Металлорежущий станок

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Токарный станок, один из представителей металлорежущих станков
Фрезерный станок

Металлоре́жущий стано́к — агрегатный механизм (станок), предназначен для обработки металлических и неметаллических заготовок. Обычно имеет шпиндель либо планшайбу. Работы на данном оборудовании осуществляются механическим способом с применением резцов, свёрл и пр. режущего инструмента.


История[править | править код]

Считается, что история металлорежущих станков начинается с изобретения суппорта токарного станка[1]. Около 1751 г. французский инженер и изобретатель Жак де Вокансон создал станок со специальным устройством для фиксации резца, в котором отсутствовало непосредственное влияние руки человека на формообразование поверхности.

По другим сведениям, конструкция первого в мире токарно-винторезного станка с механизированным суппортом и набором сменных зубчатых колёс была разработана в 1738 году русским учёным А. К. Нартовым[2].

Исторический процесс повышения точности происходил быстро. Невозможность изготовления деталей с необходимой точностью задерживала появление и развитие первых машин. Вначале детали подгонялись одна к другой. К 1776 году согласно письму Уатта можно было получить точность расточки цилиндра длиной 72 дюйма в толщину шестипенсовой монетки.

Темп роста достижимой точности изготовления особенно высок в наше время. Он возрастал в 10 раз за каждые 20 лет; так, относительные погрешности изготовления в 1940 году составляли в 1960 году - и в 1980 году - [3]


Точность[править | править код]

В настоящее время в области обработки изделий машиностроения на станках с ЧПУ достигнут некоторый предельный уровень точности обработки, так минимальная дискретность перемещения исполнительных органов для большинства современных станков, составляет 1 мкм, а некоторые из них способны осуществлять перемещения в величинах менее микрона (<0,0001 мм). Дальнейшее повышение точности обработки на станках с ЧПУ за счёт уменьшения дискретности перемещения исполнительных органов становится невозможным из-за ограничений, накладываемых физикой процесса резания металлов на микронном и субмикронном уровне. Например, на микронном и субмикронном уровне очень сильным становится влияние погрешностей, вызываемых в технологической системе «станок-приспособление-инструмент-заготовка» воздействием: силовых нагрузок, температурных полей и износом режущей части инструмента, приводящих к изменению формы и пространственного положения, как исполнительных органов станка, так и самой заготовки. В подавляющем большинстве случаев разработка управляющих программ для станков с ЧПУ ведётся либо с использованием САПР, либо осуществляется встроенными средствами моделирования, непосредственно на панели управления ЧПУ. Надо заметить, что при этом и САПР и панель управления ЧПУ работают с абстрактной идеализированной математической моделью, обрабатываемой детали и квазижесткой технологической системой, не претерпевающей в процессе обработки резанием деформаций и изменений пространственного положения исполнительных органов. Следовательно, погрешности, возникающие при реализации управляющих программ, созданных с помощью средств САПР или панели управления ЧПУ, на реальной технологической системе, будут унаследованы обрабатываемой деталью.

Большое значение для повышения точности обработки имеет значение балансов точности. Они позволяют устанавливать влияние отдельных погрешностей, намечать наиболее эффективные мероприятия по повышению точности обработки и существенно облегчать расчеты точности, позволяя оценивать малые составляющие баланса очень приближенно. Система расчетов точности станков позволяет построить баланс точности станка, выяснить влияние отдельных факторов на точность обработанной поверхности, определить погрешность схемы формообразования, диагностировать источник погрешности по результатам измерения обработанных на станке деталей и т.д. Как и для машин других типов, весьма важным является рассмотрение акустического проявления вибраций в виде шума. В большинстве случаев колебания в станках являются нежелательными. В станках возникают вынужденные колебания и автоколебания, имеющие весьма широкий спектр частот (от долей до десятков тысяч герц). Колебания носят как стационарный, так и нестационарный характер, и для их описания используются практически все методы теории колебаний[4].

Математическая модель диагностики отклонения поверхностей конструктивных элементов детали под действием силы резания[5]:

Читается: на станке существует деталь , для которой существуют отклонения оси при воздействии силы резания с помощью нагрузочного устройства измеряемые с помощью устройства описываемые функцией с областью значений и областью определения записываемые в устройство ЧПУ

Erhhertnwwhnwnwt.tif


Числовое программное управление[править | править код]

При анализе кинематики механизмов относительно манипулирования вводятся следующие координатные системы:

- неподвижная система координат

- система координат, связанная с местом крепления детали либо с ее базовыми поверхностями, относительно которых описывается обрабатываемая поверхность

- система координат, связанная с местом крепления инструмента, относительно которого описывается его режущая поверхность и положение режущей кромки

- подвижный трехгранник (триэдр Френе), связанный с режущей кромкой и определяющий ее положение относительно

- подвижный трехгранник, связанный с точками поверхности и определяющий их положение в системе координат .

Ehnrebrebw12f21f.tif

Математически обрабатываемая поверхность получается взаимным перемещением двух трехгранников - , связанного с поверхностью детали, и , связанного с режущей кромкой инструмента. Элементы матрицы определяют перемещение режущей кромки относительно программного задания поверхности, - положение режущей кромки в системе координат и - положение программируемых опорных точек поверхности в системе координат детали, и - положение систем координат и относительно . [6]


Классификация[править | править код]

Станки классифицируются по множеству признаков:

  • По классу точности металлорежущие станки классифицируются на семь классов:
    • (Н) Нормальной точности
    • (П) Повышенной точности
    • (В) Высокой точности
    • (А) Особо высокой точности
    • (С) Особо точные станки (мастер-станки) с погрешностью 1 мкм.
    • (Т) мастер-станки с погрешностью 0,3 мкм.
    • (К) мастер-станки с погрешностью 0,1 мкм.
  • Классификация металлорежущих станков по массе:
    • лёгкие (< 1 т)
    • средние (1-10 т)
    • тяжёлые (>10 т)
    • уникальные (>100 т)
  • Классификация металлорежущих станков по степени автоматизации:
    • ручные
    • полуавтоматы
    • автоматы
    • станки с ЧПУ
    • гибкие производственные системы
  • Классификация металлорежущих станков по степени специализации:
    • универсальные. Для изготовления широкой номенклатуры деталей малыми партиями. Используются в единичном и серийном производстве. Также используют при ремонтных работах.
    • специализированные. Для изготовления больших партий деталей одного типа. Используются в среднем и крупносерийном производстве
    • специальные. Для изготовления одной детали или детали одного типоразмера. Используются в крупносерийном и массовом производстве

По виду обработки в СССР была принята следующая классификация, которая продолжает действовать в России. В соответствии с ней металлорежущие станки разделяются на следующие группы и типы:

Станки Группа Типы станков
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Токарные 1 Автоматы и полуавтоматы Револьверные Сверлильно-отрезные Карусельные Винторезные Многорезцовые Специализированные для фасонных изделий Разные токарные
одношпиндельные многошпиндельные
Сверлильные и расточные 2 Вертикально-сверлильные Одношпиндельные полуавтоматы Многошпиндельные полуавтоматы Координатно-расточные одностоечные Радиально-сверлильные Горизонтально-расточные Алмазно-расточные Горизонтально-сверлильные Разные сверлильные
Шлифовальные, полировальные, доводочные 3 Круглошлифовальные Внутришлифовальные Обдирочношлифовальные Специализированные шлифовальные - Заточные Плоскошлифовальные с прямоугольным или круглым столом Притирочные и полировальные Разные станки, работающие абразивным инструментом
Комбинированные 4 Универсальные Полуавтоматы Автоматы Электрохимические Электроискровые - Электроэрозионные, ультразвуковые Анодно-механические -
Зубо-, резьбо- обрабатывающие 5 Зубострогальные для цилиндрических колёс Зуборезные для конических колёс Зубофрезерные для цилиндрических колёс и шлицевых валиков Зубофрезерные для червячных колёс Для обработки торцов зубьев колёс Резьбофрезерные Зубоотделочные Зубо- и резбо- шлифовальные Разные зубо- и резьбо- обрабатывающие
Фрезерные 6 Вертикально-фрезерные Фрезерные непрерывного действия - Копировальные и гравировальные Вертикальные бесконсольные Продольные Широкоуниверсальные Горизонтальные консольные Разные фрезерные
Строгальные, долбежные, протяжные 7 Продольные Поперечно-строгальные Долбёжные Протяжные горизонтальные - Протяжные вертикальные - Разные строгальные
одностоечные двухстоечные
Разрезные 8 Отрезные, работающие: Правильно-отрезные Пилы - -
токарным резцом абразивным кругом фрикционным блоком ленточные дисковые ножовочные
Разные 9 Муфто- и трубо- обрабатывающие Пилонасекательные Правильно- и бесцентрово- обдирочные - Для испытания инструмента Делительные машины Балансировочные - -

Формообразующие движения[править | править код]

Для осуществления процесса резания на металлорежущих станках необходимо обеспечить взаимосвязь формообразующих движений.

У металлорежущего станка имеется привод (механический, гидравлический, пневматический), с помощью которого обеспечивается передача движения рабочим органам: шпинделю, суппорту и т.п. Комплекс этих движений называется формообразующими движениями. Их классифицируют на два вида:

1) Основные движения (рабочие), которые предназначены непосредственно для осуществления процесса резания:

а) Главное движение Dг осуществляется с максимальной скоростью. Может передаваться как заготовке (например, в токарных станках), так и инструменту (напр., в сверлильных, шлифовальных, фрезерных станках). Характер движения: вращательный или поступательный. Характеризуется скоростью — v (м/с).

б) Движение подачи Ds осуществляется с меньшей скоростью и так же может передаваться и заготовке и инструменту. Характер движения: вращательный, круговой, поступательный, прерывистый. Виды подач:

  • подача на ход, на двойной ход Sx. (мм/ход), Sдв.х. (мм/дв.ход);
  • подача на зуб Sz (мм/зуб);
  • подача на оборот So (мм/оборот);
  • минутная подача Sm (мм/мин).

2) Вспомогательные движения — способствуют осуществлению процесса резания, но не участвуют в нём непосредственно. Виды вспомогательных движений:

  • наладка станка;
  • задача режимов резания;
  • установка ограничителей хода в соответствии с размерами и конфигурациями заготовок;
  • управление станком в процессе работы;
  • установка заготовки, снятие готовой детали;
  • установка и смена инструмента и прочие.


См. также[править | править код]

Литература[править | править код]

Ссылки[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Перля З. Н. Чудесные станки, Молодая гвардия, 1944, 125 с.
  2. Загорский Ф. Н. Очерки по истории металлорежущих станков до середины XIX века. — М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1960. — 282 с. — 2500 экз.
  3. Д.Н,Решетов, В.Т.Портман. Точность металлорежущих станков..
  4. В.Н.Челомей. Вибрации в технике: справочник в 6 томах, том 3..
  5. Р.Ю. Некрасов, к.т.н., доц., А.И. Стариков, И.В. Соловьёв. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ И УПРАВЛЕНИЯ ОБРАБОТКОЙ НА СТАНКАХ С ЧПУ..
  6. Вячеслав Афонин, Владимир Макушкин. Интеллектуальные робототехнические системы..