Учебное пособие
По дисциплине
«Металлорежущие станки»
для студентов специальности 1-36 01 01
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 5
1. Металлорежущий станок как система 6
1.1. Краткая история станкостроения 6
1.2. Современное состояние и ведущие станкостроительные
предприятия Республики Беларусь 11
1.3. Общие сведения о металлорежущих станках 13
1.4. Несущие системы металлорежущих станков 19
1.5. Станины и направляющие станин МРС 19
1.6. Коробки скоростей МРС 23
1.7. Шпиндельные механизмы МРС 25
1.8. Коробки подач МРС 26
2. Классификация станочного оборудования 27
3. Технико-экономические показатели станков 35
4. Процесс образования поверхностей обработкой на станках 38
4.1. Методы образования поверхностей деталей на МРС 38
4.2. Основные и вспомогательные движения МРС 41
4.3. Назначение и типы приводов МРС 43
4.4. Графическое изображение уравнений скорости резания
и подач 49
4.5. Кинематические связи в МРС 55
4.6. Общая методика наладки МРС 59
5. Механизмы и элементы кинематических цепей 61
5.1. Механизмы бесступенчатого изменения скорости 61
5.2. Механизмы ступенчатого изменения скорости 66
5.3. Типовые механизмы для реверсирования движения 72
5.4. Типовые механизмы прямолинейного поступательного
движения 76
5.5. Типовые механизмы для получения прерывистых
движений 81
5.6. Механизмы предохранительные, обгона и планетарные 87
6. Системы управления станками 93
6.1. Основные функции управления 93
6.2. Виды систем управления станками 93
6.3. Аналоговые системы управления 95
6.4. Цикловое программное управление 106
6.5. Числовое программное управление 111
7. Станки токарной группы 118
7.1. Токарно-винторезные станки 119
7.2. Токарно-карусельные станки 125
7.3. Токарно-револьверные станки 133
7.4. Токарно-револьверные автоматы и полуавтоматы 140
7.5. Токарно-затыловочные станки 152
7.6. Многорезцовые токарные полуавтоматы 157
7.7. Токарно-копировальные полуавтоматы 161
7.8. Токарные станки с ЧПУ 164
8. Станки сверлильной и расточной группы 167
8.1. Вертикально-сверлильные станки 168
8.2. Горизонтально-расточные станки 173
8.3. Координатно-расточные станки 178
8.4. Радиально-сверлильные станки 184
8.5. Станки сверлильно-расточной группы с ЧПУ 190
9. Станки шлифовальной и доводочной группы 203
9.1. Круглошлифовальные центровые станки 205
9.2. Бесцентровые круглошлифовальные станки 209
9.3. Плоскошлифовальные станки 214
9.4. Внутришлифовальные станки 219
9.5. Доводочные станки 223
10. Станки для электрофизической и электрохимической
обработки 226
11. Станки зубообрабатывающие и резьбообрабатывающие 239
11.1. Зубодолбёжные станки 241
11.2. Зубофрезерные станки 246
11.3. Зубострогальные станки 253
11.4. Зуборезные станки 260
11.5. Зубоотделочные станки 265
11.6. Резьбообрабатывающие станки 269
12. Станки фрезерной группы 277
12.1. Горизонтально-фрезерные консольные станки 279
12.2. Вертикально-фрезерные консольные станки 284
12.3. Широкоуниверсальные консольные фрезерные станки 288
12.4. Делительные головки 294
12.5. Бесконсольно-фрезерные вертикальные станки 300
12.6. Продольно-фрезерные станки 305
12.7. Фрезерные станки непрерывного действия 310
12.8. Фрезерные станки с ЧПУ 313
13. Станки протяжной, строгальной и долбёжной группы 317
13.1. Продольно-строгальные станки 318
13.2. Поперечно-строгальные станки 322
13.3. Долбёжные станки 327
13.4. Горизонтально-протяжные станки 331
14. Агрегатные станки 334
15. Многоцелевые станки 347
16. Автоматические линии 357
16.1. Назначение и классификация автоматизированных
станочных систем механической обработки 357
16.2. Автоматические линии 362
17. Гибкие производственные системы 371
17.1. Промышленные роботы 371
17.2. Гибкие производственные модули 378
17.3. Гибкие производственные системы 380
17.4. Роботизированные комплексы 382
17.5. Гибкие автоматизированные участки 385
Литература 388
ВВЕДЕНИЕ
Развитие производства во многом определяется техническим прогрессом машиностроения. Увеличение выпуска продукции машиностроения осуществляется за счёт интенсификации производства на основе широкого использования достижений науки и техники, применения прогрессивных технологий.
Машиностроение также является основой научно-технического прогресса в различных отраслях народного хозяйства. Непрерывное совершенствование и развитие машиностроения связано с прогрессом станкостроения, поскольку металлорежущие станки вместе с кузнечно-прессовым оборудованием и некоторыми другими видами технологических машин обеспечивают изготовление любых новых видов машин и оборудования. Повышение эффективности производства возможно путём его механизации и автоматизации, оснащения высокопроизводительными станками, промышленными роботами, создания и внедрения гибких производственных систем. Важнейшей задачей станкоинструментальной промышленности является создание высокопроизводительных конкурентоспособных станков различного технологического назначения и прогрессивных конструкций режущего инструмента, обеспечивающих высокую эффективность и точность обработки.
Программой дисциплины «Металлорежущие станки» предусматривается изучение устройства, технологических возможностей, наладки и основ эксплуатации различных видов и типов металлорежущих станков с целью разработки в дальнейшем прогрессивных технологических процессов обработки деталей всех отраслей народного хозяйства и в особенности машиностроения.
Изучаемый материал основывается на полученных студентами знаниях по основам обработки материалов и режущему инструменту, технологии конструкционных материалов и является базой для изучения предметов специального цикла.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
- знать устройство, технологическую наладку и работу наиболее распространенных металлорежущих станков, номенклатуру существующих станков для механической обработки деталей, технологические возможности каждого вида металлорежущего станка, методику реализации этих возможностей;
- уметь выбирать экономически наиболее целесообразные станки для выполнения заданной работы, производить расчет настройки металлорежущих станков, наладку основных типов станков, владеть приемами работы на основных видах металлорежущих станков.
1. МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЙ СТАНОК КАК СИСТЕМА
1.1. Краткая история станкостроения
Русское станкостроение возникло ещё в XVIII веке. Андрей Нартов построил ряд токарных станков, в том числе копировально-токарные, станки для нарезания винтов, для обтачивания цапф орудий, для отрезки прибылей. Это он изобрел станок с самоходным суппортом. Яков Батищев создал станки для одновременной обработки 12 и 24 ружейных стволов. Русские самоучки Лев Собакин, Алексей Суркин, Павел Захава и многие другие обогатили технику того времени станками новых типов. М.В. Ломоносов сконструировал сферотокарный станок для обработки металлических сферических зеркал.
Новые технологические процессы и реализующие их станки, предложенные российскими мастерами и техниками в XVIII веке, позволили освоить производство взаимозаменяемых деталей и узлов на 70-80 лет раньше, чем в Европе.
Большой вклад в развитие станкостроения внесли изобретатели Н.П. Кулибин, И.И. Ползунов, изготовивший инструмент и станки для токарной обработки паровых цилиндров.
Но, несмотря на наличие талантливых русских механиков, создавших ряд оригинальных станков, станкостроение в царской России не поднялось до уровня самостоятельной отрасли, большая часть оборудования ввозилась из-за границы. Из 90—100 тыс. металлорежущих станков, которыми в 1914—1917 гг. располагала вся промышленность России, станков отечественного производства было менее 20%. Они выпускались на сорока предприятиях, тридцать из которых были кустарными мастерскими с численностью рабочих 40—100 чел.
В начале XIX века в России родилась новая наука - технология. В ее основу легли достигнутые в XVIII веке успехи по взаимозаменяемости узлов при изготовлении и сборке различного оружия. Положения этой науки сформулировал академик З.М. Севергин, на десятки лет опередивший западных машиностроителей.
В 1610 г. русский профессор И.А. Тиме положил начало науке обработки металлов. Он раскрыл сущность процесса резания, объяснил характер образования, строения и усадку стружки, вывел формулы для расчета действующих сил. Его соотечественник академик А.В. Гадолин, исходя из оптимальной скорости резания, предложил геометрический ряд коробок скоростей, который в настоящее время принят во всем мире.
С конца XIX века обработка резанием развивалась параллельно с совершенствованием инструментальных материалов, технологии и конструирования станков. Это привело к повышению скоростей резания и подачи, увеличению жесткости конструкции, росту мощности привода, улучшению механики станка.
Крупный вклад в развитие станкостроения внесли русские ученые К.А. Зворыкин, А.А. Брике, Я.Г. Усачев, Н.П. Гавриленко, П.Л. Чебышев.
Правительство всегда придавали большое значение развитию станкостроения, основы которого были заложены в годы первых пятилеток.
В 1932 г вступает в строй Московский станкостроительный завод им. Серго Орджоникидзе, в 1934 г.— Московский завод «Станкоконструкция», в 1935 г.— Тбилисский станкостроительный завод им. Кирова и Саратовский завод тяжелых зуборезных станков, в 1936 г.— Киевский завод станков-автоматов им. Горького, в 1939 г.— Краматорский завод тяжелого станкостроения.
Важным событием того времени была организация в 1933 г. экспериментального научно-исследовательского института металлорежущих станков (ЭНИМС), на который были возложены проведение научных исследований в области станкостроения и разработка типажа металлорежущих станков. Вскоре создается отраслевой втуз — Московский станкоинструментальный институт. Началась подготовка инженеров по металлорежущим станкам в МВТУ им. Баумана, в Ленинградском, Киевском политехнических и других институтах.
Была поставлена задача: освоить производство 200 типоразмеров металлорежущих станков. Задача была выполнена: уже в 1940 г. наши станкостроительные заводы выпускали 202 типоразмера универсальных и специализированных станков. Отечественная промышленность получила автоматы и полуавтоматы, зубообрабатывающие, шлифовальные, протяжные, карусельные, револьверные, расточные и другие современные станки, предназначенные не только для единичного, но и для крупносерийного и массового производства деталей для различных машин. В 1937 г. в станкостроении был завершен переход на индивидуальный электропривод, что по тому времени явилось большим техническим достижением.
Уже перед Великой Отечественной войной Советский Союз был крупкой станкостроительной державой, обеспечивающей выпуск необходимого количества универсальных и специальных станков, большого числа автоматических станочных линий для ведущих отраслей машиностроения. Под руководством академика В. И. Дикушина были разработаны теоретические основы агрегатирования, реализованные в конструкциях многошпиндельных агрегатных станков и в автоматических линиях для обработки корпусных деталей. Профессора Н.С. Ачеркан и Н.В. Игнатьев опубликовали важнейшие положения о регулируемом главном приводе станков, а профессор Г.М. Головин разработал принципы кинематики станков.
Во время Великой Отечественной войны станкостроение вместе со всеми другими отраслями промышленности выпускало продукцию военного времени, а также специальные станки для ее производства. После войны началось восстановление и совершенствование различных отраслей машиностроения на базе непрерывно увеличивающегося выпуска специальных станков, автоматов и автоматических линий.
В этот период крупнейшие теоретические разработки в области станкостроения были осуществлены в Экспериментальном научно-исследовательском институте металлорежущих станков, а также в Московском станкоинструментальном институте и в других организациях. Советские станкостроители освоили выпуск самых разнообразных станков, необходимых для различных отраслей машиностроения. Это станки особо высокой точности, обеспечивающие отклонения в долях микрометров, тяжелые станки для обработки крупных деталей размерами в несколько десятков метров, станки для физико-химических методов обработки, станки-автоматы для контурной программной обработки очень сложных по форме деталей.
Особое развитие получило числовое программное управление станками. Микропроцессорные устройства управления превращают станок в станочный модуль, сочетающий гибкость и универсальность с высоким уровнем автоматизации. Станочный модуль способен обеспечивать обработку заготовок широкой номенклатуры в автономном режиме на основе малолюдной или даже безлюдной технологии.
Таким образом, современное станочное оборудование является базой для развития гибкого автоматизированного производства, резко повышающего производительность труда в условиях средне- и мелкосерийного производства.
Использование гибких производственных систем, состоящих из набора станков, манипуляторов, средств контроля, объединенных общим управлением от ЭВМ, дает возможность и в многономенклатурном крупносерийном производстве стимулировать научно-технический прогресс, быстрый и с минимальными затратами переход к новым, более совершенным образцам выпускаемой продукции. Переход от использования набора станков и других технологических машин к машинным системам в виде гибких производственных систем технологического оборудования помимо повышения производительности труда коренным образом изменяет весь характер машиностроительного производства. Создаются условия постепенного перехода к трудосберегающему производству при наивысшей степени автоматизации.
В дальнейшем в результате продолжения работ по комплексной автоматизации в мелкосерийном и серийном производстве на основе применения станков с числовым программным управлением были созданы базовые комплексно-автоматизированные системыпо производству валов (АСВ) и корпусных деталей (АСК). Высокий уровень автоматизации рабочих и вспомогательных процессов, оптимальная подготовка и ведение производства, график работы в две смены, резкое сокращение численности рабочих и обслуживающего персонала, значительное облегчение условий труда и повышение культуры производства – принципы, которые легли в основу создания систем АСВ и АСК.
Совершенствование современных станков должно обеспечивать повышение скоростей рабочих и вспомогательных движений при соответствующем повышении мощности привода главного движения. Исключительное значение приобретает повышение надежности станков за счет насыщения их средствами контроля и измерения, а также введения в станки систем диагностирования.
Повышение скоростей рабочих и вспомогательных движений связано с дальнейшим совершенствованием привода станков, шпиндельных узлов, тяговых устройств и направляющих прямолинейного движения. Применение композиционных материалов для режущих инструментов позволяет уже сейчас реализовать скорость резания до 1,5 – 2 км/мин, а скорость подачи довести до 20 – 30 м/мин. Дальнейшее повышение скоростей потребует поиска новых конструкций, использующих иные физические принципы и обеспечивающих высокую работоспособность ответственных станочных узлов.
Применение станочных модулей возможно только при полной автоматизации всех вспомогательных операций за счет широкого использования манипуляторов и промышленных роботов. Это относится к операциям, связанным со сменой заготовок, режущих инструментов, технологической оснастки, с операциями измерения заготовки, инструмента, с операциями дробления и удаления стружки из рабочей зоны станка.
Оснащение станков гибкого автоматизированного производства различными контрольными и измерительными устройствами является необходимым условием их надежной работы, особенно в автономном автоматизированном режиме. В современных станках используют широкий набор средств измерения, иногда очень точных, таких, например, как лазерные интерферометры, для сбора текущей информации о состоянии станка, инструмента, вспомогательных устройств и для получения достоверных данных об исправной работе.
Современные металлорежущие станки обеспечивают исключительно высокую точность обработанных деталей. Ответственные поверхности наиболее важных деталей машин и приборов обрабатывают на станках с погрешностью в долях микрометров, а шероховатость поверхности при алмазном точении не превышает сотых долей микрометра. Требования к точности в машиностроении постоянно растут, и это, в свою очередь, ставит новые задачи перед прецизионным станкостроением.
Специалисты в области металлорежущих станков и инструментов находятся на одном из самых ответственных участков всего научно-технического прогресса. Задача заключается в том, чтобы в результате коренного совершенствования технологии обработки, создания новых металлорежущих станков с микропроцессорным управлением, станочных модулей для гибких производственных систем обеспечить техническое и организационное перевооружение всех отраслей машиностроения и на этой основе обеспечить существенное повышение производительности труда.
Большой вклад в развитие и распространение знаний по технологическому оборудованию станкостроения внесли высококвалифицированные специалисты: П.Н. Белянин, А.З. Бабушкин, В.П. Бобров, С.Н. Власов, Л.И. Волчкевич, А.Л. Дерябин, П.И. Завгороднев, Е.И. Зазерский, Л.М. Кордыш, М.М. Кузнецов, В.Л. Косовский, С. Е. Локтева, А.А. Маталин, Р.X. Махмутов, В.Ю. Новиков, В.Э. Пуш, В.А. Ратмиров, А.Г. Схиртладзе, В.Н. Фещенко, Б.И. Черпаков, Ю.С. Шарин, Н.Н. Чернов, Ю.М. Ермаков, Б.Н. Фролов и др.
В настоящее время и в обозримом будущем потребуется создание новых моделей станков, станочных модулей, гибких производственных систем, поэтому будущие специалисты-станкостроители должны владеть основами конструирования станков и их важнейших узлов. Для успешного применения вычислительной техники при конструировании необходимо хорошо знать содержание процесса проектирования всех видов станочного оборудования, владеть методами его моделирования и оптимизации.
Современный станок органически соединил технологическую машину для размерной обработки с управляющей вычислительной машиной на основе микропроцессора. Поэтому специалист-станкостроитель должен хорошо понимать принципы числового программного управления станками, владеть навыками подготовки и контроля управляющих программ.
1.2. Современное состояние и ведущие станкостроительные
предприятия Республики Беларусь
Собственное станкостроение в Беларуси многие годы обеспечивало количественное и качественное развитие других отраслей, играя ключевую роль в обновлении парка технологического оборудования. В настоящее время оно представлено хозяйственной группой «Белстанкоинструмент», объединяющей 25 предприятий и организаций, в числе которых станкостроительные и инструментальные заводы, предприятия по производству универсальной технологической оснастки, кузнечно-прессового и литейного оборудования, специальное конструкторское бюро (СКБ), научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт.
Номенклатура производимых станков охватывает все 9 групп по принятой в станкостроении классификации, а также деревообрабатывающие станки, что позволяет удовлетворить технические потребности предприятий различных отраслей. Кроме продукции технического назначения станкостроительные заводы осуществляют капитальный ремонт и модернизацию металлообрабатывающего оборудования, выпускают и потребительские товары, среди которых бытовые деревообрабатывающие станки, режущий инструмент, запасные части к легковым автомобилям и др.
Станкостроение в Республике Беларусь является важной составной частью машиностроительной и металлообрабатывающей промышленности нашей страны, которая в свою очередь включена в промышленный комплекс Республики Беларусь.
Промышленный комплекс является важнейшим межотраслевым комплексом национальной экономики. На его долю приходится 28,8% валового внутреннего продукта, 35,8% основных фондов, с промышленным производством связано 27% занятого населения страны. Промышленности принадлежит решающая роль в развитии национальной экономики, она определяет масштабы, структуру и территориальную организацию производительных сил.
Машиностроительная и металлообрабатывающая промышленность является ведущей отраслью национальной экономики и служит одним из основных источников валового внутреннего продукта и валютных поступлений. В ней создается 22,2% стоимости произведенной промышленной продукции, сосредоточено 20,0% промышленно-производственных основных фондов, занято 86,3% общей численности промышленно-производственного персонала страны.
Станкостроительная и инструментальная промышленность является базовой подотраслью научно-технического прогресса в машиностроении. В настоящее время номенклатура выпускаемой продукции включает примерно 350 типоразмеров металлорежущих станков, 60 типоразмеров деревообрабатывающих станков, 45 типоразмеров кузнечно-прессовых машин. Удельный вес продукции, поставляемой на экспорт, составляет более 40%, в том числе в страны СНГ – 36%, в дальнее зарубежье – 4–5%.
Известно, что во времена СССР станкостроительная отрасль Беларуси была одной из самых развитых в Союзе: ею выпускались станки более 400 типоразмеров. Общий объем производства составлял почти 18 000 единиц металлообрабатывающего оборудования в год, или 15–18 % общесоюзного выпуска и было представлено 36 предприятиями и организациями.
Снижение спроса на дорогостоящее наукоемкое оборудование вследствие общего спада производства в период экономического кризиса 1991–1995 гг. негативно сказалось на станкостроительной и инструментальной промышленности. Производство станков отброшено кризисом к уровню 1950-х годов. Последовавшая затем, особенно в 1999–2002 гг., значительная государственная поддержка в виде налогового кредита, льгот по таможенным пошлинам и другие преференции позволили ряду предприятий стабилизировать производство, освоить новые конкурентоспособные изделия. В итоге выпуск металлорежущих станков к 2010 г. был увеличен на 43,4% по сравнению с 1995 г. Однако финансово-экономическое положение большинства предприятий остается сложным, продукция – низкорентабельной, отсутствие у потребителей реальных средств на перевооружение станочного парка сдерживает развитие подотрасли.
Сегодня станочный парк в Беларуси насчитывает около 140000 единиц всех типоразмеров. Физический износ основных типов станков - финишных, координатно-расточных, зуборезных — составляет от 80 до 90 %. Естественно, технический прогресс в отрасли невозможен без обновления этого парка.
Серьезной проблемой станкостроения в настоящее время является 75% изношенность фондов машиностроения, его основные фонды производства пришли в критическое состояние - отслужили свой срок более 20 лет
Ведущими станкостроительными предприятиями Республики Беларусь являются:
1. Барановичский завод автоматических линий. Выпускает автоматические линии, агрегатные станки, специальные деревообрабатывающие станки.
2. Витебский завод заточных станков (ВИЗАС). Производит: универсально-заточные станки; универсально-заточные станки с ЧПУ; специализированные станки для заточки протяжек, червячных фрез, зуборезных головок, фрезерных головок, дисковых пил, сверл, зенкеров, метчиков, плашек и др. инструментов.
3. Витебский станкостроительный завод (ВИСТАН). Производит базовые бесцентровошлифовальные станки с неподвижной бабкой шлифовального круга, токарные универсальные, круглошлифовальные центровые, зубошлицефрезерные, зубодолбежные и закругляющие, зубообрабатывающих станков с ЧПУ и др. станки.
4. Гомельский станкостроительный завод им. С.М. Кирова (Станкогомель). Выпускает обрабатывающие центры, консольно-фрезерные, долбежные станки, станки для механической обработки торцов труб магистральных трубопроводов, правильно отрезной автомат.
5. Гомельский завод станочных узлов. Выпускает: токарно-винторезные станки, вертикально и радиально-сверлильные станки, настольные фрезерно-сверлильные станки, настольно-сверлильные станки обдирочно-шлифовальные станки, узлы для токарных станков, автоматические головки для станков с ЧПУ.
6. Минский станкостроительный завод им. Кирова. Производит: протяжные станки различного назначения; отрезные круглопильные и ленточнопильные станки для резки черных и цветных металлов; деревообрабатывающие станки различного назначения.
7. Минский завод автоматических линий им. Машерова. Производит: автоматические линии для обработки корпусных деталей; автоматические линии из вертикальных токарных станков, агрегатные станки для обработки различных деталей, специальные станки по заказу, полуавтоматы отрезные круглопильные, специальные станки для обработки деталей водопроводной арматуры, токарные вертикальные станки с ЧПУ, деревообрабатывающие станки, станки для мебельной промышленности, широкоуниверсальный станок (точение, фрезерование, строгание, сверление).
8. Молодечненский станкостроительный завод (МСЗ). Выпускает: настольные вертикально-сверлильные станки; резьбонарезной автомат, гайконарезные автоматы; балансировочный станок, центровально-подрезные станки.
1.3. Общие сведения о металлорежущих станках
Металлообрабатывающий (металлорежущий) станок (МРС) - это машина, предназначенная для обработки заготовок в целях образования заданных поверхностей путем снятия стружки или путем пластической деформации.
Обработка на металлорежущих станках производится преимущественно путем резания лезвийным или абразивным инструментом. Получили распространение станки для обработки заготовок электрофизическими методами. Станки применяют также для выглаживания поверхности детали, для обкатывания поверхности роликами. Металлорежущие станки осуществляют резание и неметаллических материалов, таких как керамика, стекло и другие материалы.
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 (рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 – Структурная схема станка: I0, I1 – входная и выходная информация; М0 – заготовка; М1 – изделие (деталь); Е – энергия; 1 – подсистема управления; 2 – подсистема контроля; 3 – подсистема манипулирования; 4 – подсистема обработки
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 «ганка 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 преобразователей (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 (рисунок 1.2) сообщает вращательное движение шпинделю, в котором закреплен режущий инструмент либо заготовка.
Рисунок 1.2 – Основные узлы (сборочные единицы) металлорежущего станка: 1 – главный привод; 2 – базовые детали; 3 – приводы подач
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.
Станки с ЧПУ должны обеспечивать высокую точность и скорость отработки перемещений заданных УП, а также сохранять эту точность в заданных пределах при длительной эксплуатации. Конструкция станков с ЧПУ, как правило, обеспечивает совмещение различных видов обработки, автоматизацию загрузки заготовок и выгрузки деталей, автоматическое или дистанционное управление сменой инструмента, возможность встройки в общую автоматическую систему управления. Высокая точность обработки определяется точностью изготовления и жесткостью станка. В конструкциях станков с ЧПУ используют короткие кинематические цепи, что повышает статическую и динамическую жесткость станков. Для всех исполнительных органов применяют автоматические приводы с минимально возможным числом механических передач. Эти приводы должны иметь высокое быстродействие. Точность станков с ЧПУ повышается в результате устранения зазоров передаточных механизмов приводов, уменьшения потерь на трение в направляющих и механизмах, повышения виброустойчивости, снижения тепловых деформаций.
Узлы, входящие в состав станков с ЧПУ, подразделяются на следующие основные группы: 1) базовые (станина, стойки, колонны, поперечины), определяющие относительное расположение остальных узлов; 2) узлы, несущие заготовку и определяющие характер ее движения в процессе обработки (стол, передняя и задняя бабки, ползун); 3) узлы, несущие инструмент и определяющие его положение относительно заготовки (суппорт, револьверная головка, бабка инструментального шпинделя); 4) приводы СЧПУ.
В конструкциях современных станков применяют следующие унифицированные узлы, использование которых снижает стоимость изготовления, эксплуатации и ремонта станков: автоматические коробки скоростей; комплексные электроприводы, с асинхронными электродвигателями и электродвигателями постоянного тока; механические вариаторы; электромагнитные и тормозные муфты; беззазорные редукторы; передачи винт-гайка качения; гидростатические передачи; гидропанели; инструментальные головки и блоки; резцедержатели; револьверные головки; системы подачи СОЖ; УЧПУ и др.
Органы управления станков с ЧПУ выполняют в виде электрических кнопок, переключателей, тумблеров. Обычно станок с ЧПУ оснащен двумя или тремя пультами управления: один размещен на УЧПУ, второй (оперативный) - вблизи исполнительных органов станка, третий, предназначенный для включения станка и его основных систем, может быть расположен вдали от станка.
Приводы подач станков с ЧПУ содержат зубчато-реечные, зубчато-червячные и шариковинтовые передачи с автоматической выборкой зазоров.
ДОС как устройство обратной связи (выдающее информацию о величине фактического перемещения, положения и скорости ИО станка) входит в систему путевого контроля, включенную в измерительную схему и схему формирования выходного сигнала. Эти схемы являются устройствами согласования ДОС с основными узлами УЧПУ. ДОС подразделяют на абсолютные и циклические. В отечественных станках с ЧПУ в качестве циклических ДОС применяют преобразователи, измеряющие линейные перемещения и построенные на основе сельсинов.
Сельсин - вращающийся трансформатор с воздушным зазором, у которого при вращении ротора происходит изменение величины напряжения. В сельсине поворот ротора относительно статора преобразуется в сдвиг фаз выходного и опорного напряжения.
Преобразователи на основе сельсинов являются датчиками обратной связи по углу поворота, поэтому их стыкуют непосредственно с вращающимися элементами приводов подач станков или связывают с поступательно перемещающимися ИО станка через передачу «зубчатая рейка-шестерня». Стыковка ДОС с ИО станка представлена на рисунке 1.3. К данному типу ДОС относятся вращающиеся трансформаторы, развернутые сельсины, индуктосины.
К вспомогательным механизмам относятся устройства смены инструмента, уборки стружки, смазывания, зажимные приспособления, загрузочные устройства и т.д. Для уборки стружки используют винтовые конвейеры, магнитные сепараторы и т.д. Для сокращения потерь времени при загрузке применяют приспособления, позволяющие одновременно устанавливать заготовку и снимать деталь во время обработк