Критерии работоспособности металлорежущих станков.

Введение.

Русское станкостроение возникло еще в XVIII веке. Андрей Нартов, токарь Петра I, построил ряд токарных станков, в том числе копировально-токарные, станки для нарезания винтов, для обтачивания цапф орудий, для отрезки прибылей. Это он изобрел станок с самоходным суппортом. Солдат Яков Батищев создал 12- и 24-ствольные станки для обработки ружейных стволов. М. В. Ломоносов в это же время сконструировал сферотокарный станок для обработки металлических сферических зеркал. Русские самоучки Лев Собакин, Алексей Сурнин, Павел Захава и многие другие обогатили технику того времени станками новых типов.

Но несмотря на наличие талантливых русских механиков, создавших ряд оригинальных станков, станкостроение в царской России не поднялось до уровня самостоятельной отрасли - все же большая часть оборудования ввозились из-за границы.

В декабре 1925 г. XIV съезд ВКП (б) принял генеральный план развития народного хозяйства. Планом, в частности, предусматривалось в кратчайшие сроки превратить станкостроение из «узкого места» в мощную техническую базу для дальнейшего развития машиностроения. С этого момента начинается бурный рост производственной базы станкостроения. В 1932 г. вступает в строй Московский станкостроительный завод им. Серго Орджоникидзе, в 1934 г. — Московский завод «Станкоконструкция», в 1935 г - Саратовский завод тяжелых зуборезных станков, в 1936 г. — Киевский завод станков-автоматов им. Горького, в 1939 г. - Краматорский завод тяжелого станкостроения.

Большим событием того времени была организация в 1933 г. экспериментального научно-исследовательского института металлорежущих станков (ЭНИМС). На него была возложена обязанность - проведение научных исследований в области станкостроения и разработка типажа металлорежущих станков. Вскоре создается отраслевой втуз - Московский станкоинструментальный институт. Началась подготовка инженеров по металлорежущим станкам в МВТУ им. Баумана, в Ленинградском, Киевском и в других институтах.

С 1940 г. станкостроительные заводы выпускали 202 типоразмера универсальных и специализированных станков. К этому времени промышленность получала наши советские автоматы, и полуавтоматы, зубообрабатывающие, шлифовальные, протяжные, карусельные, револьверные, расточные и другие современные станки, предназначенные не только для единичного, но также и для крупносерийного и массового производства различных машин. К 1937 г. полностью был завершен переход на индивидуальный электропривод, что по тому времени означало большое техническое достижение.

1937 год считают началом нового пути в развитии Советского станкостроения. К этому времени заканчивается организационный период и начинается путь самостоятельного технического роста. Главным итогом предыдущего десятилетия является создание не только крупной производственной базы, но и кадров станкостроителей, способных самостоятельно решать насущные задачи отечественного станкостроения.

Нападение гитлеровской Германии на Советский Союз поставило перед станкостроением новые задачи. В результате военных действий ряд станкостроительных заводов был разрушен. Большая часть людей и оборудования была переброшена на Урал, в Сибирь, где были построены станкостроительные заводы или станкостроительные цехи на ведущих машиностроительных заводах.

Сразу же после окончания Великой Отечественной войны основной задачей являлось восстановление довоенного уровня промышленности и сельского хозяйства и затем значительное превышение этого уровня. В строй действующих вступили такие станкостроительные заводы как Коломенский, Новосибирский, Ульяновский, Рязанский, Воронежский, Минский и многие другие. Была проделана большая работа по специализации заводов и конструкторских организаций.

Эффективность скоростного проектирования и внедрения передовой технологии, комплексной механизации и автоматизации процессов производства металлорежущих станков возможны при широко развитой специализации производства, на основе агрегатирования, унификации и нормализации деталей, а также целых узлов.

В 1951 — 1955 гг. поставили задачу широкого внедрения автоматизированных массово-поточных производств в ведущих отраслях машиностроения. Это вызвало большой спрос промышленности на специальные агрегатные станки и, особенно на автоматические линии.

Большим достоинством конструкций выпускаемых станков является возможность встраивания их в автоматические линии. Компоновка последних обычно производится на базе двух видов оборудования: специально изготовленного для работы в автоматических линиях и универсального оборудования. Практика показала, что во многих случаях применение универсального оборудования оказывается более целесообразным. Это ускоряет

проектирование и изготовление автоматических линий. Одновременно с механизацией и автоматизацией станков выросли требования к точности и чистоте обработки. Это потребовало значительно увеличить выпуск прецизионных станков.

Советский Союз занимает ведущее место в создании станков для электрофизической и электрохимической размерной обработки, основанных на различных процессах энергетического воздействия на твердое тело. На этих станках можно обрабатывать детали из твердых сплавов, жаропрочных и других материалов независимо от их твердости. Значительный вклад в развитие данных методов обработки внес ЭНИМС в содружестве с Академией наук СССР.

Успехи в развитии вычислительной техники позволили широко развернуть работы по созданию систем числового управления металлорежущими станками.

Наряду с этим в последнее время ведутся работы по изысканию такой системы, которая бы вместе с осуществлением программы учитывала реальные условия работы, например, недостаточную жесткость детали. Такие системы получили название адаптивных, или самонастраивающихся.

В 1974 г. в Советском Союзе приступили к изготовлению металлорежущих станков с автоматической сменой инструмента при программном их управлении. Эти станки, называемые многооперационными, предназначены для обработки корпусных деталей с отверстиями, а также деталей типа рычагов, плит, кронштейнов и т. п. Особенностью станков является автоматическая смена инструмента, который в больших количествах (иногда свыше 100) находится в специальных магазинах. Данные станки представляют собой усовершенствованные конструкции станков и систем управлениями.

Успешному развитию советского станкостроения в значительной мере способствовала огромная научно-исследовательская работа, проводимая нашими учеными, инженерами и новаторами производства.

Основоположником курса «Кинематика станков» является профессор Г. М. Головин. В его трудах получены решения таких вопросов, как настройка винторезных, делительных и дифференциальных цепей. Им установлен единый закон кинематической настройки и тем самым заложена основа для дальнейших исследований.

Принципиальные вопросы проектирования станков нашли отражение в работах лауреата государственной премии академика В. И. Дикушина.

Повышение мощности и быстроходности металлорежущих станков требовали решения проблемы жесткости и виброустойчивости. В работах инженера К. В. Вотинова и других были разработаны проблемы жесткости станков.

Большим вкладом в станкостроение явились работы доктора технических наук профессора Д. Н. Решетова. При его непосредственном участии вышло огромное количество руководящих материалов по расчету металлорежущих станков. Кроме того, под его руководством проведены большие экспериментальные исследования по динамике привода и, в частности, по вибрации станков.

Станкостроение – это крупная отрасль машиностроения. От ее состояния зависит успех во всех отраслях промышленности.

 

2. Металлорежущий станок, основные понятия и показатели.

Металлорежущий станок (МРС) – машина-орудие для размерной обработки заготовок путем снятия припуска. Снятие припуска осуществляется резанием лезвийным или абразивным инструментом, электрофизическими или электрохимическими методами, поверхностным пластическим деформированием. Для обеспечения процесса обработки в станке создаются необходимые относительные перемещения инструмента и заготовки, которые определяются видом обрабатываемых поверхностей и в зависимости от которых в станок устанавливаются соответствующие механизмы.

В связи с большим количеством моделей станков и видов обработки при выборе конкретного станка для осуществления заданной технологической операции необходимо сравнение станков по основным показателям.

Достоинства МРС оцениваются системой показателей:

1. Технических:

· Производительность – количество изделий, отвечающих предъявляемым требованиям, в единицу времени. Этот показатель оценивается в зависимости от специализации МРС:

а) при проектировании определяется абсолютная производительность – мощность, приходящаяся на одного обслуживающего станок рабочего N = N_P + N_B, где N_P – мощность резания, N_B – мощность, затрачиваемая на вспомогательные операции.

б) производительность резания – площадь или количество металла (кг, см², см³), удаляемого в единицу времени. Этот показатель используется для сравнения станков общего назначения.

в) для специальных и специализированных МРС – штучная производительность – количество деталей в единицу времени.

· Точность – способность обеспечивать заданную точность обработки.

· Степень автоматизации – отношение времени автоматической работы к общему времени цикла обработки.

· Технологичность – трудоемкость изготовления МРС. Ориентировочно она определяется количеством оригинальных и стандартизованных деталей.

· Размеры обрабатываемой заготовки или рабочей зоны.

· Значения рабочих и вспомогательных движений.

· Габариты и масса.

Гибкость – способность станка к переналадке для изготовления другой детали при минимуме затрат. Косвенной оценкой гибкости служит отношение подготовительно-заключительного времени к штучно-калькуляционному.

· Надежность – свойство выполнять нужные функции при сохранении требуемых эксплуатационных показателей в течение заданного периода времени. Комплексным показателем надежности является коэффициент технического использования станка, определяемый отношением времени работы станка к времени его использования (для станков с ЧПУ он должен быть не менее 0,73).

· Ремонтопригодность – приспособленность к предупреждению, обнаружению и устранению неисправностей путем техобслуживания и ремонта.

2. Экономических:

· Стоимость МРС.

· Себестоимость машино-часа С_М-Ч =А_О+Р+Э+М_В+А_З+Р_М, где А_О – амортизационные отчисления на оборудование; Р – затраты на обслуживание и ремонт; Э – затраты на энергию; М_В – затраты на вспомогательные материалы; А_З – амортизация здания; Р_М – затраты на инструмент или стоимость материалов, используемых в технологическом процессе.

· Себестоимость единицы продукции С_П= З_Р+М_О+Р_О, где З_Р – зарплата рабочих; М_О – затраты на заготовку; Р_О – расходы на эксплуатацию оборудования, непосредственно участвующие в изготовлении детали.

· Экономичность эксплуатации – стоимость потребляемых материалов, сырья, энергии, вспомогательных устройств, необходимых для нормальной эксплуатации МРС

3. Эргономические:

· Антропометрические, учитывающие рост и массу человека, размеры органов его тела, участвующих в обслуживании станка. Они влияют на компоновку МРС, параметры его рабочей зоны, расположение органов управления.

· Биомеханические, определяемые характером движений человека при работе (минимальная и максимальная протяженность, плавность, усилия).

· Физиолого-гигиенические, обусловленные зрением, слухом, осязанием человека.

· Инженерно-психологические, способствующие наилучшему использованию в системе «человек-машина» сильных сторон человеческого организма (высокая чувствительность к изменениям температуры, световых и звуковых сигналов, быстрота реакции на изменение условий труда) и компенсации машиной его слабых сторон (быстрая утомляемость при монотонной работе, неспособность к быстрому счету и обработке большой информации и т.п.).

4. Эстетические:

· Соответствие формы назначению МРС и зависимость ее от окружающей среды и конкретных условий производства. Это обязывает, чтобы потребитель досконально знал особенности МРС и анализировал все его технические, экономические и эксплуатационные характеристики. К ним относятся: внешний вид, масса станка, удобство и простота эксплуатации, обслуживания и ремонта, надежность основных узлов и станка в целом, долговечность и т.п.

· Композиционное единство, конструктивная целесообразность и гармоничность МРС, его выраженная законченность, тяжеловесность и легкость, мощность, динамичность и быстроходность, четкое отделение главного от второстепенного, явно выраженная связь с назначением станка.

 

Критерии работоспособности металлорежущих станков.

Критериями работоспособности МРС являются: жесткость, прочность, износостойкость, устойчивость к вибрации и тепловой деформации.

Жесткость (j) – способность системы сопротивляться появлению деформаций (линейной d или угловой j) под воздействием нагрузки (усилия R или момента M), т.е. j = ¶ P/¶d или j = ¶M/¶j. На практике часто пользуются понятием податливости, величиной обратной жесткости, т.е. w = j ^–1.

Для повышения жесткости уменьшают число стыков и качество их обработки, применяют рациональные сечения деталей, уменьшают зазоры в стыках путем предварительного натяга и т.д.

Прочность – способность системы выдерживать длительное воздействие нагрузок. Критерием прочности является коэффициент запаса прочности.

В зависимости от условий работы различают виды разрушений:

- пластические деформации – изгиб, смятие, растяжение

- усталостные от переменных нагрузок

- хрупкие разрушения от ударных нагрузок.

Износостойкость – способность сохранять работоспособность без отделения материала с трущихся поверхностей деталей. Износ ухудшает точность работы, снижает КПД и прочность. Наиболее изнашиваемыми деталями МРС являются направляющие, винты, зубчатые передачи, зажимные устройства. Для повышения износостойкости трущиеся поверхности подвергают упрочнению, защищают от загрязнений, назначают оптимальную шероховатость.

Виброустойчивость – способность системы работать при заданных режимах без недопустимых колебаний. В станках, в основном, могут возникать:

-вынужденные колебания от внешних сил;

-самовозбуждающиеся колебания (автоколебания) от сил, вызываемых самими колебаниями;

-параметрические колебания от переменно изменяющихся сил.

Повышение виброустойчивости достигается необходимой жесткостью, пере-

распределением движущихся масс станка, демпфированием стыков и т.д.

Теплостойкость – способность системы сохранять заданные параметры при изменении температуры. При нагреве деталей станков снижается точность обработки, изменяются величины зазоров и условия смазки, повышается износ направляющих и передач и т.д. Снижение теплового воздействия осуществляется путем применения современных приводов и механизмов, совершенствованием процесса резания, компенсацией тепловых деформаций и т.д.

123456789Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: