ТЕМА 1. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

Признаки классификации: по технологическому назначению; по степени универсальности; по весу; по точности; по основному размеру. Классификация по технологическому назначению. По технологическому назначению станки разбиты на девять групп.

Главным признаком объединения станков в группы является идентичность выполняемых технологических операций, например, токарных сверлиль-ных фрезерных и т.д. Выделяют следующие группы станков:

1 – токарные; 2 – сверлильные; 3 – шлифовальные; 4 – комбинирован-ные; 5 – зубо и резьбообрабатывающие; 6 – фрезерные; 7- строгальные, долбёжные и протяжные; 8 – станки заготовительных производств; 9 – разные.

Каждая группа станков делится на девять типов по следующим ос-новным признакам:

- по количеству исполнительных органов одинакового назначения (многошпиндельные и т.д.)

- по типу инструмента (зубодолбёжные и т.д.) - по компоновке (вертикальношпиндельные, горизонтальношпин-

дельные, одностоечные и т.д.) - по типу обрабатываемых поверхностей (круглошлифовальные,

плоскошлифовальные и т.д.). данный признак классификации используется технологом при назна-

чении станка в зависимости от вида операции и некоторых других факто-ров.

Классификация по степени универсальности. Все станки по степени универсальности делятся на четыре группы: - универсальные станки могут выполнять более трех операций, в том

числе и с применением приспособлений на большой номенклатуре деталей большого диапазона размеров;

- станки широкого назначения могут выполнять до трех операций на деталях широкой номенклатуры;

- специализированные станки предназначены для выполнения одной операции на однотипных деталях широкого диапазона размеров;

- специальные станки предназначены для обработки конкретной де-тали или однотипных деталей небольшого диапазона размеров.

Данный признак классификации используется технологом при назна-чении станка в зависимости от типа производства. Станки специальные и специализированные обычно используются в автоматических линиях.

Классификация по весу. По весу все станки делятся на: - легкие – весом до 1 тонны; - средние – весом до10 тонн; - крупные – весом до 30 тонн; - тяжёлые – весом до 100 тонн; - уникальные – весом свыше 100 тонн. Данный признак классификации используется в основном проекти-

ровщиками механосборочных цехов для установки в тех или иных проле-тах грузоподъёмных механизмов соответствующей грузоподъёмности для установки и снятия заготовок на станок и со станка. От веса станка зависит так же способ его установки в цеху. Станки легкие и средние устанавли-ваются на общем полу цеха, а станки крупные и выше требуют специаль-ных фундаментов для их установки.

Классификация по точности. По точности все станки делятся на станки: - нормальной точности, обозначаются буквой Н (обычно не обозна-

чаются); - повышенной точности – П; - высокой точности – В; - особо высокой точности – А; - особо точные – С (мастер - станки). Данный признак классификации используется технологом при назна-

чении станка в зависимости от требуемой точности обработки. Станки классов точности В, А и С должны эксплуатироваться в специальных по-мещениях (термоконстантные участки или цеха) , в которых поддержива-ется стабильный температурный режим. Причем чем ни выше точность станка, тем жестче температурный режим помещения.

Классификация по основному размеру. Станок каждого типа имеет свой основной размер, который характе-

ризует размер или размеры обрабатываемых деталей, инструмента или размеры станка. Для токарных автоматов и токарноревольверных станков таким размером является максимальный диаметр прутка, который может быть вставлен в отверстие шпинделя станка. Для карусельных, круглош-лифовальных и зубофрезерных станков таким размером является наи-больщий диаметр обрабатываемой детали. Для фрезерных станков разме-ры стола и т.д. Для станков наиболее распространенных типов разработа-ны размерные ряды. Каждый ряд включает в себя несколько станков по-добных по конструкции, компоновке, принципу действия и т.д. и отлича-ются друг от друга диапазоном размеров обрабатываемых деталей. Напри-мер размерный ряд токарновинторезных станков образуют станки моделей 1И611, 16Б16, 16К20, 1М63, 164, 165, 168,.и т.д., которые отличаются мак-симальными диаметрами обрабатываемых деталей (250, 320, 400, 630, 800, 1000 мм и т.д.).

Конструкция станков из одного размерного ряда состоит в основном из унифицированных узлов и деталей , одинаковых или подобных. Это об-легчает проектирование, изготовление и эксплуатацию станков.

Обозначение станов. Для большинства станков включенных в размерные ряды установлено

следующее правило построения обозначения модели станка. Первая цифра обозначает принадлежность станка к технологической группе. Вторая цифра обозначает принадлежность станка к определенному типу. Третья или третья и четвертая цифры обозначают типоразмер станка (его основ-ной размер). У некоторых типов станков основной размер обозначается формальной цифрой (горизонтально, вертикальнофрезерные и некоторые другие). Буква стоящая между первой и второй цифрой или второй и третьей обозначает модернизацию. Модернизация станка сопровождается изменением основных технических характеристик. Буква, за исключением букв Н, П, В ,А ,С, М, Ф, стоящая после обозначения основного размера обозначает модификацию станка. Модификация станка сопровождается изменением конструкции отдельных узлов станка без изменения основных характеристик Буквы Н, П, В, А,С обозначают класс точности, буква М обозначает наличие у станка магазина инструментов и, или заготовок. Бук-ва Ф обозначает наличие системы числового программного управления станком. Цифра стоящая сразу за буквой Ф обозначает тип системы число-вого программного управления. 1 – система цифровой индикации, 2 – по-зиционная система управления, 3 – контурная система управления, 4- ком-бинированная система управления.

ТЕМА 2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАНКОВ. Станок как сложная техническая система имеет большое количество

характеристик, которые можно разбить на четыре группы: - геометрические характеристики; - точностные характеристики; - скоростные характеристики; - силовые характеристики. 1. Геометрические характеристики. К геометрическим характеристикам относятся: - основной размер; - размеры рабочего пространства (максимальные величины переме-

щений рабочих органов станка) - основные присоединительные размеры - габаритные размеры станка. Рабочим пространством станка называется пространство в котором

размещается обрабатываемая деталь. В любую точку рабочего пространст-ва может быть помещен инструмент при его перемещении и, или переме-щении рабочего пространства. Таким образом можно сказать, что размеры рабочего пространства определяются величиной наибольших перемещений исполнительных органов. Присоединительными размерами станка являют-ся размеры поверхностей по которым осуществляется присоединение при-способлений или обрабатываемой детали к рабочим органам станка.

2. Точностные характеристики. К точностным характеристикам относятся: - точность перемещения или позиционирования рабочих органов

станка; - точность вращения шпинделя (радиальное и осевое биение перед-

него конца); - точность взаимного расположения рабочих органов станка (непер-

пендикулярность направляющих салазок и суппорта и т.д.); - точность взаимного расположения отдельных конструктивных

элементов деталей (непараллельность направляющих станины или стойки и т.д.).

3. Скоростные характеристики. Для осуществления оптимальных режимов резания станки оснащают

механизмами для регулирования скорости резания и подачи. Существуют два основных способа регулирования скорости: ступенчатое регулирова-ние и бесступенчатое регулирование.

Ступенчатое регулирование нашло наибольшее распространение в металлорежущих станках и осуществляется при помощи множительных структур, которые создают геометрические ряды частот вращения (скоро-стей), которые являются экономически предпочтительными.

Обоснование целесообразности применения геометрического ряда для частот вращений шпинделей станков предложено акад. А. В. Гадолиным. Сущность доказательства преимуществ геометрического ряда сводится к следующему. Если рассмотреть два любых соседних значения числа обо-ротов nk и nk+1, то на лучевой диаграмме (рис. 2.1)они представляются в виде двух наклонных прямых, проходящих через начало координат.

Для некоторого принятого диаметра обработки dо можно осуществить

два значения скорости резания Vk иVk+1, но никаких промежуточных зна-чений на станке не будет. В том случае, если необходимая по режимам об-работки скорость резания окажется в середине интервала, то абсолютная потеря в скорости определится как:

21 kk VVV −

=∆ +

Если же рассмотреть самый неблагоприятный случай, когда недопус-тимо даже малейшее превышение требуемой скорости, то наибольшая возможная потеря скорости kr VVV −=∆ +1max . При этом относительная по-теря скорости может быть связана со значениями частот вращений:

111

1

1

max 11+++

+

+

−=−=−

=∆

k

k

k

k

k

kk

k nn

VV

VVV

VV

Наиболее целесообразным будет ряд с постоянной потерей скорости, а соответственно и с постоянной потерей технологической производитель-ности. Для этого необходимо, чтобы

constnn

k

k =−+1

1 или ϕ==+ constn

n

k

k 1

Условие постоянства отношения двух любых чисел в ряду приводит к геометрическому ряду со знаменателем ряда ϕ.

Рис. 2.1 Лучевая диаграмма

n 1

n 2

nkn

nk+1nz

v

0 D0 DDv

max

Vk

Vk+1

Основными скоростными характеристиками при ступенчатом регули-ровании являются:

- диапазон регулирования частот вращения шпинделя для враща-тельного главного движения - Dn.

Диапазон регулирования определяется по формуле:

min

max

nnDn =

где:

min

maxmax d

Vn = - максимальная частота вращения шпинделя

max

minmin d

Vn = - минимальная частота вращения шпинделя

minmax ,VV - соответственно максимальная и минимальная скорости ре-зания.

minmax ,dd - соответственно максимальный и минимальный диаметры обработки или диаметры инструмента.

Подставляя значения для максимальной и минимальной частот вра-щения в формулу для диапазона регулирования получим:

dVn DDdVdVD ⋅=

⋅⋅

=minmin

maxmax

где: VD - диапазон скоростей резания dD - диапазон обрабатываемых диаметров или диапазон диаметров

применяемых инструментов. Диапазон регулирования скорости перемещения стола, ползуна и т.д.

для поступательного главного движения и диапазон регулирования скоро-стей подач определяются аналогично.

- знаменатель ряда частот вращений - ϕ. Для обеспечения необходимого диапазона регулирования возможны

различные варианты выбора знаменателя ряда. В станкостроении все зна-чения знаменателей ряда стандартизованы в пределах 1 < ϕ ≤ 2. Нижний предел для знаменателя ряда очевиден, так как при ϕ = 1 регулирование становится бесступенчатым, а верхний предел установлен исходя из того, что наибольшая относительная потеря скорости не должна превышать 50%

В станкостроении приняты значения ϕ приведенные в таблице.

ϕ 1,06 1,12 1,26 1,41 1,58 1,78 2

%max

VV∆

5 10 20 30 40 45 50

Среди всех стандартных значений знаменателя ряда наибольшее рас-пространение в станках получили ϕ = 1,26; 1,41 и 1,58. Меньшие значения значительно усложняют привод, который не может при этом конкуриро-вать.с бесступенчатым регулированием. Большие значения знаменателя приводят к весьма грубому регулированию, и их используют иногда лишь в специализированных станках. Во второй строке таблице приведены зна-чения возможной наибольшей относительной потери скорости а значит и производительности.

Любой член геометрического ряда может быть определен по формуле: 1

1−⋅= Z

Z nn ϕ Z - число ступеней регулирования. Если обозначить nz = nmax, а n1 = nmin, то число ступеней регулирования

можно определить по формуле:

ϕlg

lg1 min

max

nn

Z +=

Для известных значений V и d по лучевым диаграммам определяют требуемую частоту вращения шпинделя.

Бесступенчатое регулирование позволяет точно настроить станок на заданный режим резания. Этот тип регулирования осуществляется либо при помощи вариаторов различных систем, либо при помощи регулируе-мого электропривода. В этом случае к скоростным характеристикам отно-сятся:

- диапазон частот вращения шпинделя (диапазон скоростей переме-щения стола, ползуна и т.д.)

- диапазон подач Данные характеристики определяются как и в случае ступенчатого ре-

гулирования. Бесступенчатое регулирование не нашло широкого применения в

станках (за исключением станков с числовым программным управлени-ем),так как имеет существенные недостатки: низкий к.п.д вариаторов и вы-сокая стоимость регулируемого электропривода.

4. Силовые характеристики. К силовым характеристикам станка относятся: - мощность привода главного движения; - мощность привода подач; - мощность холостого хода; - крутящие моменты Мощность привода главного движения определяется силами и скоро-

стями резания

кВтVP

N pZP 60102 ⋅

⋅=

PZ – главная составляющая силы резания, кГс

Сила резания может быть определена по зависимостям теории резания или по приближенной формуле

( )cabkPZ ⋅+⋅= 4.0 k – коэффициент учитывающий механические характеристики мате-

риала k = 120÷180 кГс/мм2 – для стали k = 90÷110 кГс/мм2 – для чугуна a, b – соответственно глубина и ширина срезаемого слоя, мм с – ширина площади износа по задней поверхности режущего клина

инструмента. VP – скорость резания, м/мин Мощность привода подач определяется тяговой силой и скоростью

подачи

кВтVQN SS 31060102 ⋅⋅

⋅=

Q – тяговое усилие в приводе подач, кГс Для различных станков тяговое усилие определяется по формулам:

( )GPfPkQ ZX ++⋅= - для токарных станков ( )GPPfPkQ YZX +++⋅= - для фрезерных станков

dM

fPQ крX

2+= - для сверлильных станков

PX – составляющая силы резания параллельная вектору скорости по-дачи.

PZ и PY – составляющие силы резания перпендикулярные вектору ско-рости подачи.

f = 0,2 – коэффициент трения в направляющих скольжения со смаз-кой.

G – вес перемещаемых узлов. k = 1,15 – коэффициент учитывающий опрокидывающий момент на

направляющих. VS – скорость подачи, мм/мин Мощность холостого хода можно определить по формуле

кВтknddkndN шп

cp

шпcpX

621 10−⋅⋅

⋅⋅+= ∑

dcp – средний диаметр всех валов, мм dшп – средний диаметр шпинделя, мм ∑n – сумма частот вращения всех валов, об/мин nшр – средняя частота вращения шпинделя станка, об/мин k1 = 1,5 – коэффициент учитывающий предварительный натяг в опо-

рах шпинделя k2 = 3÷6 – коэффициент, зависящий от типа системы смазки.

Полная потребляемая мощность станком может быть определена по формуле

DXSP NNNNN +++= ND – дополнительные затраты мощности (привод охлаждения, привод

инструментальной головки и т.д.) Крутящий момент в приводе главного движения и в приводе минут-

ной подачи определяется по формуле

ммкГсnNM

pkp ⋅⋅= 5107.9

N – передаваемая мощность, кВт np – расчетная частота вращения шпинделя или входного элемента тя-

гового устройства, об/мин. В качестве расчетной берется частота на 30% превышающая минимальную частоту вращения.

Крутящий момент на входном валу тягового устройства в приводе оборотной подачи

ммкГсHQM kp ⋅⋅

=πη2

H – ход тягового устройства tkH ⋅= - для винтовых и червячно-реечных передач

zmH ⋅⋅= π - для зубчато-реечных передач k – число заходов винта или червяка t – шаг винта или червяка m – модуль рейки или шестерни z – число зубъев шестерни

ТЕМА 3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СТАНКОВ.

Для сравнительной оценки технического уровня станков и комплектов станочного оборудования, а также для выбора станков в соответствии с решением конкретной производственной задачи используют набор показа-телей, характеризующих качество, как отдельных станков, так и набора станочного оборудования.

Существуют следующие основные технико-экономические показате-ли:

- эффективность; - производительность - надежность; - гибкость. 1 Эффективность Эффективность — комплексный (интегральный) показатель, который

наиболее полно отражает главное назначение станочного оборудования — повышать производительность труда и соответственно снижать затраты труда при обработке деталей. Эффективность станков оценивается по формуле

∑=

cNA

N -годовой выпуск деталей; ∑c - сумма годовых затрат на их изготовление. При проектировании или подборе станочного оборудования всегда

следует стремиться к максимальной эффективности, а показатель «А» при этом следует рассматривать как целевую функцию

Сравнение эффективности двух вариантов станочного оборудования при заданной программе выпуска ведут по разности приведенных затрат

( ) ( )21 ∑∑ −= ccP где индекс «2» относится к более совершенному варианту станочного

оборудования при сравнении с базовым (индекс «1»). 2. Производительность Существуют несколько показателей производительности по которым

сравнивают различные типы станков. Штучная производительность – это способность станка обеспечивать

обработку определенного числа деталей в единицу времени. Штучная производительность (шт./год) выражается числом деталей,

изготовленных в единицу времени, при непрерывной безотказной работе TTQ O=

где ТО — годовой фонд времени; Т — полное время всего цикла изго-товления детали.

При изготовлении на универсальном станке разных деталей его штуч-ную производительность определяют по условной, так называемой пред-ставительной детали, форму и размеры которой берут усредненными по

всему рассматриваемому множеству деталей. Все параметры представи-тельной детали (масса, размеры, допуски и т. д.) определяют как средне-взвешенные величины (рис. 3.1)

∑ ⋅=δ

δ CXXX

где х — величина данного параметра внутри каждого интервала; δCX — частость по интервалам изменения величины х δ — общая частость (весомость) деталей рассматриваемой группы.

Производительность формообразования. Ее применяют для сравнения

разного по характеру оборудования. Она определяется по формуле:

TLtVQ PP

Ф ⋅⋅

=

VP и L – скорость резания и полный путь инструмента по образующей линии

tP – время резания T – время цикла обработки Производительность резания определяют объемом материала, снятого

с заготовки в единицу времени. Этот показатель применяют для оценки возможности станков для предварительной размерной обработки или для сравнения различных технологических способов размерной обработки

Вид обработки Производительность см3/мин Мощность кВт

Точение 1500 0,06 шлифование 800 0,6

Лазерная обработка 0,01 4000

Рис. 3.1 Определение параметров представительной детали

3. Надежность Надежность станка — свойство станка обеспечивать бесперебойный

выпуск годной продукции в заданном количестве в течении определенного срока службы и в условиях применения, технического обслуживания, ре-монтов, хранения и транспортирования.

Нарушение работоспособности станка называют отказом. При отказе продукция либо не выдается, либо является бракованной.

Безотказность станка — свойство станка непрерывно сохранять рабо-тоспособность в течение некоторого времени. Безотказность может быть оценена следующими показателями.

Вероятность отказа по результатам испытаний определяется по фор-муле

( )O

OT

NNtQ =

NО – общее количество элементов, из которых отказали ИOOT NNN −= - число отказавших элементов

NИ – число исправных элементов Вероятность безотказной работы

( ) ( )O

И

O

OT

NN

NNtQtP =−=−= 11

Интенсивность отказов — условная плотность вероятности возникно-вения отказа в единицу времени

( )dt

dNN

t OT

И

1=λ

Комплексным показателем надежности станков является коэффициент технического использования

⋅+

=∑

n

CPii t1

1

1

λη

где n — число независимых элементов, подверженных отказам; λi — интенсивность отказов i-го элемента; tCPi — среднее время на устранение отказа (на восстановление). Тогда фактическая производительность определяется

η⋅= QQФ Долговечность станка — свойство станка сохранять работоспособ-

ность в течение некоторого времени с необходимыми перерывами для тех-нического обслуживания и ремонта до наступления предельного состоя-ния.

Ремонтопригодность — свойство, заключающееся в приспособленно-сти к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и восстановлению работоспособности.

4. Гибкость. Гибкость – способность к быстрому переналаживанию. Она характе-

ризуется универсальностью и переналаживаемостью. Универсальность определяется числом разных деталей, подлежащих

обработке на данном станке, или отношением количества деталей выпу-щенных на станке за год к номенклатуре детале.

Переналаживаемость определяется затратами времени и средств на переналадку станка при переходе на обработку новой партии деталей.

ТЕМА 4. ТОЧНОСТЬ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ.

Точность станка непосредственно связана с точностью обработки и характеризует, в какой мере те или иные погрешности станка влияют на точность обрабатываемых деталей. Все виды погрешностей станка можно условно разделить на несколько основных групп.

1. Геометрические погрешности. Геометрические погрешности характеризуют ошибки взаимного рас-

положения узлов станка (рис. 4.1) и зависят от: - точности обработки деталей; точность получения заготовок кор-

пусных деталей; точность механической обработки. - сборки станка (точность взаимного расположения узлов и корпус-

ных деталей). - износа трущихся поверхностей.

Погрешность на рисунке а) определяется погрешностью обработки продольных и поперечных направляющих салазок токарно-винторезного станка (не перпендикулярность направляющих), либо погрешностью сбор-ки (не перпендикулярность оси шпинделя и поперечных направляющих салазок. Погрешность на рисунке в) определяется погрешностью сборки (не соосность передней и задней бабок). Погрешность на рисунке д) опре-деляется погрешностью вращения шпинделя в опоре. Погрешности б и г определяются износом соответственно поперечных направляющих суп-порта и продольных направляющих станины.

Требования к точности изготовления станка формулирует конструк-тор, исходя из допуска на точность обрабатываемой на станке детали с учетом реальных возможностей производства. Геометрические погрешно-сти станка следует оценивать по их влиянию на точность взаимного распо-ложения инструмента и обрабатываемой детали в процессе формообразо-вания ее поверхности.

Способы компенсации геометрических погрешностей:

Рис. 4.1 Примеры геометрической погрешности

- повышение точности обработки деталей; - ужесточение допусков на взаимное расположение поверхностей; - соблюдение технологии получения заготовок литых и сварных ба-

зовых деталей; - предусматривать в конструкции станка приспособления для точной

регулировки взаимного расположения узлов станка; - применять износостойкие покрытия и защитные устройства для

направляющих с целью уменьшения износа.

2. Кинематические погрешности. Кинематические погрешности влияют на скорость движения исполни-

тельных (рабочих) органов станка (шпинделя, стола), несущих инструмент или обрабатываемую деталь, и важны в тех случаях, когда скорость дви-жения инструмента относительно детали влияет на формообразование, что имеет место в станках для обработки сложных поверхностей (зубообраба-тывающих, резьбонарезных и т.п. рис. 4.3).

Причинами кинематических погрешностей являются: - ошибки в передаточных числах зубчатых, червячных и винтовых

передач кинематической цепи (теоретическая погрешность);

Рис. 4.2 Способы установки шпиндельной бабки

Рис. 4.3 Погрешности шага резьбы и боковой поверхности зуба t0 – теоретический шаг; t1 – реальный шаг; ∆t – погрешность шага

- неточности изготовления элементов привода и переменной жестко-сти станка;

- износ рабочих поверхностей механических передач и как следствие возникновение зазоров.

Так, например, вследствие неточности резьбонарезной цепи будут не-допустимо большие отклонения шага нарезаемой резьбы, а неточности це-пи обката при нарезании зубчатого колеса – отклонения от эвольвентного профиля.

Способы уменьшения кинематических погрешно- стей. Способы уменьшения кинема- тических погрешностей зависят от причин их вызы-вающих:

- уменьшение износа трущихся поверхностей деталей механических передач за счет улучшения системы смазки, применения износо-стойких покрытий, применение термической обработки;

- повышение точности изготовления элементов кинематических це-пей;

- уменьшение зазоров в передачах; Абсолютное большинство механических передач зазорные, т.е. для

того чтобы они работали необходим зазор. Зазор одной передачи как пра-вило невелик и не может оказывать существенного влияния на точность, однако в состав одной цепи может входить до десятка и более передач и в этом случае суммарная погрешность может оказаться недопустимо боль-шой. Особенно эти погрешности опасны для реверсивных цепей. Для вы-борки зазоров существуют следующие способы (рис. 4.4).

- повышение точности цепи в целом за счет применения корректи-

рующих устройств. Рассмотрим пример корректирующего устройства резьбонарезной це-

пи (рис. 4.5). Корректирующее устройство представляет собой дифференциальную

гайку 2 и копир 8. Копир изготавливают на специальных профилешлифо-вальных станках по кинематограммам 9, получаемых на кинематометрах, на которых, производят сравнение эталонного винта 4 и гайки 3 с рабочим винтом 1 и гайкой 2.

Рис. 4.4 Способы выбора зазоров в зубчатых передачах

Погрешность шага рабочего винта ∆h на определенной его длине ком-

пенсируется поворотом гайки на угол α. Зависимость погрешности шага от приращения высоты копира можно представить в виде

π2

∆

⋅=∆ R

harctgtt

Аналогичные устройства применяются и для компенсации погрешно-стей в цепях обката зуборезных станков, например, дифференциальная червячная передача.

3. Упругие погрешности. Упругие погрешности возникают из-за деформаций несущей системы

станка и нарушают правильность взаимного расположения инструмента и обрабатываемой детали при действии силовых факторов.

Основными причинами упругих погрешностей являются: - силы резания - весовые нагрузки от узлов и заготовки. Изменение величины упругих перемещений связано с переменным

характером силового воздействия. Так, составляющие силы резания изме-няются в процессе обработки по величине, направлению и точке приложе-ния. Масса подвижных узлов станка при их передвижении оказывает раз-личное действие на несущую систему и меняет величину упругих переме-щений.

Свойство станка сопротивляться возникновению упругих перемеще-ний называют жесткостью, которая определяется по формуле

fPj =

Рис. 4.5 Корректирующее устройство резьбонарезной цепи

где: P – сила f – перемещение упругой системы, вызванное данной силой Так как станок состоит из множества деталей и стыков, которые вос-

принимают силовой поток, то суммарная жесткость станка в зоне резания (технологическая жесткость) определяется по формуле

∑= n

ij

j

1

11

ji – жесткость отдельного последовательно работающего элемента уп-ругой системы.

Величина обратная жесткости называется податливостью. Упругие погрешности в реальном станке проявляются в виде собст-

венных деформаций базовых деталей и деформаций в стыках. Следова-тельно, уменьшить упругие погрешности можно путем:

- увеличения жесткости базовых деталей (увеличение моментов инерции и площади поперечного сечения базовой детали);

- увеличения жесткости стыков (увеличение моментов инерции и площади стыка);

- разгрузка направляющих базовых деталей, обеспечивающих точ-ность обработки от сил резания и весовых нагрузок других дета-лей.

Примеры приемов конструктивной разгрузки приведены ниже (рис. 4.6).

Рис. 4.6 Конструктивная разгрузка

В случае а) и б) крутящий момент воспринимается встроенной балкой 1, а не направляющими поперечины. В случае в) вес суппорта передается на балку 1, а не на поперечину 3.

Жесткость (соответственно и податливость) упругих систем с боль-шим числом соединений близка к постоянному значению, что дает основа-ние для нормирования предельно допустимых значений для всего станка, а для станков включенных в размерные ряды существуют специальные ГОСТы регламентирующие их жесткость, а следовательно и упругие по-грешности.

4. Динамические погрешности. Динамические погрешности связаны с относительными колебаниями

инструмента и обрабатываемой детали, а в некоторых случаях и с пере-ходными процессами при пуске, торможении, реверсировании и врезании инструмента.

Свойство станка противодействовать возникновению колебаний обычно называют виброустойчивостью.

Динамические погрешности характеризуются (рис. 4.7): - амплитудой колебаний (АЧХ); - фазой колебаний (ФЧХ) - формой колебаний несущей системы станка

Рис. 4.7 Динамические характеристики а) амплитудочастотная (АЧХ); б) амплитудофазочастотная (АФЧХ);

в) формы колебаний

Изучение амплитудно-частотных и амплитудно-фазовых частотных характеристик дает возможность оценить величину относительных, коле-баний инструмента и обрабатываемой детали, т.е. погрешность обработки и влияние этих колебаний на устойчивость обработки, т.е. величину шири-ны резания без вибраций. Изучение форм колебаний позволяет определять величину колебаний отдельных узлов и дает возможность целенаправлен-но влиять на конструкцию станка с целью уменьшения динамических по-грешностей.

В станках встречаются три основных типа колебаний: Вынужденные: основными причинами, которых является: - вращение неуравновешенных масс; - периодические погрешности в передачах; - непостоянство сил резания (фрезерование); - внешние возмущения, передающиеся станку через фундамент. Параметрические: основными причинами, которых являются : - переменность внутренних параметров деталей станка, например, пе-

ременная жесткость вала при вращении из-за наличия шпоночной канавки, или переменная жесткость подшипника качения при перебегании шарика через линию действия силы и т.д.

Автоколебания: основными причинами, которых являются: - процессы трения в зоне резания; - процессы трения в подвижных направляющих при малых скоро-

стях перемещений. Помимо отрицательного влияния на точность обработки колебания в

станках отражаются также на стойкости режущего инструмента и долго-вечности деталей станка.

Основными путями снижения динамических погрешностей является устранение источников:

вынужденных колебаний: - тщательная балансировка быстровращающихся деталей; - установка станков на виброизолирующие опоры. параметрических колебаний - увеличение жесткости и снижение массы базовых деталей; - выравнивание параметров по изменяемой координате деталей. автоколебаний: - применение смазывающеохлаждающих жидкостей; - применение смазки в трущихся поверхностях. Наиболее эффективным способом гашения колебание, а следователь-

но и снижения динамических погрешностей является встраивание в станок демпфирующих устройств.

5. Температурные погрешности. Температурные погрешности в станках, предназначенных для точной

обработки, существенно влияют на погрешности обработки. Основным ис-точником температурных погрешностей является неравномерный нагрев различных мест станка в процессе его работы. Изменение температуры от-

дельных точек подчиняется экспоненциальной зависимости, поэтому и за-кон изменения во времени линейных тепловых деформаций можно пред-ставить в виде

( )tt ell β−−⋅∆=∆ 10

где: β — параметр, зависящий от коэффициента теплоотдачи, теплоемко-

сти узла, от его массы и основных размеров. Источниками нагрева являются: - процесс резания; - тепловые процессы в электродвигателях - трение в подвижных узлах станка. - Трение в механических передачах Основным источником является процесс резания . На его долю прихо-

дится до 70% выделяемой при работе станка теплоты. Нагрев узлов станка после начала его работы, особенно узлов, уда-

ленных от источника нагрева, происходит монотонно в течение несколь-ких часов до некоторой установившейся температуры (рис. 4.8).

Если имеет место чередование пуска и остановки, то температура и

соответствующие температурные деформации изменяются как некоторая случайная функция Суммарное влияние температурных деформаций ряда узлов при различной интенсивности их нагрева нередко приводит к знако-переменному характеру погрешности обработки.

Основными способами снижения температурных погрешностей явля-ется:

- интенсивный отвод тепла из зоны резания и от электродвигателей; - расположение электродвигателей и емкостей для охлаждающей

жидкости вне несущей системы станка; - применение теплоизоляции электродвигателей; - интенсивное смазывание трущихся поверхностей (подшипники,

зубчатые передачи); - применение автоматических систем управления температурными

деформациями.

Рис. 4.8 Температурные деформации

ТЕМА 5. ФОРМООБРАЗОВАНИЕ В МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ.

Поверхность любой детали, обрабатываемой на металлорежущем

станке можно рассматривать как состоящую из отдельных, так и в сово-купности простых поверхностей таких как: плоскость, линейчатая, цилин-дрическая, коническая, сферическая, торовая, винтовая и т.д.

Все поверхности получаемые на металлорежущих станках можно рас-сматривать как совокупность образующих линий 1, перемещаемых по на-правляющей линии 2 (рис. 5.1). Эти линии называются производящими.

Плоские, линейчатые, цилиндрические поверхности являются обра-тимыми, так как для их получения производящие линии могут менять свои функции

Движения инструмента и заготовки непрерывно образующие произ-

водящие линии, а следовательно и поверхности, называются формообра-зующими. Эти движения могут быть вращательными или поступательны-ми. Если эти движения не зависят друг от друга, то они называются про-стыми, а если зависят, то сложными.

Любая поверхность может быть получена любым из существующих четырёх методов или совокупность каких либо двух из них.

1. Метод копирования (рис. 5.2). При этом методе образующая линия является копией режущей кромки ин-струмента. В виду того, что образую-щая линия, её форма и размеры, зада-ется формой режущей кромки, при этом методе требуется только одно формообразующее движение, для по-лучения направляющей линии. Вто-

Рис. 5.1 Поверхности обрабатываемые на станках

Рис. 5.2 Метод копирования

рое движение присутствующее здесь является не формообразующим, а ус-тановочным.

2. Метод следа (рис. 5.3). При этом методе образующая линия является следом вершины режу-

щей кромки инструмента. Так как за один проход будет обрабатываться поверхность, соответствую- щая размеру вершины режущей кром-ки, то для обработки поверхно-сти, размер которой больше раз-мера вершины режущей кромки требуется еще одно движение, перемещающее вершину режу-щей кромки по направляющей

линии. Таким образом, этот метод требует два формообразующих движе-ния для образующей и для направляющей линий.

3. Метод касания (рис.5.4). При этом методе образующая линия является огибающей мест каса-

ния траектории вращения вершины режу-щей кромки инструмента и заготовки при относительном их перемещении с про-скальзыванием. Этот метод требует два формообразующих движения. Одно для вращения инструмента, а второе для отно-сительного перемещения с проскальзыва-нием инструмента и заготовки. Движения могут быть оба вращательные или одно их

них поступательное. Этот метод характерен для инструмента со множест-вом режущих вершин.

4. Метод огибания (рис. 5.5). При этом методе образующая линия получается как огибающая мно-

жества промежуточных положе-ний вершины режущей кромки инструмента при взаимном обка-тывании инструмента и заготовки без проскальзывания. Этот метод требует два формообразующих движения – движения взаимного обкатывания. Эти движения мо-гут быть оба вращательными или

одно вращательное, а другое поступательное.

Рис. 5.4 Метод касания

Рис. 5.5 Метод огибания (обката)

Рис. 5.3 Метод следа

ТЕМА 6. ДВИЖЕНИЯ В МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ.

Все движения в металлорежущих станках называются исполнительными и по их целевому назначению делятся на:

- формообразующие; - установочные; - делительные; - управляющие; - вспомогательные. 1. Формообразующие движения. Так как формообразующие движения участвуют в формообразовании,

они являются одновременно движениями резания. Различают следующие движения резания.

Главное движение (движение резания) – это движение обеспечивающее отделение припуска, то есть подвод материала к режущему клину. Если в станке только одно формообразующее движение, то это движение резания. Это движение может быть как вращательным так и поступательным.

Движение подачи – это движение, обеспечивающее непрерывный под-вод под режущую кромку новых участков заготовки. Если в станке два фор-мообразующих движения, то одно из них, как правило, с меньшей скоростью, является движением подачи. Движений подач в станке может не быть совсем, в этом случае это движение реализуется инструментом, а может быть не-сколько это бывает в том случае, если для формообразования используется два метода формообразования.

Движение врезания – это движение при котором происходит врезание инструмента на заданную ширину режущей кромки, или выход на заданный режим резания.

Перечисленные выше движения являются режимными, то есть скорость их рассчитывается в зависимости от основных параметров материала, инст-румента и д.р.

Делительные формообразующие движения – это движения, которые осу-ществляют непрерывное деление поверхности заготовки в процессе резания.

Скорость этого движения является функцией скорости главного движе-ния или скорости подачи, а аргументами этой функции являются параметры инструмента или заготовки.

2. Установочные движения. Установочными называют движения заготовки и инструмента, необхо-

димые для перемещения их в такое относительное положение, при котором становится возможным с помощью формообразующих движений получать поверхности требуемого размера. Примером установочного движения явля-ется поперечное движение резца для установления его в положение, позво-ляющее получить круговой цилиндр требуемого диаметра D.

3. Делительные движения. Делительными называют движения, необходимые для обеспечения рав-

номерного расположения на заготовке одинаковых образуемых поверхно-

стей. Например, при нарезании двухзаходной резьбы фасонным резцом. По-сле нарезания одной винтовой канавки требуется повернуть заготовку на 180° для нарезания второй винтовой канавки. Поворот заготовки на 180° и будет делительным движением. Движением деления будет также движение поворота дисковой фрезы на определённый угол при затыловании ее зубьев.

Делительные движения могут быть периодическими или непрерывными, что зависит в основном от конструкции режущего инструмента. Непрерыв-ные делительные движения по своей структуре совпадают с одним из формо-образующих движений, которое выполняет одновременно процессы формо-образования и деления.

4. Вспомогательные движения. К вспомогательным движениям относятся движения, обеспечивающие

установку, зажим, освобождение, транспортирование, быстрое перемещение заготовки и режущего инструмента в зону резания, смазывание, удаление стружки, правку инструмента и т. п.

5. Управляющие движения. К движениям управления относят те, которые совершают органы управ-

ления, регулирования и координирования всех других исполнительных дви-жений станка. К таким органам относятся муфты, реверсирующие устройст-ва, кулачки, ограничители хода и др.

Любое исполнительное движение в станке можно охарактеризовать пя-тью пространственными параметрами:

- траекторией; - скоростью; - направлением; - путем; - исходной точкой. В зависимости от характера движения его настраивают по одному или

нескольким параметрам. Наиболее важным параметром является скорость. Выражения для определения скоростей (м/мин) исполнительных движе-

ний в зависимости от исполнительных механизмов, выраженных через кине-матические параметры станка и геометрические параметры инструмента или заготовки, приведены ниже.

1000ndV ⋅⋅

=π - для вращательного движения заготовки или инструмента.

1000nzmV ⋅⋅⋅

=π - для поступательного движения заготовки или инстру-

мента с зубчато-реечным тяговым устройством.

1000ntkV ⋅⋅

= - для поступательного движения заготовки или инструмента с

винтовым или червячно-реечным тяговым устройством.

100036012 nRRV ⋅

⋅−

=α

- для поступательного движения заготовки или инст-

румента с плоским кулачковым тяговым устройством (рис. 6.1 а).

10001 nd

lhV

i

i ⋅⋅⋅=π - для поступательного движения заготовки или инстру-

мента с цилиндрическим кулачковым тяговым устройством (рис.6.1 б).

1000360

⋅⋅⋅

=α

nLV - для поступательного движения заготовки или инструмен-

та с кулисным тяговым устройством (рис. 6.1 в). где: d – диаметр обработки или инструмента (мм). n – частота вращения заготовки или инструмента (об/мин). m – модуль зацепления (мм). z – число зубьев шестерни. k – число заходов винта или червяка. t – шаг винта или червяка. (мм) R1 R2 – соответственно начальный и конечный радиусы рабочего участка

дискового кулачка. (мм) hi – высота подъема рабочего участка цилиндрического кулачка. (мм) li – длина окружности рабочего участка цилиндрического кулачка. (мм) d1 – диаметр цилиндрического кулачка. (мм) L – длина хода ползуна кулисного механизма. (мм) α - угол рабочего хода кулисы или кулачка.

Рис.6.1 Тяговые устройства

ТЕМА 7. КИНЕМАТИКА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ. Каждое исполнительное движение в металлорежущем станке создается

кинематической группой. Кинематической группой называется совокупность: - источника движения, - исполнительного органа, т.е. органа исполняющего движение, - кинематических связей, - органов настройки, обеспечивающих заданные параметры движения. В качестве источника движения чаще всего используется электродвига-

тель. Исполнительными органами в станке являются: шпиндель; стол; салазки; суппорт; ползун и т.д. Кинематические связи представляют собой совокупность различных механических передач: зубчатых; червячных; ремённых и т.д. В ка-честве органов настройки используются гитары сменных колес, коробки скоро-стей и подач.

В зависимости от числа исполнительных движений, реализуемых кинема-тической группой, группы делятся на простые с одним движением, и на слож-ные с двумя или более жестко взаимосвязанными движениями. Количество ис-полнительных движений, необходимых для реализации кинематической груп-пой, зависит от вида обрабатываемой поверхности и выбранного метода фор-мообразования. Примеры кинематических групп приведены ниже (рис. 7.1).

Простые кинематические группы имеют только одну связь внешнюю от

источника движения до исполнительного органа. Сложные кинематические группы имеют внутреннюю кинематическую связь между исполнительными движениями, а, следовательно, между исполнительными органами, и связь на-ружную между источником движения и внутренней связью.

Совокупность кинематических групп, реализующих все исполнительные движения, образуют кинематическую структуру станка. Кинематическая струк-тура наглядно показывает все исполнительные движения в станке и связи меж-ду источниками движений и исполнительными органами, а так же связь между отдельными исполнительными движениями.

Различают три типа кинематических структур.

Рис. 7.1 Кинематические группы 1,2 – простые; 3,4 - сложные

Первый тип – элементарные кинематические структуры (рис.7.2). Это структуры состоящие из простых групп. Они обозначаются буквой Э и двумя цифрами первая цифра обозначает количество групп, а вторая количество ис-полнительных движений. Ниже приведены примеры элементарных структур.

Нижняя правая структура, несмотря на один источник движения, является так же элементарной, так как в этой структуре связь между исполнительными движениями не жёсткая. В этой связи находятся два органа настройки для раз-личных движений.

Второй тип – сложные кинематические структуры (рис. 7.3). Это

структуры состоящие из сложных групп. Они обозначаются буквой С и двумя цифрами первая цифра обозначает количество групп, а вторая количество ис-полнительных движений. Ниже приведены примеры сложных структур.

Третий тип – комбинированные кинематические структуры (рис. 7.4).

Это структуры состоящие из простых и сложных групп. Они обозначаются бук-вой К и двумя цифрами первая цифра обозначает количество групп, а вторая количество исполнитель-ных движений. Ниже при-веден пример комбиниро-ванной структуры.

Рис. 7.2 Элементарные кинематические структуры

Рис. 7.3 Сложные кинематические структуры

Рис. 7.4 Комбинированная кинематическая структура

Кинематическая настройка станков. Под кинематической настройкой станка понимают настройку его цепей, обеспечивающую требуемые скорости движений исполнительных органов станка, а также, при необходимости, усло-вия кинематического согласования перемещений или скоростей исполнитель-ных органов между собой. Цель таких согласований — образование поверхно-сти с заданными формой, размерами, точностью и шероховатостью. Кинемати-ческая настройка является составной частью наладки станка.

В большинстве металлорежущих станков с механическими связями для на-стройки кинематических цепей применяют органы кинематической настройки в виде гитар сменных зубчатых колес, а также ременных передач, вариаторов, ре-гулируемых электродвигателей, коробок скоростей и подач, характеристикой которых является общее передаточное отношение i органа.

Значение передаточного отношения органа настройки определяют по фор-муле настройки и затем реализуют в гитарах сменных зубчатых колес подбором и установкой соответствующих колес в гитаре, а в коробках скоростей и подач — зацеплением соответствующих зубчатых колес.

Для вывода формулы расчета передаточного отношения любого органа кинематической настройки, необходимо по кинематической схеме станка наме-тить такую цепь передач, в которой расположен данный орган и написать урав-нение настройки. Сначала пишут уравнение настройки в общем виде, где ука-зывается начальный элемент цепи и конечный, а затем в развернутом виде где указывают известные перемещения или скорости конечных звеньев этой цепи, связанные функциональной или требуемой зависимостью

В станках используются следующие основные уравнения настройки. Цепи главного вращательного движения.

шпэл nn → шпэл nicn =⋅⋅ . Цепи главного поступательного движения.

стэл vn → стэл viHcn =⋅⋅⋅ Цепи минутной подачи.

стэл sn → стэл siHcn =⋅⋅⋅ Цепи оборотной подачи.

стsоб →1 стsiHcоб =⋅⋅⋅1 Резьбонарезной цепи.

стHоб '1 → стHiHcоб '1 =⋅⋅⋅ Цепи деления, если инструмент и заготовка в процессе деления образуют

червячную пару.

стобzkоб .1 → стоб

zkicоб .1 =⋅⋅

Цепи деления, если инструмент и заготовка в процессе деления образуют зубчатую пару.

стобzzобз

и .1 → стобzzicобз

и .1 =⋅⋅

Цепи настройки на величину пути.

стоб Θ→1 стicоб Θ=⋅⋅⋅ 3601 Если оборотная или минутная подачи реализуются вращательным движе-

нием, то в уравнения настройки вместо параметра H подставляется d⋅π . Где d диаметр обработки.

Где: n – частота вращения электродвигателя или пшинделя. v – скорость перемещения. c – константа кинематической цепи. i – передаточное отношение органа настройки (величина которую надо оп-

ределить) H – ход кинематической пары преобразующей вращательное движение в

поступательное. H’ – ход нарезаемой резьбы. s - подача k – число заходов z – число зубъев Θ - угол поворота выходного вала кинематической цепи 1 об – один оборот входного вала кинематической цепи.

ТЕМА 8. ОСОБЫЕ МЕХАНИЗМЫ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ.

К особым механизмам кинематических цепей можно отнести: - суммирующие (дифференциальные) механизмы; - реверсирующие механизмы; - механизмы обгона; - механизмы периодического действия; - механизмы управления кинематическими цепями. 1. Суммирующие механизмы. Суммирующие механизмы встраиваются в специальные суммирующие

(дифференциальные) цепи для суммирования движений с целью расширения диапазона настройки на заданный параметр обработки или для ускоренных пе-ремещений путем сложения (вычитания) движений двух кинематических це-пей. В качестве суммирующих механизмов используются в основном червяч-ные передачи особой конструкции, планетарные редукторы и конические диф-ференциалы.

Червячные дифференциальные передачи (рис. 8.1). В этих передачах чер-вяк имеет некоторое осевое перемещение в результате одновременного враща-тельного и поступательного движения червяка червячное колесо имеет суммар-ное вращательное движение, которое можно определить по формуле

22

1

zml

zznn

⋅⋅±⋅=∑ π

где m – модуль зацепления. z – число зубьев колеса Остальные обозначения приведены на рисун-

ке. Данный суммирующий механизм применяется в основном для коррекции кинематических по-грешностей обкатных цепей или цепей деления в зубообрабатывающих станках. Приводом осевого

перемещения червяка служит копир. Планетарные редукторы (рис. 8.2). Данные механизмы служат для уско-

ренного перемещения исполнительных органов станков и для расширения диа-пазона регулирования резьбонарезных или обкатных цепей. Ниже приведена схема планетарного редуктора. Частота вращения выходного вала определяется

по формуле ( ) 21213 nz1nznnn ⋅−±⋅=±=

где:4

3

2

1

zz

zzz ⋅=

Рис. 8.1 Червячная дифференциальная передача

Рис. 8.2 Планетарный редуктор

Конический дифференциал (рис. 8.3). Данный механизм применяется в ос-новном для суммирования движений в обкатных цепях зубообрабатывающих станков и некоторых других. Кинематическая схема дифференциала представ-лена на рисунке. Основными конструктивными элементами являются:

- Т – образный вал, на котором располагается свободно одно или два ко-леса;

- корпус к которому жестко крепится с одной стороны коническое коле-со, а с другой какой либо приводной элемент (шкив, шестерня, червяч-ное колесо и т.д.);

- прямой вал на котором жестко крепится коническое колесо.

Число зубъев всех конических колес как правило одинаковое. Передаточ-ное отношение данного механизма может быть различным в зависимости от схемы сообщения ему движений, то есть каким элементам: корпусу, Т – образ-ному валу или прямому валу будут сообщатся или не сообщаться движения, а с какого элемента движение будет сниматься. Рассмотрим векторную диаграмму этого механизма когда ведущим будет Т – образный вал, ведомым – прямой вал, а корпус будет неподвижен. Из диаграммы видно, что окружная скорость колеса на прямом валу будет в два раза выше, чем на Т – образном, а значит передаточное отношение будет равно двум. Для определения передаточных от-ношений для всех других случаев построим аналогичные векторные диаграм-мы, а результаты построений сведем в таблицы для случаев когда данный ме-ханизм работает как обычный, и как суммирующий.

В случае когда механизм работает как простой его передаточное отноше-ние может меняться от 0,5 до 2, а когда он работает как суммирующий его пе-редаточные отношения меняются от 0 до 3 в зависимости от того совпадают или не совпадают направления вращений ведущих валов.

Рис. 8.3 Конический дифференциал и его скоростная диаграмма

Рис. 8.4 - Скоростные диаграммы конического дифференциала при различных способах передачи движения в нём

Вед неп Ведо i Т К П 2 Т П К 2 П Т К 1 П К Т 0,5 К Т П 1 К П Т 0,5

2. Реверсирующие механизмы. Реверсирующие механизмы служат для

изменения направления движения. Существуют следующие основные типы ре-версирующих механизмов.

Механизм цилиндрических трензелей (рис. 8.5). Этот механизм состоит из входного вала, выходного вала на которых устанавливаются зубчатые колеса, промежуточной оси, на которой устанавливается паразитная шестерня. Ниже приведены кинематические схемы основных типов цилиндрических трензелей.

Шестерня ZO служит для сохранения направления вращения выходного ва-

ла.Недостатком первого типа является непостоянство передаточных отношений iО, iП прямого и обратного движения.

Конический трензель (рис. 8.6). Конический трензель состоит из двух ва-лов и трех конических зубчатых колес. Одно колесо ус-тановлено на ведущем валу и жестко закреплено. Два других колеса, входящие в зацепление с первым, уста-новлены на выходном валу и вращаются на нем сво-бодно в противоположных направлениях. Между этими колесами находится муфта, соединенная с выходным валом посредством скользящей шпонки. Эта муфта может входить в зацепление с полумуфтами колес.

Вед Ведо i

Т и К П 2 ± 1 = 3(1)

Т и П К 2 ± 1 = 3(1)

П и К Т 0,5 ± 0,5 =1(0)

Рис. 8.5 Механизм цилиндрических трензелей

3

1

3

0

0

1

zz

zz

zziп =⋅=

3

20 z

zi =

2

1

zziп =

2

1

2

0

0

1

zz

zz

zziп =⋅=

4

30 z

zi =2

10 z

zi =

Вводя муфту в зацепление с полумуфтами правого или левого колеса, можно получать на выходном валу правое или левое вращение.

Составное колесо (рис. 8.7). Данный механизм используется в станках дос-таточно редко (из-за сложности конструкции) в тех случаях, когда во время ре-верса останавливать движение не желательно. Ниже представлены кинематиче-ские схемы данного механизма для осуществления реверса вращательного и поступательного движений.

3. Механизмы обгона (рис. 8.8). Эти механизмы служат для передачи раз-личным участкам кинематической цепи различные частоты вращения от инди-видуальных приводов. Например, если какому либо участку кинематической цепи в некоторый момент времени необходимо сообщить ускоренное движе-ние, то это можно осуществить при помощи обгонной муфты, установленной в начале этого участка. Причем движение на обгонную муфту передается от ин-дивидуального привода. Ниже приведены конструкции двух обгонных муфт: храповой и роликовой.

4. Механизмы периодического действия (рис. 8.9, 8.10). Данные механиз-мы предназначены в кинематических цепях для преобразования непрерывного движения в периодически повторяющиеся движения. Например непрерывное вращательное движение в прерывистое вращательное движение, непрерывное вращательное движение в возвратно-поступательное, возвратно-поступательное в прерывистое вращательное и т.д. К таким механизмам отно-сятся мальтийский, кривошипно-шатунный в сочетании с обгонным. Ниже приведены кинематические схемы этих механизмов.

Рис. 8.7 Составные реверсивные колёса

5. Механизмы управления кинематическими цепями. Данные меха-

низмы служат для включения и выключения кинематических цепей или их уча-стков. Для этого служат муфты:

- кулачковые торцовые и периферийные; - шариковые; - фрикционные механические и электромагнитные Данные муфты используются так же для автоматического отключения при

превышении нагрузки в кинематической цепи. - однооборотные (рис. 8.11). Они служат для автоматического отключения кинематической цепи или ее

части при совершеннии одного оборота муфты. Рассмотрим принцип работы этой муфты на примере работы токарного ав-

томата. Управление этой муфтой осуществляется от барабанов, установленных на

распределительном валу автомата. На барабанах закреплены специальные су-харики, включающие исполнительные механизмы, которые после выполнения заданного цикла движения автоматически отключаются с помощью самовы-ключающихся однооборотных муфт. Ведущая часть 9 кулачковой муфты (рис., а) вращается вместе с валом VII. На нем же свободно сидит подвижная полу-муфта 3, которая справа имеет два удлиненных торцовых кулачках 4, входящих в вырезы ступицы зубчатого колеса 10. Пружина 11 стремится переместить по-лумуфту 3. влево, но палец 2, установленный на рычаге 8, находится в пазу муфты, не давая ей включаться. Команда на включение муфты подается от рас-пределительного вала IX (рис. б) кулачком 6 барабана 7. При вращении бараба-на кулачок поднимает правый конец рычага 8, и палец освобождает подвижную полумуфту 3. Под действием пружины 11 (рис., а) она смещается влево и вхо-дит в зацепление с. ведущей полумуфтой 9. Одновременно призматический фиксатор 1, сидящий на рычаге 5, выжимается из паза. В новом положении (рис.,в) детали 9 и 3 начинают вращаться вместе с валом VII, а палец 2 и фикса-тор 1 скользят по цилиндрическим поверхностям полумуфты 3. Когда фигур-ный паз 12 с рабочим скосом АВ подойдет к пальцу 2, последний под действи-ем пружины западает в него, и при дальнейшем движений полумуфты палец,

перемещаясь по скосу АВ, выжимает эту полумуфту вправо и выводит ее из за-цепления с полумуфтой 9. Одновременно фиксатор 1 западает в призматиче-ский паз полумуфты 3 и фиксирует ее.

Рис. 8.11 Однооборотная муфта

1

ТЕМА 9. КИНЕМАТИЧЕСКАЯ НАСТРОЙКА СТАНКОВ СО СЛОЖ-НЫМИ ФОРМООБРАЗУЮЩИМИ ДВИЖЕНИЯМИ.

В данной теме рассмотрим вопросы, связанные с кинематической настройкой

станков со сложными формообразующим движениями. При кинематическом анали-зе необходимо пользоваться следующей литературой: 1. А.М. Кучер. Немые кине-матические схемы металлорежущих станков; 2. В.И. Калинкин. Кинематика метал-лорежущих станков.

Наиболее распространенными станками со сложными формообразующим дви-жениями, требующими настройки кинематических цепей, являются:

- токарно-винторезные станки; - токарно-затыловочные; - зубодолбежные; - зубофрезерные - зуборезные для нарезания конических колес с круговым зубом; - зубострогальные для нарезания конических колес с прямым зубом; - резьбофрезерные и другие. Разберем более подробно только перечисленные выше станки. 1.Токарно-винторезный станок модели 1К62Д. При выполнении токарных операций этот станок не требует расчета кинемати-

ческих параметров органов настройки в цепи подач, каковыми являются гитара сменных колес и коробка подач.

При нарезании резьбы резцом требуется дополнительная настройка в зависимо-сти от типа резьбы.

Метрическая резьба задается шагом T = t мм. Дюймовая резьба задается числом ниток n на 1”(дюйм), а шаг резьбы определя-

ется по формуле n4.25T = мм. Модульная резьба задается модулем m, а шаг резьбы определяется по формуле

zmT ⋅⋅= π мм. Притчевая резьба задается диаметральным питчем Р, а ее шаг определяется по

формуле P4.25T π⋅= На рисунке 9.1 представлена кинематическая структура резьбонарезной кине-

матической цепи. Где iУШ – звено увеличения ша-га, которое располагается, как правило, в коробке скоростей; iГ – гитара сменных колес; iК – коробка подач, t – шаг ходового винта станка.

Уравнение кинематической настройки в об-щем виде для резьбонарезной кинематической цепи имеет вид

Ttiiic1 ХКГУШшп.об =⋅⋅⋅⋅⋅ При нарезании резьб со стандартными шага-

ми передаточные отношения органов настройки принимают следующие значения: При нарезании метрических и дюймовых резьб передаточное отношение гитары сменных колес 5042iГ = , а при нарезании мо-дульных и питчевых резьб 9764iГ = ; Величины iУШ и iК определяются конструкци-

Рис. 9.1 Структурная смема токарно-винторезеоно стана

2

ей станка и устанавливаются органами управления коробки скоростей (звено увели-чения шага) и коробки подач.

При нарезании резьб с нестандартным шагом ТН передаточное отношение гита-

ры определяется ТТ

5042i Н

Г ⋅= или ТТ

9764i Н

Г ⋅=

При нарезании точных резьб коробка подач исключается из кинематической цепи, и уравнение настройки имеет вид

Ttiic1 ХГУШшп.об =⋅⋅⋅⋅ При нарезании многозаходных резьб шаг необходимо умножить на число захо-

дов. 2.Токарно-затыловочный станок модели К96. Настройка токарно-затыловочного станка зависит от выполняемой операции.

Рассмотрим операцию, при которой используются все кинематические цепи, а, сле-довательно, осуществляется полная настройка. Такой операцией является затылова-ние зубьев червячной фрезы с винтовыми канавками. При выполнении этой опера-ции используются следующие кинематические цепи:

Цепь главного движения начинается от электродвигателя и заканчивается шпинделем. Настройка этой цепи осуществляется коробкой скоростей и не требует расчета.

Цепь продольной подачи (винторезное движение вдоль оси детали) начинается от шпинделя и заканчивается ходовым винтом с шагом t –12,7 мм. Органом на-стройки является гитара сменных колес a – b и c – d. Уравнение настройки имеет вид

T7,12ic1 Гшп.об =⋅⋅⋅ Т – шаг витков фрезы Цепь затыловочного делительного движения заимствуется также от шпинделя и

передается кулачку привода возвратно-поступательного движения поперечных сала-зок. Органом настройки является гитара сменных колес a1 – b1 и c1 – d1. Сменные колеса гитары подбираются так, чтобы при повороте шпинделя на один оборот, ку-лачок совершил z оборотов (z – число зубьев затылуемой фрезы на одном обороте). Уравнение настройки имеет вид

Nz5.0ic1 Гшп.об =⋅⋅⋅

0,5 – передаточное отношение дифференциала N – число подъёмов на кулачке Цепь дифференциала используется для дополнительного приращения (вычита-

ния) скорости вращения кулачка при продольном перемещении салазок. Движение заимствуется от ходового винта и передается на корпус дифференциала для сумми-рования с делительным движением. Органом настройки является гитара сменных колес a2 – b2 и c2 – d2. Формула для расчета передаточного отношения гитары

Nz

tTic1

/

Г.в.х.об =⋅⋅⋅

Т/ – шаг винтовой канавки фрезы

d – диаметр фрезы βπ tgdТ ⋅⋅=′

3

β - угол наклона винтовой стружечной канавки фрезы (рис. 9.2) α – угол подъёма винтовой линии линии зубьев фрезы

Кинематическая структура станка при выполнении этой операции (рис. 9.3)

3.Зубодолбежный станок модели 514 Настройка станка заключается в определении параметров настройки и настрой-

ки следующих кинематических цепей: Цепь главного движения начинается от электродвигателя и заканчивается

шпинделем в котором установлен долбяк. Уравнение настройки. Д.Х.ДВVЭЛ nicn =⋅⋅

Цепь круговой подачи. Движение заимствуется от возвратно-поступвательного движения шпинделя и передается на вращательное движение шпинделя. Уравнение настройки

КРДSХ.ДВ szmic1 =⋅⋅⋅⋅⋅ π m, zД – соответственно модуль и число зубьев долбяка. Цепь радиальной подачи. Движение заимствуется от возвратно-

поступвательного движения шпинделя и передается на вращательное движение ку-лачка. Уравнение настройки

РРSХ.ДВ sНic1 =⋅⋅⋅ Н – ход кулачка Цепь обката (деления). Движение заимствуется от вращения шпинделя и пере-

дается на вращение стола с заготовкой. Уравнение настройки

З

ДХШ.ОБ z

zic1 =⋅⋅

zД и zЗ – соответственно число зубьев долбяка и заготовки Кинематическая структура станка имеет вид (рис.9 .4)

Рис. 9.3 Структурная схема токарно-затыловочного станка

Рис. 9.2 Параметры червячной фрезы

4

4.Зубофрезерный станок модели 5К324А. Настройка этого станка зависит от вида выполняемой операции. Наиболее

сложными операциями являются нарезание косозубого цилиндрического зубчатого колеса методом осевой подачи и нарезание червячного колеса методом тангенци-альной подачи. Рассмотрим первую операцию. Для выполнения этой операции тре-буется главное движение, движение осевой подачи, движение обката и суммирую-щие движение.

Главное движение заимствуется от электродвигателя и передается на шпин-дель. Уравнение настройки.

ШПVЭЛ nicn =⋅⋅ Движение обката заимствуется от шпинделя и предается столу с заготовкой.

Уравнение настройки.

zkic1 ХШ.ОБ =⋅⋅

k и z – соответственно число заходов червячной фрезы и число зубьев нарезае-мого зубчатого колеса.

Движение осевой подачи заимствуется от стола с заготовкой и передается суп-порту. Уравнение настройки.

OSСТ.ОБ sHic1 =⋅⋅⋅ Н – ход винтовой передачи перемещающей суппорт Схему получения наклонного (винтового) зуба можно представить следующим

образом. Допустим что зубчатое колесо состоит из набора пластин бесконечно ма-лой толщины трение между которыми одинаково. Теперь условно нарежем один прямой зуб. Жестко закрепим верхнюю пластину, а нижней сообщим некоторый по-ворот. При этом прямой зуб станет наклонным (см. рис. 9.5). Для образования на-

клонного (винтового) зуба необходимо столу с заготовкой сообщать дополни-тельное вращение при осевом перемеще-нии суппорта. Суммирующие движение заимствуется от вертикального переме-щения суппорта и передается столу через

суммирующее устройство – конический дифференциал. Кинематически зависимость вращение стола и перемещение суппорта можно определить следующим образом: за один оборот заготовки (стола) фреза должна переместиться на величину шага вин-товой линии зуба Т. Уравнение настройки.

Рис. 9.4 Структурная схема зубодолбёжного станка

Рис. 9.5 - Схема образования наклонного зуба

5

Тtic ХВYСТОБ =⋅⋅⋅.1

где: β

πSin

zmT ⋅⋅=

m – модуль зуба в нормальном сечении z – число зубьев нарезаемого колеса β - угол наклона винтовой линии зуба

При нарезании червячного колеса методом танген-циальной подачи главное движение и движение обката остаются такими же, а движение подачи и суммирующие движения изменяются (рис. 9.6). Движение тангенциаль-ной подачи заимствуется от стола с заготовкой и переда-ется протяжному суппорту. Уравнение настройки.

ТТ.СТ.ОБ sHic1 =⋅⋅⋅ Н – ход винтовой передачи перемещающей танген-

циальный суппорт. Для того чтобы нарезать зубья методом тангенци-

альной подачи необходимо при тангенциальном пере-мещении червячной фрезы ST сообщать дополнительное движение заготовки (см. сему резания). Одно вращательное движение заготовки обуславливается делитель-ным (обкатным) движением, а второе осевым перемещением червячной фрезы. В данном случае червячную фрезу и заготовку можно рассматривать как дифференци-альную червячную передачу. Кинематически зависимость вращение стола и пере-мещение протяжного суппорта можно определить следующим образом: за один оборот заготовки (стола) фреза должна переместиться в тангенциальном направле-нии на величину длины делительной окружности колеса L. Уравнение настройки

Ltic ХВYСТОБ =⋅⋅⋅..1 где: zmL ⋅⋅= π m – модуль зуба z – число зубьев нарезаемого колеса Кинематическая структура станка при нарезании цилиндрического колеса с

винтовым зубом (рис. 9.7).

Рис. 9.6 - Схема резания с танценциальной подачей

Рис. 9.7 - Структурная схема станка при нарезании колеса с винтовым зубом

6

5.Зубострогальный станок модели 526А. Процесс нарезания зубьев на этом станке можно представить следующим обра-

зом. Представим себе два конических колеса находящихся в зацеплении. Развернем образующий конус большего колеса так, как показано на рисунке а). Теперь удалим все зубья этого колеса за исключением двух любых соседних и, оставив по половин-ке от каждого оставшегося, заменим их двумя резцами, как показано на рисунке б). Теперь если сообщить резцам возвратно-поступательное движение, то они будут формировать впадину на заготовке 1. Если резцы закрепить в суппортах и устано-вить на люльке 2, и сообщить ей вращательное движение, то при взаимном обкаты-вании люльки и заготовки резцы сформируют один зуб. Если теперь заготовку от-

вести от люльки и повернуть на величину углового шага зуба, то можно сформиро-вать следующий зуб. Таким образом, можно обработать всю заготовку.

При использовании обкатного способа нарезания конических прямозубых ко-лес требуются следующие движения в станке:

- главное движение это возвратно-поступательное движение резцов; - движение круговой подачи это вращение люльки с резцами; - движение обкатки это вращение заготовки согласованное с вращением

люльки; - движение деления это ускоренное вращение заготовки для поворота на ве-

личину углового шага. Главное движение возвратно-поступательное движение резцов заимствуется от

электродвигателя. Органом настройки является гитара А, В. Уравнение настройки Х.ДВVЭЛ nicn =⋅⋅

При обкатывании люльки и заготовки в процессе резания люлька должна пово-рачиваться на определенный угол Θ, соответствующий степени перекрытия. За один полный оборот управляющего барабана, т.е. за время нарезания одного зуба люлька должна повернуться на угол Θ и возвратиться назад. Органом настройки является гитара e, f. Уравнение настройки

( )OPБ.ОБ 360

2n21ic1 Θ⋅=⋅−⋅⋅⋅

n – часть оборота управляющего барабана затрачиваемого на реверс люльки (определяется конструктивными параметрами конкретного станка)

Движение круговой подачи заимствуется от цепи главного движения и переда-ется на вращение люльки (угловая скорость вращения люльки). Органом настройки является гитара a1 , b1 , c1 , d1. Уравнение настройки.

КРSХ.ДВ sSin

zmic1 =⋅⋅

⋅⋅⋅α

π

m, z – соответственно модуль и число зубьев нарезаемого колеса.

Рис. 9.8 Схема резания

7

α - угол делительного конуса нарезаемого колеса. Кинематическая структура станка (рис. 9.9). Движения обкатки и деления заим-

ствуются от вращения люльки и передаются на заготовку. В этом станке эти движе-ния передаются одной кинематической цепью, ко-торая содержит два органа настройки: гитару об-ката a, b, c, d и гитару деления a2 , b2 , c2 , d2 , а так же конический дифференциал для суммирования движения обката (реверсивное вращение люльки), которое присутствует постоянно и движения де-ления, которое включается периодически при по-вороте заготовки на величину углового шага зуба. Уравнение настройки цепи обката.

αSinzic1 XЛ.ОБ =⋅⋅

Уравнение настройки цепи деления

αSin1iiic1 ДДИФXЛ.ОБ =⋅⋅⋅⋅

iДИФ = 1 передаточное отношение дифферен-циала

6.Зуборезный станок модели 525. Процесс нарезания зубьев на этом станке можно представить следующим обра-

зом. Представим себе два конических колеса 1 и 2 находящихся в зацеплении. Раз-вернув образующий конус колеса 2, так как показано на рисунке получим плоское колесо CS. Теперь удалим все зубья этого колеса за исключением одного и заменим его зуборезной головкой Г, по периферийной поверхности которой расположены резцы Р. Теперь если сообщить головке вращательное движение, то траектория движения резцов будет представлять собой профиль одного зуба. Если ввести вра-щающуюся головку в контакт с колесом 1, то резцы сформируют одну впадину. Ес-ли вращающуюся головку установить на люльку и вращать вокруг центра плоского колеса, то мы получим обкатанный эвольвентный профиль боковых поверхностей впадины (боковых поверхностей двух соседних зубьев). Если теперь заготовку отвести от люльки и повернуть на величину углового шага зуба, то можно сформиро- вать следующий зуб. Таким образом можно обработать всю заготовку.

Рассмотрим наи- более простой случай обработки – нарезание зубчатого колеса с круговым зубом полуобкатным способом. В этом случае будет следующий цикл обработки

- прорезание резцами одной впадины; - небольшое качательное движение люльки с головкой с целью приближения

боковых поверхностей к эвольвентному профилю; - отвод заготовки от люльки; - поворот заготовки на величину углового шага. Главное движение заимствуется от электродвигателя и передается на головку.

Уравнение настройки

Рис. 9.9 Структурная схема зубострогального станка

8

ЛVЭЛ nicn =⋅⋅ Движение подачи заимствуется от цепи главного движения и передается бабке

изделия, в которой закрепляется заготовка. Перемещение бабки изделия осуществ-ляется от цилиндрического кулачкового механизма. Органом настройки является гитара a1 , b1 , c1 , d1 .Уравнение настройки

sHic1 SГ.ОБ =⋅⋅⋅ Н – ход кулачкового механизма Движение деления заимствуется от вала на котором установлен цилиндриче-

ский кулачок и передается заготовке. Органом настройки является гитара сменных колес a2 , b2 , c2 , d2 . Уравнение настройки

z1ic1 Д.В.Р.ОБ =⋅⋅

z – число зубьев нарезаемого колеса Кинематическая структура станка при выполнении этой операции

8.Резьбофрезерный станок модели 561. Для анализа кинематической настройки рассмотрим операцию, которую чаще

всего выполняют на этом станке, а именно фрезерование резьбы. Главное движение заимствуется от электродвигателя и передается на фрезу. В

качестве органа настройки используется коробка скоростей. Уравнение настройки. ФРVЭЛ nicn =⋅⋅

Движение круговой подачи заимствуется от шпинделя и передается на враща-

тельное движение заготовки. В качестве органа настройки используется гитара d1 , c1 , b1 , a1 . Уравнение настройки.

КРSФ.ОБ sdic1 =⋅⋅⋅⋅ π d – диаметр фрезеруемой резьбы. Винторезное движение (осевое перемещение суппорта) заимствуется от враща-

тельного движения заготовки и передается через ходовой винт с шагом 12,7 мм на суппорт. Органом настройки является коровка подач. Уравнение настройки.

tk7.12ic1 ОЗ.ОБ ⋅=⋅⋅⋅ t – шаг фрезеруемой резьбы. k – число заходов фрезеруемой резьбы. При фрезеровании шлицев на этом станке вращательное движение от фрезы пе-

редается заготовке через гитару сменных колес a, b, c, d. Уравнение настройки.

zkic1 XФ.ОБ =⋅⋅

9

k – число заходов фрезы. z – число шлицев. Кинематическая структура станка при фрезеровании резьбы.

ТЕМА 10.ТОКАРНЫЕ АВТОМАТЫ.

Автоматом называется станок, в котором автоматизированы все основные и вспомогательные движения, необходимые для выполнения технологического цикла обработки заготовок, а также загрузка и выгрузка.

Автоматы делят на : - универсальные и специализированные; - прутковые и патронные; - одно и многошпиндельные; - горизонтальные и вертикальные. Автоматическое управление циклом обработки осуществляется с помощью

распределительного вала, на котором сидят кулачки различной конфигурации, связанные через передаточные механизмы с исполнительными органами (суп-портами). По форме кулачки бывают дисковые и цилиндрические.

По некоторым особенностям управления циклом автоматы можно подраз-делить на три группы.

К первой группе относятся автоматы, которые имеют один Р.В., вращаю-щийся с постоянной частотой для данной настройки.

Ко второй группе относятся автоматы, которые имеют один Р.В., вращаю-щийся с двумя частотами, nР для выполнения рабочих и nВ вспомогательных движений.

К третьей группе относятся автоматы, имеющие, кроме распределительно-го вала, вращающегося с постоянной рабочей частотой, быстроходный вспомо-гательный вал, осуществляющий вспомогательные движения.

Ниже представлены кинематические структуры автоматов этих групп.

К первой группе относятся автоматы с производительностью более 10 шт./мин (фасонно-отрезные автоматы). Ко второй группе относятся автоматы с производительностью менее 1 шт./мин (автоматы продольного точения). К третьей группе относятся автоматы с производительностью менее 10 шт./мин но более 1 шт./мин (токарно-револьверные автоматы).

Типы одношпиндельных токарных автоматов. Наиболее распространенными типами автоматов являются: фасонно-

отрезные автоматы; автоматы продольного точения; токарно-револьверные ав-томаты.

Ш – шпиндель, Р.В. – распределительный вал, В.В. – вспомогательный вал, К – кулачки, i – органы настройки главного движения и подачи.

Фасонно-отрезные автоматы предназначаются для изготовления из прутка или бунта коротких деталей малого диаметра и простой формы.

Схема резания автомата:

Заготовка устанавливается в шпиндель и ей сообщается вращательное движение, поперечные суппорты с инструментами перемещаются в радиальном направлении, упор подачи заготовок служит для ограничения подачи заготовки. Перемещение суппортов и упора осуществляется от кулачков распределитель-ного вала.

Автомат относится к автоматам первой группы. Автоматы продольного точения предназначены для изготовления из

прутка тонких длинных деталей. Схема работы автомата.

Заготовка устанавливается в шпиндель и ей сообщается вращательное движение (главное) и поступательное движение (подачи). Инструменты уста-навливаются в суппорты балансира и люнета, которые совершают установоч-ные перемещения от кулачков, установленных на распределительном валу. Станки оснащаются дополнительными шпинделями, в которые устанавливают-ся концевые инструменты, осевые перемещения которых осуществляются так же от кулачков распределительного вала.

Автомат относится к автоматам второй группы.

1 – шпиндель 2 – поперечные суппорты с инструментами 3 – упор подачи заготовки

1 – шпиндель, 2 – дополнительный высокоскоростной шпиндель, 3 –балансирные суппорты, 4 – балансир, 5 – люнетная стойка, 6 – рас-пределительный вал, 7 – кулачок, 8 – люнетные суппорты.

Токарно-револьверные автоматы предназначаются для изготовления относительно коротких деталей сложной конфигурации. Для обработки таких деталей требуется большое количество инструмента, для размещения которых имеется шести позиционная револьверная головка и три боковых суппорта.

Заготовка устанавливается в шпинделе и получает вращательное движе-

ние. Резцы устанавливаются в поперечные суппорты и в револьверную головку. Подвод и отвод суппортов 3 и револьверной головки 2 осуществляется кулач-ками распределительного вала. Быстрый отвод револьверной головки и ее по-ворот осуществляется вспомогательным валом. Эти автоматы относятся к третьей группе.

Основными узлами автоматов являются: несущая система; суппорты; ме-ханизм подачи заготовки; механизм зажима; цикловая система управления с распределительным валом.

Несущая система воспринимает (замыкает на себя силовое поле) силы ре-зания. Суппорты служат для перемещения режущего инструмента.

Механизм подачи служит для подачи заготовки до упора

Механизм зажима заготовки. При перемещении стакана в право он своей конической поверхностью на-

жимает на лепестки зажимной цанги – происходит зажим заготовки. При пере-мещении стакана в лево лепестки зажимной цанги разжимаются и происходит разжим заготовки.

1 – шпиндель 2 – револьверный суппорт 3 - поперечный суппорт

1 – заготовка, 2 – стакан, 3 – зажимные шарики, 4 – подающая цанга, 5 – тяга, 6 – кулачок перемещения тяги.

1 – заготовка. 2 – зажимная цанга. 3 – стакан. 4 – кулачок перемещения стакана.

Производительность автоматов. Основным показателем автомата является штучная производительность

секштt

Qk

/1=

tk – калькуляционное время обработки заготовки

nttt зп

штk..+=

но т.к. n >> то 0.. →n

t зп и

минштt

Qшт

рас /60

.. =

tшт – длительность цикла обработки xpшт ttt +=.

tp – продолжительность рабочих ходов tx – продолжительность холостых ходов (не совмещенных) Наладка автоматов. Наладка автомата состоит из следующих этапов: - составление плана обработки; - составление расчетной карты; - изготовление оснастки; - настройка станка. Составление плана обработки При составлении плана обработки необходимо выполнение следующих

требований. 1. Совмещение рабочих операций 2. Совмещение рабочих и холостых ходов разных суппортов 3. При сверлении отверстий необходима их предварительная зацентровка 4. Для уменьшения длины рабочих ходов при сверлении ступенчатых от-

верстий сначала сверлят отверстия большего диаметра. 5. В конце рабочих ходов необходимо предусматривать выстой инстру-

мента с целью предупреждения овальности и возникновения заусенца. 6. Нарезание резьбы не следует совмещать с другими операциями. Для всех рабочих переходов плана обработки вычерчивают эскизы распо-

ложения заготовки, инструмента и оправок. Определяют длины рабочих ходов и назначают режимы резания.

Определение продолжительности операции и координация рабочих

ходов. Относительную координацию рабочих ходов производят по количеству

оборотов шпинделя, приходящихся на данный рабочий переход:

При постоянной частоте вращения шпинделя количество оборотов шпин-деля на рабочий переход определяют

i

ii S

lN =

при переменной частоте определяют

ii

ii C

SlN ⋅=

iш

ошi n

nС = - коэффициент приведения

nош – основная частота вращения шпинделя niш – частота вращения шпинделя на i - ом переходе В качестве основной частоты вращения шпинделя принимается частота,

которая чаще всего используется при данной наладке. Время, затрачиваемое на переход:

ош

i

nNt =

Общая координация цикла. Общецикловая координация рабочих ходов и холостых ходов производит-

ся в сотых долях одного оборота распределительного вала, так как все ходы выполняются именно за один оборот.

Для этого определяют количество сотых долей требующихся для выполне-ния рабочих и холостых ходов за один оборот Р.В.

Количество сотых долей для выполнения холостых ходов ∑β зависит от конструкции автомата и выбирается по паспорту станка.

Количество сотых долей, приходящееся на рабочие переходы, распреде-ляют пропорционально числу оборотов Ni шпинделя, приходящемуся на дан-ный рабочий переход

ii

i NN

K ⋅−

=∑

∑β100

Определение длительности цикла обработки. Полное количество оборотов шпинделя необходимое для изготовления од-

ной детали

∑∑⋅=

i

id K

NN

100

Время изготовления одной детали

ош

d

nNT ⋅

=60

По данной величине из паспорта станка определяются сменные колеса для настройки частоты вращения распределительного вала.

1

ТЕМА 11. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ. Первая А.Л. была создана в 1939 году на ВТЗ. Автоматической станочной линией называется система станков и вспомога-

тельных устройств, автоматически осуществляющих назначенную последователь-ность технологических операций без вмешательства рабочего.

Преимущества А.Л.: - применения А.Л. увеличивает производительность; - количество станков сокращается в 1,5-2 раза; - количество рабочих в 5-8 раз. - качество продукции улучшается и становится стабильным. - сокращается длительность производственного цикла. - себестоимость обработки сокращается в 3-4 раза. Недостатки А.Л.: - повышение требований к заготовке для обеспечения стабильности процесса

обработки. - трудоемкость переналадки линии на другую деталь или на другой техпро-

цесс. - повышенные первоначальные затраты. В состав автоматической линии входят: станки, транспортная система и систе-

ма управления.

Состав основного станочного оборудования автоматических линий в основном

зависит от вида обрабатываемых деталей и может включать в себя агрегатные, спе-циальные и специализированные станки.

Транспортная система состоит из основной транспортной трассы и следующих дополнительных устройств:

Автоматиче-ская линия

СТАНКИ

ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

Главный привод

Привод по-дачи

Мех за-жи-ма

Ос-нов. Трансп

По-во-ротн уст-во

На-ко-пи-тель

От-вод стружки

Бл. Синхрониз.

Бл. кон-тро-ля

Блоки-ров-ки

За-груз Ус-во

Общая структурная схема А.Л.

2

- накопителей заделов для бесперебойной работы линии при простое отдель-ных агрегатов.

- устройства для поворота обрабатываемых заготовок. - загрузочных устройств для подачи заготовки с основной транспортной трас-

сы к зажимному устройству станка. - устройств для автоматического отвода стружки. Система управления включает в себя блок синхронизации, блок контроля и

систему блокировок. Требования к обрабатываемым деталям. 1. Достаточность программы выпуска 2. Хорошая технологичность, для применения простых технологических про-

цессов. 3. Поле рассеяния значений твердости материала заготовок должно быть более

узким, чем обычно. Это необходимо для получения стабильной стойкости инструментов и возможности планомерной подналадки инструментов.

4. Размеры заготовок должны иметь хорошую стабильность. Типы автоматических линий. Автоматические. линии классифицируются по ряду признаков. В зависимости

от величины штучного выпуска деталей применяются однопоточные линии (после-довательного действия) и многопоточные (параллельно-последовательного дейст-вия).

По роду станков различают А.Л., образованные из: специальных станков; агре-гатных станков; универсальных станков.

По способу передачи обрабатываемых деталей со станка на станок различают линии:

1) со сквозным транспортированием с проходом деталей сквозь места зажима: применяются при обработке корпусных деталей на агрегатных станках.

2) С верхним транспортированием 3) С боковым продольно-поперечным транспортированием 4) С роторным транспортированием, применяемым в роторных линиях. По расположению оборудования Различают замкнутые и незамкнутые А.Л. Загрузка заготовок и выгрузка дета-

лей в замкнутых линиях осуществляемая в одном месте. Большинство А.Л имеет незамкнутое расположение оборудования (---, Г, П,

Ш). По виду обрабатываемых деталей различают следующие автоматические ли-

нии: - для корпусных деталей - для валов - для зубчатых колес. Производительность и структура А.Л. Расчетная штучная производительность однопоточной А.Л.

τ1

=Q

где штучное время: всЦ tT +=τ

3

Тц – продолжительность цикла лимитирующего станка или операции твс – продолжительность несовмещенных вспомогательных операций Вследствие внецикловых потерь фактическая производительность меньше рас-

четной:

tQqQQ ПФ1=⋅=−= η

qП - потеря выпуска всей линии в единицу времени η - коэффициент использования линии. t - длительность среднего интервала выпуска детали с последней позиции ли-нии

tQQФ τ

η ==

Относительная доля потери штучного времени

ηβ −=−

= 1Q

QQ Ф

Потери штучной производительности автоматической линии и коэффициент ее использования зависят:

а) от частоты неполадок в элементах оборудования А.Л., вызывающих простой отдельных ее агрегатов;

б) от длительности устранения этих неполадок. Средняя полная длительность потерь, приходящаяся на единицу времени рабо-

ты для каждого агрегата линии равна:

∑=N

IПП1

N – общее количество сблокированных агрегатов линии. Фактическая производительность сблокированной линии

∑+= N

I

Ф

П

QQ

11

Коэффициент использования линии с учетом потерь

∑+= N

IП1

1

1η

Отсюда видно, что для повышения коэффициента использования необходимо стремиться к уменьшению конструктивных элементов как в самих агрегатах, так и в пределах всей всей линии.

С учетом потерь времени из-за инструментов коэффициент использования сблокированной линии равен:

∑ ∑∑ +++= N U

Iсс

U

II ППП1 11

1

1η

U - количество групп инструментов ПIсл случайные потери по инструменту ПI потери на смену группы инструментов

4

Деление сблокированной линии на потоки. Наличие лимитирующих операций, т.е. операций длительность выполнения ко-

торых существенно больше средней длительности выполнения остальных операций, делают необходимым делить линии на несколько потоков. Места переходов от од-нопоточной линии к многопоточной и наоборот делят линию на участки.

Большая длительность лимитирующей операции, а также большая программа изготовления деталей могут потребовать применения на лимитирующих операциях параллельной обработки нескольких деталей. При этом возможны два варианта:

1.Установка станков для лимитирующих операций в одной общей цепочке. При небольших габаритах детали на одном станке обрабатывается параллельно

несколько заготовок

Большие заготовки обрабатываются параллельно по одной на каждом станке При Z параллельно обрабатываемых заготовках шаг транспортера принимается в Z раза больше расстояния между смежными заготовками.

При параллельной обработке в одном потоке увеличивается количество сбло-кированных станков, что снижает коэффициент использования сблокированных ли-

ний. 2.Установка станков для лимитирующих операций в параллельных частях ли-

нии. Станки, параллельно обрабатывающие несколько деталей, устанавливаются на

параллельных частях автоматической линии, снабженных транспортными устройст-вами, которые позволяют этим частям линии работать независимо друг от друга. Та-кие части линии называются потоками.

Каждый поток снабжен тремя транспортерами. А – подводящим; В – подающим; С – выдающим.

5

Коэффициент технического использования такой линии:

pП∑+

=1

1η

p- количество параллельных потоков. Деление автоматической линии на секции. При сложном технологическом процессе изготовления детали на А.Л. линия

делится на секции накопителями заделами. В пределах секции станки оказываются взаимно сблокированными транспортной системой. Количество станков в одной секции характеризует жесткость А.Л.

В связи с этим различают линии с жесткой связью (сблокированные линии для корпусных деталей) и свободной связью между станками.

Жесткая связь осуществляется общим шаговым транспортером. Свободная связь выражается в том, что деталь выдаваемая одним станком, по-

дается в бункер или магазин другого. Накопители заделов применяются двух типов: проходные и тупиковые. Проходные накопители характеризуются тем, что в них детали транспортиру-

ются не только при простое одной из смежных секций, но и при их нормальной ра-боте. В качестве проходного накопителя используется транспортер для передачи за-готовок из секции в секцию.

Тупиковый накопитель работает только при простое одной из смежных с ним секций.

При прямолинейной компоновке линии накопители заделов могут располагать-ся параллельно транспортной трассе линии.

Деление линии на секции и выбор места расположения накопителей целесооб-разно производить так, чтобы длительность простоев смежных секций по неполад-кам и времени, необходимому на их устранение, была одинакова.

А.Л. ДЛЯ ОБРАБОТКИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ. Состав линий: 1. Агрегатные станки 2. Транспортная система 3. Поворотные устройства 4. Механизмы фиксации и зажима.

6

Основным технологическим оборудованием А.Л. являются агрегатные станки различной компоновки, предназначенные для выполнения фрезерных, сверлильных, расточных и резьбонарезных работ. Компоновка станков зависит от транспортной системы линии и конструкции обрабатываемой детали.

Ядром транспортной системы являются шаговые транспортеры. Корпусные де-тали транспортируются: проталкиванием, на транспортерах, если детали крупнога-баритные, имеют хорошие установочные поверхности, и на спутниках, если детали мелкие и базовые поверхности имеют сложную конфигурацию.

Шаговые транспортеры, перемещают одновременно все детали участка на оче-редную позицию. Шаг транспортера равен расстоянию между позициями.

Шаговые транспортеры бывают следующих типов: штанговые с собачками; штанговые с флажками; грейферные.

Транспортируемые детали устанавливаются на неподвижные направляющие 1.

В транспортерах с собачками (см. рис а) транспортирование осуществляется с по-мощью собачек 3, которые свободными концами упираются в детали и при переме-щении штанги 2 перемещают детали по направляющим. Штанга совершает возврат-но-поступательное движение. При движении штанги назад подпружиненные собач-ки утапливаются и проскакивают под деталями. В транспортерах с флажками (см. рис б) детали транспортируются флажками 4, прикрепленными к штанге 2. Штанга совершает возвратно-поступательное и возвратно-качательное движение. При дви-жении штанги вперед флажки находятся в вертикальном положении и толкают де-таль, придвижении штанги назад флажки поворачиваются на 90 или 180О, деталь при этом остается на месте. В грейферных транспортерах (см. рис. в) транспортиро-вание детали осуществляется собачками, жестко прикрепленными к штанге. При поднятой штанге и при движении её вперед происходит перемещение детали по на-правляющим вперед. Перед возвратом штанги назад она опускается, так, что собач-ки не касаются деталей.

Поворотные устройства применяются в А.Л для изменения ориентации деталей на определенных участках линии. В зависимости от технологического процесса применяют следующие поворотные устройства: барабаны – для поворота детали во-круг горизонтальной оси; столы – для поворота детали вокруг вертикальной оси; кантователи - для поворота детали вокруг наклонной оси.

Рассмотрим кинематическую схему поворотного стола с гидроприводом.

Центральный вал приводится в движение через червячную передачу от гидромотора.

Угол поворота таких столов регулируется как правило жесткими упорами.

7

Столы можно устанавливать в А.Л. так, что ось вращения его совпадает с осью симметрии детали. В этом случае подающий конвейер должен отойти в исходное положение, а удаляющий конвейер был в исходном положении.

При несовпадении оси вращения стола и оси симметрии детали не требуется отводить подающий конвейер.

Для полного снятия ограничения по положению смежных конвейеров приме-няются подъемно-поворотные столы. В этих столах деталь перед поворотом подни-мается с транспортных планок, а после поворота вновь устанавливается на них.

Поворот деталей вокруг горизонтальной оси осуществляют поворотными бара-банами, выполненными в двух вариантах: реверсивном и одностороннего вращения.

Барабан одностороннего вращения применяется в тех случаях когда это позво-ляет форма детали.

Автоматические линии для обработки валов. Состав линии. 1) Специальные и универсальные станки 2) Транспортная система 3) Питатели В состав этих линий входят: фрезерно-центровальные станки для обработки

торцевых поверхностей заготовки и получения базовых поверхностей; гидро-копировальные центровые полуавтоматы для наружной обточки заготовок; кругло-шлифовальные полуавтоматы и бесцентрово-шлифовальные станки – для шлифова-ния наружных поверхностей.

В зависимости от компоновки станков применяются три основные системы транспортирования обрабатываемых валов: верхняя, фронтальная и сквозная.

Верхняя система с вертикальной загрузкой детали применяется при горизон-тальной компоновке станков токарной группы. Верхняя загрузка удобна для универ-сальных станков, однако эти станки неудобны для встраивания их в А.Л.

Фронтальная система с горизонтальной загрузкой детали применяется при вер-тикальных токарных полуавтоматах.

Сквозная горизонтальная система транспортирования валов через место зажима может применяться только при наклонной или вертикальной компоновке.

ТЕМА 12. АГРЕГАТНЫЕ СТАНКИ. Назначение и компоновка. Агрегатными называются станки, состоящие из нормализованных узлов

(агрегатов). Эти станки используются для многоинструментальной обработки загото-

вок в условиях крупносерийного и массового производства. На Агрегатных станках производится сверление, растачивание, нарезание

резьбы и фрезерование плоскостей в корпусных деталях. Преимущества применения агрегатных станков заключается в следующем: 1) значительное сокращение времени на проектирование и изготовление

станка 2) высокая производительность, обусловленная многоинструментальной

обработкой и минимальным количеством вспомогательных движений. 3) удешевление обработки заготовок благодаря высокой производительно-

сти и простоте обслуживания станка 4) возможность использования части агрегатов при изменении объекта

производства. При установившейся номенклатуре деталей возможно создание агрегатных

станков с переналадкой на обработку заготовок деталей нескольких типоразме-ров. Агрегатные станки могут работать как самостоятельная единица станочно-го парка или входить в состав А.Л.

В большинстве случаев на агрегатных станках производится обработка не-сколькими инструментами неподвижной заготовки. Это позволяет осуществ-лять рабочие перемещения агрегатов, несущих инструмент в одном направле-нии и обрабатывать заготовки, одновременно с нескольких сторон.

Компоновка агрегатных станков зависит от размеров и конфигурации из-готовленной детали, а также от возможности совмещения необходимых для об-работки операций.

Существуют три основных типа компоновки: - горизонтальная; - вертикальная; - комбинированная и целый ряд дополнительных, таких как: - горизонтальная односторонняя; - горизонтальная двухсторонняя; - горизонтальная трехсторонняя - комбинированная вертикальная и горизонтальная двухсторонняя

пвпвпвпв

и так далее Агрегатные станки классифицируют на следующие основные группы: 1) станки с неподвижно установленной обрабатываемой деталью с одно-

временной или последовательной работой силовых головок 2) станки с поступательным перемещением деталей и с последовательно-

параллельной работой силовых головок 3) станки с вертикальной осью вращения позиционного стола и с после-

довательно-параллельной работой силовых головок 4) станки с горизонтальной осью вращения позиционного стола и с по-

следовательно-параллельной работой силовых головок. Основные узлы агрегатных станков (см. рис.).

Агрегатные станки в большин-стве случаев имеют следующие ос-новные узлы: корпусные детали (станина, колонная, подставка); си-ловые головки; силовые столы; по-воротные столы; шпиндельные ко-робки. 1 - станина 2 - подставка 3 - стойка 4 - силовой стол 5 - силовая головка 6 - инструментальные головки. 7 – поворотный стол

Силовые головки. Силовые головки предназначены для сообщения режущим инструментам

главного движения и движения подачи. Различают самодействующие и несамодействующие силовые головки. Самодействующими силовыми головками называются агрегаты, сооб-

щающие инструменту вращательное (главное) и поступательное (подача) дви-жения.

Несамодействующие головки сообщают инструменту только вращательное движение, а привод поступательного перемещения головке сообщается сило-вым столом.

Подача инструмента в силовых головках может осуществляться: 1. Перемещением корпуса головки, несущего шпиндельную коробку 2. Перемещением пиноли с инструментом при неподвижном корпусе. Вращение рабочих шпинделей осуществляется от двигателя расположен-

ного на корпусе головки. Для реализации движения подачи применяются кулачковые механизмы с

плоским или цилиндрическим кулачком, винтовые передачи, а так же гидро и реже пневмоцилиндры.

Рассмотрим схемы некоторых головок. Механическая плоскокулачковая От электродвигателя через сменные зубчатые колеса «а» и «б», при помо-

щи которых осуществляется настройка на заданную скорость резания, движе-ние передается на шпиндель головки. Через червячную передачу движение с первого вала передается на сменные шестерни «в» и «г», при помощи которых осуществляется настройка на заданную скорость подачи. Далее через промежу-точную шестерню на шестерню – кулачок «К». В паз кулачка входит толкатель

жестко соединенный с пинолью головки. При вращении кулачка пиноль получает возвратно-поступательное движение вдоль своей оси.

Эти головки предназначены для работ с небольшими осевыми усилиями.

Преимущества: компактность, простота обслуживания. Недостатки небольшой ход инструментов, изменение длины хода инструмента осуществляется только сменой кулачка.

Механическая с винтовым приводом.

Главное движение передается от электродвигателя через сенные шестерни «а» и «б» на шпиндель. Движение подачи со шпинделя через сменные шестер-ни «в» и «г» передается на винтовое тяговое устройство. Эти головки приме-няются для сверлильных, резьбонарезных, расточных и фрезерных работ. Пре-имущества: высокая надежность, достижима любая длина хода инструмента, воспринимает большие осевые усилия. Недостатки: более сложная система управления, невысокая точность позиционирования.

Самодействующая гидравлическая.

Эти головки получили наибольшее распро-странение. Они обладают наименьшими размера-

ми и обеспечивают высокую точность обработки,

бесступенчатое регулирование. Недостатки: невозможность нарезания резьбы без копирных устройств,

наличие сложной гидравлической схемы. Несамодействующая силовая головка. Несамодействующие силовые головки предназначены толь для реализации

главного движения они имеют простейшую конструкцию. Для реализации дви-жения подачи здесь требуются силовые столы.

Силовые столы. Силовые столы предназначены для продольного перемещения несамодей-

ствующих силовых головок. Применяют силовые столы с винтовым или гид-равлическим приводом.

Основной рабочий цикл силового стола: ускоренный подвод, рабочая по-дача, выдержка на жестком упоре (для гидравлических столов), быстрый отвод.

Шпиндельные коробки. Шпиндельные коробки предназначены для сообщения вращательного

движения режущим инструментам. Они представляют собой узлы, в которых размещены шпиндели, промежуточные валы и редукторные колеса, передаю-щие вращение к шпинделям от приводного вала силовой головки.

Конструкции

шпиндельных коробок зависят от количества и взаимного расположения отверстий или

поверхностей обрабатываемых деталей.

При разработке кинематических схем шпиндельных коробок не рекомендуется использовать шпиндели в качестве валов, приводящих во вращение группу других шпинде-лей.

ТЕМА 13. РОТОРНЫЕ АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ. Роторные автоматические линии в механообработке предназначены для

изготовления относительно не сложных деталей типа «вал». Кроме механооб-работки роторные автоматические линии широко применяются при обработке металлов давлением, при сборке малогабаритных узлов и для выполнения кон-трольных операций. Роторные автоматические линии состоят из роторных станков, транспортных роторов, находящихся в непрерывном вращении, уст-ройства для автоматической загрузки и выгрузки, системы управления.

На каждой позиции роторного станка работа производится по одному цик-лу параллельно, но со сдвигом фаз цикла.

Особенности роторных линий. 1. Производительность Р.А.Л. не зависит от длительности операций, так

как для увеличения производительности достаточно увеличить число позиций роторных станков.

2. Возможность обеспечить одинаковую производительность всех ротор-ных станков при различной длительности отдельных операций. Благо-даря возможности получать одинаковую производительность отдель-ных рабочих роторных станков, на операциях с различной длительно-стью, удается объединять в одну линию такие операции, объединение которых на базе обычных станков практически невозможно. Этого можно достичь подбором числа рабочих позиций роторных станков на различных операциях.

3. Совмещение во времени транспортирования заготовок и их обработки. Непрерывность транспортирования и отсутствие бункеров-накопителей внутри АРЛ позволяет сократить продолжительность обработки.

По функциональному назначению и использованию различают три основ-ные категории механизмов ротора.

1) механизмы рабочих ходов 2) механизмы холостых ходов (подача, зажим, центрирование …) 3) системы и механизмы управления. Классификация рабочих роторов. Роторы можно классифицировать по следующим признакам:

1. По технологическому назначению. По технологическому назначе-нию роторы делятся на обрабатывающие, сборочные и контрольно-управляющие.

2. По типу орудий обработки и способу воздействия на поток деталей. По типу орудий обработки роторы делятся на роторы обработкой резанием, давлением.

3. По характеру привода рабочего движения. По этому признаку они делятся на роторы с кулачковым приводом и гидравлическим приводом.

4. По числу деталей обрабатываемых одним инструментальным бло-ком. Роторы обрабатывающие одну деталь и несколько деталей, чаще всего две.

5. По взаимному расположению осей блоков и ротора. С параллель-ным расположением и с перпендикулярным расположением.

6. По числу потоков. Однопоточные и двухпоточные роторы.

Поточность Р.М. определяется числом независимых потоков деталей. Де-тали каждого потока подвергаются обработке по самостоятельной цикловой диаграмме.

Объекты обработки в АРЛ перемещаются с некоторой транспортной ско-ростью Vтр.. Технологическая скорость Vтех. обработки представляет собой ско-рость взаимного технологического перемещения объектов обработки и инстру-мента. Скорость транспортного движения является функцией заданной теоре-тической производительности. Дополнительными условиями на функциональ-ную взаимосвязь между Vтр. и Vтех., являются быстродействие механизмов при-вода.

Кинематическая схема рабочего ротора. 1 – Коробка скоростей 2 – Коробка подач 3 – Кулачковый механизм 4 – обрабатываемая заготовка 5 – Инструментальный блок 6 – транспортный ротор 7 – Зубчатые колеса привода шпинделей 8 – Ротор Главное движение VР от электродвигателя передается на коробку скоро-

стей, зубчатые колеса 7 на шпиндель станка. Движение транспортирования VТР через коробку подач и зубчатую передачу с внутренним зацеплением 9 переда-ется на ротор 8. Технологическая скорость VТЕХ перемещения инструменталь-ных блоков 5 реализуется от цилиндрического кулачка 3 неподвижно закреп-

ленного на станине станка и в паз которого входит ролик толкателя соединен-ного с инструментальным блоком.

ТЕМА 14. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ.

Гибкими производственными системами (ГПС) называют совокуп-

ность металлообрабатывающего и вспомогательного оборудования (транспорт-ного, накопительного, погрузочно-разгрузочного и т.д.), работающего в авто-матическом режиме и с единой системой управления в условиях многономенк-латурного производства. Основными составляющими компонентами ГПС яв-ляются станочное оборудование; транспортная система; промышленные роботы и манипуляторы; накопительно-складская система; контрольно-измерительная система; система управления. Как правило, оборудование имеет системы чи-слового программного управления (ЧПУ) с использованием ЭВМ различного уровня.

Классификация и структурные схемы ГПС. Гибкие производственные системы можно классифицировать по следую-

щим признакам: организационному, комплексности изготовления деталей, виду обработки, разновидности обрабатываемых изделий, уровню автоматизации.

По организационному признаку ГПС подразделяют на гибкую автоматизи-рованную линию (ГАЛ), гибкий автоматизированный участок (ГАУ) и гибкий автоматизированный цех (ГАЦ)

1. Отличие ГАЛ от традиционных автоматических линий заключается в том, что на ГАЛ можно обрабатывать детали широкой номенклатуры. Особенностью компоновки ГАЛ являет расположение технологическо-го оборудования в принятой последовательности технологических опе-раций. В ГАЛ транспортные системы перемещают обрабатываемые из-делия только по заранее определенным маршрутам.

2. Гибкий автоматизированный участок (ГАУ) в отличие от ГАЛ позволя-ет изменять последовательность технологических операций Благодаря этому достигается максимальная загрузка оборудования В состав ГАУ и ГАЛ могут входить роботизированные технологические комплексы (РТК), включающие технологическое оборудование, промышленный робот и дополнительные средства оснащения.

3. В состав гибкого автоматического цеха могут входить ГАЛ, ГАЦ, а так же отдельное технологическое и вспомогательное оборудование.

Основной составной частью ГПС является гибкий производственный модуль ГПМ. ГПМ это единица технологического оборудования, автономно функционирующая, автоматически осуществляющая весь цикл работы и имеющая возможность быть встроенной в ГПС.

1. Станочное оборудование. Основой ГПМ, а следовательно, и ГПС является технологическое оборудо-

вание с ЧПУ. Оно решает главную задачу любого механообрабатывающего производства. Технологические возможности каждого станка в отдельности и их сочетание определяют верхнюю границу гибкости системы.

К станкам встраиваемым в ГПС, кроме общих требований по обеспечению нужного качества деталей предъявляется и ряд специфических.

Требования к степени концентрации операций. Высокая концентрация операций в условиях ГПС позволяет сократить

длительность производственного цикла, повысить долю машинного времени. Следствием является повышение рентабельности обработки, сокращение коли-чества станков и т.д.

Существуют два способа концентрации операций: в пространстве и во времени.

Концентрация в пространстве достигается путем снабжения станков ин-струментальными магазинами с автооператорами и обработки детали с не-скольких сторон. Лучшим образом этому требованию отвечают многоопераци-онные станки и обрабатывающие центры. Магазины токарных станков должны иметь не менее восьми инструментов, обрабатывающих . центров –30.

Увеличение емкости магазина станка имеет предел, обусловленный воз-растанием массы и габаритов. Проблему обеспечения требуемого количества инструмента можно решить автоматической заменой его в магазине, используя транспортную кассету с инструментом, автоматической заменой всего магази-на, установкой рядом со станком большого стационарного магазина, автомати-чески питающего малый магазин.

Концентрация операций во времени достигается обработкой детали од-новременно несколькими инструментами. Это достигается на оборудовании со сменными многошпиндельными головками. Это т.н. агрегатные обрабатываю-щие центры, которые сочетают в себе производительность агрегатного станка и гибкость обрабатывающего центра.

Требования к универсальности и переналаживаемости. Высокая универсальность и переналаживаемость , характеризующие гиб-

кость оборудования, являются важной предпосылкой его успешного использо-вания в ГПС. Этим требованиям отвечают универсальные станки с ЧПУ. Путя-ми повышения универсальности является оснащение станков универсальными, автоматически управляемыми приспособлениями.

Требования к компоновке. Компоновка станка должна обеспечивать удобство встройки станка в об-

щую транспортно-накопительную систему, свободный доступ к рабочей зоне для средств загрузки и беспрепятственный сход стружки.

С точки зрения доступности рабочей зоны токарный станок должен иметь станину с наклонными или вертикальными направляющими. Требования удоб-ства стыковки обрабатывающего центра с устройством системы спутников и транспортной системой накладывают ограничения на подвижность его стола. Желательно иметь лишь одну поступательную степень свободы стола, предпоч-тительно в направлении перпендикулярном оси шпинделя в горизонтальной плоскости.

Требования к уровню автоматизации вспомогательных операций. ГПС предназначен для работы в автоматическом или автоматизированном

режиме. Поэтому к входящим в них станкам предъявляются высокие требова-

ния их степени автоматизации. Станок, встроенный в ГПС должен иметь: ав-томатическое зажимное приспособление; автоматическое ограждение ра-бочей зоны с блокировкой по открытому положению; датчики контроля установки детали или инструмента; устройство автоматического удале-ния стружки.

Требования к гарантированному дроблению и удаления стружки. В условиях ГПС и «безлюдной технологии» это требование имеет очень

важное значение. В настоящее время имеется много способов и устройств дробления и отвода стружки. Специальная геометрия инструмента, накладки, сообщение суппорту вибраций, подача СОЖ под большим давлением. Удале-ние стружки осуществляется встроенным транспортером.

Требования к надежности. Оборудование ГПС обладает в некоторой степени автономностью и взаи-

мозаменяемостью, однако, включено в общий технологический процесс. По-этому требования к его надежности должны быть выше, чем к станку с ЧПУ, используемому отдельно.

Большинство отказов в оборудовании с ЧПУ приходится на систему управления. Данный недостаток может быть ликвидирован с применением сис-тем класса CNC на базе микропроцессоров, которые значительно упрощают и повышают надежность систем и позволяют вести адаптивное управление и ав-томатическую диагностику состояния оборудования.

Требования к системе управления. Важнейшим требованием к системе управления является гибкость. Опыт

эксплуатации первых ГПС показал, что жесткие системы класса NC не соответ-ствуют условиям ГПС. Плохая совместимость с центральной ЭВМ, необходи-мость разработки устройств буферной памяти не позволяет организовать груп-повое управление. Поэтому оборудование ГПС должно управляться от систем класса CNC микроЭВМ, лишенные этих недостатков. Устройства управления должны обеспечивать ввод управляющих программ не посредственно с пульта управления, редактирование и связь с ЭВМ высшего ранга. Этим требованиям отвечают системы подкласса DNC, относящиеся к классу CNC

2. Промышленные роботы. Трудности с автоматизацией загрузки металлорежущих станков могут

быть решены путем применения промышленных роботов. П.Р. незаменимы прежде всего в производствах при обработке деталей типа тел вращения и не-больших призматических деталей преимущественно в условиях мелко и сред-несерийного производства, а также в сборочном производстве.

Для загрузки призматических деталей применяются в основном пово-ротные и столы, каретки, толкатели. Эти механизмы и их сочетания применяются в устройствах автоматической смены спутников. Недостат-ком П.Р. для загрузки тяжелых призматических деталей является низкий пока-затель соотношения Gдет. и Gп.р.. Для загрузки токарных станков в крупносерий-ном производстве более выгодно применение портальных и встроенных мани-пуляторов в сочетании со столами и транспортерами.

П.Р. применяемый для загрузки станка должен иметь:

- щирокодиапазонный или автоматически сменяемый схват; - развитую кинематику и большое число точек позиционирования для

огибания препятствий и работы с многоместной оснасткой; - автоматическое программирование и переналадку; - связь и хорошую совместимость с ЭВМ высшего уровня; - возможность адаптации к нестандартным ситуациям и диагностику не-

исправлений. Этим требованиям отвечает робот с четырьмя и более степенями свободы,

со следящим или шаговым электроприводом, системой управления на базе микро ЭВМ. Показатели надежности у промышленных роботов в производст-венных условиях должны быть не ниже, чем у основного технологического оборудования.

3. Транспортная система. Транспортная система является связующим элементом в автоматических

производствах. Она обеспечивает направление и распределение материальных потоков: – заготовок, полуфабрикатов и готовых деталей, приспособлений и оснастки, режущего, измерительного инструмента.

По назначению транспорт делится на межоперационный и транспорт внут-ри производственной ячейки.

Межоперационный транспорт служит для перемещения грузов по всей технологической цепочке. Для этих целей используются:

Кран-штабелер; Горизонтально-замкнутый транспортер; Самоходная транспортная тележка; Подвесной транспорт. Выбор конкретного типа транспорта главным образом зависит от объема и

номенклатуры выпускаемой продукции, подобия технологических маршрутов, интенсивности грузопотоков. Для широкономенклатурного производства наи-более перспективны самоходные транспортные тележки с управлением по ме-таллической ленте и т.д. Особенностями этих средств являются гибкость, лег-кость прокладки и выбора трассы.

Под транспортом внутри производственной ячейки подразумеваются средства, осуществляющие передачу грузов от межоперационного транспорта к станку, средству загрузки или накопителя.

К ним относятся: Промышленные роботы. Двухпозиционный поворотный стол Каретка Рольганг 4. Накопительно-складская система. По способу организации накопительно-складские системы делятся на цен-

трализованные, децентрализованные и комбинированные. Конструктивно на-копители могут быть выполнены:

- со стационарными позициями, при этом груз из них извлекается непо-средственно средством загрузки станка;

- с неподвижными позициями и собственным транспортным средством для перераспределения грузов внутри накопителя и подачи их в пози-ции загрузки-выгрузки (каретка, п. р. портальный манипулятор);

- с подвижными позициями (поворотный стол, замкнутый транспортер). Средства ориентации и позиционирования. СО и П это комплекс устройств и приемов, обеспечивающих задание и со-

хранение требуемого положения и ориентации деталей в пространстве. К ним относятся устройства принудительной ориентации деталей, транспортная осна-стка или специальные базирующие элементы непосредственно на несущих по-верхностях Т.Н.С.

Для сохранения ориентированного положения деталей чаще всего приме-няется транспортируемая оснастка – спутники, палеты.

Спутник представляет собой плиту с Т-образными пазами или сеткой ка-либрованных резьбовых отверстий. Преимущества системы спутников заклю-чается в том, что удается разделить в пространстве процесс закрепления детали и ее обработки.

5. Контрольно-измерительные средства (КИС). По целям контроля и регулирования КИС делят на три класса. 1. Средства для обеспечения требуемых показателей качества деталей и

предотвращения или исправления брака, что достигается оснащением станка датчиками активного контроля

2. Средства для повышения производительности, что достигается оснаще-нием станка датчиками активного контроля и наличием в системе управления оптимизационного блока.

3. Средства для повышения надежности-долговечности, что достигается путем текущего контроля состояний станка или инструмента и сравне-нием их с требуемыми.

Основным классом является первый класс.К контрольно-измерительным средствам относятся: скобы; щупы; контрольно-измерительные машины.

Скобы и щупы встраиваются непосредственно в станок и позволяют опе-ративно производить контроль обрабатываемых поверхностей или деталей. Контрольно-измерительные машины имеют довольно высокие функциональ-ные показатели, но сравнительно низкую производительность, разделены в пространстве и времени с процессом обработки.

ТЕМА15. ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ Промышленный робот является сложной технической системой в состав

которого входит манипулятор с системой приводов, схват и устройство управ-ления, обеспечивающее автоматическую работу манипулятора.

В машиностроении промышленные роботы применяются как основное технологическое оборудование в сварочном производстве и как вспомогатель-ное для выполнения загрузочных работ. Они могут работать как самостоятель-ная единица или в составе станочного модуля.

Требования, предъявляемые к ПР. К П.Р, работающим в составе автоматических производств, предъявляются

следующие основные требования: 1. работа в автоматическом режиме при основных и вспомогательных

операциях 2. автоматическая перенастройка по управляющим командам 3. стыкуемость П. Р. по всем параметрам с оборудованием, в составе ко-

торого он будет работать 4. возможность осуществлять управляющие воздействия на основное

технологическое оборудование 5. надежность П.Р. работающих в автоматических технологических сис-

темах (наработка на отказ > 400 часов). Классификация П.Р. В настоящее время существует большое количество промышленных робо-

тов. Они имеют различное конструктивное исполнение, различные системы управления, различные технические характеристики, которые определяют их технические возможности и области применения. Поэтому все промышленные роботы классифицированы. Существуют следующие основные признаки клас-сификации:

- Грузоподъемность п.р. определяется наибольшей массой изделия, ко-торой он может манипулировать в пределах зоны обслуживания (5÷500 кг).

- Подвижность корпуса: п.р. делятся на подвижные и неподвижные, а подвижные делят на напольные и подвесные.

- Количество манипуляторов: одноманипуляторные и двухманипуля-торные п.р.

- Система координат: прямоугольная система (плоская - а и пространст-венная - б) и криволинейная (полярная - в, цилиндрическая – г и сфери-ческая - д). Наиболее проста прямоугольная система координат. Конст-рукция п.р. с этой системой является наиболее простой.

- Число степеней подвижности – п.р. определяется общим числом по-

ступательных и вращательных движений, без учета движений схвата (зажим – разжим). Число степеней подвижности до 3 - малая, 4-5 – средняя, более 6 – высокая.

- Тип приводов: пневмоприводы (цилиндры, турбинки); гидроприводы; электропривод. Роботы с электроприводом обладают большой техноло-гической гибкостью, просты в обслуживании и надежны в работе.

- Точность позиционирования – этот парметр определяет точность выхо-да рабочего органа манипулятора в заданной точке и точность воспро-изведения заданной траектории. У транспортных роботов точность по-зиционирования 1 мм. У роботов с высокой точностью погрешности менее 0,1 мм.

- Степень универсальности. Специализированные п.р и универсальные. Специализированные п.р. предназначены для выполнения однотипных операций, в пределах которых обладают необходимой гибкостью. Уни-версальные п.р. способны осуществлять самые разнообразные операции при широкой номенклатуре изделий.

- Тип управления. Программное и адаптивное. Программное управление: цикловое, позиционное. контурное.

Кинематические структуры манипуляторов промышленных роботов. Заданному числу степеней подвижности могут соответствовать различные

варианты кинематической структуры манипулятора, зависящие от вида и по-следовательности расположения кинематических пар – вращательных и посту-пательных.

Для каждого сочетания пар возможно несколько структурных схем

При изменении соотношения длин звеньев руки манипулятора меняется

конфигурация рабочего пространства. Из-за конструктивных ограничений в звеньях манипулятора в рабочем пространстве имеются мертвые зоны, т.е. не-доступные для кисти руки.

Ориентирующие движения манипулятора зависят от кинематической структуры кисти руки

Разработка или выбор структурной кинематической схемы позволяет раз-работать конструктивно-компоновочную схему промышленного робота. Выбор конструктивно-компоновочной схемы П.Р. зависит от его назначения, техниче-ской характеристики и в особенности конструкции обслуживаемого оборудова-ния.

Кинематический анализ механизмов манипуляторов П.Р. Кинематический анализ включает в себя две задачи: прямую и обратную.

Прямая задача – определение положения схвата по координатам всех промежу-точных звеньев.

Обратная задача – определение координат всех звеньев манипулятора по известным координатам схвата.

Существует два основных метода анализа пространственных механизмов при решении прямой задачи – геометрический и тензорно-матричный.

Особенностью тензорно-матричного способа является задание уравнений замкнутости в матричной форме. В этих уравнениях заключены все геометри-ческие характеристики относительного расположения звеньев механизма.

X Y Z - поступа-тельное переме-щение влоль со-ответст-вующих осей. A B C – вращение вокруг осей соот-ветствен-

П П

П В

Применение матриц четвертого порядка в тензорно-матричном способе, дают возможность отобразить одной матрицей вращение и поступательное пе-ремещение одной системы координат относительно другой системы координат.

Предполагается, что движения звеньев манипулятора по степеням свободы могут быть одного из двух типов – поступательное и вращательное, каждое из них совершается в локальной системе координат, связанной с соответствую-щим звеном механизма.

Система координат «i» преобразуется в систему «i+1» с помощью двух вращений, двух переносов выполняемых в такой последовательности:

1) вращение вокруг оси zi на угол θi+1 до тех пор, пока ось xi не станет па-раллельной оси xi+1

2) перенос вдоль оси zi на величину Si+1 после которого начало координат оказывается в точке пересечения с осью zi общего перпендикуляра, про-веденного к осям zi и zi+1

3) перенос вдоль оси xi+1 на величину аi+1 обеспечивающего совмещение начал систем координат

4) вращение вокруг оси xi+1 на угол αi+1 для совмещения осей z. Переменной величиной вращательной пары является угол θ, а переменной

величиной поступательной пары является перемещение S. Если представить некоторую звено в системе координат i+1 вектором Ri+1,

то соотношения между координатными системами звеньев i и i+1 может быть выражено

11 ++ ⋅= iii RAR где:

Θ⋅Θ⋅−Θ⋅ΘΘ⋅Θ⋅Θ⋅−Θ

=+++

+++++++

+++++++

10000 111

1111111

1111111

iii

iiiiiii

iiiiiii

SCosSinSinaCosSinCosCosSinCosaSinSinSinCosCos

Aαα

αααα

Если нулевому звену (основанию) поставить в соответствие систему коор-динат связанную с полом, то можно перейти от любого звена к системе коорди-нат звена «0» следующим образом:

ii RAAAR ⋅⋅⋅⋅= Λ210 или iRTR ⋅=0 где:

iAAAT ⋅⋅⋅= Λ21 i – матрица преобразования i-го звена, которая описывает его положение в системе координат пола.