Лекции по "Машиностроению"

1. Машиностроение, как отрасль. Металлорежущий станок (определение). Типаж металлообрабатывающих станков.

Машиностроение – наиболее крупная комплексная отрасль, определяющая уровень научно-технического прогресса во всем народном хозяйстве, поскольку обеспечивает все отрасли машинами, оборудованием, приборами, а население – предметами потребления. Включает также металлообработку, ремонт машин и оборудования. Для нее особенно характерно углубление специализации производства и расширение ее масштабов.

    К перечисленным  подразделениям машиностроения  следует добавить и «малую»  металлургию – производство стали  и проката, как в литейных цехах  машиностроительных предприятий, так  и на отдельных специализированных  предприятиях по производству  литья, поковок, штамповок, и сварных  конструкций для машиностроения.

В указанной структуре отрасли наиболее сложным является машиностроение, включающее такие важнейшие подотрасли, как машиностроение для межотраслевых производств (электронная и радиопромышленность, приборостроение, станкостроительная и инструментальная, подшипниковая промышленность и др.); производство оборудования для отраслей народного хозяйства (строительно-дорожное машиностроение, транспортное, тракторное и сельскохозяйственное машиностроение и др.); для отраслей промышленности (энергетическое машиностроение, металлургическое, горношахтное и горнорудное машиностроение, химическое машиностроение, производство технологического оборудования для текстильной промышленности и др.); для непроизводственной сферы (коммунальное машиностроение, производство бытовых приборов и машин, военная техника и др.).

    Кроме отраслевой  классификации, машиностроение можно  расчленить по стадиям технологического  процесса на заготовку; механическую  обработку и сборку.

    По металлоемкости, а также по трудо- и энергоемкости  принято выделять тяжелое, общее  и среднее машиностроение. Тяжелое  машиностроение отличается большим  потреблением металла, относительно  малой трудоемкостью и энергоемкостью. Оно включает производство металлоемких  и крупногабаритных изделий. Для  общего машиностроения характерны  средние нормы потребления металла, энергии, невысокая трудоемкость. В  основном это производство оборудования  для отдельных отраслей промышленности. Общее и среднее машиностроение  довольно похожи и четко выраженных  закономерностей в географии  не имеют.

Металлоре́жущийстано́к — машина, предназначенная для размерной обработки металлических заготовок в соответствии с чертежом (эскизом) путем снятия материала механическим способом с помощью режущего инструмента.

Классификация

Металлорежущие станки в зависимости от характера выполняемых работ и типа применяемых режущих инструментов подразделяются на 11 групп (см. рисунок).

• Группа токарных станков (поз. 1 - 6) состоит из станков, предназначенных для обработки поверхностей вращения. Объединяющим признаком станков этой группы является использование в качестве движения резания вращательного движения заготовки.
• Группа сверлильных станков (поз. 7 - 10) включает также и расточные станки. Объединяющим признаком этой группы станков является их назначение — обработка круглых отверстий. Движением резания служит вращательное движение инструмента, которому обычно сообщается также движение подачи. В горизонтально-расточных станках подача может осуществляться также перемещением стола с обрабатываемой деталью.
• Группа шлифовальных станков (поз. 20 - 24) объединяется по признаку использования в качестве режущего инструмента абразивных шлифовальных кругов.
• Группа полировальных и доводочных станков объединяется по признаку использования в качестве режущего инструмента абразивных брусков, абразивных лент, порошков и паст.
• Группа зубообрабатывающих станков включает все станки, которые служат для обработки зубьев колес, в том числе шлифовальные.
• Группа фрезерных станков (поз. 11 - 14) состоит из станков, использующих в качестве режущего инструмента многолезвийные инструменты — фрезы.
• Группа строгальных станков (поз. 15 - 17) состоит из станков, у которых общим признаком  является использование в качестве    движения    резания    прямолинейного    возвратно-поступательного движения резца или обрабатываемой детали.
• Группа разрезных станков включает все типы станков, предназначенных для разрезки и распиловки катаных материалов (прутки, уголки, швеллеры и т. п.).
• Группа протяжных станков (лоз. 18 и 19) имеет один общий признак: использование в качестве режущего инструмента специальных многолезвийных инструментов — протяжек.
• Группа резьбообрабатывающих станков включает все станки (кроме станков токарной группы), предназначенные специально для изготовления резьбы.
• Группа разных и вспомогательных станков объединяет все станки, которые не относятся ни к одной из перечисленных выше групп.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Направления развития станков. Увеличение производительности. Точность станков. Переналаживаемость станков. Надежность станков.

Станки для высокоскоростной обработки должны быть более жесткими и виброустойчивыми. Узлы подачи и их управление должны обеспечивать максимальную динамику линейных перемещений. Станок должен обеспечивать подачу СОЖ через шпиндель под высоким давлением или быть оснащенным системой минимальной подачи СОЖ. Системы ЧПУ должны реализовывать функцию «просмотра кадров вперед» как можно на большее количество кадров для сглаживания контура.

 

 Намечаются новые компоновки  станков с параллельной кинематикой, реализуемой с использованием  линейных двигателей или ШВП  с большим шагом. Механизмы автоматической  смены инструмента должны обеспечивать  их смену от реза до реза  за 5...2 с и менее, а время смены  столов-спутников — 8...5 с и менее; все другие вспомогательные действия  — с управлением от быстродействующих  УЧПУ на базе персональных компьютеров.

 Для токарных станков  с ЧПУ нового поколения характерна  вертикальная компоновка; функции  манипулятора выполняет сам шпиндель; отсутствует тактовый стол и  манипулятор, следовательно, сокращается  производственная площадь. В таких  станках нет коробки скоростей: ее функцию выполняет высокоскоростной  мотор-шпиндель с регулируемой  частотой вращения. Развитие конструкций  долбежных, поперечно-строгальных, продольно-строгальных  и особенно тяжелых продольно-строгальных  станков идет по следующим  направлениям:

комбинирование, т. е. применение на одном станке процессов долбления, фрезерования и растачивания;

применение на продольно-обрабатывающих станках процессов строгания, фрезерования, шлифования и растачивания;

создание поперечно-строгальных станков с гидрокопировальными устройствами и системами ЧПУ, позволяющими обрабатывать сложные фасонные профили;

проектирование продольно-обрабатывающих станков с двумя столами для обработки крупногабаритных деталей массой до 200 т, поскольку установка заготовки с выверкой и закреплением требует до 40 % времени обработки.

Долбление и строгание по сравнению с фрезерованием имеют свои преимущества и недостатки, поэтому в дальнейшем эти способы обработки будут не вытеснять, а дополнять друг друга. Выполнение на одном многофункциональном станке всего комплекса обработки: точение, сверление, фрезерование, шлифование, а также необходимые измерения — тенденция, носящая глобальный характер. Именно такой подход лежит в основе перспективного развития станкостроения.

Каждый станок имеет определенные выходные параметры. К ним относятся: производительность, точность, прочность, жесткость, виброустойчивость, стойкость к тепловым воздействиям, износостойкость, надежность, показатели качества, экономические и энергетические показатели. Все они, вместе взятые, характеризуют технический уровень станка.

 

Производительность. Это основной критерий количественной оценки станочного оборудования. Производительность станка характеризуется числом деталей, изготовленных на нем в единицу времени. Технологическая производительность с уменьшением времени резания возрастает, чего нельзя сказать о фактической производительности. До некоторого момента значение будет возрастать с увеличением технологической производительности. Но далее с ростом технологической производительности фактическая начнет падать. Это будет происходить, когда скорость резания станет выше рекомендуемой для обработки данного материала, так как станет увеличиваться значение быстрее будет затупляться режущий инструмент, чаще придется его заменять, а следовательно, переустанавливать и настраивать на размер. Технолог должен помнить об этом всегда и не форсировать режимы резания (т.е. параметры режима не должны превышать рекомендуемые значения), а для повышения производительности применять другие методы: многоинструментальную и многопозиционную обработку, совмещение процесса резания с загрузкой (выгрузкой) заготовок (обработанных деталей), как это имеет место на роторных автоматических линиях.

Прочность. Расчеты на прочность деталей, выполняемые при проектировании станков, осуществляют по величинам допускаемых напряжений, коэффициентам запаса прочности или вероятности безотказной работы. Расчеты по допускаемым напряжениям наиболее просты и удобны, их используют для станков массового производства, опыт эксплуатации которых значителен. Прочность деталей станков исключает аварийные ремонты из-за их поломки. Прочность деталей при циклически меняющихся напряжениях рассчитывают в зависимости от цикла нагружения с учетом факторов, влияющих на усталостную прочность: концентрации напряжений, размеров деталей, состояния поверхностного слоя.

Точность. Для деталей машин понятие точности включает точность формы и размеров отдельных участков детали, а также точность взаимного положения этих участков. Точность обработки характеризуется значениями допущенных при обработке погрешностей, т.е. отступлением размеров обработанной детали от заданных по чертежу. Погрешности обработки должны находиться в пределах допусков. Кроме того, необходимо при обработке заготовки получить заданную шероховатость поверхности, которая непосредственно зависит от метода обработки и режимов резания.

 Точность обработки  на станке будет в первую  очередь зависеть от точности  и шероховатости поверхностей  деталей узлов станка. Однако  при проектировании и изготовлении  машин нужно учитывать и другие  факторы, влияющие на ее точность.

 Рассмотрим в качестве  примера координатно-расточный станок. Под действием сил, возникающих  при резании, узлы станка деформируются  и изменяют свое относительное  положение. В результате отжатий  узлов станка под нагрузкой  траектория движения инструмента  относительно заготовки искажается. Точность обработки изделия при  этом снижается. Следовательно, точность  координатно-расточного станка зависит  от жесткости его узлов. На  конечную точность обработки  большое влияние оказывает и  точность измерительных и отсчетных  устройств этого станка, предназначенных  для оценки перемещения стола  с изделием относительно инструмента.

Неточность обработки может возникнуть в результате тепловых деформаций узлов и деталей станка, а также вследствие снижения качества зубчатых колес и ходового винта, что влияет на точность кинематической цепи станка. Особенно это актуально для зуборезных, винторезных, зубо- и резьбошлифовальных станков.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3Классификация металлорежущих станков по технологическому назначению и видам обработки, по степени автоматизации, универсальности и точности.

Металлорежущие станки можно классифицировать по отдельным признакам или по комплексу признаков. По технологическому назначению различают станки токарной, фрезерной, сверлильной и других групп. По степени универсальности различают станки универсальные, широкого применения, специализированные и специальные. Универсальные станки предназначены для выполнения разнообразных работ по обработке различных заготовок. Станки широкого назначения предназначены для выполнения определенных работ по обработке заготовок определенных наименований. Специализированные станки предназначены для обработки заготовок одного наименования, но разных размеров (например, обработка зубчатого венца на зубофрезерном станке). На специальных станках выполняют вполне определенный вид работ на конкретной заготовке. Изменение любого размера заготовки требует модернизации станка. По степени автоматизации различают станки с ручным управлением, полуавтоматы, автоматы, станки с программным управлением. Автомат — станок, для возобновления цикла обработки которого не требуется непосредственного участия человека. Если для возобновления цикла обработки нужно только нажать кнопку «Пуск», то формально это станок-полуавтомат. По числу главных рабочих органов различают одно- и многошпиндельные станки, одно- и многопозиционные станки и т.д. По точности различают пять классов точности станков: Н — нормальный, П — повышенный, В — высокий, А — особо высокой точности, С — особо точные станки.