зуборезные
головки диаметром 20 - 1000 мм с наиболь-
шим диаметром обработки гипоидных и кони-
ческих колес о круговыми зубьями до
1600 мм. Зуборезные головки могут быть
цельными, применяются для обработки мел-
комодульных колес, или сборными, а по ти-
пам односторонними, двухсторонними и трех-
сторонними.
Обработка гипоидных и конических ко-
лес с круговыми зубьями в зависимости от
применяемых зуборезных головок, от номенк-
латуры инструмента, от требований, предъяв-
ляемых к зубчатым колесам, и от типа произ-
водства осуществляется различными методами:
простым односторонним, поворотным одно-
сторонним, простым двухсторонним и двой-
ным двухсторонним.
Современное развитие вычислительной
техники оказывает влияние и на совершенст-
вование конструкции зуборезных станков для
обработки гипоидных и конических колес с
круговыми зубьями.
Первым этапом внедрения компьютери-
зации в процессе производства конических
колес с круговыми зубьями был расчет на
ЭВМ наладочных установок зуборезного стан-
ка и выбор требуемых параметров зуборезных
головок для нарезания зубчатых колес с задан-
ными качественными показателями. Рассчи-
танные наладочные установки на ЭВМ уста-
навливаются вручную на станке.
Второй этап компьютеризации зуборез-
ных станков - это уже применение систем
числового программного управления с целью
осуществления электронной кинематической
цепи между обкатной люлькой (производящим
колесом) и шпинделем бабки изделия вместо
механической кинематической цепи. В этом
случае устанавливается два двигателя: один на
червяк обкатной люльки, а второй на червяк
делительного колеса бабки изделия. Электрон-
ная связь этих двигателей осуществляет согла-
сованное вращательное движение при рабочем
ходе обкатной люльки и обрабатываемой, заго-
товки, при обратном (холостом) ходе осущест-
вляется деление на следующий зуб. На втором
этапе остальные наладочные установки реали-
зуются вручную.
Третий этап применения электронной
техники в совершенствовании конструкции
зуборезных станков - осуществление непосред-
ственно наладочных установок с помощью
систем ЧПУ по результатам расчета на ЭВМ;
при этом требуется осуществлять работу ЧПУ
по восьми-десяти координатам, при трех-пяти
одновременно работающим.
Четвертым этапом компьютеризации
производства гипоидных и конических колес
может быть контроль боковой поверхности
зуба шестерни и колеса на полярно-
координатном измерительном приборе с по-
следующим графическим построением откло-
нения фактической боковой поверхности зуба
шестерни и колеса от теоретической для того,
чтобы с последующим вторичным расчетом
наладочных установок на ЭВМ получить более
точное наперед заданное отклонение фактиче-
ской боковой поверхности зуба от теоретиче-
ской с учетом термообработки.
Пятым этапом развития зуборезных
станков на базе ЭВМ может быть создание
гибкой системы проектирования и производ-
ства гипоидных и конических колес с включе-
нием в нее зуборезных и контрольно-обкатных
станков, а также контрольно-измерительных
приборов с управлением от общей ЭВМ с
большой памятью для того, чтобы накопить
статистический материал и вызвать исходные
данные для повторения уже выполненного
заказа.
СТАНКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ГИПОИДНЫХ И КОНИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
501
Специализированные станки для черно-
вой обработки шестерни имеют специальный
механизм двойной обкатки, что позволяет
проводить обработку при качании обкатной
люльки по часовой и против часовой стрелки;
в первом случае обрабатывается одна сторона
зуба, а во втором - другая. Это обеспечивает
равномерный припуск по длине зуба не более
0,1 мм под чистовую последующую обработку.
Фирма "Глисон" выпускает специализи-
рованные станки для чистовой обработки
только шестерен с числом зубьев 5 - 25 и уг-
лом начального конуса до 25°. На станке при-
менена специальная компоновка, удобная для
эксплуатации станка.
Специализированные станки для черно-
вой обработки колес с углом начального кону-
са 45 - 85° отличаются высокой жесткостью и
исключительно короткой кинематической
цепью. Черновая обработка колеса без обкатки
способом врезания (копирования) на этих
станках производится в 2 - 3 раза быстрее, чем
на универсальных станках соответствующего
размера.
Специализированные станки для чисто-
вой обработки колес с углом начального кону-
са 50 - 85° работают по методу протягивания.
За один оборот зуборезной головки - протяж-
ки обрабатывается одна впадина зуба.
Технические характеристики и описание
конструкций некоторых зуборезных станков
для обработки гипоидных и конических колес
с круговыми зубьями приведены в работах [5,
11, 14].
Зубострогальные станки. Наиболее рас-
пространенными станками для обработки
прямозубых конических колес являются - зу-
бострогальные. На этих станках зубчатые коле-
са обрабатываются методом обкатки (см. рис.
1.14.8). Для зубострогальных станков на об-
катной люльке вместо зуборезной головки
располагаются зубострогальные резцы с пря-
молинейной режущей кромкой.
Профиль зуба колеса (шестерни) образу-
ется как огибающая инструментальной по-
верхности производящего колеса. Эта поверх-
ность на станке воспроизводится режущими
кромками зубострогальных резцов, совершаю-
щих возвратно-поступательные движения.
Этот метод универсален, обеспечивает высокое
качество обработки простым и дешевым инст-
рументом. Производительность зубострогаль-
ных станков не велика, станки широко при-
меняются в единичном, мелкосерийном и
серийном производствах.
Компоновочные и основные конструк-
тивные решения зубостршальных станков та-
кие же, что и у зуборезных для обработки
конических колес с круговыми зубьями.
Станки для обработки конических колес
С прямыми и круговыми зубьями унифициро-
ваны на 70 - 80 % и различаются в основном
конструкцией люльки, что связано с примене-
нием другого инструмента. В зубострогальных
станках отсутствует шпиндельная (гипоидная)
головка: она объединена с бабкой изделия (см.
рис. 1.14.9).
Различают два типа зубострогальных
станков: резцы работают в разных впадинах
(рис. 1.14.11, а) и в одной впадине (рис.
1.14.11, б). Первый тип наиболее распростра-
нен и конструктивно выполняется просто,
хотя условия работы главной режущей кромки
и вспомогательной при зубострогании загото-
вок без предварительного прорезания впадины
значительно отличаются, что приводит к низ-
кой точности обработки. При втором типе
условия работы зубострогальных станков ис-
ключительно благоприятны. Это определяет
область применения - обработка мелкомо-
дульных высокоточных прямозубых кониче-
ских колес (станки мод. 5Т23В).
Установка резцов на резцедержателях
должно обеспечивать расположение • вершин
резцов в плоскости, перпендикулярной к оси
люльки и проходящей через вертикальную ось,
вокруг которой поворачивается бабка изделия;
при этом траектории точек пересечения вер-
шин резцов и боковых режущих кромок долж-
ны пересекать ось люльки. Для выполнения
этих условий установка резцов проводится в
два этапа: по длине и по высоте. Конструкция
люльки предусматривает специальные нала-
дочные перемещения для зубострогальных
резцов, а также приспособления для регули-
ровки инструмента при его установке.
Зубострогальные станки имеют механизм
для образования бочкообразное™ по длине
зуба. Бочкообразносгь составляет 0,02 - 0,05 мм
Рис. 1.14.11. Схема нарезания прямозубых конических
колес:
а - резцы расположены в разных впадинах и
охватывают нарезаемый зуб;
б - резцы расположены в одной впадине
502
Глава 1.14. ЗУБООБРАБАЦ^МОЩИЕ СТАНКИ
на сторону зуба и зависит от ширины зубча-
того венца.
Прямозубые конические колеса модулем
до 2 - 4 мм обычно нарезаются методом об-
катки из целой заготовки за два прохода. Со-
временные зубострогальные станки снабжают
механизмом для автоматического выполнения
двух проходов, причем припуск на второй
проход выбирают предварительно при на-
стройке механизма. Зубострогание колес с
модулем 4 мм и более проводится, как прави-
ло, на заготовках с предварительно прорезан-
ными впадинами. Предварительное прореза-
ние впадины проводится, как правило, мето-
дом врезания без обкатки специальными чер-
новыми резцами при единичном делении.
Зубострогальные станки, работающие ме-
тодом обкатки, обеспечивают обработку пря-
мозубых конических колес диаметром до
800 мм и модулем до 16 мм с применением
зубострогальных резцов, а крупномодульные
прямозубые конические колеса диаметром
свыше 800 мм обрабатывают на зубострогаль-
ных станках по шаблону (без обкатки), при
этом профиль зуба нарезаемого колеса опреде-
ляется профилем шаблона. Возможна моди-
фикация формы зуба по направлению длины
(бочкообразность) и по высоте профиля. Уни-
версальные станки имеют простую наладку,
дешевый и универсальный инструмент. Стан-
ки, работающие по такому принципу, приме-
няют на заводах тяжелого машиностроения
для обработки зубчатых колес диаметром свы-
ше 500 - 800 мм и модулем свыше 16 мм.
Технические характеристики и описание
конструкций некоторых зубострогальных стан-
ков для обработки прямозубых конических
колес приведены в работах [5, 11, 14].
Зубофрезерные станки. Для повышения
производительности при обработке кониче-
ских колес с прямыми зубьями в последнее
время все большее распространение получает
метод зубофрезерования спаренными зуборез-
ными головками (дисковыми фрезами), распо-
ложенными в одной впадине. Комплект зубо-
резных головок состоит из праворежущей
(верхней) головки и леворежущей (нижней)
головки (рис. 1.14.12). Боковая инструмен-
тальная плоскость производящего колеса вос-
производится прямолинейными режущими
кромками вращающегося инструмента. Зубо-
резные головки при обработке зубчатого коле-
са не совершают поступательного движения.
Эта труппа станков работает подобно зу-
бострогальным станкам методом обкатки, вре-
зания и комбинированным. Фрезерование
обычно проводится без предварительного чер-
нового нарезания за один-два прохода в зави-
симости от модуля зубчатого колеса и требуе-
мой точности.
На зубофрезерных станках бочкообраз-
ность зуба по длине достигается за счет при-
Рис. 1.14.12. Схема обработки прямозубых конических
колес спаренными зуборезными головками
менения фрез с поднутрением на угол 1-5°
относительно плоскости, перпендикулярной
оси вращения. При этом производящая по-
верхность будет уже не плоскостью, а круго-
вым конусом с углом при вершине 170 - 178°.
С увеличением угла поднутрения бочкообраз-
ность зуба увеличивается.
Компоновочные и основные конструк-
тивные решения зубофрезерных станков для
обработки конических колес с прямыми зубь-
ями такие же, что и зубострогальных. Зубо-
фрезерные станки на 80 - 85° унифицированы
с зубострогальными станками соответствую-
щего типоразмера и отличаются от последних
только конструкцией обкатной люльки, что
связано с применением инструмента нового
типа.
Для зубофрезерования характерно полу-
чение вогнутой поверхности дна впадины об-
рабатываемых колес, что является следствием
отсутствия поступательного движения зуборез-
ных головок вдоль прорезаемых впадин. С
увеличением ширины обрабатываемого зубча-
того венца вогнутость дна впадины возрастает.
Установка спаренных зуборезных головок
относительно оси производящего колеса (оси
люльки) и центра станка, вокруг которого
поворачивается бабка изделия, осуществляется
с такой же целью, что и установка по высоте и
по профилю зубострогальных резцов. Конст-
рукция люльки предусматривает специальные
наладочные перемещения и соответствующие
приспособления для регулирования положения
инструмента при его установке.
Спаренные зуборезные головки могут
быть цельными, применяемыми главным обра-
зом для обработки мелкомодульных колес, или
сборными. Последние бывают двух типов: со
сменными резцов’ыми дисками и со вставными
резцами. Заточка головок проводится по пе-
редней поверхности. В сборе после заточки
режущие кромки противоположных резцов
должны быть прямолинейны, параллельны и
лежать в плоскости, проходящей через центр
вращения фрезы.
Технические характеристики и описание
конструкций некоторых зубофрезерных стан-
ков для обработки конических колес с прямы-
ми зубьями приведены в работах ]5, 11; 14].
СТАНКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ГИПОИДНЫХ И КОНИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
503
Зубошлифовальные станки предназначены
для шлифования прямых и спиральных зубьев
конических и гипоидных передач, зубьев тор-
цовых муфт с целью устранения возникающих
деформаций при термообработке, повышения
точности, а также для окончательной обработ-
ки зубчатых колес, изготовленных методами
пластических деформаций и порошковой ме-
таллургии.
Зубошлифование бывает точностным и
силовым. Силовое зубошлифование применя-
ется при съемах увеличенных припусков, а
также для шлифования заготовок с предвари-
тельно изготовленными зубьями методами
пластических деформаций и порошковой ме-
таллургии. Скорости резания при точностном
шлифования 18-30 м/с, при силовом 20 -
24 м/с; наибольший припуск, снимаемый за
один проход 0,05 - 0,075 мм при точностном и
0,13 мм при силовом шлифовании; время
цикла обработки одной впадины 2,0 - 20 с.
В табл. 1.14.9 приведены наиболее рас-
пространенные методы шлифования, типы
применяемого инструмента, форма обрабаты-
ваемых зубьев и область применения каждого
метода.
Компоновочные и основные конструк-
тивные решения зубошлифовальных станков
те же, что и в зуборезных и зубофрезерных
станках. Отличительной особенностью зубо-
шлифовальных станков является наличие бы-
строходных инструментальных шпинделей,
механизмов правки абразивных кругов, нали-
чие систем очистки и охлаждения СОЖ, уст-
ройства отсоса аэрозолей, механизмов разде-
ления припуска и компенсации износа круга и
др. Наличие дополнительных систем приводит
к увеличению занимаемой площади на
30 - 40 %. В большинстве зубошлифовальных
станков для круговых зубьев в момент реверса
люльки и деления шлифовальный шпиндель
отводится от заготовки в осевом направлении.
В качестве инструмента для зубошлифо-
вания конических колес используют дисковые
и чашечные шлифовальные круги. Применяют
цельные и сегментные чашечные круги. Сег-
ментный круг (рис. 1.14.13) состоит из метал-
лической планшайбы 4, к которой прижимами
2 и винтами 1 крепятся абразивные сегменты
3. Сегментные круги обеспечивают лучшее
охлаждение зоны шлифования и меньшую
опасность прижогов. Во всех случаях при зу-
бошлифовапии применяется обильное охлаж-
дение минеральным маслом.
Правку чашечных шлифовальных кругов
проводят рычажными или роликовыми меха-
низмами, конструктивные схемы которых
приведены в табл. 1.14.10.
Рис. 1.14.13. Сегментный шлифовальный круг
Механизм разделения припуска обеспе-
чивает дополнительный доворот заготовки
вокруг ее оси с целью обеспечения необходи-
мого съема припуска при одностороннем
шлифовании или с целью более равномерного
разделения припуска по обеим сторонам зуба
при двухстороннем шлифовании. В зависимо-
сти от конструкции станка доворот заготовки
осуществляется либо за счет осевого переме-
щения червяка делительного червячного коле-
са бабки изделия, либо через дифференциал
цепи деления-обкатки.
Наряду с зубошлифовальными станками,
работающими традиционными методами еди-
ничного деления инструментом простых форм,
разработан непрерывный метод шлифования
сложнопрофильным инструментом (стальное
зубчатое колесо с покрытием на гальваниче-
ской основе из сверхтвердых абразивных мате-
риалов или алмазов) на простом и жестком
станке с неподвижными в процессе обработки
осями инструмента и заготовки и жестким
кинематическим взаимодействием между ни-
ми. При этом обеспечивается квазилинейный
контакт в зацеплении зубьев инструмента и
заготовки при наличии гипоидного смещения
между ними. Обработка ведется на станке с
полностью электронным управлением ЧПУ
лишь при двух вращательных движениях
шпинделей с заданным передаточным отно-
шением. По компоновке и конструкции зубо-
шлифовальный станок, работающий инстру-
ментом в форме зубчатого колеса, аналогичен
контрольно-обкатному станку, в котором обе
бабки равноценны между собой и имеют неза-
висимые приводы, синхронизируемые устрой-
ством ЧПУ. Частоты вращения шпинделей
могут быть до 16 000 мин-1, что позволяет
достигать скоростей резания более 15 м/с.
Благодаря высоким частотам вращения и
весьма незначительным толщинам единичных
резов обработка ведется без СОЖ при полном
Метод шлифования
Обкат одним или двумя
шлифовальными кругами с
коническим или плоским
рабочим профилем
Обкат чашечно-цилиндри-
ческим шлифовальным
кругом с коническим двух-
сторонним рабочим профи-
лем
Обкат чашечно-цилиндри-
ческим шлифовальным
кругом с коническим двух-
сторонним рабочим профи-
лем круговых зубьев полу-
обкатных колес
Непрерывное шлифование
инструментом в форме
зубчатого колеса
1.14.9. Методы шлифования конических зубчатых колес
Эскиз
Область применения
Шлифование прямозубых
колес простой или бочко-
образной формы в серий-
ном и массовом производ-
ствах. Изготовление эта-
лонных зубчатых колес
Шлифование круговых
зубьев обкатных колес в
мелкосерийном производ-
стве, а также особо ответст-
венных колес в серийном и
массовом производствах
Шлифование больших из
пары зубчатых колес полу-
обкатных передач при пе-
редаточном числе пары не
менее 3, в условиях массо-
вого производства
Шлифование закаленных
конических колес с любой
формой зуба в массовом и
крупносерийном производ-
ствах
Особенности метода
Круги вместе с люлькой
совершают движение об-
ката Ду вокруг оси
люльки, а заготовка -
согласованное с люлькой
вращение сор Деление
периодическое после об-
работки каждого зуба
Шлифовальный круг вме-
сте с люлькой совершает
движение обката D с ,
м0 6 К
а заготовка - согласован-
ное с люлькой вращение
сор Деление периодиче-
ское после обработки
каждого зуба
Вращение оси шлифо-
вального круга вокруг
эксцентрично располо-
женной оси, проходящей
через центр дуги круго-
вого зуба. Деление еди-
ничное периодическое
Вращение заготовки со i
согласовано с вращением
инструмента coq
Глава 1.14. ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
СТАНКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ГИПОИДНЫХ И КОНИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
505
1.14.10. Конструктивные схемы и принцип действия механизмов правки
чашечных шлифовальных кругов
Схема
Принцип действия
Рекомендации по
применению
Боковые рычаги 1 и 4 с алмазным
инструментом для правки внутрен-
ней и наружной поверхности шли-
фовального круга 5 установлены на
общей плите 2 и приводятся в дви-
жение реечным механизмом 3. Соз-
дание заданной величины искривле-
ния профиля круга осуществляется
за счет смещения плиты 2 в плоско-
сти, касательной к кругу. Рычаг 7
для правки торцовой поверхности
круга установлен на отдельной плите
6 с возможностью поворота как по
плоскости торца, так и по профилю
вершины круга
Используется в
станках с руч-
ным управле-
нием
Металлический ролик 2 с алмазным
покрытием приводится во вращение
от электродвигателя 1. Правка всех
рабочих поверхностей шлифоваль-
ного круга 3 осуществляется путем
перемещения ролика вместе с при-
водом по координатным осям X и Y
от устройства ЧПУ
отсутствии прижогов. Время обработки одной
заготовки около 30 с. Это наиболее произво-
дительный способ шлифования зубьев любой
формы.
Зубошлифовальные станки могут рабо-
тать в ручном и полуавтоматическом режиме,
когда задается число проходов, припуск, сни-
маемый за проход, количество выхаживаний,
правок и т.д. Технологические характеристики
приведены в справочнике [11], а описание
конструкций некоторых станков - в работе [5].
Зубопротяжные станки. Зубопротягивание -
наиболее производительный метод нарезания
зубьев конических колес. Зубопротяжные
станки для обработки круговых и прямых
зубьев конических колес имеют ряд общих
особенностей. В этих станках во время профи-
лирования зубьев заготовка не вращается; ин-
струмент вращается непрерывно, и за каждый
его оборот обрабатывается одна впадина заго-
товки. Быстродействующий механизм деления
поворачивает заготовку на один зуб за время,
пока через зону резания проходит участок пе-
риферии инструмента, свободный от резцов.
Кинематическая цепь главного привода имеет
устройство натяжения для устранения зазоров.
Станки снабжаются механизмами для снятия
заусенцев на внешнем дополнительном конусе
заготовки. Станки, как и инструмент, специ-
альные, изготовляют для обработки опреде-
ленных зубчатых колес в массовом производ-
стве, и, как правило, работают в составе авто-
матических линий. После окончания обработ-
ки заготовки цепь главного движения тормо-
зится, исполнительный орган, несущий шпин-
дель изделия (салазки, барабан), автоматиче-
ски отводится для смены заготовки, затем
возвращается в рабочее положение и зажима-
ется гидравлическими элементами.
Станки для обработки ведомых колес по-
луобкатных конических и гипоидных передач
с круговыми зубьями (с передаточным числом
не менее 2,5) работают торцовыми круговыми
протяжками с резцами, имеющими прямоли-
нейный боковой профиль; обработанные зубья
колеса также получают прямолинейный про-
филь в нормальном сечении. Зубья ведущих
шестерен таких передач профилируются с об-
каткой на зуборезных станках, как правило, с
наклоном инструментального шпинделя, что
позволяет применить конусное производящее
колесо, аналогичное парному колесу, обрабо-
танному без обкатки.
Одна из компоновок зубопротяжного
станка для обработки круговых зубьев кониче-
ских колес показана на рис. 1.14.14. Единст-
венное рабочее движение в станке - вращение
протяжки 1. Установочные перемещения X, Y,
Z и поворот В позволяют придать оси про-
тяжки требуемое положение относительно за-
506
Глава 1.14. ЗУБООБРАБАТЫВАЮШИЕ СТАНКИ
Рис. 1.14.14. Компоновка зубопротяжного станка
Рис. 1.14.15. Бабка изделия зубопротяжного станка
готовки 2. Стойка 3 бабки изделия может пе-
ремещаться в направлении U и занимать одно
из двух возможных положений при нарезании
колес с правым или левым направлением зуба.
После обработки всех зубьев салазки инстру-
ментальной бабки (на рисунке не видны) и
инструментальный шпиндель отводятся от
заготовки в осевом направлении R, затем са-
лазки 4 с бабкой изделия отводятся в направ-
лении Q в положение загрузки. Отвод салазок,
их последующий подвод в рабочее положение
и зажим осуществляются гидравлическими
элементами. Благодаря наклонной компоновке
станка осевая составляющая силы резания
воспринимается жесткой станиной. Наклонное
положение шпинделя изделия облегчает авто-
матическую загрузку-выгрузку заготовок.
На рис. 1.14.15 представлена бабка изде-
лия с делительным механизмом зубопротяж-
ного станка. На быстро вращающемся валу 4
закреплен ведущий ролик 6 мальтийского ме-
ханизма. Цилиндрический кулачок 5 вращает-
ся синхронно с протяжкой и в нужный мо-
мент подает вал 4 влево; ролик 6 входит в паз
диска 7 мальтийского механизма и поворачи-
вает шпиндель 9 с оправкой 10, на которой
установлена заготовка. После поворота шпин-
дель фиксируется делительным диском 8 и
зажимается при подаче масла под давлением в
карманы 11, 2 и 3. Заготовка зажата на оправ-
ке пружинами 12; после нарезания всех зубьев
она разжимается с помощью гидроцилиндра 1.
Зубопротяжные станки для обработки
Круговых зубьев обычно работают в одной
автоматической линии с черновыми станками,
которые обрабатывают впадины без обкатки
методом врезания с переменной подачей и
имеют сходную с чистовыми зубо-
протяжными станками компоновку. Выпуска-
ются также станки, которые могут работать как
протягиванием, так и врезанием. На таких
станках можно полностью обработать зубья на
целой заготовке за одну установку ее на станке
одной зуборезной головкой. В этом случае
после достижения примерно 90 глубины
впадины скорость врезания автоматически
снижается, а скорость резания увеличивается.
Зубопротяжные станки для обработки
прямых зубьев конических колес работают
дисковой фрезой-протяжкой 1 (рис. 1.14.16, о)
большого диаметра, вращение которой согла-
совано с движением ее центра О относительно
заготовки вдоль зуба по прямой О,Ое. Закон
этого движения при полном нарезании зубьев
на целой заголовке за один оборот инструмен-
та показан на рис. 1.14.16, б, где <р - угол по-
ворота инструмента; 3, 4, 5 - соответственно
участки черновой, получистовой и чистовой
обработки. Вблизи точки Ое реверса (см. рис.
1.14.16, а) специальный механизм снимает
фаску на внешнем торце зубьев; для вращаю-
щегося фасочного резца предусмотрен выем 2
на корпусе протяжки. Резцы имеют вогнутые
криволинейные боковые профили, координа-
ты которых изменяются от резца к резцу.
Круговым протягиванием можно получить
профили зубьев, близкие к профилям обыч-
ных конических колес, обрабатываемых зубо-
фрезерованием или зубостроганием с обкаткой
[12]. Однако при протягивании образующая
конуса впадин не проходит через вершину
делительного конуса, и обработанные зубчатые
колеса не могут зацепляться с колесами, обра-
ботанными зубофрезерозанием. Поэтому кру-
говым протягиванием нарезают как шестерню,
так и колесо конической пары. Профили рез-
цов круговых протяжек рассчитывают по спе-
циальным методикам [12] в комплексе с расче-
том геометрии зубьев, законами подачи и на-
ладочными установками зубопротяжных стан-
ков. Большинство обработанных этим методом
зубчатых колес предназначено для конических
ШЛИЦЕФРЕЗЕРНЫЕ СТАНКИ
507
Рис. 1.14.16. Схема протягивания прямозубых
конических колес
дифференциалов; возможно круговое протяги-
вание и эвольвентных профилей цилиндриче-
ских зубчатых колес.
В зависимости от компоновки станка для
протягивания прямых зубьев ось заготовки и
фреза-протяжка могут располагаться в гори-
зонтальной или вертикальной плоскости; в
последнем случае усилие резания направлено
вниз и воспринимается жесткой станиной.
Перемещение вдоль зуба проводится с помо-
щью кулачка, который вращается синхронно с
инструментальным шпинделем; для повыше-
ния точности его крепят на шпинделе. При
этом по направляющим качения перемещается
либо инструментальная бабка, либо бабка из-
делия. При протягивании зубьев с модулем до
2 мм обрабатываются две - четыре впадины за
один оборот протяжки. При модуле более 5 -
6 мм впадины предварительно обрабатываются
на черновом зубопротяжном станке без отно-
сительного движения вдоль зуба.
Сравнительная простота конструкции по-
зволяет создавать двухпозиционные зубопро-
тяжные станки с синхронной обработкой двух
прямозубых колес двумя дисковыми фрезами:
либо с параллельной полной обработкой зубь-
ев на двух целых заготовках, либо с последова-
тельной черновой и чистовой обработкой с
автоматической передачей заготовки с черно-
вой позиции на чистовую.
Технические характеристики зубопро-
тяжных станков для круговых и прямых зубьев
приведены в справочнике [11].
Контрольно-обкатные и зубопритирочные
станки. Контрольно-обкатные станки служат
для контроля зоны касания, бокового зазора и
шума конических и гипоидных пар. По ре-
зультатам контроля могут корректироваться
наладочные параметры зубообрабатывающих
станков. Шестерня и колесо контролируемой
пары устанавливаются в шпинделях бабок 7 и
2 (рис. 1.14.17); один из этих шпинделей по-
Рис. 1.14.17. Схема контрольно-обкатного станка
лучает вращение от двигателя, другой подтор-
маживается. При наладке шестерня и колесо
смещаются в направлениях Н, V, А. У так
называемых "универсальных" станков угол
между осями шпинделей также может изме-
няться, что позволяет контролировать цилинд-
рические и неортогональные конические пары.
Станки оснащают гидрозажимами шестерни и
колеса, устройствами автоматического ввода
пары в зацепление, отвода колеса для создания
бокового зазора, обнаружения забоин и за-
усенцев, цифровой индикации перемещений.
Зубопритирочные полуавтоматы отлича-
ются от контрольно-обкатных станков наличи-
ем устройств для автоматической обкатки па-
ры с вращением в обе стороны и с подачей в
зону зацепления абразивной жидкости, что
существенно снижает параметры шероховато-
сти поверхности зубьев и шум закаленной
пары. Чтобы обработать всю поверхность зуба,
в процессе обкатки исполнительным органом
станка с помощью кулачковых механизмов
или устройства ЧПУ придают согласованные
осциллирующие движения Н, V, А [5], пере-
мещающие зону касания по поверхности зубь-
ев при малом постоянном боковом зазоре.
Качество и производительность притирки по-
вышают: гибкое регулирование тормозного
момента, скорости и величины осциллирую-
щих движений при обработке разных участков
поверхности зуба; обеспечивают бесступенча-
тое регулирование скорости вращения шпин-
делей; автоматическое закрепление и освобож-
дение бабок и стойки; очистку колес от остат-
ков абразивной жидкости.
Технические характеристики станков
приведены в справочнике [И].
1.14.4. ШЛИЦЕФРЕЗЕРНЫЕ СТАНКИ.
КОНСТРУКЦИИ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Обработка шлицев может проводиться на
обычных зубофрезерных станках методом об-
катки. Однако значительное количество обра-
батываемых деталей имеют длину шлицев,
превышающую технологические возможности
зубофрезерных станков. Это вынудило создать
специально станки для фрезерования шлицев.
508
Глава 1.14. ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
1.14.11. Компоновки шлицефрезерных станков
Конструктивные компоновки
Особенности компоновки
Ось заготовки горизонтальна. Заготовка неподвижна.
Настройка на межосевое расстояние осуществляется
кареткой с фрезерным суппортом. Осевая подача -
салазками, несущими каретку. Компоновка удобна для
автоматизации, так как заготовка неподвижна. Однако
трудно обеспечить высокую жесткость инструменталь-
ных салазок
Ось заготовки горизонтальна. Осевая подача осуществ-
ляется столом с заготовкой. Настройка на межосевое
расстояние - кареткой с фрезерным суппортом. Для
повышения жесткости можно направляющие располо-
жить наклонно. Компоновка обеспечивает высокую
жесткость. Однако усложняется автоматизация и при
значительной длине обрабатываемых валов увеличива-
ются габариты станка
Ось заготовки горизонтальна. Заготовка неподвижна.
Настройка на межосевое расстояние осуществляется
инструментальной стойкой. Осевая подача - салазка-
ми, несущими суппорт. Компоновка удобна для авто-
матизации. Однако увеличиваются габариты инстру-
ментальной стойки
имеющие горизонтальную ось устанавливае-
мой заготовки. В свою очередь на таких стан-
ках возможна обработка деталей типа "вал-
шестерня". Наибольший диаметр турбинных
колес, обрабатываемых на горизонтальных
шлицезубофрезерных станках достигают
1800 мм при длине до 4000 мм.
Основные компоновки шлицефрезерных
станков и их отличительные особенности при-
ведены в табл. 1.14.11.
Вследствие значительного конструктив-
ного подобия узлы шлицефрезерных станков
шалогичны ' зубофрезерным. Дополнительно
фрезерные суппорты оснащают центроискате-
тями, делительные пары 1 (рис. 1.14.18)
ппинделей изделия выполняют многозаход-
тыми, а сами шпинделя 2 имеют сквозные
отверстия для возможности размещения кон-
юв длинных валов.
В качестве шпиндельных опор тяжелых
оризонтальных станков используют гидроста-
ические подшипники.
Основная сложность создания шлицеф-
езерных станков - обеспечение минимального
исла нарезаемых зубьев (z =3 5) при высо-
Рис. 1.14.18. Суппорт шлицефрезерного станка
кой скорости резания и точности обработки.
Этот фактор ограничивается допустимой ско-
ростью скольжения делительного червяка
(vCK < 5 м/с) и желанием в целях обеспечения
точности иметь на делительной передаче мак-
симально большое передаточное отношение.
Часто шлицефрезерные станки выпуска-
ют без дифференциала главных образом для
нарезания шлицев и прямозубых колес. Обра-
ботка косозубых колес при необходимости
проводится бездифференциальной настройкой
цепи деления.
ЗУБОЗАКРУГЛЯЮЩИЕ СТАНКИ И СТАНКИ ДЛЯ СНЯТИЯ ФАСОК И ЗАУСЕНЦЕВ
509
Однако ряд станков выпускаются со
сложными кинематическими цепями и смен-
ными головками, позволяющими обрабатывать
кроме широкого диапазона зубчатых колес,
резьбы, одно- и многозаходные червяки,
стружечные канавки инструментов.
Для нарезания шлицев на валах исполь-
зуются специальные горизонтальные фрезер-
ные станки, обрабатывающие фасонными фре-
зами одновременно две детали с единичным
делением на шлиц после очередного прохода
[11-
1.14.5. ЗУБОЗАКРУГЛЯЮЩИЕ СТАНКИ И СТАНКИ ДЛЯ
СНЯТИЯ ФАСОК И ЗАУСЕНЦЕВ. КОНСТРУКЦИИ И
ОСОБЕНОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Переключаемые зубчатые колеса автомо-
билей, тракторов и других машин имеют за-
кругленную форму торцов зубьев. Наличие
фасок на контуре зубьев колес существенно
повышает их долговечность. Отсутствие на
торцах зубьев острых кромок и заусенцев уст-
раняет травматизм, улучшает качество термо-
обработки и последующих чистовых операций
обработки зубьев (шевингование, шлифова-
ние).
В табл. 1.14.12 приведены рекомендуе-
мые формы фасок и торцов зубьев и инстру-
мент для их обработки.
Компоновки станков и особенности об-
работки торцовых поверхностей зубьев приве-
дены в табл. 1.14.13.
Более подробный анализ методов обра-
ботки торцов зубьев приведен в [11].
Конструкции зубозакругляющих станков
и станков для снятия фасок на зубьях колес во
многом аналогичны зубофрезерным станкам.
Шпиндели инструмента и изделия выполняют
на высокоточных подшипниках качения. При-
вод вращения шпинделя изделия осуществля-
ется от прецизионной делительной пары. Для
обеспечения точности и нормальной работы
станков в условиях резкой знакопеременной
нагрузки режима зубозакругления необходимы
минимальные зазоры в кинематических цепях.
Возвратно-поступательные движения, как пра-
вило, выполняются от кулачков, а прерыви-
стые деления на зуб - от мальтийского меха-
низма.
Создаются станки, работающие от ЧПУ.
В станках, работающих пальцевыми фрезами с
низкой стойкостью, устанавливают механизмы
автоматической смены инструмента.
1.14.12. Формы торцовых поверхностей зубьев и инструмент для их обработки
Форма торцовой поверхности зубьев Эскиз Инструмент для обработки
Фаска, параллельная контуру зуба без обработки впадины / А Пальцевая фреза. Чашечная фреза. Одновитковая червяч- ная фреза. Два резца
Фаска, параллельная контуру зуба с обработкой впадины Чашечная фреза. Одновитко- вая червячная фреза. Два резца. Дисковая фреза. Дис- ковый абразивный круг. Червячный абразивный круг
Фаска в форме запятой с обра- боткой и без обработки впадины Специальный инструмент из двух накатников и ведущего венца
Бочкообразная форма закругле- ния Торцовая фреза. Дисковая фреза
Радиусная форма закругления — Пальцевая фреза. Чашечная фреза. Дисковая фрез?
Закругления типа прямого или одностороннего домика Пальцевая фреза. Чашечная фреза. Летучий твердосплав- ный резец
510
Глава 1.14. ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
1.14.13. Компоновки станков и особенности обработки торцовых поверхностей зубьев
Конструктивная компоновка станка
Тип инструмента. Операция
Особенности обработки
Пальцевая фреза. Закруг-
ление зубьев и снятие
фасок
Пальцевая фреза совер-
шает возвратно-
поступательное движе-
ние, кинематически свя-
занное с непрерывным
вращением заготовки
Трубчатая фреза. Снятие
фасок и закругление зубь-
ев кроме бочкообразных
Фреза совершает возврат-
но-поступательное дви-
жение. При отводе фрезы
заготовка поворачивается
на один зуб
Трубчатая фреза. Снятие
фасок и закругление тор-
цов зубьев
Вращение фрезы кинема-
тически связано с враще-
нием заготовки. Фреза
перемещается вдоль оси
со скоростью рабочей
непрерывной подачи
Два резца. Снятие фасок
При вращении резцов
заготовка совершает дви-
жение обката, а резцы
подаются вдоль оси заго-
товки. Для одновремен-
ной обработки двух тор-
цов используют две го-
ловки с резцами
Две одновитковых чер-
вячных фрезы. Снятие
фасок
При вращении фрез заго-
товка совершает движе-
ние обката. Одновремен-
но фрезы подаются вдоль
оси заготовки
6&G
Ф е »
ф Ф
0>,
Червячная фреза. Снятие
фасок
Инструмент совершает
вращательное движение
обката, связанное с вра-
щательным движением
заготовки
ЗУБОЗАКРУГЛЯЮЩИЕ СТАНКИ И СТАНКИ ДЛЯ СНЯТИЯ ФАСОК И ЗАУСЕНЦЕВ
511
Конструктивная компоновка станка
Тил инструмента. Операция
Продолжение табл. 1.14.13
Особенности обработки
Две торцовые фрезы. За-
кругление зубьев типа
"домик"
Дисковая фреза. Снятие
фасок, закругление зубьев
Специальный накатник.
Снятие фасок
Бор-фреза. Снятие фасок
Дисковый абразивный
круг. Снятие фасок
Червячный абразивный
круг. Снятие фасок
Фрезы совершают воз-
вратно-поступательное
движение вдоль своей
оси или вдоль оси заго-
товки. Проворот заготов-
ки на один зуб проводит-
ся при отводе фрез
Фреза совершает возврат-
но-поступательное дви-
жение вдоль зуба. При
отводе фрезы проводится
поворот заготовки на
один зуб
Накатник подводится к
заготовке на рабочей
подаче и выдавливает
фаски на торцы зубьев,
где они срезаются резца-
ми
Фреза при вращении
заготовки качается на
впадинах и выступах
зубьев, снимая фаски по
их контуру
Круг при вращении заго-
товки качается на впади-
нах и выступах зубьев,
снимая фаски по их кон-
туру
Круг и заготовка приво-
дятся во взаимное дви-
жение обката. Движение
подачи проводится под
углом к оси заготовки
512
Глава 1.14. ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
1.14.6. МНОГОЦЕЛЕВЫЕ ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ
СТАНКИ. КОНСТРУКЦИИ И ОСОБЕННОСТИ
ПРОЕКТИ РОВАНИЯ
Современные зубообрабатывающие стан-
ки характеризуются использованием про-
граммного управления как для формирования
циклов обработки, так и для наладки станков,
благодаря чему коренным образом изменилась
структура их кинематических цепей и ряд на-
строечных элементов. Для перемещения по
всем координатам вместо передач со сменны-
ми зубчатыми колесами и разлюшых кулачков
установлены индивидуальные приводы с сер-
водвигателями и электронными датчиками
обратной связи, а также передачи качения с
предварительным натягом шариков. Для
управления работой зубообрабатывающих
станков с ЧПУ используется многокоординат-
ная система с несколькими одновременно
работающими координатами (до шести). В
станках со связанным вращением инструмента
и заготовки (зубофрезерные, зубодолбежные,
зубошлифовальные и др.) система ЧПУ содер-
жит специальное устройство, синхронизирую-
щее их вращение.
Каждому направлению перемещения ра-
бочих органов зубообрабатывающих станков с
ЧПУ присвоены определенные обозначения
осей координат, одинаковые во всех странах.
Схемы расположения координата ьи осей при-
ведены в табл. 1.14.14.
К особенностям зубообработки на стан-
ках с ЧПУ относятся минимальное время пе-
реналадки станка на другие параметры заго-
товки, а также возможность без применения
специальных устройств обрабатывать зубчатые
колеса различных типов (цилиндрические,
конусные, бочкообразные, червячные, некруг-
лые и др.) за счет использования одновремен-
ного связанного перемещения по нескольким
координатным осям.
Дальнейшим совершенствованием конст-
рукций зубообрабатывающих станков с ЧПУ
являются гибкие производственные модули
(ГПМ), автоматически переналаживаемые на
обработку зубчатых колес различных парамет-
ров и типов, включая смену инструмента, за-
готовки и приспособлений для установки и
закрепления заготовки. Такие модули предна-
значены для работы как автономно, так и в
составе гибкой производственной системы.
Разновидности конструктивных компо-
новок ГПМ для обработки зубчатых колес
приведены в табл. 1.14.15.
1.14.14. Схемы расположения координатных осей на зубообрабатыаающих станках с ЧПУ
Тип
Координатные оси
Схема расположения
Назначение
Для цилиндрических
колес:
Зубофрезерный вер-
тикальный
Зубофрезерный го-
ризонтальный
А - поворот суппорта;
В - вращение фрезы;
С - вращение заготов-
ки; X - перемещение
фрезерной стойки в
радиальном направле-
нии; Y - перемещение
фрезерной каретки в
направлении оси фрезы;
Z - перемещение карет-
ки с фрезой в верти-
кальном направлении
А - поворот суппорта;
В - вращение фрезы;
С - вращение заготов-
ки; X - перемещение
фрезерной стойки в
радиальном направле-
нии; Y - перемещение
фрезерной каретки в
направлении оси фрезы;
Z - перемещение стой-
ки с фрезой в горизон-
тальном направлении
МНОГОЦЕЛЕВЫЕ ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
513
Продолжение табл. 1.14.14
Тип станка Координатные оси
Схема^всположения Назначение
Зубодолбежный й? Y>” С - вращение долбяка; D - вра- щение заготовки; X - перемеще- ние стола с заготовкой в ради- альном направлении; Y - пере- мещение стойки с долбяком в поперечном направлении; Z - перемещение каретки с долбяком в вертикальном направлении
Зубошлифовальный с червячным шли- фовальным крутом А - поворот суппорта с заготов- кой; В - вращение шлифоваль- ного круга; С - вращение заго- товки; X - перемещение шлифо- вальной бабки в радиальном направлении; Y - перемещение стойки с заготовкой в попереч- ном в направлении
L
1 йJ
Зубошлифовальный с профильным кру- гом Ln >d+ А - поворот суппорта; В - вра- щение шлифовального круга; С - поворот заготовки при делении; X - перемещение стойки с шли- фовальным крутом в радиальном направлении; Z - перемещение каретки с шлифовальным кругом в вертикальном направлении
Зубошевинговаль- ный А - поворот шеверной головки; В - вращение шевера; С - вра- щение заготовки; X - перемеще- ние стола с заготовкой в верти- кальном направлении; Z - пере- мещение стола с заготовкой в горизонтальном направлении
Зуборезный для конических колес с круговыми зубьями Y X П&В)|в *£ d с ьд А - поворот бабки изделия; В - вращение инструмента; С - вра- щение заготовки; X - перемеще- ние каретки с инструментом в вертикальном направлении; Y - перемещение салазок со стойкой в продольном направлении; Z - перемещение стойки с инстру- ментом в поперечном направле- нии
514
Глава 1.14. ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
1.14.15. Конструктивные компоновки гибких производственных модулей
Конструктивные компоновки
1 - зубофрезерный станок с ЧПУ; 2 - барабан-
ный магазин с инструментом и перегружателем,
расположенные на инструментальной стойке; 3
- магазин приспособлений, закрепленный на
контрподдержке; 4 - перегружатель заготовок и
приспособлений; 5 - транспортное устройство
для заготовок
1 - зубофрезерный станок; 2 - магазин инстру-
мента с перегружателем, установленный на
станине станка; 3 - перегружатель заготовок и
приспособлений; 4 - перегружатель магазинов;
5 - технологический тактовый стол для уста-
новки магазинов; 6 - магазины приспособле-
ний, закрепленные на консолях перегружателя;
7 - магазины с заготовками
1 - зубофрезерный станок с ЧПУ; 2 - робот с
круговой зоной действия на четыре координа
ты; 3 - транспортное устройство для заготовок;
4 - магазины приспособлений; 5 - магазины
инструментов, расположенные в зоне действия
робота
1 - зубофрезерный станок с ЧПУ; 2 - порталь-
ный загрузочно-разгрузочный робот на четыре
координаты; 3 - магазин с заготовками; 4 -
магазины захватов для робота; 5 - магазин при-
способлений; <5 - магазин инструментов
1.14.7. ЗУБОНАКАТНЫЕ И ШЛИЦЕНАКАТНЫЕ СТАНКИ.
КОНСТРУКЦИИ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Формобразование зубьев зубчатых колес
и зубьев шлицевых соединений на валах точ-
ным пластическим деформированием в холод-
ном состоянии применяется для массового и
крупносерийного производства (автомобиле-
строение, тракторное и сельскохозяйственное
машиностроение и др.).
По сравнению с традиционным методом
обработки зубьев колес и шлицевых соедине-
ний фрезерованием пластическое деформиро-
вание обладает высокой производительностью
(на порядок выше), характеризуется отсутстви-
ем металлической стружки во время формооб-
разования, высоким качеством обработки по-
верхностей и улучшением физико-механи-
ческих характеристик. Повышается долговеч-
ность деталей до 30 % и, как следствие,
уменьшается потребность в запчастях. Детали,
обработанные методом пластической деформа-
ции, имеют меньшую поводку при термообра-
ботке.
В качестве материала исходных заготовок
может применяться низко- и среднеуглереди-
стые стали, в т.ч. и легированные, относитель-
ное удлинение которых составляет не менее
8 %.
Профиль заготовок, как правило, опре-
деляется опытным путем.
Схемы обработки, конструктивные осо-
бенности, характеристики способов формооб-
разования зубьев зубчатых колес и шлицевых
валов приведены в табл. 1.14.16.
1.14.8. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИХ
СТАНКОВ
Основные направления автоматизации
зубообрабатывающих станков решают вопросы
автоматизации загрузки, выгрузки и установки
заготовок, контроля равномерности износа и
смены инструмента, диагностики неисправнот
стей станка, комплексной автоматизации про-
изводства зубчатых колес.
Устройства автоматической загрузки за-
готовок и выгрузки обработанных деталей
Схема обработки
1.14.16. Схемы и особенности обработки зубьев зубчатых колес и шлицевых валов накатыванием
Конструктивные особенности Характеристика способа обработки Особенности обработки
Внутри П-образной станины относительно ее центровой группы диаметрально распо- ложены два ползуна. Обраба- тываемая заготовка фиксиру- ется в центрах, один из кото- рых неподвижен, а другой подвижный и может переме- щаться в зависимости от длины вала Между двух ползунов, несущих на себе накатные и приводные рейки, устанавливается в центрах заготовка. Накатывание осуществляется за один рабочий ход ползунов. Тангенциаль- ное внедрение зубьев инструмента в заготовку осуществляется заборным конусом на накатных рейках, фор- мируя зубья до их полной высоты Ползуны приводятся в движение гидро- цилиндрами, расположенными внутри ползунов. Синхронность их перемеще- ния осуществляется с помощью зубча- того колеса, находящегося в постоянном зацеплении с приводными рейками. Инструмент, состоящий из нескольких секций, имеет заборную и калибрую- щую части. Накатываются зубья колес и шлицевых соединений как треугольного, так и эвольвентного профиля высотой 1,5 - 1,8 мм и модулем < 2 мм
На станине коробчатой фор- мы расположены две накат- ные головки, оснащенные накатными роликами, верти- кальные оси которых распо- ложены в одной плоскости, а оси роликов - на одной вы- соте. Обрабатываемая заго- товка фиксируется в центрах, причем один из них регули- руемый Формообразование проводится дву- мя головками способом импульсно- планетарного воздействия накатных роликов на заготовку. Накатные ролики одновременно и синхронно внедряются во вращающуюся вокруг своей оси заготовку; при этом ско- рости вращения накатных головок и обрабатываемой заготовки согласо- ваны друг с другом с учетом числа накатываемых зубьев Синхронно вращающиеся накатные головки с роликами кинематически связаны с поворотом обрабатываемого вала с помощью специального дели- тельного механизма. При предваритель- ной ориентации заготовки по зубьям можно осуществлять калибрование их взамен шевингования. Накатываются зубья колес и шлицевых валов любого профиля модулем < 5 мм
Внутри замкнутой станины вертикального типа располо- жен ползун, базирующийся своими направляющими по направляющим станины. На нем укреплена многоролико- вая накатная головка. Заго- товка базируется в центрах и одним своим торцом замыка- ется на опору Накатывание зубьев щлицевых валов проводится с помощью многороли- ковой накатной головки путем пе- ремещения ползуна относительно неподвижной заготовки. Формооб- разование зубьев может осуществ- ляться как за один проход на пол- ную глубину, так и за несколько; при этом накатные ролики с помо- щью специального механизма перед последующим проходом сближаются в радиальном направлении на задан- ную величину Перемещение ползуна осуществляется с помощью гидроцилиндра. В процессе формообразования зубьев происходит как увеличение заготовки по диаметру в зоне обработки, так и ее удлинение. Таким способом формируются зубья эвольвентных и прямобочных соедине- ний на валах. Максимальное количество зубьев - 18 при диаметре заготовки 40 мм
АВТОМАТИЗАЦИЯ ЗУБООБРАБАТЫВАЮШИХ СТАНКОВ
Продолжение табл. 1.14.16
Схема обработки
Конструктивные особенности
Характеристика способа обработки
Особенности обработки
На станине Т-образной фор-
мы расположены головки,
несущие на своих шпинделях
накатные ролики в виде зуб-
чатых колес. Головки имеют
возможность перемешаться
по направляющим, перпен-
дикулярно относительно цен-
тровой группы, расположен-
ной между ними, и в центрах
которой базируется обраба-
тываемая заготовка
Накатывание осуществляется двумя
синхронно вращающимися накат-
ными роликами. Заготовка под дей-
ствием подвижной головки переме-
щается в сторону неподвижной, при
этом осуществляется внедрение ин-
струмента в заготовку. Перемещение
подвижной головки происходит до
жесткого упора с выдержкой на нем
в течение 3 - 5 с
Перемещение головок и центровой
группы осуществляется с помощью гид-
роцилиндров. Накатываются зубья ко-
лес, эвольвентные и остроугольные
шлицевые валы с высотой профиля до 2
мм и модулем <1,5 мм. При предвари-
тельной ориентации заготовок можно
осуществлять калибрование зубчатых
профилей взамен шевингования
На жесткой станине распо-
ложены две головки с вра-
щающимися накатными ро-
ликами, имеющими на входе
заборные конуса. Между
головками в центровых опо-
рах размещается заготовка.
Одна из головок с накатни-
ком имеет возможность пе-
ремещаться в направлении ко
второй головке
Заготовка, вращающаяся в зацепле-
нии с накатными роликами, протал-
кивается в осевом направлении.
Обработка также может осуществ-
ляться и только с радиальной пода-
чей накатника
Накатываются зубья колес и шлицевых
валов с высотой профиля зуба до 2 мм и
модулем до 1,5 мм
Глава 1.14. ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ И ПРИЕМЫ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЗУБЬЕВ
517
следует рассмотреть отдельно для станков с
вертикальной и горизонтальной осями загото-
вок.
В станках с вертикальной осью заготовки
загрузочные устройства, как правило, распо-
лагают вокруг задней стойки. Их основные
схемы и конструктивные особенности приве-
дены в табл. 1.14.17.
Конструктивные особенности загрузоч-
ных устройств станков с горизонтальной осью
заготовки и их основные схемы приведены в
табл. 1.14.18.
Основные типы универсальных автома-
тических манипуляторов, используемых для
станков с горизонтальной осью заготовки,
приведены в работе [6]. Эти манипуляторы
могут загружать заготовку либо непосредст-
венно в зону обработки, либо на перегружа-
тель, который передает ее в станок. С их по-
мощью станки могут встраиваться в автомати-
ческие линии и ГПС.
Высшим уровнем автоматизации обра-
ботки зубчатых колес является создание гиб-
кой переналаживаемой системы, обеспечи-
вающей полную обработку от заготовки до
готовой детали без участия оператора.
1.14.9. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ И
ПРИЕМЫ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЗУБЬЕВ
Разнообразие типов зубообрабатывающих
станков определяет разнообразие циклов и
приемов обработки поверхностей зубьев. Зуб-
чатые колеса обрабатывают методом обката и
методом копирования. Наиболее широко при-
меняется метод обката, при котором для обра-
зования профиля зуба используется исходная
рейка с прямолинейным производящим кон-
туром. Если исходная рейка размещена на
цилиндре так, что производящие контуры
располагаются по винтовой линии, то режущая
рейка становится червячной фрезой.
В качестве производящего контура также
используют зуб цилиндрического колеса
(зуборезный долбяк, шевер и др.).
Для нарезания конических зубчатых ко-
лес используется исходная кольцевая рейка
(производящее колесо).
В табл. 1.14.19 приведены схемы.циклов
нарезания зубчатых колес на зубофрезерных
станках методом обката, в табл. 1.14.20 - на
зубодолбежных станках, в табл. 1.14.21 - на
зубошлифовальных станках, в табл. 1.14.22 -
на станках для нарезания конических зубчатых
1.14.17. Схемы расположения загрузочных устройств на
вертикальных зубообрабатывающих станках
Конструктивные особенности устройства
Заготовки и обработанные детали располагают-
ся в ячейках кольцевого загрузочного устройст-
ва с поворотом кольца на угол а после обра-
ботки одной заготовки.
Преимущества: минимальное время загрузки,
простота конструкции.
Недостатки, малая вместимость, ограничивают-
ся габариты задней стойки
Привод ячеек загрузочного устройства от цепи.
Перемещение цепи с ячейками до наличия
заготовки в зоне обработки.
Преимущества: минимальное время загрузки,
большой запас заготовок.
Недостатки: сложность конструкции, необхо-
димость натяжения цепи______________________
В зажимное приспособление станка заготовка
из кольцевого загрузочного устройства подается
автооператором после поворота загрузочного
устройства на определенный угол а.
Преимущества: большая скорость загрузки.
Недостатки: ослабление задней стойки
Кольцевой за1рузчик неподвижен, а стол с ус-
тановочным приспособлением перемещается.
Заготовка при установке выводится из ячейки
кольцевого загрузчика досылателем.
Недостатки: ограниченная номенклатура обра-
батываемых деталей
518
Глава 1.14. ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
1.14.18. Схемы расположения загрузочных устройств на
горизонтальных зубообрабатывающих станках
Схемы Конструктивные особенности устройства
Заготовки 3 и обработанные детали располагаются радиаль- но в круговом магазине 1. В зону обработки заготовка пода- ется толкателем 2 или захватом. Обработанная деталь воз- вращается в магазин этим же толкателем по лотку. Устрой- ство наиболее рационально используется для загрузки не- больших заготовок
1
—
1
Заготовки 3 типа валов-шестерен располагаются радиально в круговом магазине 2. Подъемник 1 подает заготовку в захват 5, имеющий возможность поворачиваться на оси 4 и пере- мещаться в зону обработки. Обработанная деталь возвраща- ется в магазин загрузочного устройства этим же захватом 5
JU is 1
E U
Заготовки 2 располагаются в лотке 3, а обработанные дета- ли - в лотке 5. В зону обработки заготовка подается цилин- дром 1 с захватом 4. Устройство простое, но не универсаль- ное
''5
7 / Устройство имеет два захвата. Захват 1 подает заготовку в зону обработки, захват 2 выводит обработанную деталь. Ци- линдр 3 перемещает захваты. Устройство используется в зубошевинговальных станках со сквозным проходом загото- вок
з
1.14.19. Схемы циклов нарезания зубчатых колес на зубофрезерных станках
Схема цикла
Характеристика цикла
Цилиндрическое зубчатое колесо
Попутное (встречное) фрезерование с осевой подачей за один
проход
Попутное (встречное) фрезерование с радиальным врезанием
и осевой подачей за один проход
Фрезерование за два прохода с осевой подачей, промежуточ-
ным отводом инструмента и быстрым обратным ходом; пер-
вый проход - попутное (встречное); второй проход - попутное
(встречное)
Фрезерование за два прохода с радиальным врезанием, осевой
подачей, промежуточным отводом фрезы между проходами и
быстрым обратным ходом; первый проход - попутное
(встречное); второй проход - попутное (встречное)
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ И ПРИЕМЫ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЗУБЬЕВ 519
Продолжение табл. 1.14.19
Схема цикла Характеристика цикла
Фрезерование за два прохода с осевой подачей; первый про- ход - попутное (встречное); второй проход - встречное (попутное) Фрезерование за два прохода с радиальным врезанием и осе- вой подачей; первый проход - попутное (встречное); второй проход - встречное (попутное)
йД- Бочкообразное зубчатое колесо Фрезерование бочкообразной поверхности за один проход с попутной (встречной) подачей Фрезерование бочкообразной поверхности за два прохода: первый проход - попутное (встречное); второй проход по кривой - встречное (попутное)
Конусное зубчатое колесо
Попутное фрезерование конусной поверхности за один про-
ход
Попутное фрезерование конусной поверхности за два прохода
с радиальным врезанием, промежуточным отводом и быстрым
обратным ходом
Блочное зубчатое колесо
Попутное фрезерование двух венцов блочного колеса с осевой
подачей за один проход каждого венца
520
Глава 1.14 ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
Продолжение табл. 1.14.19
Схема цикла
Характеристика цикла
Червячное зубчатое колесо
Фрезерование червячного колеса с радиальным врезанием
Фрезерование червячного колеса с радиальным врезанием и
тангенциальной подачей
Фрезерование червячного колеса с тангенциальной подачей
1.14.20. Схема циклов нарезания зубчатых колес на зубололбежном станке
Схема цикла
Характеристика цикла
Цилиндрическое зубчатое колесо с внешними зубьями
Долбление зубьев за один проход с радиальным врезанием без
обката и с отскоком перед обратным ходом
Долбление зубьев за один проход с радиальным врезанием во
время обката и с отскоком перед обратным ходом
Долбление зубьев за несколько проходов с радиальным вреза-
нием с постоянной подачей по спирали и отскоком перед
обратным ходом
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ И ПРИЕМЫ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЗУБЬЕВ 521
Продолжение табл. 1.14.20
Схема цикла Характеристика цикла
Я А 1 Ц1ЛИЦДРИЧ еское зубчатое колесо с внутренними зубьями Долбление зубьев за один (или несколько) проходов с ради- альным врезанием без обката (с обкатом) или с постоянной подачей и с отскоком перед обратным ходом
\\ V V/Z Кону» юе зубчатое колесо с внешними зубьями Долбление конусного зуба за один проход с радиальным вре- занием без обката (с обкатом) и с отскоком перед обратным ходом
о Конуснс >е зубчатое колесо с внутренними зубьями Долбление конусного зуба за один Проход с радиальным вре- занием без обката (с обкатом) и с отскоком перед обратным ходом
1.14.21. Схемы циклов шлифования зубчатых колес на зубошлифовальных станках
Тип станка. Схема цикла
Характеристика цикла
Цилиндрическое шлифуемое колесо
Станок с червячным шлифовальным кругом
С двухсторонним коническим шлифовальным
кругом
Попутно-встречное шлифование с радиаль-
ным врезанием после каждого прохода с
осевым перемещением перед чистовым
проходом и возвратом после него на поло-
вину величины перемещения
Попутно-встречное шлифование сначала
одной стороны зуба в первой половине
обкаточного движения, затем другой во
второй половине, отвод круга от заготовки
и деление на следующий зуб
522
Глава 1.14. ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
Продолжение табл. 1.14.21
Тип станка. Схема цикла
Характеристика цикла
Попутно-встречное шлифование обеих сто-
рон профиля во время обката в одну сторо-
ну, отвод круга и деление на следующий
зуб, шлифование следующего зуба при об-
ратном обкаточном движении
С двумя тарельчатыми кругами,
работающими узкими кромками
Попутно-встречное шлифование с попереч-
ной подачей шлифовальных кругов после
прохода по всем зубьям
С тарельчатым кругом, работающим
плоской стороной
Шлифование раздельно каждой стороны
зуба без продольной подачи, с делением на
следующий зуб после каждого двойного
хода обката
С двухсторонним профильным кругом
Попутно-встречное шлифование по методу
копирования с радиальным врезанием по-
сле каждого двойного хода и делением на
следующий зуб после обработки всей впа-
дины
Попутно-встречное шлифование с делением
после каждого двойного хода с радиальным
врезанием через один оборот заготовки
Коническое шлифуемое колесо
С чашечно-цилиндрическим кругом Шлифование методом обката с подачей
перпендикулярно образующей конуса впа- дин. Деление на следующий зуб при обрат- ном обкаточном ходе.
С чашечно- коническим кругом 1 Шлифование методом копирования с кача- нием круга вдоль шлифуемого зуба при неподвижной заготовке. Деление после выхода круга из зуба.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ И ПРИЕМЫ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЗУБЬЕВ 523
1.14.22. Схемы циклов нарезания конических зубчатых колес
Схема цикла
Характеристика цикла
Коническое зубчатое колесо с прямыми зубьями
Попутное фрезерование дисковой модульной фрезой методом
копирования с врезанием и подачей в направлении образую-
щей конуса впадин, делением на следующий зуб после обра-
ботки всей впадины
Попутное фрезерование методом копирования с радиальным
врезанием и подачей в направлении образующей конуса впа-
дин. Деление после обработки всей впадины
Нарезание двумя зубострогальными резцами методом обката с
расположением резцов по зубу производящего колеса. Деле-
ние на следующий зуб при обратном обкаточном ходе
Фрезерование двумя зуборезными головками методом обката
без подачи вдоль зуба. Деление на следующий зуб при обрат-
ном обкаточном ходе
Фрезерование двумя зуборезными головками методом копи-
рования с радиальным врезанием без подачи вдоль зуба
Фрезерование двумя зуборезными головками комбинирован-
ным методом врезания и обката без подачи вдоль зуба, отвод
от заготовки и деление на следующий зуб при обратном обка-
точном ходе
Круговое протягивание за один оборот протяжки с подачей
заготовки параллельно образующей конуса впадин колеса
последовательно из точки А в точку В - черновое нарезание, в
точку С - получистовое, в точку D - чистовое
Коническое зубчатое колесо с криволинейными зубьями
Нарезание торцовой зуборезной головкой методом копирова-
ния с врезанием перпендикулярно образующей конуса впа-
дин. Заготовка во время резания неподвижна. Деление после
прорезания всей впадины зуба
524
Глава 1.14. ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
Продолжение табл. 1.14.22
Схема цикла
Характеристика цикла
Нарезание торцовой зуборезной головкой методом обката
попутно (встречно). Деление на следующий зуб при обратном
обкаточном ходе люльки
Нарезание торцовой зуборезной головкой комбинированным
методом врезания и обката при качании люльки вверх (или
вниз). Деление при обратном обкаточном ходе
Нарезание торцовой зуборезной головкой методом непрерыв-
ного протягивания с врезанием перпендикулярно образующей
конуса впадин и обкатом при вращающейся заготовке
Гипоидное коническое зубчатое колесо с криволинейными зубьями
Фрезерование конической фрезой методом обката с непре-
рывным делением и врезанием
колес. На схемах показаны только основные
движения инструмента и заготовки без указа-
ния отдельных возможных видов врезания,
которое в конкретном случае может быть осе-
вым, тангенциальным, на каждом зубе или за
один оборот заготовки и т.д.
1.14.10. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ ИЗ
ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ
Автоматизация технологических процес-
сов обработки зубчатых колес в условиях
крупносерийного и массового производства
требует применения автоматических линий, с
помощью которых можно соблюдать точные
сроки поставки деталей в заданное место, на-
дежно планировать производство, получать
детали стабильного качества, а также значи-
тельно улучшить условия труда рабочего. В
автоматические линии по производству зубча-
тых колес могут быть соединены станки, вы-
полняющие однотипные операции технологи-
ческого процесса, например, только зубообра-
батывающие, а также станки, ’ выполняющие
различные технологические операции. По-
следние линии называют комплексными. В их
состав, кроме зубообрабатывающих, входят
токарные, моечные, контрольно-
измерительные, сортировочные и другие стан-
ки, связанные между собой единой транспорт-
ной системой с различного типа манипулято-
рами, накопителями, распределителями пото-
ка, кантователями, подъемниками и другими
механизмами.
Конструктивно транспортные системы
выполняют гравитационными, фрикционны-
ми, палетными, конвейерными и др. В грави-
тационной транспортной системе заготовка
перемещается от станка к станку по наклон-
ному желобу качением или скольжением под
действием силы тяжести, т.е. используя грави-
тационную движущую силу. Во фрикционных
транспортных системах заготовки перемеща-
ются по роликам, получающими вращательное
движение от какого-либо привода.
В табл. 1.14.23 приведены различные
схемы транспортирования заготовок зубчатых
колес, как свободно лежащих на роликах, так
и находящихся на палетах.
АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ ИЗ ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ
525
1.14.23. Схемы и особенности транспортирования заготовок зубчатых колес
Схема транспортирования
Особенности транспортирования
Заготовка 1 типа диска катится по наклонным рельсам 5 и удер-
живается от опрокидывания пластинами 2, 4 и планкой 3
Заготовка 1 типа диска скользит в наклонном желобе по свобод-
но вращающимся роликам 2, 6 и удерживается планками 3, 5 и
роликами 4
Вал-шестерня 1 скользит в наклонном желобе по свободно вра-
щающимся роликам 2 и 3
Палета 4 с заготовкой / типа вал-шестерни катится на своих ро-
ликах 2 и 5 по наклонной рельсе 3
Палета 2 с заготовкой 1 свободно лежит на роликах 3 и переме-
щается при их принудительном вращении
Для перевода заготовок на разные транс-
портные высоты находят широкое применение
элеваторы и подъемные устройства.
Необходимым элементом гравитацион-
ной транспортной системы автоматической
линии являются магазины-накопители. Наи-
более распространенным является спиральный
магазин-накопитель, который обеспечивает
максимальный резерв накопления и занимает
небольшую площадь.
Требования, предъявляемые к зубообра-
батывающим станкам, встраиваемым в автома-
тические линии.
I. Станки должны иметь резерв точности
обработки по сравнению с запланированной
точностью обрабатываемых зубчатых колес и
быть не ниже класса П.
2. При наличии в линии зубошевинго-
вальных станков их точность должна быть на
один класс выше точности станков, осуществ-
ляющих нарезание зубьев.
3 Зубофрезерные станки должны быть
оснащены суппортами с увеличенным осевым
перемещением фрезерной каретки для обеспе-
чения рационального использования удлинен-
ных червячных фрез.
4. Рабочая зона станков должна быть
максимально открыта для обеспечения автома-
тической загрузки и выгрузки заготовок. Кон-
струкция загрузочно-разтрузочного устройства
должна обеспечивать быструю переналадку на
два-три типа заготовок, близких по конфигу-
рации и параметрам.
5. Для правильной установки и закреп-
ления заготовок станки должны быть оснаще-
ны устройствами для очистки баз. Наиболее
рациональными являются устройства, подаю-
щие на базы очищенную СОЖ напорной стру-
ей.
На рис. 1.14.19 приведена схема автома-
тической линии с гибким межоперационным
транспортом для обработки блока-шестерни
ТШк 1«ЗУБ^БЕлКАТЫвАХ«ЦИЕ СТАНКИ
Рис. 1.14.19. Схема автоматической линии для обработки блока-шестерп
te
Рис. 1.14.20. Схема комплексной автоматической линии для изготовления цилиндрических зубчатых колес
коробки скоростей легкового автомобиля. Ли-
ния состоит из нескольких групп зубофрезер-
ных и зубодолбежных станков, выполняющих
пять различных операций на одной заготовке.
Между группами станков установлены спи-
ральные накопители, обеспечивающие непре-
рывную работу линии, даже если произойдет
останов одного из ее станков.
Схема комплексной автоматической ли-
нии, предназначенной для изготовления ци-
линдрического зубчатого колеса коробки пе-
ремены передач легкового автомобиля, приве-
дена на рис. 1.14.20. Производительность ли-
нии 680 шт/ч при загрузке 80 %.
Заготовки из накопителя 21 по гравита-
ционному транспорту 20 катятся к токарным
автоматам 19. После токарной обработки про-
изводят контроль базовых поверхностей заго-
товок на приборах 18. Годные заготовки через
накопитель 17 поступают на зубофрезерные
автоматы 16, затем, пройдя на приборах 15
контроль припуска под шевингование, коле-
бание межосевого расстояния и отклонение
направления зубьев, заготовки подают на
станки 14 для снятия фасок и заусенцев. Из
накопителя 13 через моечный агрегат 12 заго-
товки поступают на зубошевинговальные ав-
томаты 11. Термическую обработку зубьев
осуществляют на. агрегате 10.
В комплексной автоматической линии
также предусмотрена обработка базовых по-
верхностей заготовок, в частности торцы при-
тирают на станке 9, отверстия хонингуют на
станке 7. Между этими станками установлено
измерительное устройство 8. Снижение пара-
метра шероховатости поверхности зубьев заго-
товки осуществляют на станке 6 путем холод-
ного прикатывания между тремя зубчатыми
накатниками, после чего заготовки, пройдя
моечный агрегат 5 и накопитель 4, поступают
в прибор 3 для контроля торцов и в измери-
тельное устройство 2, где окончательно измеря-
ются и сортируются по классам точности, а затем
направляются в соответствующие желоба 1.
Контроль, осуществляемый на протяже-
нии всего технологического цикла изготовле-
ния зубчатого колеса, обрабатывается и анали-
зируется на ЭВМ. Вывод данных осуществля-
ется на экран 22 графически. При выходе из-
меряемого параметра за пределы допуска по-
является предупреждение о недопустимости
отклонения.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
527
1.14.11. ГИБКИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ УЧАСТКИ
ИЗ ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ С ЧПУ
Основой для гибкой автоматизации зубо-
обработки является зубообрабатывающие стан-
ки с ЧПУ. На их базе создают гибкие произ-
водственные модули (ГПМ), гибкие производ-
ственные системы (ГПС) и гибкие автомати-
зированные участки (ГАУ). На этих участках
благодаря высокой степени интенсификации
рабочих циклов и автоматизации вспомога-
тельных процессов производительность зубо-
обработки увеличивается более чем в 5 раз
[Ю]-
С целью создания резерва по точности в
составе ГАУ используют зубообрабатывающие
станки с наибольшими параметрами обработ-
ки, на 20 - 25 % превышающими наибольший
диаметр и модуль зубчатых колес, на которые
рассчитан автоматизированный участок.
Зубообрабатывающие станки ГАУ харак-
теризуются следующими признаками: одно- и
многопроходные автоматические циклы обра-
ботки; автоматическая смена заготовок, инст-
румента и приспособлений; бесступенчатое
автоматическое регулирование скоростей по-
дач; автоматическое измерение точности обра-
ботки; автоматическая переналадка от ЧПУ на
различные параметры заготовки, открытость
рабочей зоны для функционирования робота;
способность функционировать в составе ГПС
и ГАУ.
Наиболее отвечают этим признакам гиб-
кие производственные модули: зубофрезерные,
зубодолбежные, зубошевинговальные, зубо-
шлифовальные.
Ввиду большого разнообразия конструк-
тивных форм, геометрических и точностных
параметров обрабатываемых заготовок, зубооб-
рабатывающие станки всех типов, входящие в
состав ГАУ, оснащают быстросменными при-
способлениями, учитывающими признак бази
рования (насадное колесо и вал-шестерня),
вид зацепления (внешнее и внутреннее), коли-
чество венцов (одно- и многовенцовые), габа-
риты заготовки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Антонюк В. Е. Справочное пособие зу-
борезчика. Минск: Беларусь, 1989. 303 с.
2. Ачеркан Н. С. Расчет и конструирова-
ние металлорежущих станков. Изд. 2-е. М.:
Машгиз, 1952. 746 с.
3. Ионак В. Ф. Приборы кинематиче-
ского контроля. М.: Машиностроение, 1981.
128 с.
4. Калашников С.Н, Калашников А. С.
Изготовление зубчатых колес. Изд. 2-е, пере-
раб. и доп. М.: Высш, шк., 1986. 287 с.
5. Кедринский В. Н., Писманик К. М.
Станки для обработки конических зубчатых
колес. М.: Машиностроение, 1967. 584 с.
6. Козырев Ю. Г. Промышленные робо-
ты: Справочник. М.: Машиностроение, 1983
376 с.
7. Острецов Г. В., Пичхадзе Ш. И. Изго-
товление высокоточных червячных делитель-
ных пар средних размеров // Станки и инст-
румент. 1970. № 10. С. 11 - 13.
8. Острецов Г. В., Пичхадзе Ш. И., Фи-
липпов Е. К Повышение эффективности изго-
товления высокоточных червячных делитель-
ных пар // Станки и инструмент. 1979. N> 3.
С. 16 - 18.
9. Пичхадзе 111. И. Требования к точно-
сти сборки червячных делительных передач
зубофрезерных станков // Станки и инстру-
мент. 1971. № 1. С. 1 - 3.
10. Пичхадзе Ш. И., Филиппов Е. К.,
Куранов А. Р. Гибкая автоматизация зубообра-
ботки И Станки и инструмент. 1985. № 5.
С. 7 - 9.
11. Производство зубчатых колес: Спра-
вочник / С. Н. Калашников, А. С. Калашни-
ков, Г. И. Коган и др.; Под ред. Б. А. Тайца.
3-е изд. М.: Машиностроение, 1990. 464 с.
12. Сегаль М. Г., Семенов Л. К., Ут-
кин Д. С. Расширение области применения
методов кругового протягивания прямозубых
конических колес // Станки и инструмент.
1987. № 2. С. 21 - 23.
13. Сильвестров Б. Н. Справочник моло-
дого зуборезчика. Изд. 2-е перераб. и доп. М.:
Высш, шк., 1988. 230 с.
14. Хлебалин Н. Ф. Нарезание кониче-
ских зубчатых колес. -Л.: Машиностроение,
1978. 155 с.
Глава 1.15
РЕЗЬБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
1.15.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Резьба может быть основным функцио-
нальным элементом детали (на ходовом или
крепежном винте, в гайке) или небольшой ее
частью (на шпинделе, в корпусе). Разнообра-
зие деталей, на которых предусмотрена резьба,
связано со всевозможными способами базиро-
вания соответствующих заготовок и использо-
ванием станков различных групп для выпол-
нения преобладающей обработки. Поэтому
обработка резьбы предусмотрена на станках
токарной и сверлильно-расточной групп. На
базе универсальных станков этих групп, на
которых нарезание резьбы возможно, но не
является преобладающей операцией, созданы
специализированные станки, предназначенные
только для резьбонарезания. При этом кине-
матическая структура и конструкция могут
быть оригинальными, как, например, у винто-
резных станков, сохраняется лишь способ об-
работки и принципиальная компоновка. Но
528
Глава 1.15. РЕЗЬБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
|Станки|
Рис. 1.15.1. Классификация методов изготовления резьбы, резьбового инструмента и резьбообрабатылающих
станков
Рис. 1.15.2. Схемы обработки резьбы:
а - резцом; б - гребенчатой фрезой; в - дисковой фрезой; г - резцовой головкой; д - шлифовальным кругом;
е - обкатным резцом; ж - накатными роликами,
1 - заготовка; 2 - инструмент
возможна и небольшая разница, значительная
унификация, как например между некоторыми
моделями вертикальных резьбонарезных и
вертикально-сверлильных станков.
Преобладает изготовление резьбы реза-
нием (рис. 1.15.1 - 1.15.3). Винтовую поверх-
ность на таких деталях, как шнеки, можно
получить и без формообразующих движений,
например методом литья под давлением, но ее
нельзя считать резьбой, так как она не входит
в резьбовое соединение. Можно получить
литьем и резьбу, но только для деталей из
пластмасс.
Среди методов изготовления резьб дав-
лением широко распространено накатывание.
Резьбопрессование возможно только для дета-
лей из пластмасс, холодная объемная штам-
повка - для деталей из цветных металлов и
сплавов, резьбовьшавливание - для тонколи-
стовых деталей и при обработке резьбовых
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
529
Рис. 1.15.3. Инструменты для нарезания резьбы с
самозатягиванием:
а - метчик; б - резьбонарезная головка; в - плашка
отверстий в деталях из вязких материалов
(деформирующим метчиком). Твердосплавные
детали с резьбой получают методом порошко-
вой металлургии - спеканием. Обработка элек-
зроэрозионная, электрохимическая, ультразву-
ковая позволяет получить резьбы с шагом до
2-3 мм при длине до 20 мм.
Профиль резьбы получают обычно мето-
дом копирования, т.е. в поперечном сечении
витка воспроизводится профиль инструмента:
для этого не требуются формообразующие
движения. Исключение составляет нарезание
резьбы червяка или ходового винта обкатным
резцом (кинематика этого случая примени-
тельно к станкам рассмотрена в книге (23]).
Метод формообразования вдоль винтовой
линии зависит от вида инструмента (табл.
1.15.1).
Припуск из впадины нарезаемой резьбы
срезается обычно последовательными слоями
за несколько проходов однопрофильного ин-
струмента или несколькими зубьями заборной
части многопрофильного инструмента. Распо-
ложение срезаемых слоев зависит от направле-
ния движения углубления, например, резца
(рис. 1.15.4. а - в), или от разницы формы
зубьев, например, требенки (рис. 1.15.4, д).
При радиальном углублении (рис. 1.15.4, а)
уравновешены боковые нагрузки на инстру-
мент, окончательный профиль резьбы получа-
ется одним резом режущей кромки, что более
качественно. При боковом углублении (рис.
1.15.4, 6) снижается нагрузка на одну из ре-
жущих кромок, что облегчает резание, но
снижает качество обработанной поверхности.
Возможны комбинированные схемы срезания
припуска (рис. 1.15.4, в, е).
Таким образом, от инструмента зависит
состав движений. В Процессе резания резьбо-
нарезной головкой или метчиком инструмент
и заготовка взаимодействуют аналогично пере-
даче винт-гайка. Поэтому при вращении инст-
румента осевое перемещение может происхо-
дить без дополнительного привода - самоза-
тягиванием. Следствием усложненности инст-
румента, обеспечивающего и траекторию вин-
тового движения и распределение срезаемого
материала между зубьями, является упрощение
состава необходимых движений и, соответст-
венно. кинематической структуры станка.
Благодаря заборной части на инструменте не
требуется поперечное (радиальное) перемеще-
ние. Кинематически (без учета силовых фак-
торов) после врезания достаточно одного вра-
щения В\ (см. табл. 1.15.1). Однако, поджим
- (хотя и без связи с вращением) необхо-
дим не только для врезания; он желателен и в
дальнейшем при резании. Иначе нарезаемая
часть резьбы испытывает воздействие зубьев
инструмента, необходимое не только для сня-
тия припуска, но и для продольного переме-
щения, что вызывает деформации калибруе-
мой части резьбы, подрезание боковых по-
верхностей профиля.
Особенности резца (см. табл. 1.15.1) по-
зволяют обеспечить высокую точность. При
однопрофильной конструкции меньше силь
резания и нагревание, однако снижаются про-
изводительность и стойкость. Кинематик:
станка, работающего резцом, должна обеспе-
чить сложное формообразующее движенш
(винтовое) В] <-> П2 и поперечное движенш
углубления Угл. для последовательного снятю
припуска, получения заданного среднего диа
метра резьбы.
Рис. 1.15.4. Распределение припуска при нарезании резьбы между ходами или зубьями инструмента:
а - радиальное углубление (профильная схема); б - боковое углубление; в - комбинированная схема;
г - при комплекте инструментов (зубьев) с разными профилями; д - при инструменте с заборной частью
(гребенка, метчик) - генераторная схема; е - ромбическая схема
(1 - 7 - порядок срезаемых слоев)
д)
е)
530 Глава 1.15. РЕЗЬБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
1.15.1. Основные сведения, учитываемые при конструировании
Инструмент Метод формо- образования Движе- ния стан- ка Характеристика инструмента и процесса резания Нарезаемая резьба
профи- ля вин- то- вой ЛИ- НИИ Вид Диаметр dH * наи- большая длина /; шаг Р, мм Сте- пень точ- нос- ти
Резец К о п и р о в а п и е с л е Л В1оП2Угл Простота, универсаль- ность; непрерывность резания; линейный кон- такт; многопр сходность Н Вн (1-1000) х я 6000; 0,25-100 2-8
Резьбона- резная головка В1~П2 (В]ОП2) Многолезнийность, сложность конструкции, низкие скорости, реза- ние с самозатягивани- ем, возможность одного прохода Н (Вн) (1,6-400)* х 6000; 0,35-6 5-8
Метчик Вн (0,2-300)* * 300; 0,075-10 2-7
Резцовая головка К а с а и и е В1 В2*->Пз (Утл) Сложность инструмента и его профилирования, переменность резания; высокая стойкость, сьем больших припусков Н (Вн) (20-1000)* * 2000; 2,5-100 7-9
Гребенча- тая фреза (3-200)* * 100; 0,5-6 6-8
Дисковая фреза До 400* * 2000; до 100
Шлифо- вальный круг Высокие режущие свой- ства, удобство измене- ния формы, теоретиче- ская сложность профи- лирования Н Вн (0,5-400)* * 6000; 0,04-100 Св. 2
Накатной ролик о б к а т В; (П2) (Угл) Сложность инструмента, простота кинематики, безогходность процесса Н (Вн) (1,4-250)* *8000(20); 0,25-20 2-8
Обкатной резец Обкат В1<->В2 П2 оВ4 Дороговизна, точность, большой съем Н
Примечания: 1. Обозначения в таблице: В и П- вращательное и поступательное
сложного формообразующего движения, состоящего из согласованных элементарных движе-
(но нс зависит форма обработанной поверхности); в резьбообрабатывающих станках это дви-
могут быть лишь в отдельных случаях или необязательные для большинства случаев; ~ П2 -
Вн -наружная и внутренняя резьбы (в скобках - случаи, реже встречающиеся).
2. Размеры резьбы, точность и производительность приведены по
с минимальными диаметрами, шагами и длинами не более 2rf„. Дифференцированные данные
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
531
резьбообрабатывающих станков, в зависимости от применяемого инструмента
Произво- дитель- ность, шт/мин Примеры моделей специализированных станков Основные конструктивные особенности станков
отечествен- ных (наиболь- шие dH х х/; Р) инофирм
5 1Б922 200 х 155; 6 F и FT80 Cri-Dan (Франция); 4V-700 Mannaioni (Италия) Уменьшение реверсируемых масс: тяговое устройство в виде барабанного кулачка, выделение в составе суппорта каретки для установочного перемещения и продольных салазок для движения подачи; автоматизация многопроходного углубления
20 5993 42 х 320; 2 GG39L Wagner (ФРГ); С или LM Landis (США) Горизонтальная компоновка, базирование заготовки в тисках, вращение резьбонарезной головки и ее автоматическое раскрытие
80 Рез 2Р056 18 х 150; 3,5 lai 2А064 27 ьбонарезпые гконарезные T-Star20, S-Star Streicher (ФРГ); MAsnV Nutap (Голландия) Предварительный натяг в радиальных подшипни- ках шпинделя и его реверсирование электро- магнитными муфтами; регулируемые предохра- нительные устройства для ограничения крутяще- го момента и осевой силы на шпинделе; копир- ная пара винт-ганка Специализированные конструкции патронов для гаечных метчиков; разнообразные схемы базирования заготовок и распределения движений резания между метчиком и заготовкой; регулируемые предохранительные устройства; автоматизация загрузки
РТ-774 Токарно-винторезный станок в качестве базовой модели; установка на суппорте резцовой головки с приводом; частота вращения шпинделя передней бабки соответственно круговой подаче
5 5Д63 100 х 50; 5 Раздельные тяговые устройства для движения установочного и подачи (в продольном и поперечном направлениях); сменный кулачок- копир для настройки на шаг резьбы
2 Компоновка по типу токарно-вннторезных станков с фрезерной головкой на суппорте
1 Ун 5М822В 150 х 375; 24 и нереальные HNC Klingelnberg (ФРГ); RG500 Rejshauer (Швейцария) 1600 Matrix (Англия) Повышенные требования к осевому биению шпин- делей и ходового винта; корректирующие устройства для компенсации погрешностей и зазоров в передачах; устройства для деления на число заходов; многофункциональность поперечного перемещения шлифовальной бабки; устройства для правки круга, их расположение на шлифовальной бабке и необходимость компенсации износа круга
20 - 2000 А9518А 30 х 45; 2 Н12 Escofie (Франция) Повышенная прочность шпиндельных узлов; использование самозатягивания; автоматизация загрузки
ЕЗ- 10А 100x300,15 Необходимость двух цепей согласования движений
движения, участвующие в формообразовании (индексы - порядковые номера); о -признак
ний; Утл - движение для углубления, от которого зависит размер стружки и размер на детали
жение, как правило, поступательное (иногда качательное); В скобках - движения, которые
неформообразующее движение для врезания и сопровождения инструмента (заготовки); Н и
материалам В. Г. Якухина. При этом производительность - максимальная при обработке резьб
о классе точности и параметре шероховатости резьбы приведены в |7, с. 613|.
532
Глава 1.15. РЕЗЬБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
*—-----------
Фреза-многозубый инструмент, который
при нарезании резьбы получает независимое
вращение помимо винтового и поперечного
движений. Добавление движения, несколько
усложняющее кинематику, делает подачу неза-
висимой от главного движения, что является
принципиальным преимуществом и дает воз-
можность снимать за один проход больший
припуск. При нарезании резьб с крупным
профилем или длинных резьб применяют дис-
ковые фрезы, при неглубоком профиле и не-
большой длине резьбы - гребенчатые фрезы
(многопрофильное™ последних позволяет
сократить длину хода почти до одного шага).
На резьбофрезерных, а также на токарно-
винторезных станках скоростное (вихревое)
фрезерование резьбы ходовых винтов ведут
резцовыми головками, что повышает произво-
дительность по сравнению с фрезерованием
дисковыми фрезами при высокой точности. В
несколько раз повышается производительность
при обработке винтовыми фрезами вместо
гребенчатых, меняется и кинематика резания
[4].
Шлифовальный круг обеспечивает обра-
ботку с самой высокой точностью деталей из
закаленных и других труднообрабатываемых
материалов. Благодаря разнообразию форм
профиля и характеристик абразива он весьма
;универсален. Основа кинематической структу-
ры одинакова у резьбошлифовальных и резь-
(бофрезерных станков (независимость главного
движения и подачи). Профилирование кругов
также усложнено, как и фрез, к тому же долж-
1но проводиться довольно часто на самом резь-
(бошлифовальном станке, но шлифование сво-
(бодно от переменности резания, свойствен-
ного фрезерованию.
Накатывание - процесс пластического
деформирования, при котором заготовка про-
катывается между круглыми или плоскими
накатными инструментами, сдавливается ими,
на ней отпечатывается резьба накатных роли-
ков 2 (см. рис. 1.15.2, ж) или плашек. При
этом профиль резьбы ролика частично внедря-
;втся в заготовку, а частично заполняется вы-
тесненным металлом, благодаря чему диаметр
’заготовки берут примерно равным среднему
диаметру накатываемой резьбы и получают
экономию металла, по сравнению с заготовка-
ми для резьбонарезания, в некоторых случаях
но 30 %. Ввиду отсутствия резания в этом без-
отходном процессе не только не разрушается
волокнистая структура исходного материала,
то и существенно улучшаются физико-
механические свойства поверхностного слоя,
повышается твердость и усталостная проч-
ность. Производительность накатывания в
цесятки раз превосходит резьбонарезание,
причем в некоторых случаях получается резь-
па, по точности приближающаяся к шлифо-
ванной. Недостаток метода - ограничение по
свойствам материалов, поддающихся обработке
давлением, неэффективность в условиях мел-
косерийного производства.
Резьбонакатные станки просты, посколь-
ку обязательным в них является лишь одно
движение - обката, причем без кинематиче-
ской цепи согласования. Углубление инстру-
мента может происходить без отдельного дви-
жения за счет заборной части плашки
(специального ролика) или в процессе захвата
инструментом заготовки, вводимой в рабочую
зону касательным (тангенциальным) движени-
ем. Есть схемы и с отдельным радиальным
движением для углубления. Резьбонакатные
станки обычно проектируют для обработки
недлинных резьб. При этом длина инструмен-
та перекрывает длину резьбы, поэтому не тре-
буется продольное движение. Для нака-
тывания длинных резьб применяют резьбона-
катные головки, принцип действия которых
аналогичен резьбонарезным головкам: прину-
дительное осевое движение необходимо только
при захвате заготовки роликами, затем дейст-
вует самозатягивание. Наиболее распростране-
ны самораскрывающиеся головки: вращаю-
щиеся - на токарных автоматах и агрегатных
станках, невращающиеся - на револьверных.
Рассмотренный состав движений обу-
словливает кинематическую структуру станков.
1.15.2. РЕЗЬБОНАКАТНЫЕ СТАНКИ.
КОНСТРУКЦИИ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Резьбонакатные станки (РНС) различа-
ются прежде всего типом инструмента. В табл.
1.15.2 приведены технико-экономические по-
казатели, характеризующие соответствующие
станки. Последующая классификация связана
с разновидностями способов накатывания
(рис. 1.15.5), описанных, например, в [14].
Для кинематической структуры боль-
шинства РНС существенным является базиро-
вание заготовок в радиальном направлении
только по инструменту без дополнительных
устройств (в двухроликовых станках с ради-
альным углублением базирование на ноже,
реже в центрах; в качестве дополнительной
оснастки, особенно при длинных заготовках,
используют опорные устройства, в частности
при накатывании с продольной подачей, а
также при крупном шаге применяют вращаю-
щуюся опору вместо ножа). При этом заготов-
ка получает вращение благодаря фрикционной
связи с инструментом. В итоге, хотя движение
обката - сложное, для формообразования ста-
нок должен создать лишь одно простое дви-
жение, обычно вращательное (при плоских
плашках - возвратно-поступательное; в двух-
роликовых станках цепь главного движения
раздваивается).
1.15.2. Технико-экономические показатели резьбонакатных станков
Инструмент Производительность Точность Универсальность Примечание
Плоские плашки Высокая: 1 шт. за один двойной ход; 40 - 500 дв. ход./мин (есть до 800 шт./мин) Низкая: 6 - 8-я степень. Пере- менный режим накатывания Крепежные детали диаметром до 33 мм; (Ув <, 900 МПа. Совместная обработка резьбы с канавкой или риф- лениями, шлица- ми, зубьями. Бы- страя переналадка Простота конст- рукции, надеж- ность, высокая степень автома- тизации
Сегмент- ролик Самая высокая: 1 - 20 шт. за один обо- рот ролика, частота 40 - 200 мин’1; 50 - 750 (2000) шт./мин Высокая: 2 - 8-я степень. Стабильность Крепежные детали диаметром до 25 мм; сгв<1200 МПа. Как правило, не перена- лаживаются Сложность кон- струкции, высо- кая стоимость инструмента при высокой стойкости, не- прерывность обработки
Два ролика Низкая: 50 шт./мин и менее (есть до 400 шт./мин) Самая высо- кая: 2 - 6-я степень*} Самая широкая. Переналадка слож- ная. Наиболее распространенный способ (при ради- альной подаче) Технологичность инструмента (кроме затыло- . ванного). Про- стота конструк- ции. Наимень- шие габариты. При радиальном углублении сложнее цикл, но регулируется скорость. Меньше усилия. Выпускают ав- томаты и полу- автоматы
Аксиальная головка Скорость до 9. м/мин (до 150 шт./мии) ; 4-7-я степень*2. Наименьшие радиальные силы Неограниченная длина, возможны полые заготовки. Бурты недопусти- мы Наивысшая стойкость инст- румента. При- меняют в стан- ках многих ти- пов
При осевой подаче накопленная погрешность шага порядка 0,01 : 100 мм длины.
*2 Для метрических резьб (7 - 8-я степень для трапецеидальных).
Принципиальные кинематические схемы
РНС при каждом виде инструмента выполне-
ны в основном одинаково [16]. Примеры схем
даны на рис. 1.15.6 и 1.15.7, их описание в
[15].
В двухроликовом станке вместо раздвое-
ния цепи главного движения от одного элек-
тродвигателя возможен раздельный привод
шпинделей при синхронизации их вращения с
помощью муфты [15].
Примеры компоновок станков с ролика-
ми показаны на рис. 1.15.8 и 1.15.9. Двухро-
ликовый автомат (см. рис. 1.15.8) позволяет
работать с подачей в любом направлении: при
радиальном углублении подвижная бабка пе-
ремещается; при работе затылованными роли-
ками ее ставят на упор, а для осевой подачи
применяют поворотные - в вертикальной
плоскости - шпиндели (регулируемое пере-
крещивание осей дает возможность одним
комплектом роликов с кольцевыми витками
накатывать резьбы различного диаметра и на-
правления).
534
Глава 1.15. РЕЗЬБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
Рис. 1.15.5. Классификация способов накатывания резьбы
Рис. 1.15.6. Кинематическая схема рсэьбонакатвого автомата с плоскими плашками:
1 - пневмофрикционная муфта-тормоз; 2 - кривошипно-шатунный механизм; 3 - бункер; 4 - захваты цепного
загрузочного устройства; 5- лотки; 6- кулачок; 7- рычаг; 8- ползушка питателя; 9- ползун с подвижной
плашкой; 10- неподвижная плашка; 11 - линейки сопровождения накатанной детали
Рис. 1.15.7. Кинематическая схема резьбовакатного автомата с роликом и сегментом:
1 - накатной сегмент; 2- лоток; 3 - питатель; 4 - кулачок загрузки; 5 - накатной ролик; 6 - шпиндель,
7 - ползушка, передающая движение от кулачка к питателю; 8 и 9 - конические колеса с круговым зубом;
10 - ролики; 11 - бункер; 12 - пневмови'братор; 13 - звездочка-сбрасыватель; 14 - предохранительная муфта
РЕЗЬБОНАКАТНЫЕ СТАНКИ
535
Рис. 1.15.8. Даухроликовые резьбонакатныс автоматы:
а - с загрузкой из бункера; б - роботизированный технологический комплекс;
1 - вибробункер; 2 - вибролоток;.? - манипулятор для установки заготовки в рабочую зону; 4 - манипулятор
для передачи с поворотом на 90° заготовки с вибролотка на манипулятор 3; 5 - управляющее устройство;
б - тара для готовых деталей
Рис. 1.15.9. Трехроликовый резьбонакатной автомат:
1 - станок; 2 - устройство загрузки-выгрузки;
3 - склиз; 4 - вибробункер; 5 - ролик
Трехроликовый автомат (рис. 1.15.9) мо-
жет накатывать резьбу на тонкостенных дета-
лях при осевой подаче, когда радиальные силы
минимальны, а производительность выше.
Если же деталь не позволяет обработку
"напроход” (штуцера, фитинги), то можно
перейти на радиальное углубление, снижая
радиальные силы уменьшением соответствую-
щей скорости. В данном станке ролики пода-
ются эксцентриком. Чаще всего у таких стан-
ков вертикальная компоновка. Для накатыва-
ния тремя роликами возможна модернизация
двухроликовых станков.
Осевые головки могут применяться на
станках разных типов (токарных, сверлильных
и др.). На рис. 1.15.10 показана схема автома-
та, в котором шток получает поступательное и
вращательное движения и передает их заготов-
ке через ее внутренний шестигранник, т.е.
действует аналогично гайковерту.
Особенности конструкции РНС раскры-
ты в табл. 1.15.3. Пример конструкции шпин-
деля приведен на рис. 1.15.11.
Рис. 1.15.10. Схема резьбонакатного станка с аксиальной головкой:
1 - накатные ролики; 2 - резьбонакатная головка; 3 - кронштейн; 4 - лоток; 5- привод вращения; б - пневмо-
цилицдр; 7 - станина; 8 - шток; 9 - заготовка: 10 - цанга
536
Глава I 15 РЕЗЬБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
1.15.3. Типовые конструктивные решения в резьбонакатных станках
Узел, часть станка Элемент конст- рукции или ее особенность Варианты реализации Примечания
Привод инструмен- та Источник движения Электродвигатель, гидродви- гатель (редко) Последний удобен для изме- нения закона движения в цикле обработки, например при тангенциальной подаче
Устройства для редукции Передачи ременные, зубчатые цилиндрические, червячные (при роликах) -
Устройства для изменения скорости Ре1улируемый двигатель (чаще), сменные колеса или шкивы, передвижные блоки колес, вариатор с раздвиж- ными шкивами -
11реобразо- ванне движе- ния (при пло- ских плашках) Кривош и пно-шатунный ме- ханизм Есть примеры накатывания при обратном ходе ползуна, когда шатун работает на рас- тяжение; снижается износ направляющих
Маховик Обычно совмещен с криво- шипным диском или шкивом В последнем случае рекомен- дуют фрикционное соедине- ние с валом
Передача вра- щения на под- вижную бабку Шлицевые или карданные валы Используется в двухролико вых станках с одной или двумя подвижными бабками
Шпиндель Расположение: при плане- тарном нака- тывании; Вертикальное, наклонное, горизонтальное Последнее наиболее благо- приятно при двух парах ин- струментов, чтобы обеспечить любое расстояние между па- рами, раздельную подналадку и снизить трудоемкость уста- новки роликов
при двух ро- ликах; Горизонтальное (обычно) -
при трех ро- ликах и ра- диальном углублении Вертикальное (чаще) Легче автоматизировать. Большая компактность
Опоры Конусно-роликовые под- шипники (чаще), разнесен- ные по длине шпинделя или в одной опоре; подшипники с цилиндрическими ролика- ми и упорные; подшипники скольжения; съемная опора с игольчатым или роликовым подшипником, иногда с подшипником скольжения Съемную опору можно не применять в автоматах с дву- мя или более неподвижными сегментами, когда силы урав- новешиваются
РЕЗЬБОНАКАТНЫЕ СТАНКИ
537
Продолжение табл. 1.15.3
Узел, часть станка Элемент конст- рукции или ее особенность Варианты реализации Примечания
Подвижная бабка при двух роли- ках Число под- вижных бабок Одна (чаще) или обе -
Привод посту- пательного движения Гидроцилиндр (преобладает); дисковый кулачок, связан- ный с приводом накатных роликов через сменные коле- са Гидропривод обеспечивает цикл углубления с настраи- ваемой скоростью и автома- тическим циклом работы: подвод - углубление - калиб- рование - быстрый отвод; при этом желательно бессту- пенчатое регулирование уси- лия накатывания
Ползун при пло- ских плаш- ках Компоновка Горизонтальная (преобла- дает), вертикальная, наклон- ная; при вертикальном (чаще всего) расположении рабочих поверхностей плашек При компоновке: горизон- тальной - конструкция про- ще, станок ниже, следова- тельно, устойчивее; наклон- ной - облегчена подача заго- товок, сбор СОЖ
Направляющие Специфическая форма, на- поминающая ласточкин хвост (с. 38, рис. 23 [14]), с на- кладными планками и полу- жидкостной смазкой -
Материал кор- пуса Чугун, легкие сплавы Последние дают возможность повысить скорость
Станина Вид заготовки Чугунная отливка (иногда стальная). Сварная конструк- ция -
Рамная форма конструкции Шпильки, стягивающие ста- нину в поперечном направ- лении Препятствуют раскрытию станины, создают предвари- тельно напряженное состоя- ние, повышают жесткость и точность, но усложняют ав- томатизацию и обслуживание
Система загрузки Накопитель заготовок Бункер барабанного типа (чаще), цепной, роторный, вибробункер (часто), магазин (для длинных заготовок) Из бункера заготовки пода- ются по лотку, в частном случае по вибро направляю- щим
Направление ввода в рабо- чую зону Вдоль оси заготовки При осевой подаче и плане- тарном накатывании с коль- цом; иногда при радиальном углублении и при плоских плашках
Тангенциально При тангенциальном, иногда радиальном углублении
В направлении движения ползуна Традиционный вариант при плоских плашках
538
Глава 1.15. РЕЗЬБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
Продолжение тайл. 1.15.3
Узел, часть станка Элемент конст- рукции или ее особенность Варианты реализации Примечания
Устройство, подающее в рабочую зону Вращающийся сепараторный питатель (чаще всего при радиальном и тангенциаль- ном углублении), толкатель с приводом от кулачка, иногда от пневмоцилиндра; манипу- лятор робота
Регулиро- вочные уст- Регулирование зазора между - Влияет на диаметр резьбы и ее цилиндричность
ройства накатными инструментами смещением Базирование на упорных винтах и закрепление тяну- щими винтами При плоских плашках
инструмента, неподвижного при накатыва- нии Смещение по опорной плос- кости клиньями или комби- нацией упорных и тянущих винтов При сегменте
Совмещение торцов роли- ков осевым смещением шпинделя Смещение подпятника резь- бовой парой или другим ме- ханизмом Влияет на профиль резьбы и стойкость инструмента
Согласование положения ниток (захо- дов): при двух ро- ликах - по- воротом ро- лика непод- вижной баб- ки (редко подвижной); Расцепление фрикционной муфты или зубчатых колес в приводе, маховичок с раз- личными устройствами для доворота, устройства цифро- вой индикации для контроля -
при ролике и сегменте - изменением момента (фазы) вве- дения заго- товки в ра- бочую зону Поворот подающего диска или кулачка относительно ролика
Планетарное накатывание можно реали-
зовать с накатным кольцом вместо сегмента.
При этом повышается жесткость крепления
неподвижного инструмента, не требуется изго-
товление заборной части; ее функцию выпол-
няет сужающийся зазор между кольцом и ро-
ликом. При затуплении участка калибрования
достаточно повернуть кольцо на некоторый
угол, чтобы ввести в рабочую зону неизно-
шенный участок. Если сделать кольцо вдвое
шире накатываемой резьбы, то после затупле-
ния резьбы кольца по всей окружности можно
повернуть его, установив на другой торец.
Соответствующий автомат описан в [8].
При обработке в центрах радиальное уг-
лубление должно быть симметричным, для
чего перемещают встречно обе бабки, связывая
одну с цилиндром 1 (рис. 1.15.12, а), а другую
со штоком 2 поршня. Чтобы шток не работал
на сжатие, для возврата могут быть добавлены
плунжеры 3. При такой схеме усилия накаты-
вания замыкаются через бабки и цилиндр, не
СТАНКИ ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ РЕЗЬБЫ РЕЗЦАМИ И РЕЗЬБОНАРЕЗНЫМИ ГОЛОВКАМИ
539
Рис. 1.15.11. Шпиндельный узел резьбонакатного
станка с сегментом:
I - накатной ролик; 2 - кулачок загрузки; 3 - съемная
опора шпинделя 5; 4 - регулировочные кольца;
6 - торцовая шпонка
Рис. 1.15.12. Схема устройств для радиального пере-
мещения двух бабок накатного станка с роликами:
а - привод; б - устройство, синхронизирующее
движение бабок
передаваясь на станину, не требуется стягива-
ние станины, а потому улучшаются условия
загрузки и визуального контроля процесса
накатывания. Чтобы симметричное положение
роликов не нарушалось из-за разницы сил
трения в направляющих бабок, применяют
рычажное устройство 2 (рис. 1.15.12, б), цен-
трирующее бабки 1 и 4 при их перемещении
относительно оси симметрии 3.
Повышения производительности РНС
достигают одновременной обработкой двух
заготовок или двух резьб на одной заготовке.
Для этого предусматривают более широкие
ролики или две пары роликов (плашек).
Расширяют технологические возможно-
сти и повышают производительность станков
такие дополнительные устройства, как для
установки заготовок в центрах, трехроликовое,
маятниковое. Последнее обеспечивает много-
проходный цикл при продольной подаче со
снижением давления в период реверсирования
и применяется для накатывания крупных про-
филей, например червяков.
Современные двухроликовые полуавто-
маты проектируют нередко как универсальные
профиленакатные станки, предназначенные
для холодного накатывания точных метриче-
ских, трапецеидальных и других типов резьб,
червяков, ходовых винтов, рифлений, мелко-
модульных косозубых колес, а также для прав-
ки и калибровки цилиндрических и сфериче-
ских тел. Создают и специальные автоматы
для полного изготовления резьбовых деталей,
например шпилек, из бунтовой проволоки;
они отрезают заготовку, подрезают торец,
снимают фаску и накатывают резьбу.
Более подробно методы и схемы накаты-
вания, примеры компоновок и конструкций,
их анализ приведены в [14, 25, 27|.
При конструировании исходными для
расчетов должны быть действующие силы.
Формулы для их определения при накатыва-
нии плоскими плашками и роликами приве-
дены в [7]. Наибольшая сила накатывания
служит главным параметром, характеризую-
щим двухроликовые станки. Так как при нака-
тывании действуют большие радиальные силы,
в первую очередь надо обеспечить прочность и
жесткость. Например, рассчитывают прогиб
шпинделя и кронштейна съемной опоры [14].
Там же приведены графики, характеризующие
жесткость станков различных моделей с пло-
скими плашками - разница достигает 1,5 раз и
более. Показано, что дополнительная опора
шпинделя повышает угловую жесткость авто-
мата с роликом и сегментом на 27 %.
1.15.3. СТАНКИ ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ РЕЗЬБЫ РЕЗЦАМИ И
РЕЗЬБОНАРЕЗНЫМИ ГОЛОВКАМИ.
КОНСТРУКЦИИ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Резьботокарные станки предназначены
для нарезания всевозможных, в том числе
конических резьб методом многопроходного
точения в условиях крупносерийного и массо-
вого производства. Полуавтомат 1Б922 (рис.
1.15.13) снабжен также дополнительным гид-
рокопировальным суппортом (2 - 8) для пред-
варительной токарной обработки в один или
два прохода. Главная особенность станка -
барабанный кулачок 29 (копирный барабан)
вместо ходового винта, что обеспечивает по-
вышение скорости резьбонарезания, особенно
при большом числе заходов (частота вращения
барабана до 100 мин1 при его шаге
/(5 = 30 мм). При этом суппорт возвращается
без реверсирования тягового устройства и всей
цепи привода. Кулачок обеспечивает опти-
мальный закон движения при реверсировании,
а также деление на число заходов без дополни-
тельного устройства (смешанное соединение
кинематических групп формообразования и
деления [23]).
Глава 1.15. РЕЗЬБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
Рис. 1.15.13. Кинематическая схема резьботокарного полуавтомата 1Б922:
1 - шпиндель передней бабки; 2 - резцовые салазки; 3, 7, 8 - гидроцилиндры резцовых салазок, продольной
каретки 6 гидрокопировального суппорта, смены копира 5; 4 - датчик со щупом; 9 - пиноль задней бабки;
10 - гидроцилиндр перемещения пиноли; //и 15 - продольные и поперечные салазки резьбонарезного
суппорта; 12 - копирная линейка для нарезания конических резьб; 18 - спиральная пружина, прижимающая
толкатель к кулачку; 22 - гитара подач и деления на число заходов; 23 - коробка скоростей; 24 - гитара учета
числа заходов при углублении; 26 - гидроцилиндр включения резьбонарезного суппорта; 28 - кулачок
окончания цикла резьбонарезания (остальные позиции см. в тексте)
Однако при этом кулачок должен быть
генным в зависимости от шага Р нарезаемой
;зьбы и ее длины; накладываются ограниче-
ия на параметры резьбы: допустим только
жой шаг Р, которому кратен шаг t§, иначе
зеле одного оборота кулачка возникает рас-
•гласование положения резца и витка резьбы,
чина резьбы меньше /g. В данном станке
зедусмотрен ряд от 30 до 240 мм.
Для многозаходной резьбы с числом за-
дов к /б не должен быть кратен ходу Р^ =
Рк, иначе резец не сможет автоматически
рейти из одного захода в другие. Должно
ггь Гб = PknL + Рт или т = (/б / Р) - кп^,
- - целое число оборотов шпинделя за
кл, зависящее от длины L хода суппорта;
- целое число окружных шагов (между захо-
ми), пропускаемых при делении (при т =
1 после деления резец переходит в следую-
1Й заход, а при т = 2 - через один и т.д.).
•едварительно надо найти целое число л' >
Ч£)/(ЗР), тоща rf/к = + т/к, ще л^ -
целое число частного ri / к\ т / к - остаток в
виде обыкновенной дроби. Полученное значе-
ние т - минимальное, у т и к не должно
быть общих множителей. В формуле для л' 4/3
соответствует рабочей кривой барабана, распо-
ложенной на дуге 270°.
Наиболее своеобразный и сложный узел -
резьбонарезной суппорт. Продольная каретка
20 перемещается при наладке вращением гай-
ки на винте 19, а в цикле быстро подводится -
отводится гидроцилиндром 21. Продольные
салазки 11 выполняют движение подачи от
кулачка 29. Поперечные салазки 15 по окон-
чании рабочего хода резца выводят его из
резьбы (действует кулачок 17), а после возвра-
та резца к началу резьбы подают его для уг-
лубления (действует кулачок 16). Кулачки не-
зависимо поворачивают общий рычаг, верхнее
плечо которого завершается копирной линей-
кой 12 для конических резьб. Последняя воз-
действует на дросселирующий распределитель
13, управляющий гидроцилиндром 14, это
разгружает цепь поперечной подачи салазок 15
от усилия резания.
СТАНКИ ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ РЕЗЬБЫ РЕЗЦАМИ И РЕЗЬБОНАРЕЗНЫМИ ГОЛОВКАМИ 541
Кулачок 16 - сменный, поворачивается
после каждого прохода резца (при однозаход-
ной резьбе) от цевочного механизма 25. Число
проходов А^р может быть от 3 до 64 и обеспе-
чивается гитарой 27, для которой уравнение
имеет вид
1 оборот барабана х
40 е g 1 / 20 22 ________1_
* 40 f h 12 т 40 22 ~ ’
е g 1
Так как — — = —, то ведущий вал цевочного
f h к
механизма сделает один оборот за к оборотов
барабана, т.е. резец углубляется каждый раз
после прохождения по всем заходам.
Конструкцию и взаимодействие частей
резьбонарезного суппорта (рис. 1.15.14) можно
понять, используя описание кинематической
схемы и сопоставляя подписи к схеме и ри-
сунку.
Производительность станка ограничена
быстроходностью барабанного кулачка. Допус-
тимая частота его вращения зависит от профи-
ля участка вспомогательного хода и динамиче-
ских нагрузок, возникающих в переходные
периоды. Соответствующие исследования по-
могли повысить производительность резьбото-
карных станков [6, 24].
Есть также резьботокарные станки с ос-
новным тяговым устройством в виде ходового
винта (3, 23].
Станки, работающие резьбонарезными го-
ловками. Станки этого вида предназначены
для нарезания вращающимися головками на-
ружной цилиндрической резьбы на болтах,
валах и особенно на деталях, которые неудоб-
но вращать (например, длинные трубы). Го-
ловками типа КА с круглыми гребенками на-
резают резьбу иа предварительно обработан-
ных заготовках; головки типа Т с плоскими
тангенциальными гребенками позволяют наре-
зать резьбу и на необработанных заготовках.
Станки имеют горизонтальную компо-
новку. Вращательное главное движение сооб-
щают резьбонарезной головке, так как ее по-
стоянная связь со шпинделем позволяет отка-
заться от патрона - это освобождает шпиндель
от механизма зажима, упрощает загрузку (не
надо вводить заготовку в патрон) и позволяет
избежать неуравновешенности при вращении
заготовки, если она необработанная или не-
круглая. Продольное движение выполняет
заготовка.
Рнс. 1.15.14. Резьбонарезной суппорт:
1 и 2 поперечные и продольные салазки; 3 - каретка; 4 и 5 - гидроцилиндр и рычаг зажима каретки;
6 - копирная линейка; 7 - плунжер дросселирующего распределителя; 8 - копирный барабан; 9 - муфта
включения салазок; 10 - рычаг; 11 - кулачки; 12 - гидроцилиндр поперечных салазок; 13 - шток, выполняющий
функцию направляющей для гидроцилиндра
542
Глаэд.ЦД., ₽Е?ЬБ(Х?БРЛВ4^ЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
Рис. 1.15.15. Кинематическая схема резьбонарезного полуавтомата 5991:
1 - шпиндельная бабка с коробкой скоростей; 2 - резьбонарезная головка; 3 - упор для заготовки; 4 - механизм
зажима заготовки с приводом; 5 - каретка; 6 - регулируемый упор для связи каретки с упором 3, 7- механизм
для поворота упора 3\ 8- кулачок включения рабочей подачи; 9 - гидроцилиндр перемещения каретки;
10 - механизм управления циклом; 11 - механизм раскрытия головки
Рис. 1.15.16. Механизм раскрытия головки:
1 - головка; 2 - шток; 3 - штанга; 4 и 6 - упоры; 5 - кронштейн; 7 - толкатель для реверсирования каретки; 8и
10- упоры перемещения толкателя 7 и ограничения хода каретки; 9 - опорный кронштейн; 11 - упор выклю-
чения гидропривода в исходном положении каретки; 12 - ось; 13 - хомут; 14 - планка; 15 и 16 - рычаги
В соответствии с указанным распределе-
нием движений на рис. 1.15.15 представлена
кинематическая схема станка. Цикл его рабо-
ты: установка заготовки между губками за-
жимных ползунов 4 по упору 3 - зажим заго-
товки - включение автоматической части цик-
ла рукояткой 10 (как и предыдущее действие),
ускоренный подвод каретки 5 с заготовкой к
резьбонарезной головке 2 - отвод (поворот)
упора 3 с помощью винтового паза 7 на
штанге, снижение скорости каретки до рабо-
чей подачи - нарезание резьбы - раскрытие
головки - отвод каретки в исходное положение
- закрытие головки, подвод упора J, конец
автоматической части цикла - разжим обрабо-
танной детали и ее выгрузка.
Специфичное устройство станка - меха-
низм раскрытия головки 1 (рис. 1.15.16). Его
основа - штанга 3, которая получает движение
в конце хода каретки от кронштейна 5 через
упор 4 (влево) и 6 (вправо) и передает его с
помощью рычагов 16, 15 и планки 14 хомуту
13. Последний служит вилкой, качающейся
вокруг оси 12 и производящей осевое смеще-
ние прижимного кольца головки. Устройство
со штоком 2 обеспечивает смену гребенок без
отсоединения головки от механизма раскры-
тия.
В табл. 1.15. 4 приведены возможные ва-
рианты конструкции узлов.
СТАНКИ ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ РЕЗЬБЫ РЕЗЦАМИ И РЕЗЬБОНАРЕЗНЫМИ ГОЛОВКАМИ 543
1.15.4. Варианты конструкции узлов горизонтальных резьбонарезных станков
Узлы Особенности конструкции Примечание
Механизм раскрытия головки С постепенным и непрерывным разве- дением гребенок С постепенным ступенчатым закрыти- ем гребенок С моментным раскрытием с помощью сервопружины Станок без механизма раскрытия (и поворотного упора) Для нарезания конической резьбы Для многопроходного нарезания Для нарезания резьбы до бурта Для головки с внутренним упором
Каретка Направляющие: скольжения или каче- ния (чаще), например с крестообразно расположенными роликами. Привод: гидравлический; с помощью ходового винта, свя- занного со шпинделем, разъем- ной гайки и дополнительного тягового устройства, например зубчато -реечного Снижение трения желательно для уменьшения подрезания профиля при самозатягивании. Удобно для регулирования скорости и силы. Винт устраняет самозатягивание и допускает многопроходное резание
Механизм зажима заготовки Направляющие: две перпендикулярные плоскости (прямой угол) в сочетании с ци- линдрическими участками за- жимных винтов; замкнутые прямоугольные. Привод: электромеханический с червяч- ным редуктором и муфтой со свободным ходом, обеспечиваю- щей разгон и ударное действие при разжиме; гидромеханический с передачей движения на винт через рейку и зубчатое колесо или на рычаги через двухскосный клин. "Ход ползунов - регулируемый В малых станках В крупных станкг
Степень автоматизации станков различ-
на: от более дешевых модификаций с ручным
управлением и приводом маховиками (для
каретки и зажима) до автоматов с магазином,
тип которого зависит от формы заготовок
(с лотком, цепные или иные).
-Все станки оснащают приспособлением
для заточки плоских гребенок на заточном
станке, а некоторые - отрезным суппортом,
расположенным на каретке, или поворотным
устройством для нарезания резьбы на обоих
концах заготовки.
Известны многошпиндельные резьбона-
резные станки, например, двухсторонние с
постоянным или настраиваемым расстоянием
между шпиндельными головками. На базе
резьбонарезных станков выпускают станки
резьбонакатные или станки, предназначенные
для обтачивания заготовок вращающейся го-
ловкой, для одновременной обработки торца
вала и центрования и т.п. Есть примеры мно-
гопозиционных станков, в которых одна пози-
ция используется для загрузки-выгрузки, а
другие оснащены разнообразными головками с
автономным приводом.
Трубо- и муфтонарезные станки составля-
ют часть трубо- и муфтообрабатывающих спе-
циализированных станков, которые образуют
обширную гамму [13]. Большинство этих стан-
ков являются полуавтоматами и нарезают
резьбу твердосплавными резьбовыми резцами
или гребенками многопроходным методом, а
также выполняют чистовую токарную обработ-
ку различных поверхностей под резьбу и Дру-
гих.
Трубонарезные станки предназначены
для окончательной обработки концов труб и
нарезания резьбы в условиях массового произ-
544
Глава 1.15. РЕЗЬБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
водства, например, на трубопрокатных заво-
дах. Станки с одним резьбонарезным суппор-
том снабжены также гидрокопировальным и
поперечным суппортами, которые обеспечи-
вают чистовое обтачивание (растачивание)
поверхностей под резьбу (в том числе кониче-
ских), подрезание торца и упорного буртика,
снятие фасок, отрезание конца трубы. При
двух резьбонарезных суппортах они за один
проход .нарезают резьбу небольшого шага (до
3 мм) на трубах с простыми формами концов,
причем задний суппорт ведет обтачивание
широким резцом и черновое нарезание резь-
бы, а одновременно с этим передний суппорт
ведет чистовое резьбонарезание. Муфтонарез-
ные станки также оснащены резьбонарезным и
гидрокопировальным суппортами и широко
унифицированы с трубонарезными станками.
Для ремонта труб, а также в условиях
единичного и мелкосерийного производств,
применяют специализированные токарные
станки с полым шпинделем для прохода обра-
батываемой трубы, конусной линейкой, меха-
низмами быстрого продольного, поперечного
перемещения и отвода резца. Эти станки уни-
фицированы с токарно-винторезными станка-
ми соответствующих размеров, некоторые
оснащены устройством цифровой индикации
для контроля поперечного перемещения.
Для совместной работы с высокопроиз-
водительными трубными станами созданы
четырехшпиндельные горизонтальные автома-
ты барабанного (роторного) типа, ведущие
обработку вращающимися резьбонарезными
(или резьбонакатными) головками.
Изготавливают специальные и специали-
зированные трубонарезные станки с ЧПУ. Они
мотут быть с контурной или оперативной сис-
темой управления, с числом одновременно
управляемых координат от двух до четырех.
Есть станки с вращающейся или неподвижной
заготовкой, одним или двумя зажимными
патронами.
1.15.4. СТАНКИ ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ РЕЗЬБЫ
МЕТЧИКАМИ. КОНСТРУКЦИИ И ОСОБЕННОСТИ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Вертикальные резьбонарезные станки. На
вертикально-сверлильных станках можно свер-
лить отверстия под резьбу и нарезать ее, одна-
ко точность резьбонарезания ограничена не-
достатками самозатягивания, а производитель-
ность - потерями времени при вывинчивании
метчика и перегреванием электродвигателя
при повышении частоты реверсирования.
Для резьбонарезных станков, работаю-
щих машинными метчиками, отверстие долж-
но быть заранее получено на другом станке
либо при изготовлении заготовки (точным
литьем и т.п.).
Гайконарезные станки, работающие ма-
шинными метчиками, имеют разнообразную
Рис. 1.15.17. Вертикальный резьбонарезной
полуавтомат 2Р056П
Рис. 1.15.18. Кинематическая схема резьнарезного
полуавтомата 2Р056П
компоновку. Станки, нарезающие резьбу не
только в гайках, но и в других деталях, в том
числе корпусных, - вертикальны, что удобно
для установки любых заготовок. Компоновка
со стойкой, близкая к вертикально-сверлиль-
ным станкам, благоприятна для унификации
узлов и корпусных деталей.
Так как осевое усилие при нарезании
метчиками на порядок меньше, чем при свер-
лении, то оказывается возможной компоновка
резьбонарезной головки 1 (рис. 1.15.17) на
круглой колонне 2 небольшого диаметра
(порядка 100 мм). При этом установочное
перемещение по высоте сообщается не столу 5,
а колонне приводом 8 (рис. 1.15.18).
СТАНКИ ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ РЕЗЬБЫ МЕТЧИКАМИ
545
Кинематическая структура должна обес-
печить преодоление недостатков, свойствен-
ных вертикально-сверлильным станкам (см.
выше). Точность повышают введением смен-
ной копирной пары винт-гайка 3 (рис.
1.15.18), которая осуществляет подачу, исклю-
чая самозатягивание. При этом осевое усилие
не передаётся на деталь, что благоприятно,
например при обработке лёгких сплавов. В
нижней опоре шпинделя 1, несмотря на малые
нагрузки, рекомендуется установить второй
радиальный подшипник, чтобы создать пред-
варительный натяг.
Частоту вращения при вывёртывании
метчика повышают в 1,5 - 3 раза. Поскольку
цикл при этом сокращается и учащается, то
^реверсируют переключением не электродвига-
ргеля, а муфт 6 и 7, предусмотрен и отдельный
тормоз 2. В результате наибольшее количество
циклов на станке 2Р056 достигает 25 в минуту.
Для уменьшения вспомогательного времени
предусматривают регулирование длины хода
шпинделя. Эффективно применение сменных
многошпиндельных головок для одновремен-
ного Нарезания нескольких отверстий при
одном рабочем ходе.
Ввиду повышенной вероятности заедания
метчика обязательны настраиваемые предохра-
нительные устройства в приводах главного
движения (муфта 5) и подачи (в данном при-
мере функцию предохранения выполняют
пневмоцилиндры 4, которые служат также для
быстрого отвода и подвода метчика). Для чув-
ствительности регулирования первого преду-
смотрено устройство с большой редукцией.
При перегрузке по крутящему моменту отжим
муфты 5 сопровождается командой на ревер-
сирование шпинделя. Несколько оборотов
обратного вращения вызывает дробление
стружки, после чего возобновляется процесс
нарезания резьбы (при повторном сигнале о
перегрузке выключается станок).
Есть модель станков, в которых винт-
гайка несменяемы, а между шпинделем и вин-
том введена гитара сменных колес.
Гайконарезные станки. Резьбу в гайках
повышенной точности, глухую, коническую
нарезают машинными метчиками на резьбона-
резных станках или гайконарезных (рис.
1.15.19). Вертикальная компоновка позволяет
использовать базу вертикально-сверлильных
станков (рис. 1.15.19, а) и целесообразна при
большом числе шпинделей и горизонтальном
столе (рис. 1.15.19, г). Варианты по рис.
1.15.19, б, в с наклонной или горизонтальной
компоновкой удобнее для гаек, подаваемых из
бункера 2, то есть для автоматов. В станках,
представленных на рис. 1.15.19, г, д число
шпинделей может быть 8 - 100, а заготовки
размещены на поворотном столе 3 (рис.
1.15.19, г) или барабане 4 (рис. 1.15.19, д); при
этом производительность может достигать до
400 шт/мин. Роторный автомат фирмы
"ХИДОМАТ" (Польша) на рис. 1.15.19, е име-
ет 12 шпинделей, причем при одновременно-
сти обработки циклы подачи шпинделей сме-
щены на 1/12, что снижает необходимую
мощность электродвигателя; производитель-
ность составляет 80 - 240 шт/мин в зависимо-
сти от размера станка.
Сквозную резьбу в стандартных крепеж-
ных гайках нарезают на автоматах гаечными
метчиками с прямыми или изогнутыми хво-
стовиками (табл. 1.15.5). Варианты возможных
компоновок станков указаны в табл. 1.15.6.
Рис. 1.15.19. Компоновки станков для нарезания резьбы гаек машинными метчиками:
а - в - одно- и двухшпиндельные; г, д - многошпиндельные; е - роторного типа;
1 - метчик; 2 - бункер; 3 - поворотный стол; 4 - барабан
546
Глава 1.15. РЕЗЬБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
1.15.5. Метчики, используемые в гайконарезных станках
Метчики Преимущества Недостатки
Гаечные с изогнутым (Г-образным) хвостовиком Более стойки, чем машинные. Не требуют зажима при вращении, допуская непрерывный цикл обра- ботки и снятия деталей, что упрощает автоматиза- цию, повышает производительность Нетехнологичны, менее точны, гайки сходят с ударом
Гаечные с С-образным хвостовиком То же и компактность, уравновешенность патрона, выход нарезанных гаек вдоль оси шпинделя, что допускает повышение скорости вращения метчика Более сложный патрон (рнс. 1.15.21)
Гаечные с прямым хво- стовиком Более технологичны, точны; с ними компактнее многошпиндельные станки Периодически должны освобождаться от зажи- ма для снятия гаек с хвостовика
Машинные Технологичность, жесткость, точность, короткая режущая часть, что допускает нарезание глухих резьб Необходимость вывер- тывать метчик из наре- занной резьбы, мень- шая стойкость
1.15.6. Особенности компоновки и управления гайконарезных станков
Вид метчика Компоновка Автоматизация Примечание
Гаечный с изогнутым хвостовиком Горизонтальная, с од- ним, чаще с двумя шпинделями Автоматы, в том числе роторные Наиболее распространены для стандартных гаек со сквозной резьбой
Гаечный с прямым хво- стовиком Вертикальная, горизон- тальная, чаще четырех - шести шпиндельная Преобладают полу- автоматы, известны автоматы с перехва- том метчика Применяются редко. Обеспечивают более вы- сокую точность при хо- рошей стойкости
Машинный Одно- и многошпин- дельные (рекомендуется Не более: 12 при гори- зонтальной компонов-. ке, 24 при вертикаль- ной и наклонной) Полуавтоматы и автоматы, в том чис- ле роторные Применяются для обра- ботки глухих и кониче- ских резьб при хорошей обрабатываемости мате- риала. Горизонтальная компоновка менее удобна в эксплуатации
Рис. 1.15.20. Кинематическая схема одной секции (в) и шпиндельный узел (0) гайконарезного автомата 2064:
1 - метчик с Г-образным изогнутым хвостовиком; 2 - предохранительная муфта; 3 - пружина; 4 - кулачок;
5 - ползун; 6 - толкатель; 7 - бункер; 8 - плита; 9 - предохранительное устройство; 10 - шатун; 11 - призмы;
12 - патрон; 13 - лоток; 14 - сменная втулка; 15 - шпиндель
СТАНКИ ДЛЯ НАРЕЗАНИЯРЕЗЬБЫ МЕТЧИКАМИ
547
При изогнутом метчике гайки, пройдя
его рабочую часть, нанизываются на хвосто-
вик, продвигаются по нему, а затем сбрасыва-
ются. На рис. 1.15.20 показаны кинематиче-
ская схема и конструкция, описанные в [17].
Представителем новой гаммы является
станок 2А064, главная особенность которого -
использование высокопроизводительных гаеч-
ных метчиков 2 (рис. 1.15.21) с С-образным
хвостовиком. Кинематика станка (на рис.
1.15.21 показана часть, относящаяся к одному
из двух шпинделей) рассчитана на скорость
резания до 40 - 70 м/мин (частота вращения
устанавливается сменными шкивами). Этот
двухшпиндельный станок можно считать двух-
секционным, поскольку общими для двух его
частей являются станина и бак охлаждения, в
остальном каждая часть автономна, имея неза-
висимый привод и свой бункер - можно на-
строить шпиндели на гайки неодинакового
размера. Наибольшая производительность
станка - 5500 шт/мин (16 000 шт/мин на стан-
ке для диаметра резьбы до 6 мм).
Устройство подачи заготовок содержит
три шнековых ролика 7, 8, причем нижние 7 -
удлиненные, с противоположным направлени-
ем нарезки и вращения - принимают заготов-
ки из лотка 13, а все вместе они удерживают
гайки от поворота при обработке и сообщают
им необходимую подачу. Пружины в держате-
ле 4 патрона отожмутся, если осевая сила ре-
зания превысит допустимое значение. В бун-
кере 15 эксцентричные диски 14 образуют
вместе со своими роликами - ступицами про-
ход определенного размера, перемешивают
заготовки, пропуская их в ориентированном
положении в лоток 13.
Основными причинами, снижающими
точность резьбы в гайках, помимо трудности
точного изготовления изогнутых метчиков,
являются неблагоприятная динамика вращаю-
щегося метчика из-за несимметричности кон-
струкции и зазоров между хвостовиком, гай-
кой и направляющей втулкой, а также по-
грешности базирования заготовки. Чтобы уст-
ранить эти недостатки, принимают другое
Рис. 1.15.21. Кинематическая схема гайконарезного
автомата 2А064:
1 - шпиндель, 2 - метчик, 3 - патрон, 4 - дер-
жатель патрона, 5, 11, 12 - конечные выключатели
для контроля отжима держателя 4, муфты 9, наличия
заготовок в лотке 13, би 9- предохранительные муф-
ты в приводах главного движения и подачи, 7и 8 -
подающие ролики, 10 - пневмоцилиндр включения
муфты 9, 14 - диски механизма загрузки, 15 - бункер,
16 - гитара подач
распределение движений и базирование (табл.
1.15.7, рис. 1.15.22).
В конструкции гайконарезных станков
наиболее разнообразны механизмы подач, что
связано с распределением движений между
метчиком и заготовкой, а также с базировани-
ем последней. Возможные варианты и их осо-
бенности приведены в табл. 1 15 8.
1.15.7. Распределение движений и базирование при нарезании резьбы изогнутыми метчиками
Движения Базирование заготовок гаек Примечание
метчика гайки
в П Направляющее устройство в виде призм, удерживающих от поворота, и толкатель, упирающийся в торец заготовки (рнс. 1.15.20), устройство из трех роликов с винтовой нарезкой (рис. 1.15.21) Наиболее распространенный вариант, отличающийся под- вижностью заготовки относи- тельно базирующего устрой- ства*1
вп - Прижим к опорной плоскости метчиком (рис. 1.15.22, а) и удержание от поворота фиксатором (не показан) Наиболее благоприятно для достижения высокой точно- сти
548
Глава 1.15. РЕЗЬБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
Продолжение табл. 1.15.7
Движения Базирование заготовок гаек Примечание
метчика гайки
- вп Поджим толкателем к метчику и сменная направляющая втулка (рис. 1.15.22, б) Наилучшие динамические условия
п в Зажим в шпинделе (рис. 1.15.22, в) Удобно для круглых гаек [19]
** При том же распределении движений есть вариант на станках типа T-Star (фирмы
Streicher, ФРГ), при котором заготовка с помощью губок и прижима закреплена неподвижно
на каретке, которая перемещается по направляющим скалкам [25]
Примечание. В н П - вращательное и поступательное движения.
1.15.8. Механизмы подачи гайконарезных станков с изогнутыми метчиками
Исполнительные звенья Преимущества Недостатки
Подпружиненный толкатель заготов- ки (рис. 1.15.20) Простота конструкции Возвратно-поступательный харак- тер движения
Ролики с винто- вой нарезкой для заготовок (рис. 1.15.21) Возможность настройки поджима заготовки, отсутствие частей с воз- вратным движением и направляю- щих Сложность конструкции: три сменных ролика вместо толкателя, дополнительная предохранитель- ная муфта; ненадежность
Кулачок для пере- мещения:
шпинделя с метчиком Обеспечивает неподвижное базиро- вание гаек сложной формы; ис- ключается самозатягивание Усложнение шпиндельного узла
ползуна с мет- чиком при под воде- отво - де Целесообразно для роторного стан- ка с вращающимися заготовками Необходимость направляющих, определяющих положение метчика
Рис. 1.15.22. Схемы распределения движений н базирования в станках с изогнутыми метчиками:
а - при неподвижной заготовке; б - при неподвижном метчике; в - при вращении заготовки и осевом движении
метчика; 1 - заготовка; 2 - метчик; 3 - шпиндель; 4 - патрон, 5 - опорная плоскость; 6 - направляющая втулка;
7 - толкатель; 8 - панга; 9 - загрузочный ротор; 10 - ползун
1.15.5. РЕЗЬБОФРЕЗЕРНЫЕ СТАНКИ
Станки предназначены для нарезания
резьбы гребенчатыми, дисковыми и охваты-
вающими фрезами. Гребенчатые фрезы обра-
батывают короткие резьбы; они менее произ-
водительны, чем резьбонарезные головки, но
допускают обработку тонкостенных заготовок
или с прерывистыми поверхностями, а также
ограниченным сбегом резьбы.
Станки, предназначенные для работы
гребенчатыми фрезами, обычно не могут рабо-
тать дисковыми фрезами, так как у них в про-
цессе обработки тяговым устройством служит
кулачок, а не винт. Станки, работающие дис-
ковыми фрезами, более универсальны: они
рассчитаны на использование и гребенчатых
фрез, а в некоторых случаях - на обработку
шлицевых валов червячными и дисковыми
фрезами.
РЕЗЬБОФРЕЗЕРНЫЕ СТАНКИ
549
Помимо особенностей резьбофрезерных
станков, приведенных в табл. 1.15.9, в некото-
рых случаях эффективна всесторонняя гидро-
фнкация. Так, в станке 5Д63 (рис. 1.15.23) она
упростила конструкцию привода продольного
перемещения фрезерной головки, повысила
степень автоматизации и качество исполнения
отдельных элементов цикла: гидропривод вы-
полняет ускоренный, подвод фрезерной голов-
мент соприкосновения ее с копиром, силовое
замыкание упора и копира при продольной
подаче, быстрый отвод по окончании цикла;
внедрен гидрозажим заготовки, причем кон-
тролируется усилие зажима, согласуются ско-
рости зажима заднего центра и патрона. Гид-
рофикация создает возможность автоматиза-
ции не только цикла обработки, но и загруз-
ки-выгрузки.
ки, замедленное перемещение каретки в мо-
Рис. 1.15.23. Кинематическая схема резьбофрезерного полуавтомата 5Д63:
1 - шпиндель изделия; 2 - гитара круговой подачи; 3 - гитара скорости резания; 4 - винт; 5 - маховик;
6 - фрезерный шпиндель; 7 - пружина; S - гидроцилиццр подвода-отвода; 9 - кулачок врезания; 10 - кулачок
(копир) для подачи на шаг резьбы; 11 - электромагнит
1.15.9. Особенности устройства резьбофрезерных станков
Узлы станка, его части Наиболее характерные решения
в станках с гребенчатой фрезой в станках с дисковой фрезой
Фрезерная головка Бабка изделия Задняя бабка Движения Компоновка Устанавливает Неподвижна ( Предусматривается в станках спе- циального исполнения Вращение фрезы; круговая подача за ной головки (иногда бабки изделия товки; поперечное движение фрезерь непрерывное врезание в начале обработки или установочное пере- мещение при наладке; иногда по- перечно двигается бабка изделия ся на каретке как правило) Обязательна готовки; продольная подача фрезер- 1, согласованная с вращением заго- гой головки: установочное перемещение или углубление между проходами (редко)
Кинематика
Привод фрезы
Имеет гитару 3 сменных колес (рис. 1.15.23), редко коробку передач;
может быть с бесступенчатым регулированием
sso
Глава 1.15. РЕЗЬБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
Продолжение табл. 1.15.9
Узлы станка, его части Наиболее характерные решения
в станках с гребенчатой фрезой в станках с дисковой фрезой
Привод заготовки Тяговое устройст- во для продоль- ного движения Тяговое устройст- во для попереч- ного движения То же и червя1 Сменный торцовый (обычно) кула- чок 10 (рнс. 1.15.23) для движения подачи; винт-гайка или гидро ци- линдр 6'для подвода Дисковый (иногда цилиндриче- ский) кулачок 9 для врезания; винт-гайка 4 для установки шую передачу Винт-гайка, связанные с заготов- кой через гитару в цепи согласо- вания (для подачи и подвода) Винт-гайка
Конструкция
Фрезерная головка Опоры шпинделя: подшипники качения (двухрядный роликовый - спе- реди; радиально-упорные, дуплекс - сзади). Маховик на шпинделе н привод косозубой передачей (для плавности). Поддерживающая опора оправки (чтобы исключить консольное расположение фрезы)
Бабка изделия Опоры шпинделя: радиальные подшипники с полужидкостной смазкой, упорные шарикоподшипники в качестве подпятника
Каретка Направляющие: призматическая и плоские (одна или две) для продоль- ного движения каретки; прямоугольные или типа ласточкиного хвоста (возможна их комбинация - рис. 1.15.24) для поперечного движения салазок; полужидкостная смазка. Конструкция позволяет передать дви- жение на каретку (салазки) от различных источников: кулачка 10 (рис. 1.15.23) и гидроцилиндра 8 или винта; например, корпус гайки 5 (рис. 1.15.24) можно отсоединить от салазок 4
Рис. 1.15.24. Каретка резьбофрезного станка:
1 - маховик; 2 - шлицевый вал; 3 и 8 - зубчатая передача; 4 - поперечные салазки; 5 - гайка; 6 - винт; 7 - ка-
ретка; 9 - кулачок врезания; 10 - корпус гайки; 11 - зажимная планка; 12 - рычаг
РЕЗЬБОШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
551
При фрезеровании особенно важно обес-
печить хорошее демпфирование, чему способ-
ствует полужидкостная смазка в опорах шпин-
деля изделия и в направляющих.
Наиболее оригинальна обычно конструк-
ция привода поступательных перемещений
фрезерной головки. Например, при устано-
вочном перемещении поперечные салазки 4
(рис. 1.15.24) получают от винта 6 движение
относительно гайки, прижатой к рычагу 12. В
цикле корпус 10 гайки соединен с салазками с
помощью зажимной планки 11 и передает им
движение от кулачка врезания 9.
Перспективное направление совершенст-
вования резьбофрезерных станков состоит в
принципиальном расширении их технологиче-
ских возможностей: обеспечение работы раз-
ными, в том числе и охватывающими фреза-
ми, а также червячными фрезами для обработ-
ки шлицевых валов и зубчатых колес. Послед-
нее требует согласования вращений инстру-
мента и заготовки, что может быть решено, в
частности, использованием ЧПУ. Эффектив-
ными могут быть роторные автоматы для об-
работки резьбы охватывающей винтовой резь-
бофрезерной головкой [4].
Известны станки с планетарным движе-
нием фрезы для деталей, которые неудобно
вращать [11]. Необычна кинематическая схема
станка с наклонной линейкой вместо ходового
винта, приведенная в [5, 17].
Червячно-фрезерные станки можно отне-
сти к резьбофрезерным станкам, работающим
дисковыми фрезами и специализированным
на изготовлений изделий одного вида. Осо-
бенность их компоновки - расположение пе-
редней и задней бабок на продольно движу-
щемся столе. Кинематика, кроме движений,
свойственных резьбофрезерным станкам,
должна обеспечить деление на число заходов,
для чего винторезная цепь разрывается одно-
зубой муфтой, и'шпиндель изделия поворачи-
вается при неподвижном столе [2, 23].
1.15.6. РЕЗЬБОШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Резьбошлифовальные станки (РШС) -
одни из самых сложных и точных как среди
резьбообрабатывающих, так и среди станков
вообще. Их сложность обусловлена сложно-
стью и разнообразием деталей, для изготовле-
ния которых они используются.
Классификация связана прежде всего с
назначением станков, с особенностями формы
Изделия. Универсальные РШС рассчитаны на
обработку всего многообразия форм резьбовых
Деталей и инструментов, но при этом возмож-
ны ограничения как по некоторым парамет-
рам, так и по видам работ. Например, допус-
кается деление лишь на некоторые числа захо-
дов; поставка внутрирезьбошлифовального
приспособления предусмотрена только по
особому заказу за отдельную плату. Специали-
зированными являются станки для обработки
длинных изделий (для ходовых винтов), внут-
ренней резьбы (внутрирезьбошлифовальные),
червяков (червячношлифовальные), червячных
фрез (шлифовально-затыловочные), метчиков.
Проектируют также специальные станки, на-
пример, МВ 185 для калибров.
ГОСТ 6728-91 предусматривает основные
размеры для универсальных и длинных РШС.
ГОСТ 8716-81 устанавливает нормы точности
и жесткости. Подавляющую часть универсаль-
ных РШС выпускают по классу В. Для станка
с самым распространенным наибольшим диа-
метром устанавливаемого изделия 200 мм ука-
зана погрешность: подъема винтовой линии
(периодическая погрешность шага) 3 мкм,
половины угла профиля 5 мин.
Состав узлов и компоновка универсаль-
ного (рис. 1.15.25) и многих специализиро-
ванных РШС аналогичны составу и компо-
новкам круглошлифовальных станков. Кине-
матическая структура станка без ЧПУ
(например, рис. 1.15.26 или рис. 17.52 [20]) и
конструкция узлов зависят от видов и спосо-
бов обработки, которые определяются назна-
чением станка или следуют из него. Наиболее
важны особенности шлифуемой резьбы, вид
шлифовального круга, а также технологиче-
ские особенности цикла работы (табл. 1.15.10).
Однониточный круг наиболее универса-
лен и распространен. При одностороннем
рабочем ходе (сплошная горизонтальная ли-
ния) за ним следует поперечный отвод, затем
вспомогательный ход (пунктир), углубление и
т.д. При глубинном способе I (табл. 1.15.10)
резьбы малого шага шлифуют иногда без пред-
варительного нарезания - "из целого" - за один
Рис. 1.15.25. Универсальный резьбошлифовальный
станок 5К822В:
1 - станина; 2 - устройство поперечной подачи, 3 -
стол, 4 - устройства управления столом, 5 - передняя
бабка, 6 - шлифовальная бабка, 7 - устройства для
правки. 8 - задняя бабка 9 - пульт уппявпримя
552
Глава 1.15. РЕЗЬБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
1.15.10. Технологические особенности, учитываемые при конструировании
резьбошлифовальных станков
Технологические
особенности
Вид круга
однониточный (узкий) многониточный (широкий)
с заборным конусом цилиндрический
продольное
Направление
врезания
поперечное
(врезное шлифование)
Обработка сторон профиля раздельная одновременная $
Число проходов
Преобладает один
Цикл поступа-
тельных движе-
ний
Способы шлифо-
вания, отличаю-
Преобладает много
с рабочим ходом стола:
односторон- двухсторон-
ним ним
(маятнико-
вое шлифо-
вание)
Окружная подача, м/мин Глубина, мм
I: 0,2 - 0,7 До 1,5
II: 2 - 5 До 0,3
как правило, односто-
ронний рабочий ход
стола
щиеся режимами
1.1J5. 11. Зависимость проектных решений от назначения станка
Характеристики Соответствующие проектные решения
Вцд резьбы: наружная внутренняя Базирование заготовки в центрах [наличие задней бабки 15 (рис. 1.15.26), направляющие для нее], шлифовальный круг большого диаметра (на шпинделе 17). Базирование заготовки в патроне (на шпинделе 33, [26], с. 290, рис. 8.14). Ограниченный диаметр шлифовального круга (на шпинделе 1), повышенная частота его вращения (до 9000 мин'1 и более), удлиненная консоль шлифовального шпинделя, смен- ные шлифовальные головки, обычно унифицированные с внут- ришлифовальными станками
Форма резьбы: цилиндрическая коническая Применительно к специализированному станку для червяков: применяют невращающийся центр,- необходимо автоматическое деление на число заходов; правящее устройство должно обеспе- чить профили архимедова, конволютного, эвольвентного червя- ков Необходимо дополнительное поперечное движение, согласо- ванное с продольным (копир 20, рис. 1.15.26)
ГЕЗЬБОШЯНФОвАЛЬНЫЕ СТАНКИ
553
Продолжение табл. 1.15.11
Характеристики Соответствующие проектные решения
с затылованием (на фрезах, метчиках) кольцевые витки прямые зубья (реек, накатных плашек) Необходимы дополнительное поперечное движение, согласо- ванное с вращением заготовки (кулачок 25), настройка на вели- чину затылования (сменой кулачка или рычагом с переменным плечом), на число зубьев (гитарой 30) и шаг спирали стружеч- ных канавок (отдельной гитарой, если есть цепь дифференциа- ла). При малой величине затылования (на метчиках) стараются выделить минимальную возвратно движущуюся массу (например люлька 11, рис. 1.15.30) Необходимо устройство для деления в осевом направлении и устройство для быстрого отвода-подвода шлифовальной бабки (двигатель М9, рис. 1.15.26) Необходимо устройство для установки плоских заготовок и прямолинейного их перемещения тангенциально к окружности шлифовального круга (например рис. 135 [12])
Число заводов: один много Возможно упрощение передней бабки, винторезной гитары и управления циклом работы Предусматривается, как правило, для червяков, червячных фрез, накатных роликов; необходимо ручное или автоматиче- ское устройство для деления на число заходов [например с де- лительным диском 34 (рис. 1.15.26)], звено увеличения шага в винторезной цепи (муфта и передача 96/24 в передней бабке)
Резьбы: короткая длинная Возможно врезное шлифование многониточным кругом, для чего необходимо обеспечить привод и правку такого круга (например, с помощью двигателя М3 и устройства 7; рис. 1.15.30), а также определенный закон движения шлифовальной бабки. На специальном станке вместо ходового винта можно применить резьбовой копир Необходимо коррекционное устройство (например 27 и 28, рис. 1.15.26) для компенсации накопленной погрешности, желатель- но предварительное шлифование вести с рабочим ходом в обе стороны и применение многониточного круга с заборным ко- нусом Необходимы люнеты
Точность Повышается при использовании однониточного круга с раз- дельной обработкой сторон профиля и односторонним рабочим ходом стола (табл. 1.15.10). Необходима коррекция погрешно- стей (температурных, ходового винта и др.).
Шлифовальный круг: однониточный (узкий) многониточный (широкий) Возможно только продольное шлифование, правящее устройст- во с использованием алмаза (алмазно-металлического каранда- ша, алмазного ролика) Необходима повышенная мощность привода главного движе- ния, правящее устройство для накатывания (7, рис. 1.15.30), изменение частоты вращения круга при накатывании (М3, рис. 1.15.30), возможно врезное шлифование. Должна быть учтена ограниченность возможных малых и больших размеров профи- ля резьбы (шаг 0,8 - 4 мм) и достаточность жесткости заготовок
Шлифование: продольное узким кругом врезное Необходимо периодическое углубление с переменной величи- ной в цикле (уменьшение глубины резания при чистовых ходах) См. выше о короткой резьбе
554 Глава РЕЗЬБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
Продолжение табл. 1.15.11
Характеристики Соответствующие проектные решения
с односторонним рабо- чим ходом с двухсторонним рабо- чим ходом При многопроходной обработке необходима автоматизация быстрого отвода-подвода шлифовального круга (двигатель М9, рис. 1.15.26) Необходим механизм выравнивания (компенсации) зазоров в ветвях винторезной цепи при реверсировании (механизм 4, рис. 1.15.26)
Производительность высо- кая (продукционный ста- нок) Желателен многониточный круг; при однониточном круге ведут одновременную обработку сторон профиля (при высоте до 4,5 мм), с двухсторонним рабочим ходом (табл. 1.15.10), необ- ходима автоматизация как минимум до уровня полуавтомата (желателен автомат, если станок специальный)
Гибкость Применение ЧПУ (что к тому же резко упрощает механическую систему - сравнить рис. 1.15.26 и 1.15.31)
Узкая специализация при малом времени цикла Необходима полная автоматизация станка (например, для мет- чиков)
проход, при способе П с большим числом
проходов шлифуют изделия из быстрорежущей
стали и крупные предварительно прорезанные
резьбы.
Многониточный шлифовальный круг
шириной 20 - 80 мм имеет кольцевые нитки
(витки) обычно с шагом, равным шагу шли-
фуемой резьбы (иногда кратным ему). При
поперечном врезании углубление t происходит
за 1/3 - 1/2 оборота (л) заготовки, за следую-
щий оборот припуск снимается полностью,
если углубление однократно (при малом шаге),
или врезание повторяется (как в табл. 1.15.10).
Известен также способ бесцентрового шлифо-
вания резьбы [12]. В табл. 1.15.11 показана
связь между особенностями назначения станка
и принимаемыми проектными решениями.
Кинематическая схема принципиально
зависит от системы управления станком. Се-
рийный отечественный станок 5К822В завер-
шает очередное поколение РШС без ЧПУ.
На рис. 1.15.26 показана схема одной из
модификаций этого станка. По сравнению с
прежними поколениями [12, 22], станок ус-
ложнен дополнительной автоматизацией ряда
движений (двигатели М2, М5, М8, М9, уст-
ройство деления 32 - 57, правка по копирам
12). Схема состоит их трех частей, обеспечи-
вающих движения заготовки (узлы и механиз-
мы, связанные со столом), шлифовального
круга (устройства шлифовальной бабки) и
необходимые для правки.
В станках без ЧПУ ходовой винт (26 на
рис. 1.15.26) обычно получает вращение от
шпинделя 3 и потому размещается на столе, а
ходовая гайка - на станине. Тогда коррекци-
онную линейку 27 также связывают со столом.
Коррекционный винт 28, поворачиваясь от
линейки 27, смещается вдоль оси вместе с
ходовой гайкой, ходовым винтом и столом.
Механизм 4 регулирования зазора в винторез-
ной цепи описан в [12].
В устройстве деления на число заходов
[18] во время шлифования движение передает-
ся с одного центрального колеса z — 30 диф-
ференциала на другое центральное колесо Z =
= 30 и далее на винторезную гитару 31\ водило
32 удерживается от поворота делительным
диском 34 и фиксатором 35. При делении
электромагнит 37 выдергивает фиксатор 35 из
паза диска 34. Из-за тормоза 33 движение с
выходного вала передней бабки начинает пе-
редаваться на водило 32, свободно вращаю-
щееся вместе с диском 34 - шпиндель с заго-
товкой продолжает вращаться, а стол останав-
ливается; происходит деление. При выклю-
ченном электромагните 37 однопазовьгй диск
34 завершает один оборот и фиксируется. От
настройки гитары деления 36 зависит на
сколько повернется при этом заготовка.
Принципиальный недостаток механиче-
ского делительного устройства - при большой
сложности оно может обеспечить деление
только на число заходов (поворотом шпинде-
ля) или при другой схеме только на шаг коль-
цевых (прямых) канавок (перемещением сто-
ла), то есть недостаточная универсальность.
Комплекс механизмов обеспечивает раз-
нообразные поперечные перемещения шлифо-
вальной бабки 76: установочное движение от
маховика 27 или двигателя М8 (вращается
винт 18), быстрый отвод-подвод от двигателя
М9 (кулачок через рычаг толкает систему из
двух последовательных передач винт-гайка),
поперечная подача для шлифования кониче-
ской резьбы от копира 20 на столе (вращается
и перемешается винт 23), движение затылова-
ния или поперечное врезание от кулачка 25
Рис. 1.15.26. Кинематическая схема универсального резьбошлифовального станка:
Ml - М9 - электродвигатели, Ml - привода подачи; М2 - поворота шлифовального шпинделя /7на угол подъема шлифуемой резьбы, М5 - отвода микрометрического
винта от упора 10 лимба поперечной подачи, Мб - привода главного движения; 1 и 7- рукоятки для регулирования щитка храпового механизма, 2 - рукоятка для
поворота линейки 27; 5 - датчик вращения шпинделя 3 (используется при врезном шлифовании), 6 - упоры хода алмазов, 9 - рукоятка микрометрического винта;
11 - рукоятка установки утла профиля шлифуемой резьбы (угла наклона копира); 75 - задняя бабка; 24 - механизм для регулирования величины затылования
(угла наклона клиновой линейки 22), 29 - рукоятка для попадания в нитку шлифуемой резьбы или для осевого углубления; 30 - гитара затылования
(остальные позиции см текст)
РЕЗЬБОШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
и»
сл
556
Глава 115 РЕЗЬБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
(продольное перемещение толкателя-ползушки
преобразуется в поперечное перемещение за
счет клиновой линейки 22), компенсация
уменьшения диаметра круга при правке, чтобы
сохранить контакт со шлифуемой поверхно-
стью, - аг двигателя М7 (через кривошипно-
кулисный и храповой механизмы вращается и
перемещается гайка 19).
Такая сложность связана с многофунк-
циональностью движения шлифовальной баб-
ки, с различными приводами, обеспечиваю-
щими неодинаковые законы и параметры
движений, действующими одновременно или
поочередно, содержащими принципиально
разные органы настройки.
Третья группа механизмов обеспечивает
правку. Реечное колесо Z = 24, получая вра-
щение от двигателя М3, перемещает продоль-
ную каретку 8 по одной координате вместе с
поперечными ползушками 13 и закрепленны-
ми в них боковыми алмазами 14. При этом
щуп, связанный с поперечной ползушкой,
скользит по копиру 12, перемещая ползушку с
алмазом по другой координате. Средний алмаз
правит периферию, поворачиваясь от колеса,
сцепленного с косозубой рейкой. Привод с
двигателем М4 перемещает все правящее уст-
ройство для углубления алмазов.
Типовые решения для характерных узлов
приведены в табл. 1.15.12, примеры конструк-
ций показаны на рис. 1.15.27 - 1.15.29, соот-
ветствующих кинематической схеме рис.
1.15.26. Для настройки на угол подъема шли-
фуемой резьбы шлифовальная бабка разделена
на барабан (см. рис. 1.15.25. и 1.15.26) и са-
лазки с седловидной расточкой для него.
1.15.12. Типовые конструкторские решения в резьбошлифовальных станках
Варианты реализации Область применения, условия работы
Опоры шпинделей
Подшипники с полужидкостной смазкой, коническими вкладышами 1 и 7 (рис. 1.15 27) с регулируемыми зазорами Гидродинамические подшипники с коническими вкладышами 3 и 7 (рис 1.15 28) для обеспечения ми- нимальных зазоров с помощью гаек 4 и 5 [12] Подпятники скольжения 5 (рис. 1 15.27), 2 (рис 1.15 28) с поджимом пружинами через шарикоподшип- ник Подшипники качения наивысшей точности, преобладают радиально- упорные шариковые В передней бабке при малых частотах вращения обес- печивают демпфирование колебаний, что особенно существенно при расположении двигателя на бабке Несут шлифовальный шпиндель, имеющий высокую частоту вращения, смазываются смесью керосина (90 %) и масла (10 %); при накатывании круга малая частота вращения неблагоприятна Необходима высочайшая точность, учитывая особо важную роль осевых биений Пригодны для любого шпинделя, приспособлены к изменению скорости и нагрузки, должны быть учтены усилия при накатывании круга
Клиноременная (поликлиновая) Плоскоременная Червячная Передача Для привода шлифовального круга большого диаметра Для внутришлифовального круга Для шпинделя передней бабки
1 Двигатели постоянного тока или асинхронные частотно регулируемые Обычные асинхронные электродви- гатели Г идроцилиндры Электромагниты Источники движения Для привода передней бабки (обязательно), главного движения (нередко), по каждой координате с датчиком перемещения при системе ЧПУ В устройствах с электромеханическим приводом (М2 - М5, М7 - М9, рис 1 15.26) Для периодического перемещения при ограниченной длине (4, 12, 34, 35, [26], с. 290, рис 8 14) Для включения цикла действий механизма, например деления (37, рис. 1.15.26)
Роликовые V-образные с плоской (чаще), прямоугольные Направляющие Для стола и шлифовальной бабки при их непрерывном движении подачи или точном периодическом движе- нии
РЕЗМОШЛИФОаЛЛЬНЫЕ СТАНКИ 557
- — ----------------- -----—... .
Продолжение табл. 1.15.12
Варианты реализации Область применения, условия работы
С крестообразно расположенными роликами Для небольших точно перемещающихся кареток в уст- ройствах для правки или затылования, где зазоры не- допустимы, например [26], с. 288, рис. 8.12 или пол- зушка 20 на рис. 1.15.30
Со скольжением в передаче и опо- рах винта, углом профиля резьбы 15 - 20°, креплением винта на столе и гайки на станине С качением в передаче и опорах винта, креплением гайки на стол-., и винта на станине Винт-гайка стола На станках без ЧПУ (рис. 1.15.29) На станках с ЧПУ
Кор С расположением коррекционной линейки: на нижней стороне стола на лицевой стороне стола Поворот ходовой гайки от линейки Встройка ходовой гайки в дополни- тельную передачу винт-гайка каче- ния (рис. 1.15.29) рекционное устройство Коррекция накопленной погрешности поворотом ли- нейки Коррекция также циклических или местных погрешно- стей пригонкой кромки у линейки, целесообразно в удлиненных станках [21], а также во внугрирезьбошли- фовальных Упрощенный, но устаревший вариант с пониженной чувствительностью Обеспечивает чувствительность коррекции, поворот ходовой гайки для попадания в нитку шлифуемой резьбы
Механизм В виде приспособления - делитель- ного патрона (для поворота) или делительной рукоятки (для осевого движения) С поворотом заготовки на 1/к обо- рота при неподвижном столе С перемещением стола на шаг шли- фуемой резьбы при неподвижном шпинделе передней бабки Делительный диск: однопазовый 34 (рис. 1 15.26) с гитарой 36 сменных колес сменный с числом пазов, соот- ветствующим (иногда равным) к комбинированный 29 ([26], с. 290, рис 8.14) с числом пазов, кратным различным числам к < деления на число заходов к Для использования в единичном производстве при ручном управлении Преобладающий способ с использованием делитель- ного диска Для обработки кольцевых канавок или плоских реек, плашек, а также при передаче движения в винторезной цепи от ходового винта к шпинделю При разнообразном числе заходов При неудобных для комбинированного диска числах к Необходимы сменные детали, например 23 ([26], с. 290, рис. 8.14 ), для пропускания ненужных пазов
Правящие устройства
Для однониточного круга при профиле из прямоли-
нейных участков с радиусами между ними. Использует-
ся в универсальных станках. Неравномерность привода
снижает качество правки
Для однониточного круга, каждый участок профиля
правится своим алмазом; используется для шлифова-
ния преимущественно крепежных и трапецеидальных
резьб
С одним алмазом, движущимся
прямолинейно или по дуге, пере-
ставляемым в различные положения,
с ручным приводом [12]
С двумя-тремя алмазами в ползуш-
ках или качающихся рычагах при
неизменных траекториях, с ручным
или электро- или гидроприводом
(например, [26], с. 290, рис. 8.14, а)
558
Ржава 1.15. ^БООБРАКАТЫВАЖЭЩЯВ’СГАНКИ
Продолжение табл 1 15 12
Варианты реализации
С алмазом, поворотным в одной или
двух плоскостях, с ручным или гид-
роприводом (например, [26] рис
8 14, 6)
С алмазами, воспроизводящими фор-
му копира (например, [26] рис 8 12)
С профильным стальным накатным
роликом, вращающимся на подшип-
никах качения от трения со шлифо-
вальным кругом и поджимаемым к
кругу (например, рис 1 15 30)
С профильным алмазным роликом,
отдельным приводом его вращения
С кромочным алмазным роликом,
отдельным приводом его вращения
и копиром
С кромочным алмазным роликом,
отдельным приводом его вращения
и приводами по двум координатным
осям, связанными с УЧПУ станка
(рис 1 15 31)
Расположение
над шлифовальным кругом
позади круга
на столе
Область применения, условия работы
Специализированное устройство для однониточного
круга при обработке полукруглого или арочного про-
филя, на универсальном станке устройство может быть
сменным
Для однониточного круга при разнообразных профи-
лях, в том числе при шлифовании червяков разных
типов, возможна коррекция формы профиля
Для накатывания многониточного круга, вращающегося
с пониженной скоростью с помощью отдельного при-
вода (или привода постоянного тока), желательно оп-
тимальное усилие прижатия, например от гидроприво-
да
Для шлифования многониточного круга с достаточно
крупным профилем
Для образования профиля любого круга
Необходимый профиль программируется, может легко
корректироваться при редактировании программы по
результатам шлифования Для каждой стороны профи-
ля возможен свой ролик
Преобладающий вариант, доступность при обслужива-
нии с основного рабочего места
Целесообразно при ЧПУ, уменьшает габарит станка,
меньший вынос срезаемого абразива в рабочую зону
На станке с ЧПУ правка движениями стола и шлифо-
вальной бабки
Рис. 1.15.27 Передняя бабка:
1 и 7 - вкладыши задней и передней опор шпинделя 6,
2 - блок зубчатых колес, передающий вращение шпинделю,
3 - обойма червячного механизма регулирования зазора в винторезной цепи,
4 - косозубое колесо, 5 - подпятник,
8 - упор на колесе 4, 9 - упор на колесе 2,
10 - упор на обойме ?
РЕЗЬБОШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКЦ 559
----------------------( ran.... 1 । _
Рис. 1.15.28. Узел шлифовального шпинделя:
1 - шпиндель, 2 - подпятник, 3 и 7 - вкладыши передней и задней опор,
4 и 5 тайки регулирования зазора в опорах 6 - пружина для прижима шпинделя к подпятнику
Рис. 1.15.29. Ходовой винт-гайка:
1 - ходовой винт, 2 - коррекционный винт, 3 - ходовая гайка, 4 - рычаг коррекционного устройства,
5 и 7 - гайки коррекционного винта, 6 - червяк для поворота ходовой гайки
Кинематическая схема внутрирезьбош-
лифовального станка описана в [26}
Особенности специализированных РШС
отражены в табл 1 15 11 Например, к удли-
ненным станкам для ходовых винтов, в первую
очередь, относится сказанное о длинной резь-
бе, к внутришлифовальным - о внутренней
резьбе и тд Червячно-шлифовальный станок
отличается не только тем, что касается формы
резьбы Особое значение для него имеет авто-
матически действующий механизм попереч-
ного перемещения, который должен обеспе-
чить определенный закон изменения
(уменьшения) глубины резания при последо-
вательных проходах стола Если станок без
ЧПУ, то для упрощения винторезной гитары
применяют ходовой винт с модульной резь-
бой Для получения профиля круга, соответст-
вующего профилю шлифуемого червяка, ис-
пользуют кинематический метод приспособ-
ление для правки [12J, установленное в центры
станка, сообщает алмазу движение по винто-
вой линии и одновременно по прямой, соот-
ветствующей профилю червяка, при этом ал-
маз воспроизводит в пространстве поверхность
шлифуемого червяка Ввиду неудобства час-
того пользования таким приспособлением
можно установить на столе станка другое при-
способление для перенесения полученного
профиля круга на плоский копир, который
используют в правящем устройстве, располо-
женном на шлифовальной бабке
Червячные фрезы можно шлифовать на
токарно-затыловочных станках с приспособле-
нием, однако точность при этом невысока
Поэтому необходимы шлифовально-
затыловочные станки, по компоновке анало-
гичные РШС' Их кинематическая структура
[8} отличается передачей движения от двигате-
ля подачи сначала к кулачку затылования, а
затем на шпиндель передней бабки, так как
кулачок вращается быстрее, а нагрузки на
шпиндель невелики Кривая отвода на кулачке
затылования может занимать гораздо больший
угол, чем на токарно-затыловочном станке [9]
Устройство для деления на число заходов
должно быть автоматическим и обеспечивать
изготовление фрез с числом стружечных кана-
вок, в частности, некратным числу заходов
Для этого при разрыве винторезной цепи со-
гласованно со шпинделем должен вращаться
кулачок При бездифференциальной структуре
автоматический цикл обработки с делением на
число заходов возможен только при прямых
560
Глава 115. РЕЗЬБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
стружечных канавках фрезы, так как иначе
после каждого деления кулачок получит еще и
доворот, рассогласующий его положение отно-
сительно канавки При расчетах кинематиче-
ских цепей пользуются известными методами
как, например, для зубофрезерных станков, но
учитывают специфику влияния потрешностей
движений в бездифференциальных разветв-
ленных структурах [10].
Станки для обработки метчиков должны
быть высоко производительными. Резьба на
метчиках, как правило, затылованная. Малые
диаметры резьбы по условиям шлифования
допускают высокую частоту вращения заготов-
ки (круговая подача) Однако при этом возрас-
тает частота двойных ходов затылования, что
вызывает неблагоприятные динамические яв-
ления Решающим фактором является выбор
узла, совершающего возвратные движения, и
вид этого движения. В литературе [8, 12] опи-
саны известные способы затылования шлифо-
вальным кругом. Сравнительно просто сооб-
щить возвратно-поступательное движение
шлифовальной бабке, но инерционно такой
способ наиболее неблагоприятен
При способах качания шлифовальной
бабки или стола неблагоприятны их большие
массы. Размещение шлифовальной головки в
эксцентричной гильзе снижает жесткость ско-
ростного узла. При качании заднего центра
масса подвижных частей мала, но при этом
ухудшается базирование заготовки. Может
быть предусмотрена отдельная каретка на
шлифовальной бабке.
У станка, кинематическая схема которого
приведена на рис. 1.15.30, качается люлька 11,
которая базируется на крестообразно располо-
женных плоских пружинах 24 вместе с перед-
ней и задней бабками. Кулачок затылования
22 непосредственно воздействует на ролик,
закрепленный в ползушке 20. В нее вставлен
стакан 21 с внутренними плоскими площадка-
ми, образующими в совокупности наклонный
паз (см. А - А). С помощью зубчатой передачи
20/88 стакан можно поворачивать, меняя на-
клон паза. Система из трех роликов обеспечи-
вает беззазорную шарнирную связь конца ко-
ромысла 23 с пазом, другой конец жестко со-
единен с люлькой. Ползушка, перемещаясь,
качает коромысло с люлькой. От наклона паза
зависит величина затылования. Возможен ва-
риант данного станка с сельсинами (авторское
свидетельство № 732117).
Рис. 1.15.30. Кинематическая схема станка для шлифования резьбы метчиков:
Ml - М4 - электродвигатели Ml - привода подачи и затылования, М2 - привода шлифовального круга,
М3 - накатывания, М4 - врезания, 1 - коробка привода подачи и затылования, 2 - гидроцилиндр отвода
пиноли 4,3- шпиндель передней бабки, 5 - привод поворота шлифовального круга на угол подъема
шлифуемой резьбы, 6 - привод для углубления при накатывании, 7 - устройство для накатывания,
8 - шлифовальная бабка, 9 - шлифовальный шпиндель, 10 - задняя бабка, 11 - люлька, 12 и 14 - винт и
маховик поперечного перемещения, 13 - микрометрический винт, 15 - кулачок для врезания, 16 - устройство
управления врезанием, 17 - ходовые гайки, 18 - ходовой винт, 19 - стол, 20 - ползушка, 21 - стакан с
поворотным пазом, 22 - кулачок затылования, 23 - коромысло, 24 - плоские пружины, образующие ось
поворота люльки, 25 - устройство регулирования зазора в винторезной цепи, 26 - винторезная гитара,
27 - устройство управления, 28 - гитара затылования
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
561
Рис. 1.15.31. Кинематическая схема
резьбошлнфовального станка с ЧПУ:
Ml - М8 - электродвигатели привода Ml - шпинделя
изделия, М2 - стола, М3 - поперечного движения
шлифовальной бабки, М4 и М5 - вертикального и
горизонтального перемещения правящего устройства,
Мб - поворота шлифовального круга на угол подъема
Шлифуемой резьбы, М7 - шлифовального шпинделя,
М8 - алмазного ролика, Pl - Р6 - редукторы,
Д1 - Д5 - датчики, X, Y, Z', W, С -‘координаты ЧПУ
Чтобы автоматизировать станки для
шлифования метчиков, применяют накопите-
ли-магазины большой вместимости (в зависи-
мости от времени цикла; есть примеры до
350 шт). Бункеры не пригодны для гаечных
метчиков и повреждают поверхности заготовок
при ворошении. В магазине заготовка должна
быть ориентирована по стружечной канавке.
При многониточном круге не требуется проре-
зать резьбу до шлифования и, следовательно,
попадать в нитку шлифуемой резьбы.
Использование в РШС ЧПУ повышает
производительность и точность обработки,
существенно расширяет их технологические
возможности, повышает гибкость и при этом
снижает затраты на изготовление станка, резко
упрощая механическую часть (ориентировоч-
ная схема на рис. 1.15.31).
Основной принцип проектирования
станков с ЧПУ - каждой управляемой коорди-
нате соответствует один привод независимо от
числа и характера движений по этой коорди-
Нате. При этом для винтового движения требу-
ется дополнительный двигатель М2, зато вме-
сто винторезной гитары используют электрон-
ный редуктор; возможно деление как поворо-
том шпинделя, так и ходом стола. Двигатель
М3 выполняет функции нескольких двигате-
лей станка без ЧПУ, причем его движение
согласуется с движением двигателя Ml для
затылования и М2 для шлифования кониче-
ской резьбы. Двигатель М4 обеспечивает уг-
лубление алмазного ролика перед правкой, а
при согласовании с двигателем М5 - необхо-
димый профиль шлифовального круга
В современных станках применяют при-
воды с асинхронными частотно регулируемы-
ми двигателями. Это дает возможность, в ча-
стности, повышать частоту вращения круга по
мере его изнашивания, поддерживая скорость
резания, например, на уровне 80 м/с, или
снижать частоту вращения при правке.
ЧПУ дает возможность компенсировать
изменение профиля червяков, компрессорных
роторов и т.п., возникающее из-за уменьше-
ния диаметра круга после правки. Обеспечива-
ется возврат стола без вращения заготовки, что
уменьшает износ и нагревание делительной
шпиндельной передачи и люнетов. Возможна
также автоматизация таких вспомогательных
действий, как регулирование положения сопла
СОЖ по мере изменения диаметра круга. Об-
щая тенденция развития станков в направле-
нии многофункциональности благодаря ЧПУ
реализуется в многоцелевом оборудовании,
способном шлифовать как резьбу, так и тор-
цовые и цилиндрические поверхности (наруж-
ные и внутренние), причем возможна автома-
тическая смена кругов из магазина, а также
одновременная работа двумя кругами.
РШС, особенно универсальные, оснаща-
ют широким набором приспособлений, чтобы
повысить качество обслуживания (съемники,
приспособления для смены кругов, попадания
в нитку шлифуемой резьбы установкой хому-
тика и т.п.), повысить точность обработки
(люнеты, приспособления для балансировки,
шлифования центров), расширить круг работ
(сменные устройства для правки, для танген-
циального шлифования и т.д.).
Для внедрения шлифования со скоро-
стью главного движения до 80 м/с, в особен-
ности в автоматах для метчиков, необходима
эффективная система охлаждения (давление до
2 МПа, три сопла: сверху, снизу и радиально)
и очистки СОЖ (автоматически работающие
фильтры со степенью очистки свыше 99 % и
тонкостью очистки 3 мкм, удалением грязи в
сухом виде). Рабочую зону надежно ограждают
кожухами. В Некоторых случаях смещают ра-
бочее место оператора в сторону от плоскости
вращения шлифовального круга.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бокин М. Н., Сидоров В. Н. Методы
резьбообразования и их эффективность //
Технология машиностроения. Исследования в
области технологии машиностроения и режу-
щего инструмента: Сб. Тула, 1972. С. 152-163
(Тульский политехнический институт, вып.
26).
2. Бушуев В. В., Налетов С. П. Тяжелые
зубообрабатывающие станки. М.: Машино-
строение, 1986. 280 с.
3. Власов С. Н., Головин Г. • М., Черпа-
ков Б. И. Устройство, наладка и обслуживание
562
Глава 1.16. ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
металлообрабатывающих станков и автомати-
ческих линий. М.: Машиностроение, 1983,
439 с.
4. Воронов В. Н. Изготовление резвб
винтовым инструментом // Станки и инстру-
мент. 1991. № Ю. С. 14 - 16.
5. Денисенко Ф. П. Автоматизация за-
грузки деталей на патронных резьбофрезерных
станках // Кинематика, динамика и автомати-
зация станков: Сб. под ред. М. К. Клебанова.
Куйбышев: Кн. изд., 1966. 157 с.
6. Клебанов М. К., Ларина В. Г., Шара-
пов А А. Исследование влияния параметров
кулачка резьботокарных полуавтоматов модели
1А922 на их производительность // Известия
вузов. Машиностроение, 1968. № 7. С. 152 -
156.
7. Краткий справочник металлиста / Под
общ. ред. П. Н. Орлова, Е. А. Скороходова.
М.: Машиностроение, 1987. 960 с.
8. Кудряшов А. А Станки инструмен-
тального производства. М.: Машиностроение,
1968. 380 с.
9. Маеров А Г. Профилирование кривой
отвода на кулачках затылования // Станки и
инструмент. 1969. № 9- С. 31 - 33.
10. Маеров А. Г., Ранцер В. Б. Расчет
точности разветвленных кинематических це-
пей И Станки и инструмент. 1969. № 2. С. 13
- 15.
11. Малахов Я. А Зубообрабатывающие
и резьбофрезерные станки и их наладка. М.:
Высш, школа, 1967. 344 с.
12. Мерперт М. П. Прецизионные резь-
бошлифовальные станки. М.: Машгиз, 1962.
303 с.
13. Металлорежущие и деревообрабаты-
вающие станки, автоматические линии. Науч-
но-технич. реферативный сб. М.: НИИМАШ,
1968. Вып. 8-9.
14. Миропольский Ю. А., Луговой Э. П.
Накатывание резьб и профилей. М.: Машино-
строение, 1976. 175 с.
15. Миропольский Ю. А и др. Техноло-
гия и оборудование для накатывания резьб и
профилей. М.: НИИМАШ, 1984. 44 с.
16. Накатывание резьбы, червяков, шли-
цев и зубьев / В. В. Лапин и др. Л.: Машино-
строение, 1986. 228 с.
17. Ничков А Г. Резьбонарезные станки.
М.: Машиностроение, 1979. 143 с.
18. Попов Б. И. Резьбошлифовальный
станок. Авт. свид. № 1207664 // Открытия,
изобретения: Бюллетень. 1986. № 4.
19. Родионов Б. В., Каверзин В. В. Авто-
матическая роторная машина для нарезания
резьбы в гайках // Станки и инструмент. 1991.
№ 10. С. 16 - 17.
20 Справочник по технологии резания
материалов. Кн 2 / Под ред. Г. Шпура, Т. Ште-
ферле: Пер. с нем.; Под ред. Ю. М. Соломен-
цева. М.: Машиностроение, 1985. 688 с.
21. Тульпа С. М. Наладка и эксплуатация
резьбо- и червячно-шлифовальных станков.
М.: Машиностроение, 1978. 55 с.
22. Тульпа С. М. Резьбошлифовальные
работы. М.: Высш, школа, 1973. 300 с.
23. Федотенок А А Кинематическая
структура металлорежущих станков. М.: Ма-
шиностроение, 1970. 407 с.
24. Цлаф М. Я. Динамика суппорта
резьботокарного станка // Повышение устой-
чивости и динамического качества металлоре-
жущих станков: Сб. Куйбышев, 1977. С. 120 -
126.
25. Якухин В. Г., Ставров В. А Изготов-
ление резьбы: Справочник. М.: Машинострое-
ние, 1989. 192 с.
26. Станочное оборудование автоматизи-
рованного производства. Т. 2 / Под ред. В. В. Бу-
шуева. М.: Изд-во "Станкин", 1994. 656 с.
27. Poyllain I. Les machines a rouler per
deformation a froid: Machines a deux molettes
circullaires. - Metaux deformation, 1973, N 16,
p. 47 - 60; 1973, N 18, p. 51 - 59; 1973, N 21,
p. 47 - 60; 1975, N 28, p. 27 - 37.
Глава 1.16
ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
1.16.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. КЛАССИФИКАЦИЯ И
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ШЛИФОВАЛЬНЫХ
СТАНКОВ. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Шлифовальные станки работают абра-
зивным инструментом. В общем парке метал-
лорежущих станков они составляют порядка
20 %, а в массовом (автотракторном, подшип-
никовом) производстве доля шлифовальных
станков достигает 60 %.
С помощью шлифовальных станков вы-
полняются высокопроизводительные операции
по обдирке отливок, отрезке, шлифованию из
целого прутка высоколегированного материала
спиральных и шпоночных канавок, специаль-
ных сложных профилей и т.д. При этом при-
меняют методы скоростного и обдирочного
шлифования, позволяющие за меньшее время
снять гораздо больший объем металла, чем
при черновой обработке точением и фрезеро-
ванием. В производстве электронной и вычис-
лительной техники только абразивная обра-
ботка позволяет изготовить детали из хрупких
труднообрабатываемых магнитных и керамиче-
ских материалов.
Кинематический процесс шлифования на
всех типах шлифовальных станков осуществля-
ется путем вращения шлифовального круга и
вращения или перемещения обрабатываемой
заготовки относительно рабочей поверхности
круга(периферии или торца). Относительное
перемещение заготовки проводится по прямо-
линейной или дуговой траектории.
СТАНКИ ДЛЯ СКОРОСТНОГО И ОБДИРОЧНОГО ШЛИФОВАНИЯ
563
Основные кинематические цепи станков:
вращение шлифовального круга от инди-
видуального привода;
продол ьное перемещение стола от гид-
ропривода;
вращен ие обрабатываемой заготовки или
стола от индивидуального привода;
попере чная подача шлифовального круга
или заготовки - электромеханическая или гид-
равлическая;
подача круга на глубину - механическая
или гидравлическая;
правка круга - ручная, гидравлическая,
электромеханическая.
Классификация основных типов шлифо-
вальных станков приведена в табл. 1.16.1.
1.16.2. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И
ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТАНКОВ ДЛЯ СКОРОСТНОГО И
ОБДИРОЧНОГО ШЛИФОВАНИЯ
С разработкой новых конструкций стан-
ков для абразивной обработки, новых абра-
зивных материалов и инструментов, новых
СОЖ и способов их подвода появляются усло-
вия для широкого внедрения в промышлен-
ность различных видов высокопроизводитель-
ного шлифования - скоростного и обдироч-
ного, разновидностью которых являются вы-
сокоскоростное (ВСШ) и глубинное шлифова-
ние.
При проектировании станков, работаю-
щих по технологии ВСШ, предусматривается
использование:
шлифовальных кругов стандартных типов
(из корунда или карбида кремния на керами-
ческой или полимерной связке); окружные
скорости круга составляют 60 - 120 м/с;
шлифовальных кругов эльборовых на
сверхтвердой связке; окружные скорости со-
ставляют до 150 м/с;
стальных кругов с покрытием из эльбора
на гальванической связке; окружные скорости
составляют до 250 м/с.
Эффективность скоростного и, особенно,
обдирочного шлифования (процессов с очень
высокой тепловой напряженностью) в значи-
тельной степени зависят от отвода тепла из
зоны обработки.
Высокие скорости резания, достигающие
250 м/с, обуславливают высокие динамические
нагрузки на упругую систему станка. Поэтому
строго регламентирован порядок подготовки и
эксплуатации абразивного инструмента. Шли-
фовальные круги перед установкой на станок
проходят испытания на разрывную прочность.
Круги больших диаметров статически баланси-
руются.
Шлифовальные станки оснащают устрой-
ствами для динамической балансировки кругов
и текущего контроля их виброхаракгеристики.
По мере износа шлифовальных кругов в
процессе работы снижаются их окружная ско-
рость и прочность. Поэтому допускается износ
кругов не более 20 % диаметра.
Для поддержания постоянной скорости
резания станки оснащают специальными ста-
тическими преобразователями электроэнергии
с частотным регулированием по току.
В связи с высокой вероятностью разрыва
кругов при работе, в станках предусматривают
надежную защиту зоны обработки и блокиров-
ку открывания защитного кожуха.
Для обеспечения высокой точности обра-
ботки станки оснащают приборами активного
контроля размера и системами адаптивного
управления (в большинстве случаев - по мощ-
ности главного привода).
При работе с повышенными режимами
шлифования для лучшего отвода шлама необ-
ходима подача увеличенного количества СОЖ
в зону резания под давлением 0,5 - 1 МПа.
Конструкция станков должна быть каби-
нетного типа с полностью изолированной
зоной резания, способной принять большое
количество СОЖ.
На высокоскоростных и силовых станках
используется двойная очистка СОЖ : предва-
рительная с помощью гидроциклонов и окон-
чательная - транспортерами с бумажной лен-
той. Для получения высокой точности обра-
ботки степень очистки СОЖ должна быть не
более 5 мкм. На станках с закрытой зоной для
отвода тепла применяют холодильные уста-
новки с фреоновыми или воздушными охла-
дителями.
По сравнению с традиционными шлифо-
вальными станками станки для ВСШ имеют
ряд особенностей. Так, у них увеличена мощ-
ность привода вращения круга, обеспечиваю-
щая большие скорости съема металла; увели-
чена скорость врезания (подача на глубину)
для получения больших скоростей съема ме-
талла; увеличена частота вращения (или про-
дольного перемещения для плоскошлифоваль-
ных станков) детали для обеспечения опти-
мального отношения скорости круга к скоро-
сти детали (стола) v/vH = 60.
Выбор шлифовальных кругов при ВСШ.
Традиционными шлифовальными кругами для
ВСШ являются корундовые круги на керами-
ческой или органической связках. Холодно-
прессованные и горячепрессованные шлифо-
вальные круги на органической связке исполь-
зуются для обработки, например, стружечных
канавок режущего инструмента. Для таких
работ применение шлифовальных кругов на
органической связке обусловлено большой
стойкостью профиля.
Шлифовальные круги на керамической
связке используют, например, для шлифова-
ния дорожек качения внутренних и наружных
колец подшипников качения на окружных
скоростях шлифовального круга в диапазоне
80 - 125 м/с.
Тип станков
Основная
характеристика
1.16. 1. Классификация основных типов шлифовальных станков
Область применения
Конструктивные особенности
Схема обработки
Круглошли-
фовальные
Наибольший
диаметр шли-
фуемых загото-
вок 25 - 600 мм
Шлифование ци-
линдрических и
конических поверх-
ностей при зажиме
заготовки в центрах
или патроне
Вращающийся горизонтальный шлифовальный
шпиндель помещается на салазках, осуществ-
ляющих подачу на глубину Обрабатываемая
заготовка вращается на центрах передней и
задней бабки или в патроне передней бабки,
установленных на столе Возвратно-
поступательное продольное движение осущест-
вляется в станках малых и средних размеров -
столом, очень крупных - шлифовальной бабкой
Универсаль-
ные круг-
лошлифо-
вальные
Наибольший
диаметр шли-
фуемых загото-
вок 25 - 300 мм
Шлифование ци-
линдрических, ко-
нических и торцо-
вых поверхностей
при зажиме заготов-
ки в центрах или
патроне
Конструкция та же, что и у круглошлифоваль-
ных станков Шлифовальная бабка, передняя
бабка и стол станка являются поворотными
вокруг вертикальных осей
Врезные
круглошли-
фовальные
Наибольший
диаметр шли-
фуемых загото-
вок 150 - 400 мм
Шлифование ци-
линдрических, ко-
нических и про-
фильных поверхно-
стей при зажиме
заготовки в центрах
при поперечной
подаче круга (метод
врезания)
Конструкция та же, что и у круглошлифоваль-
ных станков Шлифование производится кру-
гом или набором кругов, ширина которых со-
ответствует ширине обрабатываемой поверхно-
сти Продольное перемещение стола только
установочное Шлифовальная бабка или стол
Moiyr иметь осциллирующее движение в про-
дольном направлении Жесткость и мощность
выше, чем у обычных круглошлифовальных
станков
Глава 116 ШЛИФОВАЛЬНЫЙ СТАНКИ
Продолжение табл 1 16 1
Тип станков Основная характеристика Область применения Конструктивные особенности
Бесцентро- вые круг- лошлифо- вальные Наибольший диаметр шли- фуемых загото- вок 25 - 300 мм Бесцентровое шли- фование цилиндри- ческих поверхностей на проход и цилин- дрических, кониче- ских и профильных поверхностей по методу врезания Станки имеют два шлифовальных круга Вра- щение обрабатываемой заготовки осуществляет- ся за счет разности окружных скоростей шли- фующего и подающего круга, вращающихся в одном направлении Продольная подача на- страивается поворотом на небольшой угол ве- дущего круга или ножа Подача на глубину производится шлифующим кругом
Вальце- шлифоваль- ный Наибольший диаметр вальцов 400 - 1000 мм Шлифование ци- линдрических и профильных про- катных вальцов при установке их в цен- трах Конструкция та же, что и у круглошлифоваль- ных станков Продольное перемещение круга осуществляется шлифовальной бабкой Имеется механизм для получения выпуклых и вогнутых поверхностей
Станки для шлифования шатунных шеек колен- чатых валов Наибольший диаметр вала с коленом 300 - 800 мм Одновременное или последовательное шлифование шатун- ных шеек коленча- тых валов по методу врезания Конструкция та же, что и у круглошлифоваль- ных станков Зажимы позволяют устанавливать коленчатый вал таким образом, чтобы шлифуе- мая шейка вращалась вокруг своей (собственной) оси Привод изделия двухсто- ронний Количество шлифовальных кругов - один или два
Внутришли- фо Бальные Наибольший диаметр шли- фуемого отвер- стия 10-1000 мм Шлифование ци- линдрических и конических отвер- стий По расположению шпинделя различают верти- кальные и горизонтальные станки Шпиндель изделия сообщает вращение обрабатываемой детали Шлифовальный шпиндель помешается на салазках, осуществляющих возвратно- поступательное продольное перемещение, по- дача на глубину обычно проводится верхними салазками шлифовальной бабки
Схема обработки
Продолжение табл. 1.16.1
Тип станков Основная характеристика Область применения Конструктивные особенности - » Схема обработки
Планетарные внутришли- фовальные Наибольший диаметр шли- фуемого отвер- стия 60 - 800 мм Шлифование ци- линдрических отвер- стий в деталях, не представляющих собой тел вращения. Возможно шлифо- вание наружных, По расположению шпинделя различают гори- зонтальные и вертикальные станки. Шлифо- вальный шпиндель вращается вокруг своей оси (движение резания) и вокруг оси обрабатывае- мого отверстия (движение подачи). Возвратно- поступательное движение вдоль отверстия осу- ществляется столом, а в вертикальных станках -
| МП
торцевых и про- фильных поверхно- стёй шлифовальной бабкой. Размер отверстия и подача на глубину регулируются изменением эксцентриситета шлифовального шпинделя 1 llfl 1 (
д'-Г-г)
Бесцентро- вые внутри- шлифоваль- ные Наибольший диаметр шли- фуемого отвер- стия 100-300 мм Шлифование ци- линдрических отвер- стий в телах враще- ния Конструкция станков предусматривает- мага- зинное устройство, из которого детали подают- ся к двум роликам и ведущему кругу, сооб- щающему вращение шлифуемому изделию
-
Внутришли- фовальные с базировани- ем на баш- маках Наибольший диаметр шли- фуемого отвер- стия до 500 мм Шлифование ци- линдрических и конических отвер- стий в телах враще- ния Детали вращаются торцовой электромагнитной опорой на неподвижных башмаках
w V
\ \\ \ X. дуду wy
Продолжение табл. 1.16.1
Тип станков
Основная
характеристика
Область применения
Плоскошли-
фовальные
Размер стола:
ширина 150 -
1000 мм, длина -
200 - 5000 мм
или диаметр 300-
2000 мм
Шлифование пло-
ских поверхностей
периферией или
торцом круга. При
наличии специаль-
ных устройств
шлифование слож-
ных контуров
Конструктивные особенности
По расположению шпинделя различают станки
вертикальные и горизонтальные, а по числу
колонн - одноколонные и двухколонные с по-
перечиной. Заготовка или серия заготовок за-
крепляются на столе, который имеет круговое
или продольное возвратно-поступательное пе-
ремещение. Только в очень крупных станках
продольное движение осуществляется не сто-
лом, а стойкой круга. Подача на глубину про-
водится шлифовальной бабкой или столом
Схема обработки
Двухсторон-
ние плоско-
шлифоваль-
ные
Диаметр шлифо-
вального круга
450 - 900 мм
Шлифование двух
плоских поверхно-
стей одновременно
Различают горизонтальные и вертикальные
станки. Шлифовальные шпиндели имеют уста-
новочное движение в осевом направлении.
Между кругами помещается подающее устрой-
ство, на котором закрепляются обрабатываемые
заготовки
СТАНКИ ДЛЯ СКОРОСТНОГО И ОВДИРОЧНОГО ШЛИФО!
Шлифоваль-
ные для на-
правляющих
Наибольшая
длина шлифуе-
мой заготовки
1000 - 5000 мм
Шлифование пло-
ских и призматиче-
ских направляющих
в станинах, столах,
салазках и пр.
Одноколонная или портальная конструкция с
двумя или тремя шпинделями, помещенными в
бабках, расположенных на траверсе. Детали
устанавливаются на столе, имеющем продоль-
ное возвратно-поступательное движение. В
крупных станках это движение осуществляет
стойка с траверсой
Продолжение табл 1 16 1
Тип станков Основная характеристика Область применения Конструктивные особенности Схема обработки
Универсаль- ные заточные Наибольший диаметр затачи- ваемого инстру- мента 100 - 300 мм Заточка метчиков, разверток, зенкеров, фрез и пр При на- личии специальных приспособлений круглое наружное, внутреннее и торцо- вое шлифование Горизонтальный стол с консольным крестовым столом или столом на станине Шпиндельная бабка с одним или двумя кругами может пово- рачиваться вокруг вертикальной оси и устанав- ливаться по высоте Стол перемещается в про- дольном направлении В консольных конструк- циях стол имеет перемещение также в попереч- ном и вертикальном направлениях Передняя и задняя бабки или приспособления для поддер- жания затачиваемого инструмента устанавлива- ются на столе per V/
Обдирочно- шлифоваль- ные Диаметр шлифо- вального круга 100 - 800 мм t Обдирка, зачистка шлифованием Конструкция с гибким валом применяется для переносных станков малых размеров Средние станки - настенные и маятниковые. Крупные станки - с подвижным столом « * _sfe
— L_ 1 Л
4
Плоскопри- тирочные Диаметр прити- рочных дисков 200 - 800 мм 1 1 Притирка плоских и цилиндрических поверхностей Станок имеет два вертикальных вращающихся шпинделя, на которых установлены чугунные, медные или абразивные круги Детали поме- щаются в сепаратор, получающий дополни- тельное перемещение между кругами - прити- рами Ручные станки имеют один круг; все движения детали осуществляются вручную
I I- ——
> 1 Р , ! ~
-ф J
Тип станков Основная характеристика Область применения Конструктивные особенности
Круглопри- тирочные Наибольший диаметр прити- раемых загото- вок 50 - 200 мм Притирка калибров и другого измери- тельного инструмен- та Притираемая деталь устанавливается в горизон- тальном шпинделе Притирка производится притирами - кольцами вручную
Шлифоваль- но-прити- рочные Наибольший диаметр прити- раемого отвер- стия 100-300 мм Притирка отверстий абразивными бру- сками Одно- или многошпиндельные станки Враща- тельное и возвратно-поступательное Движение имеет шпиндель с шлифовально- притирочными головками Горизонтальные станки применяются для глубоких отверстий
Щлифоваль- но-отделоч- ные Наибольший диаметр валов 100 - 200 мм Притирка шеек ва- лов, шпинделей, поршней и прочих деталей абразивны- ми брусками Горизонтальные станки - для отделки длинных деталей, вертикальные - для коротких изделий Одно- и многошпиндельные модели Деталь получает вращение, абразивные бруски - ос- циллирующее движение
Полироваль- ные Диаметр поли- ровального дис- ка, ширина лен- ты 100 - 200 мм Полирование пло- ских поверхностей (бесконечный ре- мень), цилиндриче- ских, конических, сложных наружных и внутренних по- верхностей (мягкий круг) Станки с мягким кругом или бесконечным ремнем (кожаным или матерчатым), на которые нанесен абразивный порошок Движение ремня по шкивам Полирование проводится вручную
570
Глава 1.16. ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
В большинстве случаев работают шлифо-
вальными кругами прямого профиля или с
предварительным профилированием. Зерни-
стость 8 - 40 в зависимости от требуемых па-
раметров шероховатости обработанной по-
верхности заготовки.
Требования, предъявляемые к техниче-
ским характеристикам корундовых шлифо-
вальных кругов при работе по ВСШ, следую-
щие:
высокая динамическая стойкость при
нагрузке от центробежных сил;
высокая изгибная прочность в сухом и
мокром состоянии (с СОЖ);
большой объем снимаемого материала в
единицу времени (60 - 300 мм3/с);
незначительный износ профиля шлифо-
вального круга;
низкие параметры шероховатости обра-
ботанных поверхностей заготовки (Ra = 0,16 ?
0,32 мкм);
допустимые окружные скорости при экс-
плуатации корундовых шлифовальных кругов
составляют 63 - 125 м/с.
Дальнейшее повышение производитель-
ности высокоскоростного шлифования воз-
можно только с использованием высокотвер-
дых абразивов, в частности, эльбора, который
применялся лишь для труднообрабатываемых
материалов.
На рис. 1.16.1 показана схема подачи
СОЖ при ВСШ. Для снижения температуры
СОЖ подается непосредственно в зону реза-
ния. Если СОЖ с помощью сопла подается
только в зазор между кругом и заготовкой, то
количество СОЖ в самой зоне резания будет
недостаточным.
В связи с большими окружными скоро-
стями при ВСШ на рабочей поверхности
шлифовального круга возникает воздушная
подушка, вращающаяся со скоростью круга и
блокирующая попадание СОЖ в зону шлифо-
вания. После отсечения этой подушки с по-
верхности круга механическим путем
(рис. 1.16.1) СОЖ, захватываемая поверхно-
стью шлифовального круга, попадает на заго-
товку в зону шлифования. Эту систему подачи
СОЖ называют "башмак для подачи СОЖ".
Если при этом еще увеличивают давление в
Рис. 1.16.1. Схема подачи СОЖ в зону шлифования
системе подачи СОЖ, то, таким образом, лик-
видируется возможность возникновения при-
жогов. При таком способе подвода СОЖ, как
правило, работают с давлением 0,5-2 МПа.
Принцип работы "с башмаком", повышенным
давлением с системе подачи СОЖ и с механи-
ческим отражателем воздушной подушки на-
ходит применение при наружном круглом
шлифовании.
Повышенная режущая способность и
кромкостойкость кругов из эльбора, а также
их хорошая теплопроводность способствуют
образованию меньшей, чем при обработке
абразивным инструментом, температуры по-
верхностного слоя заготовки.
1.16.3. КРУГЛОШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Станки предназначены для обдирочной и
чистовой обработки наружной поверхности
вращения. В станках используются шлифо-
вальные и алмазные круги, которые обеспечи-
вают высокую точность размеров и геометри-
ческой формы и малую шероховатость поверх-
ности детали.
В зависимости от основных перемеще-
ний заготовки относительно круга различают
шлифование осциллирующее (проходное),
врезное и комбинированное. При осцилли-
рующем шлифовании круг изнашивается более
равномерно и не оказывает заметного влияния
на прямолинейность образующей. Достигается
наилучший параметр шероховатости, мини-
мальное тепловыделение. При врезном шли-
фовании изнашивание круга непосредственно
влияет на форму образующей. Врезное шли-
фование применяют для обработки поверхно-
стей, ограниченных буртами, ступенчатых и
фасонных форм, также при необходимости
одновременно шлифовать шейку и торец. При
комбинированном шлифовании цилиндриче-
ская часть шлифуется осциллирующим мето-
дом, а торцовая поверхность - врезным.
Метод шлифования, способ базирования
и назначение станка определяют его компо-
новку. Основные компоновочные схемы при-
ведены на рис. 1.16.2. На рисунке дуговыми
стрелками отмечены узлы, которыми прово-
дится регулировка и настройка углового поло-
жения, прямолинейными стрелками - линей-
ного положения детали относительно круга.
Компоновки станков, в которых относитель-
ное перемещение вдоль оси заготовки и пода-
ча осуществляется кругом, применяются доста-
точно редко для обработки заготовок большого
диаметра и массы.
Станок может дополнительно комплек-
товаться устройством для внутреннего шлифо-
вания.
Шлифовальная бабка станков представ
ляет собой корпус жесткой конструкции, в
котором смонтирован шпиндель шлифоваль-
КРУГЛОШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Рис. 1.16.2. Основные схемы компоновок станков:
а - в - центровые с одним столом, г- е- центровые с двумя столами,
1- передняя бабка, 2- задняя бабка, 3 и 5- столы, 4- позиционер осевого положения
него круга. Подача осуществляется по комби-
нированным направляющим (плоская и приз-
матическая), выполненным в виде направ-
ляющих качения или гидростатических, реже -
скольжения. На рис. 1.16.3 представлена шли-
фовальная бабка, в корпусе бабки 4 смонтиро-
ван шпиндель 9 на гидродинамических под-
шипниках 1 и 2. Шпиндель фиксируется в
осевом направлении двумя сферическими
бронзовыми кольцами 6 и 7, прижимаемыми с
двух сторон к торцам бурта шпинделя корон-
чатой гайкой, которая фиксируется контргай-
кой. На нижней части корпуса имеется пло-
ская 5 и призматическая 8 направляющие ка-
чения. Шлифовальный круг установлен на
шпинделе консольно. Привод шпинделя -
через шкив 3 ременной передачи. Для разгруз-
ки шлифовального шпинделя от радиальных
усилий со стороны привода шкив выполняется
разгруженным. Опоры шпинделя могут иметь
различное исполнение, например, гидростати-
ческие или качения.
Для обеспечения высокого качества об-
рабатываемой поверхности при высоких ско-
ростях резания и большой массе шлифоваль-
ного круга необходимо проводить динамиче-
скую балансировку последнего.
Автоматическая балансировка осуществ-
ляется способами:
1 - самобалансировкой с использованием
закритической частоты, для чего требуется
Pic. 1.16.3. Шлифовальная бабка со шпинделем иа
гидродинамических опорах
наличие переменной (переключаемой) жестко-
сти шпинделя;
2-е помощью дополнительных уравно-
вешивающих грузов: а) постоянной уравнове-
шивающей массы при изменяющихся радиусе
и фазовом угле; б) двух равных уравновеши-
вающихся масс, расположенных на равных
радиусах, но переменном фазовом угле;
в) двух уравновешивающихся постоянных
масс, перемещающихся по двум взаимно пер-
пендикулярным осям координат, так что их
результирующая масса будет соответствовать
величине дисбаланса.
Механизмы подачи обеспечивают: уста-
новочные перемещения, рабочие перемещения
круга и компенсацию его износа. Привод ме-
ханизма осуществляется от электродвигателя
или гидроцилиндра. На рис. 1.16.4 показан
механизм подачи с приводом от гидроцилинд-
ра 6. Гидроцилиндром выполняется периоди-
ческая автоматическая подача. Скорость пода-
чи в зависимости от перехода цикла регулиру-
ется расходом масла, подаваемого в цилиндр.
Через систему зубчатых передач поступатель-
ное движение штока превращается во враща-
тельное движение ходового винта J; последнее
гайкой 1 расформируется в поступательное
движение подачи шлифовальной бабки 2.
Винтовая пара гайка - винт выполнена безза-
зорной. Ручная подача шлифовальной бабки
производится маховиком 8 при расцеплении
гидравлического привода с помощью кнопки
7. Кинематическая связь с ходовым винтом та
же. Быстрый подвод-отвод шлифовальной
бабки осуществляется гидроцилиндром 4. Баб-
ка перемещается со штоком. Перемещение
бабки для компенсации износа круга произво-
дится с помощью механизма 5 при дополни-
тельном повороте гайки. В варианте привода
подачи от электродвигателя привод винта 3
осуществляется от электропривода, при этом
управление может осуществляться от системы
ЧПУ.
572
Глава 1.16. ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Рис. 1.16.4. Устройство механизма подачи
Рис. 1.16.5. Передняя бабка
Устройство правки шлифовальных кругов
имеют большое конструктивное различие в
зависимости от применяемого инструмента
(единичный алмаз, алмазный ролик), степени
автоматизации, места расположения. Правка
может проводится спереди, т.е. со стороны
обрабатываемой детали; в этом случае устрой-
ство устанавливается непосредственно на столе
на месте заготовки или на задней бабке, или
сзади, т.е. положение устройства правки по-
стоянно и находится вне зоны обработки.
Бабка изделия (передняя бабка) служит
для базирования и вращения заготовки. На
рис. 1.16.5 приведена передняя бабка, которая
обеспечивает регулирование осевого положе-
ния заготовки относительно круга. В корпусе 5
имеются две параллельные расточки. В одной
монтируется неподвижный шпиндель 6, в ко-
тором имеется специальное коническое гнездо
для установки центра 8. Для позиционирова-
ния заготовки на шпинделе имеется гайка 3.
которая сопрягается с точным винтом 4. Винт
от привода 2 получает вращение. Величина
полного перемещения составляет около 5 мм.
Подача пиноли контролируется позиционе-
ром, установленным на станине станка. Вра-
щение заготовка получает от планшайбы 7,
через систему цилиндрических зубчатых колес,
установленных в корпусе бабки от приводного
шкива 1.
Для станков с базированием заготовки в
патроне или в центах вращающегося шпинделя
последний устанавливается на подшипниках
качения в пиноли. Шпиндель имеет кониче-
ское гнездо и фланец для монтажа патрона.
Основными требованиями в этом случае явля-
ются жесткость шпинделя, точность его вра-
щения (радиальное и осевое биения), так как
эти параметры оказывают влияние на оконча-
тельную точность шлифования.
Задняя бабка применяется в станках с ба-
зированием заготовки в центрах и в патроне,
когда заготовку необходимо поддержать вслед-
ствие большой длины при обработке в непо-
средственной близости к патрону.
Развитие круглошлифовальных станков
происходит по таким направлениям:
1 - автоматизация процесса обработки на
базе ЧПУ типа CNC (примеры обработки раз-
личных профилей с использованием ЧПУ типа
CNC, рис. 1.16.6). Дополнительными степе-
нями свободы являются перемещения шлифо-
вальной бабки и вращения детали вокруг оси
симметрии детали (рис. 1.16.6, в);
2 - автоматизация на базе специальных и
специализированных станков из унифициро-
ванных модулей для обработки о1раниченной
номенклатуры деталей и О1раниченного диапа-
зона размеров (рис. 1.16.7).
Рис. 1.16.6. Схемы движения при обработке фасонных
поверхностей:
а - профиль формируется движением по двум
взаимно перпендикулярным осям;
б - то же, но с добавлением поворота или детали или
шлифовального крута;
в-в формировании профиля используется
управление вокруг детали
ВИУГРИШЛМФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
573
BWMUWJH-WB
Рис. 1.16.7. Круглошлифовальные станки-
а патронный для врезного шлифования,
б - патронный для врезного шлифования с
внутришлифовалъным шпинделем, установленном на
столе, в - центровой, г центровой для врезного
шлифования с двумя шлифовальными бабками,
1 - шлифовальная бабка, 2 - устройство правки,
3 - бабка изделия, 4 - внутришлифовальная бабка с
салазками, 5 - стол, 6 - задняя бабка
1 16 4 ВНУТРИШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Внутришлифовальные станки предназна-
чены для круглого внутреннего шлифования
сквозных и глухих отверстий с образующей
прямолинейной и конической формы На этих
станках можно также проводить подшлифовку
торцов На рис 1 16 8 приведены схемы внут-
реннего шлифования, на которых указаны
необходимые движения Наиболее распростра-
ненными являются схемы обработки, когда
деталь вращается вокруг оси обрабатываемой
поверхности, поперечная подача осуществля-
ется перемещением либо шлифовального кру-
га, либо детали, т е схемы на рис 1 16 8, а - в
При шлифовании открытых (сквозных) отвер-
стий с прямолинейной образующей применя-
ется относительное прямолинейное перемеще-
ние вдоль оси круга - осцилляция (Dsj) Для
закрытых и профильных поверхностей шли-
фование ведется методом врезания (без дви-
жения Dsi)
Отличительной особенностью внутрен-
него шлифования является малая жесткость
шлифовального шпинделя из-за ограниченных
(малых) размеров шлифовального круга при
высокой скорости резания
Многообразие форм обрабатываемых де-
талей приводит к большой номенклатуре раз-
меров и конструкции устройств для их закреп-
ления на бабке изделия Качество обрабаты-
ваемых деталей (отклонение от круглости,
цилиндричности и параметры шероховатости
поверхности) определяются, прежде всего,
опорами шпинделя изделия и шлифовального
круга Шпиндель изделия на опорах качения
показан на рис 1 16 9 В конструкции приме-
нен двухрядный роликоподшипник с цилинд-
рическими роликами Для большей точности
обработка дорожки качения внутреннего коль-
ца окончательно проводится после его монта-
жа на шпиндель Эти мероприятия обеспечи-
вают высокую жесткость, равномерное вос-
приятие нагрузки всеми роликами, высокую
точность с минимальным радиальным и осе-
вым биениями
Хороший эффект обеспечивает примене-
ние гидростатических опор
Конструкция устройства для базирования
заготовки зависит от формы и серийности
детали Наибольшее распространение получи-
ли мембранные (рис 1 16 10, а ) и кулачковые
патроны, бесцентровое (магнитная торцовая и
две неподвижные центрирующие опоры) бази-
рование - для деталей типа колец в массовом
Рнс. 1.16.8. Схемы внутреннего шлифования:
Цилиндрического открытого отверстия с подачей Ds? вдоль образующей, б - отверстия илиЬтВерстИЯИ
терца одновременно (подача D$2 отсутствует), в - отверстия и торца двумя различными kpjj ш;
г бесцентровое на башмаках, д - планетарное
574
Глава 1.16, ШдафОЗДЦЬНЫЕ СТАНКИ
Рве. 1.16.9. Шпиндель изделия
Рис 1.16.10 Устройства базирования детали*
а - мембранный патрон, б, в - бесцентровое
устройство с неподвижными опорами,
Б - кулачок, В - мембрана, 1 - гайка, 2 - винт,
3 - винт крепления патрона, 4 - тонкостенный диск,
5- планшайба, 6- нажимной ролик, 7- башмак,
S - ведущий ролик, 9 - стакан магнитного патрона,
10 - башмак с двумя опорными поверхностями,
Н - винт регулировки башмака,
12 - подбашмачная плита
производстве (рис 1 16 10, б, в) При бесцен-
тровом базировании требования к шпинделю
изделия в части жесткости и радиального бие-
ния снижаются
Рис 1.16.11 Высокоскоростные шлифовальные
шпиндели
а - электрошпиндель, б - шпиндель с ременным
приводом, в - оправка для крепления шлифовального
круга на шпинделе
На специальных станках применяется
скорость резания 50 - 60 м/с, на отдельных
типах станков до 70 м/с Шлифовальный круг
6 устанавливается на электрошпинделе (рис
1 16 11, о) или шпинделях с ременным приво-
дом от электродвигателя (рис 1 16 11, б) с
помощью оправки 7 (рис 1 16 И, в) Опорами
вала / приводного шпинделя чаще всего явля-
ются сдвоенные радиально-упорные шарико-
подшипники 3 и 5 с предварительным натя-
гом, устанавливаемые в корпусе 2 Конструк-
ция шпинделя предусматривает автоматиче-
скую компенсацию натяга с помощью пружин
4
Абразивный шлифовальный круг из-за
малой стойкости правится в каждом цикле, а
эльборовый круг - через 30 - 500 На рис
1 16 12, а предоставлено устройство для прав-
ки круга с прямолинейной образующей, осе-
вое перемещение совершает крут 1 Алмаз 3
закрепляется в рычаге 5 винтом 2 Рычаг по-
ворачивается вокруг эксцентриковой втулки 7
винтом 6 и перемещается при повороте втул-
ки Для компенсации износа алмаза служит
винт 4 Устройство правки круга 1 по радиусу
представлено на рис 1 16 12, б На плите 12
установлен корпус 13 На верхней плоскости
его размещен гидроцилиндр 16 отвода Поло-
жение алмаза относительно круга по высоте
регулируется винтами 15, а при опускании в
рабочее положение - винтом 14 Правка воз-
вратно-поворотным движением головки 11
вокруг вертикальной оси, а вращение ее - ме-
ханизмом поворота 9 Крайние положения
регулируются винтами 8 Величина радиуса
регулируется винтом 10
ПЛОСКОШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
575
Развитие внутришлифовальных станков
происходит по таким направлениям
1) автоматизация процесса обработки на
базе ЧПУ типа CNC,
2) автоматизация на базе специальных и
специализированных станков из унифициро-
ванных узлов для обработки ограниченной
номенклатуры деталей и ограниченного диапа-
зона размеров,
3) создание ’’комбинированных" круглов-
нутришлифовальных станков, в которых ис-
пользуется либо набор внутришлифовальных
шпинделей в виде револьверной головки, либо
одна внутришлифовальная позиция с набором
сменных оправок с различными шлифоваль-
ными кругами
1 16 5 ПЛОСКОШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Различают две основные 1руппы плоско-
шлифовальных станков шлифующие перифе-
рией круга и шлифующие торцом круга
По степени автоматизации эти станки
подразделяются на универсальные, полуавто-
матические и автоматические
’ Конструктивные схемы и области при-
менения плоскошлифовальных станков приве-
дены в табл 1 16 2 и 1 16 3
Рис. 1.16.12. Устройства для правки на внутришлнфовальном станке круга цилиндрической формы (а) и
круга по радиусу (б)
1.16.2. Конструктивные схемы плоскошлифовальных станков, шлифующих периферией круга
Схема станка Характерные признаки Шлифование
Ширина В и д лина
L прямоугольного
или диаметр D
круглого стола,
высота шлифования
h, мм
Станки с прямоугольным столом и горизонтальным шпинделем
Продольные и попе- Мелких и средних В = 125 - 550.
речные подачи осуще- деталей L = 250 - 1200,
п ствляются перемеще- h = 200 - 500
J L нием стола
Продольная подача Средних и круп- 2? = 200 - 900
осуществляется пере- пых деталей L = 450 - 5000
мещением стола, по- h = зоо - боо
перечная - перемеще-
нием стойки вместе со
шлифовальной бабкой
Продольная подача
осуществляется пере-
мещением стола, по-
перечная - перемеще-
нием шлифовальной
бабки
Средних и круп-
ных деталей
В = 300 - 700,
L = 750 - 4000,
h = 400 - 750
576
Глава 1 16 ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Продолжение табл. 1.16.2
Схема станка Характерные признаки Шлифование Ширина В и длина L прямоугольного или диаметр D круглого стола, высота шлифования h, мм
' г Станки портально-шлифов Продольная подача осу- ществляется перемеще- нием стола, поперечная - перемещением шлифо- вальной бабки альные Крупных дета- лей В = 700 - 1200; £ = 150 - 6000; h до 600
Станки с круглым столом
Круговая подача осуще-
ствляется вращением
стола, поперечная - пе-
ремещением ползуна
вместе со шлифовальной
бабкой
Круговая подача осуще-
ствляется вращением
стола, поперечная - пе-
ремещением шлифо-
вальной бабки по тра-
версе
Мелких и сред-
них деталей
Средних
крупных
лей
D = 300 ч- 750;
h = 200 -г 500
D до 2000;
h = 400 -г- 750
1.16.3. Конструктивные схемы плоскошлифовальных станков, шлифующих торцом круга
Схема станка Характерные признаки Шлифование Диаметр шлифо- вального круга D\, мм, и стола Т>2, мм
Станки -* с круглым столом и вертикаль Круговая подача осущест- вляется вращением стола, поперечная - перемеще- нием шлифовальной баб- ки ным шпинделем Предваритель- ное о оконча- тельное с боль- шими съемами 1>2 = 400 - 1200
1 н
Станки с круглым
столом и вертикальными шпинделями (от двух до пяти)
То же То же D2 = 1000
ПЛОСКОШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ 577
Продолжение табл. 1.16.3
Схема станка Характерные признаки Шлифование Диаметр шлифо- вального круга D\, мм и стола Z>2, мм
Станки двухсторонн! гТ ь|' —Я" - — ie торцошлифовальные с гори Продольная подача осу- ществляется проталкива- нием столба деталей меж- ду кругами, поперечная - перемещением пиноли зонтальной осью шг Деталей враще- ния высокой ‘ точности; коль- ца, ролики, диски, кресто- вины, шатуны и т.п. инд елей Di = 450; 600; 750; 900 и бо- лее
Станки портальные двухсторонние торцошлифовальные
Рис. 1.16.13. Схемы применения двухсторонних торцешлифовальных автоматов:
а - подача поршневых колец магнитным диском с регулируемой скоростью вращения:
(7 - диск, 2 - направляющие линейки, 3 - передняя и задняя базовые щеки, 4 - противобазовыевдаш;
5 - рычаги правки кругов с алмазной оправкой),
б - подача колец подшипников звездочкой 1 вдоль направляющих линеек 2,
в - подача роликов и нарезных поршневых колец диском 7,
г - подача клапанов, болтов, крестовин барабаном 7 с прижимом цепью или тросом к призмам,
д - подача поршневых колец на вертикальных автоматах цепным транспортом с прижимными валиками 7;
е - шлифование поршневых колец на вертикальном автомате с несоосными кольцевыми кругами
(7 - цепной транспортер, 2 - магазин, 3 - обрабатываемые кольца, 4 - направляющая пластина,
5 - отводящий ременной транспортер)
578
Глава 1 16 ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Рис 1 16 14 Универсальный плоскошлифовальный
станок с крестовым столом и горизонтальным
шпинделем инструментального типа
1 маховичок ручного продольного перемещения
стола, 2 - маховичок вертикальной подачи,
3 - маховичок поперечной подачи, 4 - бак
охлаждения, 5 - ограждение стола, 6 - стол,
7 - суппорт, 8- кожух шлифовального круга,
9 - устройство отсчета вертикальных и поперечных
перемещений, 10 - электрошкаф, 11 - гидроцилиндр
привода стола, 12 - пульт управления,
13 - гидростанция
Рис 1 16 15 Механизм поперечной подачи*
1 - электродвигатель автоматической подачи,
2 - поликлиновая передача, 3 - электромагнитная
муфта отключения маховика, 4 - электромагнитная
муфта включения микрометрической подачи,
5 - маховичок грубой подачи, 6 - винт поперечной
подачи, 7 - кнопка микрометрической подачи,
8 - червячная пара микрометрической подачи
Метод шлифования периферией круга
беспечивает высокую точность обработки, но
«алопроизводителен Метод шлифования тор-
ом круга высокопроизводителен вследствие
плыпой дуги контакта крута с деталью Одна
d благодаря большим нагрузкам в зоне реза-
ния происходит нагрев детали, снижающий
"чность обработки Плоскошлифовальные
танки, работающие периферией круга, при-
;;няют в условиях единичного, мелкосерий-
»го и среднесерийного производства Стан-
п, работающие торцом круга с прямоуголь-
ным столом, применяют в мелкосерийном и
среднесерийном производстве Станки - авто-
маты с двумя и более шлифовальными шпин-
делями, работающие торцом круга с круглым
столом, применяют в крупносерийном произ-
водстве Двусторонние торцошлифовальные
автоматы применяют в крупносерийном и
массовом производстве (рис 1 16 13)
На рис 1 16 14 изображен плоскошли-
фовальный станок с крестовым столом и го-
ризонтальным шпинделем инструментального
типа Станок работает по полуавтоматическо-
му циклу черновая обработка - чистовая об-
работка - выхаживание (при надобности) -
отскок шлифовальной головки - выход в зону
загрузки На рис 1 16 15 показана конструк-
ция механизма поперечной подачи автомати-
ческой от электродвигателя 1, грубой ручной
от маховика 5 и микрометрической от кнопки
7 С использованием основных узлов универ-
сального плоскошлифовального станка созда-
ны современные плоскошлифовальные полу-
автоматы, в которых вертикальное перемеще-
ние шлифовальной головки и поперечное
перемещение крестового суппорта осуществ-
ляются шариковинтовыми механизмами,
управляемыми устройством числового про-
граммного управления
На рис 1 16 16 показано продольное се-
чение блока шлифовальной бабки гаммы
двухсторонних торцошлифовальных автома-
тов Станок включает две такие бабки (правую
и левую), которые имеют возможность разво-
рачиваться в горизонтальной и вертикальной
плоскостях За счет разворота бабок между
кругами формируется зона обработки требуе-
мой конфигурации
Подача СОЖ в большинстве станков
осуществляется поливом через сопло На двух-
сторонних торцошлифовальных автоматах
СОЖ подается кроме сопла через шлифоваль-
ный шпиндель либо в центральное отверстие
шлифовального круга, либо восемь малых
Ряс 1 16 16 Продольное сечение блока
шлифовальной бабки
/ - пиноль, 2 - опоры шпинделя 3 опора шкива
привода шпинделя, 4 - шпиндель,
5 - защитная резиновая гармошка, 6 механизм
подачи пиноли, 7 - коллектор подачи СОЖ
БЕСЦЕНТРОВЫЕ КРУГЛОШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
579
Рис 1 16 17 Система управляющего контроля
двухсторонним шлифованием:
1 - измерительное устройство 2 позиционер
базового круга, 3 - отсчетно командное устройство,
4 электродвигатель, 5 механизм подачи,
6 - пиноль, 7 - базовые щеки
отверстий на торце круга Для обеспечения
высокой точности обработки станки оснащают
приборами активного контроля размера На
рис 1 16 17 показана система управляющего
контроля двухсторонним шлифованием торцов
точных деталей типа поршневых колец В
процессе работы станка постоянно контроли-
руется размер обработанных деталей и поло-
жение базового шлифовального круга Базовый
круг имеет приоритет на подналадку по отно-
шению к противобазовому, за счет чего под-
держиваются постоянными размер обработан-
ных деталей и положение базового круга отно-
сительно базовых щек
1 16 6 БЕСЦЕНТРОВЫЕ КРУГЛОШЛИФОВАЛЬНЫЕ
СТАНКИ
Использование при обработке в качестве
базовой шлифуемой поверхности позволяет
резко увеличить жесткость системы инстру-
мент-деталь и повысить производительность и
точность обработки Для рада деталей это
единственный способ обеспечения требуемой
точности
Бесцентровое шлифование используется
как черновой способ обработки валов и прут-
ков, так и в качестве отделочной операции для
прецизионных деталей из различных материа-
лов с точностями менее 1 мкм в диапазоне
диаметров 0,5 - 320 мм и более и длиной до
нескольких метров
Схемы бесцентрового шлифования при-
ведены в табл 1 16 4
1.16.4. Схемы бесцентрового шлифования
Эскиз
Характеристика шлифования
Заготовка 2 размещается ме-
жду шлифовальным кругом 1
и ведущим кругом 3, опира-
ясь на поддерживающий нож
4
Заготовка 2 типа колец бази-
руется на роликах 1 и 4
Одновременная обработка
двух заготовок типа клапана
двигателей, симметрично
установленных относительно
кругов
Особенности процесса
шлифования
Круги вращаются в одном
направлении vKpi > vKp3
Заготовка вращается со ско-
ростью ведущего круга Укрз
Скорость резания Vp^ =
укр1 " vKp3
Вращение заготовки осуще-
ствляется за счет прижима
роликов к ведущему кругу 3
Заготовка прижимается к
ведущему колесу 3 роликами
/и 2
580
Глава 1.16. ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Эскиз
Характеристика шлифования
Продолжение табл. 1.16.4
Особенности процесса
шлифования
Обработка больших заготовок
типа оси шасси самолетов
при неподвижной установке
заготовки
Шлифовальные круги вместе
с ножами вращаются вокруг
оси заготовки
Обработка внутренних по-
верхностей заготовки с уста-
новкой ее между поддержи-
вающими роликами 1 и при-
жимными - 2
Ось прижимного ролика 2
устанавливается под углом
0,5° к оси вращения заготов-
ки для обеспечения ее при-
жима к торцу осевого упора.
Шлифовальному кругу 3
сообщается возвратно-
поступательное перемещение
вдоль своей оси
Ряс. 1.16.18. Схемы установки заготовки при круглом бесцентровом шлифовании:
а - ось детали выше линии центров шлифовального и ведущего кругов на высоту h,
б - линия центров наклонена под углом а, в - ось детали ниже линии центров
При всех методах бесцентрового шлифо-
вания для обеспечения точности и необходи-
мых условий резания требуется подналадка на
размер и правка кругов с компенсацией их
измененных размеров. Обычно ведущий круг
изнашивается незначительно, и его правка и
компенсация размера осуществляются в нала-
дочном режиме.
Подналадка на размер обрабатываемой
заготовки осуществляется либо на основании
проводимых измерений, либо через опреде-
ленное время обработки, либо после шлифо-
вания, установленного опытным путем числа
деталей. Правка шлифовального круга и ком-
пенсация его размера осуществляются анало-
гичным образом.
Для обеспечения нормального процесса
обработки и получения высокой точности при
бесцентровом шлифовании большое значение
имеет установка заготовки относительно линии
центров При обработке заготовок средних и
малых размеров ось заготовки располагают
выше линии центров (рис. 1.16.18, а), под
наклоном (рис. 1.16.18, б) или ниже линии
центров шлифовальных кругов (рис. 1.16.18,
в).
Наиболее распространенные компоновки
круглошлифовальных станков с характеристи-
кой их достоинств и недостатков приведены в
табл. 1.16.5. Чаще всего станки изготовляют в
компоновках 1 и 4. Станки компоновок 1 и 2
имеют подвижную шлифовальную бабку.
Полуавтомат по компоновке 1 выполня-
ют с двумя подвижными бабками. Шлифо-
вальная бабка перемещается по накладным
направляющим качения станины для настрой-
ки на требуемое межцентровое расстояние
(МЦР) и радиального врезания. Электродвига-
тель главного движения установлен на фунда-
менте рядом со станиной и связан поликлино-
вой передачей со шпинделем шлифовального
круга. Электродвигатель должен располагаться
так, чтобы при перемещении шлифовальной
бабки изменение МЦР шкивов ременной пе-
редачи было минимальным В некоторых мо-
делях главные электродвигатели, имеющие
высокий уровень балансирования, устанавли-
вают непосредственно на шлифовальных баб-
БЕСЦЕНТРОВЫЕ КРУГЛОШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
581
1.16.5. Компоновки круглошлифовальных бесцентровых станков
Эскиз компоновки
Особенности компоновки
Опорный нож неподвижен, при обработке конусов поворачи-
вается вместе с ведущей бабкой. Врезная подача и подналадка -
шлифовальной бабкой. Главный двигатель - на фундаменте
или на шлифовальной бабке.
Преимущества: неподвижное загрузочное устройство.
Недостатки: уменьшение жесткости, вибрации главного двига-
теля больше передаются на деталь, увеличение занимаемой
площади
Компоновка аналогична предыдущей. Линия центров на-
клонна, что улучшает условия обработки тяжелых деталей.
Компоновка предназначена для обработки деталей большого
диаметра
Шлифовальная бабка неподвижна. Врезная подача и подна-
ладка - столом. На столе нож и ведущая бабка. Подналадка
ведущего круга - перемещением суппорта.
Преимущества: уменьшение занимаемой площади, высокая
жесткость.
Недостатки: из-за нестабильности положения оси детали за-
труднена автоматизация загрузки
Шлифовальная бабка неподвижна. Врезная подача и подна-
ладка - столом. На столе нож и ведущая бабка. Подналадка
ведущего круга - перемещением ведущей бабки.
Преимущества: уменьшение занимаемой площади, повыше-
ние жесткости.
Недостатки: постоянство положения оси детали при загрузке
О
Компоновка аналогична компоновке 4. Ведущая бабка имеет
возможность ускоренного отвода и точного возврата в исход-
ное положение для сокращения времени загрузки и выгрузки
Ось центров вертикальна. Опорный нож неподвижен. Врезная
подача и подналадка - шлифовальной бабкой. Удобна автома-
тизация загрузки-выгрузки, уменьшение занимаемой площа-
ди. Компоновка предназначена для обработки деталей не-
больших габаритов
582
Глава 1.16. ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
ках. Шлифовальные шпиндели, как правило,
устанавливают на гидродинамических ради-
альных подшипниках. Осевая опора - подпру-
жиненный подпятник трения. В ряде станков
опоры шлифовального шпинделя - прецизи-
онные подшипники качения, на высокоточных
станках - гидростатические подшипники.
В бесцентровых станках круги высотой
до 320 мм обычно устанавливаются консольно,
более высокие - портально.
Портальные шпиндели связываются с
приводом вращения посредством муфты. Пор-
тальное крепление кругов обеспечивает высо-
кую жесткость, но затрудняет их замену.
Шпиндели шлифовальных кругов имеют воз-
можность выставки в осевом направлении и
оснащения механизмами осевой осцилляции.
На левом торце шлифовального круга
крепится устройство его балансировки. Высо-
кие шлифовальные круги должны быть осна-
щены динамическими балансировочными уст-
ройствами моментного типа.
На шлифовальных бабках размещают
устройства правки круга алмазным каранда-
шом, гребенкой или роликом. Поперечное
перемещение алмаза осуществляется по на-
правляющим качения от храпового механизма
или шагового электродвигателя через винт-
гайку качения.
Шпиндель ведущего круга устанавливают
на подшипниках качения. На высокоточных
станках применяют гидростатические опоры.
Привод от электродвигателя па шпиндель
осуществляется через червячную пару. Так как
ведущий круг может работать как в тормоз-
ном, так и в генераторном режимах, зазоры в
приводе должны быть минимальными. Для
обеспечения высокой точности Обработки
вращение ведущего круга должно быть равно-
мерным.
Ведущая бабка имеет поворотную часть
для наклона ведущего круга на угол подачи.
На многих станках механизмы правки
ведущего круга размещаются на самой веду-
щей бабке. Однако из-за влияния диаметра
обрабатываемой заготовки на требуемый для
обеспечения точности продольный профиль
механизм правки устанавливают на поворот-
ной части с возвожностью разворота на угол в
плоскости, параллельной оси ведущего круга.
Для обработки конических поверхностей
и корректировки конусности деталей ведущая
бабка вместе с суппортом может поворачивать-
ся на станине вокруг вертикального шипа.
Ведущая бабка может перемещаться при на-
ладке относительно суппорта. На высокоточ-
ных станках применяют гидростатические на-
правляющие и винтовые пары перемещения
стола.
Силы резания при бесцентровом шлифо-
вании не превышают: радиальные 3-4 кН,
окружные 1-1,5 кН. Точность обработки во
многом зависит от наладки станка (высоты
расположения детали относительно центров,
настройки узла правки ведущего круга, часто-
ты вращения правки ведущего круга и т.д.), а
также динамических характеристик станка.
Существуют программы их расчета на ЭВМ с
прогнозированием получаемой точности.
1.16.7. ПРОФИЛЕШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Профильное шлифование, в зависимости
от конфигурации профиля обрабатываемой
поверхности, можно осуществить на следую-
щих шлифовальных станках: плоскошлифо-
вальных с горизонтальным шпинделем, опти-
ческих профилешлифовальных (ОПШС),
крутлошлифо-вальных, бесцентровых круг-
лошлифовальных, контурно-шлифовальных,
координатно-шлифовальных, универсально-
заточных, специализированных и др. Для
этого станки оснащают приспособлениями и
принадлежностями, в том числе синусными
столами, различными приборами правки
шлифовального круга и др. Возможности про-
фильного шлифования на перечисленных вы-
ше станках значительно расширяются при их
оснащении устройствами ЧПУ.
Составной частью ОПШС является опти-
ческий проектор, который служит для проек-
тирования обрабатываемой заготовки и шли-
фовального круга на экран проектора. На эк-
ране закрепляется калька с нанесенным на нее
требуемым контуром обрабатываемой поверх-
ности в масштабе увеличения изделия.
ОПШС изготовляют в двух компоновках
(табл. 1.16.6): 1 - станки с экраном, располо-
женным над координатным столом; 2 - станки
с экраном, расположенным сбоку (слева) от
координатного стола.
Станки первой компоновки занимают
меньшую площадь. Шлифовальная головка
имеет больший угол разворота в вертикальной
плоскости, перпендикулярной продольному
перемещению координатного стола, для шли-
фования задней поверхности фасонных рез-
цов, пуансонов и других деталей.
Расположение экрана над обрабатывае-
мой деталью позволяет оператору одновре-
менно следить за процессом шлифования и
экраном. Наибольшее распространение имеют
ОПШС первой компоновки.
На современных ОПШС располагают
стойку станка с экраном под углом к направ-
лению продольного перемещения стола. При
этом достигается возможность получить увели-
ченный продольный ход стола и устанавливать
на нем детали длиной большей, чем продоль-
ный ход стола и тем самым обрабатывать
длинные детали с перестановкой, расширяя
технологические возможности ОПШС.
В приводе координатных перемещений
шлифовальной бабки и стола станка с ЧПУ
применены пары винт-тайка качения и роли-
ЗАТОЧНЫЕ СТАНКИ
583
1.16.6. Компоновка оптических профилешлифовальных станков
Особенности компоновки
Экран 3 расположен слева от координатного стола 5 на
стойке 4. Шлифовальная бабка 2 установлена на ста-
нине 1
""" ''‘i®
Экран 3 расположен слева от стола 7, а шлифованная^
бабка 2 - сзади от координатного стола
ковые направляющие с предварительным на-
тягом. Колонна подъема стола также переме-
щается в роликовых направляющих с предва-
рительным натягом. Правка круга и ввод ком-
пенсации на износ круга при правке произво-
дятся автоматически.
Станок оснащен микропроцессорной
системой, с помощью которой происходит
управление по пяти координатным осям.
При шлифовании шлифовальная бабка
перемещается по двум линейным координатам
U и W, салазки шлифовального круга пе-
ремещаются по линейной координате Y, в
направлении которой проводится осцилляция.
Деталь по двум линейным координатам X и Z
и круговой координате В. При шлифовании
последняя позволяет проводить как обработку
детали, так и правку круга по радиусу. Управ-
ление всеми координатными перемещениями
в ручном режиме производится от двух элек-
тронных маховиков, расположенных в удоб-
ном для оператора месте.
При работе по управляющей программе
возможны варианты: либо заготовка переме-
щается относительно круга, либо круг пере-
мещается относительно неподвижной заготов-
ки Для определения момента начала контакта
круга, с заготовкой или алмазом используют
устройство контроля касания на базе бескон-
тактного виброакустического датчика с разре-
шающей способностью порядка 0,002 мм.
Управление приводами координатных пере-
мещений и реализация функций электроавто-
матики осуществляется системой ЧПУ.
1.16.8. ЗАТОЧНЫЕ СТАНКИ
Заточные станки подразделяются на уни-
версально-заточные и специальные заточные
по типу обрабатываемых на них инструментов
Универсально-заточные станки и заточные
центры с ЧПУ предназначены для заточки и
доводки основных видов режущих инструмен-
тов из инструментальной стали, твердых спла-
вов и металлокерамики абразивными, алмаз-
ными и эльборовыми кругами в условиях еди-
ничного и мелкосерийного производства. Ки-
нематическая схема станка приведена на рис.
1.16.19. Шлифовальная бабка может переме-
щаться в горизонтальной и вертикальной
плоскостях. Она установлена на плите и может
переустанавливаться в вертикальной плоско-
сти, что расширяет габариты рабочего про-
странства во всех измерениях. Путем поворота
корпуса шлифовальной головки и приводного
электродвигателя ось шлифовального круга
может быть установлена слева и справа от оси
колонны. Стол станка перемещается с помо-
щью гидропривода и вручную маховиком.
Частота вращения шлифовального круга регу-
лируется бесступенчато. Поперечное переме-
щение заготовки осуществляется рукояткой.
Заточные станки для резцов работают по
двум схемам заточки твердосплавных резцов.
Первая схема предусматривает предваритель-
ную заточку кругом из карбида кремния и
окончательную заточку алмазным кругом.
Вторая схема предусматривает полную
обработку алмазным кругом за одну операцию.
При правильном подборе алмазного круга
после выхаживания достигается параметр ше-
роховатости поверхности Ra = 0,32 мкм.
Заточные станки для сверл осуществляют
их заточку следующими методами: кониче-
ским, винтовым, сложно-винтовым, однопло-
скостным, двухплоскостным, фасонным и
эллиптическим. Заточка сверл по коническо-
му, винтовому и сложно-винтовому методам
ведется на специальных станках или приспо-
соблениях, а для одно- и двухплоскостной,
Глава 1 16 ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
584
Рис. 1.16.19. Кинематическая схема универсально-заточного станка:
1 - маховик, 2 - маховик поперечного перемещения стола, 3 - стоп, 4 - электродвигатель привода инструмента;
5 - инструмент, 6 - электродвигатель вертикального перемещения шлифовальной бабки, 7- маховик ручного
перемещения бабки в горизонтальной плоскости
4
Рис. 1.16.20. Кинематическая схема полуавтомата для заточки концевого инструмента
фасонной и. эллиптической заточки обычно
используется универсальное оборудование с
оснасткой.
Создание отечественных автоматов бази-
ровалось на методе винтовой заточки, а созда-
ние иностранных автоматов и полуавтоматов
шло на основе метода сложновинтовой заточ-
ки.
Станки для заточки концевого инструмен-
та. Для заточки различных видов концевого
инструмента предназначен заточной полуавто-
мат с ЧПУ, кинематическая схема которого
показана на рис. 1.16.20. Полуавтомат предна-
значен для заточки и доводки по передним и
задним поверхностям винтовых зубьев конце-
радиусным закруглением, со сферическим
торцом, цилиндрических и червячных фрез
эльборовыми, алмазными шлифовальными
кругами в условиях серийного, мелкосерий-
ного и единичного производства. На полуав-
томате предусмотрена возможность абразивной
заточки. Шлифовальный круг приводится в
действие асинхронным двигателем 1 перемен-
ного тока . Продольное перемещение стола
осуществляется от шагового двигателя 5 через
шариковую винтовую пару. Поперечное пере-
мещение шлифовальной бабки проводится
посредством шариковой винтовой пары от
шагового двигателя. Подача шлифовального
круга на деталь осуществляется от двигателя 3
ЗАТОЧНЫЕ, станки
585
товую передачу. Поворот заготовки на угол
проводится от шагового двигателя 4 через ко-
ническую и червячную передачи.
Станки для заточки червячных фрез. Для
мелкомодульных червячных фрез с прямыми
канавками предназначены заточные полуавто-
маты особо высокой точности. Полуавтоматы
обеспечивают заточку червячных фрез (с точ-
ностью до класса ААА) из быстрорежущей
стали и твердого сплава алмазными или эльбо-
ровыми кругами маятниковым, глубинным
или комбинированным методами. Все основ-
ные движения - перемещение салазок со шли-
фовальным шпинделем, деление фрезы для
обработки очередной стружечной канавки,
подача производятся с помощью гидравличе-
ских или электрических приводов. Для удобст-
ва ориентации фрезы относительно шлифо-
вального круга автоматы оснащены микроско-
пом. Работают с охлаждением.
На рис. 1.16.21 представлена кинемати-
ческая схема полуавтомата, обеспечивающая
основные движения по пяти управляемым
координатам.
Заточные станки для фрезерных и зубо-
резных головок. Станки для заточки фрезерных
головок в соответствии с методами заточки
задних поверхностей бывают двух основных
типов, для поэлементной заточки или для
контурной и поэлементной заточки. На стан-
ках для бескопирной обработки поэлементная
заточка может совершаться посредством тех же
механизмов, что и контурная, но в другой
последовательности
В станках для копирной контурной обра-
ботки переход на поэлементную заточку со-
провождается полным отключением механизма
копирования.
В зависимости от расположения оси фре-
зы выпускают станки с горизонтальной, вер-
тикальной и наклонной осями. Станки с гори-
зонтальной осью наиболее распространены для
заточки фрез диаметром до 630 мм. Их досто-
инством является удобство наладки и наблю-
дения за зоной обработки, небольшое влияние
массы подвижных узлов станка на его работу.
Настройку угла производят поворотом либо
бабки изделия, либо шлифовальной бабки.
Станки с вертикальной осью фрезы соз-
дают для заточки круглых фрез диаметром до
1300 мм. Такая компоновка позволяет более
рационально нагрузить шпиндель изделия,
сделать его более компактным, предотвратить
перекос фрезы при установке ее на шпиндель.
Настройку угла производят поворотом шлифо-
вальной бабки совместно с направляющими
продольной подачи.
На рис. 1.16.22 показана кинематическая
схема станка, предназначенного для заточки и
переточки круглых и плоских протяжек из
быстрорежущей стали или твердого сплава
абразивными, эльборовыми и алмазными
кругами как без охлаждения, так и с охлажде-
нием. На станке можно выполнять следующие
операции:
заточку круглых протяжек по передней
поверхности;
заточку плоских протяжек по передней и
задней поверхностям;
шлифование спинки зубьев протяжек;
шлифование выкружек на круглых про-
тяжках;
нанесение стружкоразделительных кана-
вок;
заточку сегментных протяжек с выпук-
лым и выгнутым профилем;
Рис. 1.16.21. Кинематическая схема станка для заточки червячных фрез.
Электродвигатели 1 - вращения заготовки, 2 - поворота шлифовальной головки' 3 - вращения шлифовального
круга, 4 - механизма поправки, 5 - шлифовальный круг, 6 - вентилятор, 7 - поперечного перемещения
шлифовальной бабки, 8 - перемещения шлифовальных салазок, 9 - перемещения алмаза правки
586
Глава 1 16 ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Рис. 1.16.22. Кинематическая схема станка для заточки протяжек
шлифование заходов у шлицевых протя-
жек.
Все движения в станке осуществляются
направляющими качения. Перемещение стола,
шлифовальной головки вверх-вниз механизи-
рованы, поперечное перемещение шлифоваль-
ной головки осуществляется от гидро-
цилиндра. Станок оснащен системой ЧПУ.
Станок в автоматическом цикле обраба-
тывает по задней поверхности зуба плоские, а
по передней поверхности - плоские и круглые
протяжки Кинематическая схема полуавтома-
та обеспечивает следующие основные движе-
ния:
программируемые перемещения стола -
двигатель 1 (координата А7);
вертикальное программируемое переме-
щение шлифовального круга - двигатель 8
(координата Y);
поперечное программируемое перемеще-
ние шлифовального круга - двигатель 9
(координата 2);
программируемое перемещение алмаз-
ного ролика в плоскости параллельной оси
шлифовального круга - двигатель 4
(координата U);
программируемое перемещение алмаз-
ного ролика в плоскости, перпендикулярной
оси шлифовального круга - двигатель 5
(координата W);
программируемый поворот шпинделя
передней бабки - двигатель 2 (координата Л');
разворот шлифовальной бабки - в гори-
зонтальной плоскости - двигатель 3;
разворот стойки в вертикальной плоско-
сти - двигатель 6;
вращение шлифовального круга - двига-
тель 7.
Станки для заточки пил. Пилы изнаши-
ваются преимущественно по задней поверхно-
сти, однако для сохранения объема стружеч-
ных канавок переточку пил ведут по всему
профилю зуба.
Заточка дисковых сегментных пил диа-
метром до 1430 мм производится по профилю
зуба и переходным режущим кромкам пери-
ферией абразивного круга, заправленного по
радиусу.
Принцип формообразования зубьев - об-
ход шлифовальным кругом контура зуба при
равномерном вращении затачиваемой пилы
путем сочетания следующих автоматических
движений: вращения шлифовального круга;
возвратно-поступательного движения шлифо-
вального круга на глубину зуба, управляемого
кулаком; равномерного вращения пилы; по-
ступательного движения шлифовальной голов-
ки, подачи на врезание.
Изменение формы и геометрии режущей
части зуба затачиваемой пилы обеспечивается
сменными кулаками, а число зубьев - путем
замены сменных шестерен гитары деления.
Заточка прорезных и зачистных зубьев прово-
дится в один рабочий цикл. Наличие автома-
тической подачи шлифовального круга с вы-
хаживанием и остановкой станка после снятия
заранее установленного припуска позволяет
применять многостаночное обслуживание.
Станки для шлифования канавок инстру-
мента. Стружечные канавки режущего инстру-
мента в соответствии с формой его рабочей
части чаще всего располагают на цилиндриче-
ской поверхности или торце. Метод шлифова-
ния канавок получил распространение пре-
имущественно для концевого инструмента
диаметром до 20 мм (сверла, концевые фре-
зы, зенкеры, развертки). Основными достоин-
ствами процесса шлифования являются высо-
кая точность геометрических параметров и
качество рабочих поверхностей стружечных
канавок. Поэтому шлифование стружечных
канавок применяют преимущественно при
изготовлении режущего инструмента повы-
СТАНКИ ДЛЯ ШЛИФОВАНИЯ КУЛ
шенной и высокой точности. Основными об-
ластями применения операции шлифования
является обработка винтовых канавок и спи-
нок спиральных сверл, винтовых и торцовых
канавок концевых фрез, прямых канавок мет-
чиков. Все большее применение находят стан-
ки с ЧПУ для шлифовки канавок инструмента
с использованием высокоскоростной техно-
логии, обеспечивающей производительное и
точное изготовление одно- и многоканавоч-
ного инструмента диаметром 1,9 - 20 мм.
Полный цикл обработки инструмента, т.е.
шлифование канавки, затылка ленточки и
заточка проводятся с одного установа.
Станки для заточки метчиков и плашек.
Переднюю поверхность метчика затачивают
торцом тарельчатого или чашечного круга.
Особенно эффективна эльборовая глубинная
заточка метчиков небольших и средних разме-
ров. Задние поверхности режущей части мет-
чика затачивают (затылуют) периферией абра-
зивного круга типа ПП. Затылование произво-
дится цилиндрическим кругом, ось которого
располагается под углом <р к оси метчика, или
коническим кругом, профиль которого за-
правляется под углом <р. Применяют две схемы
затылования метчиков с прямыми канавками*
радиальную и осевую.
Круглые закаленные плашки затачивают
абразивными, алмазными и эльборовыми
кругами Заточку (затылование) задних по-
верхностей плашек проводят только один раз
при изготовлении плашки.
1.16.9. СТАНКИ ДЛЯ ШЛИФОВАНИЯ КУЛАЧКОВ
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ВАДОВ
В станках с традиционным методом
шлифования кулачков формообразующее про-
филь движение задается заготовке, установ-
ленной на качающемся столе, который приво-
дится в движение от задающего ролика, кон-
тактирующего с поверхностью мастер-копира
(эталонного кулачка). Перемещение каждого
следующего кулачка в зону обработки прово-
дится при продольном движении стола.
Для каждого кулачка вала используется
свой копир, угловое положение которого точ-
но соответствует положению кулачка вала, т.е.
число и положение копиров соответствует
числу и положению кулачков обрабатываемого
вала. При необходимости обработать вал дру-
гого наименования производится трудоемкая
переналадка мастер-копира, предварительно
изготовленного для нового распределительного
вала.
При традиционном методе шлифование
кулачка ведется, как правило, с постоянной
частотой вращения заготовки При этом в зоне
линейных участков кулачков возникают высо-
кие ускорения, что, в свою очередь, приводит
к повышению трения в месте контакта круга и
Рис. 1.16.23. Шлифовальный станок для кулачков
распределительных валов с ЧПУ и мастер-копнром:
1 - мастер-копир, 2 - копирный ролик (перемещается
по координате Wпо команде от УЧПУ),
3 - правящий алмазный ролик с приводом подачи по
оси У для непрерывной пранки, 4 - качающийся стол,
5 - кулачковый вал, X - поперечная подача
шлифовального круга, Z - продольное перемещение
стола изделия
кулачка, повышению температуры и появле-
нию "шлифовальных" трещин на поверхности
кулачка.
Этих недостатков лишены станки (рис.
1.16.23) с позиционной системой ЧПУ, про-
граммируемой частотой вращения заготовки и
программируемым переключением копиров
для установки угла кулачков.
Программирование частоты вращения
вала (удовлетворительные результаты дает из-
менение частоты через один градус) осуществ-
ляют с целью поддержания постоянства пери-
ферийной скорости на поверхности кулачка,
что способствует равномерному снятию при-
пуска по всему профилю
Конструктивное решение позволяет при-
менять один копир (если форма всех кулачков
одинакова) или несколько копиров по прин-
ципу: сколько форм кулачков - столько копи-
ров.
На рис. 1.16.24 показан привод враще-
ния заготовки на станке с ЧПУ и мастер-
копиром. Для изменения угла выводится из
зацепления прецизионная муфта 3, соеди-
няющая шпиндель 5 и втулку, на которой
смонтирован мастер-копир 4. Шпиндель изде-
лия поворачивается на запрограммированный
угол, после чего муфта вновь вводится в заце-
пление. Подобный подход в значительной
степени сокращает время на переналадку.
На станке с ЧПУ формообразование
профиля кулачка происходит без мастер-
копиров посредством интерполяции (приме-
няются сплайн-методы) между углом поворота
изделия и перемещением шлифовальной бабки
в направлении оси X. Продольное перемеще-
ние стола по оси Z служит для ввода кулачка в
зону шлифовального круга При этом исклю-
чаются трудоемкие и дорогие в производстве
мастер-копиры; появляется возможность стро-
ить станки для обработки кулачковых валов на
базе отработанных конструкций круглошлифо-
588
Ежам 1.16. ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Рис. 1.16.24. Привод вращения заготовки станка с ЧПУ мастер-копнром:
1 - датчик частоты вращения; 2 - двигатель; 3 - легкоразъединяемая муфта с
крутильной жесткостью; 4 - копир (за ним направляющий ролик); 5 - шпиндель;
6 - кулачковый вал; 7 - боковые поверхности; 8 - качающийся стол детали;
9 - регулятор; 10 - носитель информации; 11 - вычислительное устройство
(запоминающее устройство) (микропроцессор); 12 - система управления станка
Рис. 1.16.25. Классификация средств балансировки шлифовальных кругов
вольных станков общего применения. Для
достижения требуемой точности формы кулач-
ка необходима малая инерционность участ-
вующих в формообразовании исполнительных
органов, управляемых от ЧПУ, в частности,
шлифовальной бабки, и высокая скорость
интерполяции (менее 4 мс).
Производительная технология обработки
кулачков предусматривают применение высо-
коскоростного шлифования (с окружной ско-
ростью вращения шлифовального круга до
120 м/с) кругами из нитрида бора, непрерыв-
ную правку круга, эффективную подачу в зону
резания смазочно-охлаждающей жидкости до
120 л/мин под давлением до 1,2 МПа.
1.16.10. КОНСТРУКЦИИ БАЛАНСИРУЮЩИХ
УСТРОЙСТВ
Дисбаланс измеряется в виде произведе-
ния неуравновешенной массы на радиус ее
положения (в г • мм), либо в смещении центра
масс вращающихся элементов от оси вращения
(в мкм). На практике проявление дисбаланса
контролируют по размаху колебаний шлифо-
вальной бабки, измеренному в точке, ближай-
шей к инструменту. При таком измерении
увеличение параметров шероховатости и уве-
личение погрешности формы и размера отме-
чается, начиная от 0,05 мкм, и менее размаха
колебаний на шлифовальной бабке. При этом,
только что установленный, не отбалансиро-
ванный шлифовальный круг вызывает колеба-
ния 3 10 мкм.
Для балансировки шлифовальных кругов
используют различные средства от узко спе-
циализированных до широкоуниверсальных.
Классификация средств балансировки относи-
тельно шкалы точности представлена на рис.
1.16.25. Все средства, можно разделить на три
основные группы.
Первая, широкоуниверсальная, охватыва-
ет средства балансировки кругов вне шлифо-
вального станка и включает в себя простые в
конструктивном исполнении стенды с парал-
лельными опорами, опорами качения и аэро-
статическими опорами, на которых круг ба-
лансируется установленным на специальной
КОНСТРУКЦИИ БАЛА1
оправке. Под действием дисбаланса круг ори-
ентируется тяжелым местом вниз и балансиру-
ется установкой с противоположной стороны
вручную корректирующих грузов в пазу план-
шайбы. Длительность балансировки - 10 -
30 мин. Менее длительной, до 5 мин, является
балансировка на горизонтальных или верти-
кальных балансировочных весах и универсаль-
ных балансировочных станках.
Вторую группу средств балансировки,
позволяющих выполнять балансировку на
шлифовальном станке без использования ка-
кой-либо аппаратуры, составляют авто-
балансирующие устройства с самоустановкой
корректирующих грузов. В таких устройствах
управляющее воздействие создается действием
дисбаланса и реализуется либо через динами-
ческие свойства шлифовального станка, либо
через изменение давления опоры жидкостного
трения.
В первом случае применяются зарезо-
нансные автобалансирующие устройства. В
данных устройствах на частоте вращения, пре-
вышающей собственную частоту колебаний
шпинделя или станка, шпиндель с кругом
смещаются в сторону, противоположную дис-
балансу. Устанавливая на такой ротор полую
обойму или ось, концентричную оси враще-
ния, и размещая на них различные подвижные
элементы и жидкости, получают автобаланси-
рующие устройства. При балансировке под-
вижные элементы и жидкости дополнительно
перемещаются в направлении смещения обой-
мы, т.е. в противоположном дисбалансу на-
правлении и таким образом происходит урав-
новешивание. Основным достоинством таких
устройств являются простота и относительно
небольшие габариты.
Повышение точности балансировки по-
зволяют обеспечить управляемые балансирую-
щие устройства с принудительным перемеще-
нием корректирующих грузов. В этих устрой-
ствах управляющее воздействие не зависит
напрямую от значения дисбаланса и может
регулироваться по любому заданному закону.
Процесс балайсировки проводится на основе
показаний виброизмерительных приборов,
датчик колебаний которых, как правило, раз-
мещается на шлифовальной бабке. Траектория
перемещения центра грузов при балансировке
может быть любой, но чаще всего является
сочетанием прямых и дуг окружности в соот-
ветствии с траекториями перемещения или
изменения корректирующих грузов. Точность
балансировки не зависит от формы траектории
корректирующих грузов, а определяется глав-
ным образом минимальной дискретой изме-
нения дисбаланса устройства, точностью и
динамическими параметрами виброизмери-
тельного прибора. Наибольшее распростране-
ние получили механические и гидробаланси-
рующие устройства с дистанционным и авто-
матическим управлением. Общая схема ком-
поновки автоматического управляемого балан-
сирующего устройства представлена на рис.
1.16.26. На шлифовальной бабке 1 установле-
ны датчик 2 колебаний и датчик 3 угловой
метки. Блок 4 определяет значение и угол
дисбаланса. Блок 5 выполняет функции кон-
троля и автоматического управления баланси-
ровкой. Блок 6 усиливает и преобразует
управляющие сигналы, которые подаются на
балансирующею устройство 7, установленное
на планшайбе шлифовального круга 8.
Конструктивные схемы балансировочных
устройств различных типов и область их при-
менения приведены в табл. 1.16.7.
Рис. 1.16.26. Общая схема компоновки
автоматического балансирующего устройства
1.16.7. Конструктивные схемы балансировочных устройств
Конструктивная схема
Преимущества и недостатки
Область применения и состав
устройства
Преимущества: простота кон-
струкции стенда с аэростати-
ческими опорами или опора-
ми качения.
Недостатки: длительность
балансировки (10 - 30 мин);
снижение точности баланси-
ровки при перестановке круга
с оправки на шпиндель; не-
возможность оперативно кон-
тролировать и устранять дис-
баланс
Балансировка на гидростати-
ческих опорах вне станка
при подготовке кругов перед
установкой на станок для
устранения начального дис-
баланса
590
Глава 1.16. ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Продолжение табл. 1.16.7
Конструктивная схема
Преимущества и недостатки
Область применения и
состав устройства
Автобалансирующее
устройство
Преимущества: самоуста-
новка корректирующих
масс; балансировка осу-
ществляется непосредст-
венно на станке; мини-
мальные радиальные
габаритные размеры.
Недостатки: использова-
ние в качестве баланси-
рующего элемента ртути
и др. жидкостей
Внутр ишлифовальные
станки. Обойма 1 с
кольцевыми полостями
3, заполненными балан-
сировочной жидкостью
4, надевается на оправку
2 внутришлифовальной
головки
Автобалансирующее
ройство
уст-
Преимущества: фиксация
масс, осуществляющих
балансировку, после
уменьшения управляю-
щего воздействия.
Недостатки: наличие в
передней опоре шпинде-
ля подшипников 6 раз-
ной жесткости
Круглошлифовальные
станки. Устройство раз-
мещается в расточке
шпинделя 1. Содержит
шары 2, фиксатор 3,
пружину 4, отжимаемую
жидкостью, подаваемой
под давлением через
канал 5
Автобалансирующее уст-
ройство
Преимущества: работа в
любом режиме, в т.ч.
дорезонансном; возмож-
ность непрерывного сле-
жения за дисбалансом;
высокая точность балан-
сировки; не требуются
измерительные средства.
Недостатки: необходим
дополнительный энерго-
носитель - жидкость или
газ
Станки с гидростатиче-
ской подшипниковой
опорой. Устройство со-
держит подвижные кор-
ректирующие грузы 1 и
7, неподвижный груз 3,
каналы для прохождения
жидкости 2, 4, 6, 9 и 10,
шпиндель 5 с гидроста-
тической опорой 8
Комбинированное
балансирующее устройство
Преимущества: виброга-
шение осевых и радиаль-
ных колебаний шпинде-
ля и шлифовального
круга; повышение точно-
сти балансировки на
любых режимах работы
Станки для шлифования
торцом круга или кони-
ческой частью круга.
Конструкция: 1 - кор-
пус; 2. 4 камеры
(четыре); 3 - приемник
жидкости; 5, 9 - проти-
вовесы (четыре); 6,
10 - упругие элементы;
7 - отверстие для слива
жидкости; 8 - распреде-
литель жидкости
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ СТАНКИ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ
591
1.16.11. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ СТАНКИ -,г
АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ. КОНСТРУКЦИИ И
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ fh5f
Оборудование струйно-абразивной обра-
ботки. Способ струйно-абразивной обработки
(САО) заключается в использовании эффекта
удара частиц обрабатывающего материала об
обрабатываемую поверхность. Физическая
картина процесса аналогична изнашиванию
материалов, находящихся под действием пото-
ка частиц. При этом, кроме съема металла с
поверхности, наблюдается ее упрочнение и
изменение микрогеометрии, а в тонких по-
верхностных слоях возникают остаточные на-
пряжения сжатия.
САО является эффективным способом
обработки сложнопрофильных поверхностей.
В отличие от ряда других способов обработки
свободным абразивом (виброабразивной, цен-
тробежной), с помощью САО можно обрабо-
тать также полости, выемки, углубления. Спо-
соб применяется для очистки поверхностей от
окалины, нагара, продуктов коррозии, удале-
ния мелких заусенцев, округления острых
кромок, подготовки под покрытия, склеива-
ние, пайку и описан в работе [3].
Перемешанные с жидкостью (техничес-
кая вода) и соответствующими антикоррозий-
ными добавками частицы абразивного мате-
риала поступают в струйный аппарат, где по-
средством энергии сжатого воздуха разгоняют-
ся до скоростей 100 - 200 м/с и распыляются
соплом в виде струи. Последняя направляется
на деталь и, соударяясь с поверхностью, обра-
батывает ее. В процессе САО образуются чис-
тые матовые поверхности без направленных
рисок, состоящие из множества перекрываю-
щих друг друга лунок - следов ударов абразив-
ных частиц.
Основными технологическими характе-
ристиками САО являются: давление сжатого
воздуха, вид абразивного материала и его зер-
нистость, концентрация и состав суспензии,
угол атаки струи, длина струи и время обра-
ботки На процесс влияет также конструкция
струйного аппарата.
В качестве обрабатывающего материала
используют пемзовый порошок, частицы
"сухого льда", толченые косточки вишен, аб-
рикосов, ореховую скорлупу, металлические
порошки, стеклянные шарики. Зернистость
подбирается в зависимости от состояния ис-
ходной поверхности и требований, предъяв-
ляемых к микрогеометрии обработанной.
Концентрация абразива в суспензии по массе
составляет 1 : 4 (1 часть абразива на 4 части
воды) При обработке хрупких материалов,
закаленных сталей углы атаки 90°, для более
пластичных материалов - угол атаки 45 - 60°.
С увеличением времени обработки уве-
личивается съем металла, повышается микро-
твердость поверхности, наблюлается пост ве-
личины и глубины залегания остаточных на-
пряжений сжатия в поверхностном слое.
Для осуществления процесса необходима
подача суспензии к струйному аппарату и ее
распыление сжатым воздухом.
Применяют центробежные насосы. Для
установок с 8 - 10 струйными аппаратами и
гидравлическим перемешиванием обычно под-
ходят насосы с напором 0,8 - 1,0 м и подачей
320 - 450 л/мин
Удовлетворительно работают насосы с
обрезиненной крыльчаткой и корпусом
(улитой). В ряде случаев корпус изготовляют
из отбеленного чугуна. Широко применяют
быстросменные прокладки из износостойкой
резины. При этом корпус может быть изготов-
лен из обычных материалов.
На рис. 1.16.27 приведена конструкция
струйного аппарата, распространенного в
практике САО Аппарат состоит из корпуса 3,
в который вставлены насадка 1 и сопло 4,
фиксируемые винтами 2 и 5. В корпус и сопло
ввернуты штуцеры 7 и 8 для соединения аппа-
рата с магистралями подачи соответственно
суспензии и сжатого воздуха. В штуцере 7
установлен клапан 6, предотвращающий попа-
дание суспензии в магистрали сжатого воздуха.
Расстояние между насадкой и соплом делают
регулируемым. Соотношение между их диа-
метрами Дмс: Dc = 2,1 : 1 является оптималь-
ным. Обычно применяют насадки диаметром
10 - 14 мм Насадки выполняют из износо-
стойких материалов, покрывают резиной. Не-
редко используют сопла для дробеструйных
аппаратов из минералокерамики.
Насадки выполняют цилиндрическими,
коническими сходящимися, щелевидной фор-
мы. Для получения высоких скоростей иногда
применяют насадки с экспоненциальным
профилем - сопла Лаваля.
Камеру обработки обычно располагают
над баком суспензии. Объем камеры должен
быть достаточным для размещения в ней уз-
лов, несущих струйные аппараты, обрабаты-
ваемые детали. Камеру оснащают дверцами и
окнами для регулирования положения струй-
ных аппаратов и наблюдения за ходом обра-
Рис. 1.16.27. Струйный аппарат, применяемый для
стптйно-абпазивиой обпабптки
592
Глава 1.16. ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Рис. 1.16.28. Схема абразивно-планетарной обработки
ботки. В камере не должно быть полок, полос-
тей, щелей, где может скопиться абразив, вы-
зывая уменьшение концентрации суспензии.
Станки для абразивно-планетарной обра-
ботки. Сущность процесса абразивно-
планетарной обработки заключается в том, что
рабочая смесь, состоящая из обрабатываемых
деталей и наполнителя, заключенная в камеру
(контейнер), подвергается планетарному вра-
щению вокруг некоторого центра. За счет воз-
никающих центробежных сил создаются необ-
ходимые для обработки контактные давления.
Детали, подвергаемые обработке, должны
обладать определенной жесткостью. Станки
имеют объем камер до 5 л, в которых обраба-
тывают детали приборов, часов, фото-, кино-
аппаратуры, текстильных и швейных машин,
электротехнических изделий (контакты, шты-
ри, детали реле). Способ применяется для
жидкостно-абразивной обработки, шлифова-
ния, полирования, очистки от окалины, кор-
розии, очистки отливок, подготовки поверх-
ностей под различные покрытия, а также для
предварительной обработки и полирования
драгоценных камней, ювелирных изделий [1,
5].
По производительности процесс эффек-
тивнее виброабразивной обработки в 5 - 8 раз.
Схема обработки приведена на рис.
1.16.28. Рабочая смесь 1 (рис. 1.16.28, о), за-
ключенная в камеру 2, вращается вместе с
водилом 3 с частотой лв вокруг оси Ор При
этом допустим, что ось камеры О2 закреплена
в водиле (лк = 0). Рабочая смесь под действи-
ем центробежной силы, возникшей от враще-
ния водила, будет прижиматься к стенкам
камеры, образуя поверхность радиуса R. При
повороте камеры на некоторый угол относи-
тельно оси О2 (пк = кп*) рабочая смесь зай-
мет новое положение (отмечено на рис.
1.16.28, б штриховой линией) и под действием
центробежных сил, развиваемых водилом,
будет стремиться занять прежнее положение.
Рабочая смесь из участка А переместится в
участок В. При планетарном вращении каме-
ры вокруг осей и О2 (пъ, п*) на поверхно-
сти рабочей смеси образуется движущийся
слой 4 (рис. 1.16.28, в), в котором и происхо-
дит обработка.
На практике принимают частоту враще-
ния водила 200 - 500 мин'1; при этом нижний
предел применяют для камер больших объе-
мов.
Рабочая смесь состоит из обрабатывае-
мых деталей и наполнителя - различных абра-
зивов, кварцевого песка, боя шлифовальных
кругов абразивных тел, применяемых в рота-
ционной и виброрабразивной обработке, паст,
порошков, микропорошков, стальных шари-
ков, кусков дерева, кожи, металлической сеч-
ки. Зернистость абразива (кварцевого песка)
составляет 0,2 - 0,3 мм. Соотношение деталей
и наполнителя по массе составляет от 5 : 1 до
10 : 1. При наличии пустот и углублений в
деталях это соотношение может быть умень-
шено до 2 : 1 или 1 : 1.
В зависимости от типа и материала обра-
батываемых деталей и задач обработки реко-
мендуются следующие значения времени обра-
ботки:
3-10 мин - очистка, зачистка, жидкост-
но-абразивная обработка;
5-10 мин - подготовка под гальванопо-
крытия, окраску;
10 - 15 мин - шлифование;
30 - 40 мин - полирование с применени-
ем специальных наполнителей, паст, жидких
компонентов.
Рекомендуется выбор соотношения ско-
ростей вращения камер и водила (п / N) вы-
бирать из условия:
где г -радиус камеры; R - радиус водила.
Левая часть неравенства охватывает стан-
ки со встречным вращением водила и камер,
правая с вращением в одном направлении.
Частота вращения водила обычно состав-
ляет 200 - 500 мин-1, которая устанавливается
исходя из условий техники безопасности и
целей, которые должны быть достигнуты в
результате обработки. Наиболее распростра-
ненная форма камер - цилиндрическая. Отно-
шение высоты к диаметру выбирается из кон-
структивных соображений и рекомендуется
чН/ D = 1,2 ч- 1,5 для камер объемом до 10 л;
HI D •= 1,0 для камер объемом 10 -е- 20 л;
Н/ D = 0,8 для камер объемом свыше 20 л.
Стенки камеры покрывают резиной, полиуре-
таном.
1.16.12. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ ИЗ
ШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКОВ.
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Автоматические линии (АЛ) из шлифо-
вальных станков предназначены для предвари-
тельного и чистового шлифования наружных и
внутренних поверхностей деталей (преиму-
щественно тел вращения). АЛ применяются в
массовом и крупносерийном производствах
деталей двигателей внутреннего сгорания
(гильзы, клапана, направляющие втулки и
седла, пальцы, валы, оси и т.д.), а также для
изготовления колец подшипников. Основные
данные по обработке типовых деталей на АЛ
шлифования приведены в табл. 1.16.8.
1.16.8. Основные данные по обработке типовых деталей на АЛ шлифования
Тип обрабатываемых деталей Технологическая после- довательность шлифова- ния поверхностей Применяемые станки Схема шлифования
Кольца подшипников массового производ- ства: цилиндрические конические кольца железно- дорожных под- шипников а) Торцовые б)Наружные (цилиндрические, конические) в) Внутренние Двухсторонние торцошлифо- вальные Круглошлифо- вальные Внутришлифо- вальные На проход а) Бесцентровые б) На башмаках На башмаках
й fl». 34 a)LF it . „
№
«) W-
Валы, прутки, штоки, золотники, пальцы шатуна Наружные цилинд- рические Круглошлифо- вальные Бесцентро] кругом зое с широким
Клапана, шатунные болты Торцовые Двухсторонние торцошлифова льные В барабане на призмах
Наружные: цилиндрические фасонные Круглошлифо- вальные цент- ровые В цангрво! Г*’ _ 1'V 4 патро] не 4-
-y)
Гильзы цилиндров Торцовые и цилинд- рические с одного Устинова Круглошлифо- вальные с уг- ловой схемой и чашечным кругом из стм Врезное с базиро] отверстию на ш ской оправке ганием по гевматиЧе-
— -—.—- —
594
Глава 1.16. ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Рис. 1.16.29. АЛ для шлифования наружных колец железнодорожных подшипников:
1 - продольный двухярусный транспортер, 2, 8 - двухшпиндельные плоскошлифовальные автоматы с
вращающимся электромагнитным столом (для обработки противобазового и базового торцов соответственно),
3, 22- руки выгрузки, 4 - рука загрузки, 5, 23, 27- поперечные транспортеры, 6 - кантователь,
7, 20 - демагнитизаторы, 9 - цепной подъемник, 10, 19 - магазины, 11 - загружатель, 12, 14 - загрузочные валки;
13 - бесцентровый автомат для предварительного круглого шлифования, 15 - бесцентровый автомат для
окончательного круглого шлифования; 16 - выгружатель, 17 - подъемник, 18 - лоток, 21 - бесцентровые
внутришлифовальные автоматы для шлифования цилиндрической поверхности бортов, 24 - бесцентровые
внутришлифовальные автоматы для чернового шлифования дорожки качения, 25 - трехпозиционные
бортикошлифовальные автоматы, 26 - поворотная рука выгрузки
Принципы построения всех АЛ шлифова-
ния идентичны:
в качестве технологического оборудова-
ния используются специальные станки-авто-
маты;
структура АЛ последовательно-парал-
лельная;
транспортирование деталей бесспутнико-
вое, сквозное при обработке на торце- и круг-
лошлифовальных станках и несквозное при
обработке на других шлифовальных станках;
АЛ для шлифования объединены в сис-
темы АЛ по технологической последовательно-
сти обработки;
кроме шлифовальных автоматов и транс-
портного оборудования, АЛ могут быть допол-
нены автоматами моечно-сушильными, мар-
кирования, резьбонакатными, рихтовальными,
контрольными и т.д.
Схема АЛ шлифования приведена на
рис. 1.16.29.
При создании АЛ для шлифования реша-
ется широкий круг технических и организаци-
онных вопросов, которые можно разделить на
технологические и конструктивные.
Технологические вопросы связаны с по-
строением технологического процесса обра-
ботки деталей, распределением припусков по
АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ
операциям, определением .требований к обо-
рудованию и выбором оборудования. Общий
порядок решения этих вопросов подробно
освещен в работах [2, 4]. Технологические
возможности различных видов шлифовальных
автоматов, встраиваемых в АЛ, приведены в
соответствующих разделах тома, а также в ра-
боте [7].
Особенности построения технологии для
АЛ шлифования типовых деталей массового и
крупносерийного производства заключаются в
следующем.
Для коротких деталей вращения типа ко-
лец основной базой является торцовые по-
верхности. Поэтому на первой операции вы-
полняется шлифование торцов. Базирование
по торцу и наружному диаметру применяется
на всех последующих операциях круглого и
внутреннего шлифования и доводочных. Для
обеспечения надежного базирования кольца
при круглом и внутреннем шлифовании и
эксплуатации детали, ее торцовые поверхности
должны иметь отклонения от плоскостности и
взаимной параллельности 3-10 мкм (в зави-
симости от размера кольца и класса подшип-
ника).
В большинстве случаев для деталей типа
колец применяют двухсторонние торцошлифо-
вальные автоматы проходного типа. Загрузка
деталей производится из бункеров. Межопера-
ционное транспортирование - по гибким лот-
кам гравитационным методом. Подъемники
устанавливают как для каждого автомата, так и
для группы автоматов с применением делителя
потоков. Для подачи в автоматы из бункера
несимметричных деталей типа конических
колец обязательно предусматривают ориенти-
рующее устройство. Накопление и дальнейшее
транспортирование таких деталей производит-
ся в строго ориентированном положении.
Тяжелые кольца типа колец железнодо-
рожных подшипников проходят операцию
торцового шлифования на вертикальных авто-
матах 2 и 8 (см. рис. 1.16.29) с круглым маг-
нитным столом; транспортируются по роль-
ганговым транспортерам, накапливаются в
магазинах 10 и 19 со спиральным роликовым
лотком.
Операции двухстороннего торцового
шлифования колец многократно превышают
по производительности все остальные (5 -
10 тыс. шт./ч с одного станка) и поэтому по-
сле них встраиваются магазины-накопители
вместимостью до сменной производительности
следующих АЛ.
Автоматы для круглого 13 и 15 и внут-
реннего 21, 24 шлифования колец отличаются
производительностью. Лимитирующими явля-
ются внутришлифовальные операции:
меньше подачи из-за малой жесткости
упругой системы;
быстро изнашиваются и часто меняются
шлифовальные круги из-за их малого диамет-
ра;
в каждом цикле обработки требуются до-
полнительные холостые ходы шлифовального
круга для его правки и загрузки деталей.
Синхронизация производительностей
участков круглого и внутреннего шлифования
колец осуществляется за счет параллельной
установки разного количества автоматов.
Для всех деталей вращения стержневого
типа основной базой является, наружная ци-
линдрическая поверхность.
Черновое и чистовое круглое шлифова-
ние осуществляются на бесцентровых круг-
лошлифовальных автоматах. Детали с прямо-
линейной образующей шлифуют на проход с
применение широких кругов. Профильные
детали шлифуют врезным методом на станках
с широким или узким кругом (в зависимости
от длины детали).
Дальнейшую обработку деталей с фасон-
ными поверхностями (клапаны, шатунные
болты) производят на двухсторонних торцо-
шлифовальных автоматах с обеспечением вы-
сокой точности по длине детали. При после-
дующем круглом шлифовании фасонного
профиля и рабочей фаски один из торцов
детали является установочной базой.
Специфика круглого шлифования тонко-
стенных гильз двигателей внутреннего сгора-
ния обусловлена их низкой жесткостью и вы-
сокими требованиями к точности взаимного
расположения отверстия, поясков и торцов
гильзы. Это вызвало потребность в специаль-
ной конструкции круглошлифовальных авто-
матов. Вся шлифовальная обработка проводит-
ся с одного установа на пневмостатической
оправке с базированием по хонингованному
отверстию и внешнему торцу. Загрузка и вы-
грузка гильз осуществляется портальным робо-
том.
Проектирование АЛ ведут с учетом осо-
бенностей процесса пооперационного форми-
рования параметров качества обрабатываемых
деталей и влияния на него явления технологи-
ческого наследования погрешностей. Как пра-
вило, существенное влияние на формирование
качества детали оказывают отклонения геомет-
рических параметров, заложенные на началь-
ных операциях АЛ [6, 8].
Схема формирования погрешностей при
финишной обработке дорожки качения на-
ружного кольца подшипника приведена на
рис. 1.16.30. Кольца, поступающие на опера-
цию получистового шлифования дорожки
после токарной и термической обработки,
имеют отклонения по смещению от базового
торца, от круглости, по диаметру и профилю
дорожки. Сочетание предельных величин ука-
занных погрешностей формирует припуск
неправильной формы.
596
Глава 1ЛС ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Рис. 1.16.30. Схемы шлифования колец подшипников:
а - чистовое шлифование дорожки качения со
смещенным профилем (/ - влево, 2 - вправо),
б - суперфиниширование дорожки качения со
смещением влево (h - выработка бруска вследствие
повышенного параметра шероховатости и
искаженного профиля края дорожки),
в - суперфиниширование следующего кольца с
дорожкой качения, смещенной вправо, г - профиль
дорожки качения второго кольца после
супершлифования
Шлифование колец с таким припуском
сопровождается несимметричным износом
шлифовального круга, вызывающим искаже-
ние профиля обработанной дорожки, повы-
шенные волнистость, шероховатость Если
такие кольца поступают из транспортной сис-
темы от нескольких автоматов на чистовое
шлифование, то геометрические отклонения от
кольца к кольцу влечет за собой искажение
формы дорожки и недоработку части поверх-
ности при чистовом шлифовании и после-
дующем суперфинишировании
Учитывая приведенную закономерность,
автоматы для получистового и чистового шли-
фования жестко завязывают транспортной
системой друг с другом и с определенным
суперфинишным автоматом
Конструктивные особенности встраивае-
мости автоматического оборудования в АЛ.
В станках-автоматах должна быть преду-
смотрена возможность надежного приема по-
луфабрикатов на обработку из транспортной
системы и выгрузки их после обработки в
определенном, ориентированном положении.
При необходимости переориентации полуфаб-
рикатов между станком и транспортной систе-
мой, автоматы оснащают манипуляторами На
входе в автоматы предусматривают устройства,
не допускающие попадания неверно ориенти-
рованной детали
Шлифовальные автоматы, предназначен-
ные для встройки в АЛ, как правило, оснаща-
ют приборами активного контроля даже при
невысоких требованиях к точности обработки.
Автоматы оснащают также дополнительными
приборами и сигнализацией, позволяющими
быстро диагностировать состояние основных
систем и агрегатов.
Пульты управления и приборы распола-
гают так, чтобы оператор мог следить за рабо-
той нескольких станков с определенного мес-
та.
Система управления автоматом должна
предусматривать возможность автоматической
связи с системой управления транспортными
агрегатами на загрузке и выгрузке деталей из
станка.
Систему управления автоматом при
взаимодействии с транспортом АЛ формируют
так, чтобы автомат начинал прием и обработку
заготовок только при наличии столба деталей в
подающем транспорте и останавливал обра-
ботку при переполнении транспорта на вы-
грузке.
1.16.13. ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА МЕТОДОВ И
ЦИКЛОВ ШЛИФОВАНИЯ
Эффективность шлифовальной обработ-
ки в значительной степени определяется мето-
дом шлифования и структурой технологиче-
ского цикла.
Метод шлифования - это совокупность
движений исполнительных органов станка,
обеспечивающая получение деталей требуемой
геометрии и качества. Имеется два основных
метода обработки: копировальный и контур-
ный, которые в шлифовании обычно опреде-
ляют как врезное и продольное (маятниковое)
шлифование соответственно. При копироваль-
ном методе геометрия обрабатываемой по-
верхности полностью определяется геометрией
рабочих кромок. При контурном шлифовании
геометрия поверхности детали определяется
геометрией кромок и траекторией их движе-
ния относительно поверхности. Выбор метода
определяется геометрией обрабатываемой по-
верхности, требованиями к качеству и произ-
водительности, а также возможностями обору-
дования.
При использовании универсального обо-
рудования в большинстве случаев имеется
альтернативный выбор. Рациональное решение
может быть получено на основе анализа тех-
нико-эконимической модели, которая учиты-
вает параметры процессов шлифования и
правки. Такой анализ целесообразно прово-
дить на стадии проектирования оборудования
и технологического процесса, например, для
специальных станков крупносерийного и мас-
сового производства Он возможен также и на
этапе проектирования конкретного технологи-
ческого маршрута при использовании универ-
сального оборудования.
Рис. 1.16.31. Схемы основных методов шлифования:
а - копировальная обработка - врезной метод, б - копировальная обработка с осцилляцией;
в - контурная обработка, г - строчное шлифование, д - строчное шлифование с зачисткой
В ряде случаев выбор может быть осуще-
ствлен на основе общих рекомендации, фор-
мулируемых следующим образом
копировальная обработка обеспечивает
более высокую производительность, однако
при обработке сложных профилей (не прямо-
линейных) требует значительных затрат на
профилирование круга,
контурная обработка обеспечивает более
высокое качество и универсальность
На практике используются также комби-
нированные методы, сочетающие элементы
копировальной и контурной обработки Из
комбинированных методов наиболее широко
применяются врезное шлифование с ос-
цилляцией и строчное шлифование с зачист-
кой Схемы, иллюстрирующие разные методы
обработки, приведены на рис. 1.16.31. Копи-
ровальная обработка может применяться для
поверхностей, протяженность которых меньше
длины режущей кромки Это же относится к
обработке с осцилляцией, которая характери-
зуется движением инструмента вдоль обра-
зующей одновременно с врезанием, причем
величина этого хода составляет несколько
миллиметров. Введение осцилляции позволяет
снизить параметры шероховатости поверхно-
сти на 1 - 2 разряда без снижения производи-
тельности Контурное или продольное шлифо-
вание применяют для поверхностей, протя-
женность которых обычно больше длины ре-
жущей кромки В этом случае применение
строчного шлифования, состоящего из не-
скольких врезаний с перекрытием, позволяет
повысить производительность Этот метод
возможен только для поверхностей с прямо-
линейной образующей При необходимости
повышения качества после строчного шлифо-
вания применяют зачистку, т.е. несколько
ходов продольного шлифования
Правка является обязательным элемен-
том шлифовального станка и любой обработ-
ки. Она также реализуется копировальным или
контурным методами Контурный метод, ис-
пользующий инструменты с единичным алма-
зом или карандаши, имеет наиболее широкое
применение вследствие универсальности и
относительно невысокой стоимости. Метод
копирования требует дорогостоящего инстру-
мента типа алмазных роликов Он в основном
применяется в серийном производстве.
Технологические циклы в шлифовальной
обработке имеют ряд особенностей К этим
особенностям следует отнести высокие требо-
вания по качеству, соизмеримые с деформаци-
ей упругой системы, значительное изменение
характеристик абразивного инструмента в
процессе обработки даже одной поверхности;
включение правки в процесс получения гото-
вой детали; сочетание разных методов обра-
ботки для одной поверхности; необходимость
сочетания высокой скорости съема припуска и
обеспечения заданного качества на одном
станке с одного установа детали С учетом
этих особенностей обработка одной поверхно-
сти осуществляется в виде единого технологи-
ческого цикла, состоящего из ряда взаимосвя-
занных переходов шлифования, правки и
вспомогательных перемещений, обеспечиваю-
щих полную обработку, причем количество
переходов шлифования и правки может быть
различным. Обычно количество шлифоваль-
ных переходов составляет один - пять, а коли-
чество правок одну - три
Технологический цикл шлифования ха-
рактеризуется многоступенчатостью, причем
каждая ступень цикла имеет свои режимы или
закон изменения режимов. Количество ступе-
ней и их режимные параметры зависят от тре-
бований к конкретной детали, ее конструктив-
ных особенностей геометрии, материала, же-
сткости и пр., а также характеристик оборудо-
вания. Для описания циклов используются
разные координатные системы, позволяющие
отобразить разные свойства циклов. Примеры
изображения циклов приведены на рис..
1.16.32.
598
Глав* 14*ЩЛИФОВАЛЬИЫЕ СТАНКИ
Рис. 1.16.32. Схемы типовых циклов:
а - в координатах "подача - время”, б - в координатах "припуск - время'
В общем случае рабочий цикл состоит из
технологических переходов - шлифования,
вспомогательных переходов - правки и допол-
нительных движений - позиционирование,
отскок, подскок.
Технологические переходы характеризу-
ются режимами подач и распределением при-
пусков, определяющих точки переключения
подач Количество точек переключения опре-
деляет количество ступеней цикла. Большое
количество ступеней характерно для нежестких
деталей с высокими требованиями по качеству.
Важной характеристикой цикла является метод
управления, в зависимости от которого точки
переключения определяются либо по реально-
му припуску, либо по косвенным показателям:
пройденному пути, силовым характеристикам,
некоторым показателям качества
Вспомогательные переходы правки опре-
деляются режимами: подача, глубина правки,
количество проходов По существу, каждая
правка может описываться как многоступенча-
тый цикл, включающий черновые, чистовые и
доводочные режимы. Следует различать два
варианта правки: правка перед циклом обра-
ботки и правка в цикле обработки. В первом
случае дополнительной характеристикой прав-
ки является ее периодичность. Правка может
проводится как для каждой обрабатываемой
поверхности, так и для нескольких поверхно-
стей. Правка в цикле характерна для внутрен-
него шлифования, где круги имеют низкую
стойкость в связи с их малыми размерами.
Правка занимает существенную часть в общем
балансе затрат на шлифовальную обработку, в
отдельных случаях достигающих 70 - 80 %. В
связи с этим применение получает метод не-
прерывной правки, которая осуществляется
параллельно процессу шлифования.
Режим обработки описывается двумя ха-
рактеристиками (рис 1 16 32): номинальной
скоростью подачи, т.е. скоростью перемеще-
ния исполнительного органа, и фактической
подачей - скоростью съема припуска, значения
которых и законы изменения в цикле различ-
ны. Для анализа закономерностей можно вы-
ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА N
делить установившийся и переходнмй процес-
сы. После каждого ступенчатого переключения
номинальной подачи следует процесс плавного
изменения фактической подачи, которая мо-
жет достигнуть или не достигнуть установив-
шегося значения. Разность между номиналь-
ной и фактической подачей определяет натяг,
который изменяется при переходном режиме
и является постоянным при установившемся
режиме.
Характер переходных процессов опреде-
ляется свойствами упругой системы. В первом
приближении для описания переходных про-
цессов используют линеаризованную модель,
предполагающую постоянство жесткости и
режущей способности круга на всем протяже-
нии процесса. В этом случае в качестве основ-
ной характеристики переходного процесса
используется постоянная времени
где А - коэффициент пропорциональности,
зависящий от вида шлифования, j - приведен-
ная жесткость упругой системы, кр - режущая
способность круга.
При этом полное время переходного
процесса оценивается как ЗТ. При наружном
шлифовании постоянная времени 0,5 - 2 с, а
при внутреннем 1,0 - 10 с и более. Значение
постоянной времени соизмеримо со временем
цикла Это означает, что переходные процессы
оказывают существенное влияние на выходные
характеристики: производительность, качество,
существенно усложняют реализацию заданных
режимов и должны быть учтены при проекти-
ровании и реализации циклов.
Важным фактором, определяющим по-
строение рабочего цикла, является процесс
формирования показателей качества обработ-
ки Практически все показатели качества фор-
мируются на протяжении всего цикла, т.е. при
черновых и чистовых процессах. Например,
параметр шероховатости определяется не толь-
ко скоростью съема припуска в момент окон-
чания обработки, но и существенно зависит от
состояния режущей поверхности круга в этот
момент, однако эта поверхность формируется
в Течение всего цикла, включая и правку. В
течение всего цикла шлифования происходит
процесс исправления исходной погрешности
формы. В первом приближении предполагает-
ся, что исправление исходной погрешности, а,
следовательно, и конечная точность формы
зависят от общего времени цикла или числа
проходов Качество поверхностного слоя зави-
сит от структурных изменений на всех этапах
цикла и требует соответствующего распределе-
ния припусков, обеспечивающего удаление
дефектных слоев. Точность размера - основной
показатель качества, существенно зависит от
метода управления циклом, от которого зави-
сит влияние на размер скорости съема, вели-
чины натяга, температурных деформаций и
других факторов.
Учитывая сложное взаимовлияние раз-
ных факторов, выбор структуры цикла, режи-
мов отдельных этапов и других характеристик
цикла, целесообразно проводить на основе
общей модели процесса, использующейся в
качестве целевой функции, минимизацию
себестоимости или максимальную производи-
тельность, а в качестве ограничений - требова-
ния по качеству и предельные возможности
оборудования и инструмента Известно боль-
шое количество таких моделей, охватывающих,
отдельные аспекты и особенности процесса и
рассчитанные в основном на конкретные ва-
рианты обработки Сложность моделей и их
ограниченные возможности приводят к тому,
что на практике наибольшее распространение
имеет эмпирический метод, который в усло-
виях производств повышенной серийности
позволяет получить решения, близкие к опти-
мальным. В мелкосерийном и единичном
производстве обычно используют циклы, га-
рантирующие получение качества при пони-
женной производительности.
Оптимальный по производительности
цикл показан на рис. 1.16.33 в координатах
скорость съема припуска - припуск. Он разра-
ботан в предположении одного переключения
подач, т.е. разделения цикла на два этапа: этап
съема припуска (черновой) и этап формирова-
ния качества (чистовой). При этом считается,
что требования по качеству обеспечиваются
при условии достижения требуемой скорости
съема QK в конце цикла, т.е. в момент получе-
ния размера П = 0 Максимальная производи-
тельность достигается за счет использования
максимальной скорости съема Счерн на черно-
вом этапе с учетом ограничении и выбора
точки переключения А, обеспечивающей пере-
ход в режиме выхаживания в точку конечного
припуска с заданной скоростью съема. Точка
переключения определяется с учетом постоянной
времени Т, т.е. припуск Пчисг = (2черн‘ Т. Воз-
можность практической реализации цикла
зависит от точности определения постоянной
времени. Погрешность ее определения приве-
дет либо к недошлифовке (линия 7), либо к
окончанию обработки на повышенной скоро-
сти съема (линия 2). Это является причиной
использования двухступенчатых циклов только
при низких требованиях к качеству.
Более широкое применение имеет трех-
ступенчатый цикл с промежуточным чистовым
этапом. Введение этого этапа позволяет в зна-
чительной степени нивелировать ограничен-
ную информацию о процессе, но приводит к
снижению производительности по сравнению
с оптимальным циклом.
600
Глава 1,16. шлифовальные ставки
- —-Н у- > ' '
Рве. 1.16.33. Схема оптимального по быстродействию
двухступенчатого цикла
Этап чернового шлифования включает в
себя переходный процесс достижения задан-
ной скорости съема Без использования специ-
альных методов этот процесс занимает значи-
тельное время, особенно в системах с низкой
жесткостью. В связи с этим разработан ряд
методов, позволяющих сократить время пере-
ходного процесса, схематично показанных на
рис 1 16 34 Широко используется метод сту-
пенчатого изменения подачи, при котором
подача врезания в 4 - 5 раз превышает рабо-
чую подачу, что позволяет сократить время
натяга упругой системы примерно до 90 % по
сравнению с врезанием на рабочей подаче
Однако эффект этого метода в значительной
степени зависит от выбора точки переключе-
ния В условиях вариации припуска раннее
переключение снижает производительность, в
то время как позднее переключение приводит
к недопустимым силовым перегрузкам и сни-
жению качества В связи с этим распростране-
ние имеют методы с регистрацией точки каса-
ния круга с деталью по силовым или вибраци-
онным параметрам Применение устройств
регистрации касания позволяет увеличить
форсированную подачу и уменьшает время
переходного процесса независимо от припуска
на детали. Дальнейшее повышение эффектив-
ности ускоренного врезания связано с исполь-
зованием систем стабилизации силовых харак-
теристик, датчик касания в которых является
рабочим элементом Система стабилизации
снимает нежелательные переходные процессы,
связанные с увеличением нагрузок в процессе
ступенчатого переключения подачи
Переходные процессы внутри цикла так-
же существенно влияют на выходные показа-
тели, так как от них зависит в значительной
степени реализация заданных технологических
режимов. При неправильном проектировании
процесса задаваемые режимы не достигаются.
Особенно это явление характерно для систем с
низкой жесткостью. В этом случае длитель-
ность переходных процессов столь значитель-
Рис. 1.16.34. Схемы натяга упругой системы при
черновом шлифовании:
а - врезание на рабочей подаче, б - врезание со
ступенчатым переключением подачи, в - врезание с
определением точки касания
Рис. 1.16.35. Схемы отскока для снятия упругих
деформаций летали:
в-в координатах "подача .V / скорость съема Q -
время Г, б - в координатах “натяг упругой системы
h - время Г
на, что требует введения дополнительных дви-
жений типа отскока. Схема отскока показана
на рис. 1.16 35. Отскок, уменьшая время пере-
ходного процесса, не только сокращает время
обработки, но и позволяет повысить качество
за счет стабильного выхода на расчетную пода-
чу S-± со снимаемым припуском 02- Эффек-
тивность отскока существенно зависит от era
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
601
величины, которая обычно определяется рас-
четным или экспериментальным методами.
Рациональным решением, особенно в системах
с переменной жесткостью, является определе-
ние величины отскока по данным о величине
натяга Л, определенного непосредственно в
процессе обработки. В станках с ЧПУ ряда
фирм для определения величины натяга ис-
пользуется информация о разности положения
круга относительно детали и фактическом
размере детали, причем отскок проводится на
часть величины натяга.
В большинстве известных циклов пши-
фования значительный этап цикла осуществ-
ляется в режиме переходного процесса, из-
вестного как выхаживание. Задачей этого этапа
является снижение натяга в системе до мини-
мальной величины или практически до нуля.
Различают нормальное, ускоренное или
замедленное выхаживания. Нормальное соот-
ветствует выключению подачи. При этом съем
металла происходит за счет постепенного сня-
тия натяга по закону, близкому к экспоненци-
альному, и практически нулевой натяг может
быть достигнут за время, равное 37’. Припуск
Q2, снимаемый за это время, для данной сис-
темы величина постоянная. Ошибка в его
определении приводит к существенным иска-
жениях процесса. По этой причине процесс
нормального выхаживания рассматривается
как неуправляемый. Замедленное выхаживание
по существу - эго процесс шлифования с пе-
реключением на очень малую подачу. Уско-
ренное выхаживание реализуется за счет изме-
нения направления подачи, причем подача
примерно равна подаче на предыдущем
этапе цикла. По своим характеристикам он
аналогичен процессу отскока и обеспечивает
сокращение времени. Однако, как и отскок,
требует тщательной отладки процесса и малых
изменений условий обработки.
Эффективность циклов шлифования в
значительной степени определяется методом
управления циклом, который может рассмат-
риваться как параметрическая программа
управления скоростью перемещения круга
относительно детали, а также другими режим-
ными факторами: скоростью детали для круг-
лого шлифования, скоростью стола для плос-
кого шлифования и др. На практике широко
используются два основных метода: по пути
(положение шлифовального круга) и по фак-
тическому припуску (размеру детали) или их
комбинация. Управление по пути осуществля-
ется с использованием путевых переключате-
лей, кулачков или датчиков положения, по
сигналам которых проводится переключение
режимов. Управление по фактическому при-
пуску требует использования специальных
приборов, известных как приборы активного
контроля (ПАК). Этот метод более дорогой.
Рис. 1.16.36. Схема цикла с управлением по
фактическому размеру детали
но обеспечивает более высокую точность дета-
ли, а в ряде случаев является единственным,
обеспечивающим выполнение заданных высо-
ких требований по точности размера, опреде-
ляемых долями микрометра. На рис. 1.16.36
показана схема цикла с управлением по фак-
тическому припуску.
Кроме названных методов управления на
практике находят применение и специальные
методы, часто определяемые как методы адап-
тивного управления, т.е. использующие ин-
формацию о текущем состоянии процесса
обработки: силовых, динамических и качест-
венных показателях, и их изменении. К числу
таких методов относятся методы с определени-
ем точки касания круга с деталью, методы
стабилизации скорости съема или силовых
характеристик на разных этапах цикла и пр.
Возрастающие требования к производи-
тельности и качеству обработки вызывают
* постоянное совершенствование применяемых
циклоа и методов их управления. Эта тенден-
ция заметна как для специального, так и уни-
версального оборудования. Для специального
оборудования она выражается в использовании
широкой номенклатуры управляющих прибо-
ров, использования циклов с совмещением
обработки и правки, в выборе законов изме-
нения режимов и распределения припусков.
Для универсального оборудования значитель-
ный прогресс достигнут при использовании
систем ЧПУ, которые позволяют реализовать
широкую номенклатуру циклов с произволь-
ным числом переходов, применять разные
типы управляющих приборов, автоматизиро-
вать процесс выбора рациональных циклов
обработки для конкретных производственных
ситуаций.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абразивно-планетарная зачистка и от-
делка мелких деталей: Методические рекомен-
дации. М.: ВНИИТЭМР, 1985. 24 с.
2. Автоматические линии в машино-
строении: Справочник в 3-х т. М.: Машино-
строение, 1984.. Т. 1 - Этапы проектирования
и расчет / Под ред. Л. И. Волчкевича. 1984. 312 с.
«02
Глава 1.17. ПРОТЯЖНЫЕ, СТРОГАЛЬНЫЕ И ОТРЕЗНЫЕ СТАНКИ
Т. 2 - Станочные АЛ / Под ред. А. И. Дащенко,
1984. 408 с. Т. 3 - Комплексные АЛ и участки /
Под ред. А. И. Дащенко, Г. А. Навроцкого.
1985. 480 с.
3. Аракелян А. А., Агасарян Р. Р. Сокра-
щение ручного труда с помощью струйно-
абразивной обработки. М.: Машиностроение,
1987. 32 с.
4. Волчкевич Л. И., Ковалев М. П., Куз-
нецов М. М. Комплексная автоматизация
производства. М.: Машиностроение, 1983.
269 с.
5. Кулаков Ю. М., Хрульков В. А. Отде-
лочно-зачистная обработка деталей. М.: Ма-
шиностроение, 1979. 216 с.
6. Совершенствование технологии изготов-
ления стальных гильз / И. К. Мазур, А. Я. Шапиро,
Н. П. Чуненков, В. А. Солдатов // Станки и
инструмент. 1991. № 4. С. 30 - 32.
7. Черпаков Б. И. Эксплуатация автома-
тических линий. 2-е изд. М.: Маши-
ностроение. 1990. 304 с.
8. Черпаков Б. И., Шапиро А. Я. Совер-
шенствование комплексных технологических
процессов автоматизированного производства
подшипников. М.: НИИМАШ, 1982. 40 с.
Глава 1.17
ПРОТЯЖНЫЕ, СТРОГАЛЬНЫЕ И
ОТРЕЗНЫЕ СТАНКИ
1.17.1. ПРОТЯЖНЫЕ СТАНКИ. КОНСТРУКЦИИ и
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Протяжные станки используют при об-
работке различных наружных поверхностей и
отверстий, образованных прямолинейным
перемещением инструмента, а также сложных
криволинейных поверхностей, которые трудно
обработать иным способом.
Инструментом является протяжка,
имеющая форму стержня с расположенными
вдоль оси режущими зубьями.
В зависимости от назначения протяжные
станки имеют несколько разновидностей ком-
поновок (табл. 1.17.1).
1.17.1. Типы н конструктивные особенности протяжных станков
Тип станка и компоновка
Горизонтально-протяжные станки для внут-
реннего протягивания
Конструктивные особенности станка
1
2
Станок включает в себя основную ста-
нину с опорной плитой под заготовку, рабо-
чим цилиндром, рабочими салазками и ра-
бочим патроном, в который входит перед-
ний хвостовик протяжки во время процесса
резания. К основной станине крепится при-
ставная станина со вспомогательными салаз-
ками и узлами, обеспечивающими захват
заднего хвостовика протяжки, подвод, со-
провождение и отвод ее от заготовки, а так-
же другие функции процесса обработки.
Станки оснащают сменными рабочими
патронами для захвата хвостовиков круглых
или плоских протяжек.
В основной станине размещен поддер-
живающий ролик, назначение которого под-
держать протяжку после выхода ее из вспо-
могательного патрона для избежания пере-
коса протяжки и тяжелой заготовки.
Тяжелые станки, у которых масса про-
тяжки достигает 250 кг и более, в основной
станине вместо поддерживающего ролика
имеют поддерживающий люнет.
Преимущества конструкции станков
удобство обслуживания, обеспечение воз-
можности установки крупных и тяжелых
заготовок.
Недостатки - провисание протяжки и
искривление ее оси под действием массы
ПРОТЯЖНЫЕ СТАНКИ. КОНСТРУКЦИИ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
603
Продолжение табл. 1,17.1
1
2
Вертикально-протяжные станки для внутрен-
него протягивания
Вертикально-протяжные станки для наруж-
него протягивания
Общая компоновка станка включает в
себя станину, вертикально установленную на
основании. На станине расположен рабочий
цилиндр и рабочие салазки, а также закреп-
лена консольная тумба со столом. В верхней
части станины размещены вспомогательные
салазки с вспомогательным патроном.
В основании установлены насос для
подачи СОЖ и конвейер для удаления
стружки.
У вертикально-протяжных станков
конструкции рабочего и вспомогательного
патронов аналогичны конструкциям патро-
нов горизонтально-протяжных станков. Для
зажима протяжек применены два валика с
выточками под шейку хвостовика.
Преимущества - повышение точности
обработки вследствие отсутствия провисания
протяжки, экономия производственной
площади, возможность автоматизации смены
инструмента
Компоновка станков общего назначе-
ния аналогична компоновке станков для
внутреннего протягивания. Оба типа станков
имеют унифицированные станины, основа-
ния и ряд вспомогательных узлов за исклю-
чением столов и приспособлений для уста-
новки заготовок.
На вертикально-протяжных станках
для наружного протягивания применяют
столы: отводные, опрокидывающиеся, пово-
ротные, отводные поворотные и неподвиж-
ные, каждый из которых имеет свое кон-
кретное назначение и конструктивные осо-
бенности.
Конструкции столов приведены в рабо-
те [1]
Протяжные станки непрерывного действия
Конструктивная компоновка станков
включает в себя массивную станину, в кото-
рой размещены ведущий и ведомый валы,
связанные между собой бесконечной тяговой
цепью с установленными на ней зажимными
1 фиспособл ениями.
В верхней части станины закреплен
инструмент - протяжка, вдоль которой пе-
ремещается заготовка.
В ряде станков размещение инструмен-
тов и заготовок может бьггь обратное, при
котором непрерывное перемещение на тяго-
вой цепи совершает инструмент.
Станки используют в крупносерийном
и массовом производствах и оснашают авто-
матическими устройствами для загрузки и
выгрузки деталей
604
Глава 1 17 ПРОТЯЖНЫЕ, СТРОГАЛЬНЫЕ И ОТРЕЗНЫЕ СТАНКИ
Основные технические характеристики и
конструкции основных узлов всех типов про-
тяжных станков приведены в работе [1]
1 17 г СТРОГАЛЬНЫЕ СТАНКИ КОНСТРУКЦИИ и
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Строгальные станки применяют для об-
работки горизонтальных, вертикальных и на-
клонных поверхностей, их сочетаний, а также
продольных пазов различного профиля
Разновидностью строгальных станков яв-
ляются долбежные, которые используют глав-
ным образом для обработки внутренних пло-
ских и фасонных поверхностей резцом
Типы и конструктивные особенности
строгальных станков приведены в табл 1 17 2
1.17.2. Типы и конструктивные особенности строгальных станков
Тип станка и компоновка
Конструктивные особенности станка
2
Продольно-строгальные
станки
Станки выпускают в двухстоечном (а) и одностоечном (б)
исполнениях Одностоечные имеют незамкнутое с одной сто-
роны рабочее пространство, что расширяет их технологические
возможности по ширине устанавливаемой заготовки
По направляющим боковых стоек вертикально переме-
щаются поперечина с суппортами и боковые суппорты Стол,
установленный на плоской и V-образной направляющих, со-
вершает возвратно-поступательное движение
Ширина стола двухстоечных станков в зависимости от
модели станка, составляет 900, 1120 и 1400 мм Ширина и
длина устанавливаемых заготовок составляет для этих станков
соответственно 1000 х 3000, 1250 х 4000 и 1600 х 6000 мм
Привод стола осуществляется от реверсивного электро-
двигателя постоянного тока через двухдиапазонную коробку
скоростей Скорость обратного хода устанавливается независи-
мо от скорости рабочего хода
Во время обратного хода резцедержатель поднимается с
помощью специального устройства откидки для предотвраще-
ния контакта задней поверхности резца с обработанной по-
верхностью
Строгально-фрезерные
станки
По компоновке станки аналогичны продольно-
строгальным станкам и также выполняются двухстоечными и
одностоечными, но вместо строгальных суппортов они осна-
щены фрезерными бабками, размещенными на направляющих
боковых стоек
Строгально-фрезерные станки оснащают также системами
ЧПУ, с помощью которых производится выбор точек реверса
стола, назначение скоростей рабочего и обратного хода стола,
подач и скоростей регулируемых перемещений рабочих орга-
нов, выбор координат их перемещений и др
Пределы скоростей перемещения стола 25 - 1000 мм/мин
СТРОГАЛЬНЫЕ СТАНКИ КОНСТРУКЦИИ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 605
Продолжение табл 1 17 2
2
1
Поперечно-строгальные
станки
Конструктивно поперечно-строгальные станки включают
в себя станину, по горизонтальным направляющим которой
перемещается ползун с инструментом, а по вертикальным -
поперечина со столом, на котором устанавливается заготовка
Станки выпускаются с прямоугольным неповоротным
столом (основное исполнение), с прямоугольным поворотным
столом, с универсальным поворотным столом, с устройством
для контурного копирования, а также с универсальным пово-
ротным столом и устройством для контурного копирования
Суппорт с резцедержателем снабжен поворотной частью для
стр »гания наклонных поверхностей
Станки выпускают с механическим и гидравлическим
приводом ползуна В механическом приводе применяют вра-
щающуюся или качающуюся кулису и кривошипно-шатунные
механизмы
Малые долбежные станки с механическим приводом глав-
ного движения выполняют с наибольшими ходами ползуна 100
и 200 мм Конструктивно они состоят из станины, по верти-
кальным направляющим которой перемешается ползун с инст-
рументом, а по горизонтальным - стол, перемещающийся в
продольном и поперечном направлениях На этом столе закре-
пляют поворотный стол для установки заготовок Привод пол-
зуна осуществляется качающейся или вращающейся кулисой в
комбинации с кривошипом, он снабжен фрикционной муфтой
и тормозом
Преимуществом станков является использование про-
стого и недорогого инструмента, а также возможность быстрой
переналадки для обработки деталей широкой номенклатуры
Недостатком станков является слабость звеньев механиз-
мов приводов ползуна, а также малая их износостойкость, что
не позволяет работать на станках с силами резания более
6000 Н
Средние долбежные станки с гидравлическим приводом
главного движения конструктивно подобны малым станкам
Выполняются с наибольшим ходом ползуна 320 - 1000 мм На
станках обеспечивается сила резания до 60000 Н Гидравличе-
ское устройство обеспечивает регулирование рабочей скорости
ползуна, его ускоренный обратный ход, плавный разгон и
торможение
Диаметр рабочей поверхности стола 630, 800 и 1250 мм в
зависимости от модели станка
Тяжелые долбежные станки с электромеханическим при-
водом главного движения конструктивно выполняют с наи-
большим ходом ползуна 1000 и 1600 мм Станки отличаются
большой массивностью и жесткостью станины, стола и ползу-
на Для привода ползуна на станках установлен реверсивный
электродвигатель постоянного тока Масса ползуна уравнове-
шивается противовесом Ползун вместе с кареткой и электро-
двигателем может поворачиваться в продольном направлении
на угол ±15° Все рабочие органы станков перемещаются от-
дельными приводами
606
Глава 1 17. ПРОТЯЖНЫЕ, СТРОГАЛЬНЫЕ И ОТРЕЗНЫЕ СТАНКИ
1 17.3. ОТРЕЗНЫЕ СТАНКИ. КОНСТРУКЦИИ И
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Отрезные станки используют в заготови-
тельных цехах для разрезания и отрезки сорто-
вого и фасонного материала любого профиля
и размера. Разрезание заготовки может прово-
диться как в поперечном направлении, так и
под углом. Станки могут оснащаться загрузоч-
ными устройствами и встраиваться в автома-
тические линии.
В зависимости от примененного инстру-
мента станки имеют несколько разновидно-
стей компоновок, конструктивные особенно-
сти которых приведены в табл. 1.17.3.
1.17.3. Типы и конструктивные особенности отрезных станков
Тил станка и компоновка
Конструктивные особенности станка
2
Фрезерно-отрезные станки
Станки имеют компоновку, при которой по горизонталь-
ным направляющим станины от гидравлического цилиндра
перемещается инструментальная бабка (движение подачи Ds).
В качестве инструмента используется круглая цельная пила
диаметром до 500 мм или сборная диаметром 700-3000 мм со
вставными зубчатыми сегментами.
Привод пильного диска осуществляется от индивидуаль-
ного асинхронного электродвигателя через многоступенчатую
коробку скоростей (шесть-восемь ступеней) с таким направле-
нием вращения, при котором сила резания направлена снизу
вверх (главное движение Dr).
Зажим и разжим разрезаемого материала, а также его пе-
редвижение на мерную длину осуществляются с помощью
гидравлических устройств. Для поддержания конца длинных
заготовок станок снабжен подвижной тележкой. Удаление из
зоны резания отрезанных заготовок проводится столом выгруз-
ки и специальным сбрасывателем.
Станки оснащают счетчиками числа резов, которые пре-
кращают его работу после осуществления заданного числа ре-
зов
Ленточно-отрезные станки
Ленточно-отрезные станки выпускаются горизонтальной
(а) и вертикальной (б) компоновок. Отрезка заготовок осуще-
ствляется бесконечной ленточной пилой, устанавливаемой на
двух дисках, один из которых является приводным, а другой
натяжным.
В станках горизонтальной компоновки (а) приводной и
натяжной диски установлены под углом 60° к горизонтальной
плоскости. Для разворота полотна пилы в рабочей зоне строго
в плоскость ее подачи пильная рама снабжена специальными
направляющими.
В процессе резания усилие поддерживается на заданном
уровне с замедлением при врезании пилы и выходе ее в конце
реза.
Для подачи и зажима заготовки установлены тиски с гид-
равлическим приводом.
В станках вертикальной компоновки (6) оси приводного
и натяжного дисков расположены горизонтально, а заготовка
устанавливается на столе под углом до 30° в вертикальной
плоскости.
Рабочая подача заготовки осуществляется гидроцилин-
дром в горизонтальной плоскости.
На станках вертикальной компоновки кроме отрезки
можно проводить прорезание фасонных контуров, а также
обработку абразивной или полировальной лентой.
Достоинством станков является повышенная производи-
тельность, точность пропила и малая ширина реза (0,8 - 1 мм).
Недостатком 7 быстрый износ и нередкие разрывы лен-
точного полотна
КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
607
Продолжение табл. 1.17.3
2
Ножовочные станки
По конструкции ножовочные станки разделяют на станки
с прямолинейной траекторией движения ножовочного полотна
и дуговой. Процесс "дугового резания” осуществляется при
установке ножовочного полотна под углом 2° к траектории его
прямолинейного перемещения, что повышает стойкость ножо-
вочного полотна и позволяет резать более эффективно при
небольшом усилии подачи.
Станки имеют горизонтальную компоновку, аналогичную
компоновке горизонтальных ленточно-отрезных станков, при
которой заготовка закрепляется горизонтально в гидравличе-
ских тисках.
Пильная рама с ножовочным полотном установлена на
направляющих качающегося рукава и приводится в возвратно-
поступательное движение с помощью кривошипного или ку-
лисного механизма. Опускание рукава при рабочей подаче и
подъем его при холостом ходе проводятся от гидропривода.
Достоинством станков является крайняя простота обслу-
живания и малый отход материала в стружку.
Недостатком - малая производительность
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Скриженок В. Ф., Лемешонок В. Д.,
Цегельник В. П. Высокопроизводительное
протягивание. М.: Машиностроение. 1990.
240 с.
Глава 1.18
СТАНКИ ЭЛЕКТРОФИЗИКОХИМИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ
1.18.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. КЛАССИФИКАЦИЯ И
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАНКОВ ДЛЯ
ЭЛЕКТРОФИЗИКОХИМИЧЕСКОЙ (ЭФХ) ОБРАБОТКИ.
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
К ЭФХ методам обработки обычно отно-
сят все нетрадиционные методы получения
деталей путем снятия припуска с заготовки;
они обычно заменяют или дополняют тради-
ционные способы обработки материалов, спо-
собствуя их совершенствованию или расширяя
области их применения.
ЭФХ методы обработки можно подразде-
лить на три основные группы.
К первой группе относятся
электрофизические (ЭФ) методы, ис-
пользующие высококонцентрированные ис-
точники мощности. При концентрации плот-
ности мощности, достигающей 103 - 108
Вт/см2 на локальном участке поверхности,
энергия электрического тока или электромаг-
нитного поля преобразуется в зоне обработки
в тепловую, определяющую объем и удаление
"стружки" в жидком или парообразном со-
стоянии. Высокая концентрация достигается
благодаря локализации выделяющейся энергии
в пространстве и времени при подводе энер-
гии через канал разряда, луч лазера, поток
плазмы или электронный луч.
В эту группу методов обработки по мере
увеличения плотности мощности последова-
тельно входят: электроэрозионная (ЭЭ), плаз-
менная (П), электронно-лучевая (ЭЛ), лазер-
ная (светолучевая) (Л) и некоторые другие.
Сюда обычно относят и ультразвуковую (УЗ)
обработку, хотя по своей природе она ближе к
механической обработке.
Вторая группа - электрохи-
мические (ЭХ) методы. Основана на
преобразовании одновременно по всей обраба-
тываемой поверхности электрической энергии
в химическую - анодное растворение (ЭХА)
или катодное осаждение (ЭХК) при значи-
тельно меньшей плотности мощности
(примерно 10 - 104 Вт/см2), подводимой не-
прерывно или импульсно.
Третью группу (ЭФХК), дополни-
тельную, составляют упомянутые комби-
нированные процессы, в которых сочета-
ется одновременно или последовательно не-
сколько видов эффективно дополняющих друг
друга энергетических воздействий и признаков
обеих групп. К ней относятся эрозионно-
электрохимическая (ЭЭ-ЭХ), ультразвуковая-
элекгрохимическая (УЗ-ЭХ), ряд сочетаний
традиционных и электрофизикохимических
(ЭФХ) видов обработки: плазменно-
механическая (ПМ), алмазно-эрозионная
(АЭЭ) и др. [1 - 3].
Область применения ЭФХК технологии
и оборудования определяется следующими
главными особенностями, свойственными
этим процессам:
608
Глава 1 18. СТАНКИ ЭЛЕКТРОФИЗИКОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
возможностью обработки материалов
практически независимо от их прочностных
характеристик, так как съем материала осуще-
ствляется вследствие ослабления связей в заго-
товке при HaipeBe (локальное плавление - ис-
парение) либо перевода в результате электро-
лиза металла в легко удаляемые химические
соединения (например, гидроокиси металлов).
Эти особенности встречаются в наибольшей
мере при обработке деталей современных ма-
шин и аппаратов, поскольку в них обычно
применяются труднообрабатываемые традици-
онными методами материалы, и детали слож-
ной формы;
возможностью производительной обра-
ботки деталей сложной формы (типа штампов,
пресс-форм и т.п.). ЭЭ, ЭХ и УЗ методы по-
зволяют отображать (копировать) форму фа-
сонного электрода-инструмента в теле заготов-
ки;
возможностью изготовления недопусти-
мых для механического воздействия тончай-
ших отверстий, в том числе в недоступных для
вращающегося инструмента местах, с криво-
линейной осью, узких щелей любой конфигу-
рации, безотходного разделения твердых тел
но любым траекториям и т.п.
Электроэрозионная обработка основана
на тепловом действии импульсных элеюриче-
ских разрядов, возбуждаемых между электро-
дом-инструментом и обрабатываемой заготов-
кой.
Обрабатываемость металлов и сплавов за-
висит от их теплофизических свойств и элек-
трических параметров процесса. Механические
характеристики обрабатываемого материала
практически не влияют на интенсивность его
съема.
Электроэрозионная обработка металлов в
зависимости от вида применяемых разрядов,
их параметров и способов генерирования, а
также рабочей среды подразделяется на четыре
основные разновидности: электроискровую,
электроимпульсную, электро контактную и
анодно-механическую (последняя относится к
комбинированным эрозионным и электрохи-
мическим методам обработки).
Рис. 1.18.1. Схема электроэрозионной обработки:
ГИ - генератор импульсов; - балластное
сопротивление; Э - электрод-инструмент;
Д - обрабатываемая деталь; .У - подача электрода-
инструмента
Наибольшее применение получили две
первые разновидности, часто объединяемые
под общим названием - электроэрозионная
обработка. Схема электроэрозионной обработ-
ки приведена на рис. 1.18.1.
Электроискровая обработка характеризу-
ется использованием электрических разрядов с
большим отношением амплитуды тока к дли-
тельности импульсов, следующих с большой
скважностью (отношение периода следования
импульсов к их длительности). Электрод-
инструмент включается на прямую полярность
(катод); мощность - от десятков ватт до не-
скольких киловатт. Основная область приме-
нения - вырезка электродом-проволокой пло-
ских сложноконтурных деталей, а также про-
шивание и объемное копирование поверхно-
стей размером до 3 - 5 см2 прецизионных де-
талей из тугоплавких металлов и сплавов,
твердых сплавов, цветных металлов
Электроимпульсная обработка использует
электрические разряды, следующие с малой
скважностью, при уменьшенном отношении
амплитуды разрядного тока к длительности
импульсов. Электрод-инструмент включается
на обратную полярность (анод); мощность - от
сотен ватт до нескольких десятков киловатт.
Применяется для обработки фасонных по-
верхностей с площадью до сотен тысяч квад-
ратных миллиметров.
При этих разновидностях алекгроэрози-
онной обработки рабочей средой служит жид-
кий углеводородсодержащий диэлектрик (пре-
имущественно объемная обработка), при вы-
резных работах применяется обычно дистил-
лированная, обессоленная и техническая вода.
Рис. 1.18.2. Схемы формообразования при
электроэрозионной обработке:
Э - электрод-инструмент; Д - обрабатываемая деталь
КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
609
Электроды-инструменты изготовляются
из хорошо проводящих тепло материалов,
таких как углеграфит, медь, латунь и др.
Наибольшее применение получили сле-
дующие схемы формообразования:
схема прошивания при прямолинейном
поступательном движении электрода-
инструмента (рис. 1.18.2, о); на чистовых ре-
жимах во многих случаях она используется в
измененном виде с круговыми движениями
электрода-инструмента (рис. 1.18.2, б);
схема вырезания электродом-проволокой
(рис. 1.18.2, в);
схема огибания (обкатки) фасонным
электродом обрабатываемой поверхности (рис.
1.18.2, г).
В специальных наладках применяется
обработка вращающимся электродом, выпол-
ненным в виде тела вращения (рис. 1.18.2, д), и
электродом-инструментом, совершающим
винтовые движения (рис. 1.18.2, е).
Достигаемые технологические характери-
стики для схем прошивания и вырезки: обра-
ботка по схеме прошивания - точность разме-
ров сквозного отверстия до 0,005 - 0,02 мм и
полости - до 0,01 - 0,1 мм, шероховатость
поверхности при обработке сквозных отвер-
стий на финишных режимах Ra = 0,4 1 мкм
и полостей Ra = 1 т 2,5 мкм; объемная ско-
рость съема по стали до 10000 - 12000
мм3/мин и может быть увеличена наращива-
нием мощности станков; относительный износ
электрода-инструмента (также для обработки
сталей) на малоизносных режимах 0,00 - 2%.
Так называемая ЭЭ полировка позволяет сни-
зить параметр шероховатости до Ra = 0,2 мкм.
При вырезке электродом-проволокой - точ-
ность размеров 0,005 - 0,03 мм, параметр ше-
роховатости обработанной поверхности
Ra = 0,4 -г 2 мкм, скорость разделения по-
верхности стали до 300 мм2/мин и твердого
сплава до 120 мм2/мин.
Данные характеристики позволяют при-
менять элсктроэрозионную обработку в инст-
рументальном и основном производстве для
изготовления трудоемких и сложных в обра-
ботке фасонных деталей, деталей из труднооб-
рабатываемых материалов, малой жесткости,
со скрытыми обрабатываемыми поверхностя-
ми.
Электроконтактиая обработка осуществ-
ляется диском, вращающимся со скоростью
свыше 25 м/с, на постоянном токе в воде или
на переменном токе в воздухе. Между диском
и обрабатываемой заготовкой возбуждаются
механически прерываемые дуговые разряды.
В качестве источника питания использу-
ется понижающий трансформатор или выпря-
митель мощностью от десятков до сотен кило-
ватт, напряжение -до 40 В. Элекгроконтактная
обработка применяется при обдирке заготовок
из труднообрабатываемых материалов, резке
труб, сортового материала, отрезке литников и
т.п. Объемная скорость съема при обдирке
достигает 200 см3/мин, при резке - 100
см2/мин. Относительный износ диска-
инструмента составляет при работе в воде
10 - 20%, в воздухе - до 5%.
Электрохимическая обработка в проточ-
ном электролите основана на анодном раство-
рении металла и удалении продуктов реакции
из рабочей зоны потоком электролита, дви-
жущимся в межэлектродном промежутке со
скоростью 5-50 м/с. Рабочее напряжение
поддерживается в пределах 3 - 24 В (в зависи-
мости от материала и технологической опера-
ции), зазор между электродами - 0,02 - 0,5
мм, величина зазора регулируется автоматиче-
скими следящими системами. В качестве мате-
риала для изготовления электрода-инструмента
используют коррозионно-стойкую сталь, ла-
тунь, углеграфит (для операций электрохими-
ческого фрезерования вращающимся кругом).
Наиболее распространенными являются
следующие виды электрохимической обработ-
ки.
Копировально-прошивочные
операции осуществляют при поступатель-
ном движении одного из электродов, при ко-
торых форма электрода-инструмента копиру-
ется на детали одновременно по всей поверх-
ности (рис. 1.18.3). Эти операции применяют
при изготовлении формообразующих полостей
деталей инструментальной оснастки; ковочных
штампов, пресс-форм, стеклоформ, литейных
форм, при прошивании отверстий и полостей
различной формы в деталях основного произ-
водства из труднообрабатываемых и закален-
ных сталей. Параметр. шероховатости обрабо-
танной поверхности Ra = 0,25 -= Rz = 20 мкм.
Скорость подачи инструмента в направлении
съема металла составляет 0,03 - 1,5 мм/мин
при обработке штампов, пресс-форм и др. и 5
- 6 мм/мин при прошивании отверстий. Точ-
ность обработки ± 0,02 -=• ± 0,1 мм.
Рис. 1.18.3. Схема электрохимической обработки при
поступательном движении электрода
610
Глава 1 18 СТАНКИ ЭЛЕКТРОФИЗИКОХИМИЧЕСКОИ ОБРАБОТКИ
.18.4. Схема электрохимической обработки при
вращающемся электроде
Обработка вращающимся дисковым ин-
струментом позволяет осуществлять профиль-
ное плоское и круглое наружное шлифование
безабразивным инструментом при объемной
скорости съема по коррозионно-стойким ста-
лям до 150 - 200 мм3/мин и по твердым спла-
вам 60 - 80 мм3/мин (на площади 1 см2); при-
меняется для получения профиля твердо-
сплавных резьбовых плашек, фасонных рез-
цов, накатных роликов, наружных шлицевых
пазов, прорезания узких щелей, разрезания
заготовок (ширина реза 1,5 - 2,5 мм; параметр
шероховатости обработанной поверхности Ra
= 0,63 Rz = 20 мкм), а также для обработки
постоянных магнитов.
При работе по схеме, приведенной на
рис. 1.18.4, обработка ведется при зазорах
0,01 - 0,1 мм; точность обработки 0,01 - 0,05
мм. Скорость подачи в зависимости от глуби-
ны обработки колеблется от 1 до 40 мм/мин,
напряжение 6 - 10 В. При обработке твердого
сплава применяется переменный или им-
пульсный ток.
Удаление заусенцев элек-
трохимическим способом успешно
используется при обработке шестерен
(рис. 1.18.5), деталей гидроаппаратуры и т.п.
Рис. 1.18.5. Схема электрохимического удаления
заусенцев:
1 - магнитострикционный преобразователь,
2- концентратор, 3 - обрабатываемая деталь;
4 - удаляемый заусенец
Электрохимическая обработка применя-
ется также при изготовлении канавок в специ-
альных деталях и фигурной обработке тел
вращения как по торцу детали, так снаружи и
внутри. Точность обработки при применении
фасонного катода 0,05 - 0,1 мм. Энергоем-
кость значительно выше, чем при электроэро-
зионной обработке. При высокой серийности
производства электрохимическая обработка
наиболее эффективна.
Метод скоростного катод-
ного формообразования (ЭХК) на
порядок и более отличается от известного ме-
тода гальванопластики скоростями осаждения
металла из раствора соответствующих солей.
Высокая скорость осаждения металла - меди,
никеля, сплава никель-кобальт и др. - достига-
ется за счет оптимального сочетания высокой
(до 400 А/дм2) катодной плотности тока и
сильнотурбулизированного режима течения
электролита в межэлектродном зазоре. Осаж-
дение металла ведется в импульсно-
циклическом режиме. Электролит прокачива-
ется через анод, выполненный в виде пакета
полых трубок, которые с помощью специаль-
ного устройства выставляются и зажимаются,
принимая форму, близкую к форме модели-
катода.
В табл 1.18.1 приведены сравнительные
характеристики осаждения меди для метода
скоростного катодного формообразования и
гальванопластики. Увеличение скорости осаж-
дения металла в десять раз и более существен-
но расширяет область применения метода.
В настоящее время метод ЭХК применя-
ется для изготовления инструмента для ЭЭ
обработки деталей из меди - волноводов, се-
ток, отражателей, электродов-инструментов
для ЭЭ.
Ультразвуковая обработка служит для
формообразования деталей из твердых и хруп-
ких материалов (стекла, керамики, германия,
кремния, феррита, рубина, твердого сплава,
алмаза и др.) и основана на выкалывании час-
тиц обрабатываемой детали при ударе о ее
поверхность абразивных зерен, получающих
энергию от инструмента, вибрирующего с
ультразвуковой (выше 18 кГц) частотой.
Зерна абразива вводятся в зону обработ-
ки в виде абразивной суспензии, которая со-
действует удалению из рабочего зазора продук-
тов разрушения материала обрабатываемой
детали и инструмента (рис. 1.18.6). Механиче-
ские колебания инструмента с ультразвуковой
частотой получают путем преобразования
электрических колебаний в специальном элек-
тромеханическом преобразователе. Преобразо-
ватель состоит либо из набора пластин магни-
тострикционного материала (никель, пермен-
дюр), обладающего способностью изменять
свои линейные размеры в переменном маг-
нитном поле, либо из пьезокерамических пла-
стин, изменяющих свои линейные размеры в
переменном электрическом поле.
КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АТ> Г ш
611
1.18.1. Сравнительные характеристики осаждения меди
Характеристика режима осаждения Скоростное катодное формообразование Гальванопластика
Скорость осаждения, мкм/ч:
на плоскости До 3000 250
на фасонных поверхно- стях Более 100 5 - 10
Катодная плотность тока, А/дм2 До 1000 0,5 - 15
Режим течения электролита (число Рейнольдса Re) Сильнотурбулизированный (104 - 105) Спокойный, переме- шивание с воздухом
Токовый режим Импульсно-циклический Постоянный ревер- сивный
Тип установки Станок по типу ЭХО Гальваническая ванна
Анодное устройство Специальная анодная головка 1Тлоские аноды
Инструменты изготовляют из углероди-
стых сталей 45, 40Х, У8А, У10А, 65Г и др.
В качестве абразива применяют карбиды
бора, кремния и алмазные порошки зернисто-
стью 3 - 10 по ГОСТ 3647-80.
Абразивная суспензия подается в зону
обработки свободно, под давлением или отса-
сывается из зоны обработки через отверстия в
инструменте или обрабатываемой детали, что
повышает производительность обработки от
двух - трех до нескольких десятков раз. Мас-
совая концентрация абразива выбирается в
пределах 30 - 40 % при свободной подаче аб-
разивной суспензии и 20 - 25 % при подаче ее
под давлением и отсосе.
Рис. 1.18.6. Схема процесса ультразвуковой
обработки:
1 - магнитострикционный преобразователь,
2 - концентратор, 3 - инструмент, 4 - обрабатываемая
Деталь, 5 - ванна, 6 - стол ультразвукового станка,
а - подвод тока от генератора; б - подвод абразивной
суспензии, в - отвод продуктов процесса и суспензии,
Р - сила прижима инструмента к детали
При обработке твердых сплавов ультра-
звуковая обработка может быть совмещена с
электрохимическим анодным растворением
(см. комбинированные методы). Такой про-
цесс осуществляют как черновой на тех же
станках, на которых проводится следующая за
ним ультразвуковая чистовая обработка.
Для .питания преобразователей ультра-
звуковых станков используют высокочастотные
генераторы мощностью 0,05 - 2,5 кВт, рабо-
тающие с частотой 22 или 44 кГц.
Ультразвуковой способ обеспечивает объ-
емную скорость съема при обработке стекла до
5500 м3/мин, а твердого сплава - до
500 м3/мин; шероховатость обработанной по-
верхности Ra = 0,32 -г 0,16 мкм.
Относительный износ инструмента ко-
леблется от 0,5 - 1 % (при обработке стекла,
мрамора, кремния) до 40 - 60 % (при обработ-
ке твердых сплавов).
При оснащении ультразвукового станка
вращающимся преобразователем появляется
возможность обработки инструментом, шар-
жированным алмазными зернами, что позво-
ляет повысить точность обработки и скорость
сверления круглых отверстий в хрупких мате-
риалах в пять - десять раз.
Ультразвуковая обработка применяется
для изготовления высадочных и чеканочных
неразъемных твердосплавных штампов, выре-
зания заготовок из германия, кремния, кера-
мики, кварца для полупроводниковых и дру-
гих приборов, получения из оптического стек-
ла заготовок сложнофасонных линз, клейме-
ния, нанесения надписей и рисунков, обра-
ботки алмазных и твердосплавных волокон,
фильер и др
612
Глава 1.18. СТАНКИ ЭЛЕКТРОФИЗИКОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Рис. 1.18.7. Схема лазерной обработки:
1 - активная среда; 2 - система накачки активной
среды; 3 - резонатор; 4 - система охлаждения;
5 - зеркало; 6 - заслонка; 7 - фокусирующая система;
8 - система подачи газа; 9 - обрабатываемая деталь
Лучевая обработка. Лучевые способы, ос-
нованные на съеме материала при воздействии
на него концентрированных лучей с высокой
плотностью энергии, применяют для обработ-
ки токопроводящих и нетокопроводящих ма-
териалов. Как и при электроэрозионной обра-
ботке, съем металла осуществляется при пре-
образовании энергии непосредственно в зоне
обработки в тепло. Эти способы не требуют
применения специального инструмента, обес-
печивающего подведение энергии к месту об-
работки. В настоящее время для размерного
съема материала применяется в основном ла-
зерная (светолучевая), электронно-лучевая и
плазменная обработка.
Лазерная обработка основана на том, что
монохроматическое электромагнитное излуче-
ние, генерируемое лазером, формируется с
помощью оптической системы и концентриру-
ется на обрабатываемой детали, вызывая на-
грев, плавление, испарение или взрывное раз-
рушение материала (рис. 1.18.7).
В зоне локализации излучения форма и
диаметр светового пятна изменяются от еди-
ниц до сотен микрометров и, в зависимости от
температуры и давления, развиваемых на по-
верхности материала, возможны вариации
названных процессов и, следовательно, раз-
личные виды лазерной обработки - прошивка
отверстий, резание, скрайбирование, сварка,
термообработка.
Обработка может осуществляться в воз-
духе, вакууме или зребуемой газовой среде и
организуется во времени в виде одиночных
или серии импульсов заданной формы с опре-
деленной длительностью, частотой следования
и пиковой мощностью, а также в виде непре-
рывного или квазинепрерывного (модулиро-
ванного с частотой 5 - 50 кГц) излучения с
заданной средней мощностью.
Существует большое разнообразие типов
лазеров: твердотельные, газовые, полупровод-
никовые, жидкостные и др., однако для техно-
логических целей используются в основном
твердотельные и газовые.
Использование тех или других лазеров
для лазерного оборудования различного техно-
логического назначения зависит от их энерге-
тических параметров, приведенных в
табл. 1.18.2.
Широкие возможности технологических
лазеров импульсно-периодического действия с
соответствующими модуляторами добротности
и другими оптико-электронными устройства-
ми позволяют устанавливать необходимые
скорость и длительность нагрева материала, с
помощью светоделительной оптики и зеркал
направлять излучение на те или иные техно-
логические позиции, достигнуть высокой сте-
пени автоматизации технологического процес-
са обработки с применением координатных
устройств относительного перемещения луча и
детали, управляемых от УЧПУ, ЭВМ или пер-
сонального компьютера. Элементами оборудо-
вания для лазерной обработки являются лазер,
система формирования и фокусировки излу-
чения, фиксирования и управления переме-
щениями заготовки, блок управления, различ-
ные вспомогательные устройства и приспособ-
ления, аппаратура для контроля параметров
излучения (рис. 1.18.8).
Рис. 1.18.8. Структурная схема лазерного станка с
ЧПУ:
I - излучатель; 2- источник питания;
3 - система охлаждения; 4 - устройство модуляции и
система автоматической стабилизации выходной
энергии; 5 - система управления; 6 - оптическая
система; 7 - координатный стол
КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
613
1.18.2. Энергетические параметры лазеров
Активная среда (длина волны излучения) Режим работы Энергия в импульсе, Дж Средняя мощность, Вт Частота по- вторения импульсов, Гц Длительность импульсов, мс Область применения
Рубин (£ = 0,69 мкм) Импуль- сный До 10 - До 2 0,3 - 6 Сверление, сварка, резка
Стекло с неодимом (Z = 1,06 мкм) Импуль- сный До 10 - До 5 0,5 - 10 То же
Иттрийалюми- ниевый гранат (L = 1,06 мкм) Импуль- сный До 3 До 300 До 300 0,01 - 10 То же
Непре- рывный До 1000 Сварка, термооб- работка, сверление, резка
СО2 (L = 10,6 мкм) Непре- рывный - До 104 - Резка, сварка, термооб- работка
Импуль- сно- периоди- ческий - До 103 До 500 0,1 - 0,3 Сверление, резка
В производстве используются лазерные
установки-полуавтоматы, лазерные станки с
программным управлением, лазерные автома-
тизированные технологические комплексы,
различающиеся схемой перемещения материа-
ла относительно лазерного луча (рис. 1 18.9):
а) в плоскости обрабо тки с помощью ко-
ординатного стола перемещается обрабатывае-
мый материал;
б) в плоскости обработки в продольном
направлении перемещается лист разрезаемого
материала, в поперечном - система фокуси-
ровки по неподвижной раме установки;
в) над неподвижным обрабатываемым
листом перемещается система фокусировки
излучения.
Лазерное оборудование на базе твердо
тельных лазеров, в основном, используется для
прецизионной обработки:
прошивки отверстий в различных мате-
риалах (керамике, ситалле, феррите, рубине);
прошивки отверстий, предназначенных
для ввода электрода проволоки в детали инст-
рументальной оснастки перед электроэрозион-
ной обработкой;
прошивки отверстий в тонких фольгах,
пленках;
черновой прошивки отверстий в заготов-
ках часовых камней, алмазных волок, форсун-
ках, диафрагмах, ситах и др. деталях;
прецизионной резки, маркировки и
скрайбирования.
Для процессов разделения материалов
используется излучение лазеров, как с непре-
рывной, так и с импульсной генерацией на
базе твердотельных и газовых лазеров; при
этом более высокая производительность обес-
печивается на технологических установках на
базе газовых лазеров непрерывного излучения.
Рис. 1.18.9. Схемы установок для лазерной резки,
различающиеся схемой перемещения разрезаемого
листа относительно лазерного луча:
а - установка с двухкоординатным столом;
б - установка с подвижной кареткой; в - установка
портальной конструкции: 1 - излучатель; 2 - рабочий
стол; 3 - разрезаемый лист; 4 - фокусирующая
система; 5 - портал; 6 - подвижная каретка;
7 - подвижное поворотное зеркало
614
Глава 1.18. СТАНКИ ЭЛЕКТРОФИЗИКОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Разделение проводится при полном уда-
лении материала по линии разреза, при обра-
зовании несквозного реза или системы отвер-
стий в разрезаемой пластине по линии разде-
ления с последующим разломом (скрайбиро-
вание), а также в результате создания в объеме
материала термических напряжений и не-
больших трещин (термораскалывание). Эф-
фективность резки материалов существенно
повышается при подаче в зону обработки
струи газа, способствующей удалению продук-
тов разрушения, а в некоторых случаях и ини-
циирующей химическую реакцию в месте воз-
действия излучения на материал. Подача газа
может осуществляться двумя способами - со-
осно с лучом лазера или сбоку под углом к
оптической оси через специальный капилляр.
Наиболее целесообразно лазерную резку
применять при раскрое листов из сталей, ти-
тановых сплавов и цветных металлов толщи-
ной 4-10 мм, неметаллических материалов -
фанеры, картона, ткани, резины, пластмассы -
особенно при обработке деталей со сложным
контуром.
Скорости лазерного резания достигают
десятков метров в минуту при толщине мате-
риала до 1 мм и 1 - 2 м/мип при толщине
материала 10 - 20 мм.
На установках для резки можно произво-
дить также разметку и маркировку листовых
металлических материалов.
Имеется оборудование, в котором одно-
временно сочетается лазерная резка с механи-
ческой штамповкой и вибрационной высеч-
кой.
Управляя интенсивностью лазерного об-
лучения, можно реализовать различные про-
цессы в поверхностном слое обрабатываемого
материала: нагрев до температур, не превы-
шающих температуру плавления, но достаточ-
ных для структурно-фазовых преврашений;
нагрев до температур, превышающих темпера-
туру плавления, но ниже температуры испаре-
ния; интенсивное испарение поверхности.
Для выполнения прецизионных деталей с
малой площадью обработки предпочтительнее
использование оборудования на базе твердо-
тельных лазеров, а при необходимости обра-
ботки больших участков поверхностей целесо-
образно использование мощных газовых лазе-
ров непрерывного излучения.
Эффекты, которые возникают в поверх-
ностном слое обрабатываемого материала,
подразделяются на три группы.
1 группа - методы лазерной обработки,
не вызывающие оплавления или другого изме-
нения исходной шероховатости; при этом
можно получить различные эффекты в по-
верхностном слое, такие как термоупрочнение,
отпуск, отжиг.
2 группа - лазерная обработка, происхо-
дящая с эффектом оплавления поверхности -
термоупрочнение, лазерная аморфизация, по-
верхностное микролегирование и наплавка.
3 группа - лазерная обработка с испари-
тельным механизмом взаимодействия - токо-
вое упрочнение (наклеп).
Электронно-лучевая обработка основана
на том, что излучаемые катодом электроны
(при глубоком вакууме) ускоряются в мощном
электрическом поле и фокусируются в узкий
пучок, направленный на обрабатываемую де-
таль-апод. При этом кинематическая энергия
электронов преобразуется в тепловую, благо-
даря чему могут прошиваться малые (шириной
или диаметром до нескольких десятков мик-
рон) отверстия, щели и т.п. Метод применяет-
ся при обработке микроотверстий в прецизи-
онных деталях радиоэлектронной промышлен-
ности; в охлаждаемых лопатках турбин; в осо-
бо чистых материалах, для которых недопус-
тим контакт с воздухом; при изготовлении
сеток в листовом материале.
Плазменная обработка. Низкотемпера-
турная открытая плазма применяется для по-
вышения эксплуатационных свойств деталей
(износостойкости, коррозионной стойкости,
жаропрочности и т.п.) за счет покрытия их
соответствующими материалами (плазменная
наплавка и напыление), резки плазменной
сгруей, плазменной сварки. Кроме того, име-
ется ряд комбинированных процессов, в част-
ности плазменно-механическая обработка.
Плазменная наплавка осущесгв-
ляется путем подачи в сварочную ванну или
плазменную дугу порошков или проволоки из
материала с заданными свойствами. В процес-
се наплавки плазменная горелка (плазмотрон)
совершает относительно детали поперечные
колебания. Возможна наплавка за один проход
валика шириной до 60 мм и толщиной
0,5 - 6 мм. Производительность наплавки в
зависимости от толщины слоя составляет
0,5 - о кг/ч.
Плазменное напыление анало-
гично плазменной наплавке, но характеризует-
ся большей концентрацией теплового потока и
высокой скоростью плазменной струи. При
напылении используются мелкогранулирован-
ные порошки (40 - 100 мкм). Толщина напы-
ляемого слоя 0,3 - 0,5 мм и выше; производи-
тельность напыления 2-4 кг/ч.
Плазменная резка заключается в
локальном удалении металла вдоль линии реза
плазменной струей с использованием в качест-
ве плазмообразующих газов аргона, азота, во-
дорода, воздуха и т.п. Применяется для резки
коррозионно-стойких сталей толщиной до 60 -
80 мм, низкоуглеродистых и низколегирован-
ных сталей толщиной до 30 - 500 мм. После
плазменной резки параметр шероховатости
поверхности Rz = 80 ч- 160 мкм.
Плазменная сварка отличается
большей равномерностью проплавления кро-
КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
615
мок, более стабильным горением дуги по
сравнению с аргонодуговой сваркой неплавя-
щимся электродом. Занимает промежуточное
положение между сваркой электронным лучом
и аргонодуговой сваркой, используется также
для сварки неэлектропроводных материалов,
тонких листов и деталей толщиной от не-
скольких десятков микрон до 2 мм.
Комбинированные методы электрофизико-
химической обработки. К комбинированным
методам обработки относятся абразивно-
электрохимическая, абразивно-электроэрози-
онная, ультразвуковая-электрохимическая,
электроэрозионпо-химическая, анодно-меха-
ническая и плазменно-механическая обработ-
ка. Этот класс процессов непрерывно расши-
ряется.
Абразивно-электрохимичес-
кая обработка (АЭХО). Съем металла
происходит путем совмещения микрорезания
абразивными (алмазными, эльборовыми) зер-
нами и анодного (электрохимического) рас-
творения.
Анодное растворение металла заготовки
уменьшает толщину срезаемых микростружек
и сокращает зону механического контакта
круга-инструмента и заготовки. Электрохими-
ческие процессы, кроме того, снижают сопро-
тивление металла резанию за счет адсорбцион-
ного уменьшения прочности поверхностных
микрослоев.
В данном процессе наблюдаются и элек-
троэрозионные явления: при вращении круга-
инструмента вследствие образования и разрыва
точечных контактов в рабочей зоне возникают
электрические разряды между его металличе-
ской связкой и обрабатываемой заготовкой.
Образованию таких разрядов в значительной
степени способствует стружка, получаемая при
резании. Электроэрозионные процессы при
абразивно-электрохимической обработке спо-
собствуют разрушению наиболее выступающих
элементов микрорельефа связки круга. При
этом происходят вскрытие новых рабочих зе-
рен, сжигание стружки в межэлекгродном
зазоре и на поверхности круга, вследствие чего
снижаются затраты мощности на трение, осу-
ществляется удаление пассивирующих пленок
с поверхностей детали и инструмента. Совме-
стное действие электрохимических и электро-
эрозионных факторов обеспечивает снижение
сил резания и средних температур в рабочей
зоне в два-четыре раза. Производительность
шлифования твердых сплавов, некоторых ма-
рок магнитных сплавов, жаропрочных и кор-
розионно-стойких сталей в два - три раза вы-
ше, чем при применении традиционных мето-
дов шлифования. В частности, при шлифова-
нии твердых сплавов торцом алмазного круга
достигается объемная скорость съема металла
800 - 900 мм3/мин (в случае заточки резцов) и
3000 - 5000 мм3/мин (при плоском шлифова-
нии); объемная скорость съема магнитных
сплавов составляет 10000 - 12000 мм3/мин.
При круглом наружном абразивно-электрохи-
мическом шлифовании объемная скорость
съема твердых сплавов составляет 900 - 1000
мм3/мин, магнитов - 4000 - 5000 мм3/мин.
Параметр шероховатости обработанной по-
верхности после абразивно-электрохимической
обработки составляет Ra = 0,32 -s- 0,63 мкм, а
при использовании мелкозернистых кругов и
выхаживании без тока - Ra = 0,16 мкм. В по-
верхностном слое деталей после АЭХО отсут-
ствуют прижоги и микротрещины. Соедине-
ние процесса резания с процессом анодного
растворения при АЭХО на практике может
быть осуществлено подключением токопрово-
дящего круга (бруска) к отрицательному полю-
су источника постоянного тока или использо-
ванием электронейтрального инструмента и
созданием отдельной электрохимической зоны
с помощью автономного электрода, подклю-
чаемого к отрицательному полюсу источника
питания, а деталь в обоих случаях подключает-
ся к положительному полюсу. По первому
варианту работают плоско-, кругло-, внутри-
шлифовальные и заточные станки; по второ-
му - хонинговальные и суперфинишные.
Процессы АЭХО осуществляют при на-
пряжении Up = 5 -г 10 В (при обработке с
автономным электродом Up = 24 В) и плотно-
сти тока 15 - 150 А/см2.
В качестве рабочей среды чаще всего ис-
пользуют нитрат-нитритные растворы, содер-
жащие для уменьшения коррозионной актив-
ности различные пассивирующие добавки
(соду, глицерин, триэтаноламин и т.п.).
На всех серийно выпускаемых станках приме-
няется электролит "ЭНИМС-1", содержащий
50 - 60 г/л нитрата натрия, 4 - 5 г/л нитрита
натрия, 4-5 г/л карбоната натрия и 10 - 20
г/л глицерина.
Абразивно-электрохимическая обработка
применяется при плоском торцовом шлифова-
нии деталей из твердых, магнитных, жаро-
прочных сталей и сплавов; плоском и круглом
шлифовании тонкостенных, нежестких дета-
лей; профильном шлифовании; шлифовании
вязких материалов без образования заусенцев
и т.п.
Конкурирующим процессом является аб-
разивно-электроэрозионная обработка.
Абразив ио-электроэрозион-
ная обработка (АЭЭО). При АЭЭО
съем металла осуществляется микрорезанием в
условиях непрерывного электроэрозионного
воздействия на рабочую поверхность круга-
инструмента. Электрические разряды, генери-
руемые либо непосредственно между заготов-
кой и инструментом, либо между инструмен-
том и специальным дополнительным электро-
дом, обеспечивают вскрытие новых рабочих
616
Глава 1.18. СТАНКИ ЭЛЕКТРОФИЗИКОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
абразивных зерен, удаление стружки с поверх-
ности инструмента (ликвидацию "засалива-
ния") и разрушение стружки в объеме рабочей
зоны. Однако в отличие от АЭХО элекгроэро-
зионные процессы носят упорядоченный ха-
рактер; их интенсивность может регулировать-
ся в достаточно широких пределах, что обес-
печивает значительное повышение и стабили-
зацию во времени режущей способности инст-
румента, повышение в десятки раз периода его
стойкости, снижение затрат мощности на тре-
ние.
При АЭЭО в качестве рабочей среды
применяют обычные станочные СОЖ или 3%-
ный раствор соды. Абразивный (алмазный,
эльборовый) токопроводящий круг подключа-
ют к положительному, а деталь - к отрица-
тельному полюсу источника импульсного на-
пряжения (типа ГТИ, ИТТ, ШГИ).
Алмазно-эрозионная обработка по срав-
нению с алмазно-электрохимической обладает
рядом эксплуатационных преимуществ - от-
сутствуют коррозия оборудования и газовыде-
ление в рабочей зоне, весь металл снимается в
виде стружки, что существенно упрощает его
утилизацию и очистку рабочей жидкости. По
производительности оба процесса практически
не отличаются, однако износ алмазов в случае
АЭЭО- на 20 - 30 % выше. Наиболее целесо-
образно АЭЭО применять при заточке режу-
щего инструмента, особенно твердосплавного,
совместно со стальной державкой; плоском
шлифовании периферией круга твердосплав-
ных штампов совместно со стальной оправкой
и постоянных магнитов; наружном и внутрен-
нем шлифовании деталей из высоко ванадие-
вых штамповых и твердых сплавов.
АЭЭО с элекдроэрозионным воздействи-
ем на рабочую поверхность инструмента в
отдельной зоне обеспечивает более низкий
(в 1,5 -2 раза) удельный износ инструмента,
однако, конструктивное оформление Такого
варианта сложней, чем при коммутировании
электрических разрядов непосредственно в
рабочей зоне.
Для АЭЭО серийно выпускаются заточ-
ные, плоско-, внутри- и круглошлифовальные
станки. Кроме того, процесс может быть реа-
лизован на обычных шлифовальных станках
при условии их дооснащения токоподводящи-
ми элементами, токоизолирующей план-
шайбой и источниками питания мод. ИТТ-35
и И'ГТ-9, ШГИ-63/440 и т.п.
Ультразвуковая электрохи-
мическая обработка. При этом про-
цессе вместо взвеси абразива в воде в зону
обработки, выполняемой по схеме, представ-
ленной на рис. 1.18.6, подается под избыточ-
ным давлением 0,2 - 0,5 МПа абразивонесу-
щий электролит, содержащий обычно 65 %
воды , 15 % азотнокислого натрия NaNOj и
1 % азотистокислого натрия NaNOj. Через
промежуток между инструментом и обрабаты-
ваемой деталью пропускается ток плотностью
до 25 А/см2, напряжением 4 - 15 В, причем
плюс источника питания присоединяется к
обрабатываемой детали, а минус - к инстру-
менту.
Точность процесса зависит от плотности
тока и составляет от + 0,06 до ± 0,1 мм. Про-
изводительность обработки твердых сплавов -
до 350 - 400 м3/мин. Износ инструмента равен
5,5 - 6 %.
Анодно-механическая обра-
ботка. Представляет собой комбинирован-
ный процесс анодного растворения и электро-
эрозионного воздействия на обрабатываемую
заготовку при движущемся относительно обра-
батываемой поверхности электроде-
инструменте (рис. 1.18.10). Рабочей средой
служит электролит, дающий на аноде пассиви-
рующую пленку (обычно водный раствор жид-
кого стекла).
Источник питания - выпрямитель с ра-
бочим напряжением 24 - 32 В. Электрод-
инструмент подключается к отрицательному, а
обрабатываемая заготовка - к положительному
полюсу. Электрод-инструмент выполняется в
виде диска или бесконечной ленты.
Анодно-механическая обработка приме-
няется в основном для разрезания заготовок из
высоколегированных сталей и труднообраба-
тываемых сплавов толщиной до 1000 мм со
скоростью до 30 - 35 см2/мин, для шлифова-
ния твердосплавных деталей типа втулок.
Параметр шероховатости обработанной
поверхности при разрезании Rz = 160 ? 400
мкм, при шлифовании - Ra = 0,5 =• 1 мкм.
Ширина реза на дисковых станках 1,5-3 мм,
ленточных 1,8-2 мм и при толщинах разре-
заемой заготовки до 3 мм. Глубина изменен-
ного слоя в зависимости от обрабатываемого
материала и условий обработки колеблется от
0,05 до 0,6 мм; относительный износ инстру-
мента 15 - 25 %.
Рис. 1.18.10. Схема анодно-механической обработки
бесконечной лентой-электродом
(Е - источник постоянного напряжения)
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННЫЕ КОПИРОВАЛЬНО-ПРОШИВОЧНЫЕ СТАНКИ
617
Рис. 1.18.11. Схема процесса обработки алмазным
проволочным инструментом
Плазменно-механическая об-
работка (ПМО) - обработка резанием с
плазменным прогревом срезаемого слоя с це-
лью его разупрочнения. Применяется при
черновой обработке труднообрабатываемых
материалов на токарных, токарно-карусель-
ных, строгальных станках. Позволяет повысить
производительность обработки в 1,5 - 10 раз (в
зависимости от материала), стойкость режу-
щего инструмента в два-пять раз. В качестве
плазмообразующего газа используются воздух,
аргон, азот, смесь аргона с азотом. Мощность
используемых установок для плазменной рез-
ки до 100 - 120 кВт.
Обработка алмазным проволочным инст-
рументом используется для изготовления
сложно контурных деталей с цилиндрической
образующей из хрупких материалов. Натяну-
тый алмазный проволочный инструмент при-
водится во вращение вокруг вертикальной оси
и осциллирует вдоль оси (рис. 1.18.11). Управ-
ление перемещениями инструмента по коор
динатам X и У относительно заготовки осуще-
ствляется либо от системы числового про-
граммного управления, либо по фотокопиру.
Данная обработка характеризуется малы-
ми (десятки грамм) силовыми воздействиями,
что позволяет получать очень тонкие элементы
контура. Способ применяется: при вырезке
деталей приборов из поликора, кварцевого
стекла, феррита и т.п., а также мозаичных
изделий из ювелирноподелочных камней; при
вырезке графитовых электродов-инструментов
для копировально-прошивочных электроэро-
зионных станков.
Параметр шероховатости обработанной
поверхности Ra = 1,25 мкм. Точность обра-
ботки 0.01 - 0,03 мм (в зависимости от разме-
ров обрабатываемого контура). Диаметр ал-
мазного проволочного инструмента 0,3 - 0,8 мм.
1.18.2. ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННЫЕ КОПИРОВАЛ 1.1 ю-
ПРОШИВОЧНЫЕ СТАНКИ. КОНСТРУКЦИИ и
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Электроэрозионный станок (рис. 1.18.12)
состоит из следующих элементов: собственно
станка 1 с рабочей ванной 2, в которой нахо-
дится стол J для установки электрода-изделия
4; регулятора подачи 5; источника питания 6 -
генератора импульсов (ГИ); системы снабже-
ния 7 диэлектрической жидкостью, состоящей
из насосов, фильтров, бака и т.п.; электрода-
инструмента 8.
Источник питания преобразует перемен-
ный ток промышленной частоты в импульс-
ный с регулируемыми частотой f (от сотен до
сотен тысяч импульсов в секунду), амплитудой
(от долей до тысяч ампер), скважностью q (от
1,01 до 5 - 10), продолжительностью (от
долей до нескольких тысяч микросекунд) и
паузой /п между импульсами. Изменением
указанных параметров устанавливается техно-
логический режим обработки.
Регулятор подачи автоматически изменя-
ет положение одного из электродов с целью
поддержания заданного межэлектродного за-
зора (МЭЗ).
Система охлаждения служит для регули-
рования расхода и очистки рабочей жидкости,
подаваемой с целью облегчения удаления про-
дуктов процесса и охлаждения непосредствен-
но в межэлектродный промежуток (рабочую
зону) и ванну станка.
Собственно станок в большинстве случа-
ев представляет собой С-образную станину, на
которой устанавливается узел подачи электро-
да-инструмента и рабочий стол, оборудован-
ный устройством (ванной), позволяющим
осуществлять обработку детали под заливом
рабочей жидкостью с глубиной погружения от
верхней плоскости детали не менее 50 мм. Зто
требование необходимо выполнять, так как
применяемые рабочие жидкости изготавлива-
ются на основе нефтепродуктов и являются
пожароопасными..
Рис. 1.18.12. Электроэрозионный станок со
вспомогательными устройствами энергопитания и
снабжения рабочей жидкостью
Глава 1.18. СТАНКИ ЭЛЕКТРОФИЗИКОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
618
t—
Узел подачи электрода-инструмента дол-
жен отрабатывать сигналы регулятора подачи,
которые могут следовать с частотами от не-
скольких до 100 Гц, причем переменной по-
лярности. Пиноль узла подачи также должна
осуществлять реверс движения, с требуемой
частотой и амплитудой от нескольких микро-
метров до 0,5 - 0,7 мм. Такая динамика дви-
жения пиноли узла подачи предъявляет соот-
ветствующие требования к конструкции стан-
ка. Станина станка должна обладать соответст-
вующей жесткостью, что обуславливает жест-
кость всей технологической системы, чтобы
исключить резонансные колебания станка.
Поэтому электроэрозионные станки с боль-
шим весом электродов-инструментов имеют
жесткие станины и соответствующую им кон-
фигурацию, чтобы обеспечить жесткость от
2-3 кг/мкм до 20 - 30 кг/мкм.
В элекгроэрозионных станках приняты
две конструкции узлов подачи:
гидравлическая, с гидростатическими
подшипниками пиноли и управляющим ре-
версивным гидрораспределителем;
электромеханическая с направляющими
качения пиноли и перемещением ее беззазор-
ной шарико-винтовой передачей.
Гидравлическая система обычно приме-
няется на однокоординатных станках, которые
имеют по остальным осям только установоч-
ные перемещения.
В электромеханических системах в каче-
стве привода перемещения используют высо-
кодинамичные электродвигатели с соответст-
вующими электронными преобразователями.
Эти системы применяют на многокоординат-
ных элекгроэрозионных станках.
Система снабжения рабочей жидкостью
представляет собой циркуляционную систему,
позволяющую быстро наполнять и сливать
рабочую жидкость в ванне станка, поддержи-
вать соответствующий уровень в ванне станка
во время обработки и заданную температуру
жидкости, проводить ее очистку от продуктов
эрозии (фильтровать), осуществлять прокачку
рабочей жидкости через межэлектродный за-
зор. Система снабжения рабочей жидкостью
состоит из бака, фильтров, насосов, теплооб-
менников и т.п. элементов, необходимых для
ее функционирования. Вместимость от 150
литров до нескольких кубометров рабочей
жидкости в зависимости от габаритов станка и
мощности генератора рабочего тока.
Генератор рабочего тока представляет со-
бой электронный преобразователь, трансфор-
мирующий энергию электрической сети в ра-
бочие униполярные импульсы. Длительность и
амплитуда импульсов рабочего контура станка
имеют очень широкий диапазон. Это необхо-
димо для того, чтобы получать высокую ско-
рость съема материала заготовки и в то же
время малые параметры шероховатости обра-
ботанной поверхности. От режима рабочего
тока зависит также и износ электродов-
инструментов, что в свою очередь влияет на
точность обработки и экономические показа-
тели процесса обработки. Современные гене-
раторы имеют диапазон длительностей им-
пульсов рабочего тока от 1 мкс до нескольких
миллисекунд и даже десятков миллисекунд,
амплитуду рабочего тока от десятых долей
ампера до нескольких сотен ампер и паузу
между импульсами от нескольких до десятков
микросекунд. Все эти параметры легко меня-
ются в процессе обработки и могут переклю-
чаться оператором по программе в зависимо-
сти от необходимой технологии обработки.
Копированию-прошивочные станки вы-
пускаются различной конфигурации и различ-
ного назначения. Их можно разделить по га-
баритам обрабатываемых деталей и по степени
автоматизации.
По габаритам обрабатываемых деталей
станки можно подразделить на габаритные
классы от нулевого до уникальных станков для
обработки крупногабаритных деталей типа
вытяжных штампов.
Станки нулевого габарита предназначены
в основном для прошивки отверстий малого
размера (от 0,03 мм до 10 мм приведенного
диаметра) различной конфигурации, а также
мелких штампов и пресс-форм.
В качестве рабочей жидкости на таких
станках может применяться керосин, а в от-
дельных случаях дистиллированная вода.
Среди станков этого габарита особое ме-
сто занимают станки для скоростной прошив-
ки отверстий диаметром 0,3 - Змм на глубину
до 50 - 200 диаметров. В этих станках в каче-
стве инструмента используют латунные или
медные трубки, через которые в межэлектрод-
ный зазор прокачивается дистиллированная
вода под давлением 2-10 МПа.
Средний ток генераторов на станках ну-
левого габарита находится в пределах
15 - 30 А.
Станки первого габарита имеют генера-
торы на 50 - 80 А среднего тока и предназна-
чены для изготовления штампов, пресс-форм,
литформ и т.п. изделий, а также прошивки
отверстий в заготовках с описываемым диа-
метром до 400 мм.
Станки среднего габарита оснащают ге-
нераторами на 50 - 150 А. По желанию потре-
бителя ток генератора может быть увеличен.
На станках среднего габарита обрабаты-
вают детали размером до 600 х 800 мм с мас-
сой от 600 кг до 1т.
Станки крупного габарита оснащают ге-
нераторами по желанию потребителя. Ток
генератора может достигать 600 А. Заготовки
могут иметь размер 800 х 1200 мм или
1200 х 2000 мм при массе до 3 т,
ВЫРЕЗНЫЕ СТАНКИ КОНСТРУКЦИИ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
619
Уникальные электроэрозионные станки
для обработки деталей массой более 3 т осна-
щают генераторами на ток до 600 А. Габариты
рабочей ванны позволяют обрабатывать детали
размером 2,5 х 4 м и более.
По степени автоматизации эрозионные
копировально-прошивочные станки можно
подразделить по количеству управляемых ко-
ординат. У однокоординатных станков автома-
тически управляется только вертикальная ось,
на которой закрепляется электрод-инструмент.
У станков с ЧПУ трех- и четырехкоорди-
натных оси X, Y, Z и С управляются по про-
грамме; такие станки работают в следящем
режиме. В этих станках может также исполь-
зоваться ось С вращения электрода или заго-
товки. Станки с ЧПУ обычно изготовляют
начиная с первого габарита. Однако такие
станки оправдывают себя только в случаях,
когда надо производить сложные детали с
различными поднутрениями, криволинейными
пазами или многоместными штампами илй
пресс-формами.
Станочные электроэрозионные модули
отличаются от станков с ЧПУ системами авто-
матической смены инструмента на несколько
позиций (обычно от четырех до 16).
Станочные модули предназначены для
круглосуточной работы и оснащают дополни-
тельно системами пожаротушения, системами
оповещения нарушений режимов обработки и
другими, необходимыми для безлюдной тех-
нологии. Автоматическая смена заготовок
применяется крайне редко из-за сложности их
базирования при загрязнении рабочей зоны
продуктами эрозии. Из-за длительного ма-
шинного времени при эрозионной обработке
время работы устройств смены инструмента в
цикле изготовления детали составляет
0,5 - 5 %. Один оператор может обслуживать
три - четыре станка, а время смены инстру-
мента вручную занимает несколько минут.
Поэтому установка на эрозионный станок
дорогостоящего устройства смены инструмен-
та, а тем более заготовки, с добавлением необ-
ходимых операций подготовки вне станка час-
то экономически не оправдана.
1.18.3. ВЫРЕЗНЫЕ СТАНКИ. КОНСТРУКЦИИ И
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Вырезные станки в зависимости от числа
одновременно обрабатываемых деталей бывают
одно- и многопозиционные. По типу приме-
няемой системы управления они подразделя-
ются: на станки с аналоговыми системами
управления (элекгроконтактной и фотокопи-
ровальной) и на станки с устройствами ЧПУ.
Промышленностью выпускаются станки нор-
мальной, повышенной и высокой точности.
Электроэрозионные вырезные станки
Имеют следующие достоинства.
1. Отсутствует необходимость примене-
ния фасонных электродов-инструментов (ЭИ).
2. Возможно изготовление деталей с эк-
видистантным профилем при использовании
одной программы ЧПУ, например матриц,
пуансонов, съемников и пуансонодержателей
вырубных штампов.
3. Отсутствует необходимость учета изно-
са электродов, так как обработка осуществля-
ется в режиме непрерывной подачи новых
участков равномерно движущейся проволоки.
4. Возможно получение деталей сложной
формы и очень малых размеров, изготовление
которых другими способами вызывает затруд-
нения.
5. Возможно автоматическое управление.
6. Исключена опасность возникновения
пожара, так как в качестве рабочей жидкости
применяется вода.
7. Возможна эффективная обработка
опытных образцов деталей и профильных ка-
либров.
Однопозиционные станки осуществляют
обработку деталей одним электродом-
проволокой. Принцип вырезания деталей с
цилиндрической образующей представлен на
рис. 1.18.13, а. Проволочный ЭИ внедряется в
заготовку, образуя узкую щель шириной Ь^,
равной сумме диаметра проволоки d и двух
боковых зазоров Sj между проволокой и дета-
лью (рис. 1.18.13, б).
Ь„ = d + 2S£.
Можно выделить следующие основные
узлы электроэрозионного вырезного станка:
координатный стол с приводами подач; уст-
ройство направляющих проволочного электро-
да (проволоки); перемотки и натяжения; аг-
регат подготовки и подачи в зону обработки
рабочей жидкости; систему управления пода-
чами; генератор импульсов технологического
тока.
Вырезные электроэрозионные станки,
как правило, работают в декартовой
(прямоугольной) системе координат, при этом
в зависимости от функционального назначе-
ния наиболее часто встречается следующая
компоновка координатных столов.
1. Деталь устанавливается на крестовом
столе (рис. 1.18.14, а) и вместе с ним соверша-
ет координатные перемещения; при этом при
переходе от консольного крепления детали
(рис. 1.18.14, б) к креплению на опорах стола
(рис. 1.18.14, в) допустимая масса детали уве-
личивается на один-два порядка.
2. Деталь неподвижна, а координатные
перемещения имеет инструментальная скоба,
закрепленная на жестком портале
(рис. 1.18.14, г).
3. В крупных станках, имеющих пор-
тальную конструкцию, инструментальная ско-
ба с проволочным электродом перемещается
вдоль портала, а деталь со столом движется в
перпендикулярном направлении (рис. 1.18.14,
в). В такой конструкции допустимая масса
детали достигает 15000 кг при габаритных раз-
мерах 1200 х 1200 мм. ~ ~ *
62»
Глмж 1-1?. СТАНКИ. ЭДЕКТРОПИЗИКОХИМИЧЕдаЙ ОБРАБОТКИ
Рис. 1.18.13. Схемы вырезания проволочным ЭИ:
а - структурная схема электроэрозионного станка, б - прорезка щели,
1 - рабочая скоба, 2 - рабочий стол, 3 - ванна с рабочей жидкостью, 4 - заготовка детали, 5 - проволочный ЭИ;
6 - координатный стол, 7- двигатели подач по осям Хи Y, 8- система управления подачами, 9 - генератор
импульсов технологического тока, 10 - блок перемотки и натяжения проволочного ЭИ, 11 - регулирующее
устройство подачи рабочей жидкости, 12 - насос, 13 - бак для хранения рабочей жидкости
Рис. 1.18.14. Компоновка вырезных станков:
а - крестовый стол, б - крестовый стол с консольным креплением детали, в - рртзль со столом
перемещается в одном направлении, а рабочая скоба на портале - в другом направлении;
г - деталь неподвижна, каретка перемещается на жестком портале
Приводы подачи вырезных станков с
ЧПУ должны иметь высокие динамические
характеристики, определяющие эффективное
регулирование малых (3-8 мкм) межэлек-
тродных зазоров, обладать полосой пропуска-
ния не менее 70 - 100 Гц, обеспечивать широ-
кий диапазон регулирования частоты враще-
ния, равномерность вращения при малых обо-
ротах и жесткие механические характеристики.
Привод с высокомоментными двигателями,
допускающий безредукторную беззазорную
передачу, удовлетворяет указанным требовани-
ям, обеспечивая скорость позиционирования
до 600 - 900 мм/мин, что на порядок выше,
чем у шагового привода.
Механизмы перемотки, натяжения и на-
правляющие проволоки предназначены для
обеспечения прямолинейности, малых колеба-
ВЫРЕЗНЫЕ СТАНКИ КОНСТРУКЦИИ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
621
ний и постоянства скорости движения прово-
локи. Прямолинейность достигается усилием
натяжения Кроме натяжения проволоки на
амплитуду колебаний влияет расстояние между
направляющими, зависящее от толщины выре-
заемой детали.
Для электроэрозионной вырезки исполь-
зуют следующие марки проволоки: латунная
ДКРПМ Л63, медная ММ, молибденовая
МЧ-1-А, вольфрамовая ВА-1-А. При точных
работах применяют проволоку 1-го и 2-го
классов точности, у которой допустимые от-
клонения диаметра не превышают 0,0015 мм.
Существуют типы проволоки, калиброванные
через 1-2 мкм.
Направляющие элементы вьполняют в
виде различных конструкций: призм, про-
странственных лабиринтов из штифтов, под-
вижных и неподвижных роликов, сегментных
призм, фильер и т п. К системе направления
проволочного ЭИ предъявляются следующие
требования: постоянство силы трения прово-
локи при её перемещении; надежная фиксация
и отсутствие смещения; постоянство натяже-
ния проволочного электрода; уменьшение
амплитуды поперечных колебаний
Системы направления проволоки посто-
янно совершенствуются.
Требование к токоподводам заключается
в том, чтобы они располагались как можно
ближе к зоне обработки, не создавали допол-
нительной значительной силы трения и до-
полнительной потери энергии импульсов тех-
нологического тока. В настоящее время при-
меняются токоподводы скольжения и вра-
щающиеся. Обычно они располагаются под
нижней и над верхней направляющими.
Механизмы перемотки и натяжения
предназначены для обеспечения непрерывной
и направленной подачи проволочного ЭИ.
Механизм перемотки должен обеспечивать
плавное и непрерывное движение ЭИ с задан-
ной скоростью.
Механизм натяжения обеспечивает по-
стоянство натяжения проволочного ЭИ.
В широко распространенной схеме механизма
натяжение создается электродвигателем, рабо-
тающим в режиме торможения.
В последних моделях станков механизм
привода подачи выполняется отдельным уз-
лом Скорости разматывания и натяжения
проволоки настраиваются независимо друг от
Друга. Разматывание осуществляется двигате-
лем постоянного тока с постоянным вращаю-
щим моментом. Натяг задается грузом или
тормозной муфтой, изменяется электронным
регулятором и поддерживается с точностью не
менее 5 %. Намотка проволоки после ее про-
хождения через рабочую зону осуществляется с
помощью катушки достаточно больших разме-
ров с устройством укладки проволоки.
На некоторых станках зарубежных фирм уста-
навливают устройства для резки отработанной
проволоки или укладки ее в бункер, что обу-
словлено принципом действия устройства ав-
томатической заправки проволоки.
При изготовлении матриц вырубных
штампов и фильер в зависимости от их назна-
чения и конструкции требуется иметь угол
наклона образующей рабочего профиля мат-
рицы от нескольких угловых минут до не-
скольких градусов. В соответствии с этим тре-
бованием многие вырезные станки оснащают
устройствами для получения конических по-
верхностей, обеспечивающих постоянный или
переменный угол наклона профиля.
В современных станках верхняя направ-
ляющая рабочей скобы размещена на коорди-
натном столе, имеющем приводные электро-
двигатели (рис. 1.18.15), управляемые четы-
рехкоординатной системой ЧПУ. Преимуще-
ствами такого устройства являются постоянст-
во скорости перемещения независимо от угла
наклона профиля детали, возможность изго-
товления деталей с острым углом и получения
переменных углов наклона профиля детали.
Станки могут оснащаться устройством
автоматической заправки проволоки.
На большинстве элекгроэрозионных вы-
резных станков обработка деталей ведется с
прокачкой рабочей жидкости через зону реза-
ния коаксиально проволочному ЭИ, через
сопло. Прокачка проводится сверху и снизу
при независимом регулировании расхода ра-
бочей жидкости. При такой подаче рабочей
жидкости обработка ведется без погружения в
ванну, что гарантирует стабильность электро-
проводности жидкости в рабочей зоне, обес-
печивает малые потери энергии разрядных
импульсов, увеличивает скорость резания и
уменьшает нагрузку на станину станка.
Рис. 1.18.15. Схема обработки деталей с конической
образующей
622
Глава 1.18 СТАНКИ ЭЛЕКТРОФИЗИКОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
В вырезных станках в зависимости от
типа генератора применяется деионизирован-
ная или водопроводная вода, подаваемая в
рабочую зону насосом. После прохождения
рабочей зоны жидкость попадает в бак, из
которого прокачивается через фильтры и далее
она попадает в бак очищенной жидкости. Ус-
тановка термостабилизирует жидкость.
1.18.4. СТАНКИ ДЛЯ АБРАЗИВНО-
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ (АЭХО).
КОНСТРУКЦИИ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
В состав станков для АЭХО входят сле-
дующие основные элементы: собственно ста-
нок, правящий электрод, источник импульс-
ного напряжения, токоподводящие узлы, бак
для рабочей жидкости (СОЖ), система нагне-
тания СОЖ в рабочую зону и в зону дополни-
тельного правящего электрода, система очист-
ки СОЖ (магнитный сепаратор или ленточ-
ный фильтр-транспортер), электрошкаф.
Вследствие небольших рабочих токов
шлифовальный круг изолируют с помощью
специальной планшайбы с внутренним коль-
цом из эпоксидных компаундов (рис. 1.18.16);
токоподвод может быть выполнен по одному
из двух, представленных на рис. 1.18.17, вари-
антов.
А бразивный круг
Рис. 1.18.16. Схема узла изоляции круга
б)
Рис. 1.18.17. Схемы токоподвода к кругу:
а - через цилиндрический токосъемник, б - через дисковый токосъемник,
1 - пружина с регулируемым натягом; 2 - коллектор; 3 - изолирующее кольцо;
4 - медно-графитовая щетка, 5 - токосъемник
СТАНКИ ДЛЯ АБРАЗИВНО-ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ (АЭХО)
623
Рис. 1.18.18. Конструкция автономного оксидирующего электрода:
1 - рабочий элемент электрода, 2 - алмазный круг; 3 - отверстия для подачи СОЖ;
4 - корпус оксидирующего электрода; 5 - текстолитовые изолирующие стенки
Правящий электрод крепится на шлифо-
вальной бабке станка и состоит из механизмов
перемещения и рабочего элемента (РЭ). Меха-
низмы перемещения обеспечивают подачу РЭ
в направлении по нормали к рабочей поверх-
ности круга и осцилляцию РЭ относительно
этой поверхности. Механизм перемещения
может быть выполнен в виде упругого элемен-
та (например, пружины), либо в виде элек-
тромеханического или гидравлического следя-
щего привода. В последнем случае система
автоматического управления (САУ) поддержи-
вает между кругом и РЭ межэлектродный за-
зор (МЭЗ), равный 0,01 - 0,03 мм. РЭ пред-
ставляет собой быстросменную деталь из стали
или чугуна, ширина которой равна высоте
круга, а протяженность по дуге окружности -
от 10 до 25 мм. Правящий электрод с упруго
поджатым РЭ отличается конструктивной про-
стотой, но требует частых смен РЭ и стабили-
зации усилия прижима, которое должно быть
равно 10 - 15 Н.
Станки для абразивно-оксидно-электро-
эрозионной обработки (АОЭЭО) состоят из
тех же основных узлов и систем, что и станки
Для АЭЭО, отличаясь от них только наличием
второго источника питания (выпрямителя) и
заменой правящего электрода на оксидирую-
щий (ОЭ) (рис. 1.18.18). Механизм перемеще-
ния обеспечивает подачу ОЭ в направлении по
нормали к кругу с целью периодического вос-
становления МЭЗ по мере износа круга. До-
пускается увеличение МЭЗ от 0,01 - 0,02 мм
До 0,2 - 0,25 мм. Длина РЭ оксидирующего
электрода должна быть равна 30 - 60 мм, воз-
растая по мере увеличения диаметра круга и
ухудшения обрабатываемости материала заго-
товки. Для АЭХО выпускаются оригинальные
станки; для АЭЭО и АОЭЭО станки выпол-
няют на базе обычных шлифовальных станков
путем их дооснащения изолирующими план-
шайбами, источниками питания, токоподво-
дами, правящими и оксидирующими электро-
дами.
В качестве источников питания в станках
для комбинированных процессов шлифования
используют как серийные выпрямители (типа
ТВР и ТЕ) и серийные импульсные генерато-
ры (типа ШГИ), так и специальные генерато-
ры типа ИТТ, коммутирующие на выходе им-
пульсы с регулируемой в пределах 30 - 70 В
амплитудой, частотой 50 Гц, длительностью
0,1-5 мс.
Для комбинированных процессов фи-
нишной обработки применяют алмазные и
эльборовые круги на металлических связках,
форму и размеры которых выбирают в зави-
симости от технологической операции и типа
станка.
После установки на станке новый круг
должен быть подвергнут правке и балансиров-
ке. Правку кругов на металлической связке
осуществляют на обратной полярности
(положительный полюс источника подсоеди-
нен к кругу). Правку кругов ведут, чередуя
чистовое шлифование с выхаживанием, под-
держивая напряжения на 2 - 3 В выше приме-
няемых при обработке заготовок.
624
Глава 1 18. СТАНКИ ЭЛЕКТРОФИЗИКЕ0СИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
1.18.5. СТАНКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ
РАЗМЕРНОЙ ОБРАБОТКИ. КОНСТРУКЦИИ И
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Станки для ЭХО представляют собой
комплекс оборудования (рис. 1.18.19) и при-
боров, которые в совокупности функциональ-
ных связей позволяют осуществлять техноло-
гический процесс получения деталей из заго-
товок. В этот комплекс входят: собственно
станок, на котором закрепляются инструмент
и деталь и осуществляется их взаимное пере-
мещение с заданными параметрами; источник
технологического тока с регулируемым напря-
жением; система циркуляции электролита,
позволяющая прокачивать электролит при
большом давлении и в необходимом количест-
ве через межэлектродный промежуток (МЭП)
и стабилизировать такие параметры электроли-
та, как температура и pH; система управления
процессом обработки, осуществляющая взаи-
мосвязь работы всех систем станка и контроль
за процессом обработки; система подачи воз-
духа или газа в электролит; система вентиля-
ции.
Станок. В процессе ЭХО станок подвер-
гается воздействию трех усилий: гидродинами-
ческого, гидростатического и электромагнит-
ного. Самое большое по величине гидростати-
ческое усилие создает наибольшую деформа-
цию технологической системы. Так, электрод,
имеющий рабочую поверхность 400 см2, при
обработке с противодавлением или при обрат-
ном потоке электролита при давлении в
2 МПа передает усилие на инструментальную
головку станка до 8 • 104 Н. Подобные усилия
не должны вызывать каких-либо значительных
деформаций, которые могли бы нарушить
процесс обработки или сказаться на точности
изготовления деталей.
Жесткость станков зависит от конструк-
ции станины и механизма подачи ЭИ. Обычно
при максимальном значении тока до 5000 А
станина станка С-образная, а свыше 5000 А -
П-образная. Эти два типа станин могут иметь
как горизонтальное, так и вертикальное ис-
полнение.
Механизм подачи ЭИ включает в себя
стальной шток-электрододержатель, переме-
щающийся в направляющих качения или гид-
ростатических направляющих, с жестким под-
пятником, выполненным на роликовых под-
шипниках. Привод злектрододержателя осуще-
ствляется в большинстве случаев парой винт-
гайка качения, имеющей предварительный
натяг. Винт или гайка приводится во враще-
ние от электрогидравлической или от элек-
тромеханической системы. Подача инструмен-
та обычно осуществляется со скоростями
0,5 - 10 мм/мин, однако в некоторых случаях
(например, при выполнении калибровочных
операций) она может быть до 100 мм/мин, а
при обработке на низких напряжениях с вве-
дением воздуха в электролит - менее
0,1 мм/мин.
Во всех случаях стабильность подачи тре-
буется в пределах ± 2 %, поскольку от этого
параметра в наибольшей степени зависит точ-
ность обработки, особенно деталей, имеющих
вертикальные стенки. Так как ход инструмен-
тальной головки электрохимических станков
составляет 300 мм, то для скорости холостого
хода достаточно 500 мм/мин.
На станке устанавливается ограждение
рабочей зоны, которое называется рабочей
камерой. Рабочая камера служит для защиты
рабочего от брызг электролита, для организа-
ции интенсивной вентиляции рабочей зоны и
сбора электролита, прошедшего через МЭП,
для его возврата в систему циркуляции.
Рис. 1.18.19. Принципиальная схема установки для электрохимической обработки:
1 - генератор, 2 - пульт управления, 3 - обрабатываемая деталь, 4 - электрод-инструмент,
5- бак для электролита, 6 - теплообменник, 7 - центрифуга и фильтр, 8 - насос высокого
давления, 9 - система подачи электрода, 10 - токоподводящие шины мм
СТАНКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ РАЗМЕРНОЙ ОБРАБОТКИ
625
Стол станка устанавливается внутри ра-
бочей камеры и в большинстве случаев для
обеспечения наибольшей жесткости крепится
неподвижно, хотя в некоторых случаях на
станках с источником питания до 5000 А он
может иметь наладочные перемещения в про-
дольном и поперечном направлениях.
Так как электролиты для ЭХО коррози-
онно-активны в отношении черных металлов,
все механические части станка, соприкасаю-
щиеся с электролитом, должны изготовляться
из коррозионно-стойких материалов либо
футероваться пластическими материалами или
резиной.
Источник технологического тока. Основ-
ной функцией источника технологического
тока (ИТТ) является подача тока в большом
диапазоне его величин (от десятков до не-
скольких тысяч ампер) при постоянном, ста-
билизированном напряжении. Кроме того,
ИГ1 включает в себя контрольно-
измерительные приборы, системы обнаруже-
ния отказов и системы блокировок, т.е. быст-
рого отключения тока в момент начала разви-
тия короткого замыкания.
При ЭХО используется постоянный ток
низкого напряжения (6 - 20 В). Промышлен-
ные генераторы вырабатывают выпрямленный,
пульсирующий ток. Процент пульсации зави-
сит от применяемой схемы выпрямления и
может составлять от 5 до 30 %. Эта остаточная
пульсация должна быть уменьшена с помощью
фильтров.
Обычный генератор состоит из пони-
жающего трансформатора, вентильного моста,
фильтров и системы управления амплитудным
значением напряжения по высокой стороне
трансформатора. На станках отечественного
производства иногда применяют генераторы,
работающие по шестифазной схеме выпрямле-
ния с фазным регулированием напряжения. В
генераторы встроены блоки защиты электро-
дов от коротких замыканий и искрений.
Генераторы для станков средних моделей
вырабатывают ток силой 3000 - 6000 А. Мак-
симальная сила тока на серийных станках мо-
жет достигать 20000 А. Для станков специаль-
ного назначения создаются генераторы на
40000 А. Ток от генератора подводится к стан-
ку посредством шинопроводов необходимого
сечения из расчета « 9 А/мм2.
Система циркуляции электролита включа-
ет в себя один или несколько баков для хране-
ния электролита, объем которых определяется
примерно из соотношения 800 л электролита
на 1000 А тока источника питания; основной
напорный насос для подачи электролита к
электродам при расходе электролита
Q = 60 л/мин на 1000 А тока источника пита-
ния при давлении 2 - 2,5 МПа; теплообмен-
ник для поддержания температуры электроли-
та в пределах 30 - 40°С (обычно пластинчатого
типа) с устройством, позволяющим регулиро-
вать температуру электролита в достаточно
узких пределах (± 2°С); устройство для очист-
ки электролита от шлама (центрифуга или
сепаратор) и фильтр для очистки электролита,
поступающего в МЭП, от посторонних приме-
сей (типа стружки, металлических частиц,
пыли и т.п.). Фильтр не должен задерживать
гидроокиси металлов и частицы, размер кото-
рых меньше величины зазора в 1,5 - 2 разя
Подача насоса возврата электролита в бак при-
близительно в 1,2 раза выше подачи напор-
ного насоса, однако давление, создаваемое им,
обычно не превышает 0,15 - 0,2 МПа.
Система управления процессом обработки
(СУП) чаще всего состоит из контрольных
приборов - амперметра, вольтметра, указателя
подачи инструмента, указателя положения
инструмента от начала отсчета координат.
Кроме измерительных приборов в СУП имеет-
ся, как правило, программное устройство с
логическими цепочками, позволяющее в про-
цессе обработки поддерживать постоянным
заданный размер МЭП посредством взаимо-
компенсации некоторых параметров. Так, на-
пример, изменение температуры электролита
можно компенсировать изменением напряже-
ния обработки или подачи ЭИ.
Благодаря наличию программного уст-
ройства можно автоматически в необходимые
моменты изменять те или иные соотношения
параметров обработки. Кроме того, СУП
включает в себя ещё и блок обнаружения не-
поладок процесса и предотвращения повреж-
дений электродов.
При правильно организованном техно-
логическом процессе обработки нарушение
процесса может быть вызвано попаданием в
МЭП каких-либо частиц или неоднородно-
стью структуры обрабатываемого материала.
В случае нарушения процесса между инстру-
ментом и деталью может появиться разряд или
признак, предвещающий его появление. Опас-
ная ситуация обнаруживается обычно путем
анализа сигналов (средней и высокой часто-
ты), идущих с МЭП. Технологический ток
после получения сигнала должен быть вклю-
чен на 100 мкс (не более).
В систему подачи воздуха или газа в элек-
тролит входят: управляемые дроссели; клапан-
регулятор, который поддерживает стабильным
превышение давления газа или воздуха над
давлением электролита перед дросселем; кон-
трольные манометры; компрессор с ресивером
и пусковым устройством, поддерживающим в
ресивере постоянное давление перед входом
воздуха в трубопровод, подводящий электро-
лит в МЭП; обратный клапан, препятствую-
щий попаданию электролита в воздушную
магистраль. Компрессор должен развивать
давление р = 2,5 ~ 3 МПа, а его подача опре-
деляется из соотношения
626
Глава 1.18. СТАНКИ ЭЛЕКТРОФИЗИКОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Сгаз
ЗСэл ,
Ртаз
где 2газ - подача компрессора, нм3/4; Сэл -
расход электролита, м3/ч; ртаз - давление, раз-
виваемое компрессором, МПа.
В случае применения углекислого газа
требуются также углекислотные баллоны, уст-
ройства испарения углекислоты и редукторы,
понижающие давление газа до 2 МПа. Пита-
ние газовой системы от баллонов применяется
в основном на станках с источниками питания
тока до 3000 А.
Система вентиляции предназначена для
удаления из рабочей камеры станка выделяю-
щегося в процессе электролиза водорода и
образующегося солевого тумана.
Для удаления тазов и аэрозоли за преде-
лы цеха на станке или на баке с электролитом
устанавливается вентилятор. В вентиляторе
обычно происходят сепарация аэрозоли элек-
тролита, его частичная коагуляция и возврат в
бак, а остальной газ по трубам транспортиру-
ется за пределы цеха.
Основным критерием при выборе станка
для изготовления той или иной детали являет-
ся предельно допустимая (минимальная)
плотность тока. Для получения деталей с дос-
таточной точностью плотность тока должна
быть не ниже 20 А/см2. Если руководствовать-
ся этим значением, то можно, зная обрабаты-
ваемую поверхность детали в случае проши-
вочных операций (детали с вертикальными
стенками) или площадь проекции детали на
плоскость, перпендикулярную направлению
подачи, определить силу тока источника пита-
ния станка.
Плотность тока зависит от параметров
обработки: пары электролит-металл, напряже-
ния обработки и подачи инструмента,- По
плотности тока можно получить более точную
характеристику необходимой мощности ис-
точника питания.
Некоторые усредненные значения плот-
ности тока для разных электролитов составля-
ют:
NaCl- 120 г/л; / = 40-50 А/см2; S= 1 мм/мин;
NaNOj 160 г/л; / = 56-60 А/см2; 5= I мм/мин:
NaNOj-бОг/л; / = 20= 30 А/см2; 5=0,3 мм/мин;
По габариту обрабатываемой детали и
полости в ней определяют рабочую поверх-
ность стола, а также наладочные и рабочие
перемещения инструмента и, сообразуясь с
этими данными, выбирают ту или иную мо-
дель станка для электрохимической обработки.
При выборе станка следует также руководство-
ваться экономическими соображениями, та-
кими, например, как снижение непроизводи-
тельного времени. Оптимальным решением
этой проблемы является организация парал-
лельных операций, когда установка детали в
приспособление осуществляется вне станка (на
столе-спутнике), или выбор двухпозиционного
станка. При массовом производстве деталей
следует применять специальные станки, а при
мелкосерийном производстве - универсальный
станок с универсальной оснасткой (для сни-
жения расходов по организации технологиче-
ского процесса).
1.18.6. УЧАСТКИ ИЗ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННЫХ СТАНКОВ
Электрофизическое оборудование с наи-
большей эффективностью эксплуатируется при
создании специализированных участков. На
специализированных участках изготовляются
опытные партии деталей оптико-механических
приборов, турбинные лопатки, рабочие колеса
турбин и др. Особо широкое применение спе-
циализированные участки находят в штампо-
во инструментальной промышленности при
изготовлении формообразующих частей штам-
пов и пресс-форм.
Участок содержит три отделения: техно-
логической подготовки производства, подго-
товки электродов-инструментов для электро-
эрозионных копировально-прошивочных стан-
ков и основное, производственное отделение
электроэрозионных станков.
Область и эффективность применения
электроэрозионных и шлифовальных эрози-
онно-оксидных станков в производстве техно-
логической оснастки показаны в табл. 1.18.3.
Применение электрофизической - алек-
троэрозионной обработки при изготовлении
формообразующей оснастки предполагает ряд
изменений в обшей структуре технологиче-
ского процесса, требует пересмотра традици-
онных, установившихся требований к качеству
рабочих формующих поверхностей деталей.
Термообработка - закалка осуществляется
перед процессами электроэрозионного формо-
образования. Резко сокращаются трудозатраты
или устраняются доводочные операции. Работа
слесаря сосредотачивается на сборочных опе-
рациях, иногда с местными доработками от-
дельных поверхностей.
Пресс-формы. Широкое распространение
получают пластмассовые изделия со специаль-
ным фактурированием за счет перенесения
микронеровностей эрозированной поверхно-
сти с полости пресс-формы на поверхность
прессуемого изделия. В особенности это отно-
сится к изделиям бытовой техники: корпуса
радиоаппаратуры, микрокалькуляторов, руко-
яток, предметов упаковки и т.п. Фактуриро-
ванныс поверхности улучшают товарный вид
изделия. Декоративные свойства изделий зави-
сят от параметров шероховатости и, следова-
тельно, от режимов обработки, от расстояния,
с которого рассматривается поверхность, от
того, является ли она прозрачной или пет.
УЧАСТКИ ИЗ ЭЛЕКГРОЭРОЗИОННЫХ СТАНКОВ
627
1.18.3. Область применения элекгроэрозионных и шлифовальных
эрозионно-оксцдных станков в производстве технологической оснастки
Область применения Эффективность по сравнению с традиционной механической обработкой Типы станков1
Обработка фасонных трехмерных поверхно- стей формообразующих деталей штампов, пресс-форм и литейных форм Уменьшение трудоемкости в 1,5 - 3 раза. Сокращение в 2-4 раза цикла обработки. Сокращение или исключение ручного тру- да. Создание основы для специализирован- ного централизованного производства ЭКПС 300 X 200 4 1200 х 800 мм
Обработка матриц для экструдирован ия Уменьшение трудоемкости до 2 - 3 раз, сокращение расхода инструментов ЭВС АТ 300 х 200 4 400 х 250 мм
Обработка рабочих де- талей стальных раздели- тельных и гибочных штампов Уменьшение трудоемкости изготовления в 1,5 - 3 раза. Снижение до 3 - 4 раз затрат ручного труда при доводке формообразую- щих деталей. Сокращение в 3 - 4 раза цикла обработки. Создание основ для специали- зированного централизованного производ- ства ЭВС АТ 200 х 120 4 700 х 400 мм ЭКПС 300 х 200 4 800 х 600 мм
Обработка рабочих де- талей твердосплавных разделительных штам- пов Операции, невыполнимые механическими методами. Повышение точности до двух раз ЭОШС ЭВС АТ ЭКПС 300 х 200 4 800 х 600 мм
Обработка твердосплав- ного высадочного инст- румента и фильер Повышение производительности в 10 - 15 раз ЭКПС 300 х 200 мм
Обработка трехмерных поверхностей вытяжных штампов Сокращение на 70 - 80 % объема ручных слесарных работ, уменьшение трудоемкости на 25 - 30 % ЭКПС 600 х 400 4 1200 х 800 мм
1 ЭКПС - электроэрозионпый копировально-прошивочный станок со столом;
ЭВС - электроэрозионный вырезной станок с вырезкой по координатам АТ;
ЭОШС - эрозионно-оксидный шлифовальный станок со столом
Для разделительных штампов разработа-
ны и используются в разной степени несколь-
ко видов элекгроэрозионных технологий,
главная направленность которых - получение
на базе алектроэрозионного метода без слесар-
ной доводки или с минимальным ее использо-
ванием на стадии сборки заданных сопряже-
ний между формообразующими поверхностя-
ми матриц и пуансонов. Схемы обработки при
этих технологиях показаны на рнс. 1.18.20.
При работе по схеме I все взаимосопря-
гаемые детали обрабатываются на элекгроэро-
зионных станках с ЧПУ. Сопряжения обраба-
тываемых поверхностей получают путем экви-
дистантной корректировки траекторий движе-
ния электрода-проволоки, задаваемого управ-
ляющими программами (УП). УП могут изме-
няться на стадии подготовки или непосредст-
венно в устройстве ЧПУ путем ввода коррек-
торов. Для некоторых разделительных штам-
пов возможно получение необходимых зазоров
между сопрягаемыми деталями за счет регули-
рования ширины прорезаемого при электро-
эрозионной вырезке паза путем подбора соот-
ветствующего диаметра электрода-проволоки и
электрических режимов.
Работа по схеме II предполагает исполь-
зование сочетания элекгроэрозионных вырез-
ных и копировально-прошивочных станков.
На вырезных станках вырезаются отверстия в
матрицах, съемниках, пуансонодержателях и в
пластинчатых мастер-электродах из элсктро-
эрозионностойкого материала, например, ме-
ди, медновольфрамовых композиций и т.п.
Этими мастер-электродами затем профилиру-
ются концы пуансонов. Схема II применяется
и в модифицированном виде, когда вырезкой
получают электроды-инструменты для копиро-
вально-прошивочных станков, с помощью
которых прошиваются отверстия в матрицах,
съемниках, пуансонодержателях.
628
Глава 1.18. СТАНКИ ЭЛЕКТРОФИЗИКОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Гибкая технология
Вырезка всех
сопрягаемых
деталей
И
Сочетание
Вырезки и
прошивки
Прошивка
матрицы
пуансонами
d вырезка матрицы
и электрода-плас-
тины
Прошивка „от-
верстий о матрице
электродами, обра-
ботанными совместно
с пуансонами
ПуансоноВержателъ
электрод
пуансон
б) прошивка -
калибровка
пцансонов ,
тансонодержатель
/ гпиансоном
матрица
съемник
матрица
'медный электрод-
пластина
Рис. 1.18.20. Схема технологии обработки штампов
Профилирование пуансонов электродом-
пластиной дает возможность изготовить из
монолитной заготовки "групповой" пуансон,
содержащий не один, а множество рабочих
элементов, взаимодействующих с противо-
стоящим множеством рабочих окон в матрице.
Благодаря повышенной жесткости такого пу-
ансона до трех раз возрастает стойкость штам-
па.
Схема III заключается в том, что на кон-
цы пуансонов наклеивается или напаивается
эрозионностойкий материал. Пуансоны шли-
фуют до заданных размеров и устанавливают в
пуансонодержателе. Используя эти пуансоны,
а точнее те их части, которые выполнены из
эрозионно стойкого материала, обрабатывают
рабочие отверстия в матрицах на электроэро-
зионных станках. Здесь сопряжение формооб-
разующих поверхностей матрицы и пуансона с
заданным рабочим зазором в штампе получают
за счет установки электрического режима об-
работки, влияющего, как известно, на величи-
ну межэлектродного зазора при электроэрози-
онном процессе. Если величина межэлекгрод-
ного зазора недостаточна для образования
заданного зазора в штампе, то размеры рабо-
чих частей пуансонов-электродов уменьшают
эквидистантно профилю пуансонов шлифова-
нием при смещении шлифовального iqjyra в
тело заготовки или химическим травлением в
реактивах.
По схеме IV рабочие окна в матрице об-
рабатываются самими пуансонами. Пуансоны
должны быть электрически изолированы от
корпуса пуансонодержателя. Так как электро-
эрозионный процесс обработки стали сталью
характеризуется существенно меньшей произ-
водительностью, используется специальная
оснастка для многоконтурной обработки.
Из рассмотренных схем по-настоящему
гибкую современную технологию обеспечива-
ют I и II схемы, где либо совсем отсутствуют
(/ схема), либо сведены до минимума ручные
подготовительные работы (II схема). Заданный
профиль формообразующей поверхности по-
лучают за счет управляющих программ (УП).
Продолжительность перехода от одного вида
продукции к другому сведена до минимума и
определяется оперативностью подготовки и
проверки УП.
ПРИНЦИПЫ АГРЕГАТИРОВАНИЯ
629
На автоматизированном участке с ис-
пользованием управляюще-вычислительного
комплекса (УВКС), специализированного
применительно к нуждам участка, решаются
следующие задачи:
оперативно-календарное планирование, в
том числе планирование ремонтов станков;
распечатка технологических карт;
автоматизированная подготовка УП;
формирование автоматизированной
долговременной библиотеки УП;
подготовка техдокументации для ком-
плектов электродов-инструментов копиро-
вально-прошивочных станков;
передача управляющих программ по ка-
налам связи в УЧПУ станков и электроэрози-
онная обработка деталей;
комплектование (с накоплением) обрабо-
танных деталей в обусловленные общей орга-
низацией производства группы для передачи
по дальнейшему маршруту производственного
цикла;
учет хода производства с выводом на пе-
чатающее устройство или дисплей информа-
ции об эффективности работы оборудования.
Управляюще-вычислительный комплекс
создается на базе персональных ЭВМ.
Для станков с устройствами ЧПУ преду-
сматривается ' автономный режим работы с
вводом программ с пультов станков и через
переносимые оператором носители управляю-
щих программ и по каналам связи от УВКС.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лазаренко Б. Р., Лазаренко И. И. Фи
зика электроискрового способа обработки
металлов. М.: ЦБТИ МЭП. 1946. 250 с.
2. Лившиц А. Л., Сосенко А. Б. Низко-
частотная электроимпульсная обработка им-
пульсами больших энергий. М.: ЭНИМС,
ОНТИ. 1962. 16 с.
3. Лившиц А. Л., Отто М. И. Импульс-
ная электротехника. М.: Энергоатомиздат.
1983. 22 с.
Глава 1.19
АГРЕГАТНЫЕ СТАНКИ
1.19.1. ПРИНЦИПЫ АГРЕГАТИРОВАНИЯ
Агрегатными называются станки, которые
компонуются из самостоятельных функцио-
нальных унифицированных и частично специ-
альных узлов и деталей путем объединения их
в единый агрегат (рабочий комплекс) с общей
системой управления и контроля. Унифициро-
ванные узлы АС изготовляют обезличенно на
специализированных заводах. Специальные
узлы проектируют и изготовляют для конкрет-
ного станка. При этом ряд специальных узлов
имеет значительное количество унифициро-
ванных деталей. Особенность АС - высокая
концентрация операций при обработке заго-
товки, которая в процессе изготовления в
большинстве случаев неподвижна, что позво-
ляет обрабатывать ее одновременно и последо-
вательно большим числом инструментов с
нескольких сторон (до пяти).
АС являются специальными станками,
которые применяются в массовом и крупносе-
рийном производстве. Появились АС с ЧПУ,
применяемые в серийном производстве. На
АС выполняют сверление (в том числе глубо-
кое), зенкерование, развертывание и растачи-
вание отверстий, их зенкование и цекование,
обтачивание наружных поверхностей, прота-
чивание канавок, нарезание резьбы, подреза-
ние" торцов, раскатывание цилиндрических и
конических отверстий, фрезерование плоских
и других поверхностей, а также другие опера-
ции.
АС проектируют специально для обра-
ботки одной или нескольких однотипных за-
готовок. Поэтому конструкция станка сущест-
венно зависит от формы и размеров заготовок
и принятой технологии их обработки.
При изменении объекта производства АС
могут быть в некоторых случаях перекомпоно-
ваны самим потребителем.
На рис. 1.19.1 приведены (ГОСТ 19468-81)
основные унифицированные узлы, специаль-
ные узлы с большим количеством унифициро-
ванных деталей, а в табл. 1.19.1 - основные
размеры. Каждый унифицированный узел
имеет технические характеристики [16], по
которым он используется в составе АС. На-
пример, на рис. 1.19.1, в приведены циклы
работы силовых столов при выполнении раз-
личных технологических операций, а на рис.
1.19.1, г циклы работы силовых головок для
глубокого сверления.
1.19.1. Основные размеры узлов АС, мм
Наименование размера Значение
Ширина В основа- ния силовой головки 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 320
Ширина В\ основа- ния силового стола прямолинейного движения 125; 160; 200; 250; 320; 400; 500; 630; 800
Диаметр D планшай- бы делительного поворотного стола 160; 200; 250; 320; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500; 3150
Расстояние Н от нижней плоскости до нижней установоч- ной базы заготовки 850; 950; 1060; 1120; 1180; 1250; 1320; 1400
Примечания: 1. Допускается
изготовление делительных поворотных сто-
лов с увеличением на одну ступень ряда
Ra20 по ГОСТ 6636-69 размеров D по срав-
нению с указанными в таблице.
2. Допускается применение дополни-
тельных размеров В по ряду RalO.
630
Глава 1.19. АГРЕГАТНЫЕ СТАНКИ
4
заготовка
/{сходное
6П
60
6П
60
Без промежуточного исходного положения
Исходное
~ - у положение
< »» 1 • Промежуточное у
, ‘f/T’ 2] исходное положение
__________и__________J
г*!"
1РП
tn
С промежуточным исходным положением
Исходте Подвод
''втулки
РП
РП
гт—
РП .* .»
---Г*7Г
_--яг
' То~
положение
/Л
* То
tn_________
Промежуточное
J исходное положение
\ Отвод
втулки
С подводом - отводом втулки
в) г)
Рис. Г.19.1. Компоновки и циклы АС:
а - горизонтальный станок: 1 - силовой стол; 2 - упорный угольник; 3 - многошпиндельная коробка;
4 - заготовка; 5 - силовая головка; 6 - делитейьный поворотный стол ; 7 - зажимное приспособление;
б - вертикальный станок: 1 - вертикальная станина (стойка); 2 - упорный угольник; 3 - многошпиндельная
коробка; 4 - боковая станина; 5 - силовой стол. 6 - одношпиндельная расточная бабка; 7 - центральная
станина; 8 - поворотный делительный стол; 9 - станина-подставка; 10 - система управления
Циклы работы: в - силовых столов; г - головок для глубокого сверления: РП - рабочая подача,
БП - быстрый подвод; БО - быстрый отвод, БЖУ - выдержка на жестком упоре
Выбор конкретного цикла осуществляет-
ся на стадии проектирования АС.
1.19.2. КЛАССИФИКАЦИЯ И ТИПЫ АГРЕГАТНЫХ
СТАНКОВ
В зависимости от габаритов обрабаты-
ваемых заготовок АС подразделяют на три
группы, отличающиеся размерами, массой и
используемыми унифицированными узлами:
малогабаритные АС, оснащенные небольшими
по размерам пинольными силовыми головка-
ми мощностью 0,18 - 0,75 кВт; АС средних
размеров, оснащенные пинольными силовыми
головками с плоскокулачковым приводом по-
дачи мощностью 1,1 - 3 кВт; АС больших
размеров, оснащенные гидравлическими или
электромеханическими столами, на которых
устанавливают шпиндельные узлы различного
технологического назначения.
По наличию транспортного устройства
для периодического перемещения обрабаты-
ваемой заготовки АС бывают одно- и много-
позиционные. Типовые компоновки однопо-
зиционных АС, в которых заготовки, обраба-
тываемые в одном положении, закрепляются в
стационарном приспособлении 7, показаны на
рис. 1.19.2. Станки различаются тем, что обра-
ботка заготовки силовыми узлами 2
(горизонтального или вертикального исполне-
ния) проводится с одной (рис. 1.19.2, а), двух
(рис. 1.19.2, б, в) и трех (рис. 1.19.2, г-ж)
сторон. Станки такого типа применяют для
многосторонней обработки крупных заготовок.
КЛАССИФИКАЦИЯ И ТИИЦАГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ
------------ ----- 1 '.ЦВГ*-1---------------
631
Рис. 1.19.2. Типовые компоновки АС со стационарным приспособлением
Рис. 1.19.3. Типовые компоновки АС с поворотным делительным столрм
В многопозиционных АС, предназначен-
ных для изготовления деталей, поверхности
которых расположены в различных плоскостях
и обрабатываются за несколько переходов,
используют последовательный, параллельный
и параллельно-последовательный способы
обработки.
Типовые компоновки АС с поворотным
делительным столом приведены на рис. 1.19.3.
Такие АС выполняют в вертикальном
(рис. 1.19.3, а, в), горизонтальном (рис. 1.19.3,
б, г, е) и вертикально-горизонтальном
(рис. 1.19.3, д) исполнениях. Заготовку обраба-
тывают последовательно с одной, двух и трех
сторон на нескольких позициях в приспособ-
лениях 1, установленных на поворотном дели-
тельном столе 2. Вспомогательное время, свя-
занное с загрузкой-выгрузкой и зажимом-
разжимом обрабатываемой заготовки, совме-
щается с временем обработки; несовмещенным
остается только время поворота стола.
Глава 1.1$А1ТЙГАТШе СТАНКИ
WT
Рис. 1.19.4. Типовая компоновка АС с кольцевым столом:
а - f нейтральной колонной, б - с основанием и горизонтально расположенными силовыми узлами
Рис. 1.19.5. Типовые компоновки АС с поворотным делительным барабаном
На рис. 1.19.4, а показана типовая ком-
поновка АС с центральной колонной 2, вокруг
которой в горизонтальной плоскости движутся
заготовки 3. Круговое движение заготовки
обеспечивается столом 1 карусельного типа.
Силовые головки 4 располагаются под различ-
ными углами к заготовке. На рис. 1.19.4, б
показана схема АС с установкой горизонталь-
ных силовых узлов 3 и 4 на станине 2 как
внутри, так и вне кольцевого стола 1 на осно-
вании (на столе устанавливаются зажимные
приспособления 5).
Типовые компоновки АС с поворотным
делительным барабаном 1 показаны на
эис. 1.19.5. Заготовки устанавливаются в за-
жимных приспособлениях 2 на барабане 1,
^свершающем круговое движение в вертикаль-
гой плоскости, и обрабатываются с одной
рис. 1.19.5, о), двух (рис. 1.19.5, б) и трех
рис. 1.19.5, в) сторон.
мс. 1.19.6. Типовая компоновка АС с прямолннеИШым
перемещением заготовок
Типовая компоновка АС с прямолиней-
ным движением заготовок 2 от позиции к
позиции приведена на рис. 1.19.6. Характер-
ным для станков такого типа является стол 3,
перемещающийся в прямолинейном направ-
лении относительно силовых головок 1.
АС чаще всего выполняют для работы в
полуавтоматическом цикле; во многих случаях
их оснащают загрузочными и разгрузочными
устройствами и тогда они работают как авто-
маты. АС могут работать как автономно, так и
в составе АЛ.
1.19.3. УНИФИЦИРОВАННЫЕ УЗЛЫ АГРЕГАТНЫХ
СТАНКОВ
Для компоновки АС используют унифи-
цированные узлы единой гаммы [16]. Общее
число типоразмеров узлов, используемых при
компоновке отечественных АС, превышает
300. Все узлы единой гаммы делятся на четыре
основные группы: силовые, шпиндельные,
базовые и транспортные.
Ниже рассмотрены .конструкции некото-
рых наиболее сложных узлов.
Обработка заготовок на АС проводится с
помощью силовых головок (осуществляющих
как движение подачи, так и вращение шпин-
деля с инструментом) и силовых столов
(осуществляющих только движение подачи).
На платформу столов устанавливают шпин-
дельные (сверлильные, фрезерные, расточные)
и много шпиндельные бабки или угольники с
многошпиндельными коробками. Силовые
малогабаритные головки с гидравлическим
приводом (несамодействующие) оснащают
электродвигателями мощностью 0,18 - 0,8 кВт; При проектировании АС силовые или силовые головки с плоскокулачковым приво- шпиндельные узлы выбирают в зависимости от дом подачи (самодействующие) - элекгродви- мощности и усилий подачи, необходимых для гателями мощностью до 3 кВт; шпиндельные обработки конкретных заготовок. узлы, устанавливаемые на силовые столы - В табл. 1.19.2 приведены основные све- элекгродвигателями мощностью 0,37 - 30 кВт. дения об унифицированных узлах АС. 1.19.2. Основные сведения об унифицированных узлах АС
Наименование унифицированного узла АС Область применения в АС Государственные стандарты на узлы АС
Основные и присоединитель- ные размеры Нормы точности и жесткости
Силовая головка с выдвиж- ной пинолью и плоскоку- лачковым приводом Силовая головка с выдвиж- ной пинолью и гидравличе- ским приводом Силовые узлы Для выполнения свер- лильно-расточных, резь- бонарезных и фрезерных операций при одно- и многошпиндельной обра- ботке на АС ГОСТ 25427-91 ГОСТ 25427-91
Силовые столы прямоли- нейного движения с элек- тромеханическим или гид- равлическим приводом Для установки узлов главного движения (сверлильных, фрезерных и др. бабок, упорных угольников со шпиндель- ными коробками) или зажимных приспособле- ний с заготовками ГОСТ 21038-75 ГОСТ 16461-93
Бабки силовые: сверлильные Шпиндельные узлы Для сообщения инстру- менту главного движения ГОСТ 21191-94 ГОСТ 21191-94
фрезерные ГОСТ 22410-91 ГОСТ 22410-91
расточные ГОСТ 21186-91 ГОСТ 21186-91
револьверные с веер- ным расположением шпин- делей и многошпиндельных головок Для многопроходной обработки одной или нескольких заготовок с автоматической сменой инструмента [16]
револьверные с па- раллельным расположением шпинделей Для обработки одиночных отверстий за три перехода последовательно тремя инструментами [16]
Коробки многошпиндель- ные Концы шпинделей Для оснащения силовых головок при одновремен- ной обработке большего количества отверстий и поверхностей одним си- ловым узлом ГОСТ 23856-91 ГОСТ 13876-87 ГОСТ 23856-91
634
Глава 1.19. АГРЕГАТНЫЕ СТАНКИ
Продолжение табл. 1.19.2
Наименование унифицированного узла АС Область применения в АС Государственные стандарты на узлы АС
Основные и присоединитель- ные размеры Нормы точности и жесткости
Станины: боковая Базовые узлы (детали) Для установки* силовых столов прямолинейного движения Дня установки стоек с силовыми столами пря- молинейного движения. Конструкции станин ана- логичны, отличия раз- мерные ГОСТ 24380-91 -
подставка -
Колонны Для установки силовых столов прямолинейного движения ГОСТ 24381-91 ГОСТ 24381-91
Угольники упорные Для закрепления шпин- дельных коробок на сило- вых столах ГОСТ 23857-91 ГОСТ 23857 91
Столы делительные: встраиваемый без сгружкосборника встраиваемый со стружкосборником накладной со струж- косборником Транспортные узлы Накладные встраиваемые делительные поворотные столы предназначены для периодического переме- щения с одной позиции на другую и точной фик сации на каждой позиции заготовок, обрабатывае- мых на АС’ ГОСТ 16460-90 ГОСТ 16460 90
Силовые узлы выполнены в виде силовых
головок и столов.
Силовые головки предназначены
для сообщения режущему инструменту враща-
тельного и поступательного движения.
Их применяют в основном для обработки не-
больших отверстий и поверхностей.
Силовые столы на АС могут быть
использованы в различных вариантах: на гори-
зонтальную станину или на вертикальную ко-
лонну, а также на наклонное основание при
направлении движения рабочей подачи сверху
вниз под любым углом к горизонту. Установка
силовых столов на вертикальной стойке или
наклонном основании с направлением рабочей
подачи снизу вверх недопустима.
При установке силовых столов в верти-
кальном или наклонном положениях для
уравновешивания движущихся частей следует
применять противовес. Масса противовеса
где Q - уравновешиваемая сила на столе, Н;
г - передаточное отношение блоков противове-
са; Р - угол между направлением движения
стола и цепью противовеса.
Уравновешиваемое усилие на столе из-
меняется в зависимости от массы подвижных
частей /’дл ч и угла установки силового стола к
горизонту а:
Q = Рда ч (sin а - 0,1 cos а) + (50 ч- 200).
УНИФИЦИРОВАННЫЕ УЗЛЫ АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ
635
Предел возможного применения силовых
столов без противовеса
^ЭЛ>
где Np - расчетная мощность, необходимая для
быстрого перемещения силового стола, кВт;
7V3J1 - мощность электродвигателя быстрых
перемещений, установленного на приводе
подачи.
эл 60 100л’
тде v - скорость быстрых перемещений,
м/мин; г, - КПД силового стола, равный 0,25.
Шпиндельные узлы разделяют на бабки
силовые и многошпиндельные коробки.
бабки силовые одношпиндельные разли-
чают по типу выполняемых операций: свер-
лильные, фрезерные, расточные.
Бабки в комплекте с приводами главного
движения и силовыми столами могут устанав-
ливаться на горизонтальную станину или вер-
тикальную стойку, а также на наклонные ос-
нования под любым углом к горизонту при
направлении рабочей подачи сверху вниз. При
направлении рабочей подачи снизу вверх баб-
ка устанавливается только под углом 0 - 15°.
Другая группа бабок - револьверные с
наклонным или параллельным расположением
шпинделей имеют в том числе ЧПУ. Варианты
установки на АС револьверных бабок - на-
клонных и с параллельным расположением
шпинделей со шпиндельными коробками, с
управлением ЧПУ. Бабки устанавливают под
любым углом к плоскости станины при на-
правлении оабочей подачи сверху вниз. При
направлениЖгабочей подачи снизу вверх баб-
ку устанавт^рают только под углом 0 - 15°
(бабки с наклонным расположением шпинде-
лей).
Для выполнения технологических опера-
ций ограниченного применения используют
подрезно-расточные бабки, предназначенные
для подрезания торца или протачивания кана
вок для расточных операций резцами, закреп-
ленными на каретке, а для растачивания и
обтачивания заготовок резцами, закрепленны-
ми на корпусе планшайбы - фрезерные бабки
с подвижной пинолью для выполнения операции
главным образом торцовыми фрезами [16].
Многошпиндельные коробки (см. табл.
1.19.2) проектируют из унифицированных
деталей в соответствии с технологическими
требованиями обработки на конкретный АС.
Унифицированы у шпиндельных коробок
только присоединительные размеры [16].
Концы унифицированных шпинделей
под переходные регулируемые втулки, оправки
и фрезы для силовых головок, сверлильных,
расточных и фрезерных бабок, шпиндельных
коробок и насадок, а также на концы шпинде-
лей под цанги малогабаритных силовых голо-
вок унифицированы.
Крепление коробок к силовому столу
проводят двумя способами: через установоч-
ную плиту (только горизонтальное исполне-
ние); через опорный угольник (любое испол-
нение).
В многошпиндельную коробку входят:
комплект корпусных деталей, комплекты
шпинделей и промежуточных валов, комплект
привода с электродвигателем, зубчатые колеса
и система смазки.
Особую группу составляют фрезерные
насадки, применяемые на силовых пинольных
головках в двух случаях:
для обработки концевыми и дисковыми
фрезами с креплением на консольных оправ-
ках [16];
для многошпиндельной обработки не-
скольких отверстий с параллельными осями
[16].
Базовые узлы (детали) имеют широкую
номенклатуру: средние станины для установки
поворотных делительных столов [16] и при-
соединения боковых станин и подставок
(см. табл. 1.19.2) при компоновке АС.
Для установки колонн (табл. 1.19.2) ис-
пользуют станины-подставки [16]. Для малога-
баритных АС применяю! станины круглые,
полукруглые, односторонние и двухсторонние
[16].
Для установки на силовых столах шпин-
дельных коробок используют упорные уголь-
ники (табл. 1.19.2). Угольники устанавливают
на силовые столы соответствующего или
большего габарита. Ширина привалочной
плоскости угольника, сопрягаемая со столом,
равна ширине зеркала соответствующего габа-
рита силового стола, а ширина привалочной
плоскости угольника под шпиндельную ко-
робку соответствует по размерам габариту сле-
дующего (большего) силового стола. Основные
унифицированные транспортные узлы АС:
делительно-поворотные столы (табл. 1.19.2),
предназначенные для периодического переме-
щения заготовок, установленных на них (в
приспособлениях), с одной позиции на другую
с точной фиксацией на каждой из позиций,
что позволяет проводить их обработку за не-
сколько технологических переходов. Число
позиций планшайбы делительно-поворотных
столов составляет 2 - 12, причем, как правило,
одна из позиций является.холостой, на кото-
рой проводят разгрузку обработанных деталей
и загрузку заготовок, не прерывая работы
станка.
Более подробно конструкции унифици-
рованных узлов АС см. [16].
636
Глава 1.19. АГРЕГАТНЫЕ СТАНКИ
1.19.4. СПЕЦИАЛЬНЫЕ УЗЛЫ АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ
Специальные узлы АС строятся на осно-
ве типовых конструктивных решении и уни-
фицированных элементов и деталей.
Конструкции шпиндельных узлов долж-
ны обеспечить передачу вращения от привода
(электродвигателя) к рабочим шпинделям,
выполненным в виде многошпиндельных ко-
робок и насадок.
Рис. 1.19.7. Многошпиндельиые коробка и насадка:
Коробка (а): 1 - упорный угольник; 2 - задняя плита; 3 - крышка; 4 - вал; 5 - передняя крышка;
6 - насос смазки; 7, 75- зубчатые колеса; 8, 11 - промежуточный вал; 9 - специальная гильза; 10 - шпиндель,
12 - корпус; 13 - поддон; 14 - упругая My<jna; 16 - фланец; 17- электродвигатель;
Насадка (б): 1 - шпиндель силовой головки; 2 - ведущий шпиндель. 3 - карданный вал,
4 - скалка; 5 - рабочие шпиндели
СПЕЦИАЛЬНЫЕ УЗЛЫ АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ
637
Многошпиндельные коробки (МШК)
(рис. 1.19.7, а) предназначены для передачи
вращения инструментам. МШК можно разде-
лить по месту расположения на агрегатном
станке: вертикальные и наклонные с направ-
лением подачи вниз; горизонтальные и на-
клонные с направлением подачи вверх.
Место расположения МШК влияет на
способ ее крепления на силовом столе. На-
пример, перемещаемые МШК горизонталь-
ного исполнения крепятся к силовому столу,
как правило, посредством установочной пли-
ты. Коробки вертикального исполнения, а при
необходимости и коробки горизонтального
исполнения, крепятся к силовому столу по-
средством упорного угольника.
При стационарной установке резьбона-
резных МШК должна быть обеспечена смена
инструмента при его затуплении или поломке.
По характеру выполняемых работ МШК
разделяются на три группы:
Сверлильная группа. Операции:
сверление, зенкерование, развертывание, резь-
бонарезание. К этой группе относятся:
1. Сверлильные коробки, выполняющие
все виды сверлильных работ за исключением
рсзьбонарезания.
2. Сверлильно-резьбонарезные (комби-
нированные) коробки, выполняющие все виды
сверлильных работ, включая операции резьбо-
нарезания.
3. Резьбонарезные коробки, выполняю-
щие только операции нарезания резьбы.
4. Шпиндельные коробки специального
назначения, конструктивные особенности ко-
торых определяются их технологическими
функциями.
Расточная группа. Операции:
растачивание, подрезание торцов, сверление,
проводимое без кондуктора, и т. п. К этой
группе относятся:
1. Сверлильные бабки многошпиндель-
ного исполнения, компонуемые из унифици-
рованных элементов шпиндельных узлов.
2. Многошпиндельные сверлильные, рас-
точные и подрезнорасточные бабки из унифи-
цированных элементов соответствующих узлов
одношпиндельного исполнения и элементов
шпиндельных коробок.
3. Расточные узлы специального назна-
чения.
Фрезерная группа. МШК специ-
ального назначения.
МШК закрепляют на опорном угольнике
или на промежуточной плите, устанавливае-
мой на силовой стол. Размеры шпиндельных
коробок и их детали (корпусные детали,
шпиндели и промежуточные валы, привода,
смазочные системы и др.) унифицированы.
Шпиндели монтируют на радиальных и
упорных шарикоподшипниках в сочетании с
упорными, а промежуточные валы - иа ради-
альных шарикоподшипниках со стопорными
кольцами.
Сверлильные шпиндельные коробки в
большинстве случаев предназначены для обра-
ботки заготовок по направляющим втулкам
(кондуктору). Эти коробки состоят из корпус-
ных деталей, шпинделей, промежуточных ва-
лов, зубчатых колес, подшипников качения,
распорных втулок, узлов смазки. Опорами
шпинделей и промежуточных валов служат
стандартные радиальные и упорные шарико-
подшипники.
При высоких требованиях по точности
(при обработке без кондукторной плиты) ис-
пользуют шпиндели повышенной жесткости
(рис. 1.19.8, а). Шпиндель имеет увеличенное
расстояние между опорами, увеличенный диа-
метр и набор подшипников в передней опоре.
Для фиксации инструмента применяется са-
моцентрирующий цанговый зажим.
Рис. 1.19.8. Элементы шпиндельных коробок:
а - шпиндель повышенной жесткости: 1 - шпиндель;
2 и 3 - подшипники; 4 - самоценгрирующий
цанговый зажим;
б - схема резьбонарезного механизма:
1 - кондукторная плита; 2 - скалка;
3 - шпиндельная коробка; 4 - шпиндель;
5 - шпонка; 6 - резьбовая копирная оправка;
7 - корпусная гайка; 8 - патрон; 9 - метчик;
10 - заготовка
638
Глава 1.19. АГРЕГАТНЫЕ СТАНКИ
Резьбонарезная шпиндельная коробка, в
отличие от сверлильной, имеет приставку с
резьбонарезными пинолями, счетный меха-
низм и привод с электротормозом. Нарезание
резьбы выполняют метчиками, установленны-
ми (совместно с другими инструментами) в
общей шпиндельной коробке и имеющими
отдельный привод, или с помощью специаль-
ного резьбонарезного механизма. В кондук-
торной плите механизма (рис. 1.19.8, б) раз-
мещена копирная гайка для направления резь-
бовой копирной оправки. На одном конце
оправки имеется патрон с метчиком, а на
другом - подпружиненная шпонка, скользя-
щая в пазу шпинделя общей шпиндельной
коробки. Начало резьбонарезания обычно
совпадает с началом рабочей подачи силового
стола, за время которой метчик нарезает резь-
бу в заготовке и выходит назад. Резьбонареза-
ние начинается (после фиксации кондуктор-
ной плиты) включением двигателя привода
резьбонарезного шпинделя. После окончания
операции происходит реверс двигателя и при
движении шпиндельной коробки вперед (по
скалке) метчик отходит в исходное положение.
При установке на одном силовом столе
нескольких расточных бабок вращение шпин-
делей всех бабок проводят от одного электро-
двигателя через редуктор типа шпиндельной
коробки. Вращение шпинделей расточных
бабок повышенной точности (алмазно-
расточных) производится от электродвигателя
через клиноременные передачи, обеспечиваю-
щие необходимую плавность вращения.
Шпиндельная насадка в отличие от
шпиндельной коробки насаживается на пи-
ноль силовой головки и получает осевое пере-
мещение вместе с нею. Насадки могут иметь
регулируемое положение шпинделей при из-
менении заготовки (см. рис. 1.19.7, б).
Система автоматизированного проекти-
рования шпиндельных коробок и насадок на
базе унифицированных узлов и деталей на базе
ЭВМ обеспечивает получение всей проектной
документации сборочной единицы, произво-
дит необходимые расчеты, а также вычерчива
ние [15]. В альбоме [15] приведены наиболее
распространенные конструкции.
Устройства для направления режущего ин-
струмента выполняют в виде кондукторных
плит и поддержек (люнетов).
Кондукторные плиты (рис. 1.19.9), пред-
назначенные для направления режущих инст-
рументов, бывают неподвижные и подвижные.
Неподвижные плиты, изготовляемые за одно
целое с корпусом приспособления (например,
на поворотных устройствах барабанного типа
или в стойках), обеспечивают наиболее высо-
кую точность расположения обрабатываемых
отверстий не только относительно друг друга,
но и относительно технологических баз обра-
батываемой заготовки. Подвижные плиты
обеспечивают удобство при загрузке заготовки
и выгрузке детали и свободный доступ к при-
способлению, а также возможность подвода
кондукторных втулок непосредственно к месту
обработки. Подвижные плиты часто фиксиру-
ются по пальцам или втулкам приспособления.
Для правильной ориентации подвижных
кондукторных плит относительно элементов
базирования заготовок в зажимных приспо-
соблениях предусматривают фиксирующие
пальцы. Их число в приспособлениях стацио-
нарного типа обычно равно двум. В приспо-
соблениях многопозиционных, монтируемых
на делительных поворотных столах, с общей
кондукторной плитой, направляющей верти-
кальный инструмент и охватывающей все ра-
бочие позиции, число фиксирующих пальцев
обычно равно числу позиций. У кондукторной
плиты, расположенной горизонтально или
наклонно и обслуживающей одну позицию
многопозиционного агрегатного станка, - не
менее двух фиксирующих пальцев на каждом
приспособлении (кондукторные плиты, на-
правляющие инструмент в остальных техно-
логических позициях станка, могут ориенти-
роваться по другим пальцам). На прямоли-
нейно перемещающихся позиционирующих
приспособлениях количество фиксирующих
пальцев обычно равно 2и, где и - число пози-
ций. Пальцы фиксации должны быть макси-
мально удалены друг от друга и от зон образо-
вания стружки.
Для обеспечения требуемого (вдоль на-
правления рабочей подачи) фиксированного
положения кондукторной плиты относительно
заготовки и достаточного удаления опорных
шайб от зон стружкообразования в конструк-
циях зажимных приспособлений предусматри-
ваются опорные стойки, несущие фиксирую-
щие пальцы. При установке стационарной
кондукторной плиты на трех-четырех опорных
стойках посадочные шейки двух из них обес-
Я7
печивают посадку типа --- (по диаметру «[)
яб
для ориентации плиты относительно приспо-
собления; остальные шейки выполняют по
диаметру dj и сопрягают с отверстием плиты с
зазором.
Для направления стержневого инстру-
мента, воспринимающего симметричные на-
грузки (сверл, зенкеров, разверток и др.), в
кондукторных плитах используют неподвиж-
ные втулки. Для ввода-вывода инструмента в
процессе обработки из кондукторной втулки в
последней предусматривается заборный конус.
Для дробления стальной сливной стружки
применяют кондукторные втулки со стружко-
ломом - двумя или большим числом зубьев,
выполненных на одной из торцовых поверхно-
стей втулки. Для сохранения точности коор-
динатного расположения отверстий в кондук-
торную плиту устанавливают промежуточные
закаленные втулки ("рубашки”).
СПЕЦИАЛЬНЫЕ УЗЛЫ АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ
639
Рнс. 1.19.9. Кондукторная плита вертикального АС (а), вращающаяся втулка со шпонкой (б),
фиксирующий палец (в):
1 - корпус плиты; 2 - кронштейн, 3 - окно в кронштейне; 4, 11 - планки; 5 - гайка; 6 - шпиндельная коробка;
7- штанга; #- опорное кольцо; 9- защелка, 10- пробка; 12- втулка для фиксации плиты; 13- вращающаяся
втулка; 14 - винт; 15 - неподвижная втулка; 16 - базовая втулка; 17 - борштанга; 18 - пружина; 19 - фланец;
20 - шпонка; 21 - ось; 22 - фиксирующий палец; 23 - корпус зажимного приспособления
Точность внутреннего диаметра кондук-
торной втулки назначается в зависимости от
характера выполняемой технологической опе-
рации и точности обработки: для сверл и зен-
керов - поле допуска /8, для черновых развер-
ток 67, чистовых разверток - 66. Внутренний
диаметр промежуточной втулки выполняется
соответственно для сверл и зенкеров с полем
допуска Н7, для разверток - Н6.
Для уменьшения износа направляющих
поверхностей при выполнении черновых опе-
раций с эксцентричной нагрузкой, при боль-
шой частоте вращения инструмента, а также
для повышения точности чистового растачива-
ния применяют вращающиеся кондукторные
втулки. При значительных нагрузках (при
черновой обработке) - на радиально-упорных
роликоподшипниках, при малом расстоянии
между осями обрабатываемых отверстий и
невозможности установки роликоподшипни-
ков вращающиеся втулки монтируют на шари-
коподшипниках сверхлегкой серии, игольча-
тых подшипниках и опорах скольжения.
При обеспечении высокой точности рас-
положения поверхностей заготовки фиксацию
кондукторной плиты выполняют по отверсти-
ям, имеющимся в ее конструкции (посадочные
отверстия заготовки не должны иметь задиры,
засоряться стружкой).
640
Глава 1.19. АГРЕГАТНЫЕ СТАНКИ
Рис. 1.19.10. Инструментальные поддержки:
а - жестко связанные со шпиндельной коробкой: 1 - шпиндельный узел; 2 - скалка; 3 - подрезная
инструментальная головка; 4 -втулка; 5 - корпус; 6 - ориентирующий штырь;
б - отжимающего типа: 1 - шпиндельный узел; 2 - развертка; 3 - корпус зажимного приспособления;
4 - кондукторная втулка; 5 - штырь; 6 - корпус поддержки; 7- ролик; 8 - поддержка;
в - откидывающегося типа: 1 - поддержка; 2 - штанга;
При обработке заготовок, когда инстру-
мент имеет значительный вылет (например,
расточные оправки и др.), а связь его со
шпинделем осуществляется посредством пла-
вающих патронов, для исключения провиса-
ния инструментальных наладок применяют
специальные люнеты, закрепленные на при-
- приспособление; 4 - скользящая втулка; 5 - фиксатор
способлении либо шпиндельном узле (силовом
агрегате) (рис. 1.19.10).
Зажимные приспособления. Приспособле-
ния классифицируют в зависимости от их
компоновки на АС (табл. 1.19.3) и схемы
транспортирования заготовки между техноло-
гическими позициями [13].
СПЕЦИАЛЬНЫЕ УЗЛЫ АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ
641
1.19.3. Компоновки приспособлений АС
Тип станка Характеристика зажимного приспособления Область применения
Горизонтальный, вертикаль- ный или комбинированный, одно- или многосторонний сверлильно-резьбонарезной со стационарным приспособле- нием ( см. рис. 1.19.2) Одно- или многоместное, стационарного типа, смонти- рованное на станине Обработка крупно- и сред- негабаритных заготовок, имеющих подготовленные базовые поверхности для ориентации и зажима в ста- ционарных (неподвижно закрепленных на рабочей позиции) приспособлениях
Вертикальный, горизонталь- ный или комбинированный сверлильно-расточной с пово- ротным столом (см. рис. 1.19.3) Многопозиционное, много- местное с вертикальной осью поворота, смонтированное на делительном столе Обработка заготовок сред- них и малых размеров с разных сторон
Вертикальный с центральной колонной и силовыми узлами, установленными вне и внутри ее (см. рис. 1.19.4) Конструктивно выполненное в одном корпусе или отдель- ных корпусах Обработка заготовок малых размеров с разных сторон
Горизонтальный одно-двух и трехсторонний сверлильно- резьбонарезной с поворотным делительным барабаном (см. рис. 1.19.5) Многопозиционное, много- местное, с горизонтальной осью поворота, смонтирован- ное на делительном барабане Обработка заготовок малых размеров с разных сторон
Комбинированный, многопо- зиционный многосторонний с подачей заготовки силовым столом или специальным пози- ционирующим столом (см. рис. 1.19.2, 1.19.6) Одно- или многоместное, смонтированное на силовом столе (специальном позицио- нирующем столе) Последовательная обработка групп отверстий, близкое взаимное расположение которых не позволяет раз- местить для одновременной обработки шпиндели с ин- струментальными наладками и др.
В АС нередко возникает потребность в
перемещении приспособления в двух взаимно
перпендикулярных направлениях. В этом слу-
чае оно монтируется на "крестовый" стол,
причем оба перемещения могут быть устано-
вочными (позиционирующими) или одно из
них - рабочим.
Одним из наиболее характерных призна-
ков, определяющих конструкцию приспособ-
ления,- является схема базирования и закреп-
ления заготовок: выделим шесть (I - VI) типо-
вых схем базирования и закрепления заготовок
и соответствующие им принципиальные струк-
туры зажимных приспособлений (табл. 1.19.4).
Приспособления АС классифицируются
также в зависимости от расположения бази-
рующей установочной поверхности приспо-
собления в пространстве:
1 группа - установочная поверхность на-
ходится под заготовкой и расположена гори-
зонтально или под углом 45° к горизонту;
II группа - установочная поверхность на-
ходится над заготовкой под углом до 45° к
горизонту;
III группа - установочная поверхность
расположена под углом 45 - 90°.
Для многопозиционных приспособлений
барабанного типа при анализе расположения
установочной поверхности в пространстве за
основу берется позиция загрузки заготовки.
Для надежного закрепления заготовок в
приспособлениях АС применяют специальные
механизмы с самотормозящимися парами
винт-гайка и электро- либо гидромеханиче-
ским приводом от специального зажимного
устройства - электро- или гидромеханиченские
ключи (схемы этих устройств приведены в
[13j), а также механизмы с самотормозящими-
ся клиновыми передачами с приводом от гид-
ро- или пневмоцилиндров [ 13J).
Некоторые конструкции приводов зажи-
ма в приспособлении приведены в табл. 1.19.5
и на рис. 1.19.11.
642
Глава 1.19. АГРЕГАТНЫЕ СТАНКИ
1.19.4. Конструктивные схемы зажимных приспособлений АС
Номер схемы базирования Конструктивные разновидности схем базиро- вания и закрепления заготовок
1 2
— Неподвижные базовые выступы (отверстия) приспособления
Схема I
Подвижные базовые выступы (отверстия) приспособления
Прижим к опорной и установочной базовым поверхностям
Схема II
Прижим к опорной базовой поверхности
— Прижим к опорной и установочной базовым поверхностям
| Схема III -ч Прижим к опорной базовой поверхности
Прижим к установочной базовой поверхности
Схемы установки заготовок в приспо-
соблениях агрегатных станков
| Схема IV |.
С одним подвижным центрирующим
элементом (например, двухскосным
клином) и прижимом к опорной и
установочной базовым поверхностям
С одним подвижным центрирующим
__ элементом (например, двухскосным
клином) и прижимом к опорной
базовой поверхности
С одним подвижным центрирующим
__ элементом (например, двухскосным
клином) и прижимом к установочной
базовой поверхности .
С двумя подвижными центрирующи-
ми элементами и прижимом к
опорной и установочной базовым
поверхностям
ЧС двумя подвижными центрирующи-
ми элементами и прижимом к
опорной базовой поверхности
С двумя подвижными центрирующи-
— ми элементами и прижимом к
установочной базовой поверхности
С тремя и более подвижными
__ центрирующими элементами и
прижимом к установочной базовой
поверхности
_ С тремя и более подвижными
центрирующими элементами
СПЕЦИАЛЬНЫЕ УЗЛЫ АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ
643
Продолжение табл. 1.19.4
1.19.5. Привода устройств зажима заготовок в приспособлениях
Вид привода Приводной и исполнительный элементы
Пневматический Пневматический цилиндр, системы рычагов и прихват
Г идравлический (см. рис. 1.19.11, о) Гидравлические цилиндры и прихваты
Электромеханический (см. рис. 1.19.11, б) Электромеханический (см. рис. 1.19.11, в) Электромеханический механизм, прихваты
Электромеханический ключ
Гидромеханический (см. рис. 1.19.11, г) Гидромеханический ключ
644
Глава 1.19. АГРЕГАТНЫЕ СТАНКИ
Рис. 1.19.11. Конструкции приводов устройств зажим* заготовок в приспособлениях:
а - гидравлическое устройство: 1 - гидроцилиндр; 2- прихват; б - электромеханическое устройство:
1 - винт; 2 - гайка; 3 - прихват; 4 - кулачковая муфта; в - электромеханический ключ: 1 - электродвигатель;
2 - шпиндель; 3 - ведущее зубчатое колесо; 4 - поводковая муфта; 5 - крестовая муфта; 6 - приводная
полумуфта; г - гидромеханический ключ: 1 - гидромотор; 2 - шпиндель; 3 - зубчато-реечный механизм
осевого перемещения шпинделя (на рис. шлицевое соединение не показано); 4 - приводная полумуфта
СПЕЦИАЛЬНЫЕ УЗЛЫ АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ
645
В табл. 1.19.6 приведены схемы устано- Конструкции зажимных приспособлений
вочных элементов приспособлений. АС зависят от параметров заготовки.
1.19.6. Типовые схемы установочных элементов приспособлений
Схема
Характеристика схемы
1
2
Пальцы установочные неподвижные (цилиндри-
ческий и ромбический) для заготовок с массой 3 - 5 кг.
При базировании заготовок на неподвижных паль-
цах, расположенных сверху, предусматриваются элементы
съема (подпружиненные плунжера и др.), отводящие
заготовку от базирующей поверхности после снятия уси-
лий зажима. При этом необходим контроль предельных
положений заготовки (посадки и съема с пальцев).
/ - заготовка-деталь; 2 - установочный палец
Пальцы установочные выдвижные усложняют кон-
струкцию приспособления, снижают точность фиксации,
но упрощают схему транспортирования заготовки в АС (с
автоматической загрузкой). Выдвижные пальцы предпоч-
тительнее при окончательном базировании тяжелых заго-
товок (предварительная ориентация ведется по непод-
вижным либо регулируемым упорам).
/ - фиксатор; 2 - механизм подъема
Самоустанавливаюгциеся опоры для заготовок
сложной конфигурации при суммарном усилии закреп-
ления и резания не более 10 кН. Применение обеспечи-
вает повышение жесткости системы при обработке в при-
способлении.
1 - гидравлический цилиндр; 2 - поршень; 3 -
шток; 4 - опора; 5 - пружина; 6 - клин
Подводимая опора со встроенным (I) или вынесен-
ным (II) приводом подвода-отвода опоры для заготовок
сложной конфигурации при суммарном усилии закреп-
ления и резания более 10 кН. Применение обеспечивает
повышение жесткости системы при обработке в приспо-
соблении.
1 - гидравлический цилиндр; 2 - плунжер; 3 - опо-
ра; 4 - клин; 5 - пружина
646
Глава 1.19. АГРЕГАТНЫЕ СТАНКИ
Продолжение табл. 1.19.6
2
Автоматически подводимая опора для повышения
жесткости системы при обработке в приспособлении не-
жестких заготовок.
1 - заготовка; 2 - базовый платик; 3 - блокирующий
элемент; 4 и 7 - ползун; 5 - гидроцилиндр; 6 - толкатель;
8 - прихват.
В справочнике [13] приведены конструк-
ции приспособлений агрегатных станков.
1.19.5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ СИСТЕМ
АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ
Загрузочно-разгрузочные устройства АС.
АС оснащены загрузочными устройствами
типа автооператоров, роботов и др. Проекти-
рование механизмов загрузки-выгрузки АС
имеет особенности:
1. При расположении зажимных приспо-
соблений на наклонных или вертикальных
плоскостях необходимо обеспечить предвари-
тельный поджим заготовки для ее надежной
установки перед зажимом.
2. Базовые и зажимные элементы при-
способлений должны иметь надежный отвод
стружки. В противном случае перед загрузкой
должна быть свободная позиция для промывки
или продувки приспособления от стружки.
Загрузочно-разгрузочные устройства ча-
ще других применяют на малых АС. В средних
и больших АС автоматическая загрузка заго-
товками, имеющими большие размеры и дли-
тельный процесс обработки, нецелесообразна.
В этом случае следует использовать вспомога-
тельные грузоподъемные механизмы, напри-
мер, консольные поворотные краны с автома-
тическими и полуавтоматическими грузозахва-
тами, которые позволяют устанавливать, кан-
товать и снимать тяжелые заготовки со станка,
а также транспортировать их на межопераци-
онное хранение. В АС высокой производи-
тельности, как правило, снабженных поворот-
ным делительным столом или барабанным
приспособлением, загрузка-разгрузка совме-
щены по времени с обработкой. В одних слу-
чаях это раздельные позиции для загрузки и
разгрузки, в других случаях - одна позиция.
В первом случае, Т3 < (Тц - Т ’вен), и
ТР < (Тц - Т'всп); во-втором случае (Т3 + Тр) <
(Тц - Т’всп), гае Т3 и Тр - время соответственно
загрузки заготовки и разгрузки детали; Тц -
время цикла станка; Т ’вСП - время поворота
барабана или делительного стола.
В этих случаях механизм автоматической
загрузки-разгрузки работает на небольших
скоростях. При стационарных приспособлени-
ях АС Тц зависит от (Т3 + Тр). Поэтому время
загрузки-разгрузки целесообразно постоянно
уменьшать.
На ряде АС автоматизирована только
разгрузка. Разгрузка деталей осуществляется на
отдельной позиции (не совмещенной с загруз-
кой) с помощью разгрузочного автооператора,
который сбрасывает деталь в отводящий лоток.
Известны конструкции, в которых базовая
поверхность также очищается от стружки спе-
циальной шеткой.
Системы управления. Основой систем
управления АС являются программируемые
контроллеры (ПК), реже системы ЧПУ. ПК
сориентированы, в основном, на логическую
обработку однобитовых (дискретных) сигна-
лов. Однобитовые дискретные сигналы пред-
ставляют собой входную информацию от дат-
чиков и органов управления станка, выходную
- сигналы на исполнительные элементы, а
также внутреннюю переменную информацию,
необходимую для запоминания событий. Кро-
ме однобитовых операций ПК выполняют
арифметические и логические действия с 8- и
16-битовыми операциями счета времени и
событий.
Задачи управления непереналаживаемы-
ми АС можно разделить на три группы:
АС с числом головок не более трех. Та-
кие станки требуют для своего управления
малые ПК с числом входов/выходов до 64.
Объем программы пользователя, как правило,
не более 2 Кбайт инструкций программы;
АС с числом головок не более восьми.
Такие станки требуют для своего управления
малые или средние ПК с числом вхо-
дов/выходов от 128 до 256. Объем программы
пользователя, как правило, не более 3-4
Кбайт инструкций программы;
АС с числом головок более восьми
(обычно не больше 24). Такие станки требуют
для своего управления ПК с числом вхо-
дов/выходов от 256 до 512. Объем программы
пользователя до 6 - 8 Кбайт инструкций про-
граммы.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ СИСТЕМ АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ
647
Переналаживаемые АС со сменными
многошпиндельными коробками (как устанав-
ливаемыми на поворотных барабанах, так и
транспортируемыми в зону обработки) требу-
ют при равном числе входов/выходов в 2 - 3
раза больший объем памяти программ пользо-
вателя.
При управлении АС от ПК требуются
быстродействие не ниже 5 - 7 мс на 1 Кбайт
инструкций программы пользователя.
При создании систем управления АС ис-
пользуют, в основном, два типа языков про-
граммирования ПК: язык релейно-контактных
схем (РКС) и различные виды текстовых мне-
мокодов.
Язык РКС представляет собой нарисо-
ванную на экране программирующего устрой-
ства релейную схему. Такой вид отображения
программы наиболее привычен для большин-
ства пользователей. Его недостатком является
ограничение по размерам реализуемого урав-
нения накладываемым экраном программи-
рующего устройства.
Текстовые мнемокоды используют для
обозначения операций ключевые слова и на-
боры знаков. Такой вид отображения про-
грамм менее нагляден, но свободен от недос-
татков, связанных с размерами экрана про-
граммирующего устройства.
В качестве программирующих устройств
ПК используют персональные компьютеры,
оснащенные специальными пакетами про-
граммного обеспечения. Важной характери-
стикой комплекса "ПК - программирующее
устройство" является возможность отладки
программы и наблюдение за ходом ее выпол-
нения в динамическом режиме. При этом на
экране программирующего устройства отобра-
жается действительное состояние входов/вы-
ходов и других переменных процесса управле-
ния агрегатным станком.
Системы подачи смазочно-охлаждающей
жидкости к инструментам. Система охлаждения
АС имеет особенности, связанные с много-
шпиндельной обработкой, конструкцией и
компоновкой станков:
а) применены краны, регулирующие рас-
ход жидкости к каждому инструменту;
б) подача жидкости должна начинаться с
началом рабочей подачи и оканчиваться в
конце ее;
в) применено ограждение, предотвра-
щающее разбрызгивание жидкости.
Система охлаждения АС состоит из уни-
фицированных элементов (рис. 1.19.12, а).
Конструкции применяемых баков унифициро-
ваны и имеют несколько типоразмеров. Вме
стимость бака - в зависимости от требуемого
расхода СОЖ. Из этих же соображений выби-
рают устанавливаемый на баке насос. При
необходимости на баке могут быть размещены
два насоса (одинаковых или разных в зависи-
мости от требуемого расхода). Бак устанавли-
вается у задней стенки станины, и в него са-
мотеком попадает СОЖ со стружкой из стан-
ка. Крупная стружка задерживается в прием-
ном лотке сеткой. В баке СОЖ циркулирует
через несколько отсеков, где она отстаивается,
очищается от мелкой стружки и грязи перед
тем, как попасть в заборный отсек, откуда она
насосом подается в коммуникацию. В комму-
никации имеется кран, которым может быть
перекрыт или уменьшен расход подаваемой
СОЖ.
Когда эффективный подвод СОЖ в зону
резания с неподвижных стоек приспособления
затруднителен, применяется подача жидкости
непосредственно на барабан.
Практическое применение нашли два
решения: подвод СОЖ через базовый вал или
корпус барабана. Рассмотрим подачу СОЖ
через корпус.
Подача эмульсий через корпус барабана
(рис. 1.19.12, б) проводится с помощью под-
пружиненного сопла, скользящего во втулке,
закрепленной в неподвижной стойке приспо-
собления станка. К подвижному соплу от на-
соса с помощью переходника по гибкому
шлангу подводится эмульсия. При вращении
барабана смонтированные на нем приемные
сопла плотно соприкасаются с подающим со-
плом, что обеспечивает подачу эмульсии на
барабан. Разводка трубопроводов выполнена
непосредственно на барабане для эффектив-
ного охлаждения режущих инструментов.
Наиболее широко применяется в барабанных
АС инструмент с внутренним подводом СОЖ.
Для подвода жидкости к вращающемуся инет
рументу применяют муфты с отсутствием уте-
чек жидкости вследствие торцового уплотне-
ния с разъемным самоустанавливающимся
корпусом (рис. 1.19.12, в).
При всех методах обработки, кроме наре-
зания резьбы, СОЖ подводится непрерывно.
При резьбонарезании требуется малое количе-
ство СОЖ, которое может подаваться один раз
в цикл перед началом рабочей подачи метчи-
ков. Однако вид необходимой при этом СОЖ
часто не совпадает с основной СОЖ станка.
Отделять СОЖ для метчиков от остальной
СОЖ практически невозможно, и поэтому
желательно, чтобы ее доза была минимальной
во избежание загрязнения системы охлажде-
ния станка. Поэтому на АС применяют систе-
му охлаждения метчиков (рис. 1.19-12, г).
Контрольные устройства. В АС автомати-
ческие контрольные устройства проектируют с
учетом следующих положений:
1. Заготовка обрабатывается без постоян-
ного контроля со стороны рабочего. Передача
заготовок с одной позиции обработки на дру-
гую осуществляется автоматически.
648
Глава 1.19. АГРЕГАТНЫЕ СТАНКИ
Рис. 1.19.12. Схемы подачи СОЖ на АС:
а - общая схема: I - насос; 2 - коммуникации; 3, 6 - регуляторы; 4 - водосборник; 5 - АС; 7 - бак СОЖ,
б - подвод СОЖ через корпус барабана: 1 - подпружиненное сопло; 2 - втулка; 3 - стойка приспособления;
4 - приемное сопло; 5 - переходник;
в - муфта для внутреннего подвода СОЖ;
1 - штифт; 2 - пружинные кольца; 3 - вкладыш; 4 и 6 - полумуфты; 5 - резиновое кольцо; 7- удлинитель;
г - система охлаждения метчиков при резьбонарезании:
7 - бак; 2 - обратный клапан; 3 - напорная полость; 4 - пневмораспределитель; 5 - подающий клапан,
расположенный у метчиков; 6 - жихлерное отверстие; 7- мембрана
2. Базирование заготовки на контроль-
ной позиции должно быть аналогично тому,
как это делается на зажимном приспособлении
станка. Закрепление заготовки не требуется,
следует предусмотреть ограничители, предот-
вращающие ее смещения при вводе фиксато-
ров.
3. Необходимо контролировать значи-
тельное число одновременно работающих ин-
струментов, поломка которых связана со зна-
чительными материальными потерями.
4. Контроль точности обработки заготов-
ки осуществляется на позиции обработки
станка или на последующей позиции.
Контрольные устройства АС делятся на
две группы: устройства, контролирующие
прямо или косвенно поломку инструментов, и
автоподналадчики, осуществляющие контроль,
блокировку и в ряде случаев, подналадку рас-
точного инструмента. Косвенный контроль
целостности инструментов осуществляется
щупами, входящими в предварительно обрабо-
танные отверстия, или с помощью подачи
сжатого воздуха (одиночные отверстия малого
диаметра и большой глубины). Непосредст-
венный контроль инструмента осуществляется
с помощью контактных щупов или индуктив-
ных датчиков.
Автоподналадчики применяют на АС для
обеспечения стабильности параметров обра-
ботки при растачивании отверстий в заготов-
ках из чугуна с точностью Н6, Н7 и Н8 и от-
верстий с точностью Н6 в алюминиевых заго-
товках. Автоподналадчики выполняют сле-
дующие функции: контроль деталей и выдачу
команды на подналадку станка (изменение
уровня настройки) при достижении контроли-
руемым размером заданной границы поля
допуска. Условия формирования команды на
подналадку могут быть разнообразными [11],
но наибольшее применение находит формиро-
вание по повторным импульсам. Перед кон-
тролем целесообразна мойка детали
(заготовки).
В табл. 1.19.7 приведены типовые при-
меры встройки измерительных устройств в АС.
При опасности попадания стружки и
грязи между заготовкой и базовыми планками
приспособлений необходимо принять меры
для удаления стружки и грязи. Необходимо
обдувать базовые планки сжатым воздухом
(при этом следует предусматривать щитки или
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ СИСТЕМ АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ
649
кожухи для предотвращения попадания сду-
ваемой стружки в механизмы станков); обмы-
вать базовые планки и детали струями охлаж-
дающей жидкости; очищать базовую плоскость
заготовки капроновыми щетками на входе в
приспособление.
При финишной обработке с жесткими
допусками поверхностей, связанных с базовы-
ми, предусматривают устройства д ля проверки
отсутствия зазора между заготовкой и базовы-
ми планками приспособления.
1.19.7. Типы измерительных устройств АС
Тип измерительного устройства Область применения. Основные элементы устройства
1 2
Устройства контроля целостности инструментов
Самодействующий механизм со щупами, установ-
ленный на позиции станка
Контроль наличия большего числа отверстий
диаметром более 5 мм перед операцией нарезки
резьбы метчиками на многопозиционных станках.
7 - подъемник; 2 - заготовка; 3 - фиксатор; 4 - под-
пружиненные штифты; 5- головка; 6 - направляю-
щая плита; 7- рычаг; 8- конечный выключатель;
9- гидроцилиндр
5 6
Кондукторная плита со щупами для ощупывания
инструментов
Контроль целостности стержневых инструментов.
Конструктивная сложность. Уменьшение габари-
тов станка.
7 и 8 - скалка; 2- шпиндельная коробка; 3- коп-
ир; 4- конечный выключатель; 5- ролик; 6- упор;
7- кондукторная плита; 9 - штифт-упор;70- свер-
ло; 11 - щуп; 12 - рычаг ; 13 - упорные винты; 14-
кронштейн; 75 - конечный выключатель
Кондукторная плита с индуктивными датчиками
Сокращенное до минимума количество деталей,
забракованных из-за поломки режущего инстру-
мента (контроль осуществяется непосредственно
на рабочей позиции, в некоторых случаях это
позволяет также сократить габариты АС). Индук-
тивные датчики не сигнализируют о скоплении
стружки в отверстиях, поэтому необходимо при-
нимать дополнительные меры, гарантирующие
ее удаление.
Шпиндельная коробка со щупами
Контролируемые отверстия расположены ком-
пактно, шаг транспортирования на измеритель-
ную позицию невелик Упрощение конструкции
за счет отсутствия привода измерительного уст-
ройства, но затруднен доступ к силовым узлам и
режущим инструментам.
1 - корпус; 2 - опорная плита; 3 - шпиндельная
коробка; 4 - силовая головка; 5 - щупы; 6 - за-
готовка
650
Глава 1.19. АГРЕГАТНЫЕ СТАНКИ
Продолжение табл. 1.19.7
2
Устройства контроля размера точных отверстий с выполнением подналадки резцов или без нее
Устройство контроля диаметра отверстий, ус-
тановленное на отдельной позиции высокоточного
АС с бесконтактным пневмоэлектрическим дат-
чиком
Компенсация размерного износа регулируемых
режущих инструментов (расточных резцов и
др.), а также случайных факторов (погрешность
базирования заготовки, колебания твердости и
жесткости заготовки).
1 - регулируемые электрические контакты; 2 -
сопло датчика; 3 - подвод сжатого воздуха из
системы; 4 - стрелка показывающего прибора; 5
- регулируемое сопротивление; 6 - конечный
выключатель; 7 - диаметрально расположенные
измерительные сопла; 8 - измерительная пробка;
9 - заготовка.
При замыкании контактов датчика вырабатыва-
ются сигналы I, II, III, соответствующие браку
по верхнему или нижнему пределам, а также
пробка 8 не вошла в отверстие
Устройства контроля прилегания заготовки к базовым элементам зажимного приспособления
Устройство контроля прилегания заготовки к
базовым элементам, установленное на рабочих
позициях в приспособлении
Окончательная обработка заготовок с высокими
требованиями к взаимному положению обраба-
тываюших поверхностей к базовой плоскости.
1 - заготовка; 2 - базовые планки; 3 - плунжер; 4
- регулировочный винт; 5 - измерительный
шток; 6 - пневмоэлектрический датчик; 7 -
втулка; 8 - пружина
1.19.6. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТОВ И
ПРОЕКТИРОВАНИЯ АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ
Исходные данные для проектирования
АС формируют при разработке технической
заявки. Согласованная с заказчиком и пред-
приятием-изготовителем техническая заявка
является основанием для проектирования и
изготовления АС.
Содержание и порядок разработки тех-
нической заявки на АС приведены на рис.
1.19.13.
При разработке проектно-конструктор-
ской документации АС предусматривают две
стадии: технический проект и рабочую доку-
ментацию.
Общая последовательность проектирова-
ния агрегатных станков. Основная функция
конструктора заключается в переработке ис-
ходных данных, приведенных в технической
заявке заказчика (чертежи заготовок и деталей,
технологические условия и требования, предъ-
являемые к обработке и станку, требуемая
производительность и т.п.), целью и результа-
том которой является проект АС, комплект
документов (чертежей, схем, таблиц, ведомо-
стей и т.п.), описывающих конструкцию, тех-
нические характеристики, условия изготовле-
ния и сборки станка и его элементов.
АС создают из набора унифицированных
узлов и деталей, которые образуют элементную
конструкторскую базу. Их конструкции, тех-
нические характеристики, компоновочные
параметры приведены (описаны) в каталогах-
справочниках [16] и руководящих материалах
соответствующей проектной организации.
ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТОВ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ
651
Заказчик
Нет
— 3
Заявка
5
7
Да
Разработчик
Нет
— 8
Разработка
ориентировочной
технической
характеристики
станка
6 Есть
замечания ?
Корректировка
"дополнения"
р=70=^
Изготовитель
Нет
Да
13 Есть
замечания :
г-14-----------
Согласование
"дополнения"
с заказчиком
Да
16 Есть
замечания ?
Нет
<—17
Техническое за-
дание разработано
^Согласен с
замечанием ?,
Да
----4
Корректировка
заявки
Да
—II-------------
Оформление "допол-
нения " к типовому
техническому
заданию
изготовления
станка
--- 9-------------
Расчет
экономической
целесообразности
12
Нет
Нлим^Нопт
Да
Отказ
заказчика ?
Нет
Рис. 1.19.13. Схема разработки технических заявки и задания на проектирование АС
При проектировании АС особенно важно
учитывать имеющиеся (ранее выполненные)
конструкторские решения для различных
оригинальных и типовых проектных ситуаций.
В практике проектирования АС рассматривае-
мого типа учет ранее выполненных проектных
решений (разработок) осуществляется с помо-
щью информационно-поисковой системы.
Конструкторская документация станков-
аналогов используется затем (в той или
иной мере) для проектирования нового
станка.
В процессе проектирования АС выпол-
няются как специфические для них проектные
процедуры (при проектировании компоновки
станка, оформление конструкторской доку-
ментации), так и процедуры общего примене-
ния (расчет режимов резания, кинематические
и прочностные расчеты и т.д.). Поэтому в
систему проектирования АС должна быть
включена нормативно-справочная информа-
ция, содержание и структура которой будет
рассмотрена параллельно с процессом проек-
тирования.
652
Глава 1.19. АГРЕГАТНЫЕ СТАНКИ
Рис. 1.19.14. Алгоритм проектирования АС
На рис. 1.19.14 приведен общий алго-
ритм проектирования АС.
На этапе 7, кроме тщательного анализа
заготовки и детали, определяют производи-
тельность и пределы изменения коэффициента
технического использования. На этапе 2 выби-
рают компоновку станка и соответствующую
ему элементную основу, т.е. набор силовых
узлов поворотных делительных столов и их
оснащение и др.
На этапе 3 проводят группирование пе-
реходов в инструментальные блоки
(комбинированные инструменты), объедине-
ние их для выполнения одним силовым агре-
гатом, распределение по операционным стан-
циям и рабочим позициям. Возможно предва-
рительное разделение общей продолжительно-
сти обработки на части для уменьшения вре-
мени их выполнения и нагрузок на рабочие
органы.
Проектирование 3 технологической ком-
поновки АС выполняют в такой последова-
тельности: а) разработка планов обработки
отдельных поверхностей заготовки; б) выбор
схемы базирования и закрепления заготовок
на станке; в) разработка предварительной схе-
мы обработки заготовки; г) расчет режимов и
силовых параметров процесса резания для
разработанных вариантов обработки; д) оценка
производительности; е) корректировка распре-
деления объема обработок по рабочим пози-
циям и режимов резания; ж) окончательное
оформление схемы обработки заготовки на
станке.
На этапе 4 разрабатывают конструкции
зажимного приспособления, шпиндельных
насадок и коробок, других приспособлений к
силовым агрегатам, узлов автоматизации и
контроля и т.д. Проектирование оригинальных
узлов может выполняться параллельно не-
сколькими проектировщиками.
Проектирование оригинального узла вы-
полняют по методике: разработка принципи-
альной конструктивной схемы узла, проекти-
ровочный расчет основных элементов, разра-
ботка чертежа общего вида, выполнение про-
верочных расчетов узла, разработка сборочного
чертежа и спецификации, деталировка.
При компоновке станка (этап 5) выби-
рают окончательно положение заготовки в
пространстве (ограничения общих габаритных
размеров станка или требования точности).
Определяют положение соответствующих си-
ловых агрегатов и, следовательно, размеры
станка. Положение силовых агрегатов и оче-
редность их работы определяют схему натру-
ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТОВ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ
653
жения базового узла с установленными на нем
заготовками, т.е. суммарный вектор сил и мо-
ментов резания.
После определения положения силовых
агрегатов выбирают станину и другие корпус-
ные детали (стойки, подкладки, кронштейны),
обеспечивающие это положение. Затем выби-
рают положение на станине других узлов стан-
ка. Окончательно компоновка АС оформляет-
ся в виде сборочного чертежа лишь после про-
работки всех остальных узлов и систем
(управления станком, охлаждения и т.д.), по-
сле чего составляется спецификация на станок.
На основе технологической и конструк-
тивной компоновки станка и требуемой цик-
лограммы работы станка проектируют пневма-
тические, гидравлические, электрические и
электронные (на базе ПК) системы управления
(этап 6). В процессе проектирования системы
управления уточняется циклограмма работы
станка.
Проектирование вспомогательных систем
станка (этап 7): разрабатывается система охла-
ждения зоны резания, определяется метод
подачи СОЖ, ее сбора и очистки. Разрабаты-
вается система отвода стружки из зоны реза-
ния и удаления ее со станка. Решаются задачи
смазывания трущихся частей узлов. При этом
выбирается тип системы (централизованная
или индивидуальная), проектируются или
выбираются устройства смазывания (насосные
станции, масленки, маслоуказатели, трубопро-
воды и т.д.). Все элементы вспомогательных
систем станка обычно унифицированы.
На этапе 8 разрабатывают вновь или
принимают типовые (с уточнением для дан-
ного станка) технические усло.вия на приемку
станка. Основой для этого являются требова-
ния технического задания и общие требования
к качеству станка и его узлов.
Рассмотренная последовательность про-
ектирования АС не является жесткой и одно-
значной. Некоторые этапы проектирования
могут перекрываться или выполняться одно-
временно. В процессе проектирования проис-
ходят возвраты к предыдущим этапам в целях
уточнения выполненных на них разработок.
Расчеты надежности и производительно-
сти АС на сталии проектирования. Порядок
расчета:
1. По заданной часовой производитель-
ности (2о (рис. 1.1915) определяют примерное
значение длительности цикла т и количество
одновременно обрабатываемых заготовок т
за один цикл (количество станков) при значе-
ний коэффициента общего использования Лц
в пределах от 0,80 до 0,95.
2. Определяют т = tM + /в,
где tM - машинное время на лимитирующей
позиции станка; (в - вспомогательное время.
3. Номинальная производительность
станка (дет/ч)
_ 60т
4. Техническую и общую (проектная)
производительность АС определяются исходя
из следующих соображений:
вероятность безотказной работы станка
равна произведению безотказности его эле-
ментов;
для станка, состоящего из последова-
тельно соединенных элементов, вероятность
отказа его равна вероятности отказа хотя бы
одного из этих элементов;
интервалы безотказной работы узлов АС
распределены по экспоненциальным законам.
Поэтому параметр потока отказов станка равен
сумме интенсивности отказов всех элементов;
удельная длительность восстановления
равна сумме удельных длительностей восста-
новления отдельных элементов:
где В - удельная длительность восстановления;
Тв - среднее время устранения отказа
(восстановления узлов станка, инструментов,
технического обслуживания, работам по пере-
наладке, простоям по организационным при-
чинам); Тн - средняя наработка на отказ.
Коэффициент технического использова-
ния
Кт =----
1 + Вн ’
где Вч - удельная длительность простоя станка;
Рис. 1.19.15. Зависимости производительности АС
от длительности цикла действия т, коэффициента
использования Ко и числа деталей /и,
обрабатываемых за один цикл действия
654
Глава 1.19. АГРЕГАТНЫЕ СТАНКИ
Вч воб + Ви + ВПрОф + Впн,
где Воб - удельная длительность восстановле-
ния узлов станка; В„ - сдельная длительность
восстановления инструментов; Впроф - удель-
ная длительность работ по техническому об-
служиванию станка; Впн - удельная длитель-
ность работ по переналадкам.
Общий коэффициент использования
о
1
1 + Во
где Во - удельная длительность простоя агре-
гатного станка;
Во — Во6 + В„ + ВПроф + Впн + ВОрг,
где ВОрГ - удельная длительность потерь вре-
мени по организационным причинам.
В результате многочисленных исследова-
ний АС и автоматических линий из них, про-
водимых по единой методике, установлены
средние значения показателей надежности
унифицированных узлов (силовых столов,
поворотных делительных столов и др.), специ-
альных узлов (зажимных приспособлений,
кондукторных плит и др.), режущих инстру-
ментов, а также затраты временя на выполне-
ние работ по техническому обслуживанию,
работам по переналадкам и потерям времени
по организационным причинам. Эти сведения
отнесены к определенным проектным органи-
зациям и заводам-изготовителям АС. В [1, 3,
7, 12, 13] они представлены в виде удельной
длительности восстановления или как время
простоя соответствующего узла на 100 мин
работы АС.
Рассматриваем АС как систему, состоя-
щую из отдельных элементов. Для ее функ-
ционирования необходимы затраты времени
на устранение отказов, техническое обслужи-
вание, а также затраты времени на переналад-
ку и простои по организационным причинам.
Суммируя затраты времени, можно рас-
считать ожидаемые значения удельной дли-
тельности восстановления по каждому виду
(®об> ®и> ®проф’ Впн, ВОрГ) за время работы
АС.
5. Техническая производительность АС
а общая (проектная) производительность соот-
ветственно
Q
О
т г
= -Ко
1.19.7. АГРЕГАТНЫЕ СТАНКИ С ЧПУ
АС с ЧПУ применяются в качестве само-
стоятельного или встраиваемого оборудования
в ГАУ или ГАЛ при автоматизации обработки
деталей различных классов (корпусных, плит,
валов и т.д.) для мелкосерийного, серийного
или крупносерийного производства.
Характерные особенности этого класса
станочного оборудования заключаются в том,
что оно соединяет в себе:
возможность совмещения технологиче-
ских переходов (концентрацию) при сверле-
нии, цековании, нарезании резьбы, зенкеро-
вании, развертывании, растачивании и т.д.
путем применения сменных шпиндельных
коробок (ШК), инструментальных блоков или
единичных инструментов;
гибкость при изменении режимов обра-
ботки, переналадке цикла с помощью системы
ЧПУ и применения устройств (механизмов
смены инструментальных магазинов и т.д.) для
автоматической смены шпиндельных коробок
(ШК) и инструментов.
По конструкции АС с ЧПУ классифици-
руются на восемь типов (рис. 1.19.16).
| Без магазина
По конструкции
Силовой агрегат
Встроенным в
силовой агрегат
2
>5 «
5 2
Вынесенным от
силового агрегата
Рис. 1.19.16. Классификация АС с ЧПУ
АГРЕГАТНЫЕ СТАНКИ С ЧПУ
655
Кроме унифицированных узлов АС с
ЧПУ имеют оригинальные узлы, которые от-
сутствуют в обычных АС:
силовая головка с программным управ-
лением подач по трем осям X, Y, Z. В качестве
привода используются высокомоментные двига-
тели с шарико-винтовой передачей, которая
обеспечивает скорость подачи 10 - 15000 мм/мин,
скорость вспомогательных ходов (ускоренный
ход) до 120 м/мин и усилие подачи до 10 кН;
магазины инструментов с количеством
гнезд до 36 и магазины шпиндельных коробок
вместимостью до 24 шт.;
механизмы смены, поворота фиксации и
зажима инструментов или шпиндельных коро-
бок. Время смены инструмента с учетом фик-
сации и зажима 1 - 10 с, а шпиндельных ко-
робок 8 - 12 с.
Встречаются компоновки АС с ЧПУ с
горизонтальным и вертикальным расположе-
нием оси шпинделя (ось силовой головки).
Наиболее распространены компоновки с гори-
зонтальной осью шпинделя.
На рис. 1.19.17, а показан АС с ЧПУ и
револьверной головкой 2. которая установлена
на силовом столе / вертикального исполнения,
имеющего возможность перемешаться по
стойке (ось Y). Стойка 3, в свою очередь, ус-
тановлена на крестовом столе, который имеет
два привода подач 6 (по оси Z) и оси X, а сам
стол смонтирован на основании 4.
в)
Рис. 1.19.17. Примеры АС с ЧПУ
656
Глава 1.19. АГРЕГАТНЫЕ СТАНКИ
Станок с ЧПУ и горизонтальной осью
шпинделя и магазином шпиндельных коробок
(рис. 1.19.17, 6) имеет колонну /, вокруг кото-
рой происходит периодическое вращение ма-
газина для смены шпиндельных коробок 6.
Движение подач силового агрегата 5 только по
оси X. Палета 2 с заготовкой перемещается по
направляющим 4 силового стола, установлен-
ного на основание 3.
АС с ЧПУ, оснащенный двумя магази-
нами одиночных инструментов и шпиндель-
ных коробок, показан на рис. 1.19.17, в. С
правой стороны станка установлены магазин
шпиндельных коробок 2 со шпиндельными
коробками 7, а также механизм 3 их смены. С
левой стороны силовой головки 5 уставлен
магазин инструментов с механизмом 8 смены.
Палета 4 фиксируется жестко на крестовом
столе с основанием 6. Силовой агрегат уста-
новлен на основании 7. Станок имеет движе-
ния подач по осям X, Y, Z; отсутствует пово-
ротно-делительное приспособление. АС с ЧПУ
может быть предназначен как для специально
подобранной номенклатуры деталей, так и
только для выполнения определенных видов
операций - фрезерования, сверления, растачи-
вания и т.д. или для обеспечения полной ме-
ханической обработки различных классов де-
талей, например, корпусных деталей, рычагов
и Т.Д.
Первый - АС с ЧПУ с револьверной го-
ловкой, второй и третий - гибкие с ЧПУ типа
"обрабатывающий центр". На его базе может
быть выполнен специальный станок, имею-
щий ограниченное количество движений по-
дач по осям силовой головки и стола. При
проектировании этих станков следует обратить
особое внимание на обеспечение точности -
прямолинейности траектории перемещения
рабочего органа, по радиальному биению оси
вращения шпинделя и осевому биению инст-
рументов. Это связано с тем, что кроме по-
грешностей изготовления силового агрегата и
стола станка накладываются погрешности
шпиндельной коробки и устройства ее фикса-
ции, взаимного положения узлов при их пе-
ремещении, обеспечения параллельности и
перпендикулярности осей вращения шпинде-
лей коробки направлению движения инстру-
мента или заготовки. Кроме погрешностей
изготовления и монтажа направляющих ста-
нин, силового агрегата и стола станка накла-
дываются погрешности шпиндельной коробки
и, особенно, устройств ее базирования и фик-
сации. Следует предусмотреть при конструи-
ровании АС с ЧПУ возможность регулирова-
ния при износе устройств базирования и фик-
сации шпиндельной коробки.
1.19.8. САПР АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ
Ранее широко был распространен метод
конструирования АС с применением
"слепышей”, т.е. чертежей, на которых часть
размеров определяется "по месту", из таблиц,
либо по принятым соотношениям. Распро-
странено получение проектной документации
с использованием метода аппликаций. Благо-
даря этому имеется техническая возможность
синтеза и графической визуализации образа
АС, его узлов и деталей, автоматической выда-
чи технологии для обработки заготовок на
станках с ЧПУ, принятой на заводе-
изготовителе АС, автоматического формирова-
ния требований на покупные комплектующие
изделия и выполнение других компьютерно-
интегрируемых работ, что позволяет перейти к
безбумажной технологии проектирования и
изготовления АС.
Автоматизированное проектирование АС
в российской практике выполняется в специ-
альном конструкторском бюро (СКБ), где эта
операция осуществляется путем взаимодейст-
вия групп конструкторов ряда специализиро-
ванных отделов. На всех стадиях основная
трудоемкость работ приходится на проектиро-
вание собственно механической части станка.
Автоматизация проектирования проводится
для смежных групп АС, шпиндельных коробок
(ШК) и других шпиндельных узлов, инстру-
мента, электрооборудования, базовых деталей
(сварных станин), а также по составлению
ведомостей и спецификаций (работы отделов
оформления документации) и выполнение
деталировочных работ. Интенсивность обмена
информацией в процессе проектирования ме-
жду конструкторскими станочными и смеж-
ными отделами существенно превосходит ин-
тенсивность обмена информацией между
смежными отделами.
Средства и методы построения большин-
ства из перечисленных подсистем САПР, спе-
цифичных для АС, имеют много общего и
рассмотрены ниже.
В процессе проектирования АС в усло-
виях проектной организации происходит на-
копление информации, необходимой для вы-
полнения следующих этапов. И хотя процесс
этот имеет итеративную природу, при пра-
вильном его построении обращение с конеч-
ных этапов к начальным происходит достаточ-
но редко. Существует несколько узловых эле-
ментов процесса проектирования, в которых
определяется наиболее важная информация.
Для АС такими элементами являются расчеты
режимов резания и проектирование инстру-
ментальной наладки (рис. 1.19.18).
Из подсистем САПР, решающих задачи
автоматизации проектирования смежных
групп АС, рассмотрим в качестве примера
программное обеспечение для автоматизации
проектирования шпиндельных коробок
(подсистема САЛР-ШК), получение рабочей
документации в виде схемы раскатки ШК.
таблиц сборок ШК, техпроцесса механообра-
ботки корпусных деталей ШК и составление
спецификации ШК.
САПР АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ
657
Входные (+) и выходные () параметры Наименование подсистемы САПР АС
Операционная технология Инструментальная наладка Расчет режимов резания, производительности д надежности Шпиндельная коробка Гидрооборудование Электрооборудование Кондукторная плита Приспособление Деталировка Базовые детали Документирование Шпиндельная бабка
Данные чертежа заготовки и обработанной детали +
Данные операционной техноло- гии обработки + + + 4-
Комплект сборочных чертежей инструментальной наладки АС 4- + 4- + 4-
Спецификации режущего и вспомогательного инструмента 4- 4- 4- 4-
Дополнительные сведения 4- + 4- 4- 4-
Таблицы режимов, сил и мощ- ностей резания шпиндельных узлов + 4- 4- 4- + 4-
Габариты силовых узлов 4- 4- 4- 4-
Модели унифицированных шпиндельных бабок с привода- ми + 4- 4- 4-
Типоисполнения электродвига- телей + 4- 4- 4- 4-
Таблицы упорных шпиндель- ных подшипников + + 4-
Схема раскатки ШК 4-
Таблица сборок ШК +
Таблица механообработки кор- пусных деталей ШК +
Спецификация ШК 4- 4-
Спецификация гидрооборудо- вания 4- 4-
Монтажная и принципиальная схемы гидрооборудования 4- 4- 4- 4-
Спецификация электрообору- дования 4- 4- 4-
Монтажная и принципиальная схемы электрооборудования 4-
Сборочный чертеж кондуктор- ной плиты +
Таблица механообработки кон- дукторной плиты • +
Спецификация кондукторной плиты +
Деталировочные чертежи ори- гинальных деталей 4- 4- 4-
Показатели производительности и надежности станка 4- 4-
Руководство к станку 4- 4- 4- 4- 4- 4-
Рис. 1.19.18. Схема информационных связей между подсистемами САПР АС
Пример определения кода инструмента - специального сверла i зависимости от
необходимого угла заборной части
ВХОД ВЫХОД
Код материала детали Код операции обработки Угол заточки режущей частисверла Код инструмента специального
MTD1 OPER UG1I INS
1, 2 (чугун, сталь) <р £ 118, <р $120 -1 не изменяется
ф < 118, ф > 120 2 специальный "по углу"
3 (алюминий) 1 (сверление) Ф = 130 -1 не изменяется
Ф* 130 -1 специальный "по углу"
4 (зенкование) Ф = 130 -1 не изменяется
Ф* 130 2 специальный "по углу"
(MTBD (DPER) CUG1D
Ряс. 1.19.19. Таблица решений автоматически интерпретируемой подсистемой САПР-ИН
Гмм 1-19. АГРЕГАТНЫЕ СТАНКИ
САПР АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ
659
-----------------------------------------
Подсистема обеспечивает безбумажную
технологию проектирования ШК ее выход-
ными документами являются программы для
станка с ЧПУ, обрабатывающего заготовки
корпусных деталей ШК В процессе проекти-
рования ШК подсистема выполняет расчет
силовых, геометрических и кинематических
параметров, выбор комплектующих изделий
ШК, формирование обозначений, вычерчива-
ние схемы раскатки и т.д. Выполняются наи-
более интеллектуальные задачи проектирова-
ния ШК , такие как генерация инструкций,
оптимизирующих кинематическую схему ШК.
Пользователь подсистемы на этапе проектиро-
вания кинематической схемы ШК - высоко-
квалифицированный конструктор, работаю-
щий в режиме интерактивного диалога. Даль-
нейшее развитие подсистемы - автоматизация
синтеза оптимальной конструкции ШК в ус-
ловиях интегрированной среды САПР АС.
В подсистемах САПР АС, автоматизи-
рующих проектирование электро- и гидрообо-
рудования, решаются задачи получения рабо-
чей документации на монтажные электросхе-
мы и разводку гидроаппаратов. Дальнейшее
развитие получают интеллектуальные задачи
синтеза принципиальной электрической и
гидравлической схем на основе циклотраммы
работы станка.
Подсистема, автоматизирующая проекти-
рование инструментальных наладок (САПР-
ИН), решает задачу интеллектуального синтеза
конструкции сборочного чертежа наладки,
например, для стержневого инструмента. Осо-
бенностью подсистем является то, что она
работает в бездиалоговом режиме и в качестве
исходных данных использует информацию,
содержащуюся в схеме обработки, принятой
для конкретного АС. Результаты работы под-
системы в меньшей степени зависят от квали-
фикации пользователя, чем в тех случаях, ко-
гда ведется интерактивный диалог
"конструктор-компьютер". В алгоритмах под-
системы нормализованы знания наиболее
опытных конструкторов СКВ.
Инструментальные средства САПР АС
включают программно-управляемые способы
представления знаний, нормативно-справоч-
ной и трафической информации, а также
программные средства преобразования дан-
ных, с которыми работает подсистема. Осно-
вой информационного обеспечения САПР АС
является база данных (БД), представляющая
собой (файл данных, для определения и обра-
щения к которому используются средства сис-
темы управления базой данных (СУБД).
СУБД, используемые в САПР АС, обеспечи-
вают работу иерархических, сетевых и реляци-
онных систем БД. Особенностью САПР АС
является то, что выполняемые в процессе ра-
боты процедуры поиска и записи данных пол-
ностью автоматизированы и интегрированы в
управляющие программы подсистемы. Для
возможности использования ограниченных
вычислительных ресурсов (как по памяти, так
и по быстродействию) технических средств
САПР АС были созданы специализированные
СУБД, отличающиеся компактностью, универ-
сальностью, гибкостью, простотой представле-
ния данных, оперативностью и т.д. Одним из
наиболее компактных способов представления
знаний служат таблицы решений (ТР), состав-
ляемые постановщиком задачи в процессе ее
формализации. Особенность ТР в том, что они
составляются на естественном языке пользова-
теля определенной предметной области (в
данном случае, конструктора АС): они могут
использоваться не только для разработки
(описания), но и для реализации программ.
В последнем случае система должна иметь
средства интерпретации данных в формате ТР
или средства генерации выполняемых про-
грамм на базе этих таблиц.
Вид ТР, интерпретируемых автоматиче-
ски подсистемой САПР-ИН, приведен на
рис. 1.19.19.
Разнообразная нормативно-справочная
информация, используемая в процессе проек-
тирования АС, организована, как правило, в
виде двумерных информационных массивов
элементов, логически или математически свя-
занных между собой, что является реализацией
реляционной модели данных. Вызов таблицы
происходит по ее имени, а выбор номера
строки осуществляется с помощью
"универсальной" программы, параметры кото-
рой указывают условия выбора.
Для ускорения работы подсистемы, в ка-
ждом конкретном случае имеющей дело с ог-
раниченным набором данных, часто организу-
ют сетевую СУБД, в которой любая запись,
называемая записью старшего уровня, может
содержать данные, относящиеся к набору
других записей, называемых записями подчи-
ненного уровня. Обращение к набору записей
реализуется по указателям (ключам). Такая
структура, называемая оперативным файлом,
использована, в частности, в разработанной в
ЭНИМСе подсистеме САПР-ИН.
Большинство подсистем САПР АС пред-
назначено для выдачи рабочей конструктор-
ской документации в виде чертежей и схем.
Эта задача решается средствами машинной
графики, управляемыми прикладными про-
граммами подсистем САПР АС. Существую-
щие средства машинной графики автоматизи-
руют большинство чертежных операций
(штриховка, рисование линий различного типа
и дуг, простановка размерных стрелок и вы-
носных линий, выполнение надписей, штам-
пов, рамок и т.д.), предоставляют возможно-
сти создания меню графических предметно-
ориентированных примитивов и т.п. Однако,
решение интеллектуальных задач графики
(планировка чертежа, наложение объектов,
простановка цепей размеров, надписей и обо-
значений, выбор масштабов изображения и
числа листов стандартных форматов и др.) в
660
Глава 1.19. АГРЕГАТНЫЕ СТАНКИ
значительной мере зависит от требований
предметной области и достигается с помощью
прикладных программ.
Проблемы автоматизации деталировоч-
ных работ решаются в двух направлениях:
а) модификация избыточного чертежа-
представителя семейства технологически одно-
родных объектов удалением лишних элементов
(валы, фланцы и т.п.);
б) синтез чертежа детали из элементов
предметно-ориентированного семейства гра-
фических примитивов.
Проектирование приспособления, будучи
одним из наиболее трудоемких этапов созда-
ния АС, автоматизировано в наименьшей сте-
пени. Это связано с тем, что во многих случа-
ях особенности закрепления и обработки заго-
товки требуют оригинального конструктор-
ского решения, формализация которого недос-
таточно продвинута. Важную роль в этом про-
цессе играют расчеты деформаций заготовки и
элементов конструкции приспособления в
процессе обработки.
Другое направление сокращения трудо-
емкости и повышения качества проектирова-
ния приспособлений - компьютеризация архи-
ва чертежей СКВ. Решение этой задачи осуще-
ствляется за счет использования информаци-
онно-поисковых систем, построенных на ос-
нове современных СУБД. На практике ис-
пользуются средства телевизионной техники
для перевода чертежей на "машинно-
читаемый" носитель.
Подсистема САПР АС, автоматизирую-
щая составление ведомостей и спецификаций,
эффективно работает в условиях интегриро-
ванной среды САПР АС, когда все документы,
выдаваемые через принтеры, формируются
автоматически в процессе проектирования АС
средствами САПР. В условиях, когда значи-
тельный объем конструкторско-чертежных
работ выполняется вручную, эта подсистема с
помощью существующих пакетов СУБД
(ADABAS, D-BASE3+, CLIPPER и др.) или
оригинальных разработок обеспечивает воз-
можности автоматической упорядоченной (по
принятым в СКБ нормам) сортировки и выда-
чи документации на комплектующие, ориги-
нальные и покупные изделия и машинного
архивирования спецификаций.
В процессе проектирования АС выпол-
няется ряд расчетов, результаты которых име-
ют важное значение для определения основ-
ных параметров станка, таких как производи-
тельность, точность, надежность.
В ряде случаев результаты этих расчетов
определяют компоновку станка, либо приводят
к выбору комплектующих станок унифициро-
ванных узлов или их элементов из дискретных
рядов ограниченной номенклатуры. В резуль-
тате расчета принятое ранее эвристическое
решение может быть сохранено или модифи-
цировано. Иногда это приводит к созданию
специального узла или элемента на базе суще-
ствующего унифицированного прототипа.
Так как в АС большая часть элементов
конструкции подбирается по различным
ГОСТам, часто приходится решать прямую и
обратную задачи выбора соответствующего
элемента, параметры которого определяются
из таблиц. Но если в процессе решения пря-
мой задачи этим элементом окажется ближай-
ший "табличный", удовлетворяющий условию
выбора, то при решении обратной задачи
"табличные" параметры элемента играют роль
ограничения, которое может сказаться на ос-
новных характеристиках станка (например, на
режимах резания и производительности).
При решении обратной задачи необхо-
дим, как правило, значительно больший объем
вычислений, чем при решении прямой задачи.
Во многих случаях решение, полученное
в рамках локального расчета отдельной под-
системы, становится эффективным только при
наличии интегрированной среды САПР АС.
Например, при проектировании кинематиче-
ской схемы ШК выполняется условие: откло-
нение фактической частоты вращения шпин-
делей от заданной не более 3 %. Это требова-
ние часто приводит к введению лишнего ряда
шестерен, утяжеляющего коробку. В то же
время результаты оптимизационного расчета
режимов резания позволяют для каждого
шпинделя задать не единственное значение, а
диапазон допустимых частот вращения
(достаточно широкий для нелимитируюших
инструментов). Если между подсистемами
расчета режимов резания и проектирования
ШК обмен данными осуществляется в рамках
интегрированной среды, металлоемкость ШК
может быть снижена.
Достигнутый в расчетных моделях стан-
ков уровень отражения физической модели
процесса резания учитывает столь большое
число факторов, что позволяет практически
решать задачи многокритериальной парамет-
рической оптимизации конструкции станка.
Однако, разработанные расчетные методы
оптимизации режимов резания, оценки дина-
мического качества станка, точности обработ-
ки и др. во многом оперируют с данными,
которые становятся известными на поздних
этапах проектирования, что ограничивает их
влияние на принимаемое техническое реше-
ние. Роль этих расчетов коренным образом
изменяется в условиях САПР АС, где они,
благодаря средствам САПР, становятся дос-
тупными конструктору станка и не приводят к
удлинению технологического цикла проекти-
рования. В условиях интегрированной среды
САПР эти расчеты, будучи встроены в соот-
ветствующие этапы проектирования, выпол-
няют функции экспертных систем, оптималь-
но обеспечивая заданные заказчиком требова-
ния к станку.
ТИПОВЫЕ КОМПОНОВКИ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ ИЗ АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ 661
Рис. 1.19.20. Укрупненный алгоритм проектирования АС в условиях САПР (вариант)
На рис. 1.19.20 приведены основные эта-
пы одного из возможных алгоритмов проекти-
рования АС в условиях САПР.
1.19.9. ТИПОВЫЕ КОМПОНОВКИ АВТОМАТИЧЕСКИХ
ЛИНИЙ ИЗ АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ
АС и автоматические линии из АС соз-
даются на базе единой гаммы унифицирован-
ных узлов [16]; специальные узлы имеют также
общие принципы построения. Новыми узлами
при создании автоматических линий по срав-
нению с отдельными АС являются транспорт-
ные системы, автоматизирующие подачу заго-
товки на станок, межстаночное транспортиро-
вание и выдачу детали.
На рис. 1.19.21 приведены типовые при-
меры автоматических линий из АС.
Узлы АС в виде револьверных головок и узлов
с ЧПУ, в том числе с автоматической сменой
режущих инструментов и инструментальных
магазинов, не изменили традиционные ком-
поновки автоматических линий.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Автоматические линии из агрегатных
станков / Н. М. Вороничев, В. Б. Генин и Ж.
Э. Тартаковский. М.: Машиностроение. 1971.
552 с.
2. Автоматизация расчетов и проектиро-
вания металлорежущих станков // Сб. науч,
трудов под ред. д-ра наук А. И. Левина. М.:
ЭНИМС. 1988. 200 с.
3. Агрегатные станки средних и малых
размеров / Ю. В. Тимофеев, В. Д. Хицан,
М. С. Васерман, В. В. Громов; Под общ. ред.
Ю. В. Тимофеева. М.: Машиностроение. 1985.
248 с.
4. Гибкие производственные системы,
промышленные роботы, робототехнические
комплексы. В 14 кн. Кн. 10 / Б. И. Черпаков,
В. В. Земляной, А. Н. Феофанов и др. Гибкие
автоматизированные линии массового и круп-
носерийного производства / Под ред.
Б. И. Черпакова. М.: Высшая школа. 1989.
112 с.
5. Дащенко А. И., Белоусов А. П. Проек-
тирование автоматических линий: Учеб, посо-
бие для машиносгроит. спец. ВУЗов. М.:
Высшая школа. 1983. 328 с.
6. Дащенко А. И., Шмелев А. И. Конст-
рукции и наладка агрегатных станков. М.:
Высшая школа. 1977. 350 с.
7. Меламед Г. И., Цветков В. Д., Айзман
Д. С. Агрегатные станки. М.: Машинострое-
ние. 1964. 423 с.
8. Наладка агрегатных станков/С. И. Фе-
доров, В. Б. Генин, Ж. Э. Тартаковский и др.
М.: Машиностроение. 1982. 232 с.
9. Плащей Г. П., Марголин Н. У., Пиро-
вич Л. Я. Приспособления агрегатных станков,
Альбом конструкций. М.: Машиностроение.
1977. 192 с.
10. Плащей Г. П., Марголин Н. У. Кон-
струкции приспособлений агрегатных станков
и автоматических линий: Альбом. М.: Маши-
ностроение. 1990. 240 с.
662
Глава 1.19. АГРЕГАТНЫЕ СТАНКИ
•)
Рве. 1.19.21. Автоматическое линии из АС:
а - с традиционными унифицированными, узлами и прохождением заготовки через рабочие зоны станков:
1 - межоперационный конвейер; 2 - АС;
6-е традиционными унифицированными узлами и выносом транспортного потока из рабочей зоны станков:
1 - загрузочное устройство; 2 - конвейер; 3 - станок; 4 - загрузочное устройство,
в - с традиционными унифицированными узлами и прохождением заготовки на приспособлении-спутнике
через рабочую зону станков: I - АС; 2 - межоперационный конвейер;
3 - конвейер возврата детали с приспособлением-спутником;
г - с унифицированными узлами на базе револьверных головок и других узлов с ЧПУ с прохождением загото-
вок через рабочую эону: 1, Д 6 - АС с традиционными унифицированными узлами;
2 - АС из узлов с ЧПУ и автоматической сменой одиночных инструментов;
3 АС с револьверными головками; 4 - межоперапионный конвейер; 7- позиция загрузки-выгрузки
11. Регулирование качества продукции
средствами активного контроля / Г. Д. Бурун,
С. С. Волосов, 3. Ш. Гейлер и др. Из-во стан-
дартов. 1973. 476 с.
12. Справочник по наладке агрегатных
станков и автоматических линий / А. И. Ко-
нюх, Г. И. Плашей, Н. У. Марголин и др.
Минск. Беларусь. 1977. 287 с.
13. Станочные приспособления. Спра-
вочник. В 2-х т. / Ред. совет: Б. Н. Вардашкин
(пред) и др. М.: Машиностроение. 1984. Т. 2 /
Под ред. Б. Н. Вардашкина, В. В. Данилев-
ского. 1984. 656 с.
14. Толковый словарь по вычислитель-
ным системам / Под ред. В. Иллингустера и
др.: Пер. с англ. А. К. Белецкого и др.; Под
ред. Е. К. Масловского. М.: Машиностроение.
1989. 568 с.
15. Шпиндельные узлы агрегатных стан-
ков: Альбом / Н. М. Вороничев, Г. И. Пла-
шей, С. С. Гиндин и др. М.: Машинострое-
ние. 1983. 180 с.
16. ЭНИМС: Каталог "Унифицирован-
ные узлы агрегатных станков и автоматических
линий" / По ред. д.т.н. Б. И. Черпакова. М.:
ВНИИТЭМР. 1988. 208 с.
ПРОБЛЕМЫ В ОБЛАСТИ СОЗДАНИЯ ВЫСОКОПРЕЦИЗИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ
663
Глава 1.20
СВЕРХПРЕЦИЗИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
1.2 0.1. ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ В ОБЛАСТИ СОЗДАНИЯ
ВЫСОКОПРЕЦИЗИОННОГО СТАНОЧНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ
Бурное развитие машиностроения в об-
ласти субмикрометрического и нанотехнологи-
ческого диапазонов точности является доми-
нирующим фактором последних лет. По мне-
нию зарубежных и отечественных специали-
стов, к 2000-му году эта проблема станет глав-
ной, так как задачи в ряде областей непосред-
ственного жизнеобеспечения людей выдвинут
требования к размерной точности до 1 - 2 мкм
на длине 1 м, к точности формообразования -
0,01 мкм на площади 200 х 200 мм и парамет-
ру шероховатости поверхности Ra = 1 нм.
В течение ближайших 10 - 20 лет будут
формироваться новые направления: в области
здравоохранения и биологии - электронные
сенсоры тунельного типа и фотонный скани-
рующий микроскоп тунельного типа; в облас-
ти астрофизики - асферическая оптика; в об-
ласти машиностроения - наноцентры с высо-
ким уровнем автоматизации для обработки
определяющих точность деталей станков, эле-
ментов гидро- и пневмооборудования, деталей
двигателей внутреннего сгорания; в области
микроэлектроники н бытовой техники - дета-
ли видеотехники, считывающие головки ла-
зерных проигрывателей, микросхемы и многое
другое.
Перечисленные задачи требуют создания
ряда новых технологий, обусловливающих
применение материалов с широким диапазо-
ном механических свойств; от твердых и хруп-
ких до вязких и пластичных, что, в свою оче-
редь, выдвигает новые проблемы при создании
и использовании инструментов различного
типа: от абразивного до лезвийного алмазного
с высоким качеством режущих кромок. Кроме
того, использование различных материалов
требует различных методов их обработки, со-
четающих физические и химические с обра-
боткой резанием: ионно-лучевой обработки,
химико-механической доводки, отделки по-
рошковой струей и упругоэмиссионной обра-
ботки.
Основные проблемы в области создания
высокопрецизионного станочного оборудования.
Специфика конструирования сверхпрецизион-
ного оборудования обусловлена монотонно-
стью процесса обработки в длительном вре-
менном интервале, причем высокая точность
обрабатываемой поверхности, по параметрам
относительного расположения поверхностей,
формы и параметрам шероховатости, предъяв-
ляет комплекс требований к станку: по точно-
сти относительного расположения инструмента
и заготовки в соответствии с заданной про-
граммой на протяжении всего времени обра-
ботки, по допустимому уровню относительных
колебаний инструмента и заготовки по чистоте
окружающей среды, по величине допустимого
нагрева, вызывающего тепловые деформации в
пределах заданной точности.
Таким образом перечисленный комплекс
требований определяет общие принципы кон-
струирования сверхпрецизионных станков,
обеспечивающие:
независимость метрологической системы,
контролирующей относительное расположение
инструмента и заготовки от внешних и внут-
ренних возмущений;
сохранение точности на протяжении
всего времени работы станка;
надлежащую частоту рабочего простран-
ства станка и окружающей среды;
уровень автоматизации, соответствующий
предотвращению внесения возмущений от
участия оператора в процессах установки, об-
работки, снятия и контроля точности детали.
Из перечисленных выше принципов вы-
текают конкретные задачи проектирования и
практические рекомендации по достижению
требуемой точности:
выбор компоновки станка, обеспечи-
вающей минимальное воздействие возмуще-
ний на метрологические базы системы изме-
рения;
минимизация эффекта Аббе за счет сов-
падения (приближения) оси измерения с вер-
шиной (режущей кромкой) инструмента;
применение кинематических звеньев
(направляющих, подшипников, резьбовых и
других передач) со следующими свойствами;
минимальным трением при скорости, близкой
к нулю; обеспечением усреднения погрешно-
стей изготовления вследствие разделения тру-
щихся поверхностей текучей средой; высоки-
ми жесткостью и демпфированием как в нор-
мальном, так и в тангенциальном направлении
к поверхности;
создание быстродействующей управляю-
щей системы из условия измерения размера в
окрестностях зоны резания и допустимого
запаздывания коррекции размера, а также из
условия компенсации возмущающего воздей-
ствия на инструмент или заготовку, например,
при прохождении случайного сигнала со сто-
роны фундамента станка;
обеспечение акустической защищенности
станка;
виброизоляция от фундамента;
очистка окружающего пространства стан-
ка и специальная очистка пространства в зоне
резания (отсос Стружки);
применение тепловыравнивающих и тер-
мостабилизирующих устройств, обеспечиваю-
щих неизменность температурного поля во
всем объеме станка, и малые температурные
градиенты;
664
Глава 1 20. СВЕРПРЕЦИЗИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
применение загрузочно-разгрузочных
устройств, обеспечивающих бездеформацион-
ную установку и снятие заготовки без ее до-
полнительного нагрева (например, от рук опе-
ратора) и порчи как базовой, так и обработан-
ной поверхности;
применение материалов базовых деталей
станка, обеспечивающих высокую жесткость,
максимальное отношение модуля упругости к
плотности, высокую стабильность во времени,
низкий температурный коэффициент расши-
рения.
1.20.2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К БАЗОВЫМ
ЭЛЕМЕНТАМ И УЗЛАМ
Точность обработанной поверхности не-
посредственно зависит от основных систем,
участвующих в формообразовании:
привода главного движения со шпин-
дельным узлом,
привода подачи с исполнительным дви-
гателем и рабочим органом станка, системой
измерения относительного расположения заго-
товки и инструмента в цепи обратной связи и
управляющей системой,
несущей системы станка.
Привод главного движения обеспечивает
преобразование электрической, гидравличе-
ской или пневматической энергии в механиче-
скую, например, вращение шпинделя с пара-
метрами в допустимых пределах, соответст-
вующих заданной точности, жесткости и
демпфированию
Дисбаланс собранного шпиндельного уз-
ла в опорах с закрепленной на нем заготовкой
не должен превышать значения, приводящего
к смещению заготовки на величину выше до-
пустимой. Сказанное связано с невозможно-
стью компенсации высокочастотной состав-
ляющей смещения от вращения заготовки
даже при наличии обратной связи. Жесткость
опор шпинделя назначается исходя из требо-
ваний точности обработки и силы резания,
меняющейся скачком при входе инструмента в
металл (например, при обработке прерываю-
щихся несплошных поверхностей) или из-за
изменения силы резания в процессе обработки
вследствие неравномерности припуска.
Примером шпиндельного узла станка,
работающего в нанометрическом диапазоне
точности, является узел фирмы "Тойода коки”
с гидростатическими опорами вращения,
обеспечивающими точность вращения менее
0,025 мкм, и фирмы "Тосиба кикай"
(рис. 1.20.1) с аэростатическими опорами
вращения (причем передняя опора сфериче-
ская), обеспечивающими точность вращения
того же порядка, что и гидростатические. Кру-
тящий момент на шпиндель передается по-
средством электромагнитной муфты с целью
снижения вибрации, передаваемой от двигате-
ля. В данном случае используется бесколлек-
торный двигатель постоянного тока
Привод малых подач, рабочий орган, ис-
полнительный механизм, направляющие
(прямолинейного и кругового движений). Точ-
ность формы, относительного расположения
поверхностей и параметры шероховатости
обработанной поверхности определяются при-
водом подачи В сверхпрецизионном оборудо-
вании к нему относятся следующие элементы:
силовые базы (направляющие как прямоли-
нейного, так и кругового движений), рабочие
органы станка (например, суппорт), исполни-
тельные двигатели привода, передачи
(например, винтовые или фрикционные), мет-
ролическая система и система управления,
источник энергии.
Рис. 1.20.1. Сверхпрецизионный шпиндельный узел с пневмостатическими подшипниками
(в том числе со сферическим) фирмы "Тосиба кикай" (Япония):
^Цкив, 2 - радиальный и осевой подшипники, 3 - магнитная муфта, 4 - радиальный подшипник,
5 - шпиндель, 6 - осевой подшипник, 7 - приводной вал
КОНСТРУКТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К БАЗОВЫМ ЭЛЕМЕНТАМ И УЗЛАМ
665
При диаметре обработки заготовки до
200 мм и применении в качестве измерителя
лазерного интерферометра возможно достиже-
ние отклонения формы не более 0,5 мкм и
параметра шероховатости Ra = 20 нм даже при
традиционном совпадении силовых и метро-
логических баз, совмещенных в направляю-
щих. В случае обработки деталей диаметром
1,5 м и более, например, металлических зер-
кал, изготовляемых в Ливерморской лаборато-
рии им. Лоуренса (США), необходимо обеспе-
чить независимость метрологических баз и
расположить измерительные датчики на спе-
циальной раме, выполненной из инвара.
Требования, дополняющие изложенное и
относящиеся к приводу подачи, следующие:
обеспечение механической частью при-
вода однозначной стабильной связи между
входным управляющим сигналом и перемеще-
нием с долемикронной точностью;
снижение застойной зоны при измене-
нии направления движения из условия допус-
тимого заданной точностью запаздывания;
уменьшение смещения в направлении
отсутствия задания движения от координаты,
по которой осуществляется перемещение, до
величины ниже допустимой точности;
соотношение дискретности привода
(измерительной системы) и абсолютной раз-
мерной точности 1 • 10 и менее;
обеспечение отработки каждого шага, за-
данного управляющей системой;
снижение возмущающих воздействий от
привода, включающего источник энергии, до
допустимой величины, соответствующей за-
данной точности.
В станках суб- и нанометрического диа-
пазона точности обработки в основном при-
меняются следующие типы приводов:
электромеханический с шариковинтовой,
винтовой с магнитной или гидростатической
гайками, а также фрикционной передачами;
электрогидравлический с линейным ис-
полнительным двигателем (гидроцилиндром);
пьезоэлектрический корректирующий
привод микрохода (до нескольких микромет-
ров), применяющийся как в сочетании с при-
водом на большие хода, так и в приводах мик-
роперемещений .
Привод подачи с шариковинтовой пере-
дачей обеспечивает разрешающую способность
до 0,1 мкм и применен в модификации станка
"Микроторн” фирмы "Хембруг Хаарлем”
(Голландия). В другой модификации станка
этой фирмы применен электрогидравлический
привод подачи с гидроцилиндром, шток и
поршень которого сцентрированы относитель-
но крышки и гильзы на жестком гидростати-
ческом слое, обеспечивающий разрешающую
способность 0,01 мкм. В первом случае в каче-
стве датчика обратной связи применен фото-
электрический преобразователь, в во втором -
лазерный интерферометр. В обоих станках
использованы гидростатические направляющие
и опоры шпинделя. Базовые детали станка
выполнены из гранитана с высокой демпфи-
рующей способностью и соотношением моду-
ля упругости к плотности выше, чем у чугуна.
Гидростатическая винтовая передача
применяется в тяжелом станке фирмы "Окума”
в приводе с разрешающей способностью
0,1 мкм, а погрешности изготовления шарико-
винтовой передачи и винта передаются на
суппорт.
У нее имеется еще один недостаток, свя-
занный с пульсацией перемещения из-за де-
формирования шарика при заходе его в вин-
товую канавку, образованную рабочими по-
верхностями винта и гайки, при выкатывании
из канала возврата.
Все виды винтовых передач, шариковые,
гидростатические, и с магнитными гайками
имеют ощутимую податливость во всех на-
правлениях лишения их степеней свободы
относительно винта.
Перечисленных выше ограничений ли-
шен электрогидравлический привод с гидро-
цилиндром жидкостного трения. В нем полно-
стью соблюдается условие кинематического
соответствия объема жидкости, дозированной
в сколь угодно малой величине, и перемеще-
ния.
Рис. 1.2(Е2. Электромеханический привод
высокоточного станка с фрикционной реечной
передачей и лазерной системой обратной связи:
1 - двигатель, 2 - редуктор, 3 - ведомый вал,
4 - ведущий вал, 5 - суппорт оси Y,
6 - интерферометр, 7 - приемник, 8 - лазерный
датчик, 9 - счетчик' 10 - ЭВМ, 11 - цифро-
аналоговый преобразователь, 12 - ведущий элемент
передачи, 13 - муфта, 14 - аэростатическая опора
666
Глава 1.20. СВЕРПРЕЦИЗИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Рис. 1.20.3. Осциллограмма перемещения рабочего
органа станка от электромеханического привода с
фрикционной реечной передачей при задании
синусоидального закона движения:
S - перемещение, t - время, / - заданное
перемещение, 2 - отклонение,
3 - фактическое перемещение
По сравнению с фрикционной передачей
(рис. 1.20.2), применяемой в станках Ливер-
морской лаборатории и ряда других, в гидро-
приводе практически отсутствует застойная
зона нечувствительности при изменении на-
правления движения. Так, исследования япон-
ских ученых [2] показали, что ее величина
достигает 0,03 мкм, что приводит к запаздыва-
нию при слежении несмотря на то, что стати-
ческая погрешность равна 0,1 - 0,02 мкм
вследствие охвата привода обратной связью
(рис 1.20.3).
Электрогидравлический привод имеет
преимущество, связанное и с компоновкой
станка, позволяющее совмещать функции опо-
ры, двигателя, элемента метрологической сис-
темы так, что расположение осей и траектория
движения вершины (кромки) инструмента
совпадают. Примером такого устройства слу-
жит гидросуппорт токарного станка
(рис. 1.20.4) для алмазной обработки зеркал
криволинейного профиля [1].
Суппорт содержит круглый шток 5, вы-
полненный за одно целое с поршнем 6, уста-
новленным в корпусе 7 на гидростатических
опорах. От проворота шток удерживается за
счет эксцентричного расположения поршня
(е). Положение штока контролируется лазер-
ным интерферометром 4, на который подается
луч от источника 3. На штоке закреплен рез-
цедержатель 8 с инструментом 9. Для переме-
щения штока подвод рабочей жидкости осу-
ществляется в полости 10 и 11 от электрогид-
равлического преобразователя 12 с шаговым
двигателем-задатчиком 14, который управляет-
ся УЧПУ 1. Сигнал обратной связи на УЧПУ
подается от лазерною интерферометра через
нормирующий преобразователь 2.
Гидравлическое питание осуществляется
от насоса 16, приводимого мотором 17
постоянного тока, управляемого электропри-
водом 18. Датчик давления 15 поддерживает
его постоянную величину за счет подачи элек-
трического сигнала на электропривод посто-
янного тока, изменения частоты вращения
насоса и, соответственно, расхода рабочей
жидкости. Для снижения влияния изменения
давления установлен гидропневматический
аккумулятор 13.
Рис. 1.20.4. Гидросуппорт токарного станка для алмазной обработки зеркала криволинейного профиля
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ
667
Рис. 1.20.5. Осциллограмма перемещения
гидросуппорта
Отражатель светового луча (контроли-
руемая координата положения) расположен в
непосредственной близости к инструменту,
благодаря чему исключается влияние различ-
ных возмущений (например, температуры) на
точность обработки, т.к. участок суппорта,
неохваченный обратной связью, минимален.
На рис 1.20.5 представлена осцилло-
грамма перемещения суппорта токарного
станка (см рис 1.20.4) по программе в сле-
дующем цикле, пошаговое перемещение на 10
дискрет, отвод в начальное положение; поша-
говое перемещение на 9 дискрет; отвод в на-
чальное положение; пошаговое перемещение
на 10 дискрет и т.д. Путь, пройденный суп-
портом в двух соседних циклах, отличается на
одну дискрету, равную 0,08 мкм, причем точ-
ность разности путей в двух соседних циклах
составляет 0,01 - 0,02 мкм Жесткость привода
в направлении перемещения составляет
600 Н/мкм при величине входного давления
3,0 МПа Разность температур рабочей жидко-
сти и окружающей среды не превышает
0,1 - 0,2 °C.
Приведенная конструкция суппорта (см
рис 1 20.4) включает в себя гидростатические
опоры штока-резцедержателя и обеспечивает,
наряду с движущей, опорную функцию Разде-
ление жидкими вязкими средами металличе-
ских элементов, движущихся относительно
Друг Друга, обеспечивает виброизоляцию инст-
румента, высокое демпфирование, а также
повышает точность траектории движения ин-
струмента почти в 10 раз, по сравнению с точ-
ностью обработки направляющих Так, на
рис 1 20 6 приведены сравнительные данные,
где показаны осциллограммы точности траек-
тории движения суппорта на направляющих
качения и гидростатических.
Направляющие кругового движения
применяют для опор планшайб и неполнопо-
воротных круговых суппортов Направляющие
могут быть как гидростатические, так и аэро-
статические в зависимости от относительных
окружных скоростей скольжения, а также на-
грузочной способности
б)
Рис. 1.20.6. Осциллограмма траектории движения
суппортов на V-образных направляющих качения (а)
и гидростатических (б):
h - вертикальная составляющая,
L - горизонтальная составляющая
1.20.3. ОСОБЕННОСТИ КОНСТУИРОВАНИЯ И
ЭКСПЛУАТАЦИИ СВЕРХПРЕЦИЗИОННОГО
ОБОРУДОВАНИЯ
Компоновка (несущие и направляющие
системы). Компоновка сверхпрецизионного
станка должна в первую очередь определяться
исходя из обеспечения соответствующей точ-
ности детали, зависящей от ее массы, соотно-
шения габаритных размеров, собственной же-
сткости,' способа крепления. Так, станок для
обработки металлических зеркал диаметром
более 1,5 м, созданный в Ливерморской лабо-
ратории, имеет вертикальную ось шпинделя
именно вследствие деформируемости собст-
венно изделия. Дальнейшие компоновочные
решения связаны непосредственно с процес-
сом обработки на станке.
обеспечением минимальных деформаций
от перемещения подвижных узлов (мини-
мальная масса и максимальная собственная
жесткость базовых подвижных узлов),
снижением влияния температуры на де-
формацию базовых элементов;
симметрией конструкции с целью сни-
жения влияния угловых смещений на точность
обработки,
установкой рамы, используемой в каче-
стве базы для измерения в процессе обработки
и замыкания обратной связи;
выбором осей измерения, совпадающих
или приближенных к плоскостям резания и
приложения движущей силы, минимизацией
моментов от сил резания
Установка источников мощности на ста-
нок должна проводиться с учетом их тепловы-
деления, вибрации и возможной передачей
возмущений как через место их крепления, так
и через цепь соединения с рабочим органом
668
Пива 1.20. СВЕРПРЕЦИЗИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
станка. В данном станке двигатель соединен со
шпинделем посредством торсиона, имеющим
высокую крутильную жесткость и низкую ра-
диальную. Таким образом колебания в попе-
речной плоскости не передаются на станок.
Сам двигатель виброизолирован от станка.
В ЭНИМСе получены данные о том, что
колебания от сервоаппарата, управляющего
гидроцилиндром привода подачи (см. рис.
1.20.4), практически не передаются на рабочий
орган станка в случае его установки вне рабо-
чего органа и соединения с ним гибкими пла-
стмассовыми рукавами. Длина рукавов не пре-
вышает 100 мм с целью уменьшения податли-
вого объема рукава и повышения быстродейст-
вия привода. Причем сервоаппарат установлен
вне станка, виброизолированного от пола.
Поскольку замыкание обратной связью
контура "заготовка-инструмент" не всегда воз-
можно по шести координатам, особое внима-
ние следует уделять влиянию относительных
смещений инструмента и заготовки по некон-
тролируемым координатам на точность обра-
ботки.
Станины станков нанометрического диа-
пазона точности выполняют из неметалличе-
ских материалов, например, гранита или ке-
рамики
В случае применения гидростатических
опор внутри станины образуются полости,
которые омываются маслом из гидростатиче-
ских опор, что выравнивает температуру во
всем объеме станка. Стабилизация температу-
ры осуществляется в пределах 0,01 °C.
Погрешности элементов систем и источ-
ники деформаций. При проектировании обору-
дования, работающего в нанометрическом
диапазоне точности, не менее важным, чем
разделение погрешностей на систематическую
и случайную, является выявление характера
погрешностей от высокочастотных источников
возмущения или монотонных. К первым ис-
точникам относятся элементы приводов глав-
ного движения и подачи, несбалансирован-
ность собственно шпинделя с заготовкой и
приспособлением для ее зажима, энергетиче-
ские источники электрического тока, гидрав-
лического и пневматического давлений, аку-
стические эффекты в окружающей среде и
вибрации фундамента, передачи преобразова-
ния различных видов энергии. Ко вторым
относятся источники, вызывающие тепловые
деформации и деформации от перемещения
подвижных узлов.
Взвешенного подхода требует также оп-
ределение доли погрешностей, вызываемых
силами резания. Например, при алмазном
точении цветных сплавов скорость резания
практически не влияет на величину и характер
шероховатости поверхности микрорельефа
Это позволяет проводить обработку с посто-
янной частотой вращения шпинделя, т.е. с
постоянным уровнем тепловыделения в опорах
шпиндельного узла в установившемся тепло-
вом режиме.
Точность формы также практически не
зависит от изменения припуска - при условии
его плавного изменения, т.к. сила резания не
превышает 0,5 Н. При суммарной жесткости
200 Н/мкм и изменении силы резания от из-
менения припуска от 0,3 до 0,5 Н отклонение
формы составит 0,001 мкм. Однако при обра-
ботке несплошных поверхностей параметры
шероховатости и отклонение формы в окрест-
ности входа инструмента в металл существенно
выше, чем в отдалении от края поверхности,
что связно с возбуждением относительных
колебаний и их медленным затуханием из-за
низкого демпфирования самого процесса ре-
зания.
Лучшие результаты по шероховатости
обработанной поверхности получаются при
уменьшении припуска (глубины резания до
0,0005 мм и менее), причем определяющим
качество поверхности является острота кромки
алмазного резца и параметр ее шероховатости.
В качестве охлаждающей жидкости применяют
очищенный денатурат или керосин.
Сказанное относится к несущей системе
станка, его установке и процессу резания. Од-
нако основную роль в достижении субмик-
ронной точности в случае оптимальной ком-
поновки станка играет метрологическая систе-
ма, включенная в цепь обратной связи приво-
да подачи.
При применении приводов подачи,
обеспечивающих дискретность перемещения
0,1 мкм и более, используются фотоэлектриче-
ские линейные преобразователи, снабженные
стеклянными шкалами. Эти приборы доста-
точно надежны и могут устанавливаться в зоне
резания при условии необходимой защиты от
стружки и охлаждающей жидкости. При этом
необходимо, чтобы считывающая головка рас-
полагалась внизу корпуса прибора. Они явля-
ются достаточно виброзащищенными и их
эксплуатация не требует специальных средств
защиты, причем точность измерения приборов
сохраняется согласно паспортным данным
даже при относительно высоких степени за-
грязненности зоны их работы и амплитуде
колебаний станка.
При использовании интерференционных
лазерных линейных преобразователей в приво-
дах подачи с разрешающей способностью
0,08 - 0,001 мкм и меньше существенно по-
вышаются требования к их защите по пара-
метрам стабильности давления и температуры
среды, через которую проходит световой луч, а
также влажности, влияющим на длину волны
светового луча. Поскольку амплитуда вибра-
ции на оборудовании такого класса не может
превышать долей дискретности - из условия
обеспечения требуемого параметра шепохова-
ОПЫТ СОЗДАНИЯ СВЕРХПРЕЦИЗИОННЫХ СТАНКОВ
669
тести обработанной поверхности, этот пара-
метр не оговаривается. Так, на станке, для
обработки металлических зеркал, световой луч
помещен в телескопическую трубу, выполнен-
ную из сильфона, заполненную гелием. Все
помещение, где расположен станок, защищено
от проникновения в него у-излучения, также
влияющего на длину световой волны.
Способы компенсации погрешностей обра-
ботки. Мировая тенденция развития станков,
работающих в нано метрическом диапазоне
точности, заключается в создании машины,
обеспечивающей функции обработки и изме-
рения, что позволяет, не внося погрешностей
от перестановки детали, получить требуемую
точность на станке в процессе обработки без
последующего контроля.
Однако в ряде случаев, например, при
шлифовании длинных прецизионных винтов
шариковых передач, в которых внутришаговая
погрешность не должна превышать 2 мкм на
любом участке длины, равной 1,5 м и более, а
накопленная погрешность не более 5-7 мкм,
поставленная задача не решается. Поэтому
поступают следующим образом. После шлифо-
вания винта, когда он принял температуру
окружающей- среды, осуществляют аттестацию,
не снимая его со станка. При этом выявляется
систематическая составляющая погрешность.
Данные аттестации вводят в компьютер,
управляющий станком, и проводят второе
шлифование. При необходимости операцию
повторяют, приближаясь к заданной точности,
по достижении которой изготовление винта
заканчивается. К основным недостаткам дан-
ного способа относится низкая производи-
тельность и риск, связанный с браком из-за
неконтролируемости случайных воздействий.
Требования, предъявляемые к окружаю-
щей среде во время рабочего процесса. Со сто-
роны опоры станок должен изолироваться от
земли сейсмонезависимой системой, напри-
мер, бетонным основанием, подвешенным на
пружинах. Указанное требование не исключа-
ется установкой собственно станка на пневма-
тические виброизолирующие опоры.
Станок должен быть помещен в камеру с
акустической зашитой для предотвращения
влияния шумовых эффектов на шероховатость
обработки, возникающих, например, от утечки
воздуха из пневматических аппаратов, обслу-
живающих станок, или от деятельности опера-
тора.
Воздух в помещении должен быть очи-
щен от механических примесей и быть хими-
чески чистым. Влажность должна быть в пре-
делах нормальных условий и не изменяться в
процессе обработки детали. Давление также
должно быть стабильным. Помещение должно
защищать метрологическую систему, располо-
женную на станке, от у-излучения. Термокон-
стантность помещения должна быть выдержа-
на в десятых-сотых долях градуса по Цельсию.
Источники света должны устанавливаться
с учетом недопустимости влияния на точность
обработки конвекционных и эффектов пря-
мого излучения.
При отсутствии защиты светового луча
лазера, как показали эксперименты, произве-
денные в ЭНИМСе, изменение влажности и
температуры от дыхания человека в зоне про-
хождения луча может исказить показания ин-
терферометра на несколько десятых микро-
метра.
Присутствие оператора в помещении эк-
вивалентно наличию энергетического источ-
ника мощностью 250 Вт, поэтому в случае
обработки детали большого диаметра с особо
высокой точностью оператор должен быть
удален из помещения.
1.20.4. ОПЫТ СОЗДАНИЯ СВЕРПРЕЦИЗИОННЫХ
СТАНКОВ
Станок для алмазной обработки деталей
диаметром немногим более 1,5 м, разработан-
ный в Ливерморской лаборатории им. Лоурен-
са (США), предназначен для токарной обра-
ботки зеркальных поверхностей деталей из
цветных сплавов монокристаллом алмаза, ко-
торый закреплен в головке, перемещающейся
по оси Z на 500 мм, смонтированной на гид-
ростатической направляющей портала. Портал,
в свою очередь, перемещается по оси X на
900 мм.
Требования к качеству поверхности дета-
ли: параметр шероховатости Ra = 0,0042 мкм;
отклонение формы (погрешность окружно-
сти) 0,013 мкм.
Основание станка покоится на четырех
пневмоопорах, две из которых имеют общий
клапан управления высотой, что обеспечивает
трехопорную установку станка. Сам станок
установлен на массивный бетонный фунда-
мент, подвешенный на пружинах.
Ось шпинделя расположена вертикально,
а сам он вращается в пневматических опорах.
Шпиндель приводится электрическим двигате-
лем постоянного тока, установленном вне
станка, посредством торсиона.
В плоскости станка, принадлежащей ка-
ким-либо из двух его главных ортогональных
координатных осей, контроль относительного
положения базовых узлов, несущих заготовку
и инструмент, проводится по двум параллель-
ным осям, разнесенным на достаточное рас-
стояние, с целью учета углового положения
узлов и корректировки линейной координаты
вершины инструмента, причем измерения
проводятся от независимой метрологической
рамы, связанной с несущей системой станка
тремя шарнирными опорами. Это позволяет
сохранять постоянный размер и форму рамы
при деформации несущей системы станка до
6,35 мкм.
670
Глава 1.21. ТЯЖЕЛЫЕ СТАНКИ
Рис. 1.20.7. Электрошпиндель шлифовального станка фирмы "Кренсфильд":
1 - заготовка, 2 - шлифовальный круг, 3 - пневмостатический осевой подшипник;
4 - радиальные опоры шпинделя, 5 - полость для водяного охлаждения
Реализация этого принципа измерения
проводится лазерными интерферометрами по
поверочным линейкам, установленным на
раме, и емкостными датчиками, контроли-
рующими положение вращающейся план-
шайбы относительно той же рамы. Измерения
осуществляются с разрешающей способностью
0,64 нм.
Для перемещения инструмента использу-
ется электромеханический привод с фрикци-
онной реечной передачей в сочетании с пьезо-
электрическим. Разрешающая способность
привода 2,5 нм, а такт опроса - 1,5 мс
(667 Гц). Точность позиционирования
(среднеквадратичная) составляет 28 нм.
Акустическая защита осуществляется пу-
тем установки станка в камере с толстыми
стенками, покрытыми звукоизолирующими
панелями. Для наблюдения за работой станка
операторы пользуются телескопами. Регулиро-
вание температуры в камере осуществляется
кондиционерами, в которых использованы
теплообменники с регулируемым потоком
воды и воздуха.
Для метрологической рамы и шпиндель-
ного узла применяется регулирование темпера-
туры на водной основе. Температура воды для
систем охлаждения поддерживается 0,0018 °C.
В конструкции шлифовального станка
мод. OAGM 2500 фирмы "Кренсфильд"
(Великобритания), предназначенной для шли-
фования зеркал и оптических элементов из
стекла, используются те же принципы, что и в
станке Ливерморской лаборатории. Отличие
заключается лишь в том, что метрологическая
рама расположена по периметру стола, а емко-
стные датчики отсутствуют, так как нет вра-
щающейся планшайбы и измерения по всем
координатам осуществляются лазерными ин-
терферометрами. Вместо резца на инструмен-
тальной головке установлен электро шпиндель,
показанный на рис. 1.20.7. Габариты обраба-
тываемой детали: 2,5 х 2,5 х 0,6 м, максималь-
ная масса 130 т.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Иванов Г. М., Левит Д. Г. и др.
Опорно-приводной узел. Авторское свидетель-
ство № 1715002, класс FISB, 15/17 от 22 ок-
тября 1991.
2. Furukawa ¥., Moronuki W., Kitagawa К.,
Janiguchi N. Development of Ultra Precision Ma-
chine Fool Made of Ceramics. Annals of C&RP.
Vol. 35/1/1986. P. 279 - 282.
Глава 1.21
ТЯЖЕЛЫЕ СТАНКИ
1.21.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
К тяжелым относят станки массой 30 т и
более. Тенденция их развития во многом сов-
падает с путями совершенствования станков
меньших размеров, тем не менее имеют место
и характерные отличительные особенности.
Тяжелые станки рассчитаны на длительный
период эксплуатации, поэтому в них должны
закладываться самые современные решения.
Специфика создания станков определя-
ется основными конструктивными и эксплуа-
тационными особенностями, изложенными
ниже (см. 1.21.2). Из-за невозможности экспе-
риментальной проверки всех конструктивных
решений, большая нагрузка, чем в станках
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ
671
средних размеров, приходится на макетирова-
ние и расчет. Расчеты проводят современными
методами, прогнозируя статические характери-
стики (в том числе упругие деформации базо-
вых деталей), температурные деформации уз-
лов, а также динамическое качество наиболее
важных узлов и станков в целом [3, 6, 7].
От качественной оценки альтернативных
вариантов переходят к изучению количествен-
ного влияния различных конструктивных ре-
шений на выходные характеристики. По наи-
более важным параметрам (удельным нагруз-
кам на направляющие, на винтовые передачи
по сочетанию нагрузок и скоростей и т.п.),
определяющим надежность, станки проекти-
руют с большим запасом (почти на порядок
выше, чем станки средних размеров). Исполь-
зование САПР в таких станках не несет каких-
то характерных особенностей. Для тяжелых и
уникальных станков (массой более 100 т) по
другому решаются вопросы замены оборудова-
ния. Станки работают десятки лет и за время
эксплуатации их подвергают частичной или
общей модернизации. При этом восстанавли-
вают направляющие (покрывают антифрикци-
онным материалом, переводят на гидростати-
ческую смазку и т.п.); заменяют подшипники
и изношенные детали; устанавливают новые
главный привод и приводы подач (коробки
скоростей, двигатели, тяговые устройства и
т.п.). Перерабатывают системы управления, в
том числе оснащают станки УЧПУ. При этом
могут существенно увеличиваться грузоподъ-
емность, скоростные и силовые параметры,
улучшаются условия обслуживания. Расходы
на модернизацию достигают до 60 - 70 %
стоимости новых станков.
1.21.2. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Основные особенности тяжелых станков
отражены в табл. 1.21.1.
Наиболее характерными из них являют-
ся- комплексная обработка заготовок, (схемы
1 и 2), высокая надежность (схемы 3 - 7), осо-
бенность обслуживания станков (схемы
8 - 11), уменьшение упругих и тепловых де-
формаций (схемы 12 - 14)
Комплексная обработка. Она предполага-
ет получение готовых деталей за минимальное
количество переустановок, с реализацией
большинства операций на одном станке. Это
связано со значительными затратами на транс-
портирование, выверку и закрепление тяжелых
заготовок. Задача решается повышением гиб-
кости, как за счет принципиально новых ком-
поновок (табл. 1.21.1, схема 1), так и благода-
ря использованию дополнительных съемных
узлов, расширяющих технологические воз-
можности (табл. 1.21.1, схема 2 и табл. 1.21.2).
На схеме 1 табл. 1.21.1 предусмотрены
два вращающихся стола 1 и 2 и подвижный
портал 3, благодаря чему можно совмещать по
времени обработку одной заготовки с установ-
кой другой. На рис. 1.21.1, а показан гибкий
модуль, содержащий две планшайбы 2 и 5 (с
диаметром обработки до 4000 мм) токарно-
карусельного станка, подвижные порталы 1 и
4 с ходом 14000 мм и неподвижную устано-
вочную плиту 3. Здесь возможно использова-
ние модуля как в режиме фрезерно-расточных,
так и в режиме токарно-карусельных станков.
На рис. 1.21.1, б приведена схема гибкого мо-
дуля фрезерно-расточного типа. В нем заго-
товка может устанавливаться как на поворот-
ном столе 1 с вертикальной осью, так и на
столе 2 с горизонтальной осью вращения.
Предусмотрены перемещения салазок 3 и 4,
стойки 6, шпиндельной бабки 5, выполненной
в форме ползуна. Такая компоновка позволяет
обрабатывать с одной установки весьма слож-
ные заготовки. На рис. 1.21.1, в показана схе-
ма одностоечного токарно-карусельного станка
с подвижной стойкой 1 и столом 2, что дает
возможность использовать карусельный станок
также в режиме фрезерно-расточных станков.
Наиболее распространенным способом
расширения технологических возможностей
тяжелых станков является использование раз-
личных съемных узлов, устанавливаемых на
рабочем органе, несущем инструмент - ползу-
не, шпиндельной бабке, суппорте и т.п.
(табл. 1.21.1, схемы 2, о, б, и табл. 1.21.2).
Узлы могут заменяться вручную или по про-
грамме.
Пример комплексной обработки корпус-
ной заготовки 1 с помощью сменных узлов,
установленных на ползуне 2, приведен на рис.
1.21.2. Подрезка торца осуществляется резцом,
установленном в резцедержателе J; обработка
вертикальных плоскостей и уступов - угловой
фрезерной головкой 4; получение конической
наружной поверхности на патрубке - поворот-
ной планшайбой 5 с радиальной ползушкой
или расточно-подрезным устройством 1Г, фре-
зерование отверстия - с помощью угловой
фрезерной головки 6 методом контурного
фрезерования; обработка пазов (поз. 7), на-
клонных плоскостей (поз. 8, 9) - посредством
угловых фрезерных головок; фрезерование по
контуру переходных поверхностей - с помо-
щью угловой фрезерной головки Ю, обработка
плоскостей резъема - прямой фрезерной го-
ловкой 12, обработка канавок - планшайбой
7J; сверление отверстий - прямой фрезерной
головкой 14 или непосредственно шпинделем
станка, встроенным в суппорт.
672
Глава 1 21 ТЯЖЕЛЫЕ СТАНКИ
1.21.1. Основные особенности тяжелых станков
Особенности Характеристика Эскиз
1 2 3
Комплексная обработка по- Повышение гибкости*1 за 1
лучение готовых деталей за счет принципиально новых
минимальное число переус- тановок 1, 2 - вращающиеся столы, 3 - подвижный портал компоновок
Расширение технологиче-
ских возможностей*2 благо-
даря использованию до-
полнительных съемных
узлов
Высокая надежность*3
3, а - безызносные гидроста-
тические направляющие,
3, б - планетарная передача в
редукторах и коробках скоро-
стей
Современные конструктор-
ские решения, улучшаю-
щие условия смазывания
ответственных передач
Диагностика неисправно-
стей использование уст-
ройства контроля износа
гаек вертикально переме-
щаемых узлов
Уравновешивание узлов
а - с помощью гидроци-
линдра 1,
б - гидроразгрузкой или
гидростатическим смазыва-
нием
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ
673
Продолжение табл. 1 21.1
Адаптация систем станка
использование устройства
для контроля и компенса-
ции деформации ползуна 1
на величину Д
Контроль обрабатываемой
заготовки
а - износа инструмента,
б - диаметра отверстия,
в - межцентрового расстоя-
ния
Улучшение условий обслужи-
вания*4
Использование подъемно- 8
поворотной площадки 1
для оператора с пультом
управления, которая уста-
новлена рядом со станком
и перемещается независимо
от его узлов
Механизация смены тяже- 9
лого инструмента I и съем-
ных узлов станка
Выставка заготовки с по-
мощью винтового меха-
низма 3 на столе 2
674
Глава 1.21. ТЯЖЕЛЫЕ СТАНКИ
Продолжение табл. 1.21.1
Особенности
Характеристика
Эскиз
Удаление стружки с план-
шайбы 2 за счет центро-
бежных сил на большой
частоте ее вращения с ис-
пользованием щитков 1
Уменьшение упругих и теп-
ловых деформаций*5
Роль фундамента и базовых
деталей: использование
индивидуального фунда-
мента высотой Н
Компенсация деформаций:
деформация ползуна
(штриховая линия) клинь-
ями 1, 3 в направлении
обратном от массы ползуна
с установленным на нем
инструментом
Разгрузка от массы заготов-
ки и узлов с помощью
разгрузочной балки 3: ве-
личина разгрузки опреде-
ляется давлением масла,
подводимого в гидроци-
линдр 4
12
* ’ См. также рис. 1.21.1 и 1.21.3.
* 2 См. также табл. 1.21 2.
* 3 См. также табл. 1.21.3.
* 4 См. также рис. 1.21.4 и 1.21.5.
* 5 См. также рис. 1.21.6, 1.21.7 и табл. 1.21.4.
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ
1.21.2. Съемные узлы для комплексной обработки деталей
Наименование узла Схема узла Область применения Тип станка
1 2 3 4
Прямая фрезер- ная головка 1 <jj -Г1 Фрезерование плос- костей, пазов, усту- пов Продольно-фрезер- ные, токарно-кару- сельные, горизон- тально-расточные и многоцелевые
Угловая фрезер- ная головка *4 г 7 41 а) у в1 Обработка плоско- стей (а), пазов (б), уступов. Фрезерование пазов в роторах Токарно-карусель- ’ные, горизонталь- но-расточные, многоцелевые, продольно-фрезер- ные, роторно- фрезерные
Поворотная фре- зерная головка W3 ЙЙ7?! 1 х xi/Ч । izA м / 1 л — -J -а Обработка взаимно перпендикулярных плоскостей (о и б); фрезерование пазов, уступов Горизонтально- расточные, мно- гоцелевые, продоль- но-фрезерные
Универсальная фрезерная го- ловка У п! L ей ь о) J б) Обработка плоско- стей под различны- ми углами (б); фре- зерование сложных поверхностей у гребных винтов (а) Горизонтально- расточные, много- целевые, токарно- карусельные
676
Глава 1.21. ТЯЖЕЛЫЕ СТАНКИ
Продолжение табл 1 21.2
Наименование узла Схема узла Область применения 1ип станка
1 2 3 4
Удлинители
Расточно-
фрезерная план-
шайба с подвиж-
ной кареткой
Обработка отвер-
стий и торцов (а),
фрезерование плос-
костей в труднодос-
тупных местах (6)
Растачивание и
фрезерование от-
верстий, наружных
поверхностей кор-
пусных заготовок.
Сверление отвер-
стий
Г оризонтально-
расточные, про-
дольно-фрезерные
Многоцелевые,
горизонтально-
расточные, токар-
но-карусельные
Расточная план-
шайба с радиаль-
но-перемещаю-
щейся кареткой
Растачивание отвер-
стий (6), канавок
(в), конусных по-
верхностей (а)
Г оризонтально-
расточные, много-
целевые, токарно-
карусельные
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ
677
Продолжение табл, i.21.2
1
2
3
4
Универсальная
шлифовальная
головка
Шлифование ци-
линдрических по-
верхностей, торцов,
плоскостей, уступов
Токарно-карусель-
ные, продольно-
фрезерные
Угловая шлифо-
вальная головка
Шлифование тор-
цов, плоскостей,
уступов
Токарно-карусель-
ные, продольно-
фрезерные
Расточно-подрез-
ная головка
Обработка отвер-
стий в корпусах;
подрезка торцов
Продольно-фре-
зерные
Резьбо-фрезерная
головка
Обработка резьб
диаметром 60 - 300
мм
Токарно-карусель-
ные, продольно-
фрезерные
678
Глава 1.21. ТЯЖЕЛЫЕ СТАНКИ
Рис. 1.21.1. Схемы компоновок тяжелых станков, обладающих повышенной гибкостью
Рис. 1.21.2. Схема комплексной обработки сложной корпусной детали на
токарио-карусельном станке с помощью съемных узлов
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ
679
Рис. 1.21.3. Схема гибкого производственного участка
Развиваются также гибкие производст-
венные системы для комплексной обработки
заготовок, состоящие из нескольких станков.
Пример гибкого производственного участка на
базе тяжелых токарно-карусельного 1 и рас-
точного 2 станков приведен на рис. 1.21.3.
Расширение технологических возможно-
стей тяжелых зубообрабатывающих станков
связано с использованием различного инстру-
мента на одном станке (фрез, долбяков и т.п.).
Конструктииные методы обеспечения на-
дежности. Надежность в значительной степени
определяется основной идеей машины, фор-
мообразованием, компоновкой и другими
факторами. В табл. 1.21.1 и 1.21.3 приведены
некоторые характерные для тяжелых станков
конструктивные способы повышения надеж-
ности. Использование современных конструк-
торских решений является наиболее распро-
страненным способом повышения надежности.
Широкое применение находят безызнос-
ные гидростатические направляющие (табл.
1.21.1, схема 3, <7 и рис. 1.21.11, 1.21.17) и
планетарные передачи в редукторах и коробках
скоростей (табл. 1.21.1, схема 3, б и рис.
1.21.12, б). Улучшаются условия смазывания
ответственных передач, например, за счет
благоприятного расположения линий контакта
I (табл. 1.21.3, схема 1, о) в червячной переда-
че (гр » 90° к скорости скольжения). Исполь-
зуются эффективные и простые механизмы
зажима, например, в виде деформируемых
трубок / и 2 (табл. 1.21.3, схема 1, б). Приме-
нение гидростатических шпиндельных опор 1
и 2 в горизонтально-расточных станках (табл.
1.21.3, схема 1, в и рис. 1.21.14, в) позволяет
реализовывать вращение и осевое перемеще-
ние одним шпинделем и исключить дополни-
тельный стык между выдвижным и полым
шпинделем, что является характерным недос-
татком таких станков. Используются различ-
ные способы выборки зазоров в механизмах и
передачах, способствующие снижению дина-
мических нагрузок и повышающих технологи-
ческую надежность. На схеме 1, г (табл. 1.21.3)
зазор устраняется при перемещении подпру-
жиненного косозубого колеса /.
Распространенным способом улучшения,
силовой схемы и повышения надежности яв-
ляется уравновешивание переме-
щаемых узлов. Это может осуществлять-
ся с помощью гидроцилиндра 1 (табл. 1.21.1,
схема 5, а), за счет гидроразгрузки или гидро-
статического смазывания направляющих (табл.
1.21.1, схема 5, б и рис. 1.21.11; 1.21.17;
1.21.19) или противовесом 1 (табл. 1.21.3, схе-
ма 2).
Самоустановка механизмов обеспечивает
приспособление их к изменяющимся условиям
эксплуатации. В схеме 3 (табл. 1.21.3) показа-
ны самоустанавливающиеся башмаки /, 2 и
т.д. круговых гидростатических направляющих
планшайбы. В каждый карман 3 и 5 башмака
масло подводится через свой дроссель, благо-
даря чему зеркало 4 башмака всегда занимает
положение, параллельное направляющим
планшайбы. При перекосе направляющих на
угол а (например, в результате упругих де-
формаций) в карманах 3 и 5 устанавливаются
разные давления (Pi > Р\) и башмак повора-
чивается, обеспечивая примерно одинаковый
зазор h в направляющих (см. также
рис. 1.21.17).
Глава 1 21 ТЯЖЕЛЫЕ СТАНКИ
680
1.21.3. Конструкторские способы повышения надежности
2. Уравновешивание узлов (умень-
шение сил)
3. Самоустановка механизмов
4. Контроль обрабатываемой заго-
товки
5. Использование предохранитель-
ных устройств
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ
681
Продолжение табл. 1.21.3
* См. также табл. 1.21.14, схема 8.
Для обеспечения технологической на-
дежности тяжелых станков предусматривается
контроль обрабатываемой заготовки непосред-
ственно на станке в ручном или автоматиче-
ском режиме (табл. 1.21.1, схема 7 и табл.
1.21.3. схема 4). Целесообразно перед чисто-
вой операцией проводить контроль износа
инструмента (табл. 1.21.1, схема 7, о); можно
осуществлять контроль диаметров отверстий d
(табл. 1.21.1, схемы 7, б) и межцентровых рас-
стояний £ (табл. 1.21.1, схема 7, в). В качест-
ве измерительной системы используются дат-
чики перемещений узлов станка (табл. 1.21.3,
схема 4), к точности которых в этом случае
предъявляются высокие требования.
При работе могут возникать ситуации,
когда нагрузки возрастают до недопустимых
величин, а также образуются другие помехи,
способные вывести машину из строя
(столкновение узлов, обрыв тросов и т.п.).
Для устранения перегрузок предусматри-
вают предохранительные меха-
низмы (кулачковая муфта) и т.п. На схеме 5
(табл. 1.21.3) показано устройство, предотвра-
щающее падение противовеса I шпиндельной
бабки при обрыве троса 2. В этом случае под
действием пружины 4 упор 3 входит в контакт
с рейками 5 стойки, что предотвращает паде-
ние груза.
Диагностика неисправностей
наиболее важных механизмов предотвращает
аварии. На схеме 4, табл. 1.21.1 приведено
устройство контроля износа гаек вертикально
перемещаемых узлов. В начале эксплуатации
между рабочей 3 и предохранительной 1 гай-
ками устанавливается зазор h, контролируе-
мый указателем 2. При недопустимом износе
срабатывает конечный выключатель (на схеме
не показан), который исключает дальнейшую
эксплуатацию станка.
При перемещении поперечины 3 пор-
тальных станков (табл. 1.21.3 схема 6) в ре-
зультате неравномерного износа гаек может
произойти заклинивание направляющих 1 и 2
и поломка поперечины. Устройство контроля
недопустимого перекоса поперечины 3 уста-
навливается на ней и прижимается пружиной
4 к направляющей 7 стойки. При возникнове-
нии недопустимого перекоса поперечины
включается один из конечных выключателей 5
или 6 и привод перемещения поперечины
останавливается.
Применен и-е а д апти в и
систем на базе современи.
У Ч П У является эффективным средств'
682
Глава 1.21. ТЯЖЕЛЫЕ СТАНКИ
повышения в первую очередь технологической
надежности.
На схеме 6 (табл. 1.21.1) приведено уст-
ройство для контроля и компенсации дефор-
мации ползуна 1 на величину А.
Луч лазера попадает на датчик 2, кото-
рый контролирует величину деформации. Ее
компенсация обеспечивается изменением по-
дачи масла в гидростатические направляющие
ползуна (на схеме - не показана). На схеме 7
(табл. 1.21.3) показано устройство компенса-
ции деформации деталей одностоечного то-
карно-карусельного станка. Компенсация де-
формации консоли и стойки осуществляется с
помощью тросов 2 и 3, требуемое натяжение
которых обеспечивается гидроцилиндрами 7 и
6.
Измерительное устройство состоит из ла-
зера 7 и датчиков 4 и 10. Луч лазера использу-
ется, с одной стороны, как отвес (он опреде-
ляет вертикаль и фиксирует датчиком 4 прогиб
стойки 8), а с другой - как уровень (он опре-
деляет горизонталь, получаемую с помощью
призмы 5, луч от которой попадает на датчик
10, измеряющий деформацию консоли 9).
Усилия, в гидроцилиндрах изменяются с по-
мощью гидрораспределителей (на схеме - не
показаны).
Особенности обслуживания. При больших
размерах обрабатываемых заготовок работа на
станках и их настройка весьма сложны. Для
улучшения условий обслуживания станки ос-
нащают, как правило, подъемно-поворотными
площадками (лифтами), на которых преду-
смотрен пульт управления. Используя пло-
щадку, оператор может переместиться практи-
чески в любую точку рабочего пространства.
На рис. 1.21.4 приведены схемы площадки
оператора одностоечного токарно-карусель-
ного и зубофрезерного станков. Стойка 1
площадки (рис. 1.21.4, а) жестко связана с
рабочей стойкой 2 станка и перемещается вме-
сте с ней. Кроме того, предусмотрено верти-
кальное перемещение площадки и горизон-
тальное перемещение платформы 3 с пультом
управления 4, что позволяет обеспечить про-
цесс наладки для обработки любой заготовки.
Аналогичная площадка применяется и на
станках портальной, компоновки (см. также
рис. 1.21.1). Кроме того предусматриваются
лестницы, а иногда и лифты для проведения
ремонтных работ на станке.
В тяжелом зубофрезерном станке (рис.
1.21.4, б) подъемно-поворотная площадка I с
пультом управления 2 установлена на стойке 3
станка. На схеме 8 (табл. 1.21.1) площадка 1
установлена рядом со станком и перемещается
независимо от его узлов.
Большое внимание уделяется механиза-
ции смены тяжелого инструмента 1, съемных
узлов станка (табл. 1.21.1, схема 9).
Отличительной особенностью тяжелых
станков является также выставка заготовок. На
схеме 10 (табл. 1.21.1) заготовка 1 на столе 2
токар но-карусельного станка перемещается
винтовым механизмом 3. При перемещении
заготовок большой массы требуется приклады-
вать значительные усилия, что приводит к
деформациям как заготовки, так и узлов стан-
ка, а также к возникновению дополнительных
погрешностей. На рис. 1.21.5 показаны схемы
устройств для обличения выставки заготовок
на столах станков. На схеме по рис. 1.21.5, а
заготовку 1 выставляют с помощью роликовых
опор 3, встроенных в тумбы 5
Перемещение заготовки осуществляется
винтами 2 (откидываются при установке заго-
товки). При этом масса заготовки восприни-
мается роликовыми опорами 3 при подаче
масла в гидроцилиндр 6 и 7. Величина раз-
грузки регулируется за счет подводимого дав-
ления и разгрузка может достигать 15000 кг на
каждой из опор. При снятии давления пружи-
ны 4 устанавливают опору в среднее положе-
ние, подготавливая для последующей работы
или для обеспечения большого перемещения
(шагами).
а) б)
Рис. 1.21.4. Схемы площадок оператора тяжелых станков
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ
683
а)
Рис. 1.21.5. Устройства для облегчения выставки тяжелых заготовок
На рис. 1.21.5, б показана схема устрой-
ства грузоподъемностью около 80000 кг облег-
чения выставки заготовок, использующего
гидростатическое смазывание. Заготовка 1
вывешивается посредством гидростатического
смазывания на башмаках 8 и может переме-
щаться в пределах ± 50 мм. Насос 9 для пита-
ния карманов башмаков встроен в корпус
опоры.
Большие проблемы возникают при убор-
ке стружки. Высокая производительность
станков и протяженность деталей, на которых
располагается стружка, ставит проблемы ее
Удаления из зоны резания на первое место.
В продольно-обрабатывающих станках исполь-
зуют транспортеры, установленные вдоль стола
(между ним и стойками). В токарно-
карусельных станках после обработки заготов-
ки стружку удаляют с планшайбы за счет цен-
тробежных сил на большой частоте ее враще-
ния (табл. 1.21.1, схема 11). Для того, чтобы
стружка не отбрасывалась за пределы станка
используют поворотные или перемещаемые в
вертикальном направлении щитки 7, установ-
ленные соосно планшайбе 2. Их выдвигают
при удалении с планшайбы стружки. Далее
стружка перемещается к отверстию в основа-
нии транспортерами, расположенными вокруг
планшайбы. Станки с вращающимся столом
(особенно с небольшой частотой) могут иметь
транспортер в виде скребка, закрепленного на
планшайбе и перемещающего стружку (при
вращении планшайбы) к отверстию в основа-
нии. Механизированное удаление стружки не
нашло должного решения в тяжелых станках.
Конструкторские способы компенсации
упругих и температурных деформаций. Сущест-
венные конструктивные особенности тяжелых
станков, а также специфика их эксплуатации
связаны с большими упругими и тепловыми
деформациями деталей станка и заготовки,
крупными их размерами и массой при весьма
высоких требованиях к точности
Глава 1.21. ТЯЖЕЛЫЕ СТАНКИ
684
б)
Рис. 1.21.6. Схемы одностоечного (а)
токарно-карусельного и портального (б) станков,
иллюстрирующие влияние упругих и тепловых
деформаций
На рис 1.21.6, а показана схема односто-
ечного токарно-карусельного станка с диамет-
ром планшайбы 10 м и максимальным диа-
метром обрабатываемой заготовки 20 м.
Деформации узлов составляли: стойки
§1 = 1,25 мм; консоли §2 ~ 1 мм; планшайбы
(при нагрузке F = 3000 кН) = 0,05 мм;
деформация станины - зависит от жесткости
фундамента. Допустимое отклонение от пря-
молинейности перемещения суппорта 1 по
консоли 2 в горизонтальной плоскости
(0.06 мм) без дополнительных конструктивных
и технологических мер обеспечить невозмож-
но.
Не меньшее влияние могут оказывать
температурные деформации крупногабаритных
деталей Например, в показанной на рис.
1.21.6, б схеме портального станка при разно-
сти температуры по высоте станка в 5°С де-
формация стоек 7 и 2 А7 превышает 0,3 мм.
Наиболее распространенными способами
увеличения жесткости деталей является выбор
рациональных сечений, правильное располо-
жение продольных и поперечных ребер. Для
обеспечения благоприятного
соотношения между массой ба-
зовых деталей и их жесткостью
(что является предпосылкой для получения
хороших динамических показателей), базовые
детали часто выполняют сварными.
Деформация крупных стальных деталей,
вызванные остаточными напряжениями при
правильной термообработке не превышают
деформаций деталей из чугуна. Для получения
высокой точности деталей при обработке и
объективной оценки точности станков предъ-
являются весьма жесткие требования к изме-
нению температуры окружающей среды. Юс-
тировку и испытание станков следует прово-
дить при температуре 15 - 25 °C; максимальная
разность температур между любыми точками
пространства, занятого станком, не должна
превышать 5 °C, при максимальном перепаде
0,5 °С/м. Максимальное изменение температу-
ры в рабочем пространстве, занятым станком,
не более 0,25 °С/ч.
В табл. 1.21.1 и 1.21.4 приведены наибо-
лее распространенные конструкторские спосо-
бы уменьшения упругих деформаций и сни-
жения их влияния на работу. В протяженных
деталях типа станин решающую роль
оказывает фундамент (табл. 1.21.11,
схема 12), жесткость которого зависит от вы-
соты Н. Поэтому станины тяжелых станков
устанавливают на индивидуальном фундамен-
те.
Увеличение момента инерции сечения
станины, например, в два раза, мало сказыва-
ется на прогибе, в то время как увеличение
жесткости фундамента, например, в два раз'ц
приводит примерно к пропорциональному
уменьшению деформации Д станины (см. кри-
вые 1 и 2, табл. 1.21.4, схема 1, в). Высота
фундамента определяется расчетом на жест-
кость системы станина - фундамент, исходя из
норм точности на прямолинейность. Высоту
станины (при ее длине L = 10 - 20 м) выби-
рают в пределах (0,03 - 0,1)£. Жесткость сто-
ек, колон и других деталей зависит от их сече-
ния и правильного оребрения (табл. 1.21.4,
схема 1, а). Жесткость деталей типа саней,
плит, кареток, столов существенно зависит от
их высоты. Обычно отношение высоты к дли-
не таких деталей находится в пределах 0,06 -
0,15 (при длине детали 2000 - 6000 мм). Высо-
кая грузоподъемность круговых направляющих
планшайб с гидростатической смазкой обеспе-
чивается при следующих соотношениях, высо-
ты и диаметра планшайбы: (табл. 1.21.4, схема
1, б):
^пл Япл/Вт Япл/ Dm
1500 - 2000 0,17 - 0,22 4000 - 5000 0,14-0,17
2500 - 3000 0,16 - 0,2 5000 - 6300 0,12-0,15
3000 - 4000 0,15 - 0,18 6300 - 8000 0,11 - 0,13
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ
685
Эскиз
5 2
1.21.4. Конструкторские способы уменьшения деформаций
Способы
1. Рациональные сечения и установ-
ка на индивидуальный фундамент
2. Рациональные схемы нагружения
3. Создание формы поверхности
обратной той, которая возникает
при деформациях
4. Разгрузка от массы узлов
686
Глава 1.21. ТЯЖЕЛЫЕ СТАНКИ
Продолжение табл. 1.21.4
Способы
Эскиз
5. Управляемая разгрузка
6. Введение дополнительных опор
7. Использование эталонов
8. Применение адаптивных систем
Выбор рациональных схем
нагружения тяжелых станков
заготовками. Деформация деталей станка
при установке тяжелых заготовок зависит от
нагрузки и характера нагружения, способа
закрепления заготовок. При центральной на-
грузке планшайб (табл. 1.21.4, схема 2, fl, I)
возникает чашеобразная деформация (штрихо-
вая линия), которая уменьшается при распре-
делении нагрузки в зоне направляющих диа-
метром Dcp (табл. 1.21.4, схема 2, а, II).
Деформация противоположного направления
(в форме зонтика) образуется при закреплении
заготовок, диаметр которых превышает диа-
метр направляющих (табл. 1.21.4, схема 2, б,
I). При установке крупных заготовок (табл.
1.21.4, схема 2, б, I) на балках 1, закрепленных
на проставке 3, исключается скручивание
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ
687
планшайбы 2 и она воспринимает только со-
средоточенные нагрузки (по числу балок).
Использование конструктор-
ско-технологических решений
для создания формы рабочей
поверхности деталей обратной
той, которая возникает при де-
формациях. Особенно часто таким спосо-
бом компенсируют прогиб горизонтально-
расположенных деталей типа ползунов, попе-
речин и т.п. Один из способов компенсации
прогиба ползуна приведен на схеме 13
(табл. 1.21.1). Ползун деформируется (штрихо-
вая линия) клиньями 7, 3 в направлении об-
ратном деформации от массы ползуна с уста-
новленным на нем инструментом.
На сравнительно небольших машинах
портальной компоновки (с расстоянием между
стойками 4 - 4,5 м) влияние деформации
уменьшается наиболее просто путем создания
рассчитанной заранее обратной по отношению
к деформации (непрямолинейности) направ-
ляющих - "арки" поперечины (шабрением,
шлифованием, выставкой планок 1 - штрихо-
вая линия в табл. 1.21.4, схема 3, а). Таким
способом удается компенсировать деформа-
цию поперечины от собственной массы и мас-
сы одного из суппортов. Другим способом
компенсации является искусственная дефор-
мация поперечины, внутри которой распола-
гают стальную балку 1 (табл. 1.21.4, схема 3, б),
прикрепленную к ней в местах связи со стой-
ками портала. Винтами 2 и 3 поперечина из-
гибается и скручивается в плоскостях, проти-
воположных направлениям деформаций, воз-
никающих при работе с станка от массы попе-
речины и одного из суппортов. Недостаток -
невозможность компенсации деформаций при
произвольном расположении двух суппортов.
Указанное решение является весьма эф-
фективным и достаточно простым способом
снижения влияния упругих деформаций на
точность при небольшом диапазоне изменения
параметров нагрузки (например, компенсация
массы узлов и т.п.).
На схеме 3, в, табл. 1.21.4 показан способ
компенсации прогиба ползуна 7, исключаю-
щий изменение его вылета. При обработке
ползун 1 поддерживается упором в центре
тяжести и в этом же положении проводится
вся механическая обработка. В собранном
станке также предусмотрен в центре тяжести
подвижный упор 2, который перемещается
вместе с ползуном по шпиндельной бабке 3.
Таким образом изменения консоли ползуна и
его прогиба не наблюдается. В схеме 3, г, табл.
1.21.4 деформация ползуна 7 величиной Д
обратного знака осуществляется за счет растя-
жения планки 2.
Разгрузка от массы узлов. Для снижения
деформаций базовых деталей во многих случа-
ях недостаточно увеличить их сечение; тогда
требуются другие решения. Рассмотрим кон-
соль в виде балки с номинальными линейны-
ми размерами и с размерами, увеличенными
во всех направлениях в К раз. Прогибы балки
8 под действием массы G суппорта составвят
соответственно:
их
. GI? _ GI?K3 8,
oi = —и о? =-------------т- = ——;
3EJ 2 3EJK* к
где £ - длина балки; Ей J- модуль упругости
и момент инерции сечения.
Однако масса суппорта при увеличении
размеров увеличится примерно в раз и
составит GIC'.
В итоге прогиб усиленной конструкпци
увеличится и составит
S2 =8]К2.
В этих условиях разгрузка от массы явля-
ется эффективным способом снижения де-
формаций.
На схеме 14 (табл. 1.21.1) масса суппорта
7 портального станка воспринимается не на-
правляющими поперечины 2, а разгрузочной
балкой 3, что повышает точность перемещения
суппорта по поперечине. Величина разгрузки
определяется давлением масла, подводимого в
гидроцилиндр 4. На схеме 4, а (табл. 1.21.4)
показано аналогичное устройство разгрузки от
собственной массы суппорта консольного
станка. Разгрузочная балка 2 опирается на
консоль в зоне направляющих стойки 7. При
перемещении суппорта 3 его масса передается
балке 2, а направляющие консоли 4 полностью
разгружены. На схеме 4, б (табл. 1.21.4) пока-
зана разгрузка ползуна 7 расточного станка
вследствие того, что он подвешен в центре
тяжести с помощью ролика 2 на планке 3
шпиндельной бабки. Дополнительно преду-
сматривается смещение места расположения
ролика на ползуне в случае использования
съемных узлов различной массы.
Управляемая разгрузка. Ком-
пенсация переориентации шпиндельной бабки
при изменении вылета ползуна основана на
принципе управляемой разгрузки шпиндель-
ной бабки (табл. 1.21.4, схема 5, а), осуществ-
ляемой с помощью тросов и гидроцилиндров.
При увеличении вылета ползуна 7 растут дав-
ление в гидроцилиндре 2 и натяжение на тросе
3. На схеме 5, б (табл. 1.21.4) при увеличении
вылета ползуна 7 клиновая планка 3 воздейст-
вует на гидрораспределитель 2, в результате
чего увеличиваются давление в гидроцилиндре
4 и момент на бабке в направлении, противо-
положном моменту от массы ползуна.
Введение дополнительных
опор. На схеме 6, а (табл. 1.21.4) приведен
шпиндельный узел тяжелого токарного станка,
Глава 1 21 ТЯЖЕЛЫЕ СТАНКИ
688
в котором деформация шпинделя 1 уменьшена
на 25 - 30 % путем введения под планшайбой
дополнительных гидростатических опор 2.
Давление устанавливается устройством 3. На
схеме 6, б (табл. 1.24.4) показана конструкция
планшайбы, токарно-карусельного станка, в
которой предусмотрена дополнительная осевая
опора 3 в виде упорного подшипника, которая
может воспринимать нагрузку, приложенную
близко к центру. Нагрузка иа подшипник ре-
гулируется давлением в гидроцилиндре 2.
В этом случае гидростатические направляющие
1 планшайбы меньше деформируются (скручи-
ваются) На схеме 6, в (табл 1.21.4) преду-
смотрена дополнительная опора 1 ползуна,
уменьшающая консоль.
Использование эталонов.
На схеме 7, а (табл 1.21.4) показано исполь-
зование эталонной измерительной линейки
для обеспечения правильной траектории дви-
жения салазок 3 независимо от нагрузки, дей-
ствующей на направляющие, а также их де-
формации и тп. Положение салазок в верти-
кальном направлении определяется точностью
1 измерительной линейки 1 и контролируется
| датчиком положения 2 Сигнал от датчика 2
(фактическое положение), а также заданная
величина масляной пленки h (от устройства 7)
поступают в сравнивающее устройство 6, ко-
' торое управляет сопротивлением дросселя 5,
> питающего карман 4 направляющих. На схеме
7, б (табл. 1.21.4) приведено устройство ком-
пенсации прогиба борштанги I при расточке
‘ заготовки 2. В качестве эталона служит луч
I лазера, который проходит сквозь полое отвер-
! стае шпинделя и борштанги и попадает на
1 призму 5. Призма смонтирована в непосредст-
, венной близости к резцу со смещением вер-
t шины с оси борштанги на величину L. Пере-
мещение призмы в результате деформации
! борштанги регистрируется в двух перпендику-
лярных направлениях с помощью зеркала 7 и
фотодатчика 8, генерирующего напряжение,
пропорциональное координатам отраженного
от призмы 5 луча (при отсутствии погрешно-
стей траектория луча представляет собой иде-
альную окружность). В качестве привода резца
3 используется встроенный в борштангу пьезо-
, электрический датчик 4, который преобразует
, электрический сигнал (поступающий к приво-
> ду через контактное кольцо 6) в радиальное
। перемещение резца
Применение адаптивных
систем. С помощью таких систем повыша-
ется точность изготовления деталей путем ав-
томатической коррекции погрешностей станка
и в первую очередь таких, величину которых
предсказать достаточно сложно (например, от
упругих и тепловых деформаций) Наиболее
просто задача решается в том случае, если
адаптивная система базируется на заложенные
в конструкции станка решения и не требует
серьезных конструктивных изменений
На схеме 8, а (табл. 1.24.4) показан при-
мер автоматического регулирования горизон-
тального положения ползуна 1 вне зависимо-
сти, от условий эксплуатации (вылета, съем-
ного узла и т.п.) Уровень 2, установленный на
шпиндельной бабке, фиксирует перекос пол-
зуна 1 и через усилитель 3 управляет гидро-
распределитель 4. Благодаря этому изменяются
толщины h\ и ^2 масляной пленки в гидроста-
тических направляющих шпиндельной бабки и
компенсируется наклон суппорта при измене-
нии вылета ползуна.
На схеме 8, б (табл. 1.21.4) приведено
устройство компенсации прогиба ползуна и
шпинделя тяжелого горизонтально-расточного
станка. (Диаметр шпинделя 220 мм, сечение
ползуна 640 х 740). Величина перемещения
шпинделя 2 и ползуна 1 контролируется по-
тенциометрами П) и П2, сигнал от которых
поступает в счетное устройство 3. Оно выраба-
тывает сигнал, управляющий приводами дрос-
селей 4 и 5 гидростатических направляющих
станины. Сопротивление дросселей 4 и 5 из-
меняется двигателями Mj и Мг- (Величина
сопротивления контролируется потенциомет-
рами П3 и П4). При выдвижении ползуна и
(или) шпинделя прогиб А компенсируется
изменением толщины h\ и Й2 (от 30 до 80
мкм) масляной пленки в направляющих ста-
нины. Одновременно с этим предусмотрено
изменение натяжения троса разгрузки шпин-
дельной бабки аналогично схеме 5, а (табл.
1.21.4).
Применение систем ЧПУ для уменьше-
ния погрешностей. Большинство систем ЧПУ
позволяют проводить коррекцию погрешно-
стей положения узлов Например, в схеме по
рис. 1.21.6, а при перемещении суппорта I по
консоли 2, проводится смещение ползуна в
зависимости от деформации, полученной
опытным путем. Здесь можно учесть взаимное
влияние двух суппортов, расположенных на
одной поперечине (в двухстоечных станках) и
решать другие задачи. В большинстве случаев
механические и электронные методы коррек-
ции дополняют друг друга и используются
совместно.
Тепловые деформации. Наибо-
лее сложной задачей обеспечения геометриче-
ской точности является снижение температур-
ных деформаций. Влияние изменения темпе-
ратуры на прямолинейность станины длиной
25 м иллюстрируется следующими цифрами:
при температуре цеха 22° С погрешность со-
ставляла 30 мкм, а при снижении температуры
до 15° С отклонение от прямолинейности дос-
тигло 600 мкм. Потери на трение в опорах с
высокой окружной скоростью (карусельные
станки) могут достигать больших величин даже
при гидростатическом смазывании. На рис.
1.21.7, а показано изменение мощности тре-
ния в направляющих планшайб диаметром
4000 и 10000 мм в зависимости от скорости
скольжения. Изменение температуры масла в
круговых направляющих приведено на рис.
1.21.7, б, а на рис 1.21.7, виг показаны кри-
вые температурных деформаций столов.
Наиболее интенсивный нагрев (50 % полного
нагревания за 8 ч) происходит в первые 1 - 2 ч
работы станка. Полное остывание планшайбы
диаметром 4000 мм (до выравнивания темпе-
ратуры направляющих и зеркала) происходит
за 41 ч, а 80 % температурных деформаций
снимается за 8 ч.
Рис. 1.21.7. Тепловые явления в круговых направляющих:
а - мощность трения в направляющих планшайб диаметром 4000 мм (/) и 10000 мм (.2) Площадь трения
для планшайбы диаметром 4000 мм составляет 11000 см2, масло И = 5 Л, для планшайбы диаметром
10000 мм соответственно 58000 см2 и масло И = 12 А, б - изменение температуры масла А/ в напрвляющих
планшайбы диаметром 4000 мм при частоте вращения п = 49 мин-1 и массе заготовки G,
в - температурные деформации 8/ планшайб от избыточной температуры, г - характер деформаций планшайбы
диаметром 4000 мм (1) и основания (2) при избыточной температуре А/ = 7° С, д - влияние формы
направляющих на изменение толщины масляной пленки при нагревании
Глава 1.21 ТЯЖЕЛЫЕ СТАНКИ
690
Ориентировочный расчет величины мак-
симальной деформации (в центре планшайбы)
при Д1Л > 3000 мм и #пл < °»2Aui можно
проводить в предположении линейного рас-
пределения температуры по высоте планшай-
бы:
°max ~ qtt »
°** пл
тде а - коэффициент линейного расширения;
Ды» ^пл - соответственно диаметр и высота
планшайбы; А/ - нагревание направляющих.
Аналогично может быть подсчитана де-
формация салазок, где вместо ^пл и в
формулу подставлять высоту салазок и ее ши-
рину. Для оценки допустимой величины избы-
точной температуры А/ на работу планшайб
диаметром 4000 - 9000 мм можно считать, что
Д/ = 1° С приводит к повороту направляющих
шириной 100 мм на 2 - 3 мкм.
Достаточно простым и эффективным
способом борьбы с тепловыми деформациями
является придание поверхности планшайбы
формы обратной той, которая образуется в
результате деформирования. На рис. 1.21.7, д
приведены кривые изменения толщины мас-
ляной пленки в направляющих токарно-
карусельного станка диаметром 4000 мм в
зависимости от времени обкатки при различ-
ной форме направляющих. Кривая 7 соответ-
ствует работе станка при параллельных на-
правляющих (схема I), а кривая 2 - направ-
ляющая выполнена с конусностью
АЛ = 40 мкм на ширине направляющих
(схема II). Рекомендуемая величина конусооб-
разности - 10 - 15 мкм на 100 мм ширины
направляющих. Из условия обеспечения рабо-
тоспособности избыточная температура в кру-
говых гидростатических направляющих не
должна превышать 10 - 12° С.
Большую тепловую постоянную времени
имеют также- крупные обрабатываемые детали,
установка которых на станок должна прово-
диться после их пролеживания в цехе в тече-
ние одних - двух суток.
Приводы подач. В станках с ЧПУ при
длине перемещения узла до 4 м в качестве
тягового устройства используют винтовые па-
ры качения; при длине перемещения 4 м и
более предусматривают передачи рейка-
шестерня с выборкой зазоров, либо червячно-
реечные передачи. На рис. 1.21.8 приведена
схема, а на рис. 1.21.9 конструктивное испол-
нение передачи шестерня-рейка. При осевом
смещении блока 7 (см. рис. 1.21.8) гидроци-
линдром или пружиной 2 происходит выборка
зазоров на конечном звене 3 передачи и созда-
ется предварительный натяг. Натяжение кине-
матической цепи и выборка зазоров в зацеп-
лении выходных зубчатых колес 1 и 4 (рис.
1.21.9) с рейкой 2 осуществляется при осевом
смещении блока косозубых колес 3 (с разным
направлением угла наклона зубьев). Измене-
нием толщины компенсатора 5, и используя
упругость элементов кинематической цепи
обеспечивают исключение зазоров. Для пред-
варительной выборки зазоров используют зуб-
чатое колесо 6 с зубчатой муфтой 7. Такой
привод отличается простотой, он не воспри-
имчив к колебаниям температуры, к деформа-
циям деталей, однако собственные частоты
привода меньше, чем в передаче гидростатиче-
ский червяк-рейка.
На рис. 1.21.10 приведена гидростатиче-
ская передача червяк-рейка с вращением чер-
вяка от двух пар зубчатых колес 1 и 2. Масло
по гидролинии 3 подводится к противополож-
ным профилям передачи, в результате чего
осуществляется выборка зазора. Привод обла-
дает хорошими динамическими качествами,
высокой несущей способностью и жесткостью.
При наружном диаметре червяка 270 мм не-
сущая способность достигает 80 кН (при дав-
лении насоса 4 МПа), а жесткость превышает
4 кН/мкм [1] Передача работает при зазорах
30 - 50 мкм и весьма чувствительна к их коле-
баниям, вызванных погрешностью монтажа
(особенно межцентрового расстояния), упру-
гими и тепловыми деформациями узлов.
Для снижения, трения и тепловыделений при
перемещении тяжелых узлов в вертикальном
направлении применяют также гидростатиче-
скую передачу винт-гайка (диаметр винтов
180 - 300 мм, а длина до 12 м).
Рис. 1.21.8. Кинематическая схема передачи
шестерня-рейка
ТЯЖЕЛЫЕ КАРУСЕЛЬНЫЕ СТАНКИ
Рис. 1.21.9. Конструктивное исполнение передачи шестерня-рейка
Рис. 1.21.10. Гидростатическая передача червяк-рейка
1.21.3. ТЯЖЕЛЫЕ КАРУСЕЛЬНЫЕ СТАНКИ
Токарно-карусельные .станки предназна-
чены для обработки цилиндрических деталей,
Длина которых обычно не превышает диамет-
ра
В них ось вращения и планшайба с заго-
товкой расположена вертикально, благодаря
чему становится более безопасным и удобным
закрепление тяжелых заготовок по сравнению
с токарными и лоботокарными станками.
При оснащении станков различными сменны-
ми узлами и современными системами ЧПУ
На станках можно точить, растачивать, фрезе-
ровать, сверлить, шлифовать заготовки с од-
ной установки и решать весьма сложные тех-
нические задачи. Несмотря на большие разме-
ры станки обеспечивают высокую точность.
Например, торцовое и радиальное биение
планшайб даже на самых крупных станках не
превышает 20 - 30 мкм, погрешность пози-
ционирования на длине 1000 мм не превышает
10 - 15 мкм; погрешность траектории переме-
щений суппортов на всей длине хода
(отклонении от параллельности, прямолиней-
ности) обычно составляет 40 - 50 мкм.
Основные особенности компоновок при-
ведены в табл. 1.21.5.
Глава 1 21. ТЯЖЕЛЫЕ СТАНКИ
аз
1.21.5. Компоновки токарно-карусельных станков и их характерные особенности
Схема станка
Характеристика схемы
Область применения
Двухстоечная компоновка с пере-
мещающейся (при наладке) по высоте
поперечиной 1.
Высока жесткость несущей систе-
мы.
Не эффективно используется бо-
ковой суппорт (на схеме не показан).
Диаметр обрабатываемой заготов-
ки ограничен размерами портала.
При диаметре заготовки более 10
м предусматривается комбинирован-
ная планшайба (кольцевая и цен-
тральная, каждая со своим приводом)
Высокопроизво
дительная обработ-
ка одним или двумя
вертикальными
суппортами загото-
вок диаметром до
16 м.
Обработка заго-
товок типа дисков
(без отверстия)
Одностоечная компоновка с пере-
мещающейся (при наладке) консолью 1.
Меньшие, чем при двухстоечной
компоновке, массы, площадь и стои-
мость.
Удобная загрузка крупными заго-
товками и обслуживание.
Ограничение режимов обработки
при точении заготовок небольшого
диаметра
Обработка од-
ним или двумя
суппортами (верти-
кальным и боко-
вым) заготовок
диаметром до 25 м.
Частое использова-
ние бокового суп-
порта.
Преимуществен
ная обработка коль-
цеобразных загото-
вок
Перестраиваемые компоновки.
Заготовка 1 может быть как
вращающейся (I), так и неподвижной
(II). При несимметричной установке
поперечины 2 в компоновке по схеме
II размеры обрабатываемой заготовки
могут быть дополнительно увеличены
Используются
как технологиче-
ское оборудование
при широкой но-
менклатуре загото-
вок.
Максимальный
диаметр заготовки
до 16 м
ТЯЖЕЛЫЕ КАРУСЕЛЬНЫЕ СТАНКИ
693
Технические параметры. Максимальный
диаметр заготовки D на тяжелых станках
4000 - 25000 мм, высота Н равна 2000 -
8000 мм. Ход ползуна Z примерно в 1,5 раза
меньше высоты заготовки. Диаметр заготовки,
как правило, не превышает диаметра план-
шайбы более чем в 2 раза. Максимальная мас-
са заготовки G 100 - 1000 т. Для главного при-
вода применяют двигатели постоянного тока
мощностью Р — 100 - 200 кВт в сочетании с
двух-трех ступенчатой коробкой скоростей.
Диапазон частот вращения планшайбы
(привода главного движения) обычно состав-
ляет около 100 и максимальная частота враще-
ния планшайбы «max = 63 - 20 мин'1, обеспе-
чивая скорость резания около 10 м/с. Крутя-
щий момент М на планшайбе составляет 200 -
1000 кН-м при максимальной силе резания
63 - 160 кН. Рабочая минутная подача колеб-
лется в пределах 0,1 - 1000 мм, а скорость
ускоренного хода 4000 - 6000 мм/мин. Не-
смотря на большие размеры станка обеспечи-
вается высокая точность. Например, торцовое
и радиальное биение планшайб даже на самых
крупных станках не превышает 20 - 30 мкм,
погрешность ’ позиционирования • на длине
1000 мм не превышает 10 - 15 мкм; погреш-
ность траектории перемещений суппортов на
всей длине хода отклонение от параллельно-
сти, прямолинейности) обычно составляет
40 - 50 мкм.
Конструктивные особенности. Основные
отличия станков различных фирм заключаются
в конструктивных особенностях столов, при-
водов плавного движения, приводов подач и
направляющих суппортов.
Точность обрабатываемых заготовок,
скоростные и силовые характеристики, потери
на трение определяются конструкцией опор
планшайб. В большинстве случаев применяют-
ся гидростатические круговые направляющие,
которые обеспечивают весьма высокие экс-
плуатационные показатели. Например, грузо-
подъемность (т) составляет F « > где
Дш - диаметр планшайбы, м; торцовое биение
планшайб диаметром до 8000 мм не превыша-
ет 10 мкм. На рис. 1.21.11 приведена конст-
рукция планшайб > 6000 мм с упорным
подшипником 2, воспринимающим цен-
тральную нагрузку. Нагрузка на подшипник
устанавливается давлением масла, подаваемого
в гидроцилиндр 3. При жесткой установке
упорного подшипника 2, может иметь место
неопределенность распределения нагрузки
между подшипником 2 и гидростатическими
направляющими 7, особенно вследствие теп-
ловых деформаций.
Планшайбы диаметром менее 6000 мм
могут не иметь упорного подшипника 2 и вся
нагрузка воспринимается гидростатическими
направляющими.
На рис. 1.21.12 представлена типичная
конструкция стола токарно-карусельного стан-
ка при диаметре планшайбы менее 6 м. План-
шайба стола опирается на разомкнутые гидро-
статические направляющие, а радиальное ба-
зирование осуществляется подшипником ка-
чения.
Параметры направляющих назначаются:
ширина b « (0,04 - 0,05)Д]л, средний диаметр
£>ср « (0,6 - 0,75)Z^jj!; число карманов выби-
рают исходя из предельной развернутой длины
карманов, равной 500 - 600 мм.
Рис. 1.21.11. Конструкция планшайб при диаметре планшайбы более б м
694
Глава 1 21. ТЯЖЕЛЫЕ СТАНКИ
Рис. 1.21.12. Конструкция стола с гидростатическими круговыми направляющими
а)
Рис. 1.21.13. Кинематические схемы приводов главного движения с двухступенчатой (а) н
планетарной (б) коробкой скоростей
Привод вращения планшайбы. В боль-
шинстве случаев применяют двухступенчатую
коробку скоростей для осуществления глав-
ного движения при точении. Кроме того для
круговой подачи планшайбы, например, при
фрезеровании предусматривают дополнитель-
ный привод (с выборкой зазора в кинематиче-
ской цепи). Этот же привод используют для
точного поворота планшайбы на заданную
угловую координату. Отсчет угла поворота
проводится специальным датчиком, располо-
женным соосно с планшайбой или связанным
с одним из валов привода (особо крупные
станки). На рис. 1.21.13, а и б приведены ки-
нематические схемы приводов главного дви-
жения с двухступенчатой коробкой скоростей.
1.21.4. ТЯЖЕЛЫЕ МНОГОЦЕЛЕВЫЕ СТАНКИ
Выпускаются на базе горизонтально-
расточных станков как с выдвижным, так и с
невыдвижным шпинделем. Станки являются
широкоуниверсальными, позволяют произво-
дить различные виды обработки: растачивание,
фрезерование, сверление, подрезание торцов,
нарезание резьб, обтачивание фланцев и т.п.
В станках с выдвижным шпинделем последний
вращается вместе с полым и перемещается
вдоль оси относительно последнего. На конце
выдвижного шпинделя закрепляют инстру-
мент. На торце полого шпинделя могут закре-
пляться фрезы и навесные узлы.
Основные особенности компоновок при-
ведены в табл. 1.21.6.
ТЯЖЕЛЫЕ МНОГОЦЕЛЕВЫЕ СТАНКИ
1.21.6. Компоновки тяжелых многоцелевых н горизонтально-расточных станков и
их характерные особенности
Схема станк а Характеристика схемы Область применения
ЖЙР Станки с продольно-подвижной (вдоль оси шпинделя) стойкой и попе- речно подвижным столом. г=^_ Перемещение инструмента вдоль оси проводится шпинделем, дополнительное перемещение осуществляется стойкой. _г_ Диаметр шпинделя не превышает 200 жаш* мм. Ограничение режимов при вылете шпинделя, превышающем два-три диа- метра шпинделя Обработка сложных корпусных заготовок, в том числе в труднодос- тупных местах (в трех, четырех стенках и т.п.). В составе ГПМ, ГПС со съемными столами- спутниками. Максимальные раз- меры рабочей поверхно- сти стола 2500 х 3000 мм
z -1—L |Y Станки с поперечно-подвижной стой- кой и продольно-подвижным поворотным столом. | Перемещение инструмента вдоль оси производится шпинделем. Диаметр шпинделя до 200 мм. Ограничение режимов при вылете шпинделя, превышающем два-три диа- метра шпинделя Обработка сложных корпусных заготовок. В составе ГПМ, ГПС со съемными столами- спутниками. Максимальные размеры стола 2500 х 3000 мм
*B •+ , ч^Х — I'd - Станки с неподвижной стойкой и крестообразным столом. Перемещение инструмента вдоль оси у производится шпинделем. — — 1 Диаметр шпинделя не превышает 160 мм. Ограничение поперечного хода стола, и Трудности автоматической смены сто- лов-спутников Для обработки слож- ных корпусных загото- вок, в том числе в труд- нодоступных местах
i BL ja-г- f 2 & Станки с поперечно-подвижной стой- кой и неподвижной плитой. ~ Перемещение инструмента вдоль оси производится шпинделем 1, дополнитель- ное перемещение (JT) стойкой 2. 1 Диаметр шпинделя до 320 мм. ZZ Продольный (вдоль оси шпинделя) ход стойки не превышает 800 мм. Может предусматриваться поворотный стол При обработке круп- ногабаритных тяжелых заготовок. Вертикальное перемещение шпиндель- ной бабки (по оси Y) до 10 м, поперечное пере- мещение стойки (по оси X) - до 25 м
z, xJj—U-L ^E-l- z x_ Станки с поперечно-подвижной стой- кой и с выдвижным ползуном. -г] Перемещение инструмента вдоль оси производится ползуном 2 (до 2000 мм) и (или) шпинделем 1. Диаметр шпинделя до 320 мм, сече- ние ползунов от 340 х 400 до 830 х 980 мм. Установка заготовки - на неподвиж- ной плите либо на подвижном столе раз- мером до 5000 х 12500 мм При обработке круп- ногабаритных заготовок. Вертикальное перемеще- ние шпиндельной бабки (по оси У) до 10 м, по- перечное перемещение стойки (по оси А) до 25 м
696
Глава 121 ГЯЖЩЭДЧЛ’ЛВЖИ
Технические параметры. Диаметры вы-
движного шпинделя находятся в пределах
150 - 320 мм, сечение ползунов составляют от
300 х 300 до 800 х 1000 мм. Возможность
станков характеризуются величинами ходов
подвижных узлов и рабочей поверхностью
стола Рабочая поверхность стола находится в
пределах 1600 х 2000 мм - 6000 х 6000 -
5000м х 12500 мм.
Диапазон мощности привода главного
движения Р = 20 - 170 кВт. Мощность приво-
да полностью не используется на всех вылетах
выдвижного шпинделя
При малом вылете в большинстве случаев
эффективно используется мощность Р < 0,3d,
где Р в кВт, d -диаметр выдвижного шпинделя
в мм
Обычно при вылете, превышающим два -
три диаметра шпинделя мощность резания
ограничиваются виброустойчивостью шпин-
дельного узла Крутящий момент на шпинделе
3-36 кН м.
Станки имеют индивидуальные приводы
подачи от высокомоментных двигателей для
каждой оси Минутная рабочая подача дости-
гает 12000 мм, а ускоренная - 15000 мм. При-
меняют контурное управление с числом осей
от трех до восьми Круговая интерполяция
обеспечивает возможность обработки отвер-
стий фрезерованием
Поперечное растачивание на современ-
ных станках теряет свое значение и часто за-
меняется цилиндрическим и торцовым фрезе-
рованием с использованием контурной систе-
мы ЧПУ. В этом случае одним инструментом
можно обработать отверстия различного диа-
метра Диаметр отверстия программируется
системой управления Точность формы расто-
ченных отверстий* зависит от их размеров и
колеблется в пределах 2-15 мкм Отклонение
от круглости отверстий, полученных фрезеро-
ванием с использованием круговой интерпо-
ляции, составляет около 30 мкм
В результате сокращения вспомогатель-
ного времени на станках выполняются опера-
ции сверления, нарезания резьбы и т.п., кото-
рые раньше выполнялись на более дешевом
оборудовании Обработка метчиком выполня-
ется в патронах, которые компенсируют от-
клонение от синхронности частоты вращения
шпинделя и подачи Резьба с крупным шагом
обрабатывается резцом при синхронизации
частоты вращения шпинделя и осевого пере-
мещения ^заготовки или инструмента Точность
линейного позиционирования составляет око-
ло 15 - 30 мкм на длине 1 м Зона нечувстви-
тельности - около 5 мкм, а повторяемость -
около 10 мкм. Дальнейшее повышение точно-
сти часто ограничивается температурными
явлениями. Точность позиционирования по-
воротного стола - около 5"
6)
Рис. 1.21.14. Шпиндельные узлы горизонтально-
расточных станков:
а - с полым шпинделем на подшипниках качения
б - с полым шпинделем с гидростатическими
подшипниками
Конструктивные особенности. Решающее
влияние на точность, виброустойчивость и
другие эксплуатационные характеристики ока-
зывает конструкция шпиндельной бабки стан-
ков и, в первую очередь, ее опор. На рис.
1 21.14 приведены шпиндельные узлы компо-
новок по схемам 1, 3, табл 1.21 6.
Двухрядные роликоподшипники 1
(рис 1.21 14, а) с цилиндрическими роликами
в сочетании с коническими подшипниками
обеспечивают достаточно высокую быстроход-
ность и жесткость. Применение гидростатиче-
ских опор 1 (рис. 1.21.14, 6) обеспечивает при
наличии холодильного агрегата хорошую тем-
пературную стабильность шпиндельного узла,
так как тепло удаляется из опоры вместе с
маслом
Наибольшее влияние гидростатические
опоры шпинделя оказывают на динамические
характеристики. Виброустойчивость при рас-
тачивании на черновых и чистовых операциях
повышается более чем в 2 раза и 1,3 раза соот-
ветственно (по сравнению с виброустойчиво-
стью шпинделя на опорах качения).
ТЯЖЕЛЫЕ ПРЭДОЛЬНО^вРАЕАТ1Л<1М1ИЕ СТАНКИ
И7
Рис. 1.21.15. Поворотные столоы:
а - с червячным приводом и гидростатическими круговыми направляющими,
б - со сменой столов-спутников и с цилиндрическим приводом кругового стола
Для получения высокой точности движе-
ния и хороших демпфирующих свойств в
станках применяют направляющие с малыми
потерями на трение (качения, гидростатиче-
ские, аэростатические). Это относится к пол-
зунам, шпиндельным бабкам, стойкам и сто-
лам
Столы станков. В большинстве случаев
стол кроме перемещений обеспечивает круго-
вое позиционирование поворотной части до
30°. Точность позиционирования составляет
5 - 15".
На рис. 1.21.15,- а приведена конструкция
стола станка диаметром 160 мм. Поворотный
стол 1 установлен на гидростатических направ-
ляющих 2, выполненных на салазках 3. Стол
вращается червячной парой,' выборка зазора в
которой обеспечивается за счет осевого пере-
мещения червяка
Конструкция стола с автоматической
сменой столов-спутников 1 приведена на
рис. 1.21.15, б Продольное перемещение стола
осуществляется от шариковой винтовой пере-
дачи 2 по направляющим качения 3 Поворот
круговой» стола 5 производится цилиндриче-
ским приводом 4', зазоры в котором выбира-
ются аналогично рис. 1.21.8
1.21.5. ТЯЖЕЛЫЕ ПРОДОЛЬНО-ОБРАБАТЫВАЮЩИЕ
СТАНКИ
Находят применение при обработке заго-
товок, один из размеров которых, существенно
превышает два других Продольные фрезерно-
расточные станки предназначены для обработ-
ки заготовок с размерами 5 х 6 х 30 м и про-
дольно-шлифовальные станки для обработки
заготовок с размерами 3 х 4 х 15 м. Наиболь-
шее распространение получили продольные
фрезерно-расточные станки, оснащаемые не-
сколькими фрезерными бабками и позволяю-
щими проводить обработку деталей с пяти
сторон без их переустановки Объем снимае-
мой стружки при обработке стали может пре-
вышать 6000 - 8000 см3 за 1 мин Несмотря на
большие размеры обрабатываемых заготовок
станки обеспечивают высокую точность На
прецизионных станках отклонение от плоско-
сти в 10 мкм достигается на площади 3 х 4 м;
отклонение от параллельности двух поверхно-
стей лежит в пределах 10 мкм / 1 м и
30 мкм / 10 м; отклонение от перпендикуляр-
ности поверхностей составляет 20 мкм на 1 м.
и 50 мкм на 4 м. Погрешность позициониро-
вания составляет 10 мкм / 1 м и 25 мкм / 10 м,
повторяемость ±5-7 мкм
Глава 1.21. ТЯЖЕЛЫЕ СТАНКИ
698
Для расширения технологических воз-
можностей станки оснащают дополнительны-
ми устройствами. При обработке заготовок с
пяти сторон угловая фрезерная головка рабо-
тает 50 - 70 % общего времени резания. На
некоторых станках предусмотрена как автома-
тическая смена головок, так и автоматическая
смена инструмента. Обработка отверстий
большого диаметра, например в корпусах тур-
бин, осуществляется, как правило, на станках
с контурной системой ЧПУ, например диско-
выми фрезами. Если точность, получаемая при
круговом фрезеровании, недостаточна, или
контуры нельзя получить с помощью диско-
вых фрез, используют расточно-подрезные
узлы (см. табл. 1.21.2), которые устанавливают
на ползуне фрезерной бабки. На отдельных
станках можно выполнять строгание, долбле-
ние, а на наиболее крупных из них также
шлифование. На базе продольных фрезерно-
расточных станков создаются ГПМ и ГПС для
комплексной обработки крупногабаритных
корпусных деталей.
Основные особенности компоновок при-
ведены в табл. 1.21.7.
1.21.7. Компоновки продольно-обрабатывающих станков и характерные особенности
Схема станка
Характеристики схемы
Область применения
Станки с неподвижным порталом 1 и
перемещающимся столом 2.
Точность перемещения обеспечивает-
ся достаточно просто вследствие хорошего
базирования стола.
Стол может быть одинарным или
двойным. В последнем случае на одном
столе проводится обработка заготовки, а
на другом - смена детали.
Предусмотрена возможность сцепле-
ния столов
Станки с подвижным порталом 1.
Меньшая (примерно на 30 %) длина, чем
у станков с подвижным столом.
Требуется синхронизация (с точно-
стью 15-20 мкм) перемещения стоек
портала.
Поперечина осуществляет как устано-
вочное перемещение, так и рабочую пода-
чу
Обработка
крупных заготовок,
один размер кото-
рых существенно
превышает два
других
Обработка осо-
бо крупных загото-
вок, которые в
процессе обработки
остаются непод-
вижными.
В составе ГПМ
и ГПС
Конструктивные особенности. Точность
обработки существенно зависит от конструк-
ции направляющих стола или портала станков.
В современных станках применяют преимуще-
ственно гидростатические направляющие, как
в конструкции с подвижных столом, так и с
подвижным порталом. Это позволяет обеспе-
чить высокую точность позиционирования и
грузоподъемность станков (до 500 т). В качест-
ве приводов стола при длине перемещения
более 6 м применяют червячно-реечные пере-
дачи (гидростатические - в станках с ЧПУ).
На рис. 1.21.16, а приведено поперечное сече-
ние стола с приводом от червяка 1. Приводы
станков с подвижным порталом (рис. 1.21.16,
бив) имеют два гидростатических червяка 1.
Приводы червяков снабжены датчиками 2 и
электронными ретуляторами 3 синхронизации
перемещения, обеспечивающими рассогласо-
вание продольного перемещения стоек в пре-
делах 20 мкм. При нарушении работы элек-
троники перекос портала на большую величи-
ну предотвращается механической связью 4.
В качестве приводов подачи салазок фрезер-
ных бабок и ползунов, как правило, применя-
ют шариковые пары. Наиболее крупные стан-
ки оснащают червячно-реечной (обычно гид-
ростатической) передачей (см. рис. 1.21.10).
На рис. 1.21.17 приведена типовая кон-
струкция стола продольного фрезерно-
расточного станка. Используются замкнутые
гидростатические направляющие 4, в которых
для повышения работоспособности, снижения
отрицательного влияния деформаций стола
предусмотрены плавающие опоры 1, установ-
ленные в планках 2. При возникновении де-
формации деталей стола опоры 1 автоматиче-
ски устанавливаются параллельно направляю-
щей станины, обеспечивая высокую жесткость.
Для продольного перемещения стола преду-
смотрена гидростатическая червячно-реечная
передача 3.
ТЯЖЕЛЫЕ ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
699
Рис. 1.21.16. Схемы привода стола:
а - поперечное сечение стола; б - расположение червячно-реечной передачи привода в
конструкции с подвижным порталом, в - кинематическая схема привода портала
Рис. 1.21.17. Стол продольно-фрезерного станка
1.21.6. ТЯЖЕЛЫЕ ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
Наиболее универсальным и распростра-
ненным способом обработки зубчатых колес
больших размеров (до 6000 мм) является зу-
бофрезерование методом обкатки червячной
фрезой (75 % общего числа). Созданы станки
для обработки колес этим методом диаметром
до 14 м. Крупные колеса диаметром до 20 м
и более, составленные из секторов, могут об-
рабатываться на специальных станках диско-
выми и пальцевыми фрезами. Валы-шестерни
с диаметром до 1800 мм и длиной до 8000 мм
обрабатываются на горизонтальных зубофре-
зерных станках [2].
Чистовая обработка термически упроч-
ненных зубчатых колес диаметром до 375.0 мм
производится на станках, работающих двумя
тарельчатыми кругами. Зубошевингование
применяют для получения незакаленных колес
диаметром до 4000 мм. Для обработки колес
диаметром до 5000 мм выпускают станки осо-
бо высокой точности и мастер-станки, кото-
рые позволяют получить колеса 3- и 1-й сте-
пеней точности по ГОСТ 1643-81.
Все тяжелые вертикальные зубофрезер-
ные станки выполняют с подвижной в ради-
альном направлении стойкой. Это позволяет
выполнить планшайбу большого диаметра,
увеличить размеры делительного колеса.
На станках предусматривается концентрация
различных операций, что улучшает использо-
вание оборудования. Основные особенности
компоновок приведены в табл. 1.21.8.
На рис. 1.21.18 в качестве иллюстрации
конструкторской реализации идеи расширения
технологических возможностей приведена
схема зубодробежного Суппорта, который ус-
танавливается на стойке взамен зубофрезер-
ного.
700
Глава 1.21. ТЯЖЕЛЫЕ СТАНКИ
1.21.8. Компоновки зубообрабатывающих станков и их характерные особенности
Схема станка
Характеристика станка
Область применения
Вертикальные зубофрезер-
ные станки.
Подвижная стойка в ради-
альном направлении.
Высокая жесткость систе-
мы при закреплении заготовки.
Хорошие условия для на-
блюдения за зоной обработки
Горизонтальные зубофре-
зерные станки.
Диаметр делительного ко-
леса выполняется больше, чем
у обрабатываемого.
Возможность обработки
колес в том положении, в ко-
тором они будут работать
Специальный вертикаль-
ный станок.
Стол 1 секгоровидной
формы.
Высокая жесткость закреп-
ления заготовок (отсутствие
больших консолей).
Крестовые салазки 2 для
перемещения стойки 3 с инст-
рументом 4
Зубошлифовальные станки,
работающие тарельчатыми
кругами.
Заготовка устанавливается
на поворотном столе 1.
Движение обкатки произ-
водится стойкой 2 с помощью
обкатного сектора и стальных
лент.
Обработка проводится од-
новременно двумя кругами 3 с
узкой режущей кромкой и с
компенсацией износа
Обработка тяжелых ко-
лес с наружным и внутрен-
ним зубом, диаметр которых
превышает их ширину
(диаметр до 14 м).
Точность колес 7 - 5-й
степени по ГОСТ 1643-81
позволяет использовать
большинство методов зубо-
обработки (червячной, дис-
ковой, пальцевой фрезой,
долбяком, прорезными фре-
зами и т.п.)
Обработка колес с на-
ружным зубом, выполнен-
ных как одно целое с валом
(диаметр до 1800 мм, длина
до 8000 мм).
Точность колес 8 - 6-я
степень по ГОСТ 1643-81
позволяют использовать
червячные, дисковые и
пальцевые фрезы
Обработка составных
зубчатых колес неограничен-
ного диаметра (включая об-
работку реек) пальцевыми и
дисковыми фрезами.
Обработка наружных по-
верхностей и торцов
Крупные колеса диамет-
ра до 3750 мм с высокой
твердостью поверхности
зуба.
Точность 3 - 4-я степень
по ГОСТ 1643-81
Привод главного движения долбяка
(вертикального возвратно-поступательного
перемещения) производится от асинхронного
электродвигателя через кривошипно-
шатунный механизм 9. Круговая подача
(осуществляющая связанное вращение долбяка
и заготовки) производится другим асинхрон-
ным двигателем, устайовленным на зубодол-
бежном суппорте. Долбяк 2 закреплен на
шпинделе 4 пружиной 6 и тягой 5 и центриру-
ется зубчатой муфтой 3 с треугольным профи-
лем зубьев. При ходе штосселя вверх кулачок 7
воздействует через рычаг 8 на тягу и сжимает
пружину. При этом долбяк может свободно
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
701
поворачиваться на двух взаимно-
перпендикулярных осях 1, образующих шар-
нир. При ходе штосселя вниз кулачок выходит
из контакта с рычагом, долбяк перемещается
вверх и зажимается на штосселе пружиной.
Такая конструкция исключает необходимость
перемещения большой массы суппорта (при
холостом ходе долбяка) и улучшает динамику.
Рис. 1.21.18. Суппорт для обработки колес на
зубофрезерном станке цилиндрическим долбяком
На рис. 1.21.19 приведена схема стола
станка мод. 5В345П диаметром 5000 мм.
Станки имеют гидростатическую смазку круго-
вых направляющих 1 , планшайбы 2 и опор
шпинделя. При этом обеспечивается широкий
диапазон частот вращения (от доли оборота в
час при зубодолблении до нескольких десятков
при фрезеровании), повышенное демпфирова-
ние, грузоподъемность и точность. Питание
карманов - от многопоточных дросселей 4 и
регуляторов 5. Радиальное центрирование
планшайбы осуществляется узким шестикар-
манным гидростатическим подшипником 3.
Это позволяет выполнить в столе отверстие
большого диаметра, исключить зазоры и обес-
печить высокую точность вращения
(радиальное биение менее 3 мкм).
Особенностью червячного привода
планшайбы тяжелых станков является необхо-
димость выборки зазора в зацеплении. Преду-
смотрены два червячных колеса, одно из кото-
рых (7) передает рабочую нагрузку, а другое
(6) нагружено через подвижный в осевом на-
правлении червяк от гидроцилиндра.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бушуев В. В. Гидростатическая смазка
в станках. М.: Машиностроение. 1989. 176 с.
2. Бушуев В. В., Налетов С. П. Тяжелые
зубообрабатывающие станки. М.: Машино-
строение, 1986. 278 с.
3. Детали и механизмы металлорежущих
станков / Под ред. Д. Н. Решетова. М.: Ма-
шиностроение. 1972. Т. 1. 664 с; Т. 2. 520 с.
4. Сафронович А. А. Карусельные станки.
М.: Машиностроение, 1983. 263 с.
5. Справочник по технологии резания ма-
териалов / Под ред. Г. Шпура и Т. Штеферли
Т. I, II. М.: Машиностроение, 1985. Т. I/ 616
с., Т. II. 688 с.
6. Week М., Teipci К. Dynamisches veihal-
ten spanender werkzeugmaschinen. Springer -
Verlag. Beilin. Heidelbeiy. New York: 1977. 245 s.
7. Week M. Werkzeugmaschinen Band 1, 2,
3, 4 VDj-verlag GmbH, Dusseldorf, 1979 Band 1
326 s, Band 2 322 s, Band 3 400 s, Band 4. 166 s.
♦ 4 4 4 4 4 4 4 4 4 ♦
iE* л a a a a & ДИЬ JI
Рис. 1.21.19. Конструкция стола станка с диаметром заготовки до 5000 мм
702
Глава 1.22. ЭКСПЛУАТАЦИЯ СТАНКОВ
Глава 1.22
ЭКСПЛУАТАЦИЯ СТАНКОВ
1.22.1. УСТАНОВКА СТАНКОВ НА ФУНДАМЕНТ
Фундамент должен служить надежным
основанием станка, обеспечивающим макси-
мальное использование его возможностей по
производительности и точности в течение за-
данного срока службы и исключающим влия-
ние станка на работу соседнего оборудования.
Для этого необходимо, чтобы фундамент при
удобном размещении и прочном закреплении
станка отвечал требованиям обеспечения жест-
кости, виброустойчивости станка и ограниче-
ния уровня колебаний, передаваемых от стан-
ка.
По условиям прочности почти всякий
грунт может служить надежным естественным
основанием фундамента, так как при размерах
фундамента, выбираемых из условий размеще-
ния станка, давление на фундамент обычно не
превышает 5-104 Па. Прочность элементов
конструкции фундамента при реальных разме-
рах и конструктивных формах фундаментов
станков также обычно обеспечивается с запа-
сом.
Наиболее распространена установка
станков на фундаменты трех видов
(рис. 1.22.1) - бетонные полы первого этажа
(общая плита цеха); утолщенные бетонные
ленты (ленточные фундаменты) и специально
проектируемые массивные фундаменты
(индивидуальные или групповые) обычного
типа (опирающиеся на естественное основа-
ние); свайные и виброизолированные - на
резиновых ковриках или пружинах.
Установка станков на фундамент осуще-
ствляется (рис. 1.22.2): а) с креплением анкер-
ными болтами - на клиньях с подливкой
опорной поверхности станины цементным
раствором или на регулируемых опорных эле-
ментах (винтовых или клиновых) без подлив-
ки; б) без крепления болтами с подливкой
опорной поверхности станины цементным
раствором; в) без крепления болтами и без
подливки на жестких металлических, регули-
руемых опорных элементах; г) на упругих, в
частности, на резинометаллических опорах.
Все указанные способы установки укруп-
нение могут быть разделены на две группы -
жесткую и упругую.
К жесткой относятся те виды установки
станка на жестких (металлических) опорах (с
креплением или без крепления), когда фунда-
ментом служит плита или бетонный блок,
опирающиеся на естественное основание или
перекрытие.
К упругой относятся все виды установки
станка на упругих опорах и те виды установки
на жестких опорах, при которых фундаментом
служит бетонный блок, опирающийся на уп-
ругие опорные элементы - резиновые коври-
ки, пружины и т.п.
» При жесткой установке станка станина и
фундамент деформируются вместе. При этом
величины упругих перемещений и уровень
колебаний от силовых факторов, действующих
в станке, меньше, чем при упругой установке,
но вся система чувствительна в внешним воз-
мущениям - осадкам и колебаниям основания.
Различные способы жесткой установки обес-
печивают разную жесткость соединения ста-
нины с фундаментом.
Ц.о ; -л--. - j-eh
• ? . л .’>»>. е
/ Г
в)
Рис. 1.22.1. Фундаменты под станки:
а - пол (общая плита цеха); б - ленточный
(сечение в плоскости, перпендикулярной оси ленты);
в - обычного типа; г - свайный; д - на резиновых
ковриках; е - на пружинах
Рис. 1.22.2. Схемы установки станков на
фундаментах с креплением болтами:
а - с подливкой опорной поверхности станины
цементным раствором; б - без подливки, без
крепления болтами; в - с подливкой; г-на жестких
регулируемых опорах;
д - на резинометаллических опорах
УСТАНОВКА СТАНКОВ НА ФУНДАМЕНТ
703
Наибольшая жесткость достигается при
креплении станка анкерными болтами, не-
сколько меньшая при установке без крепления
болтами, но с подливкой опорной поверхно-
сти станины цементным раствором, и еще
меньшая - при установке без болтов и без
подливки (этот способ применяется преиму-
щественно для станков, требующих частой
перестановки).
При упругой установке станок изолиро-
ван от внешней среды. При этом влияние
внешних возмущений на работоспособность
станка меньше, но уровень перемещений и
колебаний от возмущений, действующих в
станке - больше. Разные способы установки
обеспечивают различную степень чувствитель-
ности станка к колебаниям основания и воз-
мущениям, действующим в станке. Чем ниже
частоты собственных колебаний, определяемые
жесткостью опор и массой системы, тем выше
степень виброизоляции. При одних и тех же
частотах собственных колебаний системы виб-
роизоляции чем больше масса системы и же-
сткость опор, тем ниже уровень колебаний,
вызываемых работой механизмов станка.
В соответствии с этим наиболее эффективным,
но и наиболее дорогим средством виброизоля-
ции, применяемым для особо точных станков,
являются фундаменты на пружинах, а наибо-
лее дешевым, обеспечивающим удовлетвори-
тельную степень виброизоляции для большин-
ства станков средних размеров, упругие виб-
роизолирующие опоры.
Выбор способа установки станков опре-
деляется влиянием установки на их работоспо-
собность и зависит от класса точности, разме-
ров и конструктивных особенностей станка.
Так, в тяжелых станках с длинными станинами
(токарных, горизонтально-расточных, про-
дольно-фрезерных, продольно-строгальных и
т.п.) допустимый уровень упругих перемеще-
ний станины под действием силы тяжести
перемещающихся узлов или неравномерных
осадок фундамента может быть обеспечен
только при установке станков на жесткие фун-
даменты достаточной высоты, поскольку соб-
ственная жесткость таких станин обычно не-
достаточна. В токарных, карусельных, ради-
ально-сверлильных, бесконсольных и про-
дольно-фрезерных и т.п. станках жесткость
установки оказывает влияние на устойчивость
при резании. Точные станки требуют виброи-
золирующей установки и т.п.
На основании анализа влияния установ-
ки на работоспособность станков разных ти-
пов можно выделить факторы, которые в пер-
вую очередь необходимо учитывать при назна-
чении способа установки этих станков
(табл. 1.22.1).
Установка станка должна обеспечить не
только нормальную (паспортную) работоспо-
собность станка в течение заданного срока
службы, но и выполнение требований техники
безопасности.
В основных цехах массового производст-
ва должны использоваться наименее трудоем-
кие способы крепления станков, например, с
помощью болтов, устанавливаемых в скважи-
ны на готовых фундаментах, а там, где это
возможно, следует ставить станки без крепле-
ния болтами. В цехах единичного, мелкосе-
рийного и, в ряде случаев, серийного произ-
водства, в ремонтно-механических цехах, в
ремонтных и инструментальных отделениях
цехов массового производства приходится
ориентироваться на наиболее тяжелые условия
работы станка.
При выборе способов установки станков
автоматических комплексов должны учиты-
ваться следующие особенности автоматизиро-
ванного оборудования:
1. Повышение интенсивности эксплуата-
ции и высокий уровень динамических нагру-
зок, при которых ресурс оборудования исчер-
пывается в значительно более короткие сроки,
чем для станков обычного типа, а сокращение
сроков службы в результате неправильной
установки приводит к существенно более вы-
соким затратам на восстановление работоспо-
собности.
2. Необходимость сохранения стабиль-
ных условий обработки в течение достаточно
длительного времени. В связи с этим при вы-
боре способа установки должны приниматься
во внимание все факторы, которые мохуг при-
вести к нарушению точности установки - не-
равномерные осадки фундаментов, темпера-
турные деформации, связанные с колебаниями
температуры в цехе в течение смены, наруше-
ние точности установки от динамических на-
грузок и т.п.
3. Конструктивные особенности, напри-
мер, наличие направляющих качения или гид-
ростатических с малым трением или значи-
тельные массы узлов, расположенных на стан-
ке (револьверных головок, магазинов и т.п.).
Эти обстоятельства обусловливают сравнитель-
но низкие собственные частоты колебаний
узлов и высокую чувствительность к колебани-
ям от нагрузок, действующих в станке и со
стороны основания.
4. Связанность станков транспортирую-
щими устройствами, диктующая необходи-
мость обеспечения высокой точности монтажа
станков и сохранения ее во времени.
5. Высокая стоимость, заставляющая
стремиться к сокращению сроков монтажа, что
может быть обеспечено только за счет широ-
кого использования современных конструкций
фундаментов и способов установки и крепле-
ния станков.
704
Глава 1 22 ЭКСПЛУАТАЦИЯ СТАНКОВ
1.22.1. Факторы, определяющие выбор способа установки станков,
обеспечивающего их нормальную работоспособность
Станки Статические деформации системы Колебания элементов системы Устой- чи- вость при реза- нии
под дейст- вием пере- мещаю- щихся узлов под действи- ем сил резания в ре- зультате нерав- номер- ных осадок фунда- мента под дейст- вием возму- щений в станке в ре- зультате колеба- ний основа- ния
Токарной группы: токарные и револьверные средних размеров тяжелые токарные отделочные токарные вальцетокарные карусельные Сверлильно-расточной группы: радиально-сверлильные координатно-расточные алмазно-расточные горизонтально-расточные Ц- -4“
Фрезерной группы: консольно-фрезерные бесконсольно-фрезерньге продольно-фрезерные зубофрезерные нормальной точности зубофрезерные точные 4- 4- 4“ 4“
Строгальной группы: продольно-строгальные поперечно-строгальные и долбежные протяжные зубодолбежные -4“ 4- 4»
Шлифовальной группы: круглошлифовальные и внутришлифовальные вальцешлифовальные плоскошлифовальные резьбошлифовальные зубошлифовальные -4 4* -4“ -4*
Исходя из изложенного, например, для
станков с ЧПУ в связи с высокими требова-
ниями к точности при высоком уровне дина-
мических нагрузок наиболее рациональной
оказывается установка на индивидуальных
фундаментах или на полу из бетонных плит,
разделенных деформационными швами; при
этом толщина плит должна приниматься
большей, чем для обычных станков той же
массы (порядка 0,4 - 0,6 м). Установка таких
станков на резинометаллические опоры, при
которых колебания элементов станка оказыва-
ются значительно выше, чем при жесткой ус-
тановке, в большинстве случаев использована
быть не может.
При установке станков на перекрытиях
следует иметь в виду, что чем выше жесткость
перекрытия, тем ниже уровень колебаний в
производственном помещении. Поэтому стан-
ки можно устанавливать только на монолит-
ных или сборно-монолитных перекрытиях.
Обычно при установке станков на пере-
крытиях расчет на колебания не производят, а
-проверяют прочность под действием силы
тяжести станков и номинальных динамических
нагрузок [2] в соответствии с инструкцией по
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
705
расчету несущих конструкций промышленных
зданий и сооружений на динамические на-
грузки.
Если уровень колебаний перекрытия при
жесткой установке станков окажется выше
допустимого, используют установку на упругие
опоры (подробнее см. [2]).
1.22.2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Типовой системой технического обслу-
живания и ремонта металле- и деревообраба-
тывающего оборудования, разработанной в
ЭНИМСе для осуществления технического
обслуживания оборудования, определены:
состав обязательных регламентируемых
операций планового технического обслужива-
ния (ПТО);
периодичность их выполнения по отра-
ботанному операционному времени;
трудоемкость каждой регламентируемой
операции ПТО;
состав и трудоемкость непланового тех-
нического обслуживания (НТО);
организация выполнения обслуживания
и контроля его качества;
организация надзора за соблюдением
правил технической эксплуатации оборудова-
ния.
Основные операции, входящие в состав
планового (регламентированного) и неплано-
вого технического обслуживания действующего
станочного оборудования и распределения их
между исполнителями, приведены в табл. 1.22.2.
1.22.2. Плановое и неплановое техническое обслуживание
Операция Обслуживаемая часть Исполнители работ
Слесарь Электрик Электрон- щик Смазчик Оператор станочник
Плановое техническое обслуживание
Плановый (периодический) осмотр Механическая часть + +
Электрическая часть + +
Устройства ЧПУ + +
Ежемесячный (ежедневный) осмотр Механическая часть + +
Электрическая часть + +
Устройства ЧПУ + +
Ежемесячное (ежедневное) Оборудование +
поддержание чистоты Помещение +
Ежемесячное (ежедневное) смазывание Оборудование +
Пополнение смазочных Через 40 ч работы +
материалов Реже, чем че- рез 40 ч рабо- ты + +
706
Глава 1.22. ЭКСПЛУАТАЦИЯ СТАНКОВ
Продолжение табл. 1.22.2
Операция Обслуживаемая часть Исполнители работ
Слесарь Электрик Электрон- щик Смазчик Оператор станочник
Промывка меха- низмов и смазоч- ных систем Механизмы станков + +
Смазочные системы с за- меной смазоч- ных материа- лов + + +
Периодическая чистка от пыли Электрообору- дование +
Устройства ЧПУ +
Регулирование механизмов, об- жим крепежных деталей, замена быстроизнашива- ющихся деталей Механическая часть +
Электрическая часть + +
Проверка гео- метрической и технологической точности Станок +
Профилактичес- кие испытания Электрообору- дование +
Устройства ЧПУ +
Неплановое техническое обслуживание
Замена случайно отказавших дета- лей или восста- новление их ра- ботоспособности Механическая часть +
Электрическая часть +
Устройства ЧПУ +
Восстановление случайных нару- шений, регули- ровка устройств и сопряжений Механическая часть +
Электрическая часть +
Устройства ЧПУ +
Ниже приведена краткая характеристика Плановый (периодический) осмотр - это
основных операций технического обслужива- операция планового технического обслужива-
ния. ния, выполняемая с целью проверки всех уз-
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
707
лов оборудования и накопления информации
об износе деталей и изменении характера их
сопряжения, необходимой для подготовки
предстоящих плановых ремонтов. Выполняет-
ся по заранее составленному плану, через ус-
тановленное нормами системы технического
обслуживания и ремонта (ТОиР) [4] число
часов оперативного времени, отработанных
оборудованием, как правило, без разборки
узлов, визуально или с помощью средств тех-
нической диагностики. При осмотре может
проводиться устранение мелких неисправно-
стей (зачистка забоин, задиров, царапин, за-
варка трещин и т.п.).
Ежесменный (ежедневный) осмотр - опе-
рация планового технического обслуживания,
выполняемая с целью: выявления и фиксации
изменений состояния отдельных наименее
надежных деталей, сопряжений деталей обору-
дования и предотвращения их отказов; наблю-
дения за выполнением правил технической
эксплуатации, требований техники безопасно-
сти и предупреждения их нарушений. Выпол-
няется в объеме, предусмотренном картой
ПТО без остановки оборудования. По резуль-
татах осмотра могут устраняться неисправности.
Ежесменное (ежедневное) поддержание
чистоты (оборудования и помещения) - опе-
рация планового технического обслуживания,
выполняемая с целью предотвращения уско-
ренного изнашивания открытых рабочих по-
верхностей; защиты рабочего (оператора) от
травмирования; повышения производительно-
сти труда, соблюдения требований промыш-
ленной эстетики. Выполняется, как правило, в
конце каждой рабочей смены (при необходи-
мости может проводиться несколько раз в
смену)
Ежесменное (ежедневное) смазывание - это
операция планового технического обслужива-
ния, осуществляемая с целью создания при
запуске оборудования нормальных условий
смазывания трущихся поверхностей взаимно
перемещающихся деталей и поддержания та-
ких условий на протяжении всей смены
(рабочего дня) для предотвращения их уско-
ренного изнашивания.
Пополнение смазочных материалов в ре-
зервуарах и редукторах - это операция техни-
ческого обслуживания, проводимая с целью
предупреждения ускоренного изнашивания
трущихся поверхностей взаимно перемещаю-
щихся деталей в связи с испарением и утечкой
смазочного материала. Может быть плановой,
если выполняется через установленное картой
смазывания число часов оперативного време-
ни, отработанных оборудованием, и неплано-
вой при выполнении по сигналу оператора
(станочника) или по результатам осмотра до
отработки установленного числа часов.
Замена смазочных материалов в резервуа-
рах, редукторах и корпусах это операция пла-
нового технического обслуживания, выпол-
няемая с целью предупреждения ускоренного
изнашивания трущихся поверхностей взаимно
перемещающихся деталей в связи с ухудшени-
ем потребительских свойств смазочного мате-
риала из-за многократного нагревания и за-
грязнения. Выполняется через установленное
картой смазывания число часов оперативного
времени, отработанных оборудованием, и
должна сопровождаться промывкой всей сма-
зочной системы
Промывка механизмов и смазочных систем
- это операция планового технического обслу-
живания, осуществляемая с целью предупреж-
дения ускоренного изнашивания трущихся
поверхностей взаимно перемещающихся дета-
лей в связи с их загрязнением пылью и метал-
лоабразивными продуктами обработки дета-
лей. Промывка выполняется через установлен-
ное картой ПТО число часов оперативного
времени, отработанного оборудованием
Промывка сказочных систем в большин-
стве случаев совмещается с заменой смазоч-
ного материала.
Периодическая очистка от пыли - опера-
ция планового технического обслуживания
электрической и электронной частей оборудо-
вания, осуществляемая с целью предупрежде-
ния отказов электрических и электронных
систем в связи с замыканиями и утечками
через пылевые перемычки, предотвращения
несчастных случаев в связи с механическими
повреждениями изоляции и цепей заземления,
скрываемыми слоем пыли. Выполняется через
установленное картой ПТО число часов, отра-
ботанных оборудованием
Регулирование механизмов, обтяжка кре-
пежных деталей и замена быстроизнашиваю-
щихся деталей - это операция технического
обслуживания, выполняемая с целью* сохране-
ния или восстановления первоначальной про-
изводительности в связи с изнашиванием и
деформацией отдельных деталей, а также пер-
воначальной точности обработки детали,
уменьшающейся по мере изнашивания тру-
щихся поверхностей взаимно перемещающих-
ся деталей; безопасности условий работы на
оборудовании; предупреждения прогресси-
рующего изнашивания и предотвращения по-
ломок деталей, а также повреждений сопря-
женных деталей. Эта операция ПТО может
быть плановой, если выполняется через уста-
новленное картой планового технического
обслуживания число часов оперативного вре-
мени, отработанных оборудованием, и непла-
новой при выполнений по сигналу оператора
(станочника) или по результатам осмотра до
отработки установленного числа часов.
Глава 1.22 ЭКСПЛУАТАЦИЯ СТАНКОВ
708
Совокупность отказов
данного вида
Периодичность
появления отка-
зов данного
вида
Средняя перио-
дичность отказов
данного вида
Периодичность
профилактических
работ
Диагностирование
причин появления
отказов данного
вида
Работы по устране-
нию отказов
Трудоемкость работ
по устранению отказов
Организационно-техни-
ческие мероприятия по
предупреждению отказов
Ремонт на
месте уста-
новки обору-
дования (при
отсутствия
блочного при *
принципа по-
строения кои •
струкции)
Замена от-
казавших бло
ков (узлов)
на месте ус-
тановки обо-
рудования из
комплекта
ЗИП
1_____
Ремонт от-
казавини
блоков (уз-
лов) вне
станка
Слежение за техни-
ческим состоянием
отдельных сборочных
единиц,блоков мето-
дам! диагностики
Состав профилактических
работ по предупреждению
отказов данного вида
Трудоемкость профи-
лактических работ по
техническому обслужи-
ванию я ремонту
Предупре-
ждение от-
казов ме-
тодами чи-
стки, регу-
лировки,
испытания
и др.
Профилак-
тическая
замена
блоков на
комплекта
ЗИП
Время проведения про-
филактических работ
Профилак-
тические
работы на
месте ус-
тановки
оборудова-
ния
Ремонт
блоков
(узлов)
вне обо-
рудования
Резер-
вируе-
мое
разра-
ботчи-
ком
Совме-
щаемое
с рабо-
тами по
Совме-
щаемое
с про-
стоями
устране- по орг-
нию от- тех «при-
казов чинам
Рис. 1.22.3. Структурная схема определения состава, объемов и сроков выполнения профилактических
работ для обеспечения заданного уровня надежности работы оборудования
Проверка геометрической и технологиче-
ской точности - эта операция ПТО, выпол-
няемая с целью предупреждения брака изго-
товляемой на станках продукции и предот-
вращения аварий. Выполняется через установ-
ленное картой ПТО число часов оперативного
времени, отработанных оборудованием.
Профилактические испытания электриче-
ской и электронной частей оборудования - это
операция ПТО, осуществляемая с целью, пре-
дупреждения отказов и сбоев; предотвращения
несчастных случаев; соблюдения требований
действующих правил технической эксплуата-
ции электрооборудования. Выполняется через
установленное картой ПТО число часов опера-
тивного времени, отработанных оборудовани-
ем.
Консервация - это операция планового
технического обслуживания бездействующего
оборудования, осуществляемая с целью защи-
ты его от коррозии на время бездействия.
Проводится, если перерывы в использовании
оборудования превышают три месяца. Перед
началом использования бездействующего за-
консервированного оборудования его необхо-
димо подвергнуть промывке.
ОРГАНИЗАЦИЯ РЕМОНТА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
709
Выполнение приведенных выше основ-
ных операций технического обслуживания
являются необходимым условием сохранения
работоспособности станков в процессе экс-
плуатации у потребителя. Вместе с тем, в зави-
симости от конструктивных особенностей мо-
делей металлорежущих станков и условия их
эксплуатации, выполнение указанных выше
основных операций технического обслужива-
ния хотя и являются необходимым, но
мотут быть недостаточным для обеспе-
чения требуемого уровня их надежности в
эксплуатации. Поэтому состав и периодич-
ность регламентных работ по техническому
обслуживанию подлежат периодической кор-
ректировке с учетом информации об отказах
металлорежущих станков, накапливаемой в
процессе их эксплуатации.
Структурная схема определения состава,
объемов и сроков выполнения регламентных
работ по техническому обслуживанию обору-
дования для обеспечения необходимого уровня
его надежности в эксплуатации, корректиров-
ки регламентных работ (включая и организа-
ционные вопросы решения этой задачи) пока-
зана на рис, 1.22.3.
1.22.3. ОРГАНИЗАЦИЯ РЕМОНТА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ
СТАНКОВ
Основные понятия и определения. По
способу организация система ТОиР преду-
сматривает два вида ремонтов: плановый и
неплановый.
Плановый ремонт - это ремонт, выпол-
няемый через установленное нормами системы
ТОиР [1, 4] число часов оперативного време-
ни, отработанных оборудованием или при
достижении установленного нормами техниче-
ского состояния, определяемою средствами
диагностики.
Неплановый ремонт - это ремонт, осуще-
ствляемый в неплановом порядке, по потреб-
ности. Трудовые, материальные ресурсы и
время простоя устанавливаются нормами сис-
темы ТОиР.
По составу работ предусматриваются: те-
кущий и капитальный ремонты.
Текущий ремонт (ТР) - это ремонт, вы-
полняемый для обеспечения или восстановле-
ния работоспособности оборудования и со-
стоящий в замене и (или) восстановлении
работоспособности отдельных частей.
Капитальный ремонт (КР) - это ремонт,
выполняемый для восстановления неисправно-
сти и полного или близкого к полному вос-
становлению ресурса станка с заменой или
восстановлением любых его частей, включая
базовые.
Аварийный ремонт (АР) - это неплановый
ремонт, вызванный дефектами конструкции
или изготовления оборудования, дефектами
ремонта и нарушением правил технической
эксплуатации.
Все работы по плановому ремонту вы-
полняются в определенной последовательно-
сти, образуя повторяющиеся циклы.
Ремонтный цикл - это повторяющаяся со-
вокупность различных видов плановых ремон-
тов, выполняемых в определенной последова-
тельности через установленные равные коли-
чества часов оперативного времени, работы
оборудования, называемые межремонтными
периодами.
Ремонтный цикл завершается капиталь-
ным ремонтом и определяется структурой и
продолжительностью цикла.
Структура ремонтного цикла - это пере-
чень ремонтов, входящих в его состав, распо-
ложенных в последовательности их выполне-
ния.
Например, структура ремонтного цикла,
состоящего из пяти текущих ремонтов и од-
ного капитального, записывают в виде:
КР - ТР - ГР - ТР - ТР - ТР - КР
Продолжительность ремонтного цикла
(Гцр) - это число часов оперативного времени
работы оборудования, на протяжении кото-
рого проводятся все ремонты, входящие в
состав цикла. Простои оборудования, связан-
ные с выполнением плановых и неплановых
ремонтов и технического .обслуживания, в
продолжительность ремонтного цикла не входят.
Межремонтный период (Тмр) - это период
оперативного времени работы оборудования
между двумя последовательно выполняемыми
плановыми ремонтами.
Структуры и продолжительность ремонт-
ного цикла станков. Структуры ремонтного
цикла металлорежущих станков устанавлива-
ются в зависимости от их класса точности и
массы (табл. 1.22.3).
Продолжительность ремонтного цикла
станка в часах оперативного времени:
— 16800АГОМ • Ами • Атс Ккс Кв КД ,
где ^тс, ^кс» Кд, Кд ~ коэффициен-
ты, характеризующие соответственно: обраба-
тываемый материал (Ком); материал приме-
няемого инструмента (А^и), класс точности
(Аге), категорию массы (А^); коэффициента
возраста (Ав), коэффициента долговечности
(Кд).
Численные значения коэффициентов
приведены в системе ТОиР [4J.
Продолжительность ремонтного цикла
электродвигателей, комплектующих металло-
режущее оборудования:
7|ф = 12000 Ку КрО,
где Ку, Кро, - коэффициенты, характеризую-
щие соответственно условия эксплуатации (Ку)
и ремонтные особенности (АрО); численные
значения Ку, Кро, - указаны в системе ТОиР.
Глава 1.22 ЭКСПЛУАТАЦИЯ СТАНКОВ
710
1.22.3 Структуры ремонтного цикла металлорежущих станков
Класс точности Масса, т Структура ремонтного цикла Число текущих ремонтов в цикле Число плановых (периодических) осмотров в межре- монтном периоде
До Ю КР-ТР-ТР-ТР-ТР-КР 4
Н Св. 10 до 100 КР-ТР-ТР-ТР-ТР-ТР-КР 5 2
Св. 100 КР-ТР-ТУ-ТР-ТР-ТР-ТР-КР 6 3
п, До 10 КР-ТР-ТР-ТР-ТР-ТР-ТР- ТР-ТР-КР 8
В, А., Св. 10 до 100 КР-ТР-ТР-ТР-ТР-ТР-ТР- ТР-ТР-КР 8 2
с Св. 100 КР-ТР-ТР-ТР-ТР-ТР-ТР- ТР-ТР-ТР-КР 9 3
Содержание типовых работ по ремонту
станков. Содержание работ по те-
кущему ремонту. Частичная разборка
станка. Подетальная разборка узлов, подвер-
женных наибольшему износу и загрязнению.
Вскрытие крышек для внутреннего ос-
мотра и промывки остальных узлов. Промывка
деталей разобранных узлов, их осмотр и выяв-
ление деталей, требующих замены при бли-
жайшем текущем или капитальном ремонте (с
записью в предварительной ведомости дефек-
тов деталей, подлежащих замене при капи-
тальном ремонте).
Проверка зазоров между валиками и
втулками; замена изношенных валиков и вту-
лок.
Ре1улирование и при необходимости за-
мена изношенных подшипников качения.
Замена изношенных и сломанных кре-
пежных деталей.
Замена деталей, которые не выдержат
эксплуатации до очередного планового ремон-
та.
Проверка работы и регулирование ры-
чагов и рукояток включения прямого и обрат-
ного хода, переключение скоростей и подач
блокирующих, фиксирующих, предохрани-
тельных механизмов и ограничителей.
Регулирование натяжения пружин.
Зачистка задиров, царапин, забоин и за-
усенцев на трущихся поверхностях направ-
ляющих станин, кареток, ползунов, суппортов,
траверс, колонн и т.п.
Зачистка рабочих поверхностей столов и
ползунов.
Разборка шпинделя, зачистка или шли-
фование шеек шпинделя, поверхностей под
инструмент и приспособления; зачистка или
пришабривание подшипников; сборка шпин-
деля и регулировка подшипников (шпиндель-
ные узлы прецизионных, крупных, тяжелых и
особо тяжелых станков при текущем ремонте
не разбирают).
Добавление фрикционных дисков, при-
шабривание конусов фрикционов; регулирова-
ние фрикционных муфт и тормозов.
Зачистка заусенцев на зубьях колес, за-
мена колес с выкрошенными зубьями.
Зачистка винтов суппортов, кареток, тра-
верс, ходовых винтов и др.; замена изношен-
ных гаек.
Проверка исправности действия и, при
необходимости, ремонт (или замена) ограни-
чителей, переключателей, упоров.
Регулирование плавности перемещения
столов, суппортов, кареток, ползунов; при
необходимости пришабривание или зачистка и
подтяжка клиньев, прижимных и направляю-
щих планок.
Проверка и, при необходимости, ремонт
системы охлаждения; устранение утечек жид-
кости через сочленения трубопроводов, подте-
кания кранов, ремонт насоса и арматуры.
Ремонт системы смазки и гидравлики.
Ремонт оградительных устройств (кожу-
хов, футляров, щитков, экранов).
Ремонт устройств для защиты обработан-
ных поверхностей от стружки и абразивной
пыли.
Сборка разобранных узлов станка, про-
верка правильности взаимодействия узлов.
Проверка точности станков, включенных
в список станков, подвергаемых проверке на
технологическую точность.
Испытание станка на холостом ходу на
всех скоростях и подачах, проверка на шум и
нагрев.
Испытание в работе, проверка точности
и параметров шероховатости поверхности из-
готовляемой детали.
МОДЕРНИЗАЦИЯ СТАНКОВ
711
Содержание работ по капи-
тальному ремонту. В капитальный
ремонт входят все операции текущего ремонта
и перечисленные ниже'
Проверка точности перед разборкой.
Измерение износа трущихся поверхно-
стен перед ремонтом базовых деталей.
Полная разборка станка и его узлов.
Промывка, протирка и осмотр разобран-
ных деталей.
Уточнение предварительно составленной
дефектной сметной ведомости.
Шлифование или шабрение направляю-
щих поверхностей базовых деталей.
Восстановление (ремонт) деталей (кроме
базовых), имеющих износ или повреждение,
устранение которых технически возможно и
экономически целесообразно.
Замена деталей (кроме базовых), имею-
щих повреждения, устранение которых либо
невозможно по техническим причинам, либо
экономически нецелесообразно.
Сборка станка.
Шпатлевка и окраска всех внутренних и
наружных необработанных поверхностей.
Испытание на холостом ходу на всех
скоростях и подачах; проверка на шум, нагрев.
Испытание под нагрузкой и в работе.
Испытание на точность (универсальных
станков по ГОСТам, специализированных и
специальных станков - по техническим усло-
виям).
Испытание на жесткость в соответствии с
ГОСТами.
Проверка состояния фундамента, ис-
правление его, проверка установки оборудова-
ния и подливка цементным раствором (для
оборудования, установленного на фундаменте).
1.22.4. МОДЕРНИЗАЦИЯ СТАНКОВ
Основные понятия и определения. Метал-
лорежущие станки подвергаются физическому
и моральному износу.
Физический износ обуславливается старе-
нием узлов и деталей, потерей размеров
(износом) сопряженно работающих деталей,
усталостью материалов и другими причинами,
постепенно приводящими оборудование в
нерабочее состояние. Физический износ уст-
раняется в результате проведения плановых
ремонтов оборудования.
Моральный износ определяется экономи-
ческим старением станков (машин), заклю-
чающимся в том, что машины аналогичной
конструкции и назначения начинают выпус-
каться дешевле или внедряется новая, техниче-
ски более совершенная конструкция машины
и эксплуатация старых моделей машин стано-
вится экономически нецелесообразной. Мо-
ральный износ определяется появлением и
внедрением в производство более производи-
тельного и совершенного оборудования. Сред-
ством преодоления морального износа являет
ся модернизация оборудования.
Под модернизацией находящегося в экс-
плуатации оборудования понимается приведе-
ние его в соответствие с сбвременными требо
ваниями путем внесения частичных изменений
и усовершенствований в конструкцию станков
с целью повышения их эффективности в про-
изводственных условиях.
В условиях крупносерийного и массового
производства с узкой номенклатурой выпус-
каемой продукции наибольшее значение имеет
технологическая (целевая) модернизация, на-
правленная на решение отдельных технологи-
ческих задач производства, внедрения про-
грессивных технологических процессов и ав-
томатизации производства. В зависимости от
объема и характера технических мероприятии,
выполняемых при целевой модернизации,
также, как и при общетехнической, может
иметь место как комплексная, так и частичная
модернизация.
Основные направления модернизвцин ме-
таллорежущих станков: сокращение машин-
ного времени, сокращение вспомогательного
времени, комплексная автоматизация оборудо-
вания, специализация, расширение технологи-
ческих возможностей, повышение точности,
повышение надежности, улучшение условий
труда и безопасности работы.
Сокращение машинного
времени. Предусматривается в результате
модернизации повышение технических харак-
теристик станков: увеличение мощности при-
вода, расширение пределов скоростей резания,
расширение диапазона подач и т.д., в целях
сокращения затрат машинного времени и бо
лее полного использования режущих свойств
современного режущего инструмента.
Модернизация с целью сокращения ма-
шинного времени, как правило, сопровожда-
ется работами по увеличению жесткости и
виброустойчивости станков (увеличение жест-
кости отдельных узлов станка, увеличение
жесткости крепления инструмента, ликвидация
зазоров и т.д.). Необходимость проведения
таких работ устанавливается после провероч-
ного расчета станков на жесткость, вибро-
устойчивость, прочность и др.
Сокращение вспомогатель-
ного времени. Станки оснащают различ-
ными зажимными загрузочно-разгрузочными
устройствами, автоматизаторами циклов, уст-
ройствами активного контроля размеров, ко-
пировальными приспособлениями, устройст-
вами программного управления, механизмами
ускоренных (холостых) перемещений узлов
станка и т.д. Оснащение станков указанными
механизмами и устройствами повышает уро-
вень их механизации и автоматизации и по-
712
Глава 1.22. ЭКСПЛУАТАЦИЯ СТАНКОВ
зволяет перевести действующие неавтоматизи-
рованные станки на полуавтоматический и
автоматический цикл управления.
Наряду с указанными общими рекомен-
дациями для отдельных групп станков с руч-
ным управлением, эксплуатирующихся в усло-
виях мелкосерийного производства, могут
быть осуществлены отдельные частные реше-
ния, специфичные для станков этих групп,
например, для токарных станков - механиза-
ция перемещения задней бабки, установка
лимбов продольного и поперечного точения и
др.; для токарно-револьверных - механизация
подачи материала, механизация переключения
скорости вращения шпинделя и величины
подачи (переключение осуществляется при
повороте револьверной головки или с помо-
щью однорукояточных механизмов); для вер-
тикально-сверлильных - оснащение станков
координатными и плавающими столами, при-
ставными устройствами для частичной автома-
тизации цикла (быстрый подвод, рабочая по-
дача, быстрый отвод); для радиально-
сверлильных - оснащение станков механизи-
рованными поворотными столами и кантова-
телями, применение механизмов преселекгив-
ного управления скоростями и подачами; для
фрезерных станков - применение устройств
для устранения зазора в винтовой паре меха-
низма продольного перемещения стола для
получения возможности фрезерования при
прямом и обратном направлениях движения
стола и др.; для шлифовальных станков - при-
менение механизмов балансировки шлифо-
вального круга непосредственно на станке, без
съема его со шпинделя, установка быстро-
сменных приспособлений для правки шлифо-
вального круга, применение приборов для
визуального контроля размеров детали в про-
цессе обработки и др.
При модернизации станков, эксплуати-
рующихся в серийном производстве, требуется
проведение мероприятий по полной механи-
зации и частичной автоматизации загрузки,
зажима и съема обрабатываемых деталей со
станка, автоматизации цикла обработки детали
(преимущественно на станках, выполняющих
финишные операции), путем применения
копировальных и следящих устройств для кон-
турного и объемного копирования, устройств
программного управления, механизации и
частичной автоматизации измерения размеров
детали в процессе обработки.
В условиях серийного производства мо-
дернизируемое оборудование по степени его
автоматизации должно приближаться к полу-
автоматам.
Комплексная автоматизация
оборудования. При крупносерийном и
массовом производстве проводятся мероприя-
тия по полной автоматизации загрузки, зажи-
ма, открепления и снятия детали со станка,
полной автоматизации цикла обработки,
включая автоматизацию измерения детали в
процессе обработки. Модернизируемые стан-
ки, работающие в условиях крупносерийного
и массового производства, по уровню автома-
тизации должны приближаться к автоматам.
Специализация. В условиях массо-
вого и крупносерийного производства модер-
низация станков в направлении их специали-
зации является эффективным средством по-
вышения производительности действующего
металлорежущего оборудования. Эксплуати-
рующиеся в массовом и крупносерийном про-
изводстве устаревшие универсальные станки,
превращаются при модернизации в конструк-
тивно простые станки, приспособленные к
выполнению ограниченного числа однородных
операций со значительным повышением их
производительности.
Специализация может также проводиться
в случае изменения назначения ранее специа-
лизированных станков с внесением соответст-
вующих изменений в их конструкции.
Расширение технологических возможно-
стей станков осуществляется вследствие: 1)
внесения частичных изменений в конструкцию
станка, расширяющих диапазон размеров об-
рабатываемых деталей (например, повышение
высоты центров у токарных и кругло-
шлифовальных станков путем добавления про-
ставок; увеличение длины хода и размеров
столов у фрезерных и строгальных станков;
увеличение высоты стоек у зубофрезерных
станков, увеличение длины направляющих
станины у токарных, круглошлифовальных,
горизонтально-фрезерных станков и др.)* 2)
оснащения станков приспособлениями, не
предусмотренными их конструкцией, в резуль-
тате которых возрастает количество операций,
которые могут быть выполнены на станке.
Токарные станки, например, оснащаются спе-
циальными шлифовальными, фрезерными,
расточными головками; продольно-
строгальные - шлифовальными и фрезерными
головками с одновременным изменением ско-
рости движения стола и т.д.
Повышение точности станков произво-
дится в следующих направлениях:
1) повышение кинематической точности
станков и точности установочных перемеще-
нии путем внесения изменений в кинематиче-
скую схему, усовершенствования отсчетных
устройств, установки или усовершенствования
коррекционных устройств и т.д.;
2) повышение геометрической точности
станков за счет установки подшипников по-
вышенной точности, усовершенствования кон-
струкции опор шпинделей и валов, разделения
привода с разгружением шпинделя, а также
повышения жесткости и виброустойчивости
деталей и узлов станка;
3) уменьшение температурных деформа-
ций с помощью введения циркуляционной
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
смазки, установки температурных компенсато-
ров и др.
Повышение надежности станков осуще-
ствляется путем:
1) повышения износоустойчивости на-
правляющих вследствие закалки чугунных
направляющих, применения накладных сталь-
ных закаленных направляющих, введения пла-
стмассовых накладок или накладок из цветных
сплавов, упрочнения поверхности направляю-
щих путем накатывания роликами и наклепы-
вания шариками;
2) применения защитных устройств на
направляющие, предохраняющих их от загряз-
нения песком, стружкой и абразивом;
3) улучшение системы смазки трущихся
поверхностей деталей и узлов (применение
принудительной системы смазки);
4) проведение мероприятий по сниже-
нию износа торцов зубьев зубчатых колес
вследствие изменения формы закругления
торцов зубьев (применение, например, бочко-
образной формы), повышения качества термо-
обработки, применения более износостойких
материалов;
5) проведения мероприятий по сниже-
нию износа ходовых винтов, винтов попереч-
ной подачи, а также гаек к ним, путем приме-
нения защитных устройств, принудительной
системы смазки, повышения качества термо-
обработки и др.;
6) введение регулирующих устройств для
компенсации износа и др.
Улучшение условий труда и
повышение безопасности рабо-
ты. При модернизации станков в этом на-
правлении предусматривается:
1) установка надежных защитных уст-
ройств, исключающих возможность травма-
тизма рабочего от соприкосновения с движу-
щими и токонесущими элементами станка,
режущим инструментом;
2) введение блокировок и ограждений
органов пуска станка;
3) установка или усовершенствование
пыле- и стружкоотсасывающих устройств;
4) проведение мероприятий по сниже-
нию общего уровня шума при работе станка и
его вредных частотных составляющих;
5) установка различных подъемных уст-
ройств для облегчения ручного труда;
6) проведение мероприятий по рацио-
нальному размещению органов управления
станка,
7) установка местного освещения;
8) введение сигнализации (световой, зву-
ковой), опознавательной окраски, предупреж-
дающих знаков и т.п.
С целью получения наибольшего эконо-
мического эффекта целесообразно проводить
модернизацию по нескольким направлениям,
исходя из конкретных требований производст-
ва.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Единая система планово-предупреди-
тельного ремонта и рациональной эксплуата-
ции оборудования машиностроительных пред-
приятий. М.: Машиностроение, 1967. 591 с.
2. Каминская В. В., Решетов Д. Н. Фун-
даменты и установка металлорежущих станков.
М.: Машиностроение, 1975. 208 с.
3. Техническое обслуживание и ремонт
оборудования ГПС. М.: ЭНИМС, 1990. 95 с.
4. Типовая система технического обслу-
живания и ремонта металле- и деревообраба-
тывающего оборудования. М.: Машинострое-
ние, 1988. 667 с.
Глава 1.23
ИСПЫТАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ
СТАНКОВ
1.23.1. ВИДЫ ИСПЫТАНИЙ И ХАРАКТЕРИСТИКИ
СТАНКОВ
Виды испытаний станков. Укрупненно все
испытания станков можно разделить на два
вида: исследовательские и контрольные
(табл. 1.23.1).
Исследовательские испытания проводятся
с целью углубленного анализа и выявления
путей совершенствования существующих стан-
ков, доводки и определения технологически*
возможностей новых станков, а также восста-
новления работоспособности и обеспечения
эффективного использования эксплуатируе-
мых станков.
Контрольные испытания проводятся с це-
лью контроля качества станков путем провер-
ки соответствия фактических характеристик
установленным требованиям. Для решения
вопроса о целесообразности и готовности к
передаче станка в серийное производство
опытный образец подвергают предваритель-*
ным и приемочным испытаниям. В особо
ответственных случаях изготовляют установоч-
ную серию и проводят квалификационные
испытания.
Все серийно выпускаемые станки под-
вергают приемо-сдаточным испытаниям на
соответствие техническим условиям. Периоди-
чески объем проверок расширяют. При введе-
нии изменений в конструкцию станка илг
технологический процесс его изготовления
проводят типовые испытания. Опытные или
серийные образцы станков могут быть предъ-
явлены для сертификационных испытаний на
соответствие международным требованиям.
Эксплуатационные испытания Moiyr hoi
сить характер контрольных, если проверяется
соответствие некоторых параметров установ-
ленным требованиям, или исследовательских,
если анализируются изменения характеристик
станка в процессе эксплуатации.
Глава 1.23. ИСПЫТАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
714
1.23.1. Испытания станка на различных стадиях
Виды испытаний Стадии
Предпроектная Постановка на про- изводство Производство Эксплуатация
Исследователь- ские Определитель- ные Исследователь- ские Доводочные - Эксплуатаци- онные
Контрольные - Предварительные Приемочные Квалификацион- ные Сертифика- ционные Приемо.- сдаточные Периодические Инспекционные Типовые Сертификацион- ные Эксплуатаци- онные
Методы оценки качества станков. В ос-
нове каждого вида испытаний лежат опреде-
ленные методы оценки качества станков. Су-
ществуют два конкурирующих метода оценки
качества станков, каждый из которых имеет
свои преимущества и недостатки.
Первый метод состоит в оценке потреби-
тельских свойств станка, обеспечивающих точ-
ность, производительность и другие характе-
ристики процесса получения деталей. Приори-
тетность такого подхода признается в между-
народных документах по испытаниям станков
[29].
На практике, однако, оценку станка
только по обработанным деталям осуществить
не удается, особенно на универсальных стан-
ках и станках с числовым программным
управлением. Детали, обрабатываемые на уни-
версальных станках, могут отличаться разме-
рами, конфигурацией, точностью, материала-
ми, режимами и другими условиями обработ-
ки. Все их оценить при испытаниях станка
невозможно. Приходится идти на ряд ограни-
чений.
При приемо-сдаточных испытаниях се-
рийно выпускаемых станков довольствуются
обработкой на чистовых режимах нескольких
образцов-изделий.
При приемочных испытаниях опытных об-
разцов станков с целью дополнительной оцен-
ки производительности обрабатывают неболь-
шую группу деталей (или поверхностей) -
представителей, которые некоторым, статисти-
чески обоснованным образом отражают об-
ласть предполагаемого использования станка
(подробнее см. 1.23.6).
Второй метод состоит в оценке характе-
ристик собственно станка без обработки на нем
деталей. Этот подход имеет явные преимуще-
ства при контроле качества серийно-
выпускаемых станков. При нем устраняются
все неопределенности, связанные с многообра-
зием обработки деталей. У собранного станка
контролируют характеристики техники безо-
пасности, правильности функционирования,
геометрической точности и многие другие,
зависящие только от свойств станка
(подробнее см. 1.23.3, 1.23.5, 1.23.8).
На практике оценка качества станков
осуществляется на основе компромисса, со-
стоящего в сочетании положительных сторон
обоих методов.
Так, при оценке точности от первого ме-
тода берут оценку наибольшей точности обра-
ботки образцов-изделий сравнительно не-
больших размеров, наиболее типичных кон-
фигураций и материалов. От второго метода
используют геометрические характеристики
точности формообразующих движений в пре-
делах рабочих ходов станка. Такой подход
позволяет получить некоторые гарантии того,
что оценка точности обработки образца-
изделия может быть с определенными поправ-
ками распространена на все рабочее простран-
ство станка.
Характеристики станков, определяемые
при испытаниях. При испытаниях станков оп-
ределяются многие десятки характеристик и
параметров. Отбор характеристик и парамет-
ров зависит от вида, цели и задач испытаний
[Н, 38].
Характеристики, контролируемые при
приемо-сдаточных испытаниях, могут бьпъ
представлены в виде нескольких групп, объе-
диненных общностью цели контроля (табл.
1.23.2).
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ
715
1.23.2. Типовые группы контролируемых характеристик и параметров станка
Группа характеристик Основные контролируемые параметры Цель контроля
1. Характеристики Заземление и прочность изоляции. Проверка возможности
техники безопасности Действие аварийных выключателей, блокировок и предупредительной сиг- нализации, защита электрооборудова- ния. Время торможения рабочих органов. Шумовые и вибрационные характери- стики работы на станке, включая защиту рабочего, систем и узлов станка
2. Характеристики Действие системы смазки, приводов Проверка правильности
функционирования и рабочих органов, зажимных и пере- соединений сборки и каче-
паспортные данные ключающих устройств. Действие орга- нов управления станком. Диапазоны скоростей приводов и потери мощно- сти на холостом ходу. Время выполнения вспомогательных переходов. Температура шпиндельных подшип- ников, электро- и гидрооборудования. Отсутствие заеданий, стука и вибрации механических узлов ства регулировки систем и уалов станка. Контроль основных паспортных дан- ных
3. Характеристики Точность взаимного расположения Проверка качества изго-
геометрической точ- узлов. Точность базовых поверхностей товления, сборки и регу-
ности и жесткости рабочих органов. Точность формообразующих движе- ний. Относительное смешение рабо- чих органов под нагрузкой лировки. Оценка точност- ных параметров
4. Характеристики Работоспособность (отсутствие поло- Проверка качества изго-
работы под нагрузкой мок, повышенных вибраций и шума) станка при резании с наибольшей мощностью, крутящим моментом, усилием подачи и на наибольшей ско- рости вращения товления, сборки и регу- лировки. Оценка ограни- чения производительности обработки
5. Характеристики надежности Установленная наработка на отказ Надежность функциониро- вания станка
6. Характеристики Точность и параметры шероховатости Проверка выходной точно-
точности обработки типовых и фасонных поверхностей, стабильность размеров в партии сти обработки типовых деталей
1.23.2. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ
Описание методов и средств испытаний,
условий их проведения, способов сбора и об-
работки данных составляет содержание мето-
дик испытаний. В обобщенном виде состав и
требования к элементам методики определе-
ния характеристики станка представлены в
табл. 1.23.3. В простейших случаях часть эле-
ментов методики может быть исключена или
существенно упрощена.
Метод испытаний содержит
принцип, схему и важнейшие условия опреде-
лений нужной характеристики станка. Методы
определения важнейших характеристик стан-
ков стандартизованы или описаны в научно-
технической литературе [29, 30, 38, 40, 42].
Средства испытаний служат для реализа-
ции процесса испытаний станков. Они вклю-
чают: датчики, нагрузочные устройства, при-
боры, метрологическую и станочную оснастку,
средства сбора и обработки измерительной
информации, в том числе npoipaMMHoe обес-
печение автоматизированных испытательных
средств.
716
Глава 1.23. ИСПЫТАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
1.23.3. Состав и технические требования к методике определения характеристики станка
Элементы методики Технические требования Описание в методике
1 2 3
1. Метод определения характер истоки Соответствие заданным точности, производительности и условиям опре- деления нужной характеристики Физический принцип, схема и необходимые условия измерений или ссылка на источник этих сведений
2. Испытательные средства:
Измерительные приборы и дат- чики Диапазон, точность и условия измере- ния нужных параметров Типы приборов и датчи- ков, особенности их ис- пользования
Нагрузочные устройства Диапазон, точность контроля, созда- ваемых нагрузок, условия применения Типы нагрузочных уст- ройств, модели или схемы конструкций особенности использования
Метрологическая оснастка Конфигурация, размеры, точность и жесткость оснастки Типы оправок, линеек, угольников и другой мет- рологической оснастки, модели или схемы конст- рукций, особенности ис- пользования
Станочная осна- стка Точность, жесткость, долговечность, безопасность, быстрота и удобство наладки, форма и размеры присоеди- нительных мест Схемы конструкции, осо- бенности использования
Средства сбора и обработки дан- ных Скорость сбора, объемы накопления, трудоемкость обработки, форма и время представления результатов Типы и модели средств сбора, обработки и пред- ставления результатов ис- пытаний
3. Условия определе- ния характеристики:
Местоположение на станке изме- рительных и на- грузочных уст- ройств Местонахождение точек, измеритель- ных линий и плоскостей для контроля характеристики в рабочем пространст- ве станка Указания по выбору коор- динат, направления и мест установки датчиков и на- грузочных устройств
Состояние и ре- жимы функцио- нирования стан- ка Соответствие режимов функциониро- вания нужной характеристике. Допус- тимые силовые, тепловые и другие воздействия, возникающие при функ- ционировании станка Указания по расположе- нию узлов, по пробным проходам и другим подго- товительным операциям. Указания по выбору числа оборотов, скоростей и других режимов функцио- нирования станка
Состояние окру- жающей среды Допустимые для определения нужных параметров тепловые, вибрационные и другие внешние воздействия на станок Значения допустимых со- стояний окружающей сре- ды или ссылки на стандар- ты, регламентирующие эти требования
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ
717
Продолжение табл. 1.23.3
1 2 3
4. Сбор и обработка данных:
Условия и коли- чество измере- ний Временные, пространственные и функциональные условия измерений. Общие требования к количеству изме- рений Указания по выбору мо- ментов времени, положе- ний в пространстве и функций, выполняемых станком, для снятия пока- заний приборов. Конкрет- ные данные о количестве измерений
Определение контролируемых показателей Точность определения показателей, соответствие трудоемкости расчетов средствам обработки данных Расчетные формулы или указания по визуальному определению контроли- руемых показателей
Оценка получае- мых показателей Нормы, допуски и другие условия приемлемости полученных показате- лей Значение норм, допусков или других условий при- емлемости показателей
Представление результатов оп- ределения харак- теристики Состав сведений об объекте, условиях, данных и результатах определения характеристики Форма протокола для вне- сения сведений о дате, объекте, условиях, данных, результатах и лицах, опре- делявших характеристику
Измерительные приборы и датчики
должны обеспечивать измерение нужных фи-
зических параметров в ожидаемом диапазоне с
необходимой точностью и с учетом реальных
условий применения. Для испытаний обычно
используют стандартные приборы, выбирае-
мые по каталогам и проспектам. В специаль-
ных случаях приходится разрабатывать ориги-
нальные измерительные приборы и датчики,
ориентированные на станочные требования
[38].
Нагрузочные устройства слу-
жат для имитации воздействий, которым под-
вергается станок при типовых или тяжелых
условиях работы, или для исследовательских
целей. Нагрузочные устройства, имитирующие
процесс резания, позволяют сэкономить мате-
риал заготовок и режущий инструмент. Ши-
роко используются нагрузочные устройства
для определения статической жесткости стан-
ков, порошковые электромагнитные тормоза
для создания крутильных нагрузок, электро-
магнитные вибраторы для определения частот-
ных характеристик станков, динамометриче-
ские молотки для импульсного нагружения,
устройства для теплового нагружения и другие
[23, 24, 31, 38].
Метрологическая оснастка включа-
ет оправки, линейки, угольники, кубы и дру-
гие точные геометрические тела [29], а также
лазерные и другие бесконтактные оптоэлек-
тронные средства.
Станочная оснастка служит для
установки на станке датчиков, нагрузочных
устройств и метрологической оснастки. Она
представляет собой приспособления, конст-
рукция которых зависит от особенностей уста-
навливаемых устройств и присоединительных
мест на станке, и может оказать существенное
влияние на результаты испытаний; к ней
предъявляются высокие требования по точно-
сти, жесткости, долговечности, быстроте и
удобству наладки.
Средства сбора и обработки
данных включают устройства для считыва-
ния показаний приборов, их преобразования,
обработки и представления в виде протоколов
и других форм. Выбор этих устройств зависит
от нужной скорости сбора, количества данных,
трудоемкости их обработки и форм представ-
ления результатов. Одним из основных на-
правлений развития испытаний станков явля-
ется создание автоматизированных испыта-
тельных средств на базе вычислительной тех-
ники.
Условия определения харак-
теристики оказывают существенное влия-
ние на получаемые результаты среды. На стан-
ке должно быть определено местополо-
жение измерительных и нагру-
зочных устройств, поскольку геомет-
718
Глава 1.23. ИСПЫТАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
рические погрешности, деформации, вибрации
и другие характеристики неодинаковы в раз-
личных точках рабочего пространства станка
[6].
При выборе состояния и режи-
мов функционирования станка
принимается во внимание, что часть характе-
ристик может быть определена в статическом
состоянии, другая - при работе на холостом
ходу, третья - только при резании на станке.
При определении характеристик точности
необходимо учитывать не только режимы, но
и длительность функционирования станка,
влияющую на его тепловое состояние.
Состояние окружающей сре-
д ы оказывает тепловое, вибрационное и дру-
гие воздействия на станок. Установлены нор-
мальные условия выполнения измерений для
температуры, давления, относительной влаж-
ности и других параметров окружающей среды
[8]. Чем точнее испытываемый станок, тем
строже ограничения отклонений температуры
среды и уровня колебаний фундамента. Дос-
тигается это путем использования специаль-
ных термостатированных помещений и виб-
роизолированных фундаментов. При отсутст-
вии подобных помещений делают температур-
ную корректировку полученных характери-
стик.
Условия и количество измерений охва-
тывают указания о моментах времени, о поло-
жениях в пространстве узлов станка или о
выполнении им определенной функции, когда
нужно проводить измерения, а также сведения
о количестве измерений.
Определение контролируе-
мых показателей включает описание
расчетных формул или других способов обра-
ботки данных.
Оценка получаемых показа-
телей состоит в их сопоставлении с норма-
ми, допусками или другими требованиями и
выводе заключения об их приемлемости. На
основании заключения о соответствии или
несоответствии полученных показателей уста-
новленным требованиям станок может быть
признан годным или негодным.
Преставление результатов
определения характеристики яв-
ляется заключительным этапом и состоит в
описании формы итогового протокола, кото-
рая зависит от вида и задач испытаний. В об-
щем виде протокол должен содержать сведе-
ния о дате, объекте, средствах и условиях ис-
пытаний. В нем должны быть приведены пер-
вичные данные измерений физических пара-
метров, конечные результаты расчета показате-
лей характеристик, требуемые нормы, заклю-
чение о соответствии полученных показателей
установленным требованиям, фамилии, долж-
ности и подписи лиц, проводивших испыта-
ния. Протокол может быть дополнен прило-
жениями с диаграммами, графиками и други-
ми сведениями.
Автоматизированные испытательные сред-
ства. Наибольший эффект автоматизирован-
ные испытательные средства дают при реше-
нии задач, характеризующихся следующими
признаками [15]:
большое количество измерений (сотни и
больше);
измерения с высокой частотой (более
одного в секунду);
одновременное измерение сразу несколь-
ких параметров (двух и более);
большой объем вычислений при обра-
ботке данных измерений (статистическая обра-
ботка, гармонический анализ и т.д.);
оперативное документирование результа-
тов испытаний, в том числе непосредственно
на рабочем месте;
удобное и эффективное накопление,
хранение и дальнейшее использование резуль-
татов испытаний, в том числе в виде баз дан-
ных и знаний.
В состав автоматизированных испыта-
тельных средств входят аппаратные средства,
программное и информационное обеспечение.
Во время испытаний автоматизированные
испытательные средства и испытуемый станок
находятся в тесной взаимосвязи и образуют
единую систему. В особенности это характерно
для станка с ЧПУ, программа управления ко-
торым и программа сбора и обработки данных
измерений действуют одновременно и скоор-
динировано [1, 14].
В обобщенном виде состав аппарат-
ных средств показан на рис. 1.23.1. Пер-
вичные измерительные средства, состоящие из
электронных приборов с датчиками, устройст-
во управления станком, нагрузочные устройст-
ва с усилителями через интерфейсные блоки
связываются с вычислительными средствами.
Вычислительные средства принимают на себя
функции управления режимами работы станка
и нагрузочными устройствами, сбором данных
измерений, их обработкой, выводом результа-
тов на дисплей, принтер и графопостроитель,
а также функции хранения программного,
информационного обеспечения и полученных
данных.
Вычислительные средства могут содер-
жать устройства для включения автоматизиро-
ванных испытательных средств в локальную
вычислительную сеть участка, цеха или завода,
если организовано автоматизированное управ-
ление производством. Конкретный состав ап-
паратных средств из блоков на рис. 1.23.1
формируется в соответствии с задачами и ус-
ловиями испытаний. Основные виды автома-
тизированных испытательных средств приве-
дены в табл. 1.23.4.
ОЦЕНКА ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ТОЧНОСТИ СТАНКОВ
719
Рис. 1.23.1. Схема автоматизированных аппаратных
средств испытаний:
1 - первичные измерительные средства; 2 - устройство
управления станком (УЧПУ) или стендом;
3 - устройство связи с объектом (интерфейс);
4 - нагрузочные устройства; 5 - генераторы сигналов
и усилители мощности; 6 - дисплей и клавиатура;
7 - печатающее устройство, 8 - ЭВМ (процессор);
9 - устройство внешней памяти;
10 - графопостроитель Контуром----охвачен
элеменг испытуемого объекта, контуром---------
группа элементов, входящих в комплект
Персональной ЭВМ
Программное обеспечение
испытаний общем виде включает: базовое
программное обеспечение, программный ин-
терфейс (драйверы) и пакеты прикладных
программ. Базовое программное
обеспечение содержит операционную
систему программирования. Драйверы
обеспечивают связь периферийных устройств,
например, измерительных средств с процессо-
ром, т.е. обеспечивают ввод-вывод сигналов.
Пакеты прикладных программ
обеспечивают выполнение процедуры сбора и
обработки данных в соответствии с методикой
определения характеристик станков.
С помощью программного обеспечения
могут быть реализованы различные уровни (А,
Б и В) автоматизации сбора и обработки дан-
ных, отличительным признаком которых явля-
ется способ ввода данных в ЭВМ (табл. 1.23.5).
1.23.3. ОЦЕНКА ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ТОЧНОСТИ
СТАНКОВ
Точность обрабатываемых деталей во
многом определяется геометрической точно-
стью станков, виды проверок которой пред-
ставлены в табл 1.23.6.
Термины, определяющие характер от-
клонений, методы и схемы измерений стан-
дартизованы )8, 9, 29. 30]. В нормативных
документах оговариваются допустимые преде-
лы изменения температуры окружающей сре-
ды и режимы функционирования станка.
1.23.4. Виды автоматизированных испытательных систем
Наименование Состав (рис. 1.23.1) Конструктивное оформление Назначение
1. Специализи- рованная испы- тательная уста- новка 1, 3,6-9 Приборная стойка Контроль и исследование станка по одной или нескольким трудоемким проверкам
2. Многофунк- циональный испытагел ы i ый комплекс 1, 3 - 10 Несколько приборных стоек Приемочные и исследо- вательские испытания по широкому набору пара- метров
3. Портативное средство измере иия и накопле- ния данных 1, 3, 6, 8, 9 Переносные блоки Оперативный контроль характеристик станков в цеховых условиях
4 Стенд для контроля и об- катки станка 1 - 3,6-9 Приборный шкаф или стойка Управление технологиче- ским прогоном, кон- троль и диагностика станка с ЧПУ
5. Стенд для кошроля и об- катки станочных узлов 1-9 Приборный пульт и на- грузочные устройства, устанавливаемые на стен- де Управление процессом обкатки, контроль и диагностика станочного у ала
720
Глава 1.23. ИСПЫТАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
1.23.5. Уровни автоматизации сбора и обработки данных при испытаниях
Обозначение уровней Отличительные признаки Автоматизируемые операции
А Ввод данных с клавиатуры Математическая обработка данных измерений Формирование и распечатка протоко- лов испытаний
Б Ввод данных по командам с клавиатуры или с дистанцион- ного устройства Операции уровня А Считывание показаний измеритель- ных приборов
В Виод данных по командам, формируемым в ЭВМ Операции уровня Б: Формирование команд на считывание показаний измерительных приборов
1.23.6. Виды проверок геометрической точности станков
Группа проверок Вид проверки
Точность вращения Радиальное биение поверхности и оси вращения Осевое биение Торцовое биение
Прямолинейность траек- тории перемещения Прямолинейность перемещения
Точность взаимного рас- положения плоскостей, осей и траекторий 11араллельность плоскости Перпендикулярность оси и плоскости Перпендикулярность осей Пересечение двух взаимоперпендикулярных осей Соосность Одновысотность осей относительно плоскости Взаимная перпендикулярность направлений перемещений Перпендикулярность направления перемещения к плоскости или оси Параллельность направления перемещения к плоскости или оси Взаимная параллельность направлений перемещений Постоянство расстояний между траекторией перемещения и плоскостью
Точность координатных перемещений Точность линейного позиционирования Точность углового позиционирования
Точность взаимосвязан- ных движений Точность двух взаимосвязанных линейных движений Точность двух взаимосвязанных вращательных движений Точность линейного и вращательного взаимосвязанных движе- ний
ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ОТРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ
721
1.23.4. ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ
Точность обработки характеризуется ве-
личинами погрешностей, образующихся при
обработке деталей. Укрупненно погрешности
обработанных деталей можно разделить на
четыре вида: погрешности размеров, формы,
расположения и шероховатость поверхностей.
Термины и определения этих погрешностей,
как правило, стандартизованы.
Оценка точности станков по результатам
обработки образцов-изделий является приори-
тетной по сравнению с геометрической точно-
стью станков [8, 29], так как находится ближе
к реальным условиях обработки.
Конструкция стандартных
образцов-изделий (табл. 1.23.7) выби-
рается в соответствии с технологическим на-
значением испытываемых станков по ГОСТ
25443-82. С целью уменьшения износа инст-
румента на обрабатываемых поверхностях об-
разцов-изделий выполняют пояски, канавки,
полосы и платики. Образцы-изделия могут
быть сборными и включать отдельные части.
В . станках с числовым программным управле-
нием, многоцелевых станках и гибких произ-
водственных модулях предпочтение отдается
образцам, отличающимся высокой концентра-
цией различных элементов поверхностей.
Если станок имеет несколько рабочих
органов, несущих обрабатываемую заготовку
или режущий инструмент, то обработке под-
лежат образцы-изделия, установленные на всех
рабочих органах, инструментом, закрепленным
на всех рабочих органах
Точность заготовок образцов-изделий
должна быть не более, чем в 1,6 раз грубее дан-
ной точности обработанных образцов-изделий.
К точности базовых поверхностей заготовки
предъявляются те же требования, что и к точ-
ности окончательно обработанных контроли-
руемых поверхностей.
Основными проверками образцов, приме-
няемых на станках для обработки тел враще-
ния, являются проверки цилиндричности, круг-
лости и профиля продольного сечения. Вместо
этих проверок, особенно при достаточно
больших отклонениях (больших 5 мкм), ши-
роко применяют более простые проверки по-
стоянства диаметров в любом сечении, попе-
речном и продольном сечениях.
В токарных и карусельных станках с
ЧПУ для контроля стабильности обработки
обрабатывают образец с несколькими одина-
ковыми ступенями. У токарных станков для
контроля точности обработки прямолинейных
траекторий под различными углами к осям
координат проводят обработку7 пологих
(3° - 6°), крутых (84° - 87°) конусов и конуса с
углом 45°; для контроля точности обработки
круговых траекторий - обработку образцов,
содержащих элементы окружности.
Образцы-изделия, предназначенные для
испытания станков, обрабатывающих корпус-
ные детали и работающих в декартовой систе-
ме координат, имеют, как правило, прямо-
угольную форму и у них проверяют точность
обработки плоскостей, их положения относи-
тельно основания и относительно друг друга.
В станках для обработки корпусных дета-
лей, оснащенных системами отсчета коорди-
нат, проводится контроль точности межосевых
расстояний обрабатываемых отверстий. В
многоцелевых станках, оснащенных ЧПУ по
каждому направлению осей координат
(стороны А, В, Cr D), обрабатывают по пять
отверстий. Для выявления всех видов погреш-
ностей подвод инструмента к каждому отвер-
стию осуществляется перемещением образца-
изделия (или инструмента) одновременно по
обоим координатам с одинаковыми скоростя-
ми (под углом 45° к линии центров отвер-
стий). По результатам измерения могут быть
определены четыре вида погрешностей обра-
ботки, соответствующих четырем параметрам
точности позиционирования.
Для сверлильно-фрезерно-расточных
станков обработка сложных и тяжелых образ-
цов-изделий может быть заменена проверкой
без резания. При этом на стол станка устанав-
ливают точный цилиндрический шаблон, а в
шпиндель - датчик, который по программе
совершает круговой обход шаблона. В расточ-
ных станках с поворотным столом дополни-
тельно проверяют соосность двух отверстий,
расточенных до и после поворота стола на
180°. В станках, служащих для окончательной
обработки, например, шлифовальных, допол-
нительно контролируют параметры шерохова-
тости обработанной поверхности. Для контро-
ля стабильности обработки на автоматах про-
водят проверку постоянства размеров образ-
цов-изделий в партии.
Анализ факторов, влияющих на точность
обработки. Точность обработки деталей на
металлорежущих станках зависит от большого
числа сложно взаимодействующих факторов. В
обобщенном виде схема формирования по-
грешностей в процессе обработки деталей на
станках с ЧПУ показана на рис. 1.23.2 с пояс-
нениями связей и вносимых погрешностей
(табл. 1.23.8).
Оценку точности обработки при испыта-
нии станков обычно проводят поэтапно. Сна-
чала в статическом состоянии и на холостом
ходу определяют геометрическую точность
станка, охватывающую связи 1 - 5 и частично
6, 7, 9 и 10 (см. рис. 1.23.2). Затем обрабаты-
вают образцы-изделия, на точность которых
влияют погрешности связей 1 - 15. С целью
анализа и дополнительного контроля опреде-
ляют статические, динамические и тепловые
деформации станка, инструмента и заготовки,
присутствующие в связях 4-10. 1
1.23.7. Образцы-изделия для контроля точности станков
Тип станков Вид образцов-изделий Материал образцов-изделий Вид проверки
1 2 3 4
Токарные 4 Г Сталь, чугун, латунь Круглость или постоянство диаметров в поперечном сечении, профиль продольного сечения или постоянство диаметров в продольных сечениях, цилиндричность или постоянство диаметров в любых сечениях
4 Сталь, чугун Прямолинейность поверхности
1 j— Сталь повышенной обрабатываемос- ти резанием, латунь Постоянство размеров в партии
\ ‘ i ) i_j Чугун, сталь Постоянство размеров нескольких одинаковых ступеней у одного образца- изделия
Точность фасонного профиля (для станков с контурными устройствами ЧПУ)
Фрезерные, строгальные, горизонталь- но-расточные eC Сталь, чугун, алюминиевый сплав Прямолинейность поверхностей, параллельность поверхностей друг другу и плоскости основания, перпендикулярность поверхностей
Расточные и сверлильные с ЧПУ ф- -& Сталь, чугун, алюминиевый сплав Точность межосевых расстояний, параллельность осей отверстий (для горизонтальных и расточных станков)
Расточные То же Круглость наружных И внутренних цилиндрических поверхностей, постоянство диаметров в продольных сечениях, цилиндричность, соосность наружных и
внутренних цилиндрических поверхностей, перепендикулярность оси отверстий торцовой поверхности
Глава 1.23. ИСПЫТАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Продолжение табл. 1.23.7
1 2 3 4
Сверлильно- фрезерно- расточные г То же Точность контурной обработки Параллелепипеды 1, 3: прямолинейность, перпендикулярность и параллельность поверхностей, углы между сторонами 1 и 2, 1 к 3. Цилиндрические поверхности 4 и 5: круглость, цилиндричность и соосность
Чугун, алюминиевый сплав, сталь Точность межосевых расстояний, определяемая
параметрами по направлениям по осям к X хюрдинат г
1) точностью одностороннего позиционирова- ния + (^max “ -*тпт)х (•^лтах ’ *гпш)с (Утах “ Утш)1? (Утах _ .Emin)/)
2) точностью двухстороннего позиционирова- ния (Лтах " ^тпзпУлС (Утах ’ Утш)1У)
3) повторяемо- стью односторон- него позициони- рования 4- (Хтах ~ xmin)o (Лтах ~ ^min)^ (Утах ’ Ут1п)л (Утах " Утт)с
4) средней зоной нечувствитель- ности Примечав и е: Xt Y - откп Ау В, Cf Z направления хт - среднее хтА ~ %тС онение положения - обозначение гр м координатных значение отклонен иг УтВ ~ УтВ центров отверстий, упп отверстий по перемещений,
ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ
Тип станков Вид образцов-изделий Материал образцов-изделий
Сверлильно- фрезерно- расточные То же
Кругло- и внутришли- фовальные 1 '///// Закаленная сталь
2. 3
Плоскошли-
фовальные
Закаленная,
улучшенная или
литая сталь,
чугун
(в зависимости
от размера
образцов)
Продолжение табл. 1.23.7
Вид проверки
Плоскость (прямолинейность поверхности)
Круглость наружной (/) и внутренней (2) поверхностей, плоскостности
(прямолинейности) торцовой поверхности (2, 3), шероховатость поверхности
Прямолинейность поверхности, параллельность поверхностей друг другу и
основанию, перпендикулярность поверхностей, шероховатость поверхностей
Параллельность и перпендикулярность поверхностей, круглость
Глава 1.23. ИСПЫТАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ
725
Рис. 1.23.2. Схема формирования погрешностей обработки на станках с ЧПУ
1.23.8. Связи между элементами схемы формообразования и вносимые ими погрешности
Связи между элементами Вносимые погрешности
1. Считывание программы формообразующих Ошибка расчета обрабатываемого профиля и
движений ввода программы
2. Управляющие сигналы Погрешности интерполяции и ошибки циф- роаналогового преобразования
3. Обратная связь по скорости и перемеще Погрешности измерения фактической ско-
НИЮ рости и перемещения
4. Движение рабочих органов приводов и Статические и динамические ошибки дви-
передаточных звеньев жений приводов Кинематические ошибки передаточных звеньев
5. Поддержание неподвижных элементов при Статические, динамические и тепловые де-
водов несущей системой формации несущей системы станка
6. Базирование заготовки Погрешности установки и деформации со- прягаемых поверхностей при зажиме и при резании
7. Базирование инструмента То же
8. Воздействие СОЖ Тепловые деформации заготовки, инстру- мента и несущей системы
9. Воздействие окружающей среды Тепловые деформации и вибрации несущей системы
10. Поддержание и направление движений Геометрические погрешности опор и на-
рабочих органов правпяющих. Вибрации, статические и теп- ловые деформации рабочих органов
11. Введение материала заготовки в зону ре- Неравномерности припуска и твердости
зания заготовки. Вибрации, статические и тепло- вые деформации заготовки при резании
3L*
Глава ЖЖ МСШЛГА
ШТАФШПтШСХЛ'АНКОВ
Продолжение табл. 1.23.8.
Связи между элементами
Вносимые погрешности
12. Введение режущей кромки инструмента в
зону резания
13 Обратная связь по износу инструмента
14. Фактическое формообразующее движение ’
15. Обратная связь по размеру детали
Вибрации, статические и тепловые деформа-
ции инструмента при резании. Износ и за-
тупление режущей кромки
Погрешности измерения износа инструмента
Суммарные погрешности относительного
движения заготовки и инструмента
Погрешности измерения обработанной дета-
ли
Для получения данных о вкладе каждой
погрешности в суммарную погрешность строят
балансы погрешностей обработки деталей,
которые должны быть ориентированы на кон-
кретные виды отклонений определенных ви-
дов обрабатываемых поверхностей.
Определение балансов погрешностей ос-
новных поверхностей проводят расчетно-
аналитическим методом (2, 21, 33, 34]. Снача-
ла определяют отдельные составляющие по-
грешности в зависимости от факторов, обу-
словливающих их появление, а затем сумми-
рованием всех составляющих погрешностей
находят общую суммарную погрешность обра-
ботки. Начальный отбор факторов проводят
экспертно с использованием схем формообра-
зования погрешностей (см. рис. 1.23.2 и
табл. 1.23.8), но конкретизированных для оп-
ределенных видов основных злеметарных по-
верхностей.
Величины суммарной погрешности и от-
дельных составляющих определяют экспери-
ментально при испытаниях станка. Приведе-
ние отдельных составляющих, с одной сторо-
ны, в зону обработки, а с другой стороны, их
разложение на другие составляющие, поддаю-
щиеся конструктивному воздействию, осуще-
ствляют расчетом. Расхождение между факти-
ческой и расчетной величинами суммарной
погрешности служит показателем точности
расчетной модели. При большом расхождении
необходима доработка модели.
Статические деформации технологической
системы станок - инструмент - деталь сущест-
венно влияют на точность и производитель-
ность обработки.
Статическая податливость технологиче-
ской системы складывается из податливости ее
элементов: станка, инструмента и детали При
испытаниях обычно определяют жесткость
станков. Существуют различные методы опре-
деления жесткости станков. Наибольшее рас-
пространение получил метод статиче-
ского нагружения станка. При этом
на токарных, фрезерных, расточных и шлифо-
вальных станках между рабочими органами
станка, несущими инструмент и заготовку,
создают распорную силу и измеряют относи-
тельное смещение между ними. Сила должна,
действовать в направлении равнодействующей
сил резания, а измерения должны проводиться
в направлении нормали к обрабатываемой
поверхности для типовых условий обработки
(рис. 1.23.3, а) [8]. Для станков, работающих
мерным инструментом, например, сверлиль-
ных и протяжных, измеряются относительные
угловые смещения.
В качестве нагружающих средств обычно
используют динамометрические устройства с
винтовым или гидравлическим механизмом
нагружения, непосредственно контактирующие
с исполнительными органами станка
(рис. 1.23.4) (38, 40]. Нагружение проводят без
вращения шпинделя. Перед нагружением узлы
подводят в положение проверки в направле-
нии, противоположном нагружению.
Рис. 1.23.3. Схемы измерения жесткости токарного
станка:
а - при статическом нагружении динамометрическим
устройством, б - при резании ступенчатого припуска,
d - диаметр оправки, вставляемой в конусное
отверстие шпинделя, Р - нагружающие силы, а - угол
приложения силы, 1 - нагрузочное устройство,
2 - динамометр, 3 - вспомогательная державка;
4 - датчик относительного перемещения;
5 - резцедержанка станка
ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ
727
Рис. 1.23.4. Схема измерения жесткости сверлильного
станка:
Р - нагружающие силы, L - расстояние между
датчиками, 1 - шпиндель, 2 - датчики относительных
перемещений, 3 - нагрузочное устройство,
4 - динамометр, 5 - стол
Приближение к реальным условиям об-
работки, которым соответствует вращение
шпинделя, осуществляют с помощью бескон-
тактных электромагнитных вибраторов путем
создания в них постепенно нарастающей силы,
действующей между вибратором и вращаю-
щейся оправкой [15, 31].
Методы определения жест-
кости станков при резании дают
наибольшее приближение к условиям обработ-
ки деталей [40, 43]. При этом проводят реза-
ние ступенчатого припуска, определяют вели-
чину ступеньки (2 - h после одного прохода
(рис. 1.23.3, б)
A = i(01-02)
и рассчитывают жесткость системы:
той (порядка 10 - 30 Гц). На указанной часто-
те амплитуды колебаний узлов станка можно
считать близкими к статическим смещениям.
Измерение колебаний проводят пьезодатчи-
ком, переносимым из одной точки в другую
по заранее намеченной схеме. Фаза вибросме-
щений определяется относительно опорного
сигнала, в качестве которого используют сиг-
нал динамометра вибратора, создающего коле-
бания в рабочей зоне станка.
Методом, позволяющим получить каче-
ственную картину статических деформаций
станка, в том числе во время резания, является
метод снятия голограмм [40]. По этому методу
с помощью анализа интерференционных по-
лос можно выявить места станка с наиболь-
шими деформациями.
Вибрации на холостом ходу и при резании.
При испытании шлифовальных, расточных и
фрезерных станков используют метод контро-
ля относительных колебаний при резании,
который состоит в обработке образцов-
изделий и измерении их кругло1рамм. Для
оценки и анализа волнистости плоских по-
верхностей используют профилометры.
Между амплитудами вынужденных отно-
сительных колебаний при резании и при холо-
стом ходе А^х существует взаимосвязь [24]:
где Лзн - модуль вектора, определяемый путем
построения передаточной функции разомкну-
той системы, включающей упругую систему
стайок-инструмент-деталь и процесс резания.
Для малых частот колебаний (примерно
до 30 Гц):
Ан = 1 + 5г,
A v f
где 5* - подача на оборот, мм; v - скорость
резания, мм/мин; Ц,, Ар, у, п и х - коэффи-
циенты и показатели степени, зависящие от
условий резания, которые определяют по таб-
лицам для радиальной силы Ру [36]
Если из величины А вычесть величину
отжатия детали F во время обработки, то мож-
но выделить жесткость части упругой системы
станка, несущей инструмент. Дальнейший
анализ с выявлением наиболее податливых
элементов станка возможен путем составления
балансов податливости. Для этой цели приме-
няют квазистатический метод определения
форм колебаний станка [24, 40]. Метод состо-
ит в определении соотношений амплитуд ко-
лебаний в различных точках станка, возни-
кающих под воздействием переменной силы,
действующей в зоне обработки с низкой часто-
где 8 - статическая податливость системы ста-
нок-инструмент-деталь, а г - статический ко-
эффициент резания или жесткость резания,
выражаемая отношением
где Alj - приращение радиальной силы:
Ау - приращение глубины резания по норма-
ли к обрабатываемой поверхности.
Величина г может быть рассчитана для
различных условий обработки по справочным
данным [36] или определена эксперименталь-
но с помощью динамометрических устройств
для измерения сил резания [25, 28, 35].
Амплитуду колебаний Лхх на холостом
ходу или их совокупность на различных часто-
тах определяют экспериментально при испы-
Глава 1.23. ИСПЫТАНИЯ МЕ1АЛЛОГЬЖУЩИЛ С1АШАЛ5
728
таниях и исследованиях станков. Для измере-
ния относительных колебаний рабочих орга-
нов станка, несущих инструмент и заготовку,
один из которых представляет собой вращаю-
щийся шпиндель, используют бесконтактные
датчики относительных колебаний. В упро-
щенном виде проводят контроль абсолютных
колебаний невращающихся рабочих органов
станка с помощью пьезодатчиков (рис. 1.23.5).
Для выявления основных возбудителей и
характера передачи колебаний в зону обработ-
ки измеряют уровни и частоты колебаний
различных узлов станка путем перестановки
датчика абсолютных колебаний. Кроме того,
осуществляют анализ (см. 1.23.8) возбудителей
колебаний станка.
Тепловые деформации станка, инструмен-
та и детали. Для высокоточного станочного
оборудования в общем балансе погрешностей
доля тепловых деформаций доходит до
40 - 70 % [12, 13, 37].
Методы испытания заключаются
в определении относительных линейных и
угловых смещений узла, несущего инструмент,
и узла, несущего обрабатываемую деталь, воз-
никающих в результате нагрева станка при его
работе на холостом ходу. Схема измерения
тепловых деформаций зависит от компоновки
станка (рис. 1.23.6).
Средства испытаний для кон-
трольной оценки тепловых деформаций станка
используют быстросъемные измерительные
средства, оснащенные микронными индикато-
рами, индуктивными или другими датчиками,
отвечающими требованиям ГОСТа 8-82 [8].
Для исследовательских испытаний при изме-
рении. температурных полей возможно приме-
нение термовизиров. Оснастка для вертикаль-
но-фрезерных станков (рис. 1.23.6, и), токар-
ных и токарно-винторезных станков (рис.
1.23.6, 6) включает в себя измерительный
диск, устанавливаемый соосно со шпинделем,
и быстросъемную державку с измерительными
приборами, закрепляемую на шпинделе. Диск
имеет точные цилиндрический и плоский
кольцевой измерительные пояски. Оснастка
для расточных и фрезерных станков (рис.
1.23.6, в) включает в себя оправку с измери-
тельными приборами, устанавливаемую в
шпиндель станка, и контрольный диск с точ-
ными торцовой и боковой поверхностями,
укрепленный на угольнике.
Рис. 1.23.5. Схема измерения колебаний
круглошлифовального станка:
1, 2 - датчики абсолютных колебаний,
3 - шлифовальная бабка, 4 - оправка,
5 - передняя бабка, 6 - задняя бабка
Рис. 1.23.6. Схемы измерения тепловых деформаций:
а - вертикально-фрезерных станков,
б - токарных и токарно-винторезных станков,
в - расточных и фрезерных станков
Условия, режимы. Перед испыта-
ниями станок не должен работать в течение не
менее 16 ч. Колебания температуры окружаю-
щей среды не должны составлять более чем
± (0,5 - 1,0)° С в течение 1 - 2 ч в зависимости
от точности и размеров станка. Начальными
измерениями являются измерения "холодного”
станка. Шпинделю сообщают медленное вра-
щение и проводят отсчет показаний приборов
в четырех угловых положениях через 90°. За-
тем съемную часть оснастки снимают со стан-
ка и шпиндель приводят во вращение с задан-
ной скоростью. При контрольных испытаниях
скорость вращения выбирают равной мини-
мальной, средней и максимальной в диапазоне
скоростей станка. По истечении заданного
интервала времени станок выключают и
измерения повторяют. Испытания ведут до
стабилизации тепловых смещений. Стабилиза-
ция теплового смещения определяется тем, что
дальнейшее измерение смещения на протяже-
нии следующего интервала измерений не пре-
вышает 10 % от достигнутого смещения для
станков класса Н и П и 5 % для станков клас-
са В и А. Максимальные значения относи-
тельных угловых и линейных тепловых смеще-
ний оси шпинделя и время их стабилизации
являются тепловыми характеристиками станка.
1.23.5. ОЦЕНКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ СТАНКА ПРИ
МАКСИМАЛЬНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ
Проверка работоспособности станка при
наибольшей мощности и наибольшем крутящем
моменте. Работоспособность станка при реза-
нии с наибольшей мощностью и с наи-
большим крутящим моментом характеризует
ОЦЕНКА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНКОВ
729
предельно достижимое значение производи-
тельности резания на черновых и получисто-
вых операциях. При этом действуют ограниче-
ния, связанные с приводом главного движения
и прочностью элементов несущей системы
станка.
Под работоспособностью станка понима-
ется безотказность его работы при регламенти-
рованном качестве обработанных деталей.
Метод проверки работоспо-
собности при наибольшей мощности
(моменте) привода главного движения состоит
в том, что на станке проводят типичную для
него обработку с режимами, обеспечивающи-
ми достижение или кратковременное превы-
шение номинальной мощности (момента)
двигателя главного движения.
Во время испытаний измеряют мощ-
ность, потребляемую двигателем главного
движения, и частоту вращения шпинделя.
Измерения проводят во время резания и на
холостом ходу, а также определяют параметры
шероховатости обработанной поверхности или
уровень вибрации во время обработки.
Результаты проверки используют для
оценки качества изготовления и сборки станка
при приемо-сдаточных испытаниях, а также
для оценки производительности станка при
приемочных испытаниях (см. 1 23.6).
Проверка устойчивости процесса обработ-
ки при регламентированных условиях резания.
Проверку устойчивости осуществляют как при
испытаниях новых станков с целью оценки
конструктивных решений, так и при испыта-
ниях серийной продукции с целью проверки
качества изготовления станка (23].
Метод проверки устойчиво-
сти процесса обработки на
станке состоит в создании условий резания
с регламентированной шириной стружки и
при контроле отсутствия интенсивного роста
колебаний.
Устойчивость токарных и фрезерных
станков оценивают одним из двух способов:
по уровню абсолютных колебаний на
шпиндельной бабке;
по параметрам шероховатости
(волнистости) обработанной поверхности.
При первом способе проверки датчик аб-
солютных колебаний устанавливают на шпин-
дельную бабку около переднего подшипника.
Устанавливают регламентированную глубину
резания и проводят обработку заготовки. При
резании фиксируют амплитуду виброскорости.
При втором способе проверки после ре-
зания с регламентированной глубиной заго-
товку снимают со станка и определяют пара-
метры шероховатости обработанной поверхно-
сти на профилографе.
Проверка работоспособности при наи-
большей частоте вращения. Работоспособность
станка при наибольшей частоте вращения
шпинделя характеризует производительность !
обработки при чистовых операциях при малых
диаметрах обработки и при использовании
сверхтвердых режущих инструментов.
Основными показателями безотказной
работы в данной проверке являются:
температуры нагрева шпиндельных под-
шипников;
уровень вибраций шпиндельной бабки;
параметры шероховатости и волнистость
обработанной поверхности детали-образца.
Метод проверки состоит в том,
что на станке проводят обработку заготовки на
чистовых высокоскоростных режимах.
1.23.6. ОЦЕНКА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНКОВ
Методы оценки производительности стан-
ков при испытаниях. При испытаниях станков
экспериментально определяют компонент
технической производительности QM, назы
ваемый штучной (или цикловой) часовой про
извод ительностью.
где - время резания, мин; /х - время вспо-
могательных операций, не совмещенных с
обработкой, мин.
Внецикловые потери, связанные с отка-
зами станка, определяют при его испытаниях
на надежность.
Для специальных и специализированных
станков (станки-автоматы и полуавтоматы,
автоматические линии и др.) применяют абсо-
лютный метод оценки производительности.
Для универсальных станков, в том числе
станков с ЧПУ, применяют следующие срав-
нительные методы оценки производительно-
сти:
метод статистически представительных
деталей;
метод статистически представительных
элементов затрат времени;
метод статистически характерных по-
верхностей;
метод рабочих характеристик станка.
Оценка абсолютной цикловой производи-
тельности. Этот метод применяется при испы-
таниях специальных или специализированных
станков, предназначенных для обработки од-
нотипных деталей. Испытания проводят путем
хронометрирования времени цикла обработки
партии деталей. Число деталей должно быть не
менее часовой производительности станка npi
100%-ной загрузке. Штучная производитель’
ность принимается равной среднему значе
нию, измеренному для партий деталей.
Для переналаживаемых станко!
(автоматы, полуавтоматы) испытания проводя]
не менее чем для трех различных деталей
730
Глава 1.23. ИСПЫТАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
минимальной, средней и максимальной дли-
тельностью цикла. Длительность цикла опре-
деляют с помощью секундомеров или с ис-
пользованием автоматизированных средств.
Оценка производительности по статисти-
чески представительным деталям. Основой
метода являются статистические данные о де-
талях, обрабатываемых на исследуемом станке.
Совокупность деталей, характеризующая об-
ласть применения станка, заменяется несколь-
кими статистически представительными дета-
лями (СПД) [5]. Под СПД понимаются дета-,
ли, геометрические и технологические пара-
метры которых являются средневзвешенными
для группы деталей, обладающих основными
признаками. В качестве основных выбирают
конструктивно-технологические признаки,
которые существенно влияют на использова-
ние технических возможностей сравниваемых
станков. Например, для токарных станков -
наличие фасонных или конусных поверхно-
стей, отверстий, жесткость детали и т.п. Для
сверлильных станков - сквозные или глухие
отверстия, высокоточные отверстия, для обра-
ботки которых требуются последовательно
работающие инструменты, а также точность
взаимного расположения осей отверстий в
деталях и т.п.
Испытания станка на производитель-
ность включают следующие этапы:
1) определение количества q СПД и их
заготовок;
2) определение весомости каждой
СПД;
3) выбор режущего, вспомогательного
инструмента и технологической оснастки;
4) составление технологических процес-
сов обработки представительных деталей;
5) составление управляющих программ
для обработки представительных деталей;
6) наладку станка на обработку деталей;
7) обработку деталей;
8) измерение деталей;
9) расчет показателей производительно-
сти.
Количество q СПД выбирают возможно
меньшим, но таким, чтобы характеризовать
область применения станка и отразить воз-
можные виды обработки (обычно q < 10).
Статистической весомостью детали-
представителя является определяемая стати-
стическим путем доля времени занятости
станка обработкой деталей представительной
группы, обладающей признаком h.
Обработка представительных деталей вы-
полняется режущим инструментом, входящим
в комплектацию станка. Рекомендации по
выбору режущего инструмента даны в [8]. Ис-
пользуется технологическая оснастка, входя-
щая в комплектацию станка. Допускается ис-
пользование стандартизованной универсаль-
ной оснастки. Для сравниваемых вариантов
станков следует использовать одинаковую схе-
му базирования и однотипную оснастку, если
это допускает конструкция станков.
Технологический процесс обработки де-
талей на новом (испытуемом) станке состав-
ляют на основе техпроцесса обработки на ба-
зовом станке. Корректируют режим обработки
для операций, на которых ожидается повыше-
ние производительности.
Выбор типа и размеров заготовок для
представительных деталей (с определением
припусков на обработку) в зависимости от
типа производства и рекомендуемых условий
эксплуатации станка производится согласно
[8]. Для сравниваемых станков, как правило,
используют однотипные заготовки. Режимы
резания назначают в соответствии с нормати-
вами [8].
Обработку деталей обычно выполняют в
два прохода: черновой и чистовой.
Управляющие программы разрабатыва-
ются в соответствий с рекомендациями [8] и
инструкцией по программированию на испы-
туемый станок.
При обработке каждой представительной
детали хронометрированием определяют цик-
ловое время
7’= /р + /х.
Средний коэффициент повышения про-
изводительности используемого станка по
сравнению с базовым определяют как отноше-
ние средних времен обработки на базовом и
испытуемом станках.
Измеряют точность размеров, отклоне-
ния формы и параметры шероховатости по-
верхностей, точность, взаимное расположение
поверхностей, указанных на чертежах предста-
вительных деталей. Если полученные парамет-
ры точности деталей не соответствуют задан-
ным, то корректируют техпроцесс обработки и
испытания повторяют для той детали, для
которой параметры точности вышли за допуск.
Оценка производительности по статисти-
чески представительным элементам затрат вре-
мени. Для ряда станков (фрезерные, расточ-
ные, многооперационные) конструирование
СПД вызывает трудности, связанные с множе-
ством признаков группирования деталей. В
этом случае используют метод статистически
представительных элементов затрат времени,
который требует статистических данных о
структуре штучного времени обработки дета-
лей.
Повышение производительности вследст-
вие сокращения элементов основного времени
составит
ОЦЕНКА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНКОВ
731
где Kq - доля основного времени в штучном;
POi - доля сокращаемого /-го элемента време-
ни в основном времени; А/о/ - величина со-
кращения /-го элемента времени; /0 баз i ~ ос“
новное время для базового станка; т - число
сокращаемых элементов затрат времени.
Повышение производительности за счет
сокращения элементов вспомогательного вре-
мени Хв определяется по формуле для %о.
Суммарное изменение производительно-
сти испытуемого станка по сравнению с базо-
вым:
X = Хо Хв-
При испытаниях станков хронометриру-
ют фактическое время выполнения сокращае-
мого элемента времени на испытуемом и базо-
вом станках.
Оценка производительности по статисти-
чески представительным поверхностям. Метод
базируется на статистике затрат времени на
обработку характерных видов поверхностей. В
основу подхода положен принцип соблюдения
единства технологических схем обработки по-
верхностей одинаковой формы с учетом раз-
меров, точности, качества поверхности и их
взаимного расположения.
Обрабатываемые поверхности сложных
корпусных деталей подразделяют на виды:
плоскости; пазы; основные, резьбовые, вспо-
могательные отверстия. Каждый вид поверхно-
сти разбивают на размерные диапазоны.
При испытаниях на новом и базовом
станках выполняют обработку однотипных
поверхностей, на которых ожидается сокраще-
ние времени обработки и производят измере-
ния фактических значений времени обработки
поверхностей.
Оценка производительности по рабочим
характеристикам станка. Сравнение станков
выполняется по одной из составляющих об-
щей производительности станка, связанной с
процессом съема стружки с обрабатываемой
заготовки и называемой производительностью
Q резания [32]. Производительность резания
является функцией режимов резания (/, S и V);
при точении
e=v5/,
при фрезеровании
Q = / D
где (. ф - ширина фрезерования; D - диаметр
фрезы.
Сравнение станков проводится по вели-
чине средневзвешенного значения производи-
тельности резания, зависящего от условий
обработки:
/=1
где Qi - производительность резания при /-м
условии обработки; А/ - вероятность /-го усло-
вия при эксплуатации станка; пс - общее чис-
ло рассматриваемых условий обработки.
Производительность резания может ог-
раничиваться, с одной стороны, технологиче-
скими характеристиками процесса обработки,
а с другой -рабочими характеристиками (РХ)
станка.
Наиболее вероятными технологическими
ограничениями являются:
стойкость и прочность режущего инстру-
мента;
ширина режущей, кромки;
величина припуска на заготовке;
шероховатость обработанной поверхно-
сти, вызванная движением формообразования;
нагрев подшипников шпинделя;
статическая жесткость технологической
системы;
уровень вибраций при устойчивом реза-
нии.
Предельно достижимое значение произ-
водительности резания при совокупном дейст-
2 = пйп|2(^|, / =
где Лу - количество рассматриваемых техно-
логических ограничений.
Это означает, что технологические режи-
jmjol pvoanzui
v = min|v^|;5 =
РХ станка, которые могут привести к ог-
раничению производительности резания, глав-
ным образом, являются:
максимальная допустимая мощность на
шпинделе;
максимальный допустимый крутящий
момент на шпинделе;
устойчивость процесса резания на станке;
диапазон частот вращения шпинделя.
Предельно допустимое значение произ-
водительности резания получаемое • при
рассмотрении только одной РХ, называется
частным значением производительности по
данной РХ. Общее значение производительно-
сти, достигаемое при действии всех РХ,
Q = min[6w
Г=
э
»1
732
Глава 1.23. ИСПЫТАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
1.23.9. Методы оценки производительности станков
Метод Достоинства Недостатки Рекомендации по применению
Статистически представленных деталей Не требует слож- ной и дорого- стоящей аппарату- ры Сложность разработки СПД. Необходима разра- ботка техпроцесса обра- ботки СПД на станке. Не дает диагностической информации по совер- шенствованию станка Для сравнительных приемочных испытаний токарных станков. Для получения данных для технико-экономических расчетов
Статистически представленных элементов затрат времени Не требует слож- ной аппаратуры. Не требует разра- ботки СПД Необходимы данные хронометражных наблю- дений затрат времени на отдельные операции. Дает ограниченную диаг- ностическую информа- цию Для оценки эффектив- ности мероприятий по сокращению вспомога- тельного времени
Статистически характерных поверхностей Не требует слож- ной аппаратуры. Рассматриваемые детали могут иметь сложную форму Необходимы данные по загрузке станка при об- работке различных видов поверхностей. Дает огра- ниченную диагностиче- скую информацию Для оценки эффектив- ности применения но- вых режущих материа- лов на станках с ЧПУ, предназначенных для обработки сложных корпусных деталей
Рабочих характе- ристик Дает большую диагностическую информацию по совершенствова- нию конструкции станка Требует сложной аппара- туры Элементы метода ис- пользуют при приемоч- ных и приемо- сдаточных испытаниях станков. Для исследо- вания станков с целью совершенствования конструкции и выявле- ния путей повышения производительности
Рекомендации по применению методов
оценки производительности станков приведе-
ны в табл. 1.23.9, где указаны достоинства и
недостатки описанных выше методов оценки
производительности резания на станках и воз-
можные области их применения.
1.23.7. ИСПЫТАНИЯ СТАНКОВ НА НАДЕЖНОСТЬ
Методы испытаний станков на надеж-
ность. Испытания на надежность опытных
образцов. Периодические испытания серийно
выпускаемых станков проводят в процессе
определительных испытаний (см. табл. 1.23.1)
на заводе-изготовителе, в процессе подкон-
трольной эксплуатации. Продолжительность
испытаний опытных образцов на надежность
определяется временем, необходимым для
количественной оценки регламентируемых
показателей надежности с заданной довери-
тельной вероятностью.
Продолжительность периодических ис-
пытаний определяется в зависимости от зна-
чения контролируемых показателей надежно-
сти и количества одновременно обследуемых
станков данной модели [26].
Приемо-сдаточные испытания на надеж-
ность серийно выпускаемых станков выпол-
няются в два этапа. На первом этапе проводят
обкатку (технологический прогон) каждого
выпускаемого станка. В процессе технологиче-
ского прогона станок работает на холостом
ходу по управляющей тест-программе (УТЛ) с
целью выявления и устранения дефектов сбор-
ки (изготовления) станка, вызывающих прира-
боточные отказы. Сложные высокоавтомати-
зированные станки (станки с ЧПУ, РТК и
ГПМ) дополнительно проходят контрольные
испытания на безотказность (второй этап
приемо-сдаточных испытаний). Контрольные
испытания на безотказность также проводят на
холостом ходу при непрерывной работе по
ИСПЫТАНИЯ СТАНКОВ НА НАДЕЖНОСТЬ
733
УШ, с помощью которой проверяются все
функциональные возможности станка, преду-
смотренные в технических условиях. Продол-
жительность контрольных испытаний на без-
отказность определяется исходя из значений
показателей безотказности, а также принятых
значений риска изготовителя и риска потреби-
теля [26]. Станок считается принятым в том
случае, если в течение времени испытаний
отказов не происходит.
Эксплуатационные исследования надеж-
ности проводят для выявления узлов и уст-
ройств, лимитирующих надежность станков.
Исходными данными для оценки надеж-
ности станков являются: наработка станков за
период обследования; перечень отказов с ука-
занием причин и времени их возникновения;
время восстановления работоспособности
станков; время на плановое техническое об-
служивание станков; номинальный фонд рабо-
чего времени станков за период наблюдений.
Наработка станков в процессе эксплуатации
определяется суммарным временем их работы
за период обследования. Наработка станков с
ЧПУ определяется суммарным временем рабо-
ты по всем управляющим программам (УП) за
период наблюдений.
При проведении эксплуатационных ис-
следований надежности станков учитываются
все виды отказов за исключением отказов,
которые возникают в результате нарушения
установленных правил и условий эксплуата-
ции, а также нормального хода технологиче-
ского процесса, не связанного со станком
(локальные повышения твердости заготовок,
припуска и т.д.). Время восстановления рабо-
тоспособности станка из-за отказа определяет-
ся временем, затраченным на обнаружение,
поиск причин и устранение последствий отка-
за.
Выбор станков для проведения эксплуа-
тационных исследований их надежности про-
изводится с учетом следующих требований:
станки должны работать в основном производ-
стве; эксплуатация станков должна быть орга-
низована в две смены.
Оценка продолжительности периода при-
работочных отказов станка. Начальный период
эксплуатации сложных высокоавтоматизиро-
ванных станков с ЧПУ характеризуется высо-
кой интенсивностью отказов [3].
Определение зависимости интенсивности
отказов от продолжительности эксплуатации
станка позволяет установить продолжитель-
ность периода приработки станка, выявить и
устранить приработочные отказы с заданной
вероятностью Рпр. Исходными данными для
расчета периода приработки /пр являются по-
следовательности интервалов времени безот-
казной работы. Вероятность безотказной рабо-
ты станка (устройства) после окончания пе-
риода приработки Г„р, определяется выраже-
нием [39]:
Р(/3) = ехр
*пр + /3
J
где /3 - заданная наработка на отказ контроли-
руемого изделия; со(/) - функции распределе-
ния параметра потока отказов; t - текущее
время.
При этом (О (О = exp(-ccZ) + bo,
где bi - параметр потока отказов, обусловлен-
ный наличием дефектов изделия; a - коэффи-
циент, характеризующий скорость процесса
приработки, определяемый опытным путем;
/>0 - установившийся после периода приработ-
ки параметр потока отказов, к которому асим-
птотически приближается функция <о(/).
Обкатку основных систем и узлов станка
проводят для контроля соответствия их пара-
метров регламентированным значениям, а
также для устранения приработочных отказов.
Продолжительность систем и узлов может
быть уменьшена за счет следующих факторов:
а) повышения интенсивности работы,
сокращения времени простоев;
б) увеличения нагрузок при обкатке узла
(устройства).
Технологический прогон станка проводят
на стенде, обеспечивающим его работу в авто-
матическом режиме. Станок должен работать
на холостом ходу по специальной тест-
программе, обеспечивающей проверку всех
функциональных возможностей станка, в том
числе выполнение следующих функций: зажим
заготовки, имитация обработки детали слож-
ной формы, режим частых пусков и остановов
шпинделя, частые разгоны и торможения при-
водов подач, смена инструментов по всем по-
зициям, разжим детали.
Продолжительность технологического
прогона определяется следующим выражени-
ем:
Т
1 т.пр
^прауп
^инт
где Ккт — Душ / R, Ryni - общее число ко-
манд в управляющей тест-программе (УШ),
деленное на продолжительность УТП; R -
общее число команд в управляющей програм-
ме (УП) обработки типовой детали, деленное
на продолжительность УП; a = Ку^ н / Куп т. i
н - отношение времени работы станка по
УП к номинальному фонду времени при нор-
мальных условиях эксплуатации станка;
Глава 1.23. ИСПЫТАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Хупт. - отношение времени работы по УТК к
времени технологического прогона станка
(Аул-г. = D-
Все отказы, возникающие в процессе
технологического прогона станка, фиксируют.
Время, затраченное на восстановление работо-
способности, не учитывают.
1.23.8. ОЦЕНКА ШУМОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СТАНКОВ
Шумовые характеристики металлорежу-
щих станков определяют, с одной стороны,
экологическую обстановку в производственном
помещении, с другой - качество изготовления
и сборки деталей и узлов самих станков.
Методы и средства контроля шумовых ха-
рактеристик станков. В качестве стандартных
основных шумовых характеристик станков
установлены следующие [10, 27, 41]:
октавные и корректированный уровни
звуковой мощности;
октавные уровни звукового давления и
уровни звука на рабочем месте оператора.
Помимо этих характеристик могут уста-
навливаться дополнительные, например, уро-
вень звука в наиболее шумной точке на рас-
стоянии 1 м от поверхности станка, или ок-
тавные уровни звукового давления и уровни
звука в контрольных точках, располагаемых в
местах наиболее частого присутствия персона-
ла, которые назначаются при проверке шумо-
вых характеристик автоматических линий,
занимающих целые помещения.
Методы определения октавных и коррек-
тированных уровней звуковой мощности стан-
дартизованы [8].
Измерения шумовых характеристик в ок-
тавных полосах частот проводят при приемоч-
ных и периодических испытаниях. При прие-
мо-сдаточных испытаниях и испытаниях уста-
новочной серии обычно ограничиваются ис-
пользованием корректированной частотной
характеристики А шумомера, моделирующей
особенности восприятия шума человеческим
ухом. В качестве аппаратуры для измерения
уровней звука и октавных уровней звукового
давления используются шумомеры 2-го класса
по ГОСТ 17187-81.
При выборе условий проведения измере-
ний шумовых характеристик большое значение
имеет режим работы контролируемого станка.
В отечественных стандартах предусматривается
контроль на холостом ходу при наибольших
рабочих скоростях всех приводов, одновре-
менно работающих в процессе рабочего цикла,
и контроль под нагрузкой при типовых усло-
виях эксплуатации [10]. Под типовыми пони-
маются статистически наиболее распростра-
ненные условия. В зарубежных стандартах
режимы работы станков могут устанавливаться
по согласованию с потребителями или указы-
ваться в самих стандартах для различных групп
станков.
Условия и виды проверяемых шумовых
характеристик при различных видах, испыта-
ний металлорежущих станков указаны в табл.
1.23.10.
1.23.10. Виды проверяемых шумовых характеристик станков
Режимы работы станка Нормируемые шумовые характеристики
L La Lp Lpa
Холостой ход - - ППИ ППИ, пси
Под нагрузкой ППИ ППИ, пси ППИ ППИ
Условные обозначения: L - октавные уровни звукового давления; La - уровень зву-
ка на рабочем месте оператора; Lp - октавные уровни звуковой мощности; Lpa - корректиро-
ванный уровень звуковой мощности; ППИ - приемочные и периодические испытания;
ПСИ - приемо-сдаточные испытания.
При измерении уровней звуковой мощ-
ности процедура разбивается на два этапа:
измерение уровней звукового давления в точ-
ках, располагающихся вокруг станка, по схе-
мам, определяемым ГОСТ 12.2.107-85, и пере-
счет этих данных по формулам, указываемым
в этом же стандарте. В формулах учитываются
габаритные размеры станка, помехи со сторо-
ны других источников шума, акустические
свойства помещения.
Допустимые значения шумовых характе-
ристик определяются, с одной стороны, ги-
гиеническими требованиями к рабочим мес-
там, которые определяются национальными
стандартами и в разных странах могут быть
разными (обычно в пределах 80 - 90 дБА), с
другой - коньюкгурой рынка, техническими
требованиями к качеству изготовления и сбор-
ки кинематических пар станка, которые непо-
средственно сказываются на виброакустиче-
ской активности оборудования.
Допустимые значения шумовых характе-
ристик отдельных станочных узлов назначают-
ся из условия получения шумовых характери-
ОЦЕНКА ШУМОВЫХ ХАРАКИМИГЙК СТАНКОВ
73$
стик станка после его сборки в пределах суще-
ствующих норм [19].
Методы и средства выявления источников
и причин шума в станках. Поиск эффективных
мер снижения шума станков осуществляется
путем получения картины распределения аку-
стической энергии по различным поверхно-
стям, отраничивающим контуры станка. Для
этого существует несколько способов [4, 7, 18].
1. Измерение октавных уровней звуко-
вого давления или уровня звука в ближнем
поле (на расстоянии до 100 мм от наружных
поверхностей станка) во множестве точек око-
ло станка. Поверхности, около которых обна-
руживаются наибольшие уровни звукового
давления или звука, являются наиболее интен-
сивными излучателями шума. Для оценки
процентного соотношения между звуковыми
энергиями, исходящими от различных поверх-
ностей, можно сравнивать между собой произ-
ведения площадей исследуемых поверхностей
на средние по площади и времени квадраты
звуковых давлений. Однако в этом способе
бывает трудно избежать влияния внешних
помех и со стороны соседних поверхностей.
2. Измерение с помощью акселерометра
виброскорости в октавных полосах или по
шкале А шумомера на поверхностях станка.
Наличие корреляционной связи между звуко-
вым давлением у поверхности и виброскоро-
стью позволяет использовать этот параметр
аналогично предыдущему способу. В этом
способ? акселерометр с помощью магнита,
клея или простым прижимом последовательно
устанавливают в различных точках поверхно-
стей. По результатам этих измерений опреде-
ляют средние по площади и времени квадраты
виброскорости для различных поверхностей,
по которым аналогично предыдущему пункту
проводится оценка соотношения между их
звуковыми мощностями.
3. Технически более сложным, но, в ряде
случаев, и более наглядным методом локали-
зации источников звука и определения на-
правления потоков акустической энергии яв-
ляется метод определения векторов интенсив-
ности звука I, который определяется как сред-
нее по времени произведение PV, где Р - зву-
ковое давление в данной точке звукового поля:
К-'вектор скорости колебаний частиц среды.
Метод определения вектора интенсивности
основан на измерении градиента звукового
давления. Для этого используется специаль-
ный зонд, состоящий из двух микрофонов,
устанавливаемых на расстоянии г друг от друга
в точках поля 1 и 2. В этой системе использу-
ется тот факт, что колебательная скорость час-
тиц пропорциональна интегралу от градиента
звукового давления и может быть определена
по формуле:
Р J г ’
где Pi(0, А(0 - временные зависимости
звукового давления в тт. 1 и 2 соответственно;
р - плотность воздушной среды.
Обычно для подсчета средней интенсив-
ности звука в направлении а используют при-
ближенные выражения типа
где /«[(^(со)] - мнимая часть взаимного
спектра звуковых давлений Ру, и Р-^', <о -
круговая частота.
Этот метод реализован в серийно выпус-
каемых приборах фирмы "Брюль и Къер"
(Дания), "Метравиб" (Франция) и др. Опреде-
ляя с помощью таких приборов в точках во-
круг станка векторы интенсивности, можно
определить по картине расположения этих
векторов в пространстве наиболее интенсив-
ные излучатели, получить картину распростра-
нения акустической энергии в окрестностях
станка.
После определения основных шумоизлу-
чающих поверхностей следующим шагом явля-
ется определение причин поступления колеба-
тельной энергии к этим поверхностям. Для
этого предварительно строится спектр собст-
венных колебаний конкретной поверхности и
определяются собственные частоты, определя-
ются частоты вынужденных колебаний, возбу-
ждаемых вращающимися валами, зубчатыми
передачами, подшипниками и др. кинематиче-
скими парами.
На следующем этапе исследований стро-
ится узкополосный спектр колебательной ско-
рости, присутствующей на шумоизлучающей
поверхности. Частоты лояльных максимумов
этого спектра сравнивают с ранее полученны-
ми собственными частотами и частотами воз-
мущающих воздействий. По максимумам,
определяемым вынужденными колебаниями,
определяют кинематические пары, генери-
рующие эти возмущающие воздействия.
Выявлению дефектов изготовления ки-
нематической пары может помочь временное
представление виброакустического сигнала,
создаваемого данной парой. Обычно в качест-
ве временного интервала рассматривается пе-
риод одного полного оборота элемента кине-
матической пары, например, зубчатого колеса,
сепаратора подшипника. Для выявления та-
кого сигнала на фоне помех пользуются син-
хронным накоплением сигнала, заключающем-
ся в получении осредненной зависимости виб-
736
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
роакустического сигнала от угла поворота вала
по результатам обработки информации, полу-
ченной на множестве оборотов. Такое пред-
ставление сигналов позволяет выявить дефекты
изготовления отдельных зубьев, их износ,
трещины и поломки.
Операции по спектральному анализу
виброакустических сигналов, синхронному
накоплению и т.п. могут выполняться с по-
мощью специальной аппаратуры или с помо-
щью персональных компьютеров, оснащенных
интерфейсом для подключения аналоговой
аппаратуры и имеющих соответствующее
программное обеспечение.
Еще одним методом выделения инфор-
мации о состоянии конкретной кинематиче-
ской пары (например, подшипникового узла)
на фоне помех, поступающих от соседних пар,
может быть контроль сигналов акустической
эмиссии, представляющей высокочастотные
виброакустические сигналы в диапазоне частот
свыше 100 кГц. Сигналы акустической эмис-
сии значительно быстрее затухают при удале-
нии от источника, поэтому, располагая датчик
в непосредственной близости от контролируе-
мой пары, можно значительно уменьшить
влияние соседних пар. О состоянии пары в
этом случае судят по результатам энергетиче-
ской оценки сигналов акустической эмиссии,
по статистическим показателям, по результа-
там анализа огибающей этого сигнала [20].
Основные источники шума металлоре-
жущих станков: кинематические пары
(зубчатые передачи, подшипники, ременные
передачи и т.д.), входящие в приводы главного
и вспомогательного движения; гидравлические
агрегаты; электродвигатели; направляющие
трубы токарных автоматов; процесс резания.
В зависимости от типа металлорежущего
оборудования, мощности его приводов, интен-
сивности и стабильности процесса резания
шум, создаваемый на расстоянии 1 м от oipa-
ждающих поверхностей, колеблется в диапазо-
не от 60 до 110 дБА. Однако при типовых
условиях эксплуатации станков верхний пре-
дел этого диапазона обычно не превышает 90
дБА. Октавные спектры шума станков чаще
всего имеют максимум, располагающийся в
октавах со среднегеометрическими частотами
500, 1000 или 2000 Гц.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Автоматизированный комплекс КИМА-
01 для испытаний и исследований станков с
ЧПУ // Станки и инструмент. 1987. № 3. С.
7 - 9.
2. Базров Б. М. Расчет точности машин
на ЭВМ. М.- Машиностроение. 1984. 256 с.
3. Барабанов В. В., Чирков А. Л. Иссле-
дование надежности РТК в начальной период
эксплуатации // Станки и инструменты. № 1.
1990. С- 3 - 4.
4. Борьба с шумом на производстве:
Справочник М.: Машиностроение. 1985.
400 с.
5. Васильев В. С. Оценка производитель-
ности металлорежущего оборудования //
Станки и инструмент. 1985. № 4. С. 14 - 16.
6. Врагов Ю. Д. Анализ компоновок ме-
таллорежущих станков. М. : Машиностроение.
1978. 208 с.
7. Генкин М. Д., Соколова А. Г. Виброа-
кустическая диагностика машин и механизмов.
М.: Машиностроение. 1987. 283 с.
8. ГОСТ 8-82. Станки металлорежущие.
Общие требования к испытаниям на точность.
М.: Изд-во стандартов. 1982. 11 с.
9. ГОСТ 8.050-73. Нормальные условия
выполнения линейных и угловых измерений.
М.: Изд-во стандартов. 1978. 14 с.
10. ГОСТ 12.2.107-85. ССБТ. Шум.
Станки металлорежущие. Допустимые шумо-
вые характеристики. М.: Изд-во стандартов.
1987. 14 с.
11. Детали и механизмы металлорежущих
станков. В 2-х т. Т1 / Под ред. Д. Н. Решето-
ва. М.: Машиностроение. 1972. 664 с.
12. Дмитриев Б. М., Авдеев В. Б. Влия-
ние тепловых деформаций станка на точность
токарной обработки // Известия ВУЗов. Ма-
шиностроение. 1980. №5. С. 112 - 116.
13. Дмитриев Б. М. Влияние тепловых
деформаций станка на точность обработки //
Известия ВУЗов. Машиностроение, 1982. № 2.
С. 115 - 119
. 14. Камышев А. И., Жедь В. В., Айзен-
штат Л. И. Автоматизация испытаний станков
с ЧПУ на точность позиционирования //
Станки и инструмент. 1986. № 3. С 14 - 16.
15. Камышев А. И., Кочинев Н. А. Авто-
матизация испытаний и исследований метал-
лорежущих станков с ЧПУ. М.: 1988. 56 с.
(Технология, оборудование, организация и
экономика машиностроительного производст-
ва. Сер. 1. Автоматизация производства, гиб-
кие производственные системы и роботехника:
Обзор информ. / ВНИИТЭМР. Вып. 7).
16. Камышев А. И. Система комплексной
оценки точности и производительности стан-
ков с ЧПУ // Станки и инструмент. 1984.
№ 10. С. 6 - 9.
17. Коваль М. И., Игонин Г. А. Сравни-
тельный анализ составляющих погрешностей
обработки на тяжелом токарном станке с
ЧПУ Ц Станки и инструмент. 1979. № 9. 8 с.
18. Козечкин М. П. , Кузнецова В. Д.,
Дуров М. Н., Панов С. Н. Методы снижения
шума металлорежущих станков и их узлов,
методические рекомендации. М.:
ВНИИТЭМР, 1986. 68 с.
19. Козочкин М. П., Кузнецова В. Д.
Нормирование шума отдельных станочных
узлов И Экспресс-информация. Металлоре-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
737
жущие станки и автоматические линии. № 4.
М. : НИИТМАШ. 1980. С. 11 - 14.
20. Козочкин М. П., , Толкачев А. Г.
Перспективы использования методов виброа-
кустической диагностики в процессе эксплуа-
тации станков с ЧПУ // Техническое обслужи-
вание и ремонт оборудования с ЧПУ. М.:
МДНТП. 1990. С. 72 - 76.
21. Комиссаров В. И., Леонтьев В. И.
Точность, производительность и надежность в
системе проектирования технологических про-
цессов. М.: Машиностроение. 1985. 224 с.
22. Конструкция, расчет и методы про-
верки шпиндельных узлов с опорами качения.
Методические указания / А. М. Фигатнер,
Е. А. Фискин, С. Е. Бондарь М.: ЭНИМС.
1970. 152 с.
23. Кочинев Н. А. Автоматизированные
динамические испытания станков. Методиче-
ские рекомендации. М.: ЭНИМС. 1990. 47 с.
24. Кудинов В. А. Динамика станков. М.:
Машиностроение. 1967. 359 с.
25. Левина 3. М., Решетов Д. Н. Кон-
тактная жесткость машин. М.: Машинострое-
ние. 1971. 264 с.
26. Мегаворян Л. Г., Пустова В. Л., Бу-
тученков С. В. Контрольные испытания метал-
лорежущих станков с ЧПУ на надежность.
Методические рекомендации. М.: ЭНИМС,
1983. 24 с.
27. Определение эквйвалентных уровней
звуковой мощности металлорежущих станков в
процессе их эксплуатации. Методические ре-
комендации / Сост. М. П. Козочкин,
В. Д. Кузнецов. М.: ЭНИМС. 1983. 27 с.
28. Писаренко Г. С., Яковлев А. П., Мат-
веев В. В. Справочник по сопротивлению
материалов. Киев: Наукова думка. 1975. 704 с.
29. Правила приемки станков. Ч. 1. Гео-
метрическая точность станков условиях работы
без нагрузки или отделочной обработки. ИСО
230/1-8.
30. Правила приемки станков. Ч. 2. Оп-
ределение точности и повторяемости пози-
ционирования станков с ЧПУ. ИСО 230/2-88.
31. Проников А. С. Программный метод
испытания станков. М.: Машиностроение
1967. 288 с.
32. Пуш В. Э. Конструирование металло-
режущих станков. М.: Машиностроение. 1977
390 с.
33. Решетов Д. Н., Портман В. Т. Точ-
ность металлорежущих станков. М.: Машино-
строение. 1986. 366 с.
34. Соколовский А. П. Расчеты точности
обработки на металлорежущих станках. Маш-
гиз. М. - Л. 1952. 288 с.
35. Справочник технолога-машинострои-
теля, в 2-х т. Т. 1 / Под ред. А. Г. Косиловой
и Р. К. Мещерякова, 4-е изд. перераб. и доп.
М.: Машиностроение. 1985. 656 с.
36. Справочник технолога-машинострои-
теля, в 2-х т. Т.2 / Под ред. А. Г. Косиловой
и Р. К. Мещерякова, 4-е изд. перераб^и доп.
М.: Машиностроение. 1985. 496 с.
37. Стародубов В. С., Кузнецов А. П. Те-
пловые деформации узлов с ЧПУ и влияние
на точность обработки // Труды МИНХ и ГП.
№ 160. 1982. С. 101 - 115.
38. Типовые методики и программы ис-
пытаний металлорежущих станков. Методиче-
ские рекомендации. М.: НИИМаш. 1984.
172 с.
39. Чирков А. Л., Барабанов В. В., Тре-
филов В. А. Технологический прогон станков с
ЧПУ. Методические рекомендации. М.:
ЭНИМС. 1986. 29 с.
40. Week М. Werkzeugmashinen. Band 4.
Messtechnische Untersuchung und Beurteilung.
Dusseldorf: VDI-Veriag GmbH, 1985. 247 S.
41. ISO/ТС 39/SC6 Noise of machine
tools.
42. Specifications and Tests of Metal Cutting
Machine Tools. Volume Two. Proceedings of the
Conference, 19th and 20th February 1970. The
Univercity of Machine Tool Engineering Division.
43. Technical Conditions of Delivery -
Machine Tools, issued by Swedish Association of
MetalworKing industries "SVERIGES
MEKAHFORBUHD", 1970.
РАЗДЕЛ 2
ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Глава 2.24
РЕЗАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Условные обозначения: а, (аср) - толщи-
на, (средняя толщина) срезаемого слоя, мм;
Добщ " общий поправочный множитель, учи-
тывающий влияние отдельных факторов: дп -
породы древесины; ацг - влажности; Ое - тем-
пературы; аФВ - угла встречи; - угла скоса;
ат - угла наклона; а& - угла резания; ар -
затупления режущей кромки; ау - скорости
резания; В - размер лезвия (ширина) вдоль
режущей кромки, мм; Ь, (Ьср) - ширина,
(средняя ширина) срезаемого слоя, мм; Ввр -
ширина пропила, мм; bt - величина ушире-
ния пропила на сторону, мм; D - диаметр
резания, наибольший диаметр режущего инст-
румента, мм; d, (d3, dK, dcp) - диаметр обраба-
тываемой заготовки (диаметр вершинный,
диаметр комлевой, диаметр средний), мм; F -
сила резания результирующая, Н; /дц - сила
касательная средняя за цикл резания, Н;
Ду(р.х) * то же> за рабочий ход, Н; /у - то же,
на лезвии или режущем элементе, Н; Fx\ - то
же, единичная (на 1 мм ширины срезаемого
слоя), Н/мм; FT - то же, табличная, Н/мм;
Fzn - сила нормальная средняя за цикл
резания, Н; /дрХ.) - то же, за рабочий
ход, Н; Fg - то же, на лезвии или
режущем элементе, Н; Fzi - то же, еди-
ничная (на 1 мм ширины срезаемого
слоя), Н/мм; few - площадь попереч-
ного сечения удаляемого припуска, мм2; Н
- ход режущего инструмента, мм; Нп - сум-
марный ход режущего инструмента за цикл
резания, мм; i - число одновременно режущих
инструментов, шт.; Zgp - длина бревна, м ;
-^рез - путь резания суммарный, км; f. - дли-
на срезаемого слоя, мм; п - частота вращения
(число двойных ходов) режущего инструмента,
мин'1; Rmmax - шероховатость обработанной
поверхности (по ГОСТ 7016-82), мкм;
" то же> рассчитанная по кинематиче-
ским неровностям, мкм; - то же, оп-
ределенная по неровностям разрушения, мкм;
|$2х - подача на один двойной ход режущего
инструмента, мм; <УО - подача на оборот, мм;
Sz - подача на лезвие (зуб), мм; ^(р) - подача
на лезвие наибольшая, допустимая по задан-
ной мощности резания, мм; $z(R) - то же,
допустимая по заданной шероховатости обра-
ботанной поверхности, мм; - то же, до-
пустимая по конструкции инструмента, мм;
Т - главная ось анизотропии слоистого дре-
весного материала - параллельно слоям; 7^ -
время работы режущего инструмента после
заточки, мин; t (/ср) - толщина припуска, уда-
ляемого с заготовки, или высота пропила, (то
же, средняя величина), мм; t3 - шаг режущих
элементов (зубьев), мм; - объем припуска
заготовки, удаляемый резанием за 1 секунду
(секундный объем), см3/с; v (vcp) - скорость
главного движения резания (то же, средняя
величина), м/с; ve - скорость резания резуль-
тирующая, м/с; Vj. - скорость подачи, м/мин;
W - абсолютная влажность древесины, %; Z -
число режущих элементов в конструкции ин-
струмента, шт.; 2реж - то же, одновременно
режущих, шт.; 2^ - то же, участвующих в ре-
зании (срезающих слои) за ход резания, шт.;
0 - температура древесины, °C; (рвх, фвдх, Фк»
фср - углы, характеризующие положение точки
режущей кромки лезвия на дуге резания, соот-
ветственно: входа, выхода, контакта, средний,
град.
Общие сведения. На обрабатываемость
материалов резанием влияют их строение
(структура) и физико-механические свойства.
Древесина имеет волокнистую структуру, вслед-
ствие чего ее свойства различны в направлени-
ях главных осей анизотропии вдоль (Л) и по-
перек (М) волокон (рис. 2.24.1). При этом
показатели физико-механических свойств оп-
ределяются породой древесины и ее гидротер-
мическим состоянием. Таким образом, в ин-
женерных расчетах резания древесину как
обрабатываемый материал необходимо харак-
теризовать породой, гидротермическим со-
стоянием (влажностью, температурой) и видом
резания.
Виды резания древесины различают по
положению плоскости резания Рп (рис. 2.24.1)
и направлению движения лезвия в этой плос-
кости (вектора ve) относительно направления
волокон в обрабатываемой заготовке:
РЕЗАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
739
главные виды: торцовое I, при котором
Рп ± А и ve ± А; продольное II, при котором
Рп // А и ve // Л; поперечное III, при кото-
ром Рп И А, а ve ± Л;
переходные виды (от одного главного к
другому): продольно-торцовое IV (характери-
зуется углом встречи <рв, измеряемым в глав-
ной секущей плоскости Рт между вектором ve
и положением волокна древесины Л в контуре
заготовки); продольно-поперечное V (угол
скоса фс между вектором ve и направлением Л
в плоскости резания); поперечно-торцовое VI
(угол наклона фи между направлением волокна
Л и плоскостью резания Рп, измеряемый в
основной плоскости Pv);
сложные виды продольно-торцово-попе-
речного резания (обычно их сводят к переход-
ным видам резания).
,Лревесные материалы, как правило, име-
ют слоистую структуру, в которой свойства
различны по двум взаимно перпендикулярным
осям N (перпендикулярно слоям) и Т (парал-
лельно слоям) (рис. 2.24.2). Различают три
главных вида резания (рис. 2.24.2, а): плоское
II, при котором плоскость резания Рп и на-
правление движения лезвия ve перпендику-
лярны оси TV, Р,, ± V и ve ± 7V; продольное I,
при котором Рп // N и ve ± N; поперечное
III, при котором Рп // N и ve // N. Возмож-
ны также переходные виды резания: плоско-
поперечное (рис. 2.24.2, б), продольно-попе-
речное (рис. 2.24.2, в) и плоско-продольное
(рис. 2.24.2, г). Для их характеристики исполь-
зуют, .соответственно, углы встречи фв, скоса
фс, наклона фн.
Каждый конкретный процесс резания
вполне однозначно описывается совокупно-
стью качественных признаков (идентификато-
ров). Эту совокупность составляют идентифи-
каторы: 1) древесины (порода, место располо-
жения в стволе дерева, место произрастания и
др.), 2) вида обрабатываемого материала
(бревно, брус, доска, заготовка), 3) технологи-
ческого способа резания (пиление рамными,
ленточными, круглыми пилами; фрезерование
цилиндрическое, коническое, торцовое, пазо-
вое; сверление, точение, лущение и др.), 4) вида
резания, 5) направления движения подачи
относительно главного движения (встречное,
попутное), 6) материала и конструктивных
особенностей режущего инструмента (лезвия
из легированной инструментальной, быстро-
режущей стали, оснащенные пластинами твер-
дого сплава; зубья пилы разведенные, плюще-
ные или со свесом пластин на сторону; нож со
стружколомателем, подпором, прижимной
линейкой или без них и т.п., 7) конструктив-
ных особенностей дереворежущего станка
(с вальцовой или конвейерной, непрерывной
или периодической подачей, с одним режу-
щим инструментом или поставом из несколь-
ких и т.п.).
Условия протекания процесса резания
характеризуются входными переменными, т.е.
задаваемыми или контролируемыми фактора-
ми резания. Входные переменные - это:
1) свойства обрабатываемой древесины
(плотность, прочность при различных видах
нагружения, модули упругости, влажность,
температура и др.); 2) размеры обрабатывае-
мого материала (диаметр, длина, ширина,
толщина); 3) свойства инструментального ма-
териала лезвий; 4) конструктивные параметры
лезвия и инструмента в целом; 5) параметры
подготовки и установки режущего инструмен-
та; 6) параметры режима резания (скорость
главного движения, скорость подачи, подача
на двойной ход, на оборот, на лезвие или зуб;
толщина, ширина, длина срезаемого слоя);
7) параметры затупления инструмента; 8) каче-
ство системы станок - инструмент - деталь.
Рис. 2.24.1. Виды резания древесины:
7 - заготовка; 2 - лезвие; 3 - плоскость резания Рп, 4 - секущая плоскость Рх\ 5 - основная плоскость Ру
740
Глава 2.24. РЕЗАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ ЖЩЙЙВЙСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Рис. 2.24.2. Виды резания древесных материалов
Рис. 2.24.3. Варианты действия сил резания:
а - координатные силы Fx, Fy, Fz,6,e- нормальная сила Fz в условиях, соответственно,
отжима и затягивания заготовки
Оценочными характеристиками резания
являются выходные (зависимые) переменные:
1) координатные силы резания (касательная
Fx, нормальная Fz, боковая /у, результирую-
щая F, рис. 2.24.3); 2) энергозатраты на осу-
ществление процесса резания (мощность реза-
ния Ррез); 3) шероховатость обработанной
поверхности, обычно по параметру в
соответствии с ГОСТ 7016; 4) точность обра-
ботки; 5) стойкость режущего инструмента; 6)
надежность процесса (интегральная характери-
стика).
Изменчивость входных и выходных ха-
рактеристик обусловлена неоднородностью
обрабатываемой древесины и инструменталь-
ного материала лезвий, погрешностями изго-
товления, подготовки и установки инструмен-
та и др. В среднем можно считать, что показа-
тели оценочных характеристик резания древе-
сины и древесных материалов, полученные
расчетным путем по методу, изложенному в
настоящей главе, имеют доверительные интер-
валы ± 10 % для силовых (энергетических) и
± 20 % - для качественных оценок.
Общие для всех технологических спосо-
бов резания закономерности (связи входных и
выходных характеристик) установлены анали-
зом теоретических моделей и экспериментом.
В инженерных расчетах влияние входных пе-
ременных на силовые (энергетические) харак-
теристики резания учитывают поправочными
множителями П/
FXi = FXrah
гае Fxi - искомая касательная сила при задан-
ном условием расчета значении i-ro входного
переменного; Fjfr - значение той же силы при
фиксированном табличном значении входного
переменного.
По результатам экспериментов установ-
лены следующие значения поправочных мно-
жителей:
на породу дерева, ап
Липа .... 0,80
Осина .. 0,85
Ель....0,95
Сосна ... 1,00
Лиственница
....... 1,10
Береза .. 1,25
Бук .... 1,40
Дуб .... 1,55
Ясень . 1,75
на влажность древесины, % (состояние), а^у
5-8 (очень сухая)................ 1,10 / 0,90
10 - 15 (сухая).................. 1,00 / 1,00
25 - 30 (полусухая).............. 0,95 / 1,05
50 - 70 (сырая).................. 0,90 / 1,10
Более 70 (мокрая, проварен-
ная) ............................ 0,80 / -
Примечание. В числителе данные для
открытого резания, в знаменателе - для за-
крытого резания.
РЕЗАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
741
на температуру, Ое
0, °C
-20..............................
-10..............................
0...............................
+10..............................
+20..............................
+30..............................
+40..............................
+50..............................
+60..............................
ве
1,4
1,3
1,2
1,1
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6,
на затупление режущей кромки
(продольно-торцовое резание)
на вид резания
0; 180 .. Угол встречи фв, ° °<РВ 1,00
15; 165 . >•••••• 1,35
30; 150 . 1,65
45; 135 . >•••• .............. 1,94
60; 120 . ............. 2,18
75; 105 . 2,41
90 •• 2,59
Угол скоса фс, #ФС
0 1,00
15 • .......... ?. 0,96
30 I....... . ........... . 0,88
45 ... .... 0,75
60 0,62
75 ..... 0,54
90 0,50
Угол наклона фц, ° °ФН
0 1,00
15 1,40
30 2,00
45 2,95
60 V 4,00
75 4,90
90 5,35
на угол резания (продольно-торцовое резание)
50 .... 55 .... Угол резания 6, град । аь 0,78 0,86
60 .... 1,00
65 .... 1,16
70 .... 1,34
75 .... 1,55
80 .... 1,80
85 .... 2,10
Угол встречи Множитель ц э ДЛЯ пути
Фв, резания L рез, км
0 5
Открытое резание
0; 180 1,00 / 1,00 1,14/1,12
30; 150 1,00 / 1,00 1,18/1,14
60; 120^- 1,00 / 1,00 1,20/1,16
90 1,00 / 1,00 1,25 / 1,18
Закрытое резание
60 - 90 1,00 / 1,00 1,28 / 1,22
10 15
Открытое резание
0; 180 1,27 / 1,22 1,35 / 1,30
30; 150 1,31 / 1,24 1,44 / 1,35
60; 120 1,37 / 1,30 1,52 / 1,42
90 1,43 / 1,35 1,61 / 1,49
Закрытое резание
60-90 1,50 / 1,40 1,70 / 1,55
20
Открытое резание
0; 180 1,43 / 1,36 1,50 / 1,41
30; 150 1,54 / 1,44 1,62 / 1,52
60; 120 1,65 / 1,53 1,74 / 1,63
90 1,76 / 1,62 1,87 / 1,72
Закрытое резание
60 - 90 1,83 / 1,70 2,05 / 1,83
30
Открытое резание
0; 180 1,55 / 1,46 1,59 / 1,51
30; 150 1,68 / 1,59 1,73 / 1,64
60; 120 1,83 / 1,70 1,90 / 1,77
90 1,96 / 1,81 2,05 / 1,90
Закрытое резание
2,22 / 1,95
742
Глава 2 24 РЕЗАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
40 45
Открытое резание
0, 180 1,62 / 1,55 - / 1,58
30, 150 1,78 / 1,69 - / 1,73
60, 120 1,95 / 1,83 - / 1,88
90 2,11 / 1,97 - / 2,04
Закрытое резание
60 - 90 - / 2,20
Примечание В числителе данные
для резания древесины твердых пород, в
знаменателе - для резания древесины мяг-
ких пород
на скорость резания, ve
ve, м/с
20 1,10 / 1,07
30 1,04 / 1,08
40 1,00 / 1,00
50 1,00 / 0,98
60 1,06 / 1,02
70 1,17 / 1,06
80 1,25 / 1,16
90 1,33 / 1,23
100 1,42 / 1,34
Примечание В числителе - данные
для открытого резания, в знаменателе - для
закрытого резания
Классификация технологических спосо-
бов процессов резания на станках показаны на
рис 2 24 4
Типовые расчетные задачи и алгоритмы
расчетов. В расчетах, связанных с конструиро-
ванием и модернизацией деревообрабатываю-
щих машин, назначением технологических
режимов резания, решаются следующие типо-
вые задачи (рис 2 24 5) 1) определение мощ-
ности резания (обычно для выбора мощности
привода главного движения или проверки
загруженности установленного двигателя), 2)
расчет координатных сил резания (касательной
Fx, нормальной F%, боковой Fy), выступаю-
щих в качестве исходных нагрузок в
прочностных расчетах инструмента, механиз-
мов подачи, базирующих или фиксирующих
устройств, 3) прогнозирование качества обра-
ботки (шероховатости ) по исходным
условиям резания, 4) расчет наибольшей до-
пустимой скорости подачи (производи-
тельности машины) из условия полного ис-
пользования заданной мощности привода
главного движения. 5) расчет наибольшей до-
пустимой скорости подачи v^R) по заданному
уровню качества обработки (параметру шеро-
ховатости), 6) расчет наибольшей допустимой
скорости подачи по предельным возмож
ностям инструмента (прочности, жесткости,
вместимости транспортирующих стружку уст-
ройств)
Сложные (комплексные) расчетные зада-
чи по существу являются комбинацией пере-
Процессы сложного резания
на станках
Удаление припуска.
Деление
Глубинная обработка
Бесстру-
жечАое
С образо-
ванием
стружки-
отхода
о
*
Е
G
«а <и
с о
с<<о
<и о
*
3
Д
О 5!
« *
Рис 2 24 4 Классификация процессов сложного резания на станках
С образо-
ванием
стружки-
продукта
С образо-
ванием
стружки-
отхбда
С образо-
ванием
стружки-
отхдда
о о
о «
РЕЗАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
743
<7
г,
г
min
Рис 2.24.5 Порядок решения типовых расчетных задач (обобщенные алгоритмы)
численных простых задач Так, расчет техно-
логического режима резания на станке выпол-
няется как последовательное решение задач 4
5 и 6 и анализ полученных результатов
Современные методики расчетов основа-
ны на использовании результатов надежных
экспериментальных исследований (справочных
материалов) Условия расчетов, отличные от
условий базового эксперимента (табличных
условий), учитываются общим поправочным
множителем <70бш> равным произведению по-
правочных множителей, учитывающих влия-
ние отдельных факторов процесса резания
Для силовых (энергетических) расчетов
(задачи 1, 2) справочные материалы даются в
виде зависимостей табличных значений удель-
ной работы резания Кг и единичной касатель-
ной силы FT от главного входного перемен
него - средней толщины срезаемого слоя аср.
Логика расчета с использованием Кг основана
на ’объемной" формуле мощности резания
Ррез = КУЬ
где К - удельная работа резания в расчетных
условиях. (Дж/см3), К = А^аобщ Силы реза-
ния далее рассчитывают по найденной мощно-
сти
Единичная касательная сила в табличных
условиях эксперимента Ер, так же, как и Кт,
однозначно связана со средней толщиной сре-
заемого слоя, что дает возможность использо
вать зависимость Fr = ,ДДСр) как для решения
задач типа 1, 2 (задач конструктора), так и
задач типа 4, 6 (задач технолога) Переход от
табличной силы Fr к единичной в расчетных
условиях FXi - через тот же множитель йОбщ,
Fx = Fr яобщ Далее, по Fx , с учетом осо-
бенностей конкретного процесса резания, вы-
числяют последовательно касательную силу на
лезвии среднюю Fxcp, среднюю за рабочий ход
(р у), среднюю за цикл (окружную) Fx^ и
мощность резания Ррсз
Для решения типовых расчетных задач
(см рис 2 24 5) исходные величины либо
прямо заданы условиями расчета, либо пред-
варительно вычисляются по формулам табл
2 24 1 Шаги алгоритмов, требующие обраще-
ния к табличным справочным материалам (см
ниже) помечены звездочкой
Справочные материалы к расчетам. Спра-
вочные материалы в табличной форме вклю-
чают поправочные множители, табличные
значения удельной работы резания Хт в зави-
симости от толщины срезаемого слоя аср,
значения переходного множителя т от каса-
тельной силы Fx к нормальной /^значения
параметра шероховатости обработанной по-
верхности Awmax (по неровностям разруше-
ния) в зависимости от условий резания, зна-
чения табличной силы F3 в зависимости от
толщины срезаемого слоя
В табл 2 24 2 - 2 24 7 приведены спра-
вочные материалы по процессам, охваченным
табл 2 24 1
2.24.1. Справочные формулы к расчетам
I. Процессы пиления
Тип
задачи
/сеч Aip4p^
Впр = В + 2b], tcp = / Для бруса;
/ср = 0,8(dB + lOlgp/2) для бревна
при распиловке вразвал;
/Ср = + lOZgp/2) Для бревна
при распиловке с брусовкой
Заданы: В, b], dB, L^p
аобщ апар
Lpc3 = Ю'ЧпТрсз
1~ 4р
Заданы: п, 7^
/сеч Aip^
Д1р — В + 2b]
' Заданы: В, b], I
/сеч Aip^
Впр = в + 2/>,
Заданы: В, b], t
яобщ
_ 10~€л1>шлш/7'реэ
кЛш+2£0
1л /
Заданы: Лш, лш, 7^, Т'рсз
яо6щ япя/0^6яуяр
2>рсз = 10 ^/лТрез
/ ~ л7)(фвых “ Фвх) /^60
Фвх = arccos(A / В),
Фвых ~ arccos[(A - /) / R) для схе-
мы а;
срвх = arccos[(A 4- f) I R),
Фвых “ arccos(A / R) им схемы б
Заданы: h, D, R, Tpt3, n
Глава 2.24. РЕЗАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Продолжение табл. 2.24.1
1 2 3 4
«ср я А SZ = S2x / = Н / t3 vj = ^2хп/ 100(1 Заданы: .Sjxi °i «ср ~ (Ар / b)Sz b — Ар Для плющеных зубьев, b = В для разведенных зубьев; А = у, t3 / (60v) v = г. Dmn IU / (6 • 104) Заданы: Vj, t3 аср s (Alp / ^)Asln(₽cp b ~ Aip ДЛЯ плющеных зубьев, b — В для разведенных зубьев; Sz = lOOOVj. / (nz) Фер ~' (фвх "° Фвых) / 2 Заданы: Vj, Z
2 Vcp = 2Нп / (6 104) ЯЦ = 2Я — Aip vcp = v ЯЦ = Я H = я£>ш + 2£0 b - см. выше vcp = v = nDn / (6 • 104) ЯЦ = Я H = nD b - см. выше t3 = tiD / z
3 ЛИтах = 1°°^ *<ах = Л?г)* ^max ~ 1°°A для плющеных зубь- ев; » 6 • для разве- денных зубьев; Задана: h, = f(sz)* AffiJjSx x lOOA'j sin<pBHX для плющеных зубьев; Лттж г 6 • lo3>Sz 5‘пФвых^/Лз ДЛЯ Раз- веденных зубьев; Задана: hj ^mmax = /(*^?>Фвых)
4 $£(Р) ~ аср «ср = ЛАГ F = p 6-1°Ч Т ₽е3 «обшЧр^Я SZ(P) х «ср «ср — ЛА) г = р _Ь Т ₽еэ flo6u(/>/v ^z(P) ~ аср^ / (-Aid sin Фер) «ср = ЛАГ 6 104sm<pCp Т flo6uiWHZ
5 S™R} а 10 Ч^тах] Sz(R) = Л[^тах]) к 10~2[^Hmax] Д™ плющеных зубьев; ^г(Л) К [•^тахрчДб ' 10 ^1) Для разведенных зубьев; S^R) в10’2[7!Чпах]/«пФвых ДЛЯ плю- щеных зубьев; 5™ «[Аттах]Лз/(б • 1036jsinq>Bblx) для разведенных зубьев;
Продолжение табл. 2.24.1
1 2 3 4
5г₽(й) ^z(R) = ДР^тах ^Фвь»)
6 = /(°minimax) G = 0,42 для стандартных пил; cmin = 0,5 для хвойных пород; cmin = 1,0 для лиственных пород; Imax — ~ IGLgp "^z(o) = /(с minO 0 = 0,2 ч- 0,35 cmin = 0,9 4-1,2 Q. q ® JL ! « 3 о " w а “ 1
II. Процессы фрезерования, точения, сверления
Глава 2.24. РЕЗАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Продолжение табл. 2.24.1
1 2 3 4
^рез Ю 1 — к£кр вых/360 Фвых = arccos[(i? - f) / R) Заданы: D„ R, п, 7^ез ^общ “ £рез Ю & Заданы. ^вез йобщ — ап°Р ^рез Ю ^2?лТ^ез Заданы: л. 7рез
^ср sin фср 5, = lOOOVj. / (nz) Фср — Фвых / 2 Фв — Фср Фп Заданы: vr. z, фп °ср — 5'п Фпл 5О = lOOOVj / л Заданы: фпл, Vj. аСр = S, для схемы о); аСр = Sz sin (ф / 2) для схемы б); Sz = lOOOv,. / (nz) Заданы: ф, Z, Yr
2 Vep = r.Dn / (6 104) яп = я H = r,D t3 = kD I z vCp = ndcpn / (6 - 104) dcp = (^1 + d2) / 2 ЯЦ = Я Я = ndcp Силы: R cos Фпл — m FXu, sin Фпл Vcp = TtD л / (6 104) ЯЦ = Я H = kD Крутящий момент: Мкр — / 2; Осевая сила: Foe ~ ^ос Fxa Fx = ^FXll/z
3 = ЮД, Jl =z|/ (4Z>) Для Z = 2 и /?i - /?2 = т: £1 = 2SZ если Vj < 0,002л ; £] = &+ Яг/Sz если vf> > 0,002л Дх; 2^гтах = /(^г>Фв) Л«тах = 103S0 tg(p^tg<P'^ дая maX Чфп^ф^ лезвия с острой вершиной: ^тпшх = 1°3^о/(8г) лезвия с вершиной, округленной по радиусу г, мм; = /(flcp)* ^’max не рассчитывают; = f(s0)*
РЕЗАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ 747
Продолжение табл. 2.24.1
1 2 3 4
4 SZ(P) ~ аср / 8Шфср «ср ~ ААг, Фв) 6 • 104 sintPcp ₽ез к «ср / sin Фпл «ср ~ А Аг» Фпл) Г = р 4 • 6 • 104 51пфпл гт -грез / 2 ?\ «общ71^! — ^2 )п $z ~ аср Для поперечного сверления; ^Z ~ аср / 8т(ф / 2) для продольного сверления; «ер =ААг, D)* Р _ р 4 • 6 • 104 5т(ф / 2) гт грез -^2 «общ71-^
5 = fl+e2 ДЛЯ г = 2; = 74/)-У1’ ^2 = у/ЩУ1 .У1 ~ Ю’3l^^maxl ~ /([^^max ]’ Фв) г-кин _ е z( А) ~ л™ ^ёФпЛ^ёФпЛ лезвия с острой вершиной; So - 10~3[Литах] для лезвия с вершиной, округленной по радиусу г, мм; = йср/87ПФпл аср “ Al^^maxl) S не рассчитывают Z\ -л) = So/Z *^о ~ Al^^maxl)
6 Расчеты выполняются при необходимости по специальным методикам
Примечание. Звездочкой отмечены обращения к справочным материалам табл. 2.24.2 - 2.24.7.
Глава 2.24. РЕЗАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСНЫХ
РЕЗАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
749
2.24.2. Справочные материалы по процессу пиления рамными пилами
(сосна, W > 30 %, зубья острые)
i-------------------------------------------------------------------------------
Удельная работа резания табличная Кг и касательная сила табличная Fj
К, Дж/см3, при средней высоте пропила 4р, мм Ft, Н/мм, при средней высоте пропила /ц,, мм
100 200 300 400 100 200 300 400
0,4 70 80 88 95 28 32 35 38
0,6 67 72 78 85 40 43 47 51
0,8 63 69 75 81 50 55 60 65
1,0 60 66 72 80 60 66 72 80
1,2 58 64 69 76 70 77 ti оо 93
1,4 56 62 68 75 78 87 95 105
1,6 54 61 67 74 87 97 107 118
1,8 53 59 65 72 95 107 117 130
2,0 52 58 64 71 104 117 128 143
2,2 51 57 64 70 112 125 140 155
2,4 50 56 63 69 120 135 150 165
<4
Переходный множитель т от касательной силы к нормальной
аср, мм 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1,0 1,4
* т 0,47 1,00 0,23 0,74 0,08 0,51 -0,01 0,34 -0,07 0,23 -0,13 0,10 -0,15 0,06 -0,16 0,02
* В числителе для острых зубьев, в знаменателе - для тупых.
Наибольшая подача на зуб пилы Sz^,
допустимая по шероховатости обработанной поверхности Rm^^x
мкм •$2(7?)’ мм- ПР” чубьях
плющеных* разведенных*
1600 2,0 - 2,4 1,40 - 1,70
1200 1,1 - 1,9 0,80 - 1,30
800 0,6 - 1,0 0,40 - 0,70
500 0,2 - 0,5 0,15 - 0,35
* Большее значение берется для твердой мелкослойной или мерзлой древесины.
750
Глава 2 24 РЕЗАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
2.24.3. Справочные материалы по процессу пиления ленточной пилой
(сухая хвойная древесина; зубья пилы острые с шагом 20 мм и передним углом 20°)
Удельная работа резания табличная КТ и касательная сила табличная FT
flcp> мм К-r, Дж/см3, при высоте пропила fq,, мм F-г, Н/мм, при высоте пропила мм
50 100 150 200 50 100 150 200
0,05 187 209 234 259 9,35 10,5 11,7 13,0
0,10 126 139 152 163 12,6 13,9 15,2 16,3
0,15 94 101 108 115 14,1 15,2 16,2 17,3
0,20 76 82 87 90 15,2 16,4 17,4 18,0
0,25 65 70 74 77 16,3 17,5 18,5 19,3
0,30 57 60 63 65 17,1 18,0 18,9 19,5
0,35 50 53 55 56 17,5 18,6 19,3 19,6
0,40 47 49 50 51 18,8 19,6 20,0 20,4
0,45 44 46 47 48 19,8 20,7 21,2 21,6
0,50 41 43 44 45 20,5 21,5 22,0 22,5
0,55 39 40 41 42 21,5 22,0 22,6 23,1
0,60 38 39 40 40 22,8 24,3 24,0 24,0
Переходный множитель т от касательной силы к нормальной
^ср, *мм 0,1 0,2 0,3
т ** 0,30 / 0,70 0,27 / 0,65 0,25 / 0,60
* При аср > 0,3 ориентировочно можно использовать данные для пиления рамными пи-
лами (см табл 2 24 2)
* * В числителе для острых зубьев, в знаменателе - для тупых.
.Наибольшая подача на зуб пилы SZ(R),
допустимая по шероховатости обработанной поверхности
> мкм Л/*, мм, при зубьях
плющеных разведенных
1200 2,0 / 2,5 1,4 / 1,8
800 1,5 /2,0 1,0 / 1,2
500 1,0 / 1,2 0.65 / 0,80
320 0,6 / 0,6 0,40 / 0,55
200 0,3 / 0,4 0,20 / 0,25
100 0,15 / 0,2 0,10 / 0,15
* В числителе - при пилении древесины сосны, в знаменателе - дуба
РЕЗАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
751
2.24.4. Справочные материалы по процессу продольного пиления круглой пилой
(сосна, влажность 10 - 15 %, угол резания зубьев 60 °, лезвия острые, скорость резания 40 м/с)
Удельная работа резания табличная КТ
мм Kj, Дж/см3, при высоте пропила t, мм
20 40 60 80 100 120
0,05 94 104 115 127 138 152
0,10 75 83 92 101 110 121
0,15 64 69 77 85 92 102
0,20 57 63 70 77 84 92
0,25 52 58 64 70 77 84
0,30 49 54 60 66 72 79
0,35 46 50 56 62 67 74
0,40 43 48 53 58 64 70
0,45 42 46 51 56 61 67
0,50 40 44 49 54 59 65
0,60 38 41 46 51 55 61
0,70 36 40 44 48 53 58
0,80 34 38 42 46 50 55
0,90 33 36 40 44 48 53
1,00 31 34 38 42 46 50
1,20 30 32 36 40 43 48
1,40 28 31 34 37 41 45
1,60 27 30 33 36 40 44
1.80 25 28 31 34 37 41
Переходный множитель т от касательной силы к нормальной
Принимается как для пиления рамными пилами - по табл. 2 24.2
Наибольшая подача на зуб пилы SZ(R),
допустимая по шероховатости обработанной поверхности
Awpa3 , мм. для зубьев
разведенных плющеных с радиальным поднутрением
мкм при угле выхода <рвых, град
20 - 50 60 - 70 20 - 50 60 - 70 20 - 50 60 - 70
32 - - - 0,07 -
60 - - - - 0.15 0,07
100 0,1 - 0,15 - 0,30 0,15
200 0.1 0.1 0.15 0,15 - 0,30
320 0,3 0,1 0,45 0.15 - -
500 0,8 0,5 1,20 0,75 - -
800 1.0 0.8 1,50 1.20 - -
1200 1.2 L.0 1,80 1,50 - -
752
Глава 2 24 РЕЗАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Продолжение табл. 2.24^4
Касательная сила табличная FT
Fr, Н/мм, при высоте пропила t, мм
20 40 60 80 100 120
0,05 4,7 5,2 5,8 6,3 6,9 7,6
0,10 7,5 8,3 9,2 10,1 11,0 12,1
0,15 9.5 ’ 10,4 11,6 12,8 13,9 15,3
0,20 11.5 12,6 14,0 15,4 16,8 18,5
0,25 13,1 14,4 16,0 17,6 19,2 21,1
0,30 14,8 16,2 18,0 19,8 21,6 23,8
0,35 16,1 17,6 19,6 21,6 23,5 25,9
0,40 17,4 19,1 21,2 23,3 25,4 28,0
0,45 18,9 20,7 23,0 25,3 27,6 30,4
0,50 20,1 ' 22,1 24,5 27,0 29,4 32,3
0,60 22,6 24,8 27,6 30,4 33,1 36,4
0,70 25,3 27,7 30,8 33,9 37,0 40,7
0,80 27,6 30,2 33,6 37,0 40,3 44,4
0,90 29,5 32,4 36,0 39,6 43,2 47,5
1,00 31,2 34,2 38,0 41,8 45,6 50,2
1,20 35,4 38,9 43,2 47,5 51,8 57,0
1,40 39,0 42,8 47,6 52,4 57,1 62,8
4,60 43,3 47,5 52,8 58,1 63,4 69,7
1,80 45,8 50,2 55,8 61,4 67,0 73,7
2.24.5. Справочные материалы по процессу цилиндрического фрезерования древесины
(сосна, влажность 10 - 15 %, 8 = 60 °, лезвие острое, V = 40 м/с)
Удельная работа резания табличная КТ
асрг ММ КТ, Дж/см3, при угле встречи <рв, °
0, 180 10, 170 20, 160 30, 150 40, 140 50, 130 60, 120 70, 110 80, 100 90
0,02 37 40 46 52 60 68 76 84 90 95
0,04 34 37 42 48 56 62 68 76 80 83
0,06 30 34 39 45 52 57 62 67 71 73
0,08 28 32 36 42 47 52 56 60 63 65
0,10 25 29 34 39 44 48 52 56 58 60
0,12 23 27 32 36 41 45 48 51 54 56
0,14 21 25 30 34 38 42 45 48 50 52
0,16 20 23 27 32 36 39 42 45 47 49
0,18 18 22 26 30 34 37 39 42 44 46
0,20 17 20 24 28 32 35 37 40 42 44
0,25 15 18 21 25 28 31 33 35 37 39
0,30 13 16 19 22 ?5 . 28 30 32 34 36
РЕЗАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
753
Продолжение табл. 2.24.5
^срг ММ К-r, Дж/см3, при угле встречи фв, °
0, 180 10, 170 20, 160 30, 150 40, 140 50, 130 60,120 70,110 80,100 90
0,35 12 15 18 21 23 26 28 30 32 34
0,40 12 14 17 19 22 24 27 29 30 32
0,50 11 13 15 18 20 23 25 26 28 29
0,60 10 12 14 17 19 21 23 25 26 27
0,70 9 И 13 16 18 20 22 24 25 26
Переходный множитель т от касательной силы к нормальной
т = т\ + m2
1 Значения т\ =f{aCpi аР)
«ср» мм “р
1.0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 22
0,02 0,07 0,4 0,70 0,95 1,15 1,25 1,40
0,04 0,00 0,27 0,50 0,68 0,83 0,90 1,05
0,06 -0,05 0,20 0,40 0,55 0,67 0,75 0,87
0,08 -0,09 0,13 0,31 0,46 0,55 0,64 0,75
0,10 -0,12 0,09 0,26 0,40 0,48 0,55 0,65
0,15 -0,16 0,02 0,16 0,28 0,36 0,42 0,50
0,20 -0,19 -0,02 • 0,11 0,21 0,27 0,32 0,38
0,30 -0,22 -0,08 0,03 0,12 0,17 0,22 0,28
0,40 -0,24 -0,11 0,00 0,06 0,11 0,16 0,22
0,50 -0,25 -0,13 -0,03 0,04 0,09 0,13 0,18 .
0,60 -0,26 -0,15 -0,05 0,03 0,07 0,11 0,16
0,70 -0,27 -0,16 -0,06 0,02 0,06 0,10 0,15 „
♦ Значения ар = /(Ьрез) приведены на стр 741 - 742
2 Значения m2 — /(8)
8, град 50 55 60 65 70 75 80 85
т2 -0,16 -0,08 0 +0,08 +0,16 +0,24 +0,32 +0,40
Наибольшая подача на лезвие (резец) Sz(jq,
допустимая по шероховатости обработанной поверхности Rm%^
SZ(R), мм, при угле встречи <рв,
мм 0 15 30 45 60 75 90 105 - 180
32 0,30 0,05 - - - - - 0,30
60 1,00 0,50 0,10 0,10 0,20 0,40 0,8 1,00
100 1,50 0,90 0,30 0,35 0,65 1,05 1,45 1,50
200 2,00 1,65 0,75 0,80 1,20 1,80 2,00 2,0°
320 2,50 2,15 1,40 1,60 2,20 2,35 2,50 2,50
500 3,00 2,65 2,05 2,20 2,70 2,85 2,95 3,00
754
Глава 2 24 РЕЗАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Продолжение табл. 2.24.5
Оср> ММ Fq, Н/мм, при угле встречи <рв, °
0, 180 10, 170 20, 160 30, 150 40, 140 50, 130 60, 120 70, ПО 80; 100 90
0,02 0,74 0,80 0.92 1,04 1,20 1,36 1,52 1,68 1,80 1,90
0,04 1,36 1,46 1,68 1,92 2,24 2,48 2,72 3,04 3,20 3,32
0,06 1,80 2.04 2,43 2,70 3,12 3,42 3,72 4.02 4,26 4,38
0,08 2,24 2,56 2,88 3,36 3,76 4,16 4,48 4,80 5,04 5,20
0,10 2,50 2,90 3,40 3,90 4,40 4.80 5,20 5,60 5,80 6,00
0,12 2,76 3,24 3,84 4,32 4,92 5,40 5,76 6,12 6,48 6,72
0,14 2,94 3,50 4,20 4,76 5,32 5,88 0,30 6,72 7,00 7,28
0,16 3,20 3,68 4,32 5,12 5,76 6,24 6,72 7,20 7,50 7,84
0,18 3,24 3,96 4,78 5,40 6,12 6,66 7,02 7,56 7,92 8,28
0,20 3,40 4,00 4,80 5,60 6,40 7,00 7,40 8,00 8,40 8,80
0,25 3,75 4,50 5,25 6,25 7,00 7,75 8,25 8,75 9,25 9,75
0,30 3,90 4,80 5,70 6,60 7,50 8,40 9,00 9,60 10,2 10,8
0,35 4,20 5,25 6,30 7,35 8,05 9,10 9.80 10,5 11,2 11,9
0,40 4,80 5,60 6,80 7,60 8.80 9,60 10.8 11,6 12,0 12.8
0,50 5,50 6,50 7,50 9,00 10,0 11,5 12,5 13,0 14,0 14,5
0,60 6,00 7,20 8,40 10,2 11.4 12.0 13,8 15,0 15,6 16,2
0,70 6,30 7,70 9,10 11,2 12,6 14,0 15,4 16,8 17,5 18,2
2.24.6. Справочные материалы по процессу продольного (осевого) точения древесины
(береза, И/= 10 %, резец острый, а = 12 °, 6 = 45 °)
аср-> мм Kq, Дж/см3. при главном угле в плане <рпл, ° Fq, Н/мм, при главном угле в плане <рпл, °
30 45 60 75 30 45 60 75
0,1 42 47 50 53 4,2 4,7 5,0 5,3
0,2 30 34 38 41 6,0 6,8 7.6 8,2
0,3 22 26 30 33 6,6 7,8 9,0 9.9
0,4 19 22 26 29 7,6 8,8 10.4 11,6
0.5 17 20 23 26 8,5 10.0 11.5 13.0
0,6 16 19 22 25 9,0 11,4 13.2 15.0
Переходный множитель т от касательной силы к нормальной
«ср, мм 0,1 0.2 0.3 0.4
т 0,42 0,24 0.17 0.15
Наибольшая толщина срезаемого слоя аср> допустимая по шероховатости обработанной поверхно-
сти (ориентировочно для чернового и чистового точения)
^^тах ’ мкм 320 200 100 60
аср, мм 0,85 0.70 0,40 0,15
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
755
2.24.7. Справочные материалы по процессу сверления
(сосна, глубина сверления t < 5D, сверла острые)
^ср, мм КТ, Дж/см3, для диаметра сверления D, мм Гт, Н/мм, для диаметра сверления D, мм
5 10 15 20 25 5 10 15 20 25
Сверло с центром и подрезателем для поперечного сверления
0,1 1540 430 196 113 88 154 43 20 11 9
0,5 380 ПО 53 33 24 190 55 26 16 12
1,0 235 70 34 23 16 235 70 34 23 16
2,0 162 50 32 18 12 324 100 50 36 24
Сверло с конической заточкой для продольного сверления
0,1 2220 760 400 260 150 222 76 40 26 15
0,5 1100 250 120 80 60 550 125 60 40 30
1,0 930 220 НО 70 45 930 220 НО 70 45
1,5 850 195 100 60 40 1275 292 250 90 60
Переходный множитель т от касательной цикловой (окружной) силы к осевой
Диаметр сверла, мм J 5 - 8 9 - 12 13 - 16 17 - 25
тос 0,5 - 0,9 0,7 - 1,2 1,0 - 1,5 1,3 - 2,0
* Большие значения берут для толщин срезаемого слоя 0,1 - 0,25 мм, меньшие - для
толщин 0,25 - 1,0 мм.
Наибольшая подача на один оборот So*,
допустимая по шероховатости обработанной поверхности
» мкм 320 200 100 60
А’о*, мм 2,20 0,50 1,50 0,32 0,93 0,16 0,70 0,10
* В числителе - для сверления мягкой древесины, в знаменателе - твердой.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бершадский А. Л., Цветкова Н. И.
Резание древесины. Минск, Вышэйш. школа,
1975. 304 с
2. Кряжев Н. А. Фрезерование древеси-
ны. М.: Лесн. промышленность, 1979
200 с.
3. Любченко В. И. Резание древесины и
древесных материалов. М.: Лесн. промышлен-
ность, 1986. 296 с.
4. Любченко В. И., Дружков Г. Ф. Спра-
вочник молодого бтаночника лесопильно-
деревообрабатывающего предприятия. М.:
Высшая школа', 1985. 189 с
5. Санаев В. И. Обработка древесины
круглыми пилами. М.: Лесн. промышленность,
1980. 232 с.
756
Глава 2 25 МЕХАНИЗМЫ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
Глава 2.25
ФУНЦИОНАЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО
ОБОРУДОВАНИЯ
Условные обозначения
pN - составляющая силы резания в
направлении нормальном век-
тору скорости подачи, Н,
р _ - составляющая силы резания в
направлении вектора скорости
подачи, Н,
^гр - - суммарная составляющая сил
резания в направлении вектора
скорости подачи, Н,
£Р _ - суммарная сила трения в
направлении вектора скорости
подачи, Н;
Fx, Fy, Fz ~ составляющие технологиче-
ской нагрузки (силы резания)
по координатным осям, Н;
С3 - - вес заготовки, Н;
Кл - - удельное аэродинамическое
сопротивление, Н с2/ м4;
Vj - - скорость подачи, м/мин,
- - коэффициент трения заготов-
ки по столу станка;
fa - - коэффициент трения заготов-
ки по прижимной колодке;
Уз - - коэффициент трения конвей-
ера по направляющим;
<Р1 - - коэффициент сцепления
рифлей конвейера с заготов-
кой;
ср2 - - коэффициент сцепления
рифленого вальца с древеси-
ной;
срз - - коэффициент сцепления
гладкого вальца с древесиной;
а. - - коэффициент запаса по силе
(прижима а = 2 - 4, подачи -
а = 1,3 - 1,5);
ц - - приведенный коэффициент
трения качения
2.25.1. БАЗИРУЮЩИЕ, ПРИЖИМНЫЕ И ЗАЖИМНЫЕ
УСТРОЙСТВА
Базирование - процесс ориентирования
обрабатываемой заготовки относительно опре-
деленных, называемых установочными, по-
верхностей машины для обеспечения необхо-
димого ее расположения при обработке [3, 15,
19, 21]
Виды, схемы и конструктивные элементы
эазирования деревообрабатывающих станков
лриведены в табл. 2.25.1.
К системе базирования относятся бази-
рующие элементы, зажимные и прижимные
элементы и устройства, а также средства меха-
низации базирования [19].
Базирующие элементы станков отличаются
большим разнообразием: столы, направляю-
щие линейки, упоры, роликовые конвейеры,
каретки, лотки, цепные и ленточные конвейе-
ры, планшайбы, патроны и т.п. Часто функ-
ции базирования выполняют элементы меха-
низмов подачи (конвейеры, суппорты), а
иногда и элементы механизмов главного дви-
жения (центры, патроны, планшайбы).
При любой схеме обработки заготовок -
проходной или позиционной - необходима их
ориентация относительно установочных эле-
ментов станка и сохранение этого положения
в процессе обработки за счет силового замы-
кания. Для этого применяются зажимные и
прижимные устройства станков.
Зажимные устройства (рис. 2.25.1) фик-
сируют обрабатываемый объект и обеспечива-
ют неподвижное базирование. В механизиро-
ванных деревообрабатывающих станках с по-
зиционной схемой обработки рекомендуется
использовать пружинные, винтовые, эксцен-
триковые и вакуумные зажимные устройства.
В станках, имеющих гидро- или пневмопри-
вод рекомендуются поршневые и диафрагмен-
ные зажимные устройства, позволяющие ме-
ханизировать процесс фиксации заготовок,
имеющие малое время срабатывания и допус-
кающие значительное отклонение размеров
заготовок в обрабатываемой партии.
Прижимные устройства обеспечивают
силовое замыкание заготовок при сохранении
обычно одной степени свободы при подвиж-
ном базировании, а также в условиях непод-
вижного базирования в станках проходного
типа. Сила, как правило, создается посредст-
вом пружинных, роликовых, колодочных и
конвейерных прижимных устройств (рис.
2.25.2). Для продольно-обрабатываемого мате-
риала на круглопильных прирезных, продоль-
но-фрезерных и др. станках широко исполь-
зуются пружинные и роликовые прижимы.
Для поперечно-обрабатываемого материала
при проходной многооперационной обработ-
ке, как правило, применяются прижимы в
виде конвейерных лент с клиновидными рем-
нями. Силы в прижимных устройствах созда-
ются посредством пластинчатых и винтовых
пружин, пневматических и гидравлических
цилиндров.
Расчет силы прижима (зажима) заготовки.
Составляется расчетная схема, на которой ука-
зываются все внешние силы, воздействующие
на заготовку (силы резания, инерции и др.) в
наименее благоприятной для реализации сило-
вого замыкания позиции, и силы, развиваемые
прижимными устройствами и удерживающими
заготовку. Выводятся уравнения равновесия
757
ВАЗЙРУЮЩИЕ, ПРИЖИМНЫЕ И ЗАЖДПКНЫВУСТРОЙСТБА
----------------------------*--------------
Рис. 2.25.1. Зажимные устройства:
а - пружинное, б - винтовое, в - эксцентриковое, г - вакуумное,
д - пневмоцилиндром одностороннего действия, е - диафрагменное гидравлическое
Рис. 2.25.2. Прижимные устройства:
а, б - пружинные, в - колодочное, г - роликовое, д - конвейерное
этих сил, решение которых позволяет опреде-
лить необходимую силу прижима (зажима).
Конструктор должен подобрать затем такой
механизм, который обеспечит найденное зна-
чение силы.
На рис. 2.25.3, а приведена расчетная
схема зажима заготовки на столе каретки ши-
порезного станка. Сила F3 зажимного устрой-
ства и обусловленные его действием силы тре-
ния Fri и Fj2 должны исключить смещение
заготовки под действием составляющих сил
фрезерования 2FS и 2 F^. Условие неподвиж-
ности заготовки определяется из соотношения
Fsa + FN(b - с + d)
F, = 2а —-----------г----(2.25.1)
+л)
На расчетной схеме механизма подачи
круглопильного прирезного станка (рис.
2.25.3, б) сила Fn прижимного устройства
должна исключить смещение заготовки по
рифленой поверхности конвейера под дейст-
вием сил резания Fs и F^
Fn = a Fs+ Fn^X . (2.25.2)
Ф1 - Ц
По величинам F3 и Fn рассчитываются
параметры устройств, создающих эти силы.
Вид базирования
Неподвижное - базовые
поверхности заготовки
неподвижны относи -
тельно установочных
поверхностей базирую-
щих устройств машины
Подвижное - базовые
поверхности заготовки
скользят относительно
установочных и направ-
ляющих поверхностей
базирующих устройств
машины
Комбинированное -
часть базовых поверхно-
стей заготовки остается
неподвижной, а часть
перемещается относи-
тельно установочных
поверхностей базирую-
щих устройств машины
2.25.1. Виды, схемы и конструктивные элементы базирования деревообрабатывающих станков
Конструктивные элементы
базирующих устройств
Примеры схем базирования
Оборудование, в котором используется
данный вид базирования
Неподвижные и пово-
ротные столы, направ-
ляющие линейки, суп-
порты, каретки, ленточ-
ные и цепные конвейе-
ры
Столы, направляющие
линейки. роликовые
конвейеры, вальцы
Патроны, центра, люне-
ты. тележки, каретки,
направляющие, вальцы
Сверлильные и сверлильно-
фрезерные, просечные, круглопиль-
ные для продольного и поперечного
раскроя, шипорезные рамные и
ящичные, токарные, фрезерно-
копировальные, для облицовывания
кромок, шлифовальные, ленточно-
пильные и др.
Фуговальные, рейсмусовые, четырех-
сторонние продольно-фрезерные,
шлифовальные, ленточнопильные
столярные и др.
Лесопильные рамы, токарные, фре-
зерно-копировальные, лущильные,
шлифовальные
Глава 2.25. МЕХАНИЗМЫ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
Обозначения на эскизах: 1 - заготовка; 2 стол; 3 - фреза; 4 - пила; 5 - прижимной валец; 6 - цепной конвейер; 7 - направляющая ли-
нейка; 8 - подающий валец; 9 - бревно; 10 - зажимая тележка.
МЕХАНИЗМЫ ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ
759
Рис. 2.25.3. Расчетные схемы устройств:
а - зажимного шипорезного станка; б - прижимного крутлопильного прирезного станка
2.25.2. МЕХАНИЗМЫ ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ
Механизмами главного движения называют
рабочие органы деревообрабатывающих ма-
шин, осуществляющие главное движение об-
рабатывающего органа или заготовки для дос-
тижения требуемого технологического резуль-
тата. Большинство механизмов главного дви-
жения представляют собой держатели режу-
щего инструмента, оборудованные приводом.
Значительно реже эти механизмы приводят в
движение обрабатываемую заготовку, ‘напри-
мер в токарных, лущильных и строгальных
станках.
Классификация, основные характеристи-
ки и область применения наиболее распро-
страненных механизмов главного движения
деревообрабатывающих машин представлена в
табл. 2.25.2.
По характеру движения механизмы, под-
разделяются на три основные группы: враща-
тельного движения, равномерного поступа-
тельного движения по замкнутой траектории,
возвратно-поступательного движения.
На конструкцию механизма вращатель-
ного движения оказывают влияние силы рабо-
чего процесса. Когда силы резания велики, то
режущий инструмент (пилы, фрезы шлифо-
вальные цилиндры и др.) устанавливается ме-
жду опор. Рабочие валы могут быть цельными
и составными. Как правило, в качестве опор
используются подшипники качения. Подшип-
ники скольжения применяются в некоторых
типах полировальных станков, рабочие валы
которых помимо вращательного совершают
возвратно-поступательное перемещение вдоль
оси (осцилляцию).
С целью повышения жесткости и вибро-
устойчивости рабочие валы устанавливаются
на станине неподвижно, реже они имеют од-
нокоординатную настройку. Обычно рабочие
валы приводятся во вращение от асинхронных
электродвигателей через ременные передачи.
В тех случаях, когда требуется высокая
частота вращения режущего инструмента, а
силы резания невелики, применяются меха-
низмы с консольным закреплением режущего
инструмента (шпиндели). Реже такая схема
применяется на тяжелона!руженных шпинде-
лях и, как правило, это диктуется видом ре-
жущего инструмента.
По виду передаточного механизма разли-
чают шпиндели, непосредственно приводимые
электродвигателями (элекгрошпиндели), через
ременную передачу и через сложную кинема-
тическую цепь.
Небольшие силы резания позволяют в
ряде конструкций станков устанавливать ре-
жущий инструмент непосредственно на валу
электродвигателя, закрепленного в свою оче-
редь на двух- или трехкоординатных унифи-
цированных суппортах, что существенно уп-
рощает конструкцию механизма резания. Для
этой цели используют специальные асинхрон-
ные электродвигатели с синхронной частотой
вращения 3000 и 6000 мин'1 мощностью 1,1 -
1.75 кВт.
Большим разнообразием отличаются
шпиндельные узлы, приводимые во вращение
от электродвигателей через муфты или с по-
мощью передач плоскими, клиновыми или
поликлиновыми ремнями. Наиболее распро-
страненными являются шпиндельные узлы с
закреплением режущего инструмента на одной
консоли шпинделя. Реже используются шпин-
дельные узлы с закреплением инструмента на
двух консолях шпинделя, например, в свер-
лильно-фрезерных станках [10]. В тяжело на-
груженных шпиндельных узлах с относительно
невысокими частотами вращения инструмента
(например, фрезерно-брусующих для обработ-
ки бревен [14]) применяются роликовые ци-
линдрические и конические подшипники ка-
чения. В высокооборотных шпиндельных уз-
лах, как правило, используются радиальные и
радиально-упорные (в том числе сдвоенные)
шариковые подшипники качения повышенной
2.25.2. Классификация, схемы и основные характеристики механизмов главного движения (резания) деревообрабатывающего оборудования
Вид движения
Вращательное
движение
Тип механизма главного движения (резания) Схемы механизмов Типы деревообрабатывающих станков Технические характеристики
Характерный обрабатываемый размер, мм Частота вращения, мин-1 Мощность привода, кВт
Рабочие валы с расположением инструмента между опорами J'J'ZZX £ Продолъно-фрезеные: фуговальные рейсмусовые четырехсторонние Круглопильные: распиловки бруса обрезные Ширина обработки: 100 - 630 400 - 1200 120 - 260 Высота пропила: 80 - 180 13 - 100 5100 4800 - 5500 5000 - 6100 2500 2200 - 2500 1,5 - 7,5 5,5 - 22 3,5 - 11 ПО 40 - 75
1
Г I: к Й
К НА
С консольным расположением инструмента 1 Фрезерующие: четырехсторонние фрезерные шипорезные копировальные фрезерно-брусую- щие Круглопильные: продольного распи- ливания поперечного распи- ливания форматного раскроя бревно пильные Сверлильно- фрезерные: вертикальные одно- шпиндельные горизонтальные одношпиндельные многошпиндельные Ширина обработки: 100 - 250 5 - 100 5000 - 6300 3550 - 9000 3000 4000-10 000 До 1500 2500 - 3000 1500 - 3000 3000 - 6000 1500 3000 - 6000 6000-10 000 2800 2,2 - 11 4,7 - 5,5 2,2 - 4,2 2,2 - 5,5 37,0 10 - 40 2,2 - 11,0 2,2 - 7,5 55 1,7 - 2,2 1,5 - 3,2 0,4 - 2,2
]
и н о ¥ ч It А б # 4' /7/* \ а У Сечение за 200 Диаметр до Высота 13 - до до до Диаметр: до 40 16 - 25 10 - 35 готовки до 200 бревна 500 тропила: 100 120 60 500 Глубина отверстия до 100 50 - 80 До 65
Глава 2.25 МЕХАНИЗМЫ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
Вид движения Тип механизма главного движения (резания) Схемы механизмов
Центра Патроны Т । ЩлЦ 1 ЮЮ1 15 об ЧТ 28
Движение по замкнутой выгнутой кри- вой Пильные ленты ) 23»
Шлифовал ьн ые ленты
Возвратно- поступательное движение Пильные рамки Суппорты и 1
Продолжение табл. 2.25.2
Типы деревообрабатывающих станков Технические характеристики
Характерный обрабатываемый размер, мм Частота вращения, мин-1 Мощность привода, МИН’1
Лущильные Токарные Длина чурака до 1700 Длина заготовки 1600 - 4000 109 - 236 135 - 2500 35,5 - 46,4 1,7 - 14,6
Ленточнопилъные: бревнопильные делительные столярные Высота пропила: до 1100 до 630 5 - 400 500 - 700 700 - 800 720 - 950 75 - 160 30 2,2 - 7,5
Ленточ ношлифоеал ь - ные: узколенточные широколентрчные Ширина ленты: 60 - 250 600 - 2000 1000 - 1500 700 - 1200 4,0 - 13,0 11,7 - 60,0
Лесопильные рамы: двухэтажные специального назна- чения одноэтажные Просвет пильной рамки: 500, 630, 750, 800, 1100 360, 630, 650 630, 800 25 - 360 650, 270, 210 270, 250 125 - 160 24,5-48,5 40 - 50
Шпонострогалъные: горизонтальные наклонные вертикальные Ширина строгания: 3000 - 4000 3500 4000 9 - 35 56 14 - 80 20 - 71 43 45
МЕХАНИЗМЫ ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ
762
Глава 2 25 МЕХАНИЗМЫ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
точности с предварительным натягом [6, 18].
Для смазывания подшипников качения ис-
пользуют жидкие (минеральные и синтетиче-
ские) масла и пластичные мази повышенной
долговечности Для подачи к подшипнику
жидкого масла применяют следующие основ-
ные системы масляную ванну, фитильную,
масляный туман [4]. Корпус шпиндельного
узла выполняется в виде гильзы, которая уста-
навливается в расточку вертикальных и гори-
зонтальных суппортов с координатным пере-
мещением.
Шпиндели с приводом через сложную
кинематическую цепь в оборудовании дерево-
обработки применяются ограниченно (напри-
мер, в многошпиндельных сверлильно-приса-
дочных станках [3, 10]).
Центры и патроны как механизмы вра-
щательного движения заготовки применяются
в лущильных [19] и токарных [3] станках.
Расчет механизмов вращательного движе-
ния. Расчет начинается с составления расчет-
ной схемы, на которой изображаются все си-
лы, действующие на механизм, реакции опор,
и проставлены размеры. Реакции опор и диа-
метр опасного сечения вала определяются по
известным методам в теории по деталям ма-
шин
В процессе работы механизм вращатель-
ного движения натружается весом GK, техно-
логической натрузкой (например, силами ре-
зания) Fx, Fy, Fz, центробежными силами
инерции неуравновешенных вращающихся
масс FK, силами натяжения ременных передач
Fn, моментом аэродинамического сопротивле-
ния М& (рис 2.25.4, а, б)
Вес GK рабочих валов и шпинделей с
режущим инструментом легких станков со-
ставляет 100 - 200 Н, средних - 400 - 1000 Н,
тяжелых - до 7000 Н
Составляющие Fx, Fy, Fz сил резания для
каждого вида обработки определяются по
формулам, приведенным в гл. 2.24.
Сила натяжения ремня F^ (Н) зависит от
передаваемой мощности Р (кВт), диаметра D
(мм) шкива и частоты вращения п (мин4)
шпинделя
Гн = 1,2 - 108£р/’ / (itDnY (2.25.3)
Момент аэродинамического сопротивле-
ния Ма (Н-м) определяется формой, размера-
ми и частотой вращения п (мин4) вращаю-
щихся частей. Для цилиндрического инстру-
мента диаметром D (м) и длиной L (м) [21]
/ \2
Мй = 0^KaDAL\ — . (2.25.4)
1б0/
Величина М& в общем балансе натрузок
становится существенно значимой при боль-
ших размерах рабочих органов Так, например,
потеря мощности на шкивах со спицами тяже-
лых ленточнопильных станков (диаметр шкива -
2,0 - 2,5 м, окружная скорость - 50 м/с) дос-
тигает 10 кВт.
Сила инерции Fw (Н) направлена по ра-
диусу и имеет переменное направление вслед-
ствие вращения. Она определяется в функции
эксцентриситета е (мм) неуравновешенной
вращающейся массы т (кг) и частоты враще-
ния п (МИН'1)
/ х2
/и=те1зо] (2‘25<5)
Рис. 2,25.4. Примеры расчетных схем механизмов вращательного движения:
а - шпиндельного узла, б - узла ножевого вала
МЕХАНИЗМЫ ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ
763
При проектировании механизмов враща-
тельного движения дереворежущих станков
обычно ограничиваются выполнением расче-
тов на жесткость рабочих валов и шпиндель-
ных узлов с учетом податливостей валов,
шпинделей и подшипниковых опор. Кроме
того, осуществляется выбор подшипников
качения с проверкой их долговечности [15,
18] Динамические расчеты амплитудно-
частотных и амплитудно-фазово-частотных
характеристик, форм колебаний и др выпол-
няются для ответственных тяжелонагру-
женных и скоростных механизмов при повы-
шенных требованиях к качественным характе-
ристикам обработки. Расчетные схемы, соот-
ношения и зависимости аналогичны исполь-
зуемым при проектировании валов и шпин-
дельных узлов металлорежущих станков с уче-
том высокого частотного уровня внешних воз-
мущений.
Механизмы равномерного поступательного
движения по замкнутой траектории характери-
зуются наличием гибкого инструмента в виде
бесконечной ленты, надетой на два или более
шкивов. Они представлены в ленточнопиль-
ных [9], ленточношлифовальных [19], цепно-
фрезерных [3] и некоторых других станках. На
ленточнопильных станках один из шкивов
выполняется натяжным и, кроме того, имеет
ряд регулировочных и вспомогательных пере-
мещений, позволяющих регулировать положе-
ние пильной ленты Механизмы с тремя и
более шкивами используются чаще всего в ;
ленточношлифовальных станках
В механизмах с движением по замкнутой
траектории условия функционирования в
принципе не отличаются от условий работы
механизмов вращательного движения Рас-
сматриваемые механизмы дополнительно на-
гружаются силами натяжения ленточного ин-
струмента Так в ленточнопильных станках для
распиловки бревен устойчивая работа пильной
ленты будет обеспечиваться при наличии рас-
тягивающих напряжений порядка 100 - 140 МПа
[9], что соответствует дополнительной ради-
альной нагрузке на подшипниковые опоры
шкивов 70 - 100 кН.
Механизмы возвратно-поступательного
движения резания наиболее часто выполняются
по кривошипно-шатунной схеме и применя-
ются в лесопильных рамах [1, 25], станках для
производства строганого шпона [16], ножни-
цах для резки шпона [16] и др. Характерным
отличием этих механизмов является перемен-
ная скорость движения и, как следствие, воз-
никновение в процессе работы значительных
инерционных сил. Кроме того, в деревообра-
ботке применяются механизмы с равномерным
возвратно-поступательным движением по на-
правляющим в процессе рабочего и холостого
хода (зубчато-реечный привод строгальные
станков для производства шпона [16]}
Рабочие органы механизмов возвратно-
поступательного движения выполняются в
виде пильных рамок и суппортов.
Пильная рамка представляет собой рам-
ную конструкцию, внутри которой натянут
инструмент (чаще всего полосовые пилы). На
рис. 2.25.5 представлена конструкция меха-
низма резания одношатунной лесопильной
рамы, в которой кривошипно-шатунный ме-
ханизм преобразует вращательное движение
коленчатого вала в возвратно-поступательное
движение пильной рамки. Пильная рамка
вертикальной лесопильной рамы, перемещаясь
вверх-вниз, проходит верхнюю и нижнюю
"мертвые" точки и, следовательно, за один
оборот коленчатого вала дважды меняет на-
правление своего движения.
Кривошипно-шатунные механизмы вы-
полняются по схемам с центральным (нор-
мальным) и внецентренным (дезаксиальным)
механизмами резания [21]. Дезаксация не-
сколько снижает высоту станка и увеличивает
ход пильной рамки при одинаковой длине
шатуна и радиусе кривошипа, однако при
этом существенно увеличивается горизонталь-
ная составляющая сил инерции. Дезаксиальная
схема применяется лишь в легких тихоходных
лесопильных рамах [14]
Траектория движения зубьев пил обычно
прямолинейна. Более совершенно рабочее
движение зубьев пил по замкнутой вытянутой
кривой, обеспечивающей лучшую кинематику
и динамику резания. Практически это дости-
гается введением дополнительного попереч-
ного качания пильной рамки [1, 2].
1
Рис. 2.25.5. Кривошипно-шатунный механизм резания
лесопильной рамы:
1 - электродвигатель привода, 2 - ременная передача,
3 - коленчатый вал, 4 - маховики, 5 - шатун,
6 - пильная рамка, 7 - полосовые пилы
764
Глава 2.25. МЕХАНИЗМЫ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
Во время работы механизмов главного
движения на элементы конструкции действуют
силы резания, натяжения пил, трения, веса,
инерции [21] Для уменьшения отрицательного
воздействия радиальной и касательной инер-
ционных сил используются противовесы и
маховики [20].
При проектировании механизмов глав-
ного движения лесопильных рам выполняются
расчеты на прочность верхней и нижней тра-
верс пильной рамки, шатуна, коленчатого
вала, элементов сочленения этих звеньев меж-
ду собой [20], а также динамические расчеты
по снижению виброактивности лесопильных
рам [8].
Суппорты механизмов с возвратно-
поступательным движением служат для пере-
мещения инструмента или заготовки. В станке
для получения строганого шпона суппорт при-
водится в движение посредством зубчато-
реечной передачи по направляющим. На суп-
порте устанавливается нож и прижимная ли-
нейка. Для улучшения условий строгания и
повышения качества шпона нож суппорта или
заготовка располагаются под углом по отно-
шению к движению резания [16].
2.25.3. МЕХАНИЗМЫ ПОДАЧИ
В современных деревообрабатывающих
машинах в равной степени распространены
механизмы, придающие движение подачи
инструменту и заготовке. Все механизмы по-
дачи классифицируются на две большие груп-
пы: механизмы с жесткой и фрикционной
связью.
Механизмы подачи с жесткой связью.
Механизмы этого типа обеспечивают строго
определенное (без проскальзывания) положе-
ние заготовки относительно рабочего органа
подачи. Они либо толкают заготовку по бази-
рующим поверхностям (подвижное базирова-
ние), либо перемещают специальные устройст-
ва с закрепленной на них заготовкой или ин-
струментом (неподвижное базирование). Пе-
ремещение осуществляется различными меха-
низмами: цепной, зубчато-реечной, конвейер-
ной, винтовой и др. передачами, а также по-
средством гидравлических и пневматических
устройств [19].
По характеру движения различают меха-
низмы подачи трех видов: с непрерывным
движением, возвратно-поступательным движе-
нием и шаговые. Каждый из них может пере-
мещать заготовку по прямолинейной либо
криволинейной (в большинстве случаев по
lyre окружности) траектории. Схемы и техни-
ческая характеристика наиболее распростра-
ненных механизмов подачи поступательного
гепрерывного и возвратною поступательного
твижений приведены в табл. 2.25.3.
Механизмы непрерывного
I в иже н и я . Для прямолинейного переме-
щения заготовок наибольшее распрост-
ранение получили конвейеры с упорами или
зажимами. Они применяются для продольной
и поперечной подач заготовок призматиче-
скою формы и в виде щитов [3].
Значительно реже используется вальцовый
механизм с шипами. Он может применяться,
например, на участках четырехсторонней об-
работки брусковых деталей, где малые размеры
заготовки не позволяют вальцовому механизму
развить достаточную силу подачи. Шипы,
расположенные на образующей вальца, вне-
дряются в древесину, благодаря чему не про-
исходит проскальзывания. Следует различать
эти механизмы от механизмов подачи рифле-
ными вальцами, в которых происходит смятие
поверхностного слоя древесины и возможно
проскальзывание [7].
Механизмы непрерывного криволиней-
ного движения бывают карусельные и бара-
банные. И те и другие перемещают заготовки
по окружности.
Как правило, по периферии карусельного
стола имеется несколько мест для заготовок,
оборудованных зажимными устройствами. На
загрузочном участке зажимы подняты и заго-
товка укладывается на непрерывно поворачи-
вающийся стол. При подходе к зоне обработки
зажимы срабатывают, а после окончания обра-
ботки вновь подымаются, давая возможность
снять обработанную заготовку и положить на
ее место новую. Поскольку стол непрерывно
вращается, в таких станках осуществляется
проходная обработка: фрезерование, шлифо-
вание и др.
В барабанных механизмах крепление заго-
товок происходит в центрах. При этом заго-
товки вращаются в центрах и подаются бара-
баном на вращающийся инструмент в виде
абразивного эластичного цилиндра, фрезы,
пилы и др. После обработки центра автомати-
чески разжимаются и обработанная деталь
попадает в приемный бункер.
Механизмы возвратно-
поступательного движения могут
нести инструмент (суппорты, шарнирно-
рычажные системы) или заготовку (столы,
каретки).
Суппорты имеют, как правило, многоко-
ординатную настройку и прямолинейное пе-
ремещение от пневмо- или гидроцилиндра.
Они широко применяются в сверлильно-
присадочных станках, линиях агрегатной обра-
ботки и другом оборудовании [15, 22].
Шарнирно-рычажные механизмы подачи
обеспечивают как прямолинейное, так и кри-
волинейное движение подачи. В первом случае
они представляют собой многозвенные шар-
нирные устройства с прямилами, обеспечи-
вающими прямолинейную траекторию движе-
ния пежушего инстоумента ('топповочные
2.25.3. Схемы и техническая характеристика механизмов подачи с жесткой связью деревообрабатывающего оборудования
Вид механизма
Непрерывно-
поступательного
движения
Наименование механизма Схема Станки, в которых применяется данный механизм Технические параметры
Скорость подачи, м/мин Ход, м Мощность привода, кВт
Конвейеры с упо- рами или зажи- мами < Круглопильные торцовочные Круглопильные форматные Шипорезные рамные Облицовывания кромок 5 - 16 2 - 15 1,5 - 24 8 - 24 2 - 5 2 - 3 До 4 До 8 1Д 1,1 - 3,0 1,1 1,5
1 I
Й- — 4 2V
kJ У
\|
Вальцовый с ши- пами f f Четырехсторонние продольно- фрезерные Стружечные 6 - 42 0,5 - 3 - 1,5 - 3,0 2,2 - 5,5
гп Л
Карусельный стол 1 Карусельно-фрезерные Модельно-фрезерные Многооперационные для обра- ботки детали стула 1,5-2,4 2 - 18 3 - 12 - 1,5 0,6 1,1
Диски (барабаны) ^644 у Круглопильные торцовочные в карандашном и бочарном про- изводстве Шлифовальные для круглых деталей 1,5 - 12 6 - 24 - 0,6 - 1,1 0,6 - 1,1
МЕХАНИЗМЫ ПОДАЧИ
СП
Вид механизма
Наименование
механизма
Схема
Возвратно-
поступательно го
движения
Суппорты, столы
Шарнирно-
рычажные систе-
мы
Каретки
(тележки)
Продолжение табл. 2.25.3
Станки, в которых применяется данный механизм Технические параметры
Скорость подачи, м/мин Ход, м Мощность привода, кВт
Сверлильные и сверлильно- присадочные 0,2 - 4 0 - 0,11 0,41 - 1,1
Сверлильно-фрезерные 0 - 3 0 - 0,08 1,7
Цепнодолбежные 0 - 3 0 - 0,10 -
Копировально-фрезерные 3 - 6 До 1,00 0,6
Токарные До 7,5 До 4,00 1,1
Круглопильные торцовочные 5 - 30 0 - 0,80 1,1
Сверлильно-фрезерные До 3 0 - 0,10 -
Копировально-фрезерные 2 - 12 0 - 0,10 0,6 - 1,1
Шипорезные рамные 2 - 16 До 2 1,1
Круглопильные форматные 4 - 25 До 9 1,1 - 2,2
Ленточнопильные для бревен До 100 До 20 До 10
Круглопильные для бревен 10 - 80 До 20 До 7,5
Глава 2.25. МЕХАНИЗМЫ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
МЕХАНИЗМЫ ПОДАЧИ
767
круглопильные, сверлильно-фрезерные стан-
ки) [3, 17, 23]. В механизмах криволинейного
движения подачи режущий инструмент закре-
пляется на конце рычага, качающегося на оси.
В зависимости от расположения оси качания
различают маятниковые механизмы (закреплен
один конец рычага) и балансирные (рычаг
закреплен в центральной части).
Для подачи заготовок с небольшими
длинами хода (до 1000 мм) применяют столы.
совершающие возвратно-поступательное дви-
жение по направляющим скольжения. На-
правляющие качения с потоком или возвратом
тел качения [24] применяются сравнительно
редко, поскольку они усложняют конструкцию
и для них предъявляются повышенные гребо-
вания к точности изготовления, а также уп-
лотнению смазываемых узлов трения.
Подача материала на малых и больших
длинах хода (до 8000 мм) наиболее часто вы-
полняется на каретках (тележках) по направ-
ляющим качения в виде роликов с закреплен-
ными осями [12]. Принимая во внимание не-
высокие требования к жесткости упругой сис-
темы механизма подачи (по сравнению с ме-
таллорежущими станками), эти конструкции
получили наибольшее распространение в дере-
вообрабатывающих машинах, так как позво-
ляют обеспечить достаточно высокую точность
и равномерность перемещений на больших
длинах хода с малыми энергетическими затра-
тами.
Шаговые механизмы предназна-
чены для периодического толчкового переме-
щения заготовок во время их обработки или
переноса с одной позиции на другую. Для
прямолинейного перемещения заготовок при-
меняются конвейерные и штанговые механизмы.
для криволинейного - карусельные и барабан-
ные. Применение механизмов подачи этого
типа в оборудовании ограничивается загрузоч-
ными устройствами и некоторыми многоопе-
рационными станками специальных произ-
водств. От описанных выше механизмов они
отличаются приводом, обеспечивающим толч-
ковую подачу (пневмо- или гидроцилиндр,
храповой механизм и др.) [19].
Расчет механизмов подачи с
жесткой связью сводится к определе-
нию тяговой силы, мощности привода и
прочностным расчетам элементов различных
передаточных и исполнительных механизмов.
Необходимая сила 7^од (Н) на подачу
^гюд (2.25.6)
Мощность Ра (кВт) двигателя привода
подачи
Р = Лгод¥т (2.25.7)
и 60-1000ц
где L/y - суммарная составляющая сил реза-
ния по направлению подачи, Н; S/j- - сум-
марная сила трения, препятствующая подаче,
Н; ос - коэффициент запаса (а = 1,3 - 1,5); ц -
КПД механизма подачи.
В машинах с шаговым и возвратно-
посгупателыгым движением рабочих органов
необходимо рассчитывать силы и время на
разгон и торможение приводов [15, 18].
К прочностным расчетам относится оп-
ределение сечения конструктивных элементов
(кронштейнов, осей, валов, пружин и др.).
Часто выполняют расчеты элементов кинема-
тической цепи (ременных, цепных и зубчатых
передач, цилиндров и др.). Они достаточно
полно описаны в справочниках по деталям
машин.
Особое место в расчетах механизмов по-
дачи с жесткой связью занимают расчеты на-
правляющих. Плавность и сила на перемеще-
ние ползуна, каретки, суппорта в направляю-
щих зависит от сил грспия, которые в свою
очередь определяются коэффициентом трения
и уровнем нормального давления на рабочих
поверхностях. Последнее рассчитывается в
зависимости от величины, направления и мес-
та приложения движущей силы, сил полезных
и вредных сопротивлений, а также зависит от
конструкции и размеров направляющих и
ползуна. Наибольшее трение имеет место в
направляющих "ласточкин хвост”. В направ-
ляющих качения силы трения в 10 - 15 раз
меньше, чем в направляющих скольжения.
Для уменьшения сил трения и предотвраще-
ния заклинивания (самоторможения) ползуна
при проектировании необходимо соблюдать
определенггую зависимость между силами,
приложенными к ползуну, коэффициентом
трения и размерами ползуна и направляющих
[4, 7, 15, 18].
Износ направляющих оказывает непо-
средственное влияние па точность обработки
при неподвижном базировании, характерном
для рассматриваемых механизмов подачи [14].
Механизмы подачи с фрикционной
связью. В механизмах подачи с фрикционной
связью органы подачи (вращающиеся вальцы
или движущиеся конвейеры) перемещают за-
готовки за счет сил сцепления, образующихся
в зоне контакта между древесиной и поверх-
ностью органов подачи. Этот вид подачи явля-
ется специфическим для деревообрабатываю-
щего оборудования и характеризуется тем, что
заготовка может несколько проскальзывать
относительно тягового органа в зависимости
от сил сопротивления подаче, конструкции
тягового органа и т.п. Различают два вида та-
ких механизмов: с непрерывным движением и
шаговые.
Шаговые механизмы применя-
ются в некоторых типах лесопильных рам с
768
Глава 2 25. МЕХАНИЗМЫ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
толчковой подачей. Общая характеристика и
конструктивное исполнение механизмов этого
типа рассмотрены в 2.26.2.
Механизмы с непрерывным
движением являются едва ли не самыми
распространенными в деревообрабатывающем
оборудовании. Это объясняется тем обстоя-
тельством, что в технологии изделий из древе-
сины широко используется проходной способ
обработки, а наиболее простую и эффектив-
ную подачу при таком способе обеспечивают
вальцовые и конвейерные механизмы фрикци-
онного типа (табл. 2.25.4).
Вальцовый механизм подачи состоит из
различного числа (1 - 12) нижних и верхних
вальцов, которые мотуг быть гладкими, риф
леными или обрезиненными, цельными или
секционными.
Для увеличения коэффициента сцепле-
ния ф поверхность вальца делают рифленой
или надевают бандаж из фрикционного мате-
риала, например резины. Выбор рифлей зави-
сит от величины сопротивления подаче и ус-
ловий работы. Острые рифли портят поверх-
ность материала, оставляя на ней следы. Они
обычно применяются для подачи, черновых
заготовок или используются в тех случаях,
когда требуется получение значительной силы
на подачу, а оставляемые следы устраняются
при последующей обработке.
Условия нормальной подачи заготовок
цилиндрическими вальцами определяются
исходя из геометрических параметров вальцов,
размеров и физико-механических свойств за-
готовки, скорости подачи, силы прижима
вальцов к заготовке и др. Для увеличения сце-
пления с материалом и уменьшения вдавлива-
ния материала диаметр подающих вальцов
стремятся увеличить: у рейсмусовых станков -
80 - 150 мм; четырехсторонних калевочных -
200 - 300 мм, у тяжелых четырехсторонних
фрезерных - до 500 мм (17].
Прижим вальцов для создания тяговой
силы может быть пружинный или пневматиче-
ский. Так, например, на рейсмусовом станке
прижим вальцов осуществляется пружинами, а
на четырехсторонних продольно-фрезерных
возможны оба варианта. У пружинного вари-
анта сила прижима создается за счет подъема
вальца проходящей под ним заготовкой в ре-
зультате деформации пружины сжатия, у
пневматического - пневмоцилиндром.
Материал вальцов - обычно чугун или
сталь.
Конвейерные и вальцово-конвейерные меха-
низмы применяются для продольной и попе-
речной подачи материала. Они создают по
сравнению с вальцовыми механизмами более
равномерный нажим на обрабатываемую заго-
товку на большей площади, что снижает
удельное давление. В результате фрикционные
элементы конвейеров не оставляют заметных
следов на обрабатываемом материале. Конвей-
ерные механизмы могут быть выполнены в
виде гибких конвейерных лент, цепных или
сборных устройств. Они, .как правило, не
имеют упоров, а для увеличения сцепления их
с заготовками выполняются рифлеными, рези-
новыми (обрезиненными), гофрированными
или снабжают отверстиями и присоединяют к
вакуум-системе.
В простейшем механизме подачи кон-
вейер располагается над столом, по которому
он перемещает заготовки. Для создания необ-
ходимой тяговой силы и возможности обра-
ботки разнотолщинных заготовок конвейер
или его звенья выполняются подпружиненны-
ми. В некоторых конструкциях для снижения
необходимой тяговой силы (а следовательно и
силы прижима) применяются нижние гладкие
ролики. При нижнем расположении конвейера
тяговая сила обеспечивается верхними и при-
жимными роликами. Для увеличения тяговой
силы прижимные элементы могут выполняться
приводными. Цепной конвейер может быть
выполнен в виде шарнирно-роликовой цепи, к
звеньям которой крепятся "башмаки" с рези-
новыми накладками. Цепь осуществляет роль
тягового органа, а базирование заготовки про-
изводится на "башмаках", скользящих по на-
правляющим станины [11]. Иногда (фуговаль-
ные станки [5]) элементы цепного конвейера
снабжаются прижимами-толкателями, установ-
ленными на плоских пружинах. Эта конструк-
ция обеспечивает захват как со стороны верх-
ней пласта, так и с торца заготовки. При не-
высоких рабочих нагрузках, сопутствующих
процессам шлифования, полирования и дру-
гим широко используются конвейерные ленты.
Основной недостаток конвейерных меха-
низмов на базе цепей - сравнительно быстрый
износ шарниров и направляющих, по которым
скользят элементы конвейера Чтобы повысить
долговечность, применяют износостойкие
материалы для элементов шарнира и направ-
ляющих, обеспечивают надежную смазку, а в
некоторых случаях трение скольжения конвей-
ера по направляющим заменяют на трение
качения роликов конвейера.
Расчет механизмов подачи с
фрикционной связью включает опре-
деление силы прижима Fn подающих и при-
жимных элементов, силы на подачу ± под,
мощности Рд двигателя привода подачи. При
этом давление прижимных и подающих эле-
ментов рассчитывается из условия обеспечения
устойчивой подачи на входе и выходе заготов-
ки из станка, когда подачу (прижим) выпол-
няет лишь часть элементов.
2.25.4. Схемы и техническая характеристика механизмов подачи с фрикционной связью деревообрабатывающего оборудования
Вид механизма Наименование механизма Схема Станки, в которых применяется данный механизм Технические параметры
Скорость подачи, м/мин Мощность привода, кВт
Непрерывного действия Вальцовый Фуговальные Четырехсторонние продоль- но-фрезерные Фрезерные Рейсмусовые Лесопильные рамы Ленточнопильные делитель- ные Шлифовальные цилиндровые 7 - 30 6 - 42 8-24 8 - 24 3 - 20 5-45 3 - 20 0,8 - 1,1 2,2 - 3.0 0.6 - 1.1 1,1 - 5,5 2,2 - 7,5 1,1 - 3,0 1,5 - 5,5
ГГ7 Jk
Конвейерный и валь- цово-конвейерный Фуговальные Четырехсторонние продоль- но-фрезерные Шпоно-строгальные Шлифовальные ленточные Круглопильные прирезные Шипорезные двухсторонние 7 - 30 4 - 20 8 - 60 2 - 24 8 - 80 2 - 12 1,5 1,1 - 30 5,5 - 11.0 1,1 - 3,0 1,1 - п,о 1,1 - 2,2
9 td)
МЕХАНИЗМЫ ПОДАЧИ 769
770
Глава 2.25. МЕХАНИЗМЫ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
Применительно к расчетным схемам
(рис. 2.25.6) получим.
Рис. 2.25.6. Расчетные схемы механизмов подачи с
фрикционной связью:
а - круглопильный станок с вальцовой подачей;
б - рейсмусовый станок с вальцовой подачей,
в круглопильный станок с вальцово-конвейерной
подачей
Круглопильный станок с вальцовой по-
дачей:
Al = Аг = «4 А + (G3 + Av)/11 / 2<P2,
(2.25.8)
Аюд = A (<л Av)/i-
Рейсмусовый станок с вальцовой пода-
чей:
Ай = «I А + (2 Аг+ 2 Аз + - Av) /1] /
/ (фЗ - и),
Аг = «1А + (2Аг + 2Аз + Gi - Ffdfi] I
I (фг - м),
Аод = А + (2 Аг + 2 Аз + - Av) /1 +
+ (Al + Аг) н-
(2.25.9)
Круптопильный станок с конвейерной
подачей (прижим заготовки к конвейеру осу-
ществляется минимум двумя вальцами):
А1, 2, 3, 4 = “1А + (А - Fn) Ф1] /2(ф] - ц),
(2.25.10)
Атод = А + 4 Ан + (4А1 - Av+ G3 + GK)/3.
Мощность двигателя привода подачи для
всех рассматриваемых вариантов механизмов
определяется по формуле (2.25.7).
2.25.4. ЗАГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
Механизация переместительных опера-
ций, в том числе межоперационной передачи,
подачи заготовок в станок, укладки продукции
достигается оснащением деревообрабатываю-
щих машин специальными загрузочными
(питателями) разгрузочными (укладчиками)
устройствами. В раде случаев высокие скоро-
сти подачи делают невозможным работу без
таких устройств, а искусственное снижение
скорости приводит к падению производитель-
ности.
Загрузочно -разгрузочные устройства, при-
меняемые в деревообработке, подразделяются
на две группы: с накопителями заготовок
(деталей) и без накопителей.
Устройства с накопителями
представляют собой механизмы с емкостью
для размещения заготовок. По способу разме-
щения заготовок устройства подразделяются на
бункерные с неориентированным произволь-
ным размещением заготовок, штабельные с
ориентированным размещением заготовок в
несколько рядов и магазинные с ориентиро-
ванным размещением заготовок в один ряд.
Устройства без накопителей
предназначаются только для загрузки
(разгрузки) заготовок и работают с другими
устройствами, имеющими накопители.
Устройства без накопителей (загрузочные
столы) используются, как правило, при высо-
ких скоростях подачи длинномерных загото-
вок. Загрузочные столы могут автоматически
загружать заготовки при скоростях подачи до
150 - 180 м/мин. Подающие органы загрузоч-
ных столов конструктивно выполняются в
виде комбинации дисков, цилиндрических и
конических вальцов [19].
Загрузочно-разгрузочные устройства час-
то выполняются по обратимой схеме. Это по-
зволяет пользоваться универсальными конст-
рукциями питателей-укладчиков, приспособ-
ленных для загрузки заготовок и укладки гото-
вой продукции. Загрузочно-разгрузочные уст-
ройства конструктивно могут встраиваться в
станок, являясь одним из его узлов, быть ав-
тономными в виде стационарных и передаточ-
ных устройств, а также навесными, т.е. уста-
навливаться на станок без изменения его кон-
струкции. Автономные устройства в зависимо-
сти от системы управления делятся на мани-
пуляторы и промышленные роботы |7, 13].
Тип и конструкции загрузочно-
разгрузочных устройств определяются в пер-
вую очередь формой и размерами обрабаты-
ЗАГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
771
ваемого материала в виде брусковых щитовых
и листовых заготовок и деталей.
Схемы основных видов загрузочно-
разгрузочных устройств представлены на рис.
2.25.7.
Рис. 2.25.7. Загрузочно-разгрузочные устройства:
а - бункерное; б, в - штабельные; г - магазинное
Бункерные устройства применяются как
средства долговременного питания машин
заготовками и деталями несложной конфигу-
рации (доски, брусковые заготовки, техноло-
гическая щепа, шканты, шурупы и др.). Как
правило, в бункерах располагаются механизмы
ориентации, выбора заготовок, захвата и др. В
практике механизации загрузки на станках и
линиях, обрабатывающих доски и бруски,
широко используются устройства с наклонным
цепным элеватором (рис. 2.25.7, а) с упорами
(захватами). Конструктивное исполнение та-
ких устройств различно, однако все они по-
строены на едином принципе - загрузка осу-
ществляется из заготовок, ориентированных
только по длине. Бункерные устройства ис-
пользуются в линиях формирования сушиль-
ных штабелей, сортировки и пакетирования
сухих пиломатериалов лесопильного производ-
ства, в оборудовании обработки брусковых
заготовок, в мебельном производстве на стан-
ках установки фурнитуры, в сверлильно-
шкантозабивных автоматах [19].
Штабельные устройства предназначены
для выдачи заготовок из штабеля или пакета ,
которые могут формироваться с прокладками
и без них. Аналогично этому может выпол-
няться и разгрузка станков с формированием
штабелей и пакетов. Выдача заготовок в мо-
мент загрузки может производиться из непод-
вижного и подвижного штабеля, может быть
поштучной и многодетальной (например,
сплошным рядом) [7]. Наиболее часто в про-
мышленности используются устройства с вер-
тикальным и наклонным лифтами, напольным
конвейером. Штабельные загрузочные устрой-
ства работают по принципу сдвигания одной
заготовки (или ряда) относительно других или
их подъема из пакета и переноса на другое
место. В качестве загрузочного элемента, осу-
ществляющего захват и передачу заготовок,
наиболее часто применяются упоры и толкате-
ли, приводимые в движение пневмоцилиндра-
ми, цепными конвейерами, рычажными меха-
низмами и др. Для захвата щитовых и листо-
вых материалов (древесностружечные и дре-
весноволокнистые плиты, фанера, мебельные
щиты и др.) наиболее перспективно использо-
вание вакуум-присосов [13]. Пример схемы
штабельного питателя с вертикальным лифтом
показан на рис. 2.25.7, б.
Магазинные устройства в оборудовании
деревообрабатывающих производств получили
наиболее широкое распространение. Их кон-
струкция зависит от формы и размеров обра-
батываемых заготовок и деталей, направления
выдачи материала (продольное и поперечное),
способа выдачи заготовок из магазина, необ-
ходимой длительности действия. Существуют
схемы с выдачей заготовок из магазина цик-
лично-перемещаемыми толкателями, упорами
цепного конвейера, ленточным конвейером,
захватами, дисками и др. (рис. 2.25.7, я, г) [3,
7, 19].
При проектировании загрузочно-
разгрузочных устройств выполняется кинема-
тический расчет из условия обеспечения ритма
работы, заданного станком и, как правило,
регулируемого; определяется необходимая сила
на толкающих, сдвигающих, зажимных и др.
772
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
элементах, мощность привода, а также проч-
ностные расчеты конструктивных элементов,
работающих органов, несущей конструкции и
элементов кинематических цепей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Авдеев Э. Д., Харитонович Э. Ф.,
Дружков Г. Ф. Лесопильное оборудование. М.:
Высш, шк., 1984. 192 с.
2. Агапов А. И. Кинематика лесопильных
рам. М.: Леси, пром-сть, 1987. 143 с.
3. Амалицкий В. В. Станки и инструмен-
ты лесопильного и деревообрабатывающего
производства. М.: Леси, пром-сть, 1985. 288 с.
4. Амалицкий В. В., Комаров Г. А. Мон-
таж и эксплуатация деревообрабатывающего
оборудования. М.: Лесн. пром-сть, 1989. 400 с.
5. Бондарь В. Г. Фуговальные станки для
обработки древесины. М.: Лесн пром-сть,.
1983. 80 с.
6. Воякин А. С. Фрезерные станки для
обработки древесины. М.: Лесн. пром-сть.
1984. 80 с.
7. Грубе А. Э., Санев В. И. Основы тео-
рии и расчета деревообрабатывающих станков,
машин и автоматических линий. М.: Лесн.
пром-сть, 1973. 384 с.
8. Дерягин Р. В. Вибрация лесопильных
рам. Л.: Изд-во Лснипгр. ун-та, 1986. 144 с.
9. Дружков Г. Ф. Ленточнопильные стан-
ки для распиловки древесины М.: Леей,
пром-сть, 1983. 72 с.
10. Зимин Б. В. Сверлильные и свср-
лильно-пазовальные станки для обработки
древесины. М.: Лесн. пром-сть, 1986. 112 с.
11. Кишснков В. В. Оборудование дтя
облицовывания мебельных щитов. М.’: Лесн.
пром-сть, 1985. 88 с.
12. Коротков В. И. Шипорезные станки
для обработки древесины. М.: Леей, пром-сть,
1984. 96 с.
13. Кряков М. В., Гулин В. С., Бере-
лин А. В, Современное производство мебели.
М.; Лесн. пром-сть, 1986. 264 с.
14. Кузнецов В. М. Оборудование и ин-
струмент для производства пилопродукции.
М.: Леси, пром-сть, 1985. 96 с.
15. Кутуков Л. Г. Конструкция и расчет
деревообрабатывающего оборудования. М.:
Леси, пром-сть, 1985. 263 с.
16. Любченко В. И. Шпонострогальныс
станки. М.: Высш, шк., 1987. 200 с.
17. Любченко В. И., Дружков Г. Ф.
Станки и инструменты мебельного производ-
ства. М.: Лесн. пром-сть, 1990. 360 с.
18. Маковский Н. В. Проектирование де-
ревообрабатывающих машин. М.: Лесн. пром-
сть, 1985. 304 с.
19. Маковский Н. В., Амалицкий В. В.,
Комаров Г. А., Кузнецов В. М. Теория и кон-
струкции деревообрабатывающих машин. М.:
Лесн. нром-сть, 1990. 608 с.
20. Малахов И. К. Расчет, конструирова-
ние, производство и эксплуатация лесопиль-
ных рам. М.: Лесн. пром-сть, 1965. 438 с.
21. Манжос Ф. М. Дереворежущие стан-
ки. М.: Лесн. пром-сть, 1974. 456 с.
22. Соловьев А. А., Коротков В. И. На-
ладки деревообрабатывающего оборудования.
М.: Высш, шк., 1987. 320 с.
23. Суханов В. Г. Круглопильные станки
для обработки древесины. М.: Лесн. пром-сть,
1985. 80 с.
24. Пуш В. Э. Конструирование металло-
режущих станков. М.: Машиностроение, 1977.
390 с.
25. Фонкии В. Ф. Лесопильные станки и
линии. М.. Лесн. пром-сть, 1980. 320 с.
Глава 2.26
ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ
ОБОРУДОВАНИЕ
2.26.1. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
Дереворежущим оборудованием общего
назначения называются станки и линии для
обработки древесины и древесных материалов
резанием, конструкции которых позволяют
использовать их для выполнения определен-
ных операций, например, пиления, сверления,
выборки гнезд и других в различных произ-
водствах.
Ленточнопильные станки. В легких (сто-
лярных) лепточпонильных станках (рис.
2.26.1), предназначенных для прямолинейного
и криволинейного пиления досок, щитов и
листовых материалов на заготовки, в качестве
режущего инструмента используется бесконеч-
ное тонкое пильное полотно, надетое на вра-
щающиеся шкивы. Существенным преимуще-
ством этих станков перед другими пильными
станками является возможность выполнения
криволинейного пропила и меньшая его ши-
рина. Для устойчивой работы пилы удельная
сила натяжения ст =1,5 МПа. Сила натяжения
% Н, пилы одной и обеих ветвей будет соот-
ветственно
50=ст56; 2S0=2<ySb, (2.26.1)
Обычно У = 0,4 г- 0,8 мм; b = 10 4- 50 мм.
Подача материала - ручная, при прямо-
линейной массовой распиловке станок осна-
щается авто податчиком.
Технические характеристики столярных
ленточнопильных станков:
ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
773
Рис. 2.26.1. Схема ленточнопильного столярного станка:
I ~ нижний шкив; 2 - электродвигатель; 3 - ленточная пила; 4 - верхний шкив; 5 - ловитель ленты при ее
обрыве; 6 - механизм регулировки направляющих роликов по высоте; 7 - боковые ролики; 8 - упорные ролики;
9 - механизм регулировки положения верхнего шкива; 10 - стол
Наибольшая высота пропила,
мм .........................
Диаметр шкивов, мм .........
Частота вращения шкивов,
мин 1.......................
Мощность электродвигателей,
кВт.........................
Масса, т....................
400 - 800
400-1000
720-1430
2,0 - 8,0
0,5 - 4,5
Круглопильныс станки. В кругло пильных
станках в качестве режущего инструмента ис-
пользуются круглые пилы. По технологиче-
скому назначению круглопильныс станки
можно разделить па три основные группы: для
продольного, поперечного и форматного рас-
пиливания.
Круглопильныс станки для продольного
распиливания (табл. 2.26.1) строятся с нижним
и верхним расположением пил, преимущест-
венно с встречной подачей. Попутная подача
почти не используется, так как при ней воз-
можно форсированное затягивание древесины
пилой, что приводит к неравномерной скоро-
сти подачи, перегрузке двигателя и выбросу
детали из станка.
В зависимости от устройства механизма
подачи станки могут быть вальцовые и вальцо-
во-конвейерные. Вальцовые станки проще
гусеничных , но при распиливании материала
неправильной формы получается непрямоли-
нейный пропил. Кроме того, в вальцовом ме-
ханизме требуется большая сила прижима, что
может привести к разрушению древесины под
вальцом, а иногда к пробуксовке вальца. По-
этому преимущественно распространены валь-
цово конвейерные станки, часто называемые
прирезными, конструкция прирезных станков
с конвейерной подачей характеризуется чис
лом и расположением пил. У однопильных
станков с верхним расположением пилы в
конвейере предусматривается продольный паз,
у станка с нижним - конвейер состоит из двух
частей: правой и левой. У многопильных -
конвейер с этой целью в зоне пил отводят
книзу, поэтому он называется ныряющим, или
вместо одного применяют два конвейера: пе-
редний и задний. В некоторых моделях мно-
гопильпых станков пилы располагают по ходу
подачи снизу и сверху. Нижние пилы захваты-
вая нижнюю половину пропила, верхние
другую половину, закапчивая распиловку. В
таких станках применяют пилы меньшего
диаметра и меньшей толщины, что позволяет
уменьшить отходы древесины в опилки. Это
особенно существенно при большой высоте
пропила и малой толщине выпиливаемых за-
готовок. Станки с двумя рядами пил должны
иметь высокую точность регулировки пил на
шпинделе, чтобы обе пилы работали строго в
одной плоскости.
Круглопильные станки для поперечного рас-
пиливания (табл. 2.26.2). По конструктивному
признаку можно выделить два основных
типа: с подачей пилой - маятниковые, балан-
сирные, шарнирные, суппортные; с подачей
древесины - цепным конвейером и, значи-
тельно реже, в каретке и поворотными диска-
ми. В первых двух подача пилы по дуговой
траектории осуществляется путем устройства
станка по схеме вертикального или горизон-
тального маятника. Подача осуществляется
вручную, механическим и гидравлическим
2.26.1. Технические характеристики круглопильных станков для продольного распиливания
Тип и схема Назначение Наибольшие размеры распиливаемого материала, мм Скорость подачи, м/мин Частота вращения пил, мин-1 Диаметр пад мм Число пил, шт. Мощность электро- двигателя, кВт Масса, т
ширина высота
С ручной подачей
С вальцовой подачей
С конвейерно-вальцо-
вой подачей
Продольная, попереч-
ная и под углом к
волокнам распиловка
по линейке
Отпиливание по ли-
нейке одной кромки у
необрезной доски или
рейки; продольный
раскрой пиломатериа-
лов
Продольный раскрой
досок и брусков по
линейке с получением
точного пропила
400
300
400
Одиопильяый
200 Ручная
80 35-65
100 8-40
2600- 3000 300-600
3000 400
3000 250-400
9-12 1,1
10-15 1,5
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Тип и схема Назначение Наибольшие размеры распиливаемого материала. мм Скорость подачи, м/мин
ширина высота
Многопильный
С конвейерно-вальцо-
вой подачей или двумя
конвейерами
То же и массовый
раскрой досок на бру-
ски
250-400
100 6-60
С двумя рядами пил и Массовый раскрой 200-400
вальцо во-конвейерной досок на заготовки
или вальцовой подачей мацой толщины
50-100 12-50
Продолжение табл 2.26.1
Частота вращения пил. мин 1 Диаметр 1 пил, мм Число пил. шт. Мощность электро- двигателя, кВт Масса, т
3000- 3600 250-400 До 10 10-40 2,5- 4,0
3000 150-300 До 20 5-30 1,0
ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
2.26.2. Технические характеристики круглопильных станков для поперечного распиливания
Тип и схема Назначение Наибольшие размеры распиливаемого материала, мм Скорость подачи, м/мин Частота вращения пил, МИН'1 Диаметр пил. мм Число пил, шт. Мощность электро- двигателя, кВт Масса, т
ширина высота
Маятнт Баланс IKOBb е SS ' Черновой раскрой пиломатериалов с вы- резкой дефектных мест Черновой и чистовой раскрой пиломатериа- лов То же 500 400-630 500 С подачей пи.' 100 100 100 ой Ручная До 45 До 30 1500 1500 3000 500 500 400 1 1 1 2.2 10 2,2 0.3 1,0 0,66
7777777777/7///» ирные
flu
Суппор ЕЯ5В г
>тные
si
Ц у* л ) я
If ! ) ;
Jw о
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Тип и схема Назначение Наибольшие размеры распиливаемого материала, мм Скорость подачи, м/мин
ширина высота
Ша] энирнс ьрычах АД й кные 1 600 120 До 25
Конвейерные
Кареткой
Дисками (барабаном)
с подачей древесиной
Массовая, точная тор- цовка на заданный размер или распили- вание длинных загото- вок на несколько дета- лей 250 40-80 5-16
Односторонняя черно- вая и чистовая торцов- ка 250 40-80 5-8
Чистовая торцовка одновременно обоих концов карандашей и т.п. 100 20 5-8
Продолжение табл. 2.26.2
Частота вращения ПИЛ, МИН'1 Диаметр пил, мм Число пил, шт. Мощность электро- двигателя, кВт Масса, т
1500 500 1 4.0 1,6
3000 400 2-10 10-15 2.5- 3,5
3000 400 1 10 1,2
3000 350 2 3,5 0,4
ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
778
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
приводом. Более простым является гидравли-
ческий механизм подачи с цилиндром, шток
которого шарнирно связан с качающейся ра-
мой станка.
Суппортный станок состоит из удлинен-
ного суппорта с укрепленным электродвигате-
лем и пилой на его валу, входящим в направ-
ляющую обойму, по которой суппорт переме-
щается прямолинейно вручную или гидроци-
линдром.
В рычажно шарнирных станках исполь-
зуют для прямолинейного движения пилы
шарнирный мноюзвенник, обладающий свой-
ствами прямила, в котором звено с электро-
двигателем пилы на участке реза перемещается
по прямой линии. Наиболее часто встречаются
прямила Уатта и Чебышева.
В станках с прямолинейным движением
диаметр пил нс зависит от ширины распила,
поэтому станки особенно удобны для попе-
речного распила широких досок. Положитель-
ным качеством этих станков является высокая
точность работы и небольшие усилия на пода-
чу суппорта.
Среди станков с подачей древесины на
пилу наибольшее распространение получили
двух- и многопильные станки с конвейерной
подачей. Двухпильные станки - концеравните-
ли, имеют неподвижную и настраиваемую па
заданный размер подвижную пилы. Обрабаты-
ваемые детали базируются на двух балках и
подаются посредством двух конвейерных це-
пей с жесткими толкателями. Некоторые стан-
ки имеют устройство для прижима деталей в
зоне резания. Многопильныс станки имеют от
6 до 10 пил, либо настроенных на определен-
ный размер торцовки, либо расположенных в
разных по длине пиломатериала местах и обо-
рудованы автоматическим надвиганием вклю-
чаемым с места управления станком
(триммеры) Силы подачи и прижима зависят
от схемы станка и режимов обработки (-39).
Круглопильпые станки для форматной
распиловки (табл. 2.26.3) предназначены для
обрезки на заданный формат или раскроя раз-
личных плитных материалов: ДСтП, ДВП,
ЦСЦ, фанеры и др. Обрезка на заданный фор-
мат, как правило, производится в процессе
изготовления материалов на оборудовании,
встроенном в технические линии производства
плит: с конвейерной подачей, с суппортом
сопровождения, с косоперемешающимся суп-
портом.
В двух последних станках важно выдер-
жать правильное соотношение скоростей по-
дачи плиты и суппорта. Для суппорта сопро-
вождения это соотношение следующее [23]:
(2.26.2)
где vrl - скорость конвейера, м/мин; уд - ско-
рость подачи поперечной пилы, м/мин; Vj.3 -
скорость возврата суппорта, м/мйн; В - попе-
речная длина пропила, мм; /.mm - наимень-
ший размер между двумя поперечными реза-
ми, мм; - время на включение пилы и
отключение суппорта (примерно 1 - 2 с). Об-
ратный ход пилы - рабочий (при новом вклю-
чении суппорта сопровождения).
Для косоперемещающегося суппорта:
Т Г в ( 1 И _
*-min - vj1 + „ I + 'вкл г
COS со 2
(2.26.3)
vj1
—— = sm co.
vj2
Обычно угол co постоянный и составляет 30 -
45°. Обратный ход пилы холостой.
Раскрой плит - это операция получения
из плит заготовок нужных размеров и числа.
Задача эта является оптимизационной и обыч-
но решается с помощью ЭВМ по критерию
максимального полезного выхода. Раскрой
производится на однопильных и многопиль-
ных форматных станках. Многопильные стан-
ки позволяют реализовывать за один проход
любые схемы раскроя, но имеют существенные
недостатки, а именно: большое число пил
требует значительных расходов на их приобре-
тение и подготовку к работе, усложняет раз-
мерную настройку станка и снижает техноло-
гическую точность, значительно увеличивает
уровень шума, станок занимает большую пло-
щадь и сложен в эксплуатации. Поэтому наме-
тилась тенденция к резкому сокращению чис-
ла пил. Имеются станки с одной пильной бал-
кой или одним суппортом, способные реали-
зовать любую схему раскроя. При этом сниже-
ние производительности компенсируется уве-
личением высоты раскраиваемого пакета плит
до 160 мм и более. Наибольшее распростране-
ние получили станки с двумя - тремя пилами
и программным управлением. В двухпильном
- пакет плит последовательно проходит через
участок продольного, затем поперечного рас-
кроя. В трехпильных - совершается первый
продольный рез при рабочем ходе каретки.
При обратном ходе пилы перенастраиваются
на нужный размер а, и происходит следующий
продольный рез. После окончания продоль-
ного раскроя при рабочем ходе каретки по
программе происходит поперечный раскрой
на размер bt
Продольно фрезерные станки. На про-
дольно-фрезерных станках с помощью вра-
щающихся ножевых (фрезерующих) головок и
валов обрабатывают заготовки для создания
2.26.3. Технические характеристики круглопильных форматных станков
Тил и схема Назначение Размеры пакета плит, мм Скорость подачи, м/мин Частота вращения ПИЛ, МИН'1 Диаметр пил, мм Число пил, шт. Мощность электро- двигателя, кВт Масса, т
длина к хширина высота
С конвейерной подачей
Обрезка плит по
периметру на
заданный фор-
мат в линиях
производства
плит
То же
С суппортом сопровождения
С косопоставленным суппор-
том
Для обрезки на заданный формат
1850 х х 3400 До 70 2,6 - 12
3000 х х 3700 До 60 До 15
3000 х х 3700 До 60 До 15
3000
3000
3000
400
350 3 -4
350 3 -4
12 До 5
12 4-5
ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ 779
Тип и схема Назначение Размеры пакета плит, мм Скорость подачи, м/мин
длина х х ширина высота
Однопи ванной льные карет* TZ c сой it к омбиниро- Продольный, поперечный и смешанный оп- тимальный рас- крой по про- грамме 3750 х X 1850 Иля раскроя и, 160 ит 16 - 12
Двух-, тре> нирбванно СПИЛЬНЫ! й каретк J й с комби - ой То же 3750 х х 1850 50 - 160 5 - 12,5
Л к Л А
fl! 1 LJ 7$ и J
'2 Ё! и fpi I, liT, T|T 1 i
Продолжение табл. 2.26.3 780
Частота вращения пил, мин-1 Диаметр пил, мм Число пил, шт. Мощность электро- двигателя, кВт Масса, т
3000 400 1 4 8,0
3000 400 2 - 3 18 - 22 10-11
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
781
базовых поверхностей и в размер с двух или
четырех сторон. Все станки этой группы име-
ют проходной способ обработки и подвижное
базирование.
На фуговальных станках (табл. 2.26.4)
производится плоскостное фрезерование с
целью получения базовой одной или двух
смежных поверхностей заготовки. Болыпинст
во фуговальных станков (рис. 2.26.2) имеют
ручную подачу. Для механической подачи (4 -
30 м/мин) они оборудуются съемными вальцо-
выми и конвейерными механизмами (авто-
податчиками). Имеются станки с дополни-
тельным вертикальным суппортом для обра-
ботки двух смежных сторон заготовки. Неточ
ности распиливания и коробление во время
сушки приводят к тому, что загот >вки имеют
неровную черновую базу. Если заготовку при
обработке прижать к столу, то она выпрямит
ся, по после окончания обработки вновь при
мет прежнюю форму и получится гладкая, но
неплоская базовая поверхность. Надо вести
обработку так, чтобы деталь при этом сохраня-
ла первоначальную форму. Поэтому при меха-
нической подаче необходимо регулировать
силу прижима подающих элементов в зависи-
мости от сечения заготовки.
Рис. 2.26.2. Схема фуговального станка:
I - задний стол; 2 вертикальная ножевая головка,
3 - вальцовый автоподатчик;
4 - горизонтальный ножевой вал; 5- передний стол;
6 - направляющая линейка;
7 - рукоятка установки по высоте переднего стола;
8 - эксцентриковые опоры; 9 - привод ножевого вала;
10 - привод вертикальной ножевой головки;
II - маховичок установки по высот е заднего стола
На рейсмусовых станках (табл. 2.26 5)
проводится плоскостное фрезерование одной
(односторонние) или двух противоположных
(двухсторонние) сторон заготовки с целью
обработки ее в размер.
2.26.4. Технические характеристики фуговальных станков
Параметр Узкие Средние Широкие
Ширина столов, мм 200 - 400 500 - 700 800 - 900
Длина столов (общая), мм 1500 - 2000 2250 - 2500 2500 - 3000
Частота вращения ножевого вала, мин1 5000 - 7500 4500 - 6000 3000 4000
Число ножей, шт. 2 2 - 4 2 4
Мощность двигателя, кВт 1,5 - 2.5 3 - 4,5 5 - 6
Масса станка, т 0,2 - 0,4 0,5 - 1,0 1,0 - 1,5
2.26.5. Технические характеристики рейсмусовых станков
Параметр Узкие Средние Широкие Двухсторонние
Ширина столов, мм 250 - 300 400 700 800 - 1200 800 - 1250
Наибольшая толщина заготовок, 120 150 150 - 250 150 - 220 120 - 160
ММ
Наибольшая глубина фрезерова- ния, мм 3 - 5 5 - 10 8 - 12 5 - 10
Скорость подачи, м/мин 5 - 20 5 - 30 5 - 25 5 - 24
Частота вращения ножевого вала, 5000 - 6000 4200 - 6000 4000 - 5000 4000 5000
мин 1
Диаметр ножевого вала, мм 100 - 120 120 - 130 120 - 160 160 - 20Q
Число ножей, шт. 2 2 - 4 4-6 2 - 4
Мощность электродвигателей, кВт 3 - 6,5 6 - 10 12 - 25 25 - 45
Масса, т 0,2 0,7 2 - 5 5 - 7 5 - 7
782
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Подача заготовок в одностороннем стан
ке (рис. 2.26.3) осуществляется верхними
вальцами. Для надежной подачи в некоторых
станках задний нижний валец также делается
приводным.
Рис. 2.26.3. Схема одностороннего рейсмусового
станка:
1 - задний подающий валец; 2 - задний прижим;
3 - ножевой вал; 4 - передний прижим; 5 - передний
секционный подающий валец, 6 - когтевая завеса;
7- обрабатываемая заготовка; 8 - механизм регули-
ровки выступа вальцов под столом;
9 - механизм перемещения стола; 10 - нижний валец
На двухсторонних станках деталь обраба
тывается в размер но толщине путем снятия
слоев древесины фуговальным и рейсмусовым
ножевыми валами последовательно с обеих ее
сторон. В зависимости от очередности распо-
ложения ножевых валов различают фуговаль-
но-рейсмусовую, двухрейсмусовую и рейсму-
сово-фуговальную схемы (рис. 2.26 4). Наи-
большее распространение получили две пер-
вые. Двухрейсмусовая схема рекомендуется
при обработке жестких деталей, которые не
деформируются (прогибаются) от давления
прижимных элементов в станке, и, наоборот,
гибких тонких (до 5 мм) деталей. В остальных
случаях обе схемы равноценны. Однако, стан-
ки, спроектированные по фуговально-
рейсмусовой схеме, конструктивно проще и в
эксплуатации менее сложны.
Все основные элементы двухсторонних
станков (ножевые валы, подающие вальцы,
прижимы) несут те же функции и конструк-
тивно подобны аналогичным элементам одно-
сторонних станков [23, 32, 39).
На четырехсторонних станках (табл.
2.26.6) плоскую и профильную обработку
прямолинейных заготовок ведут с четырех
сторон в размер за один проход. В зависимо-
сти от ширины фрезерования станки подраз-
деляются на легкие (калевочные) - для обра-
ботки профильных мебельных и столярных
деталей, средние - для обработки столярных
плоских и профильных деталей и тяжелые -
для обработки погонажных изделий и пилома-
териалов.
Рис. 2.26.4. Схемы двухсторонних рейсмусовых станков:
о - фуговально-рейсмусового; б - двухрейсмусового; в рейсмусово-фуговального;
1 - гладкие подающие вальцы; 2 - задний прижим; 3 верхний рейсмусовый ножевой вал:
4 - верхний прижим; 5- рифленые подающие вальцы; Ь - прижимные балки; 7- верхний блок;
8 - прогивовыбрасыватель; 9 - фуговальный ножевой вал; 10 - стол; 11 - нижний рейсмусовый вал;
12 - верхний стол; 13 - прижим
ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
783
2.26.6. Технические характеристики четырехсторонних станков
Параметр Легкие Средние Тяжелые
Наибольшие размеры обрабатываемых заготовок, мм ширина толщина 80 - 160 50 - 80 160 - 250 125 - 150 300 - 650 150 - 200
Количество шпинделей, шт. 4 - 5 4 - 6 5 - 7
Частота вращения шпинделей, мин 1 5000 7000 5000 - 6000 4500 - 6000
Диаметр ножевых головок, мм 125 - 150 125 - 200 180 - 450
Скорость подачи, м/мин 10 - 30 10 - 50 До 250
Общая установленная мощность, кВт 10 - 50 30 - 70 150 - 300
Масса станка, т 1 - 5 6 - 8 10 - 20
Рис. 2.26.5. Принципиальные схемы четырехсторонних продольно-фрезерных станков с подачей:
а - сосредоточенной; б распределыпюй
/ - рейсмусовый ножевой вал. 2 - прижимные вальцы; 3 - рифленые подающие вальцы,
4 протавовыбрасыватель; 5 - фуговальный ножевой вал; 6 - дополнительный ножевой вал для продольных
фрез или пил; 7 направляющая линейка; 8- вертикальный ножевой вал; 9- ременная передача;
10 - боковые пружинные прижимы; 11 - боковые прижимные вальцы;
12 - ножевая головка для создания промежуточных базовых поверхностей на пласта заготовки
Механизмы подачи станков делаются со-
средоточенными и распределенными. По со-
средоточенной схеме (рис. 2 26.5, а) подаю
щий механизм располагается перед ножевыми
головками и заготовки проходят через станок,
проталкивая друг друга. При этом тяговая сила
развивается только двумя парами вальцов, что
требует большой силы прижима вальцов и
может привести к смятию и пробуксовке дета-
ли. Поэтому при сосредоточенной схеме более
надежны вальцово-конвейерная и двухконвей-
ерная подачи.
По распределенной схеме (рис. 2.26.5, 6)
подающих вальцов значительно больше (8 -
784
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Рис. 2.26.6. Фрезерный станок:
7 - стол; 2 - станина; 3 - шпиндель.
4 - механизм настройки шпинделя по высоте;
5 - шпиндельная насадка;
6 - дополнительная опора; 7 - электродвигатель при-
вода шпинделя;
К - плоскоременная передача
14) и они распределены по всему станку. В
этих условиях сила подачи, развиваемая каж-
дым вальцом, достаточна, чтобы преодолеть
силы сопротивления подачи только одной
ножевой головки. Такая схема вальцов более
надежна и позволяет точно обрабатывать заго-
товки пеболыпой длины (от 200 мм) с косыми
торцами [23].
Фрезерных станки. На фрезерных станках
осуществляется плоская, профильная и объем-
ная обработка прямолинейных и криволиней-
ных деталей. По конструктивному признаку
они делятся на станки с нижним и верхним
расположением шпинделя и копировальные.
Фрезерные станки с нижним расположени-
ем шпинделя (табл. 2.26.7) наиболее универ-
сальны. Кроме плоского и профильного фре-
зерования кромок и торцов деталей их можно
использовать для нарезания шипов и ряда
дру|их операций, выполняемых с ручной и
механической подачей. В зависимости от вы-
соты обработки они подразделяются на легкие,
средние и тяжелые.
Конструктивно станки выполнены оди-
наково, за исключением механизма подачи.
Различаются станки с подачей: ручной (рис.
2.26.6) с помощью шипорезной каретки или
автоподатчика. Каретка, верхняя поверхность
которой находится на уровне стола, перемеща-
ется пневмоприводом на горизонтальных и
вертикальных роликах, по направляющим,
закрепленным на станине. При фрезеровании
шипов детали крепятся на каретке, при вы-
полнении других операций каретка фиксиру-
ется в одном положении и служит столом.
Фрезерные станки с верхним расположени-
ем шпинделя предназначены для плоскостного
и фигурного фрезерования брусковых и щито-
вых деталей по копирам или программе (табл.
2.26.8).
В простейших вертикальных
фрезерно-копировальных стан-
ках над столом на направляющих смонтиро-
ван суппорт с элекгрошпинделем. В патроне
последнего устанавливается режущий инстру-
мент. В центре стола имеется выдвижной ко-
пириый палец, который входит в паз на ниж-
ней стороне шаблона. Паз имеет конфигура-
цию будущей детали. Деталь закрепляется на
шаблоне, суппорт с режущим инструментом
опускается и шаблон вручную перемещается
по столу станка, происходит фрезерование.
Фрезерные станки с кару-
сельным столом исполняются с одной
или двумя ножевыми головками. При автома-
тически ршулируемом вращении стола детали
поочередно подходят к фрезерным суппортам
и автоматически зажимаются пневмоцилинд-
рами. Копирный ролик, расположенный соос-
но с фрезой, входит в контакт с кромкой шаб-
лона и обеспечивает обработку заданного кон-
тура.
В фрезерных станках с ка-
реткой заготовка закрепляется ппевмопри-
жимами в шаблоне на подающей каретке и
вместе с ней перемещается мимо суппортов с
режущими инструментами. Последние пере-
мешаются по направляющим перпендикулярно
движению заготовки, причем надвигание и
отвод их осуществляется копирпым роликом,
скользящим по фигурной кромке шаблона.
2.26.7. Технические характеристики фрезерных станков с нижним расположением шпинделя
Параметр Легкие Средние Тяжелые
Наибольшие высота заготовки, мм 80 100 125
Частота вращения шпинделя, 1000/мин 6 - 12 3 - 9 4 - 8
Наибольший диаметр фрезы, мм 140 140 250
Мощность электродвигателя, кВт 2 - 3 5 - 6 6 - 7
Масса, т 0,7 0,8 0,9
2.26.8. Технические характеристики фрезерных станков с верхним расположением шпинделя
Тип и схема Назначение Наиболь- шая высо- та заготов- ки, мм Частота вращения шпинделя. 1000/мин Наиболь- ший диа- метр фре- зы. мм Вертикаль- ное пере- мещение шпинделя, мм Размеры (длина х х ширина) стола, мм Скорость подачи, м/мин Мощность электро- двигателя, кВт Масса, т
Вертикальные с ручной пода- чей Внешнее и внутреннее фрезерова- ние, про- резные и фигурно- рельефные работы 150 18 2 - 36 130 600 х 700 1,5 0,5 - 0,9
1
о11
С карусельным столом Обработка деталей с криволи- нейными контурами 90 - 140 6 125 50 800x1000 0,5 - 5,0 3 - 6 3 - 5
С кареткой Л То же 150 6 - 12 125 50 200x1000 До 10 3 - 5 3 - 4
ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
786
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Самые совершенные станки этого вида с
ЧПУ имеют рабочую головку с набором раз-
личных инструментов (концевые фрезы, свер-
ла, круглые пилы), перемещающуюся до на-
правляющим над столом с закрепленной на
нем заготовкой, что позволяет реализовать
любые программы обработки в вертикальной и
горизонтальной плоскости с пяти сторон. Ста-
нок имеет инструментальные магазины и спо-
собен производить автоматическую замену
режущего инструмента. ЧПУ базируется на
персональный компьютер и использует воз-
можности оперативной многоцелевой сис-
темы для независимого управления различны-
ми процессами. Оно также позволяет просле-
дить на дисплее перемещение инструмента в
процессе обработки и показывает информацию
об ошибках, давая возможность их исправле-
ния.
Объемно-копировальные станки. На ко-
пировальных станках вращающаяся фреза об-
рабатывает заготовку со всех сторон (объемное
фрезерование), копируя заданную форму мо-
дели. На них получают изделия, как симмет-
ричные, так и несимметричные в продольном
и поперечном направлении. Станки могут
быть одношпиндельные и многошпиндельные.
В последних от одной модели получают сразу
3-6 изделий. В зависимости от направления
врашения фрезы относительно волокон древе-
сины различают станки с поперечным, про-
дольно-поперечным и поперечно-продольным
копированием (табл. 2.26.9).
В станках с поперечной подачей ножевая
головка обрабатывает медленно поворачиваю-
щуюся деталь сразу по всей длине. Необходи-
мый размер и форма детали обеспечивается
профилем ножевой головки и формой копи-
ров. Станки с продольно-поперечной подачей
имеют узкую ножевую головку, осуществляю-
щую продольное фрезерование медленно по-
ворачивающейся детали. Наилучшими воз-
можностями обладают станки с поперечно-
продольной подачей. Заготовка и модель син-
хронно вращаются в центрах, связанных кине-
матически. Копирный ролик, обкатываясь но
модели, отодвигает или приближает суппорт с
вращающейся фрезой, имеющей закругленную
форму. Продольная подача суппорта по на-
правляющим осуществляется ходовым винтом.
Шипорезные станки. Шипорезные рамные
станки предназначены для одновременного
фрезерования шипов и проушин на концах
брусковых деталей для соединения последних
в рамочные и каркасные конструкции. В зави-
симости от числа одновременно обрабатывае-
мых концов заготовки различают односторон-
ние и двухсторонние станки.
Водносторонних станках (рис.
2.26.7) используется циклопроходная схема
обработки. Суппорты с инструментальными
шпинделями расположены с одной (обычно
Рис. 2.26.7. Односторонний рамный шипорезный
станок:
1 - гидродвигатель; 2 - фильтр;
3 - предохранительный клапан; 4 - обратный клапан;
5 - дроссель; 6,7 - гидрораспределитель;
8 - гидроцилицдр; 9 - реечно-зубчатая передача;
10, 11 - зубчатые колеса; 12 - цепная передача;
13 - конечный выключатель; 14 - гидроприжимы;
75 - гидрозажим; 16 - каретка; 77- заготовка;
18, 19 - направляющие; 20 - пила;
27 - торцовые фрезы; 22 - проушечный диск
левой) стороны по направлению подачи заго-
товок. Они оборудованы приспособлениями
для двухкоординатных и угловых настроечных
перемещений. Подача осуществляется карет-
кой с гидравлическим зажимом заготовок.
Каретка перемещается вдоль шпинделей по
направляющим качения с помощью гидропри-
вода. Круглая пила торцует брусок по длине.
Две горизонтальные торцовые фрезы форми-
руют шип, а вертикальный шпиндель с фре-
зерным диском вырезает проушину. Каретка
возвращается в исходное положение и цикл
повторяется.
Двухсторонние станки (рис.
2.26.8) имеют конвейерный механизм подачи,
проходящий между левой и правой суппорт-
ными колонками, на которых смонтированы
пильный, шипорезные и проушечный шпин-
дели в той же последовательности, что и на
одностороннем станке. Конвейерный меха-
низм подачи состоит из двух цепей ориги-
нальной конструкции, которые скользят по
горизонтальным направляющим. Прижим
материала осуществляется двумя приводными
клиновыми ремнями. Левая по направлению
подачи колонка - неподвижная, а правая име-
ет настроечное поперечное перемещение по
направляющим.
2.26.9. Технические характеристики объемно-копировальных станков
Тип и схема Назначение Наиболь- ший диаметр и длина заготов- ки, мм Скорость продоль- ной подачи фрезы, м/мин Число одновре- менно обрабаты- ваемых заготовок, шт. Диаметр фрезы, мм Частота враще- ния фрезы, МИН'1 Частота враще- ния заготовк И, МИН’1 Попереч- ная подача на обо- рот заго- товки, мм Мощ- ность электро- двига- теля, кВт Масса, г
С поперечной подачей Дтя полу- чения пря- мых, конус- ных или профиль- ных изде- лий, имею- щих в по- перечном сечении форму овала или много- угольника 1500 х х 1000 1 150 3000- 6000 15 - 40 5 - 30 1,5 0,6-0,8
С продольно-поперечной подачей Получение деталей, имеющих попереч- ную вогну- тость 150 х х 500 30 - 100 2 - 6 150 3000 - 6000 15 - 40 5 - 7 0,8
С поперечно-продольной подачей Получение деталей, ограничен- ных слож- ными про- странствен- но-кривы- ми поверх- ностями 100 - 500 х х 400 - 750 1 - 6 150 3000 - 6000 15 - 40 8 - 30 1,5-2,5 0,8
ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
00
788
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Рис. 2.26.8. Двухсторонний рамный шипорезный
станок:
1 - цепной конвейер; 2 - неподвижная суппортная
колонна; 3 - проушечный суппорт; 4 - привод
механизма подачи; 5 - привод перемещения
подвижной суппортной колонны; 6 - шипорезные
суппорты; 7- клиновый ремень; 8 - прижимные
ролики; 9 - пильный суппорт; 10 - заготовка;
11 - подпорная планка; 12 - направляющие
конвейера; 13 - направляющая суппортной колонны;
14 - подвижная суппортная колонна
Шипорезные станки для на-
резания прямого ящичного ши-
па предназначены для выработки шипа и
проушин на одной (односторонние) или одно-
временно на двух (двухсторонние) сторонах
щитовых деталей для соединения последних в
ящичные конструкции. В качестве режущего
инструмента в обеих случаях используются
прорезные цельные фрезы, собранные заранее
на оправке. Компоновка односторонних стан-
ков (рис. 2.26.9) обычно вертикальная, схема
обработки циклопроходная, компоновка двух-
сторонних - горизонтальная, схема обработки
проходная.
Рис. 2.26.9. Гидрокинематичсская схема
одностороннего шипорезного станка для ящичных
шипов:
/ - набор прорезных фрез; 2 - стол;
3 - обрабатываемая деталь; 4 - привод фрез
Шипорезные станки для
клинового шипа предназначены для
выработки на торцах заготовок шипов с после-
дующим сращиванием заготовок по длине.
Реже клиновой шип применяется для соеди-
нения деталей в рамочные конструкции и для
срашивания заготовок по ширине (нарезание
шипа на боковой поверхности заготовки). Как
правило, клиновые шипы нарезаются непо-
средственно перед склеиванием, поэтому для
этих целей выпускается специальное оборудо-
вание или комплектуются линии (см. разд.
2.26.4). В других случаях эта операция может
производиться на станках для прямого ящич-
ного шипа с установкой соответствующего
инструмента.
Шипорезные станки для
ящичных шипов "ласточкин
хвост" представлены двумя вилами: с кони-
ческими концевыми и дисковыми фрезами
(табл. 2.26.10). Наибольшее распространение
получили первые станки, в которых 16 -
25 фрез с шагом 24 - 26 мм одновременно
вырабатывают по всей ширине детали элемен-
ты закрытых, полузакрытых и открытых со-
единений с закругленными шипами [32].
Сверлильные станки (табл. 2.26.11). Стан-
ки этой группы предназначены для высверли-
вания отверстий в брусковых и щитовых дета-
лях.
Одношпинделъные станки выпускаются
вертикальные и горизонтальные. Наиболее
распространены вертикальные с ручной или
механизированной подачей. В последнем слу-
чае вместо педали опускания шпинделя при-
страивается пневмогидравлический узел при-
вода.
Многтипиндельные станки можно подраз-
делить на универсальные и присадочные. Уни-
версальные предназначены для высверливания
отверстий различного диаметра и расположе-
ния. Широко распространены присадочные
станки, на которых высверливаются отверстия
под круглые шипы (шканты) для угловых со-
единений щитов в коробчатые конструкции и
отверстия под фурнитуру. Присадочные стан-
ки бывают вертикальные, горизонтальные и
вертикаль но гор изонтальные.
Сверлильно присадочные станки (рис.
2.26.10) работают по схеме со сквозным про-
ходом заготовки. Станки имеют до 20 много-
шпиндельных головок; вертикальных, гори-
зонтальных. Шпиндели с, патронами в головке
расположены с определенным шагом, что зна-
чительно облегчает настройку - достаточно
установить сверла в нужные патроны Шпин-
дели приводятся от общего электродвигателя
через зубчатые или цепные передачи. Каждая
головка имеет свой пневмоцилиндр подачи.
Заготовка подается в станок клиноременным
конвейером и базируется на позиции пневмо-
упорами и пневмоприжимами.
ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
789
2.26.10. Технические характеристики шипорезных станков
Параметр Шип
рамный прямой ящичный "ласточкин хвост"
односто- ронний двухсто- ронний односто- ронний двухсто- ронний
Размеры заготовок, мм:
толщина 150 75 - 150 120 80 12 - 35
ширина 400 200 - 250 400 250 650
длина - До 3000 1500 2000 До 200
Скорость подачи, м/мин 12 - 15 16 4 6; 5 1 - 3
Частота вращения инстру- J000 3000 3000 3000 3000-6000
мента, мин'1
Диаметр пил, мм 400 400 - 400 -
Диаметр фрез, мм 236 236 156 156 14; 25
Диаметр проушин фрезы, мм 350 350 - - -
Количество, шт.:
- пил 1 2 - 2 -
фрез 2 4 1 2 16; 25
проушин фрез 1 2 - - -
Мощность электродвигателя, кВт 10 - 12 20 - 25 и 21 7
Масса, т 1,2 - 2 4 - 4,5 - - -
2.26.11. Технические характеристики сверлильных станкон
Параметр Одношпицдельных Многошлицдельных
универсальных присадочных
Размеры обрабатываемых щитов, мм:
длина - До 2000 350 - 2000
ширина - До 850 220 - 850
толщина - До 100 16 - 25
Диаметр отверстий, мм 40 До 100 6 - 30
Расстояние между осями шпинделей, мм - 30 - 130 32
Частота вращения шпинделей, мин-1 3000 - 8000 3000 - 6000 3000
Число шпинделей, шт. 1 5 - 30 До 21 (в
ОДНОЙ го-
ловке)
Число сверлильных головок, шт. - - До 20
Скорость подачи, м/мин 1 - 3 1 - 3 1 - 3
Мощность электродвигателя, кВт 1 - 2 4 - 15 15 - 25
Масса, т 0,4 - 0,6 1 - 3 3 - 6
790
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Рис. 2.26.10. Схема присадочного станка:
1 - конвейер подачи; 2 - пневмоупоры;
3 - пневмоприжимы; 4, 7 - многошпиндельные
головки; 5 - направляющая линейка;
6, 9 - пневмотолкатели; 8 - базирующие элементы;
10 - обрабатываемая деталь
Сверлильно-фрезерные станки (табл.
2.26.12). На сверлильно-фрезерных станках в
деталях концевыми фрезами выбираются гнез-
да со скругленными концами.
Вертикальные станки по конструкции
аналогичны сверлильным одношпиндельным
станкам. Стол у этих станков имеет продоль-
ное перемещение по направляющим в гори-
зонтальной плоскости с помощью зубчатого
реечного механизма, чем обеспечивается боко-
вая подача фрезы.
Горизонтальные станки по характеру бо-
кового перемещения шпинделя можно разде-
лить на станки с возвратно-поступательным
движением по дуге окружности и прямоли-
нейным. Вторая группа станков обладает ря-
дом преимуществ: повышенная чистота боко-
вых
стенок и прямолинейное дно гнезда, простота
наладки на длину гнезда и более широкие
технологические возможности станка. Попе-
речное движение шпинделя производится
кривошипно-шатунным механизмом. Регули-
рование длины гнезда осуществляется за счет
изменения радиуса кривошипа. Прямолиней-
ность траектории этого движения обеспечива-
ется направляющими или рычажно-
шарнирными механизмами. Последние (рис.
2.26.11) отличаются высокой точностью и на-
дежностью, а также простотой обслуживания и
ремонта, компактностью и малой массой.
Большинство станков имеет ременный привод
шпинделя.
Рис. 2.26.11. Схема двухстороннего
сверлильно-фрезерного станка с рычажно-шарнирным
механизмом боковой подачи:
1 - шпиндель; 2 - стол; 3 - направляющие стола;
4 - кривошипно-шатунный механизм; 5 - механизм
регулировки величины качания (длины паза);
6 - электродвигатель привода; 7 - маховичок
регулировки величины качания; 8 - шарнирно-
рычажный механизм, 9 - пневмоцилиндр подачи
стола; 10 - прижим
2.26.12. Технические характеристики сверлильно-фрезерных станков
Параметр Вертикальные Горизогпальные с движением
по дуге окружности поступательным
Глубина гнезда, мм 100 80 80
Длина гнезда, мм 200 125 125
Скорость подачи, м/мин 2,4 До 3 ДоЗ
Диаметр фрезы, мм 40 25 25
Частота вращения фрезы, тыс. мин’1 3 - 6 6 До 12
Число качаний, 1/мин - 100 - 250 150 - 300
Мощность электродвигателя, кВт 2,2 4,2 2,2
Масса, т 0,45 0,7 0,6
ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
791
Долбежные станки (табл. 2.26.13). На
долбежных станках различными инструмента-
ми в деталях вырабатываются гнезда прямо-
угольных сечений. В качестве режущего инст-
румента используют фрезерные цепочки или
гнездовые фрезы. В цепнодолбежных станках
(рис. 2.26.12, а) фрезерная цепочка приводит-
ся четырехзубой звездочкой, сидящей на валу
электродвигателя, закрепленного на крон-
штейне с направляющими, по которым осуще-
ствляется рабочий и холостой ход. Недостат-
ками этих станков является сложность режу-
щего инструмента, невозможность выборки
гнезд шириной менее 6 мм, невысокие качест-
во обработки и производительность.
Простота режущего инструмента и высо-
кая производительность обусловливают широ-
кое распространение долбления гнездовыми
фрезами. В качестве рабочих органов удобно
использовать унифицированные долбежные
агрегатные головки, которые монтируются на
станине в нужном количестве для горизон-
тальной и вертикальной обработки.
Токарные станки. На токарных станках в
результате вращательного и поступательного
движений заготовки или резцов обрабатывае-
мые детали получают форму тел вращения. В
зависимости от способа базирования детали
различают станки (табл. 2.26.14): центровые
(базирование в центрах), лобовые (базирова-
ние на планшайбе) и бесцентровые (скользя-
щее базирование).
В зависимости от длины лезвия токар-
ного резца центровые станки подразделяются
на две группы: коротколезвийные (длина лез-
вия меньше длины обрабатываемой детали) и
длиннолезвийные (длина лезвия равна длине
детали). Короткие обрабатываемые детали
крепятся в патронах шпинделя.
Лобовые станки на шпинделе несут
планшайбу (диск), к которой крепится обраба-
тываемая деталь.
В бесцентровых станках резание выпол-
няет пустотелая токарная ножевая головка, а
обрабатываемая деталь подается по оси враще-
ния. Базирование при этом происходит на
внутренней (цилиндрической) поверхности
головки или специальной направляющей втул-
ки.
2.26.13. Технические характеристики долбежных станков
Параметр Цепнодолбежные С гнездовыми фрезами
Максимальная, мм:
глубина 175 70
ширина 6 - 30 1 - 16
Скорость подачи, м/мин 0,5 - 4 3000
Частота вращения инструмента, мин-1 3000 3000
Мощность на 1 шпиндель, кВт 4 - 5 0,8
Масса, т 0,65 0,03
Рнс. 2.26.12. Цепнодолбежный станок:
1 - стол; 2 - прижим; 3 - заготовка; 4 - фрезерная головка; 5 - суппорт; 6 - приводная звездочка;
7 - направляющая; 8 - режущая цепочка; 9 - натяжное устройство
2.26.14. Технические характеристики токарных станков
Тип и схема Назначение Расстояние между - центрами, мм Диаметр детали, мм Частота вращения шпинделя, МИН'* Скорость подачи, м/мин Мощность, кВт Масса, т
Коротки с— 1езв1 nR |i u || 1 । дйные и —‘ Многообразные работы по цилинд- рической, фасонной внешней обточке и внутренней расточке деталей Цент| 1000-1600 ювые До 400-600 150-3000 До 7,5 1 - 4 0,5 - 1,5
Длиннолезвийные
С радиальной подачей Обточка коротких 500-1000 6 - 150 4000-7000 Ручная 1,5 - 10 1 - 1,5
У фасонных изделий.
1 ' ф ' не требующих высо-
J Т- L. кого качества L . f .11 J
С тангенциальной подачей Точная и чистая 500 - 1000 6 - 150 4000 - 7000 Ручная 1,5-8 0,8 - 1,2
....... обточка фасонных
изделий
TQVi I 1 1
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Продолжение табл. 2.26.14
Тип и схема Назначение Расстояние между центрами, мм Диаметр детали, мм Частота вращения шпинделя, мин-1 Скорость подачи, м/мин Мощность, кВт Масса, т
Лобовые
Обточка лобовых
поверхностей при
модельных и других
работах
1000-2000 60 - 1500 Ручная 3-4 1-1,5
Бесцентровые
tea Обработка цилинд- рических деталей типа палок, шкантов и т.п. при подаче их вдоль оси - 8 - 50 3500-5000 5 - 20 3,5 - 7 0,6
ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
794
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Шлифовальные станки. Шлифовальные
станки в технологии деревообработки приме-
няются для следующих операций: выглажива-
ния поверхностей с доведением их до задан-
ной шероховатости, выравнивания поверхно-
стей с доведением их до плоского состояния и
калибрования на заданную толщину. Скорость
резания 15-25 м/с.
В узколенточных станках в качестве ин-
струмента используется бесконечная шлифо-
вальная лента шириной 80 - 300 мм, натянутая
на шкивах.
В зависимости от того, какая часть ленты
участвует в работе, и от характера контакта
между древесиной и шлифовальной лентой
узколенточные станки делят на несколько ти-
пов (табл. 2.26.15).
Наиболее совершенным из них является
станок с протяженным утюжком и конвейер-
ной подачей (рис. 2.26.13). Утюжок состоит из
отдельных секций, имеюших индивидуальный
пневмопривод (пневмокамеру или пневмоци-
линдр), который производит опускание и
подъем нижней опорной поверхности утюжка.
Перед утюжком поперек конвейера по числу
секций устанавливается ряд контактных роли-
ков, связанных с электронными реле времени,
управляющими опусканием и подъемом каж-
дой секции утюжка. Щит, проходя под роли-
ками, поднимает часть из них, подавая сигнал
на опускание только тех секций, которые со-
ответствуют его ширине. Это позволяет избе-
жать прошлифовки продольных ребер щита,
особенно при обработке деталей переменной
ширины и рамочной конструкции. Своевре-
менный подъем и опускание утюжка предот-
вращает прошлифовку поперечных ребер дета-
ли.
Рис. 2.26.13. Схема узколенточного шлифовального
станка с протяженным утюжком:
1 - протекторная лента; 2 - абразивная лента;
3 - секционный пневматический утюжок;
4 - контактный ролик; 5 - ленточный подающий
конвейер; 6 - рама стола; 7 - прижимные ролики;
8 - привод абразивной и протекторной лент;
9 - привод конвейера подачи
В широколенточных станках (табл.
2.26.16) ширина ленты превышает наиболь-
шую ширину обрабатываемой детали. Они
обладают рядом преимуществ: более высокой
производительностью, лучшей очисткой ленты
от отходов обработки и повышенной удельной
мощностью привода главного движения (до
0,65 кВт/см). При ширине обработки 600 -
900 мм их производительность в 2 - 3 раза
выше, чем цилиндрошлифовальных станков и
в 10 раз больше, чем узколенточных шлифо-
вальных станков. Значительная длина широких
лент (2,6 - 3,8 м) обеспечивает высокую их
стойкость и работоспособность.
К недостаткам этих станков можно отне-
сти высокую стоимость ленты, трудность ее
подготовки к работе (осуществляемой, как
правило, централизованно) и необходимость
высокой квалификации обслуживания, осо-
бенно при тонких лентах малой зернистости.
Для улучшения качества обработки и
предотвращения сбега ленты со шкивов ей
придается осциллирующее движение поперек
подачи щита с частотой 20 - 35 мин’1. Верхние
барабаны выполнены поворотными в горизон-
тальной плоскости. Поворот барабана пневмо-
цилиндром в одну сторону вызывает движение
ленты по их поверхности, а поворот в другую -
движение в противоположную сторону. Пере-
ключение осуществляется пневмоструйным
датчиком, расположенньгм возле края ленты.
На цилиндровых шлифовальных станках
помимо выглаживания и выравнивания по-
верхности выполняется калибрование и снятие
провесов в собранных узлах. Абразивная лента
одевается на барабан диаметром 280 - 350 мм
по спирали. Для уменьшения ее засорения и
устранения продольных царапин с обработан-
ной поверхности в результате затупления зерен
барабанам придается осциллирующее движе-
ние с амплитудой 5-6 мм и частотой 100 -
250 мин'1.
Ввиду ограниченной окружности бараба-
на, относительно высокой температуры про-
цесса и быстрого засорения ленты барабанные
шлифовальные станки дают худшее качество
поверхности по сравнению с широколенточ-
ными шлифовальными станками.
Калибрование ДСтП успешно осуществ-
ляется на станках с массивными абразивными
цилиндрами с нормированной структурой из
карбида кремния черного. Обеспечивается
высокая точность обработки и рост произво-
дительности в 2 раза, высокая стойкость шли-
фовального инструмента. Делаются попытки
использовать в качестве режущего инструмента
барабаны с алмазными резцами, стойкость
которых исчисляется годами.
2.26.15. Технические характеристики узколенточных шлифовальных станков
Тип и схема Назначение Наибольшие размеры обрабатываемого материала, мм Число шлифоваль- ных лент, шт. Скорость подачи, м/мин Мощность электродви- гателя. кВт Масса, т
длина ширина толщина
С непо ЦВИЖНЫМ СТС )ЛОМ Выглаживание пло- ских деталей (бруски, щиты небольших раз- меров и т.п.) 1250 300 - 400 60 1 Ручная 2 - 3 0,6- 0,8
Со своС 5од В ной лентой Выглаживание криво- линейных деталей Не ограничены 1 То же 1 - 1,5 0,15- 0,3
С уз 7?. ким утюжком Выглаживание щито- вых деталей с облицо- ванной и отделанной поверхностью 850-2000 850-1900 190-400 1 - - 4 - 5 0,6-1
1 4
Л Л
С протяженным утюж1 сом Выглаживание и час- тичное выравнивание щитовых деталей с необлицованной, об- лицованной и отде- ланной поверхностью 360 1200-2000 75 2 6 - 24 20 - 30 3-3,5
t
Со шкивн ты ОЙ L (астью лен- Выглаживание и вы- равнивание щитовых и брусковых деталей 300 140 1 - 3 6 - 24 20 - 50 2-3,5
ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ 795
2.26.16. Технические характеристики широколенточных шлифовальных станков
Тип и схема Назначение Наибольшие размеры обрабатываемой детали, мм Число шлифоваль- ных лент, шт. Скорость подачи, м/мин Мощность электродви- гателя. кВт Масса, т
длина ширина толщина
С утюжковым контактом Выглаживание обли- цованной или отде- ланной поверхности щитовых деталей с частичным ее вырав- ниванием От 400 1100 75 2 6 - 24 35 - 40 5 - 6
С вальцовым контактом Выглаживание обли- цованной поверхности и частичное калибро- вание щитовых дета- лей От 500 950 75 2 6 - 25 60 ’ 6 - 7
Комбинированные Выглаживание, вырав нивание и частичное калибрование облицо- ванных и необлицо- ванных щитовых дета- лей От 500 1000 75 2 До 30 65 6 - 7
Двухсторонние с вальцо- вым контактом ф Калибрование необли- цованных деталей из ДСтП От 500 950-1900 50 2 - 6 6 - 24 30 - 215 5 - 17
796 Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
797
Технические характеристики цилиндро-
вых шлифовальных станков:
Ширина шлифования, мм....... 750 - 250
Частота вращения цилиндров,
мин'1 ...................... 1500-3000
Число цилиндров............. 3 - 4
Скорость подачи, м/мин...... 3-19
Мощность электродвигателей,
кВт......................... 17 - 40
Масса, т.................... 3-10
Дисковые шлифовальные станки предна-
значены для шлифования по плоскости объ-
емных деталей, например, ящиков, рамок и
т.п. Рабочим органом служит диск диаметром
750 мм с натянутой на его поверхность шкур-
кой. Иногда станки выполняют двухдисковы-
ми и снабжают шлифовальной бобиной. Бо-
бина расширяет технологические возможности
станка, позволяя обрабатывать выпуклые и
вогнутые поверхности [22, 23, 32, 39].
Комбинированные и бытовые станки. В
небольших деревообрабатывающих производ-
ствах и в быту, как правило, применяют ком-
бинированные и универсальные станки, а так-
же ручной электрофицированный инструмент.
Станки комбинированные (табл. 2.26.17)
предназначены для выполнения различных
операций: фугования, продольного и попереч-
ного пиления, фрезерования поверхностей,
шлифования и сверлильно-пазовальных работ.
Применяются в модельных цехах машино-
строительных производств, столярных мастер-
ских и на ремонтных площадках.
Сверху на станине станка крепится но-
жевой вал, передний и задний фуговальные
столы, пильный стол с поперечной кареткой,
салазки и стол сверлильный. В лучших моде-
лях, обладающих широкими технологическими
возможностями, под ножевым валом имеется
настраиваемый по высоте рейсмусовый стол.
Для механизации подачи заготовок станок
снабжен шестироликовым автоподатчиком.
В последнее время широкое распростра-
нение получили универсальные бытовые стан-
ки, многочисленные модели которых отлича-
ются друг от друга набором выполняемых опе-
раций, напольным или настольным исполне-
нием, регулировкой фуговальных в пильных
столов, технологическими параметрами. На
них в различных сочетаниях можно выполнять
продольное, поперечное и под углом распили-
вание, сверление, фрезерование пласти и
кромки заготовок, фрезерование пазов, шпун-
тов, типовых соединений, шлифование, точе-
ние, заточку режущего инструмента.
Технические характеристики универсаль-
ных бытовых станков:
Размеры заготовки
при пилении
толщина наибольшая, мм .. 50
ширина наибольшая, мм ... 250
длина наименьшая, мм..... 250
при фрезеровании пластин
толщина наименьшая, мм 5-10
ширина наибольшая, мм ... 140 - 200
длина наименьшая, мм..... 250
толщина снимаемого слоя
наибольшая, мм........... 3-4
2.26.17. Технические характеристики комбинированных станков
Параметр Операция
Фугование, рейсмусование Пиление Фрезерование Шлифование Сверление, пазование
Размеры обрабатываемой заготовки, мм:
ширина наибольшая 250 - 400 120-140 - 100 -
толщина 5 - 160 5 - 100 5 - 150 12 - 100 20 - 100
длина наименьшая 300 - - - -
Диаметр инструмента наибольший, мм 100 400 120 320 20
Частота вращения, мин’1 6000 3000 6000 3000 3000
Общая установленная мощность, кВт 4,5 - 5,0
Масса, кг Габаритные размеры, мм: 700 - 1100
длина 1600 - 1950
высота 1400 - 1700
ширина 1400 - 1700
798
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
при фрезеровании соединений
четверти наибольшая, мм .. 20 х 20
шпунта наибольшая, мм .... 8x8
ящичного шипа, мм....... 8x15
Наибольшая ширина шлифо-
вания, мм................... 80
Частота вращения, мин 1 .... 1500-5000
Мощность электродвигателя,
кВт ........................ 550-1100
Общим для всех станков является узел
ножевого вала с двумя строгальными ножами
и двумя подшипниковыми опорами, приво-
димый в движение через клиноременную пе-
редачу от электродвигателя. На свободном
конце вала крепится различный сменный ин-
струмент: круглая пила, сверло и др. Сущест-
венным недостатком многих моделей является
отсутствие операции рейсмусования. Для этого
необходимо добавить рейсмусовый столик под
ножевым валом. Обычно наибольшая толщина
на этой операции 50 мм. На универсальном
станке должны быть, как минимум, три скоро-
сти вращения вала, мин'1: 4800 - для цилинд-
рического фрезерования; 3000 - для круглого
пиления; 1500 - для сверлильно-пазовальных
работ.
2.26.2. ОБОРУДОВАНИЕ ЛЕСОПИЛЬНОГО
ПРОИЗВОДСТВА
Классификация. Оборудование лесопиль-
ного производства предназначено для сорти-
рования и первичной механической обработки
бревен с целью получения пиломатериалов и
заготовок требуемых сечений. Состав и клас-
сификация основного технологического обо-
рудования представлены в табл. 2.26.18.
2.26.18. Состав и классификация основного технологического оборудования
лесопильного производства
Наименование участка технологи- ческого процесса лесопильного про- изводства Технологические опера- ции, выполняемые на данном участке или линии Состав оборудования Виды лесопильных пред- приятий и потоков
Участок подго- товки пиловоч- ного сырья к раскрою Предварительная очи- стка и грубое окарива- ние бревен в пучках в зимнее время Окаривание древеси- ны, автоматизирован- ное разделение пило- вочного сырья на группы по диаметрам и качеству Бункерные окорочные агрегаты Одно- и двухроторные окорочные станки Средние и крупные механизированные лесопильные пред- приятия с годовой мощностью не менее 100 - 150 тыс. м3 рас- пиливаемого сырья
Участок про- дольного рас- кроя бревен и формирования сечения пилома- териалов Продольный раскрой бревен на брусья и доски Двухэтажные и одноэтажные лесо- пильные рамы Станки: одно пильные ленточ- н о пильные для бревен; сдвоенные и счетве- ренные ленточно- пильные; ленточнопильные де- лительные; круглопильные; многопильные кругло- пильные Высокомеханизиро- ванные лесопильные заводы Для индивидуального раскроя крупномер- ных бревен с фаутны- ми пороками. Высо- комеханизированные ленточно пильные потоки для индивиду- ально-группового раскроя пиловочных бревен диаметром 14 - 60 см
Продольный раскрой окоренных бревен на пиломатериалы задан- ных сечений с помо- щью фрезерования и пиления (с получением технологической щепы для ЦБК) Линии: фрезерно-брусующие (ЛФБ); агрегатной переработки бревен (ЛАПБ); фрезернопильные (ЛФП) Для потоков, перера- батывающих бревна диаметром 5 - 16 см Для переработки бре- вен диаметром 14 - 18 см
ОБОРУДОВАНИЕ ЛЕСОПИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
799
Продолжение табл. 2.26.18
Наименование участка технологи- ческого процесса лесопильного про- изводства Технологические опера- ции, выполняемые на данном участке или линии Состав оборудования Виды лесопильных пред- приятий и потоков
Участок торце- вания, сортиро- вания и пакети- рования пилома- териалов Продольная обработка кромок необрезных досок с целью получе- ния пиломатериалов прямоугольного сече- ния Предварительное тор- цевание сырых пило- материалов Сортирование сырых пиломатериалов по сечениям и формиро- вание сушильных па- кетов Окончательное торце- вание сухих пиломате- риалов в размер и формирование транс- портных пакетов Круглопильные обрез- ные и фрезерно- обрезные станки Позиционные торцо- вочные станки; линии торцевания сырых пиломатериалов Многопильные торцо- вочно-сортировочные агрегаты проходного типа; механизированные сортплощадки Автоматизированные линии сортирования, торцевания, сортиро- вания и пакетирования сухих пиломатериалов Для небольших лесо- пильных предприятий Для лесопильных за- водов мощностью от 100 тыс. м3 пиломате- риалов в год
Окорочные станки. Окорочные станки
предназначены для удаления коры с пиловоч-
ных бревен. Различают три вида окаривания:
грубое, чистое и частичное. В лесопилении
применяется преимущественно 1трубос окари-
вание, при котором со ствола снимается только
кора и частично луб (до 95 % поверхности).
По принципу действия окорочные стан-
ки делятся на три группы: роторные с тупыми
коросиимателями, суппортные с фрезерующи-
ми головками и гидравлические струйные.
Наибольшее распространение в лесопилении
получили роторные окорочные станки с про-
ходной схемой обработки, снимающие кору 2
при помощи нескольких тупых короснимате-
лей 1 (рис. 2.26.14), шарнирно укрепленных
на кольцеобразном вращающемся роторе,
сквозь который подается бревно 3. На таких
станках окаривают бревна диаметром до 70 -
80 см. Бревна диаметром более 60 см рацио-
нальнее окаривать на суппортных станках с
фрезерующими головками. Технические харак-
теристики роторных окорочных станков уни-
фицированной гаммы приведены в
табл. 2.26.19.
При проектировании роторных окороч-
ных станков наряду с типовыми кинематиче-
скими и прочностными расчетами выполняют
специфические технологические расчеты с
целью определения силы окаривания Гок,
мощности, затрачиваемой на окаривание Рок,
Рис. 2.26.14. Схема работы окорочного станка
роторного типа
усилия продвигания бревна механизмом пода-
чи Fs. Методика выполнения этих расчетов
приведена ниже.
Окружную силу окаривания определяют
по формуле
FOK = + qboffz, (2.26.4)
где Кок - удельное сопротивление окаривания,
Н/см; Ь\ - ширина полосы коры, снимаемой
короснимателем за один оборот ротора, см;
q - удельное давление на 1 см длины рабочей
кромки короснимателя, Н/см; />р - ширина
рабочей кромки короснимателя, см; f - коэф-
800
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
2.26.19. Технические характеристики роторных окорочных станков унифицированной гаммы
Вид станков Назначение Диаметр просвета ротора, мм Диаметр окарива- емых лесомате- риалов, см Частота враще- ния ротора, мин-1 Число коросни- мателей в роторе, шт Ско- рость подачи бревен, м/мин Общая установ- ленная мощ- ность, кВт Масса станка, т
Одноро- торные Окарива- ние свеже- срубленной древесины хвойных и лиственных пород 400- 1000 6 - 90 150-300 6 10 - 20 36 - 70 6,5- 26,5
Двухро- торные Чистовое окаривание или окари- вание с зачисткой остатков сучьев 400-800 6 - 70 150-400 6 10 - 20 51-115 8,5- 19,2
фициент трения короснимателя о древесину;
Z - число короснимателей.
Ширина полосы коры, снимаемой ко-
роснимателем за один оборот ротора,
bx = l00vs/(nz), (2.26.5)
где Vj • скорость подачи бревна, м/мин; п -
частота вращения ротора, мин-1.
Мощность, затрачиваемая на окаривание,
кВт,
^ок — -^okvok / (Ю3Т]), (2.26.6)
где vOK - скорость окаривания, м/с; Т] КПД
привода окорочной головки.
Сила продвигания бревна механизмом
подачи
Fs = Fnpfz sin(arctg Vj / vOK), (2 27 7)
где /)1р - сила прижима короснимателей к
поверхности бревна.
Мощность, затрачиваемая механизмом
подачи, (кВт)
Л = Fsvs/ (10’ 60т)п), (2.26.8)
где 1)п - КПД механизма подачи.
Лесопильные рамы. Лесопильные рамы
предназначены для продольного распилива-
ния бревен и брусьев на пиломатериалы с
помощью полосовых пил, натянутых в пиль-
ной рамке, совершающей возвратно-поступа-
тельные движения. В зависимости от специа-
лизации различают лесопильные рамы общего
и специального назначения.
Двухэтажные лесопильные рамы имеют
одношатунный механизм резания, ход пиль-
ной рамки 600 - 700 мм и сравнительно боль-
шую высоту. Они отличаются быстроходно-
стью, непрерывной подачей бревна и высокой
производительностью (до 100 м3 сырья в сме-
ну).
Одноэтажные лесопильные рамы обычно
двухшатунные, с ходом пильной рамки не
более 400 мм, сравнительно тихоходные. Они
имеют невысокую производительность (до
20 м’ бревен в смену) и предназначены для
небольших лесопильных предприятий, разме-
щаемых в одноэтажных зданиях. Основные
технические характеристики лесопильных рам
приведены в табл. 2.26 20
В лесопилении используют рамы с пря-
молинейной и замкнутой криволинейной тра-
екториями движения пильных рамок. Лесо-
пильные рамы первого типа конструктивно
проще. Их механизм резания обеспечивает
фиксацию пильной рамки в жестких прямо-
линейных направляющих с одной степенью
свободы в вертикальном направлении. Лесо-
пильные рамы второго типа, с более сложной
кинематической схемой механизма главного
движения, обеспечивают фиксацию пильной
рамки с двумя степенями свободы и устройст-
вом для согласования перемещений пильной
рамки в вертикальной и горизонтальной плос-
костях. Лесопильные рамы второго типа обес-
печивают более благоприятные условия пиле-
ния, исключающие скобление зубьями дна
пропила во время холостого хода, и позво-
ляющие срезать стружки более равномерной
толщины во время рабочего хода [1|.
В зависимости от способа подвески
пильной рамки различают лесопильные рамы:
с неподвижными направляющими скольже-
ния; с перемещающимися направляющими
скольжения для установки уклона пильной
ОБОРУДОВАНИЕ ЛЕСОПИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
801
2.26.20. Технические характеристики лесопильных рам
Тип лесо- пильной рамы Назначение Просвет пильной рамки, мм Ход пильной рамки, мм Наиболь- ший диаметр распили- ваемого бревна или толщина бруса, мм Частота враще- ния коленча- того вала, мин-1 Подача (посыл- ка), мм/об Наиболь- шее число пил в поставе, шт. Установ- ленная мощ- ность, кВт
Двух- этаж- ные Продоль- ное распи- ливание бревен и брусьев длиной 3 - 7,5 м в механизиро- ванных лесопиль- ных пото- ках 500- 1000 600 или 700 240-700 250-360 10 - 80 10 - 18 116- 138
Одно- этаж- ные: общего назна- чения специ- ального назначе- ния: короты- шевые тарные передви- жные То же са- мое, но для небольших лесопиль- ных пред- приятий Для распи- ливания бревен и брусьев длиной от 1 м Для распи- ливания небольших брусьев на тарную дощечку толщиной от 6 мм Устанавли- ваются на подвижной платформе и могут перево- зиться 630-800 630 360-400 630 400-500 400 250 420 380-520 380 120-160 380 270 285 360-500 260 5 - 40 4 - 40 1 - 16 3,5 - 35 12 - 14 12 36 10 28 - 83 52 41 - 60 50 - 54
802
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
рамки; с подвижными направляющими сколь-
жения, обеспечивающими замкнутую криво-
линейную (обычно эллиптическую) траекто-
рию движения пильной рамки; с подвеской
пильной рамки в системе рычагов, обеспечи-
вающих прямолинейное перемещение пиль-
ной рамки; с подвеской пильной рамки в сис-
теме рычагов, обеспечивающих замкнутую
криволинейную траекторию движения пил.
Конструкция неподвижных направляющих
наиболее проста, но при этом необходимый
уклон пил достигается только путем их сме-
щения относительно захватов, что снижает
устойчивость полотен в работе. Принципиаль-
ная схема наиболее распространенного меха-
низма резания двухэтажной лесопильной рамы
с центральным кривошипно-шатунным меха-
низмом с ходом 700 мм и направляющими
скольжения показана на рис. 2.27.15. Чтобы
при холостом ходе зубья пил не "скоблили”
дно пропила, пильную рамку устанавливают с
уклоном к вертикали. Для получения траекто-
рии перемещения пильной рамки с гарантиро-
ванным отводом зубьев пил от дна пропила в
одноэтажных лесопильных рамах применяют
кинематическую схему с качающимися ниж-
ними направляющими (рис. 2.27.16). Благода-
ря качающейся подвеске нижних направляю-
щих, позволяющей реализовать каплевидную
траекторию движения пильной рамки, умень-
шается износ рамных пил, снижаются удель-
ные энергозатраты и повышается производи-
тельность лесопильной рамы.
Рис. 2.27.15. Кинематическая схема механизма
резания двухэтажной лесопильной рамы с
направляющими скольжения и прямолинейной
траекторией движения:
/ - кривошип; 2- шатун; 3 - ползун;
4, 5, 6 - подающие вальцы; 7 - пильная рамка:
8 - верхние направляющие;
9 - нижние направляющие; 10- захваты;
11 - полуось коленчатого вала; 12 - маховик
Рис. 2.27.16. Кинематическая схема механизма
резания одноэтажной лесопильной рамы с
качающейся подвеской нижних направляющих:
/ - направляющие верхние (неподвижные);
2, 4- ползуны пильной рамки; 3 - пильная рамка;
5 - направляющие нижние; 6 - рычаг;
7 - шатун механизма качания направляющих;
8 - эксцентриковый механизм качания;
9- кривошип; 10- шатун механизма резания
Подвеска пильной рамки в системе ры-
чагов комплексно решает вопросы обеспече-
ния замкнутой криволинейной или каплевид-
ной траектории движения зубьев пил, рацио-
нального расходования смазочного материала,
устраняет потери мощности на трение в на-
правляющих.
Серьезным недостатком подвески пиль-
ной рамки в системе качающихся рычагов
является усложнение кинематической схемы
механизма резания, снижение боковой жест-
кости закрепления пильной рамки и, как
следствие, увеличение разнотолщинности вы-
пиливаемых пиломатериалов.
В последние годы разработаны бесша-
тунные передвижные лесопильные рамы, в
которых пильная рамка соединена с цапфами,
непосредственно прикрепленными к коренно-
му валу или к промежуточным шестерням
планетарного редуктора. Вследствие сложности
кинематической схемы они не получили ши-
рокого применения.
При расчете основных элементов криво-
шипно-шатунного механизма резания лесорам
исходят из значения наибольшей результи-
рующей силы, приложенной к пильной рамке
и равной алгебраической сумме всех прило-
женных к ней сил:
EF = Fp + FHH + FTH ± G,. (2.26.9)
ОБОРУДОВАНИЕ ЛЕСОПИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
803
где Fp - фактические силы резания (действуют
при движении пильной рамки сверху вниз);
Fm - сила инерции; - сила трения в на-
правляющих пильной рамки; G - вес пильной
рамки в сборе. Существенное влияние на ре-
зультаты расчетов оказывают значительные
знакопеременные силы инерции. Для цен-
трального кривошипно-шатунного механизма,
применяемого в двухэтажных лесорамах, сила
инерции, действующая на пильную рамку,
изменяется по закону:
FHH = мПрав = znnp(o2A[cos<p + Xcos2<p],
(2.26.10)
пп .
где св = - угловая скорость кривошипа, с-1;
R - радиус кривошипа, м; /ипр - приведенная
к оси пальца масса пильной рамки в сборе с
пилами; X = R / L, где L - длина шатуна, ср -
угол поворота кривошипа.
Наибольшего (амплитудного) значения
ускорение ав и сила инерции /^н достигают в
верхней мертвой точке (ВМТ), когда ср = 0 и
coscp = 1
Рентах — ^)- (2.26.11)
Для определения наибольшего значения
результирующей силы lLFmax составляют таб-
лицу, в которую заносят все составляющие
выражения (2.26.9) в функции угла поворота ср
кривошипа с шагом 15 или 30° [24]. В послед-
ней графе таблицы выводят суммарное значе-
ние результирующей силы.
Полученные значения S/Jnax расклады-
вают во всех положениях крипошипа по на-
правлению шатуна и по направлению, перпен-
дикулярному движению пильной рамки. Эти
данные являются исходными для расчетов
основных конструктивных элементов: нижней
и верхней траверсы (поперечин), пальца и
цапфы пильной рамки, шатуна, коленчатого
вала, подшипниковых опор коленчатого вала,
фундаментной плиты - на прочность и жест-
кость. Методика прочностного расчета этих
элементов изложена в работе [24].
Расчет верхней траверсы следует выпол-
нять с учетом максимального изгибающего
момента в среднем сечении, что соответствует
углу поворота кривошипа ср = 180° (пильная
рамка находится в нижней мертвой точке
(НТМ). При расчете нижней траверсы кроме
сил резания и инерции учитывают равномерно
распределенную нагрузку от силы подачи.
Чтобы обеспечить достаточную прочность
нижней траверсы, рекомендуется вводить уси-
ление сечения по ширине проушин дополни-
тельными цилиндрическими бобышками и
укосинами в нижнем поясе [24].
Ленточнопильные станки. В зависимости
от назначения ленточнопильные станки в ле-
сопильном производстве подразделяют на
бревнопильные и делительные (рис. 2.26.17 и
табл. 2.26.21). По расположению пильной
ленты станки в свою очередь подразделяют на
вертикальные и горизонтальные.
Рис. 2.26.17. Схемы ленточнопильных станков лесопильного производства:
а - вертикального бревнопильного; 1 - шкив приводной: 2 - фундаментная плита; 3 - станина;
4 - шкив натяжной; 5 - стойки; 6 - рельсовый путь; 7 - тележка-манипулятор;
б - вертикального делительного: Z - гусеничный механизм подачи; 2 - вальцовый прижим;
3 - гидроцилиндр механизма прижима;
в - вертикального сдвоенного; г - горизонтального бревнопильного
804
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
2.26.21. Технические характеристики ленточнопильных станков лесопильного производства
Вид станка Назначение Диаметр пильных шкивов, мм Размеры ленточной пилы, мм Наи- большая высота пропила, мм Ско- рость подачи, м/мин Ско- рость холосто- го хода тележки, м/мин Мощ- ность меха- низма резания, кВт
Толщи- на Ширина
Бревно- пиль- ный: одинар- ный вертика- льный одинар- ный горизон- тальный (мобиль- ный) сдвоен- ный вертика- льный Для про- дольного распилива- ния круп- номерных бревен и индивиду- ального раскроя пило- вочного сырья твердых лиственных пород 1250- 1900 500-750 1500- 1800 1,4-1,6 1,0-1,2 1,6 200-280 35 - 80 200 - 280 700- 1100 600-800 600 0-120 0 - 20 10 - 80 125-160 90 55-125 6,5-12 55x2; 75x2
Делите- льный: однопи- льный верти- кальный двух- пильный верти- кальный одно- пильный горизон- тальный Для про- дольного распилива- ния брусь- ев, толстых досок и горбылей 1100- 1250 1250- 1500 1100 1,2-1,4 1,2-1,4 1,2-1,4 150-200 150-200 125-200 400 400 300 10 - 60 10 - 60 10 - 80 - 30 - 45 30x2; 45x2 30 - 45
Вертикальные бревнопильные станки яв-
ляются головным оборудованием в лесопиль-
ных потоках и обладают рядом преимуществ:
ширина пропила в 2 - 5 раз меньше, чем
у круглопильных станков, и в 1,5 - 2 раза
меньше, чем у лесопильных рам;
возможность изменения толщины пило-
материалов, выпиливаемых из каждого бревна,
что позволяет производить индивидуальное
распиливание с учетом особенностей формы и
качества лесоматериалов и тем самым макси-
мизировать объемный и ценностный выход
пиломатериалов и др.
Вертикальный ленточнопильный станок
с тележкой-манипулятором (рис. 2.26.17, а)
предназначен для продольного распиливания
кругломерной или фаутной древесины хвой-
ных пород и раскроя древесины ценных твер-
долиственных пород.
Сдвоенные (рис. 2.26.17, в) и счетверен-
ные ленточнопильные агрегаты с симметрично
расположенными относительно оси просвета
пильными механизмами, расстояние между
которыми периодически изменяется по опре-
деленной программе или командам оператора,
являются принципиально Новым видом голов-
ного лесопильного оборудования, позволяю-
щим осуществлять индивидуальный или инди-
видуально-групповой раскрой пиловочного
сырья и тем самым увеличить полезный выход
пилопродукции. Для этого они оснащаются
механизмами для периодических настроечных
перемещений рабочих органов и позиционной
системой ПУ.
ОБОРУДОВАНИЕ ЛЕСОПИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
805
Горизонтальные ленточнопильные стан-
ки со шкивами небольшого диаметра (500 -
750 мм) и тонкой пильной лентой (толщиной
1-1,2 мм) позволяют распиливать бревна
диаметром до 90 см на необрезные пиломате-
риалы заданной толщины со скоростью пода-
чи до 30 м/мин. Основу такого станка (рис.
2.26.18) составляет продольно-подвижный
ленточнопильный механизм 1 с двумя шкива-
ми небольшого диаметра, расположенными в
горизонтальной плоскости. Ленточнопильный
механизм может автоматически перемещаться
на толщину отпиливаемой доски. Регулируе-
мый механизм подачи обеспечивает переме-
щение пильного механизма вместе с креслом
оператора и пультом управления 2 относи-
тельно распиливаемого бревна, которое закре-
пляется на неподвижной раме 3 сварной кон-
струкции. Производительность до 8 м3 в сме-
ну.
Для позиционирования пильных блоков
(масса 7 - 8 т) сдвоенных ленточнопильных
агрегатов с ЧПУ применяют электромеханиче-
ские винтовые или электрогидравлические
следящие механизмы поступательного дейст-
вия с встроенным в поршень или автономным
механизмом обратной связи по положению.
Указанные механизмы преобразуют электриче-
ский цифровой сигнал на входе в соответст-
вующее дискретное перемещение выходного
штока. Методика выбора и расчета основных
параметров этих механизмов изложена в спе-
циальной литературе [19].
Горизонтальные ленточнопильные стан-
ки (рис, 2.26.17, г) имеют шкивы, располо-
женные на одинаковой высоте. Тележки этих
станков не имеют стоек и механизма бокового
перемещения бревна.
Основными конструктивными парамет-
рами ленточнопильного механизма резания
являются диаметр D и ширина b пильных
шкивов. Диаметр пильных шкивов выбирают,
исходя из толщины применяемой пильной
ленты 8, наибольшей скорости подачи Yj- и
требуемой производительности.
Принципиальная кинематическая схема
ленточнопильного механизма резания со шки-
вами, расположенными в вертикальной плос-
кости, показана на рис. 2.26.19. Нижний при-
водной шкив выполняется более массивным и
служит маховиком. Верхний шкив - ведомый,
облегченный. Рекомендуется его массу Л/Вш
уменьшать до 30 - 35 % массы нижнего при-
водного шкива Л/нш, т.е. выдерживать соот-
ношение Мъш < (0,3 -=• 0,35)Л/н ш [8].
Рис. 2.26.18. Горизонтальный ленточнопильный станок с подвижным механизмом резания:
1 - ленточнопильный механизм; 2 - пульт управления; 3 - станина
806
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Рис. 2.26.19. Кинематическая схема ленточнопильного механизма резания с рычажно-грузовым устройством
натяжения пильной ленты:
1 - пила; 2 - шкив нижний; 3 - вал нижнего шкива; 4, 20 - червячные шестерни-гайки; 5 - ленточный тормоз;
6 - гвдроцилиндр; 7 - клиноременная передача; 8 - электродвигатель; 9 - цепная передача;
10 - электродвигатель механизма перемещения верхнего шкива; II, 22 - червяки; 12 - упор; 13, 21 - винты;
14 - груз; 75 - рычаг; 16 - электродвигатель; 17 - шкив верхний; 18 - вал верхнего шкива; 19 - маховичок;
23 - направляющее устройство; 24 - винт; 25 - вал; 26 - муфта
Для обеспечения устойчивого положения
пильной ленты на шкивах и прямолинейности
пропила каждая ветвь ленты должна быть на-
тянута с силой 5q = c8(Z> - h), где 8 и b -
толщина и ширина пильной ленты, мм; h -
высота профиля зуба, мм; ст - необходимое
удельное натяжение пильной ленты (ст = 110 —
150 МПа).
Сила натяжения 2.Sq (двух ветвей ленты)
создается специальным механизмом, который
может быть рычажно-грузовым (для легких и
средних станков); пружинно-винтовым; пру-
жинно-рычажным; гидравлическим или пнев-
могидравлическим (для тяжелых станков).
Лучшими динамическими качествами
(более высоким быстродействием) обладают
механизмы натяжения со встроенным демпфе-
ром, который выполняется в виде механиче-
ской, пневматической или пневмогидравличе-
ской пружины, установленной под подшипни-
ковой опорой верхнего шкива (рис. 2.26.20)
[7].
Пневмогидравлический механизм натя-
жения эффективнее пружинного и рычажно-
грузового: колебания натяжения пилы не пре-
вышают 5 % (в то время как у пружинного
14%, у рычажно-трузового 12 %) [8].
Мощность привода ленточнопильного
механизма резания (кВт)
Рр = 10-M^xmax + (2.26.12)
где v = T,Dn / 60 - скорость резания, м/с;
D - диаметр шкива, м; п - частота вращения
приводного шкива, мин-1; 7\max = Fx £реж -
наибольшая касательная сила резания
(определяется как произведение касательной
силы на одном зубе Fx на число одновременно
режущих зубьев ^реж); Fa ~ сила аэродинами-
ческого сопротивления, приложенная к ободу
шкива и определяемая его размерами и фор-
мой; ц - КПД механизма резания, учитываю-
щий потери на трение в подшипниковых опо-
рах верхнего и нижнего шкивов и клиноре-
менной передаче.
ОБОРУДОВАНИЕ ЛЕСОПИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
807
Рис. 2.26.20. Механизмы натяжения ленточной пилы со встроенным демпфером в виде:
а - пакета тарельчатых пружин; б - пневмокамеры; е - плунжерного гидроцилиндра с мембранной камерой;
1 - подвижный суппорт; 2 - тарельчатые пружины; 5 - подшипниковая опора; 4 - верхний шкив;
5 - пневмогидравлический аккумулятор; 6 - пильная лента; 7 - винтовой механизм; 8 - пневмокамера;
9 - мембранная камера; 10 - плунжерный гидроцилиндр
Вид механизма подачи определяется на-
значением ленточнопильного станка. В брев-
нопильных станках для распиловки крупно-
мерной фаутной древесины он выполняется в
виде тележки-манипулятора, перемещаемой по
рельсовому пути. Мощность привода подачи
станков с тележками
ps = [рит + л/бр)« + 0£] -* >
’ J60 10JTij
(2.26.13)
Л/т - масса тележки, кг; A/gp ’ масса бревна,
кг; а - ускорение разгона тележки, мс-2: Ql -
суммарная сила сопротивления подаче, Н; v5 -
скорость подачи, м/мин; - КПД механизма
подачи.
В ленточнопильных делительных станках
Применяют вальцово-конвейерный механизм
подачи с бесступенчатым регулированием ско-
рости.
С целью сокращения времени настройки
ленточнопильного делительного станка на
толщину отпиливаемого материала рекоменду-
ется оснащать базовый суппорт гидро- или
пневмоцилиндром и позиционной системой
числового управления с барабаном мерных
упоров или устройством цифровой индикации.
Замена вращающихся шкивов неподвиж-
ными криволинейными аэростатическими
направляющими, через радиальные отверстия
которых подводится сжатый воздух, позволяет
создать принципиально новый ленточнопиль-
ный механизм делительных станков с высотой
пропила Н < 400 мм. Преимуществом таких
механизмов по сравнению с традиционными
являются существенно меньшие габариты и
металлоемкость, а также повышенная точность
движения пильной ленты.
Уменьшение свободной длины пильной
ленты значительно повышает ее устойчивость
и прямолинейность пропила [28].
Круглопильные станки для продольного
распиливания бревен н брусьев. Для продоль-
ного распиливания бревен на брусья, шпалы и
доски применяются круглопильные станки с
одной или двумя расположенными в одной
вертикальной плоскости пилами и подачей
материала на тележке с механизированным
приводом. Технические характеристики этих
станков приведены в табл. 2.26.22.
Для продольного распиливания брусьев
на доски прямоугольного сечения применяют
многопильные станки с вальцовой подачей,
которые могут заменить лесопильные рамы
второго ряда. Они оснащаются вальцовым
механизмом подачи с бесступенчато регули-
руемым приводом и одно- или двухвальным
пильным механизмом. В зависимости от наи-
большей высоты распиливаемого бруса пилы
закрепляются на одном (одновальный) или
двух параллельных валах (двухвальный). В
последнем случае применяют устанавливаемые
в одной плоскости пилы меньшего диаметра,
что позволяет уменьшить ширину пропила и
соответственно увеличить выход пиломатериалов.
По способу закрепления пил на валу раз-
личают станки с жестким креплением и с
"плавающими" пилами. Последние могут са-
моустанавливаться в пределах ширины зазора
между направляющими планками, что позво-
ляет применять более тонкие пилы и повыша-
ет их стойкость. "Плавающие” пилы фиксиру-
ются на пильном валу на определенном рас-
стоянии друг от друга (равном толщине пило-
материалов) с помощью направляющих с тек-
столитовыми накладками. Для охлаждения пил
и повышения их стойкости к ним через на-
правляющие подводится под давлением водо-
воздушная смесь. Технические характеристики
многопильных станков для продольного рас-
пиливания брусьев приведены в табл. 2.26.23.
808
Глава 2 26 ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
2.26.22. Технические характеристики круглопильных станков для продольного распиливания бревен
Вид станка Наи- больший диаметр рас- пиливае- мых бревен, мм Длина распи- ливаемого бревна, м Наи- боль- шая высота пропи- ла, мм Число пил, шт Наи- боль- ший диа- метр пилы, мм Наи- боль- шая ско- рость подачи тележ- ки, м/мин Ско- рость холос- того хода тележ- ки, м/мин Длина рельсо- вого пути, м
min max
Легкий 325 0,5 2,0 325 1 900 48 68 15
Средний 700 1,2 6,5 500 1 1250 60 120 15
Тяжелый (двухвальный) 1100 1,8 6,5 800 2 1500 80 120 18
2.26.23. Технические характеристики многопильных станков для продольного распиливания брусьев
Вид станка Просвет станка, мм Наибольшие размеры рас- пиливаемого бруса, мм Наи- боль- шее рассто- яние между край- ними пила- ми, мм Диа- метр пил мм Наи- боль- шее число пил на валу шт Ско- рость подачи, м/мин Сум- мар- ная мощ- ность элект- родви гате- лей, кВт Масса станка, т
Ши- рина Тол- щина
Одновальный 500-630 360- 550 130- 180 320- 500 450- 560 7 - 8 10-80 100- 116 6,2- 7,3
Двухвальный 800 650 200 550 500 / 400* 10-12 10-60 210- 240 12- 12,4
* В числителе для нижнего пильного вала, в знаменателе - для верхнего
Уровень шума круглопильных станков
уменьшают путем применения дисков со зву-
копоглощающими прорезями и специальных
направляющих (антивибраторов) с зазором
между диском и вкладышем (~ 0,1 мм), созда-
нием звукопоглощающих ограждений Совер-
шенство ограждений определяется полнотой
охвата пил и звукопоглощающей способно-
стью слоев ограждений [41] Рабочая частота
вращения пил должна быть ниже максимально
допустимой на 10 - 15 %
При проектировании круглопильных
станков, выборе их конструктивных парамет-
ров (мощности двигателей приводов резания и
подачи, диаметров пильного вала) для наибо-
лее тяжелого режима определяют силы и мощ-
ность резания, суммарную силу сопротивления
подаче и мощность привода подачи Мощ-
ность, расходуемая на пиление, кВт,
Лшл = F0K/n7cZ>/i / (60 Ю3), (2 26 14)
где Гок - средняя окружная сила резания на
одной пиле, Н, in - число пил, D - диаметр
пил, м, л - частота вращения пильного вала,
UUи 1
Суммарная сила сопротивления подаче
Fj — F0Kzn(cos<p + т sirup) + FTC + Fmi,
(2 26 15)
где ф - средний кинематический угол встречи,
т - коэффициент, учитывающий степень зату-
пления зубьев, Frc - сила трения бруса о стол,
И, Fm - сила трения между брусом и рас-
клинивающим ножом, Н, I - число расклини-
вающих ножей в поставе
Линии фрезернопильные. Фрезернопиль-
ные линии осуществляют раскрой бревна на
пиломатериалы заданных сечений с помощью
двух основных операций фрезерования и пи-
ления При этом наряду с пиломатериалами из
периферийной части бревна вырабатывается
технологическая щепа для ЦБП
На базе фрезернопильного оборудования
созданы линии трех типов фрезерно-
брусующие (ЛФБ), агрегатной переработки
бревен (ЛАПБ), фрезерно-пильные (ЛФП)
Технические характеристики этих линий при-
ведена в табл 2 26 24
2.26.24. Технические характеристики фрезернопнльных линий
Тип линии Назначение Размеры перерабатываемого бревна Скорость подачи, м/мин Наиболь- шая высо- та обра- ботки, мм Диаметр пил или фрез, мм Наиболь- шее число пил в поставе, шт Произво- дитель- ность ли- нии, бре- вен/мин Установ- ленная мощность, кВт Масса линии, т
диаметр в вершине, см длина, м
Фрезерно брусую- щая (ЛФБ) Переработка тонко- мерных бревен хвой- ных и лиственных пород на брус (доски) и технологическую щепу 8 - 16 3 - 7,5 40 - 60 125 - 140 500 5 6 - 7 240-300 22 - 25
Агрегат- ной пере- работки бревен (ЛАПБ) Переработка бревен хвойных пород од- ного и двух четных диаметров на обрез- ные пиломатериалы с одновременным по- лучением технологи- ческой щепы 10 - 18 3 - 7,5 40 - 60 155 - 160 500 - 630 4 - 5 7 - 8 418-440 35
Фрезерно- пильная (ЛФП) Переработка бревен хвойных пород од- ного четного диамет- ра по брусоразваль- ной схеме раскроя на пиломатериалы и технологическую шепу 16 - 30 4 - 7.5 40 - 72 280 900 6 6 - 9 850 110- 150
ОБОРУДОВАНИЕ ЛЕСОПИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
2.26.25. Технические характеристики обрезных и фрезерно-обрезных станков
Тип станка Назначение Просвет станка, мм Размеры обрабатывае- мых пиломатериалов Число пил (фрез), шт Диа- метр пил, мм Наибольшее расстояние между край- ними пилами (фрезами), мм Скорость подачи, м/мин Установ ленная мощ- ность, кВт
Толщина, мм Длина, м
Двухпильный , обрезной Двухсторонняя параллельная обрезка кромок у необрез- ных досок 500-800 13-100 1,5-7,5 2 400- 450 300 80 - 150 40 - 50
Многопильный обрезной Двухстороння обрезка кро- мок с одновременным рас- кроем широких досок на более узкие 800-1250 13-60 1,5-7,5 3 - 7 400- 500 900 60 - 120 45 - 70
Фрезерно- ।обрезной Фрезерование кромок необ- резных досок с целью полу- чения пиломатериалов пря- моугольного сечения и щепы 630-800 13-50 1,85-7,5 2 - 300 150 - 225 75 - 120
2.26.26. Технические характеристики оборудования для торцевания и поперечного раскроя пиломатериалов
Тип оборудования Назначение Вид обработки Тип меха- низма пода- чи пилома- териалов Наибольшее сечение обра- батываемого материала, мм Диаметр пил, мм Число пил, шт Мощность электродвига- телей, кВт Наибольшая пропуск ная способность, шт/мин
Агрегат (участок) предварительно- го торцевания досок Для предварительного торцевания вершин- ных концов досок Позици- онная - 300 х 32 450 1 12 24
Линия торцева- ния сырых пи- ломатериалов Для торцевания об- резных пиломатериа- лов с градацией по длине 250 или 300 мм Проход- ная Цепной конвейер с упорами 300 х 80 560 3 53,7 25 - 40
Агрегат много- пильный торцо- вочный Для торцевания и поперечного раскроя обрезных пи- ломатериалов на стан- дартные длины Проход- ная Цепной конвейер с упорами 300 х 60 630 До 27 72 40
ОБОРУДОВАНИЕ ДВ^ОПИЛЬНОГОЯ^ЦИЗВОДСТВА
810
Глава 2 26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ЛФБ обычно состоят из двух основных
станков сдвоенного фрезерно-брусующего для
получения из бревна двухканатного бруса и
технологической щепы; круглопильного или
фрезерно-пильного станка для продольного
раскроя двухканатного бруса на пиломатериа-
лы заданных сечений. Фрезерно-брусующие
станки этих линий оснащаются торцово-
коническими фрезами большого диаметра
(D — 800 - 860 мм) с числом резцов от 4
(малорезцовая) до 114 (многорезцовая). Часто-
та вращения фрез п = 12,2 - 12,5 с*1, скорость
подачи 30 - 60 м/мин, установленная мощ-
ность 117 - 130 кВт. Необходимое расстояние
между фрезами устанавливается по командам
оператора с помощью электрогидравлических
механизмов позиционирования с числовым
программным управлением.
Линии агрегатной переработки бревен
(ЛАПБ) предназначены для переработки око-
ренных бревен хвойных пород одного или
двух четных диаметров на обрезные пиломате-
риалы и технологическую щепу с помощью
цилиндрических или торцово-конических фрез
и дисковых пил в пределах одной технологи-
ческой машины, называемой агрегатом фре-
зернопильным (АФП) (рис. 2 26.21). Такая
схема обработки обеспечивает максимальную
степень концентрации операций и позволяет
заменить традиционную поточную линию
в лесопилении одним агрегатом и в два-три
раза увеличить производительность.
Фрезернопильные линии (ЛФП) проход-
ного типа состоят из одного или двух сдвоен-
ных фрезерно-брусующих станков, нескольких
сдвоенных или счетверенных ленточнопиль-
ных станков, многопильного станка для про-
дольного раскроя бруса на пиломатериалы
заданной толщины, а также необходимых
транспортно-ориентирующих устройств.
Круглопильные обрезные и фрезерно-
обрезные станки. В лесопильном производстве
применяются круглопильные обрезные станки
с вальцовой подачей и шириной просвета
500 мм (узкопросветные), 800 мм (средне-
просветные) и 1250 мм (широкопросветные)
Соответственно своему назначению они
имеют на пильном валу неподвижные в осе-
вом направлении (коренные) и передвижные
пилы. Расстояние между пилами определяет
ширину выпиливаемых материалов. Для обес-
Рис. 2.26.21. Схема формирования ступенчатого бруса
и чистообрезных пиломатериалов в линии агрегатной
переработки бревен ЛАПБ-2М
печения пропускной способности участка об-
резки досок в 15 - 20 досок в минуту необхо-
димы быстродействующие механизмы пози-
ционирования пильных суппортов с цифро-
вым управлением. Наиболее перспективны для
этих целей электрогидравлические следящие
механизмы импульсно-шагового действия [19]
Фрезерно-обрезные станки заменяют
двухпильные обрезные станки и позволяют
наряду с пиломатериалами прямоугольного
сечения получать технологическую щепу. Для
этого они оснащаются фрезернопильными
суппортами с малоножевыми (Z = 4) торцово-
коническими фрезами, совмещенными с дис-
ковыми пилами. Высокое качество вырабаты-
ваемых пиломатериалов достигается фрезеро-
ванием обзольной части необрезных досок с
одновременной зачисткой кромок специаль-
ными пилами, закрепленными на торцах фрез
(рис. 2.26.22). Технические характеристики
обрезных и фрезерно-обрезных станков при-
ведена в табл. 2.26.25.
Совершенствование обрезных станков
идет в направлении повышения степени авто-
матизации вспомогательных операций, связан-
ных с установкой и измерением ширины пла-
ста необрезных досок. Для этого станки с
симметричной компоновкой механизмов реза-
ния оснащаются центрирующим манипулято-
ром, электронно-оптическими датчиками и
управляющей ЭВМ, которая определяет опти-
мальный размер обработки и выдает команды
исполнительным механизмам системы пози-
ционирования.
При проектировании обрезных и фре-
зерно-обрезных станков необходим расчет
пильного вала или фрезерного шпинделя на
прочность, жесткость и виброустойчивость
Исходными данными для расчета являются
нагрузки, возникающие в процессе обработки
и определяемые по методике, изложенной в
2 24. Для определения мощности фрезерова-
ния и сил, возникающих при обработке кро-
мок торцово-коническими фрезами, пользуют-
ся методикой расчета, изложенной в работе
[4]
Оборудование для торцевания, сортирова-
ния и пакетирования пиломатериалов. Для по-
Рис. 2.26.22. Функциональная схема
фрезерно-обрезного станка:
/, 3 - торцово-конические фрезы, совмещенные с
зачистными пилами, 2 - необрезная доска
L.1&.L1. Лехнические характеристики оборудования для торцевания, сортирования и пакетирования пиломатериалов
Тип оборудования Назначение Размеры обрабатываемых пиломатериалов Пропускная способ- ность, досок/мин Число сортиро вочных мест, шт У станов ленная мощ- ность, кВт Число обслужи- вающих рабочих Размеры сушиль- ных па- кетов, м длинах х шири на х вы- сота Размеры транспор- тных пакетов, м дли- на х ши- рина X х высота
Толщина мм Ширина мм Длина, м
Механизирован- ные сортплощадки с поперечными цепными конвейе- рами Раскладка досок по сортировочным мес- там в зависимости от сечения, сорта, породы, назначения, длины, формирова- ние плотного (су- шильного) пакета 16 - 80 75 - 500 2,0-7,0 30 - 35 15 - 20 10 - 12 5 - 6 - -
Автоматизирован- ные линии сорти- рования сырых пиломатериалов (ЛСП) Предварительное торцевание и сорти- рование по сечени- ям сырых пиломате- риалов в цехах с годовым объемом производства до 100 - 150 тыс м3 16 - 75 75 - 280 2,0-7,0 1 40 - 80 16 - 36 55-260 6 - 10 До 7,0х х 1,5х X 1,3 До 7,0х х 2,0х х 1,5
Линии торцева- ния, сортирования и пакетирования сухих пиломате- риалов Для окончательного торцевания пилома- териалов в размер после сушки, сорти- рования по сечени- ям и формирования транспортных паке- тов 16 - 100 75 - 300 2,0-7,0 30 - 90 16 - 36 61-480 6 - 10 До 6,8х х 1,5 х X 1,3 До 6,6х х 1,35 х х 1,30
лучения стандартных пиломатериалов их необ-
ходимо высушить, отгорцевать до стандартной
длины и рассортировать по размерам, качест-
венным признакам и назначению
Предварительное торцевание пиломате-
риалов выполняется на устройствах позицион-
ного и проходного типов
Специфическими для условий массовой
обработки пиломатериалов в лесопильном
производстве являются однопильные агрегаты
для предварительною торцевания вершинных
концов досок, многопильные торцовочные
агрегаты и линии торцевания проходного ти-
па
Для сортирования пиломатериалов по
размерам поперечного сечения применяют
поперечные цепные конвейеры (<х ртплощад-
ки) с числом цепей 4-6, механизированные
сортировочные установки и автоматизирован-
ные линии, характеристики которых приведе-
ны в табл 2 26 26
Торцевание и сортирование сухих пило-
материалов на современных лесопильных
предприятиях осуществляется на специализи-
рованных линиях различной производительно-
сти и степени механизации основных и вспо-
могательных операций Технические данные
этих линий приведены в табл 2 26 27
2 26 3 ОБОРУДОВАНИЕ МЕБЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Современное мебельное производство
выпускает щитовую, рамочную, секционную,
трансформируемую, мягкую, плетеную, гнутую
и др мебель, которая может быть разборной,
неразборной или складной, эксплуатируется в
жилых (бытовая), административных, общест-
венных помещениях и в транспорте
Многообразие видов мебели и широкий
диапазон условий ее эксплуатации определяют
аазличие видов конструкций, используемых
[атериалов и оборудования Поэтому в ме-
бельном производстве применяется оборудо-
вание общего назначения, рассмотренное в
разд 2 26 1, и специализированное оборудова-
ние, предназначенное для выполнения отдель-
ных операций (табл 2 26 28)
2.26.28. Основные технологические операции и оборудование производства мебели
Технологическая операция Тип оборудования
Раскрой пиломатериалов Круглопильные станки для продольного и поперечного распиливания, автоматического
f и полуавтоматического раскроя
Раскрой плитных и листовых материалов Форматные круглопильные станки, автомати- ческие линии для форматного раскроя
Гнутье массивной Древесины Гнутарные станки, механические и гидро- пневматические ваймы
Изготовление гнутоклееных деталей Пневматические и гидравлические ваймы, одноэтажные пресса
Обработка черновых заготовок
в размер по сечению с выборкой про- Фуговальные, рейсмусовые и четырехсторон-
филя ние, фрезерные станки, автоматические ли- нии обработки брусковых деталей,
чистовое торцевание концеравнительные станки
Калибрование щитовых заготовок Широколенточные шлифовальные станки и автоматические линии на их базе
Облицовывание щитовых деталей
пластей Гидравлические однопролетные и многопро- летные, вальцовые и мембранные пресса и линии на их базе
кромок Односторонние и двухсторонние станки и
f автоматические линии
Обработка чистовых заготовок (придание Шипорезные, фрезерные, сверлильные, дол-
окончательной формы, нарезание шипов и бежные, копировальные и др станки общего
проушин, выборка гнезд, сверление отвер- назначения автоматические и полуавтомата-
стай, зачистка поверхностей и т д) ческие линии чистовой обработки
Создание лакокрасочных покрытий на деталях Оборудование для нанесения лакокрасочных материалов, их отверждения (сушки) и об- лагораживания
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОЙОГКДОВДНИЕ
mvh*
814
ь—
На оборудовании для раскроя пиломате-
риалов получаются брусковые заготовки в ре-
зультате поперечного и продольного раскроя
досок на круглопильных станках общего на-
значения, рассмотренных в п. 2.26.1. Часто эти
станки объединяют в станочные линии, соеди-
няя их простейшими транспортными устрой-
ствами - роликовыми и ленточными конвейе-
рами. Имеются также специализированные
линии раскроя плитных материалов на базе
круглопильных форматных станков
(рис. 2.26.23).
Ниже приведена техническая характери-
стика линий для форматного раскроя плит:
в ----------— j
1*ис. 2.26.23. Схемы линий форматного раскроя плит:
1 - пакет плит (до 15 штук), 2 - подъемный стол;
3, 9- подающее устройство; 4, 10 - стол;
5 - прижимная балка, 6 - основная пила,
7 - подрезающая пила; 8 - суппорт продольного
раскроя, 77 - суппорт поперечного раскроя
Наибольшие размеры раскраиваемых плит, мм:
Плиты Плиты
не облицованные облицованные
Длина........................................ 3750
Ширина...................................... 1850
Высота пакета......................... 60 - 112
Число пил, шт................................ 2-8
Скорость подачи пильных суппортов, м/мин..... 5-25
Установленная мощность, кВт.................. 30 - 100
Масса, т..................................... 30 - 50
350 - 2000
270 - 900
8 - 40
2 - 4
12 - 36
40 - 55
10 - 40
На гнутарном оборудовании получают
черновые детали криволинейной формы. Бру-
сковые или круглые заготовки перед гнутьем
пластифицируют, после гнутья для закрепле-
ния приданной формы высушивают. Гнутье
производится в станках с холодными форма-
ми, в станках с обогревом и с одновременным
прессованием. В наиболее распространенных
станках с холодными формами имеется съем-
ный шаблон с закрепленной на нем стальной
шиной. Брусок помещается между шаблоном
и шиной и прижимается с силой 400 - 500 Н
на 1 см ширины бруска. После окончания
процесса гнутья бруска его задний конец вме-
сте с шиной крепится к шаблону. Шаблон с
изогнутым бруском и шиной снимается со
станка и помещается в сушилку для подсушки
от 30 до 12 - 15 % -ой влажности.
Оборудование для изготовления гнуто-
клееных деталей. Это оборудование реализует
метод гнутья в пресс-формах с одновремен-
ным склеиванием и обогревом клееных слоев.
Для этого используются прессы с силой около
0,5 МН. Детали с незамкнутым открытым
профилем часто запрессовывают в прессфор-
мах, состоящих из двух основных деталей -
матрицы и пуансона. Для изготовления дета-
лей с П-образным профилем, а также изделий
с замкнутым профилем применяют специаль-
ные многоплунжерные прессы. Заготовки со-
бираются из нескольких слоев шпона, предва-
рительно намазанных клеем, и закладываются
между пуансоном и нагревательной лентой.
Для обогрева клеевых слоев деталей не-
большой толщины (до 25 мм) в прессах при-
меняют контактный обогрев паром или элек-
трическими нагревателями сопротивления.
Для склеивания деталей больших сечений це-
лесообразно применение высокочастотного
нагрева. Сочетание высокочастотного нагрева с
контактным дает значительную экономию
электроэнергии.
Оборудование для обработки черновых
заготовок. Оборудование этой группы предна-
значено для обработки черновых брусковых и
щитовых заготовок. На фуговальных рейсму-
совых и четырехсторонних станках заготовки
обрабатываются в размер по сечению с выбор-
кой профиля. Криволинейные поверхности
обрабатывают на фрезерных станках с ниж-
ним расположением суппорта или карусель-
ных. Затем следует чистовое торцевание на
концеравнительных станках. Все перечислен-
ные станки описаны в п. 2.26.1. Имеются ав-
томатические линии четырехсторонней про-
фильной обработки и нарезания шипов (см. п.
2.26.4).
Калибрование щитовых заготовок из
ДСтП и клееной фанеры производится на
шлифовальных широколенточных и цилинд-
ровых станках (см. п. 2.26.4.), которые объе-
диняют в линии. Состав такой линии: загру-
зочный стол, питатель, промежуточные кон-
вейеры, калибровально-шлифовальные станки,
устройство для снятия пыли, разгрузочный
стол, укладчик.
Техническая характеристика линий ка-
либрования - размеры обрабатываемых загото-
вок: длина 500 - 2030 мм; ширина 220 -
950 мм; толщина 5-50 мм; скорость подачи
6-24 м/мин; установленная мощность
244 кВт; масса 24,5 т.
Высокая твердость связующего обрабаты-
ваемого материала и большие силы резания
приводят к быстрому износу шлифовальной
ленты. Поэтому рекомендуется такая конст-
рукция линий, в которых основной припуск
на обработку снимается алмазным цилиндром,
а необходимая шероховатость поверхности
достигается с помощью утюжковых шлифо-
вальных агрегатов.
Оборудование для облицовывания пластей
щитов. Для облицовывания щитовых деталей,
т.е. приклеивания шпона или других листовых
материалов, применяются гидравлические
пресса с обогреваемыми плитами (однопролет-
ные и многопролетные), вальцовые и мем-
бранные пресса (табл. 2.26.29). На базе этих
прессов созданы линии, в состав которых вхо-
дят конвейеры или столы для формирования
пакетов, загрузочные или разгрузочные эта-
жерки (конвейеры) и конвейеры (столы) для
разборки облицованных щитов.
В многопролетных прессах сформиро-
ванные пакеты (щит с нанесенными на него
клеем и облицовочным материалом) посредст-
вом загрузочных этажерок подаются в пресс.
При одновременном смыкании плит происхо-
дит прессование. Затем загрузочная этажерка
удаляет готовые детали из пресса. Применение
многопролетных прессов целесообразно при
использовании клеевых материалов, продол-
жительность схватывания которых 20 - 30 мин.
С увеличением числа пролетов увеличивается
высота прессов и длина силовых гидроцилин-
дров, ход штоков которых должен равняться
сумме высот всех рабочих промежутков. По-
этому для установки многопролетных прессов
необходимы приямки и фундаменты глубокого
заложения.
При использовании синтетических клеев
горячего отверждения и сокращения времени
прессования до 20 - 40 с многопролетные
прессы выгоднее заменять однопролетными
(рис. 2.26.24, а). Обычно для таких прессов не
требуются фундаменты глубокого заложения,
они не нуждаются в поддонах и специальных
устройствах для охлаждения и транспортиро-
вания, более надежны и позволяют автомати-
зировать большинство операций.
Накатывание на поверхность щитов ру-
лонных пленочных материалов с последующим
отверждением клеевого слоя называют каши-
рованием. Для этого используют четыре ос-
новные группы оборудования, реализующие
технологию холодного, теплого и горячего
кэширования, а также метод "квикстеп."
Рис. 2.26.24. Схемы линий:
а - на базе однопролетного пресса,
1 - загрузчик; 2 - пакет щитов, 3 - щетки, 4 - клеенаносящие вальцы, 5 - дисковый конвейер,
6 - сборочный конвейер, 7 - пресс, 8 - загрузочно-разгрузочный конвейер, 9 - конвейер-укладчик,
б - на базе вальцового пресса,
1 - щит, 2 - щетки, 3 - зона нагрева, 4 - клеенаносящие вальцы, 5 - инфракрасный излучатель для получения
оптимальной концентрации клея, 6 - рулон облицовочной пленки, 7 - прессовый валец, 8 - пленка,
9 - гильотинный нож, 10 - каши повальный валец
2.26.29. Технические характеристики оборудования для облицовывания пластей щитовых деталей
Наименование Назначение Размеры обрабатываемых щитов, мм Температура плит или валов, °C Сила прессова- ния, МН или давление, МПа Цикл прессова- ния, мин, или ско- рость подачи, м/мин Число этажей пресса, шт.
Длина Ширина Толщина
Многоэтажные пресса Облицовывание натуральным и синтетическим шпоном плоских щитовых деталей 1600 - 5200 1100 - 1800 40 - 50 140 - 190 2 - 20 МПа, до 100 МН 20 - 30 мин 8 - 20
Однопролетные пресса Линии на базе вальцового пресса: То же До 3800 800 - 900 40 - 50 160 - 190 1,8 - 2,5 МПа 0,2 - 0,6 мин 1
холодного кэши- рования Облицовывание плоских щи- товых деталей термопластич- ными полимерными пленка- ми (ПВХ) с помощью дис- персных клеев холодного отверждения (ПВА) От 900 1300 - 2200 3 - 40 18 - 22 0,4 - 1,0 МПа 30 мин 1
теплого кэширо- вания То же 2440 - 5200 900 - 2150 10 - 35 40 - 60 0,4 МПа 7 - 20 м/мин 1
горячего кэширо- вания То же, но с применением пленочных термореактивных материалов на основе бумаги и карбамидоформальдегид- ных клеев 500 - '800 1000 - 2500 3 - 50 120 - 220 30 - 50 МН 10 - 50 м/мин 1
Линия кэширования профильных погонажных деталей Облицовывание синтетиче- ским шпоном - 50 - 500 До 150 15 - 30 - 10 - 50 м/мин 1
Мембранные пресса Облицовывание синтетиче- ским шпоном рельефных щитовых деталей без приме- нения клеев До 3600 До 1800 - 90 - 110 0,3 - 0,6 МПа 120 - 150 м/мин 1
Линия облицовывания пластей по методу "Квикстеп" Облицовывание плоских щи- товых деталей без примене- ния клея До 3600 До 1750 5 - 50 100 - 200 100 МН 15 - 90 м/мин 1
816 Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ОБОРУДОВАНИЕ МЕБЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
817
Линии для холодного кэширования
включают загрузочное устройство, клеенано-
сящий станок, пресс для накатывания и при-
катывания пленки холодными валами, холод-
ный пресс для подпрессовки стопы щитов,
транспортные и разгрузочные устройства. За-
тем щиты выдерживают в стопах до механиче-
ской обработки 8 - 24 ч.
Линии теплого кэширования отличаются
от линий холодного кэширования наличием
устройства предварительного подогрева пла-
стей щитов до 40 -60 °C перед нанесением
клея и отсутствием холодного пресса для под-
прессовки При этом время выдержки щитов в
стопах перед механической обработкой сокра-
щается до 1,5 -2 ч.
Линии горячего кэширования (рис
2.26.24, б) (термокаширование) имеют в своем
составе устройства для нагрева щитов до 120 -
150 °C перед нанесением на них клея и самого
клея перед накаткой облицовочного материала.
По принципу кэширования работает
оборудование для облицовывания погонажных
профильных элементов мебели. Рейки из
ДСтП или ДВП обрабатывают фасонными
фрезами соответствующего профиля, затем
шлифуют на виброшлифовальных станках,
очищают от пыли и подают в облицовочный
станок, где к их поверхности последовательно
расположенными вдоль станка по контуру
профиля вальцами прикатывается гибкий об-
лицовочный материал (пленка) с нанесенным
клеем расплавом, который активируется рас-
положенными также вдоль станка нагреватель-
ными воздушными фенами.
Линии облицовывания пластей щитов по
методу "квикстеп" в плоских прессах исклю-
чают снижение производительности, неизбеж-
ное при использовании карбамидоформаль-
дегвдных клеев в линиях термокаширования
В случае тиснения пор используют гибкие
полимерные матрицы, закрепляемые на верх-
ней плите пресса и на цепном загрузочном
конвейере.
Облицовывание деталей с профилиро-
ванной поверхностью и закругленными углами
пленками типа поливинилхлоридных произво-
дится также в мембранных прессах без клея
Нагрев пленки в сочетании с действием ва-
куума обеспечивает заполнение пор детали, у
которой одновременно могут быть также об-
лицованы и кромки.
Для ламинирования ДСтП и ДВП, соче-
тающего операции облицовывания и отделки
пластей за счет применения листовых амино-
пластических пленок на бумажной основе и
полного отверждения пропиточных карбами-
домеламиноформальдегидных смол в ходе
процесса, используют линии на базе одно- и
многопролфильных прессов, отличающиеся
отсутствием клеенаносящих станков.
Оборудование для облицовывания кромок
щитов. По признаку сложности и степени
автоматизации оборудование можно класси-
фицировать на три группы: простейшие стан-
ки с ручной и механизированной подачей;
односторонние механизированные и полуав-
томатические станки; двухсторонние полуав-
томатические станки и автоматические линии
(табл. 2.26.30). Все они предназначены для
облицовывания древесными раскладками тол-
щиной до 15 мм. шпоном, синтетическим
шпоном, пластиком и пленками и построены
по единой технологической схеме. На общей
станине располагаются агрегаты, предназна-
ченные для последовательного выполнения
следующих операций: выравнивания кромки
нанесения клея, выдачи кромочного материа-
ла, его прикатки к кромке щита, обрезки све-
сов и обработки кромок. В качестве примера
на рис 2 26.25 приведен двухсторонний ста-
нок.
Рнс. 2.26.25. Схема двухстороннего станка для облицовывания кромок щитовых деталей:
1 - прижимной конвейер, 2 - привод (мотор-вариатор) конвейера подачи, 3 - конвейер подачи, 4 - привод ме-
ханизма перемещения подвижной балки, 5 - подвижная балка, 6 - подрезная пила, 7- основная пила, 8- фре-
зерная головка, 9 - магазин выдачи кромочного материала, 10 - головка нанесения клея на кромку, 11 - прика-
точный ролик, 12 - прессующие ролики, 13 - механизмы снятия поперечных свесов, 14 - механизм снятия
ппппплшыу свесов 75 - шлисЬовальные агрегаты 16 - агрегаты снятия фасок
2.26.30. Технические характеристики оборудования для облицовывания кромок щитовых деталей
Название Назначение Размеры обрабатываемых щитов, мм Температура клея расплава, °C Давление на кромку, МПа Скорость подачи, м/мин Мощность электро- двигателей, кВт Масса, т
Длина Ширина Толщина
Станки про- стейшего типа Облицовывание малогабаритных деталей, щитовых деталей на не- больших предпри- ятиях и цехах по ремонту мебели 250 - 1300 50 - 1300 10 - 50 180 - 220 0,2 - 0,5 Ручная 0,7 - 1,5 0,1 - 0,2
Односторонне станки Облицовывание натуральным и синтетическим шпоном одной плоской кромки щитовых деталей с помощью клеев- расплавов и поли- винилацетатных клеев 200 - 2000' 100 - 850 8 - 25 180 - 220 0,2 - 0,5 12 - 36 10 - 12 3 - 4
Двухсторонние станки То же одновре- менно двух проти- воположных пло- ских или про- фильных кромок щитовых деталей 200 - 2500 200 - 2500 7 - 60 180 - 220 0,2 - 0,5 6 - 40 50 - 60 15 - 20
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ОБОРУДОВАНИЕ МЕБЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
819
Автоматическая линия облицовывания
состоит из двух таких станков На первом об-
рабатываются продольные кромки, затем сле-
дует поворотное устройство и второй станок
для обработки поперечных кромок. Линия
оборудована загрузочным и разгрузочным уст-
ройствами
Для облицовывания кромок круглых и
прямоугольных с закругленными углами щи-
тов используют небольшие станки, иногда
настольного типа, с карусельным столом, осу-
ществляющим движение подачи заготовки,
или станки с ручной подачей.
Оборудование для обработки чистовых
заготовок. Цель обработки чистовой заготовки -
придание ей окончательной формы Чаще
всего это обработка внутри габаритов заготов-
ки нарезание шипов и проушин, фрезерова-
ние профилей, закруглений, выборка продол-
говатых гнезд, сверление отверстий, зачистка
поверхностей деталей. Для этих целей широко
применяются дереворежущие станки общего
назначения, рассмотренные в п 2 26 1 На их
базе создаются станочные и автоматические
линии.
Линии шлифования мебельных щитов
предназначены для чистового шлифования
пластей мебельных щитов Обычно линия со-
стоит из двух узколенточных шлифовальных
станков. На первом станке деталь шлифуется
поперек волокон, при выходе из станка попа-
дает на поворотный конвейер, где разворачи-
вается на 90° и подается во второй станок и
шлифуется вдоль волокон. Линия может быть
укомплектована питателем и укладчиком, при
наличии которых осуществляется автоматиче-
ский режим работы.
Техническая характеристика линий шли-
фования мебельных щитов.
Размеры обрабатываемых дета-
лей, мм:
длина...................... 400-2200
ширина.............. 220 - 900
толщина............. 10-40
Скорость подачи при шлифо-
вании, м/мин.......’........ 6-28
Установленная мощность, кВт 52 - 73
Масса, т............... 8,5-13,5
Оборудование для создания лакокрасоч-
ных покрытий (отделочное). Отделочное обору-
дование предназначено для создания на по-
верхности деталей и изделий из древесины
защитно-декоративных покрытий. Различают
оборудование для нанесения лакокрасочных
материалов, их отверждения (сушки) и облаго-
раживания.
Схемы и основные технические парамет-
ры оборудования для нанесения лакокрасоч-
ных материалов приведены в табл. 2.26.31
Для отверждения лакокрасочных покры-
тий служат сушильные установки периодиче-
ского и непрерывного действия (табл. 2.26.32).
Установки периодического действия выполня-
ются в виде тупиковых камер. В установках
непрерывного действия детали передвигаются
по туннелю от зоны загрузки к зоне выгрузки
непрерывно или пульсирующим образом Су-
шильные установки входят в состав отделоч-
ных линий. С целью агрегатной унификации
линий камеры набирают из отдельных моду-
лей длиной 2 или 4 м Для построения тун-
нельных сушильных установок используют
четыре типа модулей: конвективной сушки,
сопловой сушки (нормализации), с инфра-
красными (ИК) и ультрафиолетовыми (УФ)
излучателями. Модули объединяются единым
конвейером для перемещения отделываемых
деталей.
В конвективных сушильных установках
воздух нагревается водяными, паровыми, элек-
трическими или масляными калориферами.
Модули выполняют в виде П-образных конст-
рукций, что позволяет сократить длину су-
шильных камер, объединить места загрузки и
выгрузки деталей Со стороны загрузки и вы-
грузки туннели закрываются раздвижными
дверями Многоярусные колесные этажерки с
деталями перемещаются внутри камеры замк-
нутым цепным конвейером
В установках с ИК-излучателями для
нагрева подложки или покрытия используют
тэнньге излучатели - трубчатые электро-
нагреватели (ТЭНы), напольные газовые, элек-
трические, масляные и другие нагре-ватели В
случае сушки толстых покрытий используют
комбинацию камер ИК и конвективной суш-
ки, в которых щиты перемещаются с помощью
общего конвейера.
Камеры для нормализации покрытий
применяют в сочетании с другими сушильны-
ми модулями. Они оснащаются вытяжной
вентиляцией для отсоса паров растворителей и
выполняются секционными без теплоизоляции
стенок.
В камерах УФ-сушки используется фото-
химический способ отверждения прозрачных
полиэфирных покрытий. УФ-сушильные ка-
меры оборудуются облучателями, состоящими
из трубчатых ртутно-кварцевых высокого или
люминесцентных ртутных низкого давления
ламп, зеркальных отражателей, защитных
кварцевых колб и пускорегулирующей аппара-
туры
Для сушки некоторых лакокрасочных
покрытий используют установки радиацион-
но-химического отверждения ускоренными
электронами. С целью ускорения процесса в
установке предусмотрена система подачи
инертного газа (азота) в зону облучения, а
также имеются системы дозиметрии, сигнали-
зации и блокировок.
Для отделки щитов водоразбавленными
лаками с использованием термоконтактного
2.26.31. Технические характеристики оборудования для нанесения лакокрасочных материалов
Наименование оборудования
Схема
Параметр
Пневматические распылители
Диаметр сопла, мм.......................... 1,5 - 2,5
Давление воздуха, МПа..................... 0,3 - 0,5
Расход воздуха, м3/ч...................... 6-20
Расход лакокрасочного материала, г/с...... 2 - 11
Условная производительность, м2/ч......... 200 - 500
Потери материала, %....................... 35 - 65
Гидравлические распылители
Производительность, кг/мин................ 0,7 - 2,0
Давление, МПа:
в распылителе............................. 4-20
воздуха в насосе........... 0,3 - 2,3
Расход воздуха, м3/ч..................... 8-37
Габаритные размеры, мм:
длина..................................... 280 - 1025
ширина..................... 465 - 535
высота..................... 490 - 1055
Масса, кг................................. 16 - 120
Электромеханические и электро-
статические распылители
От ОыаиаЛальяшо-
вьтряпшпглыпио
усяцойстОа
Ванны для окунания
лиг
Напряжение в цепи, кВ................... 65 - 130
Скорость подачи, м/мин................. 1,4 - 2,5
Частота вращения чаш, мин-1 ............ 900 - 1500
820 Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Скорость, м/мин:
окунания................................... 0,2
извлечения................. 0,1
Продолжение табл. 2.26.31
Наименование оборудования Схема Параметр
Разбрызгивающие устройства для струйного облива Размеры деталей, мм: высота до 2200 ширина до 1500 толщина до 450 Скорость подачи, м/мин 0,7 Шаг конвейера подачи, мм 600
Наливные машины — tp- Размеры деталей, мм: длина 450 - 3000 ширина 10 - 1400 толщина 10 - 250 Скорость подачи, м/мин 30 - 140 Расход лакокрасочного материала, г/м2 30 - 600
Вальцовые станки для крашения; нанесения низковязких материа- лов; печатания текстуры древесины 1 _ Размеры деталей, мм: длина не менее 350 ширина 200 - 900 толщина 0,3 - 60 Скорость подачи, м/мин 5-40 Установленная мощность, кВт 1,1 - 7,5
Машины для нанесения лакокра- сочных материалов методом экс- трузии 1 JLJ5L /I Толщина напольного покрытия, мм 0,01 - 0,03 Число проходов 4-12
Обозначения: 1 - изделие; 2 - пневмораспылитель; 3 - поворотный стол; 4 - водяная ванна для осаждения лакокрасочного ма-
териала; 5 - форсунка для создания водяной завесы; 6 - сепараторы очистки воздуха; 7 - вентилятор вытяжной; 8 - конвейер подачи; 9 - по-
ложительно заряженное изделие; 10 - отрицательно заряженный распылитель; 11 - сливной лоток; 12 --наливочная головка; 13 - ленточный
конвейер с полиэтиленовым покрытием.
ОБОРУДОВАНИЕ МЕБЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
2.26.32. Технические характеристики установок для отверждения (сушки) лакокрасочных покрытий
Наименование Схема Назначение Размеры обрабатываемой детали, мм Ско- рость подачи, м/мин Темпера- тура воздуха или ТЭНов, °C Установ- ленная мощ- ность, кВт Масса, т
Длина Ширина Высота
Конвектив- ные 1, г Сушка покры- тий при отдел- ке полиэфир- ными и нит- роцеллюлоз- ными лаками 400- 2500 220-900 5-40 8-10 До 80 1,5 17,5
-в-
\ \ Q
'а 'з
С ИК-иалу- чателями * 1 Прямая сушка покрытий из полиэфирных или нитроцел- люлозных ла- ков или нако- пление тепла подложкой перед нанесе- нием лака с последующей его сушкой накопленным теплом 400 2500 220-900 10-40 5-15 200-400 24 1,8
—+
J J
Для норма- лизации Сушка с целью отвода паров растворителей на первом- этапе процесса отверждения 400- 2000 До 900 До 60 6 1,2 1,3
822 Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Наименование
Схема
Назначение
Продолжение табл. 2.26.32
УФ-сушка
Фотохимичес-
кое отвержде-
ние прозрач-
ных поли-
эфирных по-
крытий
Радиационно-
химическая
сушка
Сушка специ-
альных лако-
красочных
покрытий
Размеры обрабатываемой детали, мм
Длина Ширина Высота
400- 2500 220-900 10-40
До 1500 До 1000 До 50
Ско- рость подачи, м/мин Темпера- тура воздуха или ТЭНов, °C Установ- ленная мощ- ность, кВт Масса, т
10 3 - 15
0,3-20
Обозначения: I - камера; 2 - конвейер; 3 - деталь с покрытием; 4 - калорифер; 5 - вентилятор; 6 - инфракрасный излучатель;
7 - ультрафиолетовые излучатели; 8 - электронно-лучевая камера
ОБОРУДОВАНИЕ МЕБЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
способа отверждения покрытий применяют
линии, состоящие из грунтонаносящего двух-
вальцового станка, первой камеры для норма-
лизации и лаконаносящего двухвальцового
станка, второй камеры для нормализации и
трехвальцового каландрового станка, вальцы
которого нагреваются термомаслом до 180 °C
и обеспечивают давление на поверхность по-
крытия 0,4 - 0,5 МПа в течение времени кон-
такта 0,3 с.
Оборудование для промежуточного шли-
фования. Промежуточное шлифование лако-
красочных покрытий предназначено для уда-
ления неровностей на высохшей лаковой
пленке. Для этой цели применяются щеточно-,
ленточно-, цилиндро- и виброшлифовальные
станки.
Механизмы подачи и базирования ана-
логичны во всех этих станках. Детали переме-
щаются с помощью нижнего подающего роли-
кового конвейера, ролики которого покрыты
резиновыми бандажами. Базируются детали на
верхние неприводные обрезиненные ролики.
Такая схема базирования позволяет обрабаты-
вать разнотолщинные детали. Разница в тол-
щине деталей компенсируется деформацией
бандажей приходных роликов.
В щеточно-шлифовальных станках обра-
батывающим рабочим органом является ос-
циллирующий барабан (частота 90 колебаний в
минуту, амплитуда 10 мм), состоящий из на-
бора дисков с- пучками растительных волокон.
Частота 950 вращений барабанов в минуту,
скорость подачи деталей 9 м/мин.
В ленточно-шлифовальных станках проис-
ходит перекрестное шлифование: одни ленты
шлифуют поперек хода детали, а другие -
вдоль.
В цилиндрошлифовальных станках детали
обрабатываются вращающимися и осцилли-
рующими цилиндрами либо обтянутыми шли-
фовальной шкуркой, либо состоящими из
смеси нейлона и абразивных зерен.
В виброшлифовальных станках обработка
ведется двумя виброутюжками, обтянутыми
шлифовальной лентой. Длина утюжков
800 мм, ширина 200 мм, амплитуда колебаний
4 мм, частота колебаний 1440 мин"1, скорость
подачи щитов 6-20 м/мин, общая установ-
ленная мощность 1,8 кВт.
Оборудование для облагораживания лако-
красочных покрытий. Выравнивание и полиро-
вание являются основными операциями обла-
гораживания лакокрасочных покрытий (табл.
2.26.33).
Для сухого и влажного шлифования ла-
кокрасочных покрытий при выравнивании
применяются специальные узколенточные и
широколенточные шлифовальные станки с
контактным прижимом или шлифовальные
станки общего назначения.
Полирование осуществляется на полиро-
вальных станках барабанного типа. Барабаны
составляются из тканевых дисков. Жидкую
полировальную пасту наносят на обрабатывае-
мое покрытие, твердую - на барабан. На одно-
барабанных станках деталь закрепляется на
двигающемся возвратно-поступательном столе
и полируется осциллирующим барабаном. В
многобарабанных станках деталь конвейером
подается под шестью осциллирующими бара-
банами.
Недостатком многобарабанных станков
является'возможность неполировки поверхно-
сти щита за один проход, даже несмотря на
наличие шести барабанов.
Линии для полирования в зависимости
от условий производства и имеющихся площа-
дей имеют переменный состав оборудования и
различные компоновки. В таких линиях ваку-
умный питатель подает щиты на роликовый
конвейер, по которому они поступают к двум
2.26.33. Технические характеристики полировального оборудования
Параметр Полировальный станок Линия
Наибольшие размеры получаемых деталей, мм: длина 1800 - 2000 2000
ширина 800 800
толщина 50 50
Количество барабанов, шт 1 - 6 -
Диаметр барабана, мм 400 *
Частота вращения барабана, мин"1 1290
Амплитуда осцилляций, мм 25 -
Частота осцилляций, мин*1 ПО - 160 -
Скорость подачи, м/мин 1,5 - 9 1,5-9
Установленная мощность, кВт 8,3 - 48,5 280
Масса, т 2,75 - 7,65 12,0
ОБОРУДОВАНИЕ МЕБЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
825
узколенточным станкам. Затем следует обра-
ботка на двух шестибарабанных полироваль-
ных станках и на глянцевальном устройстве.
Готовые щиты укладываются в стопу вакуум-
укладчиком.
Оборудование для сборки узлов и изделий.
Процесс сборки делится на два этапа: ком-
плектования узлов и агрегатов и сборки. Так,
при сборке корпусной мебели, сначала ком-
плектуются узлы - устанавливаются на плит-
ные элементы стяжки, петли, шканты, замки,
полкодержатели и др.
Существуют полуавтоматы для монтажа
фурнитуры, устанавливаемой на щитовых де-
талях корпусной мебели. Все полуавтоматы
могут быть разделены на три группы:
1. С односторонним расположением агре-
гатных головок. К этой группе относятся полу-
автоматы для установки: четырехшарнирных
петель, планок петель, магнитных защелок,
ответных планок магнитных защелок, ответ-
ных планок магнитных задвижек, задвижек,
замков и ключевин.
2. С двухсторонним расположением агре-
гатных головок. К ним относятся полуавтоматы
для установки гаек стяжек накладных и полко-
держателей.
3. С поперечным расположением агрегат-
ных головок. Это полуавтомат для установки
направляющих ящиков.
Конструкция полуавтоматов в каждой
ipynne отличается высокой степенью унифи-
кации и имеет единую станину. Одна агрегат-
ная головка легко заменяется другою при пе-
реходе с установки одного вида фурнитуры на
другой. Процесс установки фурнитуры, вклю-
чающий фиксацию изделия в заданном поло-
жении, сверление гнезд, подачу фурнитуры в
рабочую зону и ее запрессовку, полностью
автоматизирован. Полуавтоматы позволяют
вести обработку как левых, так и правых изде-
лий (дверей, боковин и т.д.).
Техническая характеристика полуавтома-
тов для установки бесшурупной фурнитуры:
Размеры обрабатываемых деталей, мм:
длина....................... 300-1850
ширина...................... 330 - 560
толщина..................... 14 - 25
Количество агрегатных голо-
вок, шт..................... 1-2
Производительность, ед. фур-
нитуры/ч.................... 240-1440
Диаметр сверления, мм....... 8 - 10,3
Установленная мощность, кВт 2,24-4,34
Масса, т.................... 1,25 - 1,9
Для удобства сборки отдельных узлов ме-
бели в изделия применяют специальные сбо-
рочные станки-стапели или ваймы, которые
позволяют обеспечивать необходимое взаим-
ное расположение собираемых узлов и их
улепживание до закрепления, запрессовку
(например, шкантов), поворот изделия (вместе
со стапелем) в положение, удобное для рабо-
ты; в случае необходимости нагревать и склеи-
вать неразъемные клеевые соединения ТВЧ,
для чего предусматриваются передвижные или
съемные электроды. Пример такого стапеля
приведен на рис. 2.26.26. Если вайму поста-
вить на колеса и связать замкнутой цепью с
другими ваймами, получится простейший сбо-
рочный конвейер.
Оборудование для изготов-
ления мягкой мебели. Помимо стан-
ков общего назначения при изготовлении мяг-
кой мебели используют оборудование для из-
готовления пружинных блоков, раскроя и по-
шива наволочек, раскроя настилочных мате-
риалов, декоративной прошивки и изготовле-
ния "сандвичей", изготовления ватников, фор-
мования мягких элементов.
Автомат для производства и термообра-
ботки двухконусных мебельных пружин из
пружинной проволоки диаметром 2,0 - 2,2 мм
имеет производительность до 14000 пружин в
смену при 50 циклах в минуту. Установленная
мощность 13,65 кВт, масса 2700 кг.
Полуавтомат для сшивания в блоки ря-
дов мебельных двухконусных пружин обеспе-
чивает производительность до десяти блоков в
час размером 2030 х 690 х 86? 140 мм. Уста-
новленная мощность 2 кВт, масса 2000 кг.
Специальный станок для изгиба деталей
рамок мебельных пружинных блоков позволяет
работать с рамками размером от 600 х 330 мм до
2040 х 1390 мм. Масса станка 1250 кг.
Специальный станок для скрепления
рамки с пружинным блоком скобами сечением
0,8 х 10 мм имеет производительность 80 хо-
дов в минуту. Масса станка 260 кг.
Специальный станок для крепления кон-
цов рамки соединяет скобами стыки заготовок
рамок мебельных пружинных, блоков, а также
рамки со средниками. Производительность
20 ходов в минуту, масса 450 кг.
Рис. 2.26.26. Схема сборочной ваймы-стапеля:
1 - рама; 2, 4 - переставляемые балки;
3, 5 - пневмоцилиндры; 6 - цапфы;
7 - базовые упоры; 8 - собираемое изделие
Глава 2 26 ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Полуавтомат для декоративной прошив-
ки настилочных материалов с облицовочными
обеспечивает плавный изгиб строчки, имеет
две головки и производ ительность 10 - 14 строчек
в минуту. Масса 1400 кг, установленная мощ-
ность 1,9 кВт.
Автомат для декоративной прошивки
бортовой ленты двухсторонних матрацев двух-
ниточной цепной строчкой обеспечивает ско-
рость прошивки 850 - 2016 стежков в минуту
при скорости подачи ленты 1-3 м/мин. Уста-
новленная мощность 1,8 кВт, масса 500 кг. .
Станок для зашивания горловины обли-
цовочных чехлов, надетых на мягкие элементы
мебели, обеспечивает скорость прошивки 2-3
м/мин. Установленная мощность 1,15 кВт,
масса 500 кг.
Станок для сшивания ткани на двухсто-
ронних матрацах одновременно оформляет по
периметру кант и имеет производительность
6 строчек в минуту, установленную мощность
0,85 кВт, массу 600кг.
Процесс изготовления диванов и кресел
на основе односторонних мягких элементов
включает операции крепления заглушин ско-
бозабивными пневмопистолетами, облицовы-
вания коробок, фронтонов и боковин тканью,
установки механизмов трансформации и окон-
чательной сборки. Процесс изготовления ди-
ванов и кресел на основе пространственных
каркасов включает операция крепления эла-
стичных ремней или пружин к каркасу и кре-
пления деревянных оснований или ножек. Все
операции по сборке изделий мягкой мебели
выполняются на нетиповом оборудовании с
применением ручного механизированного
инструмента.
Оборудование для производ-
ства стульев. Раскрой сырья на заготов-
ки при производстве стульев осуществляется
на оборудовании общего назначения, рассмот-
ренном в 2.26.1. Это же оборудование может
быть использовано и при выполнении отдель-
ных операций на последующих этапах техно-
логического процесса. Однако в силу специ-
фики многих операций применяется специа-
лизированное оборудование (табл. 2.26.34).
2.26.34. Основные технологические операции и оборудование для производства стульев
Технологическая операция Тил оборудования Размеры заготовки, мм Установ- ленная мощность, кВт Масса, кг
Длина Ширина Толщина
Четырехсторон- няя продольно- фрезерная обра- ботка прямоли- нейных бруско- вых деталей Линия четырехсто- роннего фрезерова- ния ЗЮ- 1000 16-70 12-50 32 5100
Торцевание де- талей стула Станок концеравни- тельный 250- 1250 16-200 10-80 12,35 25Q0
Шлифование заготовок с че- тырех сторон Линия шлифования ЗЮ- 1000 16-120 12-50 35,92 10730
Обработка бру- сковых заготовок в размер по толщине Линия двухсторон- него фрезерования 400-920 30-130 19-80 21,62 2850
Двухстороннее фрезерование по копиру криво- линейных кро- мок заготовок Линия профильного фрезерования 320-920 30-130 15-50 32,2 6000
Фрезерование скругленного шила Станок шипорезный односторонний 250- 1000 16-110 10-60 8,4 1400
Шлифование параллельных плоскостей про- фильных деталей Линия двухсторон- него шлифования 310-920 30-130 15-50 18,77 8000
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТОЛЯРНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ
827
Продолжение табл. 2.26.34
Т ехно логическая операция Тил оборудования Размеры заготовки, мм Установ- ленная мощность, кВт Масса, кг
Длина Ширина Толщина
Формирование круглых и овальных, асим- метричных и наклонных ши- пов Полуавтомат шипо- резный двухсторон- ний 250- 1150 20-110 10-60 10 2730
Сверление от- верстий и устра- нение пазов в брусковых дета- лях Станок апэегатный сверлильно- пазовальный 310-920 20-100 15-40 19,97 7500
Фрезерование и шлифование криволинейных поверхностей деталей Станок карусельный фрезерно-шлифо- вальный 310 970 30 130 15 50 26,65 4000
Одноразовое шлифование сидений и спи- нок с радиусом кривизны 465 - 1300 мм Станок для шлифо- вания сидений и спинок стула 370-430 160-395 8 12 11,5 1600
Для фрезерования и шлифования кромок
сидения и спинок стульев по копирам исполь
зуют станок карусельный фрезерно-
шлифовальный. Диаметр обрабатываемых де-
талей 160 - 1200 мм, наибольшая высота фре-
зерования 100 мм, установленная мощность
12,19 кВт, масса 4000 кг.
Станок для выравнивания ножек стула
по высоте предназначен также и для снятия
фасок, допустимое расстояние между ножками
по длине 440 - 490 мм, до ширине 375 -
490 мм, мощность электродвигателя 1 кВт,
масса станка 90 кг.
При сборке стульев склеивают передний,
задний и боковые плоские элементы и каркас.
Гнуто клееные накладные сиденья и спинки
крепят на шкантах или шурупах. При этом
используюг ваймы для сборки плоских Н- и
Ч-образных элементов каркаса стула без пред-
варительного наживления, а также ваймы для
объемной сборки каркаса стула из предвари-
тельно собранных боковых Ч-образных, пе-
редних и задних Н-образных комплектов пу-
тем соединения их царгами и проножками без
предварительного наживления.
2.26.4. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА
СТОЛЯРНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ
К столярно-строительным изделиям от-
носятся: окна, двери, паркет и детали про
фильные из древесины и древесных материа
лов для строительства, доски и бруски для
покрытия полов, подоконные доски, плинту
сы, наличники, поручни и обшивки Все эти
изделия изготовляются из хвойных и листвен-
ных пород древесины под укрывистую отделку
или из ценных пород древесины с прозрачной
отделкой. Двери изготовляются с облицовкой
полотен шпоном из ценных пород древесины
или декоративными материалами - поливи-
нил хлоридной пленкой, пластиком, декора-
тивной бумагой.
Технологический процесс изготовления
окон и дверей приведен в табл. 2.26.35. Боль-
шинство перечисленных в таблице операций
может быть выполнено на станках общего
назначения, рассмотренных в 2 26.1 Однако,
специализированные предприятия оснащаются
специальными станками, полуавтоматически-
ми и автоматическими линиями, которые по-
зволяют повысить качество и производитель-
ность и устранить ручные операции (табл.
2.26 36 и 2.26.37).
Типичным для этих производств является
организация участков, которые состоят из
станков, соединенных простейшими транс-
портными устройствами - роликовыми кон-
вейерами, траверсными и простыми тележка-
ми и отдельными полуавтоматическими ли-
ниями Примером может служить участок
сборки дверных полотен (рис. 2.26.27).
Имеются также автоматические линии,
например, линия отделки дверных полотен
(рис. 2.26.28) и станки-автоматы. Последние
широко применяются для операции постанов-
ки фурнитуры.
828
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
2.26.35.Технологический процесс и состав оборудования для производства окон и дверей
Технологические операции Оборудование
Производство окон
Раскрой пиломатериалов на заготовки Линия раскроя пиломатериалов на заготовки для брусков створок и коробок. Станки прирезные и торцовочные
Склеивание заготовок по длине Линия сращивания брусков по длине
Механическая обработка заго- товок: фрезерование профиля, нарезание шипов, обработка гнезд и т.д. Станки продольно-фрезерные, вибро шлифовальные, шипо- резные, долбежные и др. и линии на их базе
Сборка брусков в рамочную конструкцию Ваймы гидравлические и пневматические для сборки ство- рок и коробок
Механическая обработка сбо- рочных единиц рамочной кон- струкции Линия шлифования пластей створок на базе широколенточ- ного шлифовального станка, линия обработки створок по наружному контуру, станки для обработки гнезд, установки петель на створки, вертикально-сверлильный станок для сверления отверстий под стяжные винты, линия обработки гнезд и установки приборов в бруски коробок
Соединение наружных и внут- ренних коробок Участок сборки коробок
Изготовление раскладок и на- тельников Четырехсторонний продольно-фрезерный станок с калевоч- ным суппортом
Отделка сборочных единиц и изделий Линия окраски столярно-строительных изделий, отделочные кабины
Остекление и сборка окон Участок остекления и сборки окон
Производство дверей
Раскрой пиломатериалов на заготовки Линия раскроя пиломатериалов на заготовки
Раскрой листовых материалов на заготовки Форматные круглопильные станки и автоматические линии на их базе
Склеивание заготовок по длине Линия сращивания брусков по длине
Механическая обработка заго- товок брусковых деталей Станки продольно-фрезерные, виброшлифовальные, шипо- резные, долбежные, сверлильные и линии на их базе
Изготовление заполнителя дверных полотен Четырехсторонний продольно-фрезерный, торцовочный, круглопильный, сверлильный станки, станок для набора реечного щита
Сборка дверных полотен Линия сборки дверных полотен
Сборка дверных коробок Линия зашиповки и установки приборов в брусках коробок, линия сборки коробок
Механическая обработка двер- ных полотен Агрегаты обработки гнезд, пазов и отверстий под приборы на дверных полотнах
Отделка дверных полотен Линии отделки и облицовки дверных полотен, линия обра- ботки кромок дверных полотен
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТОЛЯРНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ
829
2.26.36. Специальные станки и автоматические линии для производства окон и балконных дверей
Оборудование Выполняемые операции Размеры обрабатываемого материала, мм Произ- води- тель- ность, шт./ч Мощ- ность электро- двигате- ля, кВт Масса, т
Длина Ширина Толщина
Линия рас- кроя пилома- териалов на заготовки для брусков створок и коробок Поперечный и продольный рас- крой с вырезкой дефектов необрез- ных пиломатериа- лов 3000- 6500 60-400 19-85 1008 м/ч 90,5 20,43
Линия сра- щивания брусков по длине Нарезание зубча- тых шипов на торцах заготовки, нанесение на них клея, сращивание по длине в непре- рывную ленту, опрессовка шипо- вых соединений, резание непре- рывной ленты на заготовки необхо- димой длины 200- 1000 50-150 16-80 1800 М3/год 20 4,5
Агрегат для обработки шипов и проушин брусков оконных блоков и балконных дверей Отпиливание бру- сков в размер, дробление свесов и фрезерование шипового соеди- нения 360- 2400 32-145 32-104 440 21,9 2,5
Линия обра- ботки бру- сков Продольная обра- ботка и зашиповка брусков створок и коробок оконных блоков и балкон- ных дверей 360- 2400 40-145 40-80 450 102,6 24,6
Агрегат обра- ботки ство- рок по на- ружному контуру Обработка створок и форточек по наружному конту- РУ 345- 1395 ЗЮ- 1070 32-42 195 35,1 7,9
Вайма гид- равлическая Сборка створок, коробок и форто- чек, имеющих не более одного им- поста 400- 2385 290- 1465 25-100 130 5,22 2,8
Станки дол- бежные Долбление гнезд под шипы, петли, стяжки-завертки в брусках створок и коробок 495- 2200 270- 1300 38-52 125 2-5 1,2- 1,5
830
1 Глава 2.26
Продолжение табл 2 26 36
Оборудование Выполняемые операции Размеры обрабатываемого материала, мм Произ води- тель носгь шт /ч Мощ- ность электро- двигате- ля, кВт Масса, т
Длина Ширина Толщина
Станки для установления петель и стяжек- заверток Установка петель навески, петель спаривания, кор- пусов стяжек- заверток на окна и балконные двери 345- 2000 295- 1300 42-52 142 2,2 1,2
Оборудова- ние для об- работки гнезд и уста- новки при- боров на внутренних створках Обработка гнезд под петли спари- вания наружных и внутренних ство- рок, петли навес- ные, стяжки- завертки, установ- ка петель и стяжек 365- 1395 320- 1070 40-85 170 20 13,0
Оборудование для обработки гнезд и уста- новки прибо- ров на наруж- ных створках Обработка гнезд под петли навески и завертки, уста- новка петель 365- 1395 ЗЮ- 1070 40-85 130 10 5,0
Линия окра- ски столяр- но-строи- тельных из- делий Шпаклевка де- фектных мест, сушка и шлифова- ние шпаклеванных мест, нанесение красителя, вы- держка в парах растворителя, сушка и охлажде- ние изделий 340- 2200 270- 1500 38-160 30- 100 16-54 46
2.26.37.Специальные станки и автоматические линии для производства дверей
Оборудование Выполняемые операции Размеры обрабатываемого материала мм Произво дитель- ность, шт/ч Мощ- ность элект- родам гателя кВт
Длина Ширина Толщина
Для изготов- ления бру- сков каркаса рамки двер- ного полотна и монтажных досок короб- ки Торцевание заготовок в размер, профильная обра- ботка брусков и досок зоо- гою 40-152 30-40 800 30,3
Для изготов- ления дета- лей реечного заполнения Торцевание заготовок в размер, обработка их в раз- мер по сечению Набор реечного щита зоо- гою 40-152 30-40 40 42$
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТОЛЯРНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ
831
Продолжение табл. 2.26.37
Оборудование Выполняемые операции Размеры обрабатываемого материала, мм Произво- дитель- ность, шт/ч Мощ- ность элект- родви- гателя, кВт
Длина Ширина Толщина
Линия сбор- ки дверных полотен Нанесение клея на древес- но-волокнистые плиты, укладка брусков обвязки и их крепление к плитам, укладка заполнителя и верхнего листа ДВП, сжа- тие стопы полотен в прессе, фиксация сжатой стопы, выдержка для полимериза- ции клея, расфиксация стопы, калибровка 2010 610, 710, 810, 910 30, 40 40 172,0
Линия заши- повки и ус- тановки при- боров в бру- сках коробки Зашиповка брусков коро- бок, фрезерование гнезд под приборы, установка приборов 685- 2103 74 45 160-320 52,0
Линия сбор- ки коробок Сборка коробок из заши- пованных брусков на клею с забивкой металлических нагелей в угловых соедине- ниях, укладка коробок в стопы с выдержкой для полимеризации клея 2071, 2090 670-970 74 90 11,0
Линия обра- ботки гнезд, пазов и от- верстий под приборы на дверных по- лотнах Долбление гнезд под замок или защелку, фрезерование пазов под петли и сверле- ние отверстий под ручку замка или защелки 2000 600-900 30, 40 180 30
Линия обра- ботки кро- мок дверных полотен Подача дверного полотна на загрузочный стол, его базирование, обработка продольных и поперечных кромок, укладка полотен в стопу 2000 600, 700, 800, 900 30, 40 80 89,0
Линия обли- цовки двер- ных полотен Облицовка дверных поло- тен декоративной бумагой, пленкой, пластиком или шпоном 2010 610, 710, 810, 910 30, 40 20 33,0
Линия от- делки двер- ных полотен Предварительный нагрев поверхности полотен, нане- сение покрытия на вальцо- вых окрасочных станках, нормализация покрытия 2000 600-900 30 45 11,0
832
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Рис. 2.26.27. Схема линии сборки дверных полотен:
1 - питатель; 2 - клеенаносящий станок; 3 - приемный стол; 4 - стол для сборки; 5 - укладчик; 6 - пресс;
7 - транспортное устройство; 8 - траверсная тележка; 9 - калибровально-шлифовальный станок; 10 - рольганг
Рис. 2.26.28. Схема линии отделки дверных полотен:
1 - питатель; 2 - нагревательная камера; 3 - вальцовый станок; 4 - механизм подъема; 5 - камера нормализации
Оборудование для производства паркета.
Выпускаются следующие виды паркетных из-
делий: штучный паркет, мозаичный паркет,
паркетная доска и щит. Штучный и мозаич-
ный паркет изготовляют из ценных листвен-
ных пород: дуба, бука, ореха, ясеня, красного
дерена и др. С целью удешевления продукции
и упрощения процесса укладки паркета вы-
пускается паркетная доска и щит. Они пред-
ставляют собой щитовую конструкцию или
доску из древесины хвойных пород, на кото-
рые укладываются тонкие паркетные планки.
На их изготовление затрачивается в 2 - 3 раза
меньше ценных пород древесины, чем для
штучного паркета. В зависимости от конструк-
ции паркетного изделия выбирается техноло-
гия и состав оборудования (табл. 2.26.38).
В табл. 2.26.39 приведены состав обору-
дования для производства паркета и основные
выполняемые на нем технологические опера-
ции.
2.26.38. Технологический процесс и оборудование для производства паркета
Технологические операции Оборудование
Раскрой пиломатериалов на заготов- ки Обработка паркетной дощечки по толщине и ширине с образованием на кромках паза и гребня Штучный паркет Крутлопильные станки общего назначения Четырехсторонний продольно-фрезерный станок для паркетной фризы с конвейерной подачей заготовок
Торцовка с двух сторон паркетных дошечек с устранением паза и греб- ня Концеравнительный станок для обработки паркетных фриз
Паркетная доска и щит
Изготовление реек основания пар- Круглопильный торцовочный станок для вырезки де-
кетной доски и щита фектных мест, четырехсторонний продольно-
фрезерный станок с калевочным суппортом для рас-
кроя обработанной в размер по сечению доски на рей-
ки
Изготовление планок лицевого на- Круглопильный торцовочный станок для вырезки де-
стила фектных мест и поперечного раскроя досок, продоль-
но-фрезерный станок для обработки обоих пластей и
кромки заготовки, многопильный круглопильный
станок для раскроя фрезерованных заготовок на план-
ки настила
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТОЛЯРНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ
833
Продолжение табл. 2.26.38
Технологические операции Оборудование
Сборка паркетной доски Механическая обработка паркетных досок Линия сборки паркетных досок Линия механической обработки паркетных досок
2.26.39. Специальные станки и автоматические линии для производства паркетных изделий
Оборудование Выполняемые операции Размеры обрабатываемого материала, мм Произво- дитель- ность Мощ- ность элетро- двига- теля, кВт
Длина Ширина Толщина
Четырехсторонний Шту Обработка паркет- 'чнъш парке) От 170 т 30-100 12-50 30-115 33
продольно-фрезер- ный станок для пар- кетных планок (фриз) Концеравнительный ных планок в раз- мер по толщине, получение на про- дольных кромках пазов и гребней Торцевание пар- До 600 До 95 12-35 м2/ч До 135 15
станок для паркет- ных планок (фриз) Линия изготовления кетных планок с двух сторон, устра- нение паза и греб- ня на поперечных кромках дощечки Черновое и чисто- 150-500 20-100 8-18 м2/ч 100 тыс. 52
паркетных планок вое фрезерование лицевой и оборот- ной поверхности планок, правой и левой продольных кромок с форми- рованием паза и гребня; торцевание планок по длине и фрезерование паза и гребня на торцах планок м2/год
12-22
96
Линия сборки пар-
кетных досок
Паркетные доски
Нанесения клея на рейки основания, формирование из них основания заданной ширины, сборка основания из реек с покры- тием планками, склейка паркетной доски в прессе ТВЧ, раскрой не- прерывной поло- сы, выходящей из пресса на паркет- ные доски От 170 До 95
100
м3/ч
834
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Продолжение табл. 2.26.39
Оборудование Выполняемые операции Размеры обрабатываемого материала, мм Произво- дитель- ность Мощ- ность элетро- двига- теля, кВт
Длина Ширина Толщина
Линия механиче- ской обработки пар- кетных досок Калибрование досок по толщине со стороны рееч- ного основания, шлифование лице- вой поверхности, выборка шпунта и гребня по клеево- му слою с двух продольных сто- рон, прорезка компенсационных прорезей От 170 До 95 12 - 22 100 м3/4 68
2.26.5. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА
ДРЕВЕСНЫХ ПЛИТ
В производствах древесностружечных
плит (ДСтП), древесно-волокнистых плит
мокрого (ДВП) и сухого (ДВПс) способа ис-
пользуют различное оборудование, которое
можно классифицировать по общим призна-
кам [14, 29, 43]: первичное измельчение древе-
сины в древесные частицы (стружку или тех-
нологическую щепу); сушка измельченной
древесины; сортировка древесных частиц;
смешивание со связующим; формирование
пакетов или ковров; подпрессовка пакетов или
ковров; прессование древесных плит (табл.
2.26.40).
Губительные машины. Машины разделя-
ют [11, 29, 31, 43] на дисковые, барабанные,
конусные. Они могут быть ножевые и много-
резцовые, с гравитационной и принудительной
подачей сырья, причем преобладают машины
с гравитационной подачей (табл. 2.26.41). Во
всех случаях сырье подают под углом к ножам
для облегчения резания и уменьшения опасно-
сти выброса сырья из патрона. Длина щепы
определяется в зависимости от выступа ножа
над поверхностью диска или барабана и углов
наклона патрона по отношению к диску. Тол-
щина и ширина щепы зависит от физико-
механических свойств древесины.
2.26.40. Освоение технологические операции и оборудование производства древесных плит
Технологические операции Оборудование
Изготовление щепы Рубительная машина
Изготовление стружки, древесного волокна Стружечный станок, мельница
Вторичное измельчение стружки, древесного волокна Мельница
Сушка стружки, древесного волокна Сушилка
Сортировка Сепаратор
Смешивание стружек или древесного волокна со связующим Смеситель
Формирование ковра или пакета Формирующая машина, отлив- ная машина
Прессование древесных плит Гидравлические или механиче- ские пресса
Кондиционирование Веерный охладитель
Технологические и конструктивные рас-
четы машин приведены в [11, 14, 31].
Стружечные станки. В существующих
конструкциях стружечных станков различают
два вида процесса измельчения древесины в
стружку: фрезерование с вращающимися но-
жами в плоскости (дисковые станки) и цилин-
дрическое фрезерование (станки с ножевым
валом и фрезерной головкой). К основным
факторам, влияющим на процесс струж-
кообразования, относятся: свойства древесины,
толщина стружек, скорость резания, геомет-
рия, кинематика взаимодействия с древесиной
и степень затупления резца [14, 26, 35, 39].
Толщина стружек при цилиндрическом фрезе-
ровании переменная и зависит от подачи дре-
весины на нож. В начале и конце дуги контак-
та ножа с древесиной стружки имеют мини-
мальную толщину, а наибольшая толщина
стружек в середине контакта.
Для измельчения древесины резанием
применяют специальные стружечные станки,
различающиеся по конструкции механизма
резания и механизма питателя, назначению и
виду перерабатываемого сырья (табл. 2.26.42).
По конструкции механизма резания
стружечные станки подразделяют на дисковые,
с ножевым валом, фрезерные и роторные. По
виду перерабатываемого сырья различают
стружечные станки, предназначенные для пе-
реработки мерных чураков, длинномерного
сырья и мелких кусков в виде щепы [35, 43].
Оборудование, применяемое в производ-
стве ДСтП для измельчёния древесины в
стружку, разделяют на следующие группы:
стружечные станки для переработки круглого
сырья в виде мерных чураков, стружечные
станки для переработки длинномерного круг-
лого и дровяного сырья, стружечные станки
для переработки щепы. Используют также
дробилки и мельницы для дополнительного
измельчения стружки по ширине; размольные
устройства для переработки щепы или стружек
на мелкие частицы в виде древесных волокон.
Выбор конструкции питателей определя-
ется в основном видом перерабатываемого
сырья [14, 25, 39]. В станках для переработки
щепы питателем служит наклонная воронка. К
режущим ножам измельчаемый материал по-
дается вращающейся крыльчаткой [14, 25, 39].
Мельницы. Для изготовления плит высо-
кого качества требуется повторное измельче-
ние древесных частиц, особенно, для наруж-
ных облицовочных слоев ДСтП, а в производ-
стве ДВП ведется размол щепы на волокни-
стую массу. Различают мельницы сухого раз-
мола, молотковые и мельницы мокрого размо-
ла. В мельницах сухого размола и молотковых
происходит ударное и перетирающее действие
с одновременной сепарацией, а в мельницах
мокрого размола, в основном, размалывающее
(перетирающее) действие [14, 35, 39, 43].
Мельницы сухого размола, называемые также
зубчато-ситовыми (табл. 2.26.43), измельчают
древесные частицы из станков с ножевым ва-
лом или центробежно-роторных. Древесные
частицы, отбрасываемые на ситовые вкладыши
и сегменты размола, расщепляются главным
образом вдоль волокон. Эти машины работают
с окружной скоростью более 90 м/с, чтобы
достигнуть оптимальной силы воздействия на
частицу. Предпочтительнее мельницы с вра-
щающимся навстречу крыльчатке ситом. От-
дельные частицы, недостаточно измельченные
на сегментах размола, раздавливаются между
лопастями крыльчатки и поверхностью сита
Конструкция крыльчатки формирует попереч-
ный к направлению ее вращения поток возду-
ха и отделяет тонкие древесные частицы от
остальной массы. Продолжительность пребы-
вания частиц в зоне измельчения определяется
конструкцией измельчающей дорожки [14, 25].
В молотковых дробилках для измельче-
ния материала используется ударное воздейст-
вие. Размер ячеек сита определяет размер по-
лучаемых частиц. Ударными элементами в
дробилках служат свободно подвешенные
стальные пластины (била).
Форма пластин может быть самой разно-
образной и воздействие их на дробимый мате-
риал также различно [25, 39, 43].
В мельницах мокрого размола (табл.
2.26.44) решается основная задача процесса -
возможно более полное разделение древесины
на отдельные волокна. Применяют различные
способы получения древесной массы. Способы
отличаются друг от друга как по существу
процесса, так и по характеру применяемых
машин [26, 29, 36].
Действие машин основано на пропари-
вании щепы и последующем расщеплении ее
на волокна между размольными вращающими-
ся дисками, имеющими рифление. Размол
щепы происходит в размольной камере с од-
ним вращающимся диском (дефибратором)
или с двумя вращающимися дисками
(рафинатор). Технологические и конструктив-
ные расчеты приведены в [14, 29, 36].
Бункера. Конструкцию бункера опреде-
ляют следующие факторы: размер частиц, их
влажность, плотность, угол откоса, угол
скольжения, коэффициент трения, абразивная
характеристика, коррозионное действие, теку-
честь и способность к созданию сводов.
Бункера необходимы как промежуточные
склады между оборудованием для получения
частиц и сушилками, а также между сушилка-
ми и смесителями. Следовательно, они мно-
гофункциональны, так как хранят, измеряют и
пропорционально распределяют материал [14,
25, 35, 43, 29].
Сепараторы. Для сортировки обычно ис-
пользуют вибрационные или воздушные сепа-
раторы. Производительность и эффективность -
2.26.41. Технические характеристики рубительных машин
Тип
Назначение
Схема
Дисковые:
с горизонталь-
ной принуди-
тельной подачей
и вертикальным
диском
(ножевые)
с наклонной го-
ризонтальной
подачей и вер-
тикальным дис-
ком (ножевые)
Измельчение круг-
лой древесины, от-
ходов лесопиления
и фанерного произ-
водства
с горизонталь-
ной принуди-
тельной подачей
и наклонным
диском
(многорезцо-
вые)
Барабанные:
со сплошным
барабаном и
принудительной
подачей
(ножевые, мно-
горезцовые)
Измельчение куско-
вых отходов дерево-
обработки, лесопи-
ления, раскряжевки,
фанерного произ-
водства (рейки, гор-
были, сучья, шпон-
рванина)
Производи- тельность, м3/ч Мощность, кВт Частота вращения, МИН'1 Число ножей (резцов), шт. Диаметр сырья, мм
40 - 300 160-1600 365-590 8 - 15 300-700
5 - 250 55-1000 300-735 6-16 300-600
10 - 50 55 - 250 102 - 585 14 - 31 250- 1000
3,5 - 20 30 - 150 130 - 800 8 - 60 240-600
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Продолжение табл. 2.26.41
Тип Назначение Схема Производи- тельность, м3/ч Мощность, кВт Частота вращения, МИН'1 Число ножей (резцов), шт. Диаметр сырья, мм
с пустотелым барабаном и принудительной подачей (ножевые) А /А 1 1 2 'L1. 4 □ к 6 - 8 4 - 5 560 - 600 4 300
с гравитацион- ной подачей (ножевые) у "~- Л 2 15 ff/L и 8 - 15 28 - 75 720 - 960 5 - 12 120-420
К
Обозначения: 7 - нож; 2 - подача сырья; 3 - патрон; 4 - контрнож; 5 - корпус; 6 - лопатка; 7 - диск; 8 - привод; 9 - выброс
щепы; 10 - положение патрона; 11 - сплошной барабан; 12 - пустотелый барабан; 13 - ножевой ротор; 14 - ситовой вкладыш
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ДРЕВЕСНЫХ ПЛИТ
Тип
Назначение
2.26.42. Технические характеристики стружечных станков
Схема
С ножевым
валом и
наклонной
подачей
С ножевым
валом и
подачей
сырья тол-
кателем
С ножевым
валом и не-
подвижным
сырьем
Измельчение мер-
ных заготовок
(дрова, каранда-
ши, горбыли, ост-
РУги)
Долготье (техно-
логические дрова)
Долготье
Произ- водитель- ность, кт/ч Размеры сырья, мм Размеры ножевого вала, мм Частота вращения, мин-1 Мощ- ность, кВт
Длина Диаметр (толщина) Длина Диаметр
2500 - 17 500 650- 1300 25-550 1100- 1470 565-770 985 320
9200 - 14 700 1500- 6000 500-800 640- 1480 620- 1000 1000 600
10 000 - 16 000 1500- 6000 600-900 1200 900 1000 600
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Продолжение табл. 2.26.42
Тип Назначение Схема Произ- водитель- ность, кт/ч Размеры сырья, мм Размеры ножевого вала, мм Частота вращения, мин-1 Мощ- ность, кВт
Длина Диаметр (толщина) Длина Диаметр
Центробеж- ные с но- жевым вращаю- щимся ротором С непод- вижным ротором Технологическая щепа Технологическая J 5 4000-7000 1200-5500 10-62 10-40 30 30 1200 800- 1400 990 750 235 200
щепа /7^
С чашеч- ной фрезой Долготье - Т 4 №g| IL /v 2200 - 14 600 1500- 6000 500-800 - 800- 1880 1000 500
III 1 IIе TV4 L. /5 I'4
Jo J f u J 0 * 1 -
Обозначения: У - подача сырья; 2 - наклонный питатель; 3 - ножевой вал; 4 - выход стружки; 5 - сырье; 6 - прижим; 7 - тол-
катель; 8 - суппорт; 9 - упор; 10 - ножевой ротор; 1] - крыльчатка; 12 - неподвижный ножевой ротор; 13 - чашечная фреза; 14 - горизон-
тальный питатель
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ДРЕВЕСНЫХ ПЛИТ
2.26.43. Технические характеристики станков вторичного измельчения
Тип Назначение
Мельницы сухого раз- мола: с неподвижным сито- вым барабаном и вращающейся крыль- чаткой Измельчение дре- весных частиц из стружечных станков, щепы
с неподвижным сито-
вым барабаном с
рифлением и крыль-
чаткой
с вращающимся сито-
вым барабаном и
крыльчаткой
с вращающимся сито-
вым барабаном с
рифлением и крыль-
чаткой
Схема
Произво- дитель- ность, кг/ч Размеры барабана (ротора), мм Мощ- ность, кВт
Диаметр Ширина
1000- 5000 600- 1200 200-525 35- 110
2500- 5000 800- 1200 140-600 160- 200
3000 - 12 000 1030- 1200 174-525 75- 200
5000- 8000 1000- 1200 525 200
Частота
вращения,
мин1
925-990
1000
1100
900
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Продолжение табл 2 26 43
Тип
Назначение
Схема
Молотковые мельницы
с ситовым вкладышем и
контрножом
То же и обрезки
плит, кусковые от-
ходы деревообработ-
ки
* 9
3000-
4000
Произво
дитечь
ность,
Размеры барабана (ротора), мм
диаметр ширина
910 1860
300- 820-
1020 1630
75
Мощ-
ность,
кВт
15-
160
Частота
вращения,
мин 1
850
800-1000
ОБОРУДОВАНИЕ ДЯЯ ПРОИЗВОДСТВА ДРЕВЕСНЫХ ДЛИТ
Обозначения 1 - подача сырья, 2 - сито, 3 - крыльчатка, 4 - выход стружки, 5 - сегменты размола, 6 - выход крупных частиц
родных включений, 7 - ситовои вкладыш, 8 - била, 9 - размольный вкладыш
ос
2.26.44. Технические характеристики мельниц мокрого размола
Тип Схема Производи- тельность по абсолютно сухому волок- ну’, т/сутки Продолжи- тельность про- паривания, мин Диаметр дисков Частота вращения дисков, мин-1 Предел регу- лирования хода и зазор между диска- ми, мм Мощ- ность, кВт Масса, т
Дефибратор Рафинатор 5 4 К ^5 Гг^ — 20 - 200 40 - 50 1,4 - 6 800-1000 800-1000 735-1500 980 0-50 0,12-0,2 0-90 0,1-0,15 200-753 320-500 11-23,8 8,9-11
г2 У 3 • 1 } г\ L | п ч
Обозначения: 1 - подача тепы: 2 неподвижный диск: 3 - вращающийся диск; 4 - выход волокна
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ДРЕВЕСНЫХ ПЛИТ
843
два основных критерия при оценке работы
сепараторов. Эффективность выражается как
процент массы полученных частиц от общей
массы пропущенного материала [14, 25, 35,
43].
Сушилки. По характеру передачи теплоты
материалу и способу его перемещения их
можно разделить на конвективные сушилки с
пневмомеханическим перемещением материа-
ла и конвективные сушилки с пневматическим
перемещением материала [14, 25, 35, 36, 43].
Конвективные сушилки с пневматиче-
ским перемещением материала работают по
принципу сушки измельченного материала во
взвешенном состоянии. Пневматические су-
шилки, как и барабанные, делают преимуще-
ственно газовыми.
Смесители. Наиболее распространены
непрерывно действующие смесители, в кото-
рых связующее наносится на стружки, нахо-
дящиеся во взвешенном состоянии. В этих
смесителях происходит сложное взаимодейст-
вие двух потоков - потока связующего и пото-
ка взвешенных в воздухе стружек. При таком
способе проклеивания создаются условия для
равномерного распределения связующего по
поверхности стружек. Степень распределения
связующего по поверхности древесных частиц
различных фракций во многом зависит от
конструкции применяемого оборудования.
В зависимости от характера потоков
взвешенных в воздухе стружек и связующего, а
также от их взаиморасположения все смесите-
ли по конструкции делятся на смесители со
свободно падающими стружками и с принуди-
тельно перемещаемыми стружками (последние
в свою очередь подразделяются на смесители с
ограниченной зоной нанесения связующего, с
рассредоточенными зонами нанесения свя-
зующего и смесители для проклеивания мело-
чи, пыли и волокна) [14, 25, 35, 43].
Стружки принудительно перемещаются
для использования так называемого эффекта
перемазывания. Конструкции этих смесителей
различны и зависят от взаимного направления
потоков стружки и связующего. На рис.
2.26.29 приведена кинематическая схема сме-
сителя с диффузором. Древесные частицы
поступают через люк / на винтовой конвейер
10, приводимый во вращение от двигателя 9.
Через полый вал 8 проходит вал, по которому
подается связующее. Лопасти 4 смесителя и
диффузора 3 приводятся по вращение от дви-
гателя 6.
Различают смесители тихоходные и бы-
строходные (табл. 2.26.45). Расчеты смесителей
по мощности привода и производительности
приведены в [14, 35].
Формирующие машины. С их помощью
насыпают ковры или пакеты. Основная пред-
посылка для безупречного формирования -
достаточно точное дозирование материала.
Соблюдение точности формирования важно
для того, чтобы производить плиты необходи-
мого качества.
Критерием оценки качества формирова-
ния стружечного ковра служит вариационный
коэффициент равномерности распределения
массы стружки по площади в процентах. При-
нято считать, что для качественного формиро-
вания стружечного ковра этот коэффициент не
должен превышать ± 2 % [14, 25, 35, 43].
Различают формирующие машины с объ-
емно-весовым дозированием, объемным дози-
рованием, а также с механическим или пнев-
матическим фракционированием древесных
частиц (табл. 2.26.46). На рис. 2.26.30 изобра-
жена формирующая машина с объемно-
весовым дозированием, на рис. 2.26.31 с меха-
ническим фракционированием, а на рис.
2.26.32 с пневматическим фракционировани-
ем. Из бункера машины древесные частицы
подаются конвейерами 7 и 8 к отбрасывающе-
му 6 и дозирующему 5 валикам, затем на весы
4 и на конвейер 2. На разбрасывающий валик
/ частицы проходят через дозирующие валики
3. В машине с пневматическим фракциониро-
ванием с валиков 3 частицы попадают в поток 9
Рис. 2.26.29. Кинематическая схема смесителя с диффузором
844
Глава 226 ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
2.26.45. Технические характеристики смесителей
Тил Произ- води- тель- носгь, кг/ч Размеры камеры смешивания, мм Объем каме- ры, м3 Частота вра- щения вала, мин 1 Число лопас- тей, шт Число сопел (форсу- нок), шт Мощ- ность, кВт
Длина Диаметр
Тихоходные 700- 1200 4500 1500 8 59 12 10 29,7
Быстроходные
с вводом свя- зующего через вал 1000- 8000 2000 500 0,4 770- 1220 16 24 40
с внешним вводом свя- зующего 1000 1750 900 0,6 600 18 24 55
с диффузором 8000- 10 000 1040 800 - 1220 - 4 43,1
с центробеж- ным распыли- телем 2000- 8000 1250 320 0,215 1460 2 2 15
2.26.46. Технические характеристики формирующих машин для ДСтП
Тип Произ- води- тель- ность, кг/ч Число взве- шива- ний в мин Масса одной пор- ции струж- ки, кг Объем бунке- ра, м3 Скорость дви жения конвей- ера, м/мин Средняя скорость воздуха м/с Мощ- ность, кВт Масса, т
наклон ного дон- ного
Объемно - весовое до- зирование 240- 5600 1 - 6 2 - 13 1 - 3 1,2-36 1,7- 16,5 - 5,3- 15,3 3,7- 5,7
Объемное дозирование (механичес- кое фрак- ционирова- ние) 400- 600 — 3 - 4 1,5-40 2-20 6-18 6
Объемное дозирование (пневмати- ческое фрак- ционирова- ние) t
наружный слой 8000 - - 8 10 - 7-18 До 2,2 68,3 32
внутрен- ний слой 4000 - - 8 10 - 10- 18 - - -
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ДРЕВЕСНЫХ ПЛИТ
845
Рис 2 26.30. Формирующая машина с объемно-
весовым дозированием
Рис 2.26.31 Формирующая машина с механическим
фракционированием
Рис. 2.26.32. Формирующая машина с пневматическим
фракционированием
воздуха и насыпаются на поддоны 10 Разли-
чают также машины для формирования на-
ружных и внутренних слоев трех- и пятислой-
ных, а также многослойных плит Схемы на-
сыпных головок для машин внутреннего слоя
приведены в [14, 35, 43]
В производстве ДВП мокрым способом
волокнистую массу обезвоживают на отливных
машинах фильтрацией воды через сетку, отсо-
сом ее с помощью вакуума и отжимом На
длиносеточных отливных машинах формируют
ковры, из которых можно получать готовые
плиты шириной 1220 - 2400 мм (табл 2 26 47)
[14, 25. 29 36]
В производстве ДВП сухим способом
различают машины для формирования ковра
механические и пневматические Расчеты ма-
шин приведены в [14, 35, 36, 43]
Прессы для производства плит. Прессы
можно классифицировать как прессы для
ДСтП и ДВП, периодического (табл 2 26 48)
или непрерывного действия (табл 2 29 49) и
по типу привода (прессы с гидравлическим и
2.26.47. Технические характеристики формирующих машин для ДВП мокрым и сухим способом
Тип Скорость форми- рования м/мин Линейное давление МПа Вакуум под сеткой Па Высота ковра мм Мощность кВт Масса т
Отливная машина (мок- рый способ) 7 - 24 0,5 - 15 - - 150-270 70
Механическая форми- рующая машина (сухой способ) 3 - 30 - 1000-3600 250 60 30
Пневматическая машина (сухой способ) 9 - 50 - 1200-3600 560 190 40
2.26.48. Технические характеристики прессов периодического действия
Тип Назначение Макси- мальное усилие пресса, т Формат плит, мм Удель- ное давле- ние, МПа Число рабочих проме- жутков Число цилинд- ров, шт. Давление рабочей жидкос- ти, МПа Скорость смыка- ния плит, мм/с Мощ- ность, кВт Масса, т
Длина Ширина
Много-
этажные Для производства ДСтП 1960- 4800 3700- 5700 2000- 3000 2,4- 3,5 10 - 12 6 - 8 19-31,5 80-200 200- 511 260- 540
Для производства ДВП сухим способом 4000- 8000 5500- 7125 1750- 2200 5,5- 7,0 15 - 22 12 40 80 ‘ 200- 400 600- 800
Для производства ДВП мокрым способом 4000- 7400 5700- 6370 1350- 2235 5.5- 7,0 25 - 30 4 - 10 26-40 50-80 200- 400 320- 730
Одноэтаж-
ные Для подпрессовки 980- 3920 3700- 6100 2000- 2050 1,5- 4.0 1 6 - 14 10-32 - 80-85 60- 500
Для производства ДСтП 7400- 1880 9800- 21 000 1940- 2915 3,0- 3.4 1 26 - 56 25-32 40-50 97- 204 300- 500
Сдвоен-
ные То же 10 000 12 990 2610 3.0 2 48 25-32 40-50 270 600
846 Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ДРЕВЕСНЫХ ПЛИТ
847
2.26.49. Технические характеристики прессов непрерывного действия
Тип Назначение Произво- дитель- ность, м3/год (м2/год) Длина пресса, м Скорость прессо- вания, м/мин Удельное давление, МПа
Ленточно - валковый Подпрессовка ДСтП 100 000 5,0 8 - 40 0,2
Гусеничный То же 100 000- 120 000 9,0 18 2,5
Ленточный с переда- чей давления и темпе- ратуры маслом Производство ДСтП или ДВП (сухой спо- соб) 30 000- 300 000 До 28,0 2 - 36 4.0-7.0
Ленточный с переда- чей давления ролика- ми То же 180 000- 200 000 23,0- 31,0 2 - 30 2,5-7,0
Каландровый Производство ДВП (сухой способ) (24 GOO- 45 000) - До 21 7,0
Экструзионный Производство ДСтП 6000- 8000 1,8 0,5-0,75 4,0
механическим приводом). Прессы с гидравли-
ческим приводом в свою очередь можно раз-
делить по конструкции (рамные, колонные),
по расположению главных (рабочих) цилинд-
ров (с верхних или нижним расположением),
по количеств плит: одно-, двух- и многоэтаж-
ные.
Одноэтажные прессы могут быть без на-
грева плит. В этом случае они служат для
предварительной подпрессовки стружечного
пакета или ковра. Принцип действия много-
этажных и одноэтажных прессов периодиче-
ский.
К прессам непрерывного действия отно-
сятся валковые и гусеничные, которые, как
правило, имеют механический привод и могут
служить как для горячего прессования, так и
для подпрессовки ковра. Экструзионные пли-
ты получают на специальных прессах непре-
рывного действия с механическим приводом.
Для прессования ДСтП и ДВП наиболее
распространенны многоэтажные плитные гид-
равлические прессы периодического действия.
Многоэтажные прессы могут работать с под-
донами или без них. Некоторые прессы имеют
до 22-х этажей, хота обьгшо это 15 - 17-этажные
установки. На рис. 2.26.33 представлен много-
тажпый пресс для производства ДСтП или
ДВП, на рис. 2.26.34 одноэтажный пресс для
подпрессовки ковра в производстве ДСтП, а
на рис. 2.26.35 сдвоенный пресс для производ-
ства ДСтП или ДВПс. Все пресса периодиче-
ского действия оснащены гидроцилиндрами /,
системой подвода теплоты 2, плитами 4, ра-
мами 5. Многие пресса снабжаются механиз-
мами J одновременного смыкания плит прес-
са.
По ряду причин одноэтажные прессы
предпочтительнее многоэтажных. В пресс
Рис. 2.26.33. Многоэтажный гидравлический пресс
периодического действия
Рис. 2.26.34. Одноэтажный пресс для подпрсссовки
848
Глава 2 26 ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Рис. 2.26.35. Сдвоенный гидравлический пресс
можно загрузить пакет за 10 - 15 с, в зависи-
мости от длины пресса. Требуется короткое
время (10 - 12 с) для создания полного давле-
ния на пакет, особенно если ковер или пакет
предварительно подпрессован. Можно исполь-
зовать высокие температуры плит пресса - до
200 °C, а для ДВП - 230 °C (мокрый способ) и
до 270 °C (сухой способ). Для трехслойных
плит плотностью 660 кг/м3 и толщиной 16 мм
общая продолжительность прессования состав-
ляет примерно 150 с, а в многоэтажном прессе
250 - 350 с [14, 25, 35, 36, 39, 43].
Прессование древесностружечных плит
пресса непрерывного действия является пер-
спективным направлением в производстве
плит, поскольку оно позволяет получать пли-
ты любой длины, применять более совершен-
ные и эффективные методы глубокого прогре-
ва прессуемых объектом и создавать лучшие
условия для удаления из них пара, упрощать
создание автоматических линий на участках
формирования ковра и прессования плит,
быстрее переналаживать механизмы пресса
при переходах к прессованию плит другой
толщины. Пресса непрерывного действия лен-
точные с передачей давления и температуры
маслом (рис 2.26.36) и передачей давления
роликами (рис. 2.26.37) снабжены барабанами
1 с натянутыми стальными лентами 5, горячи-
ми плитами 3. Создание давления обеспечи-
вают гидроцилиндры 4, а передачу давления
роликовые системы 7 и 8, а подвод тешр через
систему 6.
Кондиционирование. После прессования
ДСтП охлаждают в веерных охладителях [14,
25, 35, 43] до температуры 50 °C с ритмом
подачи плит 7 - 10 с, установленная мощность
3-5 кВт, масса до 60 т. Термическая обработ-
ка ДВП и ДВПс происходит в специальных
катерах с загрузкой плит на этажерках или
непрерывно [35, 36].
Рис. 2.26.36. Ленточный пресс непрерывного действия с обогревом маслом
Рис. 2.26.37. Роликовый ленточный пресс непрерывного действия
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ФАНЕРЫ И СПИЧЕК
849
2.26.6. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА
ФАНЕРЫ И СПИЧЕК
Оборудование для производства фанеры.
Сырье для производства фанеры поступает на
заводы в кряжах кратной длины размеру чура-
ка и в долготье. Все сырье сортируют по дли-
нах и разделывают на чураки.
Существуют два способа разделки: по
наибольшей массе и наибольшему качествен-
ному выходу. Разделывают сырье на кругло-
пильных, балансирных и маятниковых пилах,
поперечнопильных станках с возвратно-
поступательным движением пил или цепными
пилами. Балансирные и маятниковые кругло-
пильные станки применяют при распиловке
кряжей на чураки с диаметром не более
600 мм. Для распиловки более крупного сырья
используют пилы с возвратно-поступательным
движением.
Технические характеристики наиболее
распространенных круглонильных станков.
Диаметр распиливаемых кряжей,
мм......................... 140 - 600
Максимальный диаметр пиль
него диска, мм ............ 1600
Частота вращения, мин1 .... 720 - 960
Длина получаемых чураков, мм .. 1000 - 2540
Общая мощность электродвига-
телей. кВт................. 16 - 30
Привод подачи ............. пневмати-
ческий,
гидравли-
ческий
Масса, кг ................. 2500 - 7000
Лущильные станки. Лущением
называется процесс резания древесины, при
котором с вращающегося чурака поступатель-
но движущимся ножом снимается непрерыв
пая лепта (сгружка) древесины - шпон.
Для получения шпона постоянной тол-
щины необходимо, чтобы вращение чурака в
шпинделях лущильного станка (табл. 2.26 50)
и движение суппорта с закрепленным па нем
ножом происходило синхронно. Чтобы значи-
тельно уменьшить возможность появления
трещин в шпоне, на суппорте устанавливается
прижимная линейка с углом заточки 45°. Роль
прижимной линейки может выполнять вра-
щающийся ролик. Операции лущения предше-
ствует центрирование чураков, которое осуще-
ствляется по трем или четырем точкам чурака
с двух его торцов. Большинство лущильных
станков имеет встроенные центровочные уст-
ройства.
Производительность лущильного станка,
шт. раздушенных чураков:
тк
Z
где Т - время работы станка, мин; К = 0,8 -
коэффициент использования рабочего времени
станка; Z - время обработки одного чурака,
мин;
z = Z1 + Z2 .
- время лущения чурака, мин,
30[(/э + 0,02)d2 - dk ]
Zi = Sn
где b = 1,15 - 1,2 - коэффициент формы чура-
ка; d2 - диаметр в верхнем отрубе чурака, мм;
dk диаметр карандаша, мм; «S' - толщина
шпона, мм; Z2 = 14 - 16 с - вспомогательное
время
Работа лущильного станка сочетается с
работой ножниц для рубки шпона. Ножницы
обеспечивают раскрой ленты шпона на фор-
матные листы или полосы различной ширины
с вырубкой дефектных мест с последующей
укладкой в стопу (рис 2.26.38, а). Ножницы
по типу привода ножа бывают гильотинные,
роторные и пневматические. При рубке долж-
на обеспечиваться высокая чистота кромок
листов, их прямолинейность и перпендику-
лярность торцовым кромкам. Ножницы снаб-
жены конвейерами подачи щпона и укладчи-
ками форматного шпона. Достоинство ротор-
ных ножниц (рис. 2.26.8, б) в их высокой про-
изводительности и точности формирования
размера листа шпона.
Рис. 2.26.38. Ножницы для рубки ленты шпоиа:
а - пневматические; б - роторные; / - конвейер
ленты шпона, 2 - прижимной конвейер подачи ленты
шпона; .1 - фотоэлемент; 4 - привод ножевой
траверсы; 5 - измерительный валик; 6 - ножевая
траверса, 7 - привод конвейера; 8 - конвейер листов
форматного шпона; 9 - пульт управления;
10 - направляющий валик; II - прижимной валик;
12 - нож; 1.1 - ножевой вал; 14 форматный лист
шпона; /5 - подающий валик форматного шпона,
16 конвейер форматного шпона; 17 - контрнож
850
Глава 2 26 ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
2.26.50. Технические характеристики лущильных станков
Параметры Легкие Средние Тяжелые
Длина чурака наибольшая, мм 850 - 1700 1600 - 1650 1950 - 2750
Длина ножа, мм 900 - 1700 1660 - 1700 2000 - 2800
Диаметр чурака наибольший, мм 700 750 - 860 750 - 2000
Диаметр кулачков, мм: наружных внутренних 110 65 - 70 ПО - 125 65 110 - 150 65 - 100
Толщина шпона, мм 0,2 - 4,0 0,45 - 6,0 0,5 - 8,0
Частота вращения шпинделя, мин-1 113 - 236 145 - 300 130 - 300
Мощность электродвигателей суммар- ная, кВт 30 - 50 30 - 40 50 - 80
Масса, т 9,5 - 12,1 10 - 11,2 12 - 26,5
Длина окружности ножевого ротора ро-
торных ножниц должна соответствовать длине
форматного листа шпона поперек волокон.
Недостатками роторных ножниц являются
невозможность прирубать кусковой шпон с
минимальным отходом и необходимость заме-
ны ножевого ротора в случае перехода на руб-
ку листов шпона другой ширины или толщи-
ны.
Технические характеристики ножниц для
Некоторые схемы станков для обработки
кромок кусков шпона приведены на рис.
2.26.39, а их технические характеристики в
табл. 2.26.51
рубки шпона:
Длина ножа, мм ............. 1250 - 2750
Высота хода ножа, мм........ 25
Наибольшее число ходов ножа в
минуту...................... 30 - 250
Скорость подающего конвейера,
м/мин ...................... 15 - 65
Наибольшая скорость выходного
конвейера, м/мин............ 150 - 200
Масса ножниц, т............. 2-6
Обработка кускового шпона.
Во время лущения шпона и последующий его
:ушки образуется 15 - 20 % кускового шпона,
который можно использовать как для внут-
ренних, так и для наружных слоев фанеры
1ля уменьшения трудозатрат на сборку паке-
тов шпона, механизации этой операции, по-
вышения производительности клеильного
ipecca и повышения среднего коэффициента
ортности фанеры целесообразно превращать
кусковой шпон в форматные листы. Этот про-
jecc включает в себя предварительную сорти-
>овку кусков по качеству, ширине и толщине,
уравнивание кромок кусков и соединение
голос шпона в форматные листы Выравнива-
гие кромок кусков производится на кромко-
эуговальных и круглопильных станках и гиль-
1ТИННЫХ ножницах
Рис. 2.26.39. Схемы станков для обработки кромок
кусков:
а - кромкофуговального позиционного,
б - круглопильного проходного, в - устройство
для нанесения клея на обработанные кромки,
1 - стол станка, 2 - фрезерные головки, 3 - прижим,
4 - пачка шпона, 5 - направляющие, 6 - каретка
станка, 7 - подающие валики, 8 - прирезная пила,
9 - электродвигатель, 10 - валик для нанесения клея
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ФАНЕРЫ И СПИЧЕК ^51
2.26.51. Технические характеристики станков для обработки кромок кускового шпона
Показатели Кромкофуговальные станки Показатели Гильотинные ножницы
Размеры обрабатывае- мой пачки, мм. длина 2000 Размеры обрабатываемой пачки, мм: длина 1800 - 2700
ширина 100 - 800 ширина 75 - 2000
высота Режущий инструмент, шт. пила 50 - 120 1 высота при резании: вдоль волокон поперек волокон Длина пачки, мм 80 - 100 30 2000 - 3000
фрезерная головка Диаметр пилы, мм Диаметр фрезерной головки, мм 1 - 2 400 150 - 180 Мощность двигателей, кВт: привода насоса привода каретки 5 - 7,5 0,3 - 0,6
Мощность двигателя, кВт: пилы фрезерной головки Масса, кг 4,0 2,2 3600 Масса, т 4,5 - 6,5
Рис. 2.26.40. Способы ребросклеивания кускового шпона:
а - гуммированной лентой с продольной подачей кускового шпона, б - безленточный с продольной подачей
шпона; в - синтетической нитью с продольной подачей шпона, г - с точечным нанесением клея с продольной
подачей шпона, д - гуммированной лентой с поперечной подачей шпона, е - безленточный с поперечной
подачей шпона, ж - синтетической нитью с поперечной подачей шпона, 1 - ролики, 2 - полоса шпона,
3 - стыкуемый шов, 4 - гуммированная лента, 5 - стягивающие ролики, 6 - синтетическая нить,
7 - точечное нанесения клея, 8 - бабина, упод - скорость подачи шпона
852
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
2.26.52. Технические характеристики ребросклеивающих станков
Показатели Средство соединения полос
Гуммирован- ная лента Т ермореактив- ный клей Клеевая нить Термореак- тивный клей Клеевая нить
Направление движе- ния полос шпона Размеры склеиваемых полос шпона, мм: длина max ширина min Е Е 80 !доль волокон (е ограничена 80 60 Поперев 1850 80 ВОЛОКОН 1730 - 2800
толщина max 3 - 4 3 - 5 3 - 3,8 3,0 4,0
min 0,5 0,4 - 0,5 0,3 - 0,4 1,15 - 1,2 0,5 - 1,2
Скорость подачи, м/мин 5 - 40 7 - 40 10 - 40 3 - 15 3 - 30
Установленная мощ- ность двигателей, кВт 0,65 1 - 1,7 1,3 - 1,5 4 - 5 5 - 8
Масса, кг 800 - 1200 1400 630 6,4 5 - 7,6
Меньшая запыленность и шум в работе у
гильотинных ножниц.
Для соединения кускового шпона в пол-
ноформатные листы применяются ребросклеи-
вающие станки, которые осуществляют склеи-
вание по ширине.
Склеивание кускового шпона осуществ-
ляется клеем и клеящей синтетической нитью
(рис. 2.26.40). Для склеивания кускового шпо-
на на ребросклеивающих станках с продоль-
ной подачей необходима сортировка кускового
шпона шириной кратной ширине листа фор-
матного шпона. При склеивании кускового
шпона с поперечной подачей такой сортиров-
ки не требуется и кусковой шпон может
склеиваться .любой ширины. Для склеивания
кускового шпона клеящей лентой
(гуммированной лентой) необходимо удаление
этой ленты с поверхности лицевых слоев фор-
матной фанеры. При склеивании синтетиче-
ской нитью этого не требуется. Этот способ
наиболее перспективный в процессе ребро-
склеивания кускового шпона.
В табл. 2.26.52 приведены технические
характеристики ребро-склеивающих станков.
Производительность, м3/ч, кромкофуго-
вальных станков и гильотинных ножниц опре-
деляется формулой
3600g Д'
V ~ t
где q - объем пачки шпона, м3; t - время
обработки одной пачки 230 - 250 с; К = 0,95 -
коэффициент использования рабочего време-
ни.
Производительность, м3/ч, ребросклеи-
вающих станков определяется формулой:
при продольной подаче полос шпона
= 60уЯ>КвКм
V 1000
где V - скорость подачи, м/мин; S' - толщина
шпона, мм; b - средняя ширина полосы шпо-
на, мм; Кы - коэффициент использования
машинного времени; Кв - коэффициент за-
грузки станка; п - число клеевых слоев в фор-
матном листе;
при поперечной подаче полос шпона
Q 6ovseKBKM
1000
где £ - длина полос шпона.
Починка шпона. Для улучшения
качества фанеры и повышения ее сортности
производят починку шпона, т.е. из листа
шпона устраняют дефекты (сучки, багорные
пробоины, черные прорости), а отверстия
заделывают вставками из высококачественного
шпона. В соединении вставки с листом шпона
необходимо обеспечить натяг 0,1 - 0,2 мм.
Влажность вставки должна быть на 2 - 4 %
ниже влажности чинимого листа шпона.
Вставка должна иметь то же направление во-
локон древесины, цвет, толщину, что и лист
шпона, подлежащий починке. Устранение
дефектов древесины и установка вставок осу-
ществляется на шпонопочиночных станках
(рис. 2.26.41).
Производительность в листах шпонопо-
чиночного станка определяется формулой
. 3600ТК,К7
Л =---------——,
tm
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ФАНЕРЫ И СПИЧЕК
853
где Т - продолжительность работы станка, ч;
t = 3 -= 5 с - время на заделку одного дефект-
ного листа; m - число вставок на лист (10);
К\ = 0,95 - коэффициент использования рабо-
чего времени; К} — 0,95 - коэффициент ис-
пользования машинного времени.
Технические характеристики шпонопо-
чиночных станков:
Толщина шпона, мм............... 0,8 - 6
Размер просечек, мм.............. ПО х 40
Мощность электродвигателя, кВт 0,8 - 2,2
Масса, кг....................... 1500 - 2300
Нанесение клея. Шпон склеивает-
ся клеевой пленкой или жидким клеем. Нано-
сить клей можно на обе стороны четных лис-
тов шпона или на одну сторону каждого листа,
исключая верхний лист пакета. Жидкие клеи
наносят на поверхность листов шпона кон-
тактным способом или наливом.
Наибольшее распространение в фанер-
ной промышленности нашел способ контакт-
ного нанесения клея на шпон. Он основан на
переносе клея с двух вращающихся барабанов
на поверхность листа шпона, проходящего
между ними на клеенаносящих станках.
Клеенаносящие станки могут быть с
нижним или с верхним и нижним питанием
(рис. 2.26.42). Толщина клеевого слоя зависит
от вязкости клея, давления верхнего барабана,
качества шпона, частоты вращения и вида
барабанов. Металлические барабаны могут
быть гладкими и рифлеными. Рифленые бара-
баны применяют при использовании маловяз-
ких клеев.
Клеенаносящие станки с верхним и
нижним питанием обеспечивают наиболее
качественное нанесение клея на поверхности
листа шпона.
Другой метод нанесения клея на шпон -
налив, заключающийся в продвижении с оп-
ределенной скоростью листа шпона через вер-
тикальную клеевую завесу. Завеса создается
клеем, вытекающим из донной щели или на-
ливной машины (рис. 2.26.43). Листы шпона,
поступающие в клееналивную машину, долж-
ны быть без покоробленности и гофра, иначе
нарушается равномерность толщины клеевого
слоя.
Технические характеристики клеенано-
сящих станков:
Рабочая длина клеенаносящих
вальцов, мм..................... 1800 - 2800
Диаметр вальцов, мм............. 285 - 300
Размеры заготовок, мм
ширина max.................... 1600 - 2600
толщина max.............. 60
Окружная скорость вальцов, м/с:
max........................... 0,4 - 0,67
min....................... 0,13 - 0,43
Масса, кг..................... 1500 - 2400
Рис. 2.26.41. Взаимное расположение инструментов
в шпоночном станке:
а - рабочие элементы шпоночного станка; б - формы
вставок; 1 - нижняя просечка; 2 - верхняя просечка;
3 - толкатель; 4 - прижимное кольцо; 5 - лист шпона;
б - стол станка; 7 - лента шпона для вставок;
8 - установщик
5
Рис. 2.26.42. Схемы нанесения клея на шпон на
клеенаносящем станке барабанного типа:
а - с нижним питанием; б - с верхним и нижним
питанием; 1 - слой клея, нанесенный на шпон;
2 - барабан; 3 - лист шпона; 4 - ванна;
5 - дозирующие валики
Рис. 2.26.43. Схема нанесения клея на шпон на
клееналнвной машине:
1 - лист шпона; 2 - клееналивная головка;
3 - клеевая завеса; 4, 7 - ленточные конвейеры;
5 - насос; 6 - приемный лоток
854
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Склеивание фанеры. В произ-
водстве фанеры применяют предварительную
подпрессовку пакетов шпона в холодных прес-
сах. Цель данной операции - уменьшить тол-
щину собранного пакета шпона за счет его
уплотнения, сократить время загрузки пакетов
в горячий пресс и время прессования, сокра-
тить повреждение наружных листов шпона,
сделать работу пресса для горячего склеивания
независимой от сборки пакетов. Подпрессовы-
вание проводят большой стопой, состоящей из
числа пакетов, достаточных для одной или
нескольких запрессовок в прессе для горячего
склеивания. Выполняют подпрессовывание в
одноэтажном прессе с верхним расположением
привода. Для загрузки и выгрузки пакетов
имеется встроенный в стол пресса приводной
цепной конвейер.
Техническая характеристика пресса для
подпрессовывания пакетов:
Сила пресса, МН................ 6,3
Размер стола пресса, мм........ 1800 х 1800
Давление, МПа.................. 0,5 - 2,0
Высота рабочего промежутка,
мм............................. 1200
Число рабочих промежутков, шт. 1
Установленная мощность элек-
тродвигателей, кВт............. 38,5
Масса, т....................... 35,5
Склеивание шпона осуществляется в
многоэтапных горячих клеильных прессах,
оборудованных загрузочно-разгрузочными
устройствами.
Производительность, м3, горячего кле-
ильного пресса определяется расчетной фор-
мулой
TFS^nmK 60
1000/ц
где Т - время работы пресса, мин; F - пло-
щадь обрезной фанеры, м2; п - число листов
(фанеры в одном рабочем промежутке пресса,
шт., m - число этажей пресса; К = 0,95 - 0,97 -
коэффициент использования рабочего времени
пресса; - толщина листа фанеры, мм; /ц -
шродолжительность цикла одной запрессовки,
ic;
1ц 1в + 4ip + 1снд.»
где /в = 90 с - время вспомогательных опера-
ий; ^пр - время склеивания фанеры, с
((величина расчетная); /снд = 90 с - время
.снятия давления;
= Kxsl 1g 1,273
1цр
Г-Тр
Т-Тп
где К\ - коэффициент, учитывающий темпера-
туропроводность и другие факторы; - тол-
щина пакета шпона до склеивания; Т - темпе-
ратура плит пресса; 7q - начальная температу-
ра прогрева в заданной точке; х - расстояние
от оси симметрии пакета шпона до точки, где
определяют температуру; Тп - конечная тем-
пература прогрева наиболее удаленной клеевой
прослойки.
Технические характеристики многоэтаж-
ных горячих клеильных прессов:
Сила пресса, МН............. 5 - 87,7
Размеры плит, мм
длина....................... 1350 - 1750
ширина................. 1650 - 2700
толщина................ 38 - 50
Число этажей................ 16 - 50
Давление прессования, МПа ... 1,2 - 5,3
Высота рабочего промежутка,
мм.......................... 40 - 120
Теплоноситель............... насыщенней
пар
Число цилиндров, шт.:
главных.................. 2-6
вспомогательных........ 2
Диаметр плунжеров, мм:
главных..................... 80 - 450
вспомогательных........ 90
Скорость смыкания плит,
мм/с 32 - 150
Мощность электродвигателей,
кВт 2 5 - 312
Габариты, мм:
длина ........................ 7800 - 12500
ширина.................. 7500 - 12500
высота................. 5000 - 12000
Обрезка фанеры. Для придания
фанере стандартных размеров ее обрезают по
кромкам. Часть фанеры разрезают на куски
меньших размеров. Такую фанеру называют
прирезной. Обрезают фанеру на круглопиль-
ных форматно-обрезных станках (см. 2.26.1).
Оборудование для производ-
ства спичек. Основным сырьем для про-
изводства спичек является древесина листвен-
ных пород (осина, липа, ольха). Коробок
(наружная и внутренняя часть) изготовляются
из специального картона. Для изготовления
головки спички, придания соломке заданных
свойств, нанесения намазки на наружную
часть коробка применяются различные хими-
каты.
Производительность автоматических ли-
ний для изготовления спичек измеряется в
условных ящиках. Один условный ящик соот-
ветствует 50000 шт. спичек или при наполне-
нии по 50 гит. спичек в коробке - 1000 коро-
бок Современные автоматические линии по
изготовлению спичек имеют производитель-
ность 45 - 50 условных ящиков в час.
2.26.53. Технологический процесс и состав оборудования для изготовления спичек
Технологические операции Наименование оборудования Размеры обрабатываемого материала, мм Производительность Мощность электродвигателя, кВт Масса, кг
Лущение шпона, поперечный раскрой ленты шпона, укладка листов шпона в пакет, рубка шпона на спичечную соломку Линия изготовления спи- чечной соломки Диаметр чура- ков 180 - 800 Длина чураков 570 - 660 Толщина шпо- на 0,56 - 3,08 10 млн соломок/ч 40 16000
Пропитка соломки противотлеющим соста- вом, сушка соломки Линия пропигки и сушки соломки Размер солом- ки 2 х 2 х 43 10 млн соломок/ч 15 20000
Шлифование соломки, сортировка соломки Линия обработки соломки Размер солом- ки 2 х 2 х 43 4,5 млн соломок/ч 5 6000
Изготовление наружной части спичечного коробка Станок для изготовления наружной коробки Размер изделия 52 х 37 х 16 60000 коробок/ч 2 800
Изготовление внутренней части спичечного коробка Станок для изготовления внутренней коробки Размер изделия 51 х 36 х 15 60000 коробок/ч 5 2000
Набор соломки в планки, парафинирование (пропитка спичечной соломки парафином), нанесение зажигательной массы, сушка головок спичек, набивка спичек в коробки, закрывание коробков, нанесение намазки на коробки, сушка коробков с намазкой, упаковка коробок в пакеты, укладка пакетов в ящики Линия изготовления спичек Размер короб- ки 52 х 37 х 16 Размер солом- ки 2 х 2 х 43 50000 коробок/ч 39 40000
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ФАНЕРЫ И СПИЧЕК 855
956
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Технологический процесс и состав обо-
рудования для изготовления спичек приведен
в табл. 2 26.53. Комплекс оборудования можно
разделить на три основных участка: изготовле-
ние спичечной соломки, изготовление короб-
ка, изготовление спичек и укладка их в коро-
бок и нанесение фосфорной массы на
коробок.
Изготовление спичечной со-
ломки из древесины. Кряжи подаются
на станок для раскроя на чурки, длина кото-
рых соответствует межцентровому расстоянию
лущильного станка. Чураки конвейером пере-
носятся на окорочный станок. На некоторых
предприятиях операции распиловка, окорка
выполняются в обратном порядке.
Лущильный станок для получения шпо-
на, толщина которого соответствует сечению
спичечной соломки 1,6 - 2,2 мм2, отличается
от известных лущильных станков, применяе-
мых в фанерной промышленности, в основ-
ном габаритными размерами. Шпон конвейе-
ром передается на делительный станок ротор-
ного типа, где раскраивается на ленты длиной
до 3 м, которые автоматически укладываются в
стопы.
Подача шпона в соломкорубительный
станок происходит постепенно. Подача на
один оборот рубительных ножей регулируется
в зависимости от сечения соломки в пределах-
1 - 3,2 мм.
Из соломкорубительного станка соломки
поступают на буферный конвейер, которым
подается на пропиточный станок, где она об-
рабатывается противотлеющим составом.
Затем соломка сушится в соломкосу-
шильном аппарате, который отличается от
известных сушилок для сушки шпона в фа-
нерном производстве наличием сеточного
конвейера вместо подающих роликов
Соломка насыпается на сетку конвейера,
где заданная толщина слоя обеспечивается
выравнивающим приспособлением, состоящим
из привозных валиков, вращающихся в сторо-
ну, обратную движению конвейера.
Сухая соломка подается в полироваль-
ный барабан, где происходит ее шлифование
(полирование). Шлифование во вращающемся
барабане очищает поверхность соломки от
ворса, заусенцев и сколов. Качество шлифова-
ния зависит от количества соломки, находя-
щейся в барабане. Коэффициент загрузки ма-
териала К определяется отношением объема
соломки Исол в насыпанном виде к объему
внутренней полости барабана Vq:
V
IS — COJI
Рекомендуется K= 0,1 - 0,3.
За полировальным барабаном устанавли-
вается сортировочная машина для удаления
некондиционной соломки и мусора. Основ-
ным элементом сортировочного устройства
является наклонная решетка, совершающая
колебательное движение. Размер отверстий
решетки несколько меньше половины длины
спичечной соломки. Для отделения спичечной
соломки с неправильным сечением применяют
вторичные сортировки. Сортировки оснащены
кассетами с ячейками, на дне которых имеют-
ся отверстия диаметром, соответствующим
сечению соломки. Кассетам сообщается коле-
бательное и вращательное движение, что обес-
печивает возможность годной соломке прова-
ливаться через отверстия в сборники. При
перемещении кассеты на 180° некондиционная
соломка вытряхивается на конвейеры для уда-
ления отходов.
Готовая соломка поступает в накопи-
тельный бункер и затем на соломкоукладоч-
ную установку автоматической линии для из-
готовления спичек.
Изготовление картонных
коробок. Заготовки для наружной части
коробка изготовляют на печатных машинах,
где на лицевую сторону картона методом печа-
ти наносятся рисунки (этикетки) и соответст-
вующие надписи, одновременно производится
релевка и высечка заготовки. Заготовки вруч-
ную вставляются в магазины станков-
автоматов, которые выдают на ленточный кон-
вейер наружные части коробка.
Внутренняя часть коробка (внутренний
коробок) изготовляется на специальном стан-
ке-автомате непосредственно из рулона задан-
ной ширины.
Изготовление спичек и ук-
ладка их в коробок. Наружная и
внутренняя часть коробка подается в накопи-
тельный бункер. Из бункера части коробок
коробкоукладочным механизмом подаются на
два шестнадцатирядных конвейера. На конвей-
ере для наружных частей коробок установлено
устройство для ориентации их по лицевой
стороне (этикетке).
Спичечный автомат предназначен для
пропитки спичечной соломки парафином,
обмакивания ее в зажигательную массу, высу-
шивания и укладки готовых спичек во внут-
реннюю часть коробка.
Спичечная соломка вталкивается набор-
ным аппаратом в перфорированные наборные
планки, которые перемещают ее к парафини-
рующему и макальному устройству.
После выполнения всех операций на-
борная планка с готовыми спичками подходит
к выталкивающему устройству, которое выби-
вает спички из отверстий планок и специаль-
ным механизмом укладывает их в коробок.
Коробконабивочный станок обеспечивает
подачу коробок в зону укладки спичек, уклад-
ку спичек во внутреннюю часть коробка, за-
крывание коробка и передачу их на конвейер,
передающий коробки со спичками на станок
СТАНКИ ДЛЯ ЗАТОЧКИ И ПОДГОТОВКИ ДЕРЕВОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
857
для нанесения намазки. Коробки в зону ук-
ладки спичек подаются двумя ручьями - кон-
вейерами из стальных лент, на которых смон-
тированы коробкодержатели.
Процесс набивки коробок выполняется в
три приема. При этом под конвейером для
внутренних частей коробок установлен вибра-
тор, что обеспечивает качество укладки спичек
в коробок.
Закрывание коробка выполняется в два
этапа для сведения к минимуму возможности
поломок спичек, высовывающихся из коробок.
На коробконамазывающем станке произ-
водится нанесение намазки на боковые по-
верхности наружных частей коробка.
В сушильном аппарате происходит сушка
коробков.
Для упаковки коробков в пачки и уклад-
ки пачек в ящики для транспортирования
используются специальные станки-автоматы.
2.26.7. СТАНКИ ДЛЯ ЗАТОЧКИ И ПОДГОТОВКИ
ДЕРЕВОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
Полуавтоматы для заточки ножей. Полу-
автоматы предназначены для заточки плоских
ножей по задней поверхности. Типоразмерный
ряд полуавтоматов определяется главным па-
раметром - наибольшей длиной затачиваемых
ножей. По этому параметру различают полуав-
томаты для заточки ножей длиной 670, 1400,
2120 и 3150 мм. Основные технические дан-
ные этих станков приведены в табл. 2.26.54
Вращение шпинделя шлифовального кру-
га (рис. 2.26.44) осуществляется от двускорост-
ного электродвигателя, соосно расположен-
ного с осью шпинделя и соединенного с ним
эластичной муфтой. Возвратно-поступательное
движение каретки осуществляется от двускоро-
стного электродвигателя через червячную пару,
систему зубчатых колес, ременную и реечную
передачи.
Реверс каретки происходит автоматиче-
ски, путем изменения направления вращения
электродвигателя. Команда на изменение на-
правления движения поступает от бесконтакт-
ных путевых выключателей. Автоматическая
поперечная подача осуществляется в конце
каждого двойного хода каретки посредством
храпового механизма, собачка которого при-
водится в движение толкателем, взаимодейст-
вующим с неподвижным кулачком, смонтиро-
ванным на станине. Далее вращательное дви-
жение храпового колеса преобразуется в вер-
тикальное перемещение шлифовального круга
через коническую и винтовую передачи. Уста-
новка стола на требуемый угол осуществляется
вручную с помощью червячной пары и махо-
вика. Система охлаждения представляет собой
систему подачи СОЖ в зону резания и вклю-
чает электронасос и магнитный сепаратор с
приводом от электродвигателями.
Ряс. 2.26.44. Кинематическая схема полуавтомата для заточки ножей:
I - шпиндель; II - механизм продольной подачи, III - механизм поперечной подачи, IV - механизм поворота
стола; V - система охлаждения, 1 - червячная пара, 2 - зубчатые колеса, 3 - ременная передача,
4 - реечная передача; 5 - храповой механизм, 6 - толкатель, 7 - кулачок
858
Глава 2 26 ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
2.26.54. Технические характеристики полуавтоматов для заточки ножей
Параметры Наибольшая длина затачиваемых ножей, мм
670 1400 2120 3150
Ширина ножей наибольшая, мм 120 200 200 200
Толщина ножей наибольшая, мм Угол поворота стола, град 15 15 15 25 90 25
Частота вращения шпинделя шлифовальной головки, мин*1 1420; 2840 2840 1420; 2840 2840
Скорость продольной подачи, м/мин 2; 4; 6; 8; 0,5; 1,4; 2; 4; 6; 8; 2; 4; 6;
Поперечная подача шлифовального круга на двойной ход каретки, мм 12 6,0; 8,0; 12,0 0,005 12 - 0,04 8; 12
Суммарная мощность электродвигателя, кВт 3,4 4,2 3,4 5,0
Масса, т 1,2 1,5 2,2 2,7
Полуавтоматы для заточки стальных пил.
В данную группу входят универсальные и спе-
циализированные станки. Универсально-
заточные станки предназначены для заточки
рамных, ленточных и круглых пил на дерево-
обрабатывающих предприятиях небольшой
мощности. Специализированные станки пред-
назначены для заточки определенного типа
пил, пил с твердым сплавом, алмазным по-
крытием и др. Среди различных способов за
точки ( по передней, задней поверхностям
зубьев, по контуру) основным является способ
заточки по контуру зуба. Этот способ обеспе-
чивает сохранение геометрических параметров
зубьев при переточках. Процесс заточки зуба
пилы по контуру осуществляется за счет соче-
тания возвратно-поступательного движения
шлифовального круга тороидальной формы и
периодического перемещения пилы на шаг
зубьев.
Относительная траектория движения
шлифовального круга и пилы, соответствую-
щая профилю затачиваемых зубьев, осуществ-
ляется за счет кулачковых механизмов или
механогидравлическим приводом.
От электродвигателя вращение передает-
ся вентилятору для отсоса абразивной пыли и
редуктору, выходной вал которого соединен с
эаспределительным валом . На нем закрепле-
ны кулачок , обеспечивающий подъем и опус-
кание шлифовальной головки, и кулачок,
тредназначенный для подачи зуба пилы.
Подъем и опускание шлифовальной головки
юуществляется кулачком через рычаг, кинема-
ически связанный с корпусом шлифовальной
оловки, которая, в свою очередь, приводится
о вращение от электродвигателя М2. Меха-
низм поворота шлифовальной головки при
осой заточке состоит из кулачка, закреплен-
ного на распределительном валу, рычажной
системы, зубчатого сектора, кривошипного
вала, ползуна. При вращении этого вала бара-
бан совершает качательные движения вокруг
своей оси и одновременно возвратно-
поступательное движение вдоль оси. Кача-
тельное движение барабана через стальную
ленту передается на шлифовальную головку.
При прямой заточке механизм поворота от-
ключается. Подача пилы на шаг осуществляет-
ся от кулачка через систему рычагов, с кото-
рой жестко связана подающая собачка. Все
механизмы полуавтомата снабжены регулиро-
вочными элементами, обеспечивающими пе-
ремещение исполнительных органов в задан-
ных пределах.
По аналогичной схеме работает боль-
шинство полуавтоматов для заточки пил, тех-
нические характеристики которых приведены
в табл. 2 26.55.
Полуавтоматы для заточки твердосплав-
ных пил. Оборудование для заточки дисковых
пил, оснащенных пластинами твердого сплава,
включает станки для: стачивания стальной
части зубьев пил, заточки передней и задней
поверхностей зубьев, заточки боковых поверх-
ностей зубьев (табл. 2.26.56). Для финишной
обработки зубьев пил применяют шлифоваль-
ные центры с программным управлением,
состоящие из отдельных автоматов для раз-
дельной заточки передней, боковых, задней
поверхностей зубьев. Между собой автоматы
связаны роботизированным устройством, осу-
ществляющим в автоматическом цикле уста-
новку, снятие и транспортные перемещения
пил между автоматами. Наиболее массовым из
перечисленного оборудования являются полу-
автоматы для заточки зубьев пил «по передней
и задней поверхностям.
СТАНКИ ДЛЯ ЗАТОЧКИ И ПОДГОТОВКИ ДЕРЕВОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
859
2.26.55. Технические характеристики полуавтоматов для заточки стальных пил
Назначение Диаметр D или ши- рина В пил, мм Число двойных ходов шлифовальной головки в мин Потребляемая мощность, кВт Масса, т
Заточка рамных, лен- точных и круглых пил D = 100 - 1250 В = 50 - 220 20 - 80 1,3 0,8
Заточка рамных пил В = 50 - 200 17,5 - 70 1,55 0,7
Заточка ленточных пил В = 7 - 350 35 - 100- 0,8 - 1,5 0,8
Заточка круглых пил D = 400 - 2200 20 - 80 1,0 - 3,0 0,5 - 1,0
2.26.56. Технические характеристики полуавтоматов для заточки дисковых пил, оснащенных
твердым сплавом
Назначение Диаметр пил, мм Число двойных ходов шлифовальной головки в мин Потребляемая мощность, кВт Масса, т
Заточка боковых по- верхностей зубьев твердосплавных пил 630 15 1,6 0,4
Заточка зубьев пил по передней и задней поверхностям 800 10 1,6 0,4
Кинематическая схема полуавтомата
приведена на рис. 2.26.45. Полуавтомат состо-
ит из следующих основных частей: станины
(узел I), шлифовальной головки (узел II), ме-
ханизма подачи пилы (узел III), механизма
установки пилы (узел IV), поворотной головки
(узел V), механизма зажима пилы (узел VI).
Гидравлическая система полуавтомата
обеспечивает следующие движения: подачу
зуба пилы в зону обработки; зажим пилы,
возвратно-поступательное движение шлифо-
вальной головки, подвод шлифовального кру-
га, поворот шлифовальной головки при косой
заточке зубьев.
Вращение шлифовального круга 1 осуще-
ствляется от электродвигателя Ml через плос-
коременную передачу. Продольное возвратно-
поступательное движение шлифовального
круга обеспечивается гидроцилиндром 2 через
систему 3 кулачков и конечных выключателей.
Поперечная подача шлифовального круга на
глубину врезания производится с помощью
гидроцилиндра 4, винт-шток которого через
гайку связан со шпинделем шлифовального
круга.
Подача зуба пилы в зону обработки осу-
ществляется гидроцилиндром 5, перемещаю-
щим шток 6 с подпружиненным толкателем 7
на конце. На противоположном конце штока
расположен ролик 8, перемещающийся по
колодке-копиру 9. Узел механизма подачи
может поворачиваться вокруг оси 10. Измене-
ние траектории движения толкателя в зависи-
мости от диаметра пилы может производиться
вследствие изменения положения колодки-
копира. Регулирование хода толкателя в зави-
симости от размера шага зубьев пилы произ-
водится маховичком 11, поднастройка толка-
теля в крайнем переднем положении осущест-
вляется винтом 12. х
Механизм установки пилы на заданный
передний или задний угол состоит из электро-
двигателя М2, кйиноременной 13 и червячной
14 передач. При вращении электродвигателя
вращение передается на червяк и червячный
сектор. Последний жестко связан с валом 15.
Для точной поднастройки угла поворота слу-
жит маховик 16. Поворот шлифовальной го-
ловки относительно оси 17 при косой заточке
зубьев пил осуществляется гидроцилиндрами
18 и 19 через рычаг 20. Ограничение угла по-
ворота оси производится путем перемещения
ползуна 21.
Зажим корпуса пилы во время заточки
производится подпружиненным штоком гид-
роцилиндра 22. Механизм зажима имеет уст-
ройство для симметричного расположения
корпуса пилы по толщине относительно цен-
тра шлифовального круга.
860
Глава 2.26. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Рис. 2.26.45. Кинематическая схема полуавтомата для заточки дисковых пил, оснащенных твердым сплавом
Отличительной особенностью полуавто-
мата мод Тч ПТ6-2 является то, что он может
в автоматическом цикле производить заточку
зубьев пил двумя методами: многопроходным
и глубинным. При глубинной заточке макси-
мальная величина врезания равна 0,5 мм.
Станки для заточки фрез. Для заточки
фрез в основном применяют универсально-
заточные станки различных моделей, а также
специализированные станки типа Тч ФА и Тч
ФКТ (табл. 2.26.57). Универсально-заточные
станки оснащаются различными приспособле-
ниями (трехповоротными тисками, центровы-
ми бабками, универсальными малой и боль-
шой головками с делительными устройствами,
упорками и др ), позволяющими затачивать
все типы дереворежущих фрез. К универсаль-
но-заточным станкам относятся также много-
целевые станки с ЧПУ. На универсально-
заточных станках возможна заточка фрез по
упору или с помощью головок с делительным
устройством, на специализированных станках
заточку производят с использованием дели-
тельного механизма.
СТАНКИ ДЛЯ ЗАТОЧКИ И ПОДГОТОВКИ ДЕРЕВОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
861
2.26.57. Технические характеристики специализированных станков для заточки фрез
Наименование станка Назначение Диаметр х х длина, мм Мощность, кВт Масса, т
Полуавтомат для заточки цельных и сборных фрез Заточка дереворежущих насадных фрез из инст- рументальной стали и твердого сплава iso X 200 2,75 1,1
Полуавтомат для заточки концевых фрез Заточка концевых фрез- из инструментальных сталей и твердого спла- ва 40 0,3 0,5
2.26.58. Технические характеристики станков для подготовки пил к работе
Наименование станка Число обраба- тываемых зубь- ев в мин, шт. Диаметр D круглых пил, ширина В рам- ных или лен- точных пил, мм Мощность, кВт Масса, т
11олуавтомат для развода зубьев круглых пил 20 D= 630 0,6 0,45
Полуавтомат для холодного плющения и формования зубьев круглых, рамных и тарных пил 10 12 D = 300 - 900 В = 55 200 1,6 0,75
Полуавтомат для холодного плющения и формования зубьев ленточных пил 10 В = 350 3,2 0,80
Станок для вальцевания рамных, ленточных и круг- лых пил - Скорость подачи пилы 10 м/мин 1,5 0,23
Станок для обрезки и на- сечки зубьев пил 50 £>=400- 1600 В = 60 350 3,0 1,1
Станок для стыковой свар- ки ленточных пил - В = 175 20 0,2
Полуавтоматы для подготовки пил к рабо-
те. В эту группу входят станки различного
назначения, обеспечивающие рациональные
условия эксплуатации пил (табл. 2.26.58).
Станки для развода зубьев пил различают
по методу изгиба части зуба. По методу сво-
бодного поперечного изгиба зубьев с защемле-
нием у основания работает большинство со-
временных станков. При этом методе нагру-
жение зубьев при разводе может быть одно-
кратным, многократным, прямым или прямым
и обратным. В последнем случае высокая точ-
ность развода достигается вследствие того, что
зубья первоначально разводят на большую
величину, чем требуется для работы, а затем
возвращают в обратную сторону до нормируе-
мой величины. По второму методу попереч-
ный изгиб зубьев сочетается с другими про-
цессами деформирования: чеканкой, вальцева-
нием, кручением. В большинстве разводных
стартов основные движения подачи пилы на
шаг и развод осуществляются посредством
кулачковых механизмов [30].
Станки для плющения и оформления
зубьев пил работают по принципу холодного
деформирования зуба профильным плющиль-
ным валиком, Кинематика этих станков осно-
вана на кулачковых механизмах. За рубежом
известны аналогичные станки с гидравличе-
ским приводом.
Вальцовочные станки предназначены для
создания нормированного напряженного со-
стояния в полотне пилы, обеспечивающего
устойчивость пилы в работе. Давление роликов
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
определенной кривизны на полотно пилы в
!этих станках осуществляется гидроцилиндром.
Для ремонта пил в процессе эксплуата-
ции используются пило-штампы, на которых
производится обрезка полотна и насечка но-
вых зубьев.
Стыковую сварку ленточных пил осуще-
ствляют на специальных агрегатах, которые
комплектуются ножницами для обрезки кон-
цов пил перед сваркой и приспособлением для
«ачистки сварного шва методом шлифования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Агапов А. И. Кинематика лесопильных
>ам. М.: Лесн. пром., 1987. 144 с.
2. Амалицкий В. В. Станки и инструмен-
1Ы лесопильного и деревообрабатывающего
роизводства. М.: Лесн. пром., 1985. 288 с.
3. Амалицкий В. В., Комаров Г. А. Мон-
ах и эксплуатация деревообрабатывающего
1борудования. М.: Лесн. пром., 1989. 400 с.
4. Боровиков Е. М., Фефилов Л. А.,
Шестаков В. В. Лесопиление на агрегатном
оборудовании. М.: Лесн. пром., 1985. 216 с.
5. Васечкин Ю. В. Оборудование фанер-
юго производства. М.: Лесн. пром., 1973.
40 с.
6. Васечкин Ю. В., Кириллов А. Н. Про-
зводство фанеры. М.: Высш, шк., 1985. 176 с.
7. Веселков В. И. Влияние технического
эстояния ленточнопильного станка на дина-
1ическую систему механизма резания // Дере-
эобрабатывающая промышленность, 1990.
2 3.
8. Веселков В. И., Коновалов В. В., Ве-
ликова Б. А. Работоспособность механизмов
атяжения пил ленточнопильных станков //
оеревообрабатывающая промышленность,
988. № 11.
9. Веселков В. И., Веселкова Б. А. Осо-
“нности динамики механизма резания лен-
'•чнопильных станков с гидравлическим на-
сжением ленточной пилы // Деревообрабаты-
дощая промышленность, 1990.'№ 1.
10. Высокопроизводительные комплексы
[я специализированных деревообрабатываю-
1их производств корпусной мебели, столярно-
|роительных изделий: Каталог / ВНИИДмаш.
.: ВЖИТЭМР, 1988. 92 с.
11. Гомонай М. В. Многорезцовые руби-
нные машины. М.: Лесн. пром., 1990. 141 с.
12. Звягин Б. Н., Полухин Ю. Ф. Техно-
'Гия спичечного производства. М.: Лесн.
ном., 1976. 344 с.
13. Карасев Е. И. Оборудование пред-
•иятий для производства древесных плит. М.:
юн. пром., 1988. 381 с.
14. Кащук В. А., Мелехин А. Д., Бар-
ин Б. П. Справочник заточника. М.: Маши-
'строение, 1982. 232 с.
15. Кириллов А. Н., Карасев Е. И. Техно-
логия фанерного производства. М.: Лесн.
пром., 1974. 312 с.
16. Комаров Г. А. Четырехсторонние
продольно-фрезерные станки для обработки
древесины. М.: Лесн. пром., 1983. 80 с.
17. Коротков В. И. Шипорезные станки
для обработки древесины. М.: Лесн. пром.,
1984. 96 с.
18. Крисанов В. Ф., Рыбин Б. М., Сана-
ев В. Г. Оборудование для отделки изделий из
древесины. М.: Лесн. пром., 1984. 144 с.
19. Кряков М. В., Гулин В. С., Бере-
лин А. В. Современное производство мебели.
М.: Лесн. пром., 1986. 264 с.
20. Кузнецов В. М., Волков Е. Н. Авто-
матические и полуавтоматические линии дере-
вообрабатывающих производств. М.: Высш,
шк., 1988. 324 с.
21. Куликов В. А., Чубов А. Б. Техноло-
гия клееных материалов и плит. М.: Лесн.
пром., 1984. 342 с.
22. Любченко В. И., Дружков Г. Ф.
Станки и инструменты мебельного производ-
ства. М.: Лесн. пром., 1990. 360 с.
23. Малахов И. К. Расчет, конструирова-
ние, производство и эксплуатация лесопиль-
ных рам. М.- Лесн. пром., 1965. 438 с.
24. Манжос Ф. М. Дереворежущие стан-
ки. М.: Лесн. пром., 1974. 454 с.
25. Мелони Т. Современное производст-
во древесностружечных и древесноволокни-
стых плит. М.: Леей, пром., 1982. 414 с.
26. Модлин Б. Д., Хатилович А. А. Изго-
товление стружки для древесностружечных
плит. М.: Лесн. пром., 1988. 151 с.
27. Пигильдин Н. Ф. Окорка лесомате-
риалов. М.: Лес. пром., 1982. 192 с.
28. Прокофьев Г. Ф. Интенсификация
пиления древесины рамными и ленточными
пилами. М.: Лесн. пром., 1990. 238 с.
29. Ребрин С. П., Мерсов Е. Д., Евдоки-
мов В. Г. Технология древесноволокнистых
плит. М.: Лесн. пром., 1982. 272 с.
30. Рожков Д. С., Харитонович Э. Ф.,
Алютин А. Ф. и др. Конструкции, настройка и
эксплуатация оборудования для подготовки и
заточки дереворежущего инструмента. М.:
Лесн. пром., 1978. 248 с.
31. Рушнов Н. П., Лицман Е. П., Пря-
хин Е. А. Губительные машины. М.: Лесн.
пром., 1985. 208 с.
32. Симонов М. Н., Торговников Г. И.
Окорочные станки: устройство и эксплуатация.
М.: Лесн. пром., 1990. 184 с.
33. Соловьев А. А., Коротков В. И. На-
ладка деревообрабатывающего оборудования.
М.: Высш, шк., 1987. 320 с.
34. Справочник мебельщика. Станки и
инструменты. Организация производства и
контроль качества. Техника безопасности. М.:
Лесн. пром., 1985. 333 с.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
863
35. Справочник по древесноволокнистым
плитам. М.: Лесн. пром., 1981. 184 с.
36. Справочник по древесностружечным
плитам. М.: Лесн. пром., 1983. 239 с.
37. Справочник по производству фанеры.
М.: Лесн. пром., 1984. 432 с.
38. Тарасенко В. М., Вихрева В. В. Обо-
рудование мебельного производства. М.: Лесн.
пром., 1986. 265 с.
39. Теория и конструкции деревообраба-
тывающих машин / Н. В. Маковский,
В. В. Амалицкий, Г. А. Комаров, В. М. Куз-
нецов. М.: Лесн. пром., 1990. 608 с.
40. Типовые технологические процессы
производства деревянных домов заводского
изготовления и комплектов деревянных дета-
лей для домов со стенами из местных строи-
тельных материалов. Балабаново: ВНИИДрев,
1980. 290 с.
41. Фонкин В. Ф. Лесопильные станки и
линии. М.: Лесн. пром., 1980. 320 с.
42. Хартиг Г. Спички. Пер. с нем. М.:
Лесн. пром., 1975. 312 с.
43. Шварцман Г. М., Щедро Д. А Про-
изводство древесностружечных плит. М.: Лесн.
пром., 1987. 320 с.
СПРАВОЧНОЕ ИЗДАНИЕ
Черпаков Борис Ильич, Аверьянов Олег Иванович, Адоян Генрих Адоевич и др.
МАШИНОСТРОЕНИЕ. ЭНЦИКЛОПЕДИЯ
Том IV - 7
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ И
ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Лицензия ИД № 05672 от 22.08.01 г.
Редакторы: И. И. Лесниченко, С. М. Макеева
Оформление художника Т. Н. Погореловой
Художественный редактор Т. Н. Галицына
Корректор Л. Г. Изосимова
Инженеры по компьютерному макетированию: М. А. Евсейчева, Т. А Сынков*
Подписано в печать 15.01.02. Формат 70x100/16.
Бумага офсетная. Гарнитура TimesET. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 70,2. Усл. л. кр.-отг. 70,2. Уч.-издл. 92,18.
Тираж 1000 экз. Заказ 5004.
Издательство “Машиностроение”,
107076, Москва, Б-76, Стромынский пер., 4
Оригинал-макет подготовлен в издательско-полиграфическом центре
Тамбовского государственного технического университета
392032, г. Тамбов, ул. Советская, 106, к. 14
Отпечатано в АООТ “Политех -4”
129110, Москва, ул. Б. Переяславская, 46
864
ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ
ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ
Стр. Колонка, строка Напечатано Должно быть
17 Левая, 8-я сверху технические технологические
38 Правая, 25-я сверху №8ХГТ 18ХГТ
49 Левая, табл. 1 3.13, 1-я графа, 3-я снизу наполнитель заполнитель
65 Рис. 1.4.2, подрисуночная подпись, 1-я снизу Gj j - подграф установочной... Gj 2-подграф установочный...
100 Табл. 1.5.2, 1 -я графа 8-я снизу смазка оценка
206 Правая, 12-я сверху 1 6.29, б 1 6.28, б
218 Левая, 23-я сверху приборных опорных
418 Левая, 6-я снизу шпиндельных вертикально- шпиндельных узлов вертикально-
427 Правая, 2-я снизу 2500 мм 320 мм
435 Правая, 21-я сверху временной ременный
450 Правая, l-я снизу 1.13.21. 1.13.20
581 Табл. 1.16.5, 2-я графа 9-я снизу постоянство непостоянство
609 Правая, 4-я сверху см2/мин см3/мин
684 Правая, 24-я сверху 1.21.11, 1.21.1,
688 Левая, 5-я сверху 1.24.4 1.21.4
Правая, 1-я сверху 1.24.4. 1.21.4
697 Левая, 14-я снизу диаметром 160 мм диаметром шпинделя 160 мм
705 Табл. 1.22.2, 1 -я графа, 6-я, 10-я, 13-я сни- зу Ежемесячное Ежесменное