6.2. Классификация металлорежущих станков

МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ

329

доводочные, зубообрабатывающие, фре­зерные, строгальные, разрезные, протяж­ные, резьбообрабатывающие и др.

Классификация по комплексу призна­ков наиболее полно отражается в общего­сударственной Единой системе условных обозначений станков (табл. 6.2). Она по­строена по десятичной системе: все ме­таллорежущие станки разделены на десять групп, группа - на десять типов, тип - на десять типоразмеров. В группе объедине­ны станки по общности технологического метода обработки или близкие по назна­чению, например сверлильные и расточ­ные. Типы станков характеризуют такие признаки, как назначение, степень уни­версальности, число главных рабочих ор­ганов, конструктивные особенности. Внутри типа станки различают по техни­ческим характеристикам.

В соответствии с этой классификацией каждому станку присваивают определен­ный шифр. Первая цифра шифра опреде­ляет группу станков, вторая - тип, третья (иногда третья и четвертая) указывает на характерную техническую характеристику станка. Буква на втором или третьем месте позволяет различать станки одного типо­размера, но с разными техническими ха­рактеристиками. Буква в конце шифра указывает на различные модификации станков одной базовой модели. Буква Ф в шифре указывает на то, что станок имеет числовое программное управление, а циф­ра и буквы за ней - какая система ЧПУ применена в станке. Например, модель станка 16К20ФЗС32 расшифровывается так: 1 - станок токарной группы; 6 - вин­торезный; К - модернизированный; 20 - высота центров над направляющими станины (200 мм); Ф - с числовым про­граммным управлением; 3 - управление тремя координатными движениями; С32 - система ЧПУ.

Различают станки универсальные, ши­рокого применения, специализированные и специальные. На универсальных станках выполняют разнообразные работы, ис-

пользуя заготовки многих наименований. Примерами таких станков могут бить то-карно-винторезные, горизонтально-фре­зерные, консольные. Станки широкого применения предназначены для выполне­ния определенных работ на заготовках многих наименований (многорезцовые, токарно-отрезные станки). Специализиро­ванные станки предназначены для обра­ботки заготовок одного наименования, но разных размеров, например станки для обработки коленчатых валов. Специаль­ные станки выполняют определенный вид работ на одной определенной заготовке.

По степени автоматизации различают станки с ручным управлением, полуавто­маты, автоматы и станки с программным управлением. По числу главных рабочих органов станки делят на одношпиндель-ные, многошпиндельные, односуппорт-ные, многосуппортные. При классифика­ции по конструктивным признакам выде­ляются существенные конструктивные особенности, например вертикальные и горизонтальные токарные полуавтоматы. В классификации по точности установле­но пять классов станков: Н - нормальной, П - повышенной, В - высокой, А - особо-высокой точности и С - особоточные станки.

3. ПРИВОДЫ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

Приводом станка называют комплекс механизмов, передающих движение от источника движения (электродвигателя) к рабочим органам станка (шпинделю, суп­порту, столу). Различают приводы рабо­чих, вспомогательных и установочных перемещений заготовки и инструмента.

В станках с ЧПУ каждое движение осуществляется от индивидуального ис­точника: электрического или гидравличе­ского двигателей различных типов, имеющих свои особенности и целевое назначение, что и определяет области их рационального применения.

330

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Разработанные системы электро- и гидроприводов позволяют решать множе­ство задач, связанных с регулированием и изменением скоростей и направлений движения, что в универсальных станках решалось использованием механических устройств. Использование индивидуаль­ных источников движения упрощает и укорачивает кинематические цепи стан­ков, повышает жесткость привода и точ­ность перемещений рабочих органов, уп­рощает автоматическое дистанционное управление приводами, предоставляет возможности унификации приводов и вы­полнения их в виде отдельных агрегатов (модулей). Использование модульного электрооборудования упрощает автомати­зацию станков и их компоновку с систе­мами числового управления и гибкого автоматизированного производства.

В качестве привода главного движения в станках с ЧПУ используют электродви­гатели постоянного тока с тиристорной системой управления, что в сочетании с двух - четырехступенчатыми коробками скоростей обеспечивает широкий диапа­зон частот вращения рабочего органа станка (шпинделя).

В приводах движения подачи станков с ЧПУ используют высокомоментные элек­тродвигатели серии ПБВ с возбуждением обмотки от постоянных магнитов или дви­гатели постоянного тока серии 2П или ПБС с электромагнитным возбуждением обмотки. Электродвигатели применяют в сочетании с внутренними встроенными тахогенераторами, что обеспечивает бес­ступенчатое регулирование скоростей пе­ремещения рабочих органов станка (суп­портов, столов).

4. КИНЕМАТИКА СТАНКОВ

Передачей называют механизм, пере­дающий движение от одного элемента к другому (с вала на вал) или преобразую­щий одно движение в другое (вращатель­ное в поступательное). В передаче эле­мент, передающий движение, называют ведущим, а элемент, получающий движе­ние, - ведомым.

6.3. Условные обозначения элементов передач и механизмов металлорежущих станков

В коробках скоростей и подач станков используют передачи: ременные, цепные, зубчатые, червячные, реечные, винтовые.

МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ

331

На кинематических схемах станков их обо­значают условными символами (табл. 6.3).

Каждая передача характеризуется пе­редаточным отношением.

Передаточным отношением называют число, показывающее, во сколько раз час­тота вращения ведомого элемента меньше или больше частоты вращения ведущего элемента:

^г' = Пвм/Чщ=^п2/^П1>

где i - передаточное отношение передачи; «вм, («г) - частота вращения ведомого ва­ла; и_вщ, (п{) - частота вращения ведущего вала.

Ременная передача (рис. 6.19, а) осу­ществляется плоскими 3, клиновыми или круговыми ремнями через шкивы /, 2, закрепленные на ведомом и ведущем ва­лах. Передаточное отношение передачи

' = ^п2Лр/«1 =ЧЛр/Ц>>

где d) Hd₂- диаметры шкивов ведущего и ведомого валов, мм; т|_р - коэффициент проскальзывания ремня (г|_р = 0,96 ... 0,99). Цепная передача (рис. 6.19, б) осуще­ствляется роликовой 1 или бесшумной цепью, соединяющей ведомую 2 и веду-

'¥¥> $-> £

-3 ;^з

2.J X 2.

_{м-у -$->,{}

»\

-)^пг

4-4

с)

-7Х-

_^ s

—1

(-^Ч^^Ч*

д)

е)

ж)

з)

Vl ^Zs

л)

«—~ и)

_т-

_,JNSH

X —/

X

^{К3 Г-гЧТ}

Б ^г*—-=~

_1гЖ^

_{f- <В}

f)

Xi

-/

Uz_A '-

->

*Л

«)

Г7Т

'1 —Я.

ч Рис. 6.19. Передачи и механизмы

332

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН

щую 3 звездочки. Передаточное отноше­ние передачи

' ^{= n}2/ⁿl=^Zl/^Z2>

где z\ и z₂ - числа зубьев ведущей и ведо­мой звездочек.

Зубчатая передача (рис. 6.19, в, г) со­стоит из цилиндрических (прямозубых или косозубых) или конических зубчатых колес. Передаточное отношение передачи

i = n₂/ⁿi =^z\/^z2>

где z\ и z₂ - числа зубьев ведущего и ведомого зубчатых колес.

Червячная передача (рис. 6.19, д) состоит из ведущего червяка (винта) и ведомого зубчатого червячного колеса и предназначена для резкого снижения частоты вращения ведомого вала. Если резьба червяка имеет к заходов, а червяч­ное колесо имеет z зубьев, то передаточ­ное отношение передачи

i = n₂ /и, = k/z .

Реечная передача (рис. 6.19, е) преобразует вращательное движение реечного зубчатого колеса или червяка в поступательное движение зубчатой рейки. Если реечное колесо имеет z зубьев, а мо­дуль зубьев рейки равен m мм, то за и оборотов реечного колеса рейка переме­щается на величину s, мм:

j = л я m z.

Винтовая передача (рис. 6.19, ж) со­стоит из винта и гайки и служит для пре­образования вращательного движения винта в поступательное движение гайки. Если шаг резьбы винта равен t мм, число заходов резьбы к, то за п оборотов ходово­го винта гайка переместится в осевом на­правлении на величину s, мм:

s = nt к.

Для ступенчатого изменения скорости движения используют двух-, трех- и четы-рехскоростные асинхронные электродви-

гатели или различные механизмы на осно­ве зубчатых передач. Движение с вала / (рис. 6.19, з), который вращается с посто­янной частотой, передается на вал II дву­мя парами зубчатых колес z, /z₂ и z₃ /z₄ .

Включают одну из передач с помощью электромагнитных фрикционных односто­ронних муфт А и Б. Передаточные отно­шения передач различны, поэтому вал II имеет две частоты вращения. Такие меха­низмы используют в станках с програм­мным управлением.

"Конус" зубчатых колес с накидным зубчатым колесом (рис. 6.19, и) применя­ют в универсальных станках. Зубчатые колеса z_b z₂, z₃, z₄, z₅ жестко закреплены на валу /. Движение на вал II передается зуб­чатым колесом z_H, свободно сидящим на промежуточном валу, и зубчатым колесом z_c, которое перемещается на валу II на шпонке. Механизм обеспечивает пять пе­редач с разными передаточными отноше­ниями: Zi/z_c, z₂/z_c, Zi/Zc, zjz_c, z$lz_c. Вал II имеет пять частот вращения.

Для бесступенчатого изменения часто­ты вращения шпинделей станков приме­няют регулируемые электродвигатели или фрикционные вариаторы. Для бесступен­чатого регулирования частоты вращения в станках с ЧПУ применяют электродвига­тели постоянного тока с тиристорной сис­темой управления. Диапазон регулирова­ния их лежит в пределах 2,5 ... 6. Поэтому в станках с ЧПУ наряду с регулируемым электродвигателем используют двух -четырехскоростные механические короб­ки передач, что значительно расширяет диапазон регулирования.

В универсальных станках для бессту­пенчатого регулирования частоты враще­ния шпинделя применяют фрикционные вариаторы. В вариаторе (рис. 6.19, к) шки­вы / и 2, имеющие криволинейную обра­зующую, закреплены соответственно на ведущем / и ведомом II валах. Оси роли­ков 3, прижатых к поверхностям шкивов, устанавливают под различными углами к оси валов. Этим обеспечивают плавное

МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ

333

изменение частоты вращения ведомого вала.

Реверсирование - изменение на­правления вращения всего привода произ­водят переключением фаз асинхронного электродвигателя или полярности элек­тродвигателя постоянного тока. Реверси­рование гидравлических механизмов осу­ществляется гидрораспределителями. В ме­ханизмах с зубчатыми колесами (рис. 6.19, л, м) для реверсирования переключают кулачковую муфту А вправо или влево.

Для получения прерывистого движе­ния в многошпиндельных станках-авто­матах применяют "мальтийский крест" (рис. 6.19, н). Непрерывное вращательное движение водила /, закрепленного на ве­дущем валу, через палец 2 преобразуется в прерывистое вращательное движение мальтийского креста 3. Поворот осущест­вляется до тех пор, пока палец не выйдет из зацепления с пазом мальтийского кре­ста. Если мальтийский крест имеет z па­зов, то передаточное отношение механиз­ма i = 1/z.

5. КИНЕМАТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

Под кинематической схемой металло­режущего станка понимают условное изо-

бражение всех механизмов и передач, ко­торые передают движение от привода к исполнительным органам станка.

На рис. 6.20 показана упрощенная ки­нематическая схема патронно-центрового токарного станка с ЧПУ мод. 16К20ФЗС32.

Главное движение. Вращение шпин­деля осуществляется от высокомомент-ного электродвигателя постоянного тока Ml (N=10 кВт, и = 1460 об/мин). В шпин­дельной бабке переключением зубчатого блока Б вручную можно получить три бесступенчатых диапазона частот враще­ния шпинделя: 12,5 ... 200; 50 ... 800; 125 ... 800 об/мин. Движение с вала / на вал VI (шпиндель) передается тремя воз­можными вариантами:

₁₄60.^.0,95.^.^.Н_; 264 48 45 60 60

1460.1^.0,95.^-^; 264 48 60

НбО.^.0,95.^.^. 264 48 48

Частоты вращения шпинделя в одном диапазоне частично перекрываются часто­той вращения шпинделя в другом диапа­зоне.

0264 45 45

BE 178

BE 178

01OS

Рис. 6.20. Кинематическая схема токарного станка с ЧПУ мод. 16К20ФЗС32

334

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Движение подачи. Приводами движе­ний продольной и поперечной подач слу­жат высокомоментные электродвигатели постоянного тока: для движения продоль­ной подачи М2, для движения поперечной МЗ. Электродвигатели работают в сочета­нии с датчиками BE 178. Регулирование скоростей подач - бесступенчатое. Пере­мещение суппорта за один импульс: про­дольного 0,005 мм; поперечного 0,002 мм. В качестве приводов суппортов, преобра­зующих вращательное движение в посту­пательное, использованы беззазорные ша-рико-винтовые пары с шагом резьбы вин­тов: продольного 10 мм, поперечного 5 мм.

При нарезании резьб необходимо стро­го согласовывать частоту вращения шпин­деля и скорость перемещения продольного суппорта исходя из условия: за один обо­рот шпинделя перемещение продольного суппорта (резца) должно равняться шагу нарезаемой резьбы. Для согласования движений в станке использован датчик BE 178 с приводом от шпинделя через зуб­чатую пару 60/60.

Кроме указанных кинематических це­пей станок имеет привод автоматического закрепления и открепления обрабатывае­мой заготовки; привод автоматического поворота шестипозиционного дискового резцедержателя; привод подачи смазочно-охлаждающей жидкости; привод системы смазки.

Станок может работать в паре с про­мышленным роботом, обеспечивающим автоматическую установку заготовок в патроне станка и снятие со станка обрабо­танных деталей. Сочетание станка, робота и тактового стола для перемещения заго­товок и деталей образует гибкий произ­водственный модуль.

6. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

ПРИ ОБРАБОТКЕ ЗАГОТОВОК

НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ

Стружка, образующаяся при резании материалов, может травмировать операто­ра-станочника. Особенно опасна сливная

стружка. Для ее дробления в процессе ре­зания предусматривают стружколомы раз­личных конструкций. Такую стружку нельзя брать руками, все действия с ней производят с помощью специальных крючков. Мелкие частицы стружки, отле­тая, могут поранить глаза. Для защиты глаз необходимы очки.

Металлорежущие станки снабжают различными оградительными устройства­ми, преграждающими доступ к движу­щимся частям станка, защищающими от разлетающейся стружки и разбрызгивания смазывающе-охлаждающих жидкостей.

Чтобы не было поломок частей станков при их перегрузке или наезде на препятст­вие, предусматривают перегрузочные уст­ройства (муфты), которые играют роль предохранительных элементов технологи­ческих систем. Различные рукоятки и ма­ховички, используемые для настройки станков, при включении движений подач не должны вращаться, так как могут за­хватить одежду рабочего и вызвать трав­му. Отключение рукояток в начале про­цесса резания происходит автоматически.

Многие станки снабжают специальны­ми устройствами, которые исключают вращательное движение шпинделей, если не произошло закрепление заготовок (станки токарной группы) или инструмен­та (станки фрезерной группы). Предпоч­тение отдают таким устройствам для за­крепления заготовок на столах станков, которые продолжают удерживать заготов­ки даже при отключении электрического тока или сжатого воздуха. Поэтому заго­товка не может внезапно вырваться из приспособления и травмировать рабочего.

Отдельные станки с программным управлением снабжены устройствами для механизированного закрепления инстру­мента, что также способствует безопасно­сти работы.

Многоцелевые станки, имеющие уст­ройства типа револьверных головок или инструментальных магазинов, снабжают специальными ограждениями. Такие ог­раждения предохраняют рабочих от воз-

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА В ЦЕХАХ С МЕТАЛЛОРЕЖУЩИМ ОБОРУДОВАНИЕМ 335

Автоматизация производства в цехах с металлорежущим оборудованием