Введение
Металлорежущие станки являются основным видом технологического оборудования механосборочного производства в машиностроении и от них существенно зависит производительность труда и качество выпускаемых изделий. В связи с этим дисциплины «Основы станковедения», «Типовые механизмы и кинематические связи в станках» необходимы с целью расширения и дополнения важной профилирующей дисциплины «Оборудование машиностроительных производств».
Задачами изучения дисциплин являются:
- изучение процессов формообразования поверхностей деталей при механической обработке на металлорежущих станках;
- изучение методики наладки и настройки станков на выполнение различных работ, принципа работы и технологических возможностей металлорежущих станков;
- привитие практических навыков в настройке и наладке металлорежущих станков.
При выполнении лабораторных работ при помощи учебного пособия «Основы станковедения» у обучающихся формируется следующий компонент профессиональных компетенций:
- способность участвовать в разработке и внедрении оптимальных технологий изготовления машиностроительных изделий.
В результате освоения данной компетенции студент должен:
знать: кинематический расчет станков, типовые механизмы металлорежущих станков, методику настройки и наладки станков;
уметь производить расчет приводов главного движения и подач;
владеть навыками настройки станочного оборудования по заданным параметрам.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Основные определения
Металлорежущий станок (станок) — машина для размерной обработки заготовок в основном путем снятия стружки. Кроме металлических заготовок на станках обрабатывают также детали из других материалов. К станкам относят и технологическое оборудование, использующее для обработки электрофизические и электрохимические методы, сфокусированный электронный или лазерный луч, поверхностное пластическое деформирование и некоторые другие виды обработки.
Помимо основной рабочей операции, связанной с изменением формы и размеров заготовки, на станке необходимо осуществлять вспомогательные операции для смены заготовок, их зажима, измерения, операции по смене режущего инструмента, контроля его состояния и состояния всего станка. В связи с большим разнообразием функций, выполняемых на станках, их целесообразно рассматривать как систему, состоящую из нескольких функциональных подсистем (рис. 1.1). Подсистема манипулирования обеспечивает доставку заготовок к месту обработки, их зажим в заданной позиции, перемещение к месту контроля и измерения и, наконец, вывод готовых изделий из рабочей зоны станка. Таким образом, подсистема манипулирования обеспечивает поток материала, проходящего через рабочую зону станка в процессе его обработки. Дополнительные функции подсистемы манипулирования необходимы также для смены режущих инструментов и дополнительных приспособлений. Подсистема управления на основе входной внешней информации и дополнительной внутренней текущей информации от контрольных и измерительных Устройств обеспечивает правильное функционирование всех остальных подсистем в соответствии с поставленной задачей. Входная информация поступает в виде чертежа, маршрутной технологии или заранее подготовленной управляющей программы.
Текущая информация о правильности состояния и поведения всей технологической системы (станка, инструмента, манипуляторов, вспомогательных устройств) поступает в подсистему управления при ручном управлении от органов чувств оператора, а при автоматизации контрольных функций — от соответствующих преобразовали (датчиков) подсистемы контроля. Выходная информация дает сведения о фактических размерах обработанной на станке детали по результатам ее измерения.
Собственно станок подразделяется на несколько важнейших частей, обычно называемых узлами. Главный привод станка сообщает движение инструменту или заготовке для осуществления процесса резания с соответствующей скоростью. У подавляющего большинства станков главный привод (рис. 1.2) сообщает вращательное движение шпинделю, в котором закреплен режущий инструмент либо заготовка.
Привод подачи необходим для перемещения инструмента относительно заготовки для формирования обрабатываемой поверхности.
У подавляющего большинства станков привод подачи сообщает узлу станка прямолинейное движение. Сочетанием нескольких прямолинейных, а иногда и вращательных движений можно реализовать любую пространственную траекторию.
Привод позиционирования необходим во многих станках для перемещения того или иного узла станка из некоторой исходной позиции в другую заданную позицию, например, при последовательной обработке нескольких отверстий или нескольких параллельных плоскостей на одной и той же заготовке. Во многих современных станках с числовым программным управлением (ЧПУ) функции приводов подачи и позиционирования выполняет один общий привод.
Несущая система станка состоит из последовательного набора соединенных между собой базовых деталей. Соединения могут быть неподвижными (стыки) или подвижными (направляющие). Несущая система обеспечивает правильность взаимного расположения режущего инструмента и заготовки под воздействием силовых и температурных факторов.
Манипулирующие устройства необходимы для автоматизации различных вспомогательных движений в станке для смены заготовок, их зажима, перемещения или поворота, смены режущих инструментов, удаления стружки и т. п. Современный многооперационный станок имеет набор манипуляторов, транспортеров, поворотных устройств, а в некоторых случаях обслуживается универсальным манипулятором с программным управлением (промышленным роботом).
Контрольные и измерительные устройства необходимы в станке для автоматизации наблюдения за правильностью его работы. С помощью них контролируют состояние наиболее ответственных частей станка, работоспособность режущего инструмента, измеряют заготовки и изделие. При достаточно высоком уровне автоматизации результаты контроля измерения поступают в управляющее устройство, а оттуда в виде управляющих сигналов корректируют положение узлов станка.
Устройство управления может быть с ручным обслуживанием оператором, с механической системой управления или с ЧПУ. В настоящее время происходит широкое внедрение микропроцессорных устройств ЧПУ для управления всеми видами станочного оборудования
Комплексная автоматизация производства
Производственная система осуществляет создание изделий в замкнутом производственном цикле, содержащем - материальный, информационный и энергетический потоки (рис. 3). Следовательно, производственный цикл можно определить как совокупность технологических процессов в производственной системе для преобразования материального потока путем подвода информации и энергии.
Материальный поток составляют обрабатываемые материалы, комплектующие изделия, технологическая оснастка и отходы производства. Информационный поток содержит конструкторскую и технологическую информации (схемы, чертежи, спецификации, математические модели, технологические карты, управляющие программы для оборудования с ЧПУ и т.д.), данные о ходе производства и выполнении календарных планов, а также экономические показатели. Энергия затрачивается для осуществления технологических процессов, выполнения транспортных операций с объектами материального потока и для реализации информационного потока.
Комплексная автоматизация охватывает весь комплекс производства изделий, когда автоматизированы все стадии его изготовления.
Важнейшими компонентами научных основ комплексной автоматизации производства являются правильное понимание ее содержания; комплексное представление о реальных источниках технического, социального и экономического эффекта, их относительной значимости; умение оценивать перспективность технических и организационных новшеств, их наиболее эффективную область применения.
Таким образом, комплексная автоматизация—это проблема создания и внедрения новых высокоинтенсивных технологических процессов, высокопроизводительного технологического (основного) и вспомогательного оборудования и единых систем автоматического управления. Значимость современных систем автоматического управления—не только в замещении действий человека при управлении оборудованием, но и в реальной необходимости, и возможности создания прогрессивных средств производства, которые неосуществимы при непосредственном участии человека в процессах управления.
Системный подход к совершенствованию машиностроительного производства в целом заключается в устранении традиционного разделения сфер изготовления и подготовки производства.[8]
Интегрированная автоматизация подразумевает объединение в единую систему всех этапов проектирования и изготовления изделий, в то время как комплексная автоматизация охватывает только сферу изготовления.
Структура производственного цикла в условиях интегрированной автоматизации приведена на рис.4. Такой цикл состоит из автоматизированных подсистем исследования, проектирования, технической и технологической подготовки производства, изготовления, контроля и складирования. Все подсистемы объединены в систему проектирования и изготовления с помощью сети ЭВМ.
Подсистема исследования выполняет функции моделирования как объектов производства, так и компонентов производственной системы, органически встраивая процессы моделирования в общий производственный цикл.
Подсистема проектирования производит уточнение характеристик изделий по моделям, осуществляет структурный и конструктивный анализ и синтез изделий на уровне эскизного, технического и рабочего проектов, разрабатывает для оборудования с ЧПУ управляющие программы изготовления образцов изделий, формирует и изготовляет конструкторскую документацию.
Подсистема технической и технологической подготовки производства осуществляет выбор и разработку технологических процессов, необходимого технологического оборудования с оснасткой, выпускает чертежи, технологическую документацию и управляющие программы для оборудования с ЧПУ, генерирует исходные данные для контроля, диагностирования и измерений в ходе производства.
Подсистема изготовления реализует технологические процессы, обеспечивая управление оборудованием в соответствии с ранее разработанными технологическими процессами.
Подсистема планирования необходима для разработки и оптимизации режимов производственной деятельности, оперативного планирования и учета хода производства.
Элементы интегрированной автоматизации воплощаются на современных предприятиях созданием систем автоматизированного проектирования (САПР) изделий и технологий, автоматизированных систем технологической подготовки производства (АСТПП), автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) и автоматизированных систем управления предприятием (АСУП).[8]
КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Для обозначения типов и моделей станков принята классификация, разработанная ЭНИМСом. Все серийно выпускающиеся станки подразделяются на 9 групп по виду выполняемой обработки.
1 – токарные. Основным признаком их является главное вращательное движение заготовки и поступательное движение подачи инструмента. На станках этой группы обрабатываются заготовки типа «тела вращения».
2 – сверлильные и расточные. Характерным признаком станков этой группы является главное вращательное движение инструмента, поступательное движение подачи могут осуществлять как заготовка, так и инструмент. Станки предназначены в основном для обработки отверстий. На расточных станках можно выполнять фрезерование и обработку торцовых поверхностей.
3 – шлифовальные. Характерной особенностью их является применяемый абразивный инструмент.
4 –комбинированные. Отличаются тем, что компонуются из нормализованных узлов. К этой же группе станков относятся станки для ультразвуковой, электроэрозионной и других видов обработки.
5 – резьбо- и зубообрабатывающие. Входят станки зубо- и резьбообрабатывающие независимо от способа осуществления этих операций в силу общности кинематических особенностей.
6 – фрезерные. Основным признаком их является применяемый инструмент – фреза, совершающая главное вращательное движение. Станки применяются для обработки плоскостей и фасонных поверхностей.
7 – станки строгально-протяжной группы. В эту группу станков входят станки с главным возвратно-поступающим движением. Строгальные станки предназначены для обработки плоскостей и фасонных линейчатых поверхностей, определенных формой режущей кромки инструмента.
8 – разрезные станки. Предназначены для отрезки заготовки от целого куска металла.
9 – разные. Например для правки, балансировочные.
Внутри каждой группы станки подразделяются на типы по более узким технологическим и конструктивным особенностям (по расположению оси шпинделя и т.д.). Например станки токарной группы подразделяются:
1 – автоматы одношпиндельные (1106);
2 – автоматы многошпиндельные (1240);
3 – токарно-револьверные (1341);
4 – сверлильно-отрезные (1448);
5 – токарно-карусельные (1553);
6 – токарные и лобовые (16К20);
7 – многорезцовые (1732);
8 – специализированные (1811);
9 – разные (1925).
По степени точности станки подразделяются на следующие классы:
Н – нормальной точности;
П – повышенной точности, изготовлены на базе станков нормальной точности при особо высоких требованиях к качеству производства и подбору базовых деталей станка;
В – высокой точности, обеспечиваемой благодаря специальной конструкции отдельных элементов, высокому качеству их изготовления и использования станков в специальных условиях эксплуатации;
А – особо высокой точности, станки того же типа, что и класс В, но изготовленные с более жесткими требованиями к основным узлам и деталям;
С – особо точные (мастер-станки), специальные станки, предназначенные для изготовления деталей, которые определяют точность прецизионных станков (изготовление измерительных винтов, эталонных зубчатых колес, делительных зубчатых колес).
По степени универсальности.
Универсальность станочного оборудования определяет технологические возможности и целесообразность его использования при изменяющихся условиях производства. Универсальность характеризуется диапазоном обработки деталей и переналаживаемостью. По степени универсальности станки подразделяются на следующие группы:
а) универсальные;
б) специализированные;
в) специальные.
По массе станки подразделяются на следующие группы:
- легкие (массой до 1 тонны);
- средние (до 10 тонн);
- тяжелые (свыше 10 тонн).
Тяжелые станки бывают:
а) крупные (массой 10-30 тонн);
б) собственно тяжелые (30-100 тонн);
в) особо тяжелые (уникальные, свыше 100 тонн).
Универсальные станки, иначе называемые станками общего назначения, предназначены для изготовления широкой номенклатуры деталей, обрабатываемых небольшими партиями в условиях мелкосерийного и серийного производства. Универсальные станки с ручным управлением требуют от оператора подготовки и частичной или полной реализации программы, а также выполнения функции манипулирования (смена заготовки и инструмента), контроль и изменение. Универсальные станки с числовым управлением требуют от оператора лишь отдельных функций манипулирования и контроля. При этом становится возможным обслуживание одним оператором нескольких станков, так называемое многостаночное обслуживание.
Гибкие производственные модули (ГПМ) представляют собой автоматизированную универсальную технологическую ячейку, основой которой является станок с полным набором манипуляторов, контрольных и измерительных устройств.
Специализированные станки предназначены для обработки заготовок сравнительно узкой номенклатуры. Примером могут служить токарные станки для обработки коленчатых валов или шлифовальные станки для обработки колец шарикоподшипников. Специализированные станки имеют высокую степень автоматизации, и их используют в крупносерийном производстве при больших партиях, требующих редкой переналадки.
Специальные станки используют для производительной обработки одной или нескольких почти одинаковых деталей в условиях крупносерийного и особенно массового производства. Специальные станки, как правило, имеют высокую степень автоматизации.
Увеличение масштабов производства, потребность в изготовлении большого количества одних и тех же машин обусловили появление универсальных станков—автоматов и полуавтоматов. Автомат— это станок, автоматически и многократно выполняющий все рабочие и холостые (вспомогательные) элементы цикла обработки детали, кроме наладки. Полуавтомат—это станок с автоматическим циклом, повторяемым с участием рабочего.
Особенностью станков-автоматов является высокая производительность. Так, например, токарный шестишпиндельный автомат может заменить по производительности до 20 универсальных токарных станков с ручным управлением, что достигается совмещением вспомогательных и рабочих операций, высокими скоростями выполнения всех вспомогательных перемещений, большим количеством одновременно работающих инструментов.
Специализированными называются станки-автоматы, которые могут быть переналажены на обработку небольшой группы однотипных деталей (например, колец подшипников качения). Специальные станки-автоматы создаются для обработки одной-единственной детали (например, коленчатоговала). Узкая специализация такого оборудования приводит к значительному упрощению его компоновки, конструкции и системы управления .
При смене выпускаемого изделия большинство специализированного оборудования оказывается ненужным, несмотря на полную работоспособность. Это требует создания станков-автоматов иного типа, в которых могут сочетаться высокая производительность специальных автоматов с широкими технологическими возможностями и с определенной гибкостью; в то же время процесс проектирования, изготовления и освоения таких станков должен быть существенно сокращен.
Одним из методов решения поставленной задачи является унификация узлов (агрегатов), механизмов, деталей и систем управления станков-автоматов, что и привело к созданию агрегатных станков. За счет различных комбинаций унифицированных элементов можно быстро создавать высокопроизводительные специализированные станки-автоматы самого различного технологического назначения. Оригинальными в таких станках остаются только те узлы, конструкция которых связана с индивидуальными особенностями обрабатываемых деталей (шпиндельные коробки, зажимные приспособления), но и эти узлы также собираются из унифицированных деталей.
Автоматические линии из агрегатных, специальных и универсальных станков-автоматов обеспечивают дополнительное (в несколько раз) повышение производительности труда за счет автоматизации межстаночных транспортных операций, загрузки заготовок и выгрузки готовых деталей. Для обработки наиболее сложных и трудоемких деталей машин применяются комплексы автоматических линий, в которые кроме металлорежущего оборудования встраиваются контрольные автоматы, моечные машины, агрегаты для термической обработки, промышленные роботы, накопители, автоматы для клеймения и другое оборудование. В составе автоматических линий могут быть также сборочные автоматы.
Для автоматических линий характерно расположение всего оборудования в порядке последовательности операций технологического процесса, выполняемых без вмешательства человека (необходимы лишь периодический контроль, наладка, профилактическое обслуживание и устранение неполадок).
Внедрение в крупносерийное и массовое производство автоматических линий приводит к сокращению в 1,5—2 раза количества станков-автоматов и производственных площадей, способствует снижению себестоимости и повышению качества продукции, сокращению длительности производственного цикла, уменьшению незавершенного производства. Вместе с тем становится более стабильным качество изделий, повышается общая культура производства.
Автоматическим линиям присущи, однако, и недостатки. Прежде всего—это высокая трудоемкость, а иногда и невозможность переналадки линии на другую деталь (даже родственную) и тем более на другой технологический процесс. Имеют место также простои работоспособных станков, агрегатов и механизмов из-за неполадок в другом оборудовании, входящем в состав одной линии. Для обеспечения стабильности процесса обработки повышаются требования к качеству заготовок.
Основным методом решения указанной проблемы становится групповая технология, а основным оборудованием—станки и станочные комплексы с числовым программным управлением (ЧПУ).
Появилась новая разновидность металлорежущего оборудования—многоцелевые станки. Такие станки называют также многооперационными обрабатывающими центрами, машинными центрами.
В многоцелевых станках выражен новый подход к построению технологического процесса. Они обеспечивают различными видами инструмента комплексную обработку деталей без переустановок или при минимальном их числе .
Большие перспективы дальнейшего повышения производительности труда и эффективности в машиностроительном производстве имеет создание гибких производственных систем (ГПС), управляемых от ЭВМ. ГПС представляет собой совокупность оборудования с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов, гибких производственных модулей, отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени.
Любая ГПС обладает свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений ее характеристик.
Роботизированный технологический комплекс (РТК) состоит из единицы технологического оборудования, промышленного робота и средств оснащения (устройств накопления, ориентации и поштучной выдачи изделий). РТК может функционировать автономно, осуществляя многократно циклы обработки. Если РТК предназначены для работы в составе ГПС, то они должны иметь автоматизированную переналадку и возможность встраивания в систему.
Гибкий производственный модуль (ГПМ)—это единица технологического оборудования для производства изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик, автономно функционирующая, автоматически осуществляющая все функции, связанные с производством изделий, и имеющая возможность встраивания в ГПС.
В общем случае в систему обеспечения функционирования ГПС входят АТСС—автоматизированная транспортно-складская система, АСИО—автоматизированная система инструментального обеспечения, САК—система автоматизированного контроля,
АСУО—автоматизированная система удаления отходов,
АСУТП — автоматизированная система управления технологическими процессами,
АСНИ—автоматизированная система научных исследований,
САПР — система автоматизированного проектирования,
АСТПП—автоматизированная система технологической подготовки производства:
По организационным признакам можно выделить три разновидности гибких производственных систем: ГАЛ, ГАУ и ГАЦ.
В гибкой автоматизированной линии (ГАЛ) технологическое оборудование расположено в принятой последовательности технологических операций.
Гибкий автоматизированный участок (ГАУ) функционирует по технологическому маршруту, в котором предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования.
В состав гибкого автоматизированного цеха (ГАЦ) входят в различных сочетаниях гибкие автоматизированные линии, роботизированные технологические комплексы, гибкие автоматизированные участки для производства изделий заданной номенклатуры.
Таким образом, ГПС—это организационно-техническая производственная система, позволяющая в условиях мелкосерийного, серийного и, в отдельных случаях, крупносерийного многономенклатурного производства заменить с минимальными затратами ив короткий срок выпускаемую продукцию на новую. [8]
Для обозначения моделей станков принято цифровое и цифро-буквенное шифрование:
Первая цифра обозначает номер группы, вторая – тип. Последние цифры характеризуют один из важнейших технологических параметров (например высоту центров – для токарно-винторезных станков, максимальный диаметр прутка – для токарно-револьверных станков, максимальный диаметр сверления отверстия – для сверлильных станков, наибольший размер стола – для фрезерных, плоскошлифовальных станков и т.д.).
Третья цифра – параметр стола.
Буква после первой или между первых двух или после второй цифры указывает на соответствующую модернизацию станка данного типоразмера.
Буква, стоящая после цифр обозначает модификацию (видоизменение) базовой модели станка и точность.
Базовая модель, например токарно-винторезный станок с высотой центров 200 мм обозначается 16К20, а его модификация с системой ЧПУ – 16К20Ф3.
Для обозначения специальных и специализированных станков заводом изготовителем присвоен индекс из одной или двух букв, после которых ставится номер модели станка.
Например, РТ734 – Рязанский токарный.
Для обозначения станков с ЧПУ принят тот же принцип, как и для обычных станков, с добавлением шифра системы ЧПУ, для обозначения которой используются следующие цифры:
Ц – цикловая система управления;
Ф1 – система с цифровой индикацией или с цифровой индикацией и преднабором координат;
Ф2 – позиционная система управления;
Ф3 – контурная (непрерывная) система ЧПУ;
Ф4 – комбинированная (универсальная) система управления.
Эти символы ставятся в конце буквенно-цифрового номера станка, кроме того, введены символы, отражающие конструктивные особенности станка, связанные с автоматической сменой инструмента:
Р – смена инструмента осуществляется поворотом револьверной головки.
Пример: 2Р135Ф3
2 – сверлильный, 1 – вертикальный, 35 – диаметр сверления, Р – револьверный, Ф2 – позиционная система управления.
М – смена инструмента из магазина.
КИНЕМАТИЧЕСКАЯ СХЕМА СТАНКА
Кинематическая схема предназначена для изображения кинематических связей и взаимодействия элементов станка, определяющих механические принципы его работы. При разработке кинематической схемы необходимо придерживаться установленных условных обозначений элементов кинематической схемы по ГОСТ 2.770—68 (2000), также надо учитывать ГОСТ: 2.701—2008, 2.703—2011, 2.721—74. Можно кинематическую схему вписывать в контур станка, т. е. в контур наиболее показательной проекции, например в изображение главного вида. Если при этом нужно показать механизмы, видимые только в другой проекции или закрытые другими механизмами, то допускается перемещать эти механизмы в положения, более удобные для изображения, даже при необходимости выносить их за контур станка. В этих случаях сопряженные звенья, вычерченные раздельно, следует соединить фигурными скобками. Размеры условных обозначений на кинематической схеме выбирают в зависимости от размеров изображаемых элементов. Размеры условных обозначений одинаковых элементов на одной и той же схеме должны быть одинаковыми.
На кинематических схемах изображают: валы, оси, шатуны и т.п. —сплошными основными линиями толщиной 5; зубчатые колеса, червяки, звездочки, шкивы, кулачки и т.п. — сплошными линиями толщиной 5/2; контур станка, в который вписана схема — сплошными тонкими линиями толщиной 5/3; кинематические связи между сопряженными звеньями пары, вычерченными раздельно, — штриховыми линиями толщиной 5/2; кинематические связи между элементами или между ними и источником движения через немеханические (энергетические) участки — двойными штриховыми линиями толщиной 5/2; расчетные связи между элементами — тройными штриховыми линиями толщиной 5/2.
На выносных линиях в кинематических схемах следует указывать:
а) тип, мощность и частоту вращения электродвигателя;
б) частоту вращения приводного шкива;
в) частоты вращения шпинделя (числа двойных ходов стола и др.);
г) нумерацию валов (считая от электродвигателя или приводного шкива) римскими цифрами;
д) направления вращения валов и других основных деталей
(шпинделя, планшайбы и др.);
е) диаметр и толщину шкивов (для сменных шкивов —
отношение диаметров ведущих и ведомых шкивов);
ж) числа зубьев и модуль колес, например г — 40, т = 3;
з) порядковые номера зубчатых колес, начиная с электродвигателя или приводного шкива — арабскими цифрами, сменных
зубчатых колес — строчными буквами латинского алфавита;
и) число зубьев и шаг звездочек (цепных передач), например 2=15, I = 25 мм;
к) число заходов, направление нарезки, шаг винтов и червяков.
В случае включения в кинематическую схему гидравлических, электрических и пневматических устройств на схеме необходимо указать эти устройства условными графическими обозначениями и проставить основные их характеристики (производительность и давление гидронасосов, диаметр поршня и штока и т. д.).
К кинематической схеме прилагается спецификация, где приведен перечень изображенных на схеме элементов и их основные характеристики. Допустимо спецификацию помещать непосредственно на схеме.
.
МЕТОДЫ ОБРАЗОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ПРИ ОБРАБОТКЕ НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ
Тела деталей машин ограничены геометрическими поверхностями, образованными при обработке. Это в основном плоскости, круговые и некруговые цилиндры и конусы, линейчатые и сферические поверхности. Все они имеют определенные протяженность и относительное положение. Реальные поверхности детали, полученные в результате обработки на станках, отличаются от идеальных геометрических поверхностей. Воздействие режущей кромки инструмента, трение между его задней гранью и обрабатываемой поверхностью, пластические явления при отрыве отдельных слоев металла заготовки, упругие деформации поверхностных слоев, вибрации, и другие - явления, возникающие в процессе резания, приводят к образованию на обработанной поверхности микронеровностей и волнистости. Их допустимая величина устанавливается в зависимости от назначения детали и обеспечивается различными методами обработки.
Поверхности обрабатываемых деталей можно рассматривать как непрерывное множество последовательных положений (следов) движущейся производящей линии, называемой образующей, по другой производящей линии, называемой направляющей. Например, для получения плоскости необходимо образующую прямую 1 перемещать по направляющей прямой 2 (рис. 6, а). Цилиндрическая поверхность может быть получена при перемещении образующей прямой 1 по направляющей — окружности 3 (рис. 6,б) или при движении образующей окружности 3 вдоль направляющей прямой 1 (рис. 6,в). Рабочую поверхность зуба цилиндрического колеса можно получить, если образующую — эвольвенту 4 передвигать вдоль направляющей 1 (рис. 6, г) или, наоборот, образующую прямую 1 передвигать по направляющей — эвольвенте 4 (рис. 6, д).
Рассмотренные поверхности называют обратимыми; их форма не изменяется при перемене мест образующей и направляющей линий. Этого не может произойти при образовании необратимых поверхностей. Например, если левый конец образующей прямой 1 перемещать по направляющей окружности 3, то получится круговая коническая поверхность (рис. 6, е). Но если окружность сделать образующей и перемещать вдоль направляющей прямой, то конуса не получится. Необходимо, чтобы по мере перемещения окружности к точке О ее диаметр уменьшался и становился в вершине равным нулю. Такие поверхности называют также поверхностями с изменяющимися производящими линиями, в противоположность поверхностям с постоянными производящими линиями (рис. 6, а — д).
Большинство поверхностей деталей машин может быть образовано при использовании в качестве производящих линий прямой, окружности, эвольвенты, винтовой и ряда других линий. В реальных условиях обработки производящие линии воспроизводятся комбинацией согласованных между собой вращательных и прямолинейных перемещений инструмента и заготовки. Движения, необходимые для этого, называют рабочими формообразующими движениями. Они могут быть простыми, состоящими из одного движения, и сложными, состоящими из нескольких простых движений. Существуют четыре метода образования производящих линий: копирования, огибания, следа и касания.
Метод копирования основан на том, что режущая кромка инструмента по форме совпадает с производящей линией. Например, при получении цилиндрической поверхности (рис. 2,а) образующая линия 1 воспроизводится копированием прямолинейной кромки инструмента, а направляющая линия 2 - вращением заготовки. Здесь необходимо одно формообразующее движение — вращение заготовки. Для снятия припуска и получения детали заданных размеров необходимо поперечное перемещение резца, но это движение (установочное) не является формообразующим.
На рис. 2,6 показан пример обработки зубьев цилиндрического колеса.
Контур режущей кромки фрезы совпадает с профилем впадин и воспроизводит образующую линию. Направляющая линия получается при прямолинейном движении заготовки вдоль своей оси. Здесь необходимы два формообразующих движения: вращение фрезы и прямолинейное перемещение заготовки. Кроме того, для обработки последующих впадин заготовка должна периодически поворачиваться на угол, соответствующий шагу зацепления. Такое движение называют делительным.
Метод огибания (обката) основан на том, что образующая линия возникает в форме огибающей ряда положений режущей кромки инструмента в результате его движений относительно заготовки. Режущая кромка отличается по форме от образующей линии и при различных положениях инструмента является касательной к ней. На рис. 7(в) показана схема обработки зубьев цилиндрического колеса по методу огибания. Режущая кромка, инструмента имеет форму зуба зубчатой рейки. Если заготовке сообщить вращение и согласованное с ним прямолинейное перемещение рейки вдоль ее оси, то режущий контур инструмента в своем движении относительно заготовки будет иметь множество положений. Их огибающей явится образующая зуба колеса. Направляющая линия по предыдущему образуется в результате прямолинейного перемещения инструмента или заготовки вдоль оси колеса. Для рассматриваемого случая требуются три формообразующих движения: вращение заготовки, перемещение инструмента вдоль своей оси, перемещение инструмента или заготовки вдоль оси зубчатого колеса.
Метод следа состоит в том, что образующая линия получается как след движения точки — вершины режущего инструмента. Например, при точении образующая 1 (рис. 7, г) возникает как след точки А — вершины резца, а при сверлении (рис. 7, д) — как след сверла. Инструмент и заготовка перемещаются относительно друг друга таким образом, что вершина Л режущего инструмента все время касается образующей линии 1. В первом случае (рис. 7, г) направляющая линия получается в результате вращения заготовки, во втором случае (рис. 7, д) — превращении сверла или заготовки. В обоих случаях требуются два формообразующих движения.
Метод касания основан на том, что образующая линия 1 является касательной к ряду геометрических вспомогательных линий 3, образованных реальной точкой движущейся режущей кромки инструмента (рис. 7, е).
Итак, образование различных поверхностей сводится к установлению таких формообразующих движений заготовки и инструмента, которые воспроизводят образующие и направляющие линии.
КЛАССИФИКАЦИЯ ДВИЖЕНИЙ
Для обработки изделий рабочим органам металлорежущих станков необходимо сообщить определенный, иногда довольно сложный комплекс движений. Все движения могут быть подразделены на три вида: основные, вспомогательные и взаимосвязанные.
Основные движения. К основным отнесены те движения, которые осуществляют процесс непрерывного снятия стружки с обрабатываемой детали. Основные движения делятся на движения резания и движения подачи.
Движение резания непосредственно обеспечивает процесс снятия слоя металла в виде стружки. Движение резания в большинстве случаев сообщается инструменту, в некоторых случаях изделию, а иногда изделию и инструменту одновременно. Движение резания всегда осуществляется от силового привода.
Движение подачи обеспечивает непрерывность процесса снятия стружки. Движение подачи также может сообщаться инструменту, изделию или тому и другому одновременно. У современных станков в подавляющем большинстве случаев движения подач также осуществляются принудительно от механического или гидравлического привода. Ручные перемещения рабочих органов иногда используются при обработке деталей как движение подачи, однако, поскольку эти движения в основном предназначены для установочных перемещений режущего инструмента или заготовки, они условно отнесены к группе, вспомогательных движений.
Вспомогательные движения. Эта группа движений весьма обширна. В нее входят все виды движений, которые непосредственно не участвуют в процессе резания, но необходимы для подготовки станка к работе, управления рабочими органами станка, автоматизации обработки деталей и т. п.
Движения для настройки станка на заданные режимы резания в большинстве случаев осуществляются от руки, однако у ряда современных станков, как например, у токарно-винторезного станка, для изменения скорости вращения шпинделя имеется механизированный привод.
Движения для наладки станка в соответствии с размерами и конфигурацией обрабатываемой детали включают установочные и быстрые перемещения, а также повороты рабочих органов станков.
Движения управления станком в процессе работы необходимы для включения, выключения и реверсирования приводов движения резания и подачи, для управления приводами взаимосвязанных движений и для управления вспомогательными приводами станка.
В ряде станков имеются встроенные приводы, обеспечивающие движения соответствующих рабочих органов для подачи и зажима пруткового материала или штучных заготовок.
Движения для закрепления и освобождения рабочих органов станка могут осуществляться как от руки, так и от механизированных или гидрофицированных приводов.
К последней группе вспомогательных движений относятся движения, обеспечивающие принудительную смазку узлов станка, подачу охлаждающей жидкости в зону резания, отвод стружки и т. д. Эти виды движений имеют механизированные приводы.
Взаимосвязанные движения. В некоторых случаях механической обработки получение заданной формы и конфигурации поверхностей детали достигается введением дополнительных движений, имеющих определенную строгую кинематическую связь с основными движениями станка — движением резания и движением подачи. Эти движения требуют особой настройки и поэтому в общем случае их следует называть взаимосвязанными. В зависимости от характера и назначения взаимосвязанные движения могут быть подразделены на пять видов.
Движение обкатки используется в специализированных станках для нарезания всех видов зубчатых колес, червяков, шлицевых валов и других аналогичных изделий. Движение обкатки иногда имеет кинематическую связь только с движением резания (нарезание прямозубых цилиндрических колес на зубофрезерном станке), иногда только с движением подачи (нарезание прямозубых колес на зубодолбежном станке), а в отдельных случаях (нарезание косозубых колес на зубофрезерном станке) имеет связь и с движением резания и с движением подачи.
Движение образования винтовой поверхности применяется при-нарезании резьбы резцом на токарно-винторезных станках и при фрезеровании резьбы и спиральных канавок на резьбофрезерных или универсальнофрезерных станках. При нарезании резьбы резцом на токарном станке движение образования винтовой поверхности кинематически связано с движением резания, а при фрезеровании резьбы — с круговой подачей изделия.
Движение образования архимедовой спирали необходимо при нарезании торцовых резьб на токарных станках. Оно связано с движением резания.
Движение образования сложных поверхностей используется при обработке конусов на токарных станках и для всех видов копировальных работ.
Движение деления может иметь особую связь с основными движениями, обеспечивая делительные повороты заготовки на необходимый угол в определенные периоды работы станка. В некоторых случаях движение деления имеет связь не с основными, а со вспомогательными движениями.