Мещерякова В.Б. 2015 Металлорежущие станки с ЧПУ

Мещерякова В.Б.Стародубов В.С.Металлорежущиестанки с ЧПУУчебное пособиеДопущеноУчебно-методическим объединением по университетскомуполитехническому образованию в качествеучебного пособия для студентов высших учебных заведений,обучающихся по направлению подготовки бакалавров15.03.02 (151000) «Технологические машины и оборудование»МоскваИНФРА-М2015УДК 62(075.8)ББК 65.304.15я73М56ФЗ№ 436-ФЗИздание не подлежит маркировкев соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11Р е ц е н з е н т ы:П.М. Кузнецов — д-р техн наук, проф., зав. кафедрой «Автоматизация производства и проектирования в машиностроении» Открытого университета им. В.С. Черномырдина;А.П.

Кузнецов — канд. техн наук, доцент РГБОУ ВПО МГТУ «Станкин»М56Мещерякова В.Б., Стародубов В.С.Металлорежущие станки с ЧПУ: Учеб. пособие. — М.: ИНФРА-М,2015. — 336 с. — (Высшее образование: Бакалавриат).  — www.dx.doi.org/10.12737/5721.ISBN 978-5-16-005081-2 (print)ISBN 978-5-16-102068-5 (online)В учебном пособии рассмотрены различные способы управления металлорежущими станками, даны принципы построения и возможности системЧПУ. Представлены особенности компоновок и конструкций станков с ЧПУ,способы расширения их технологических возможностей, повышения производительности, точности и надежности.Рассмотрены задачи, решаемые при подготовке управляющих про­грамм,особенности технологической подготовки, математических расчетов и контроляУП.

Даны основы программирования для станков с ЧПУ, способы настройки,особенности технологического обслуживания и ремонта.Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихсяпо направлениям 151900 «Конструкторско-технологическое обеспечениемашиностроительных производств» (квалификация — бакалавр) и 151000«Технологические машины и оборудование» (квалификация — бакалавр) попрофилю подготовки «Металлорежущие станки и комплексы», а также дляподготовки в лицеях, техникумах, на специальных курсах операторов станковс ЧПУ, членов ремонтных бригад, технологов-программистов.ББК65.304.15я73ISBN 978-5-16-005081-2 (print)ISBN 978-5-16-102068-5 (online)© Стародубов В.С., Мещерякова В.Б., 2015Подписано в печать 25.09.2014.Формат 60×90/16.

Бумага офсетная. Гарнитура Newton.Печать офсетная. Усл. печ. л. 21,0. Уч.‑изд. л. 22,41.Тираж 500 экз. Заказ №ТК 475650-363500-250914ООО «Научно-издательский центр ИНФРА‑М»127282, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29E‑mail: books@infra‑m.ruhttp://www.infra‑m.ruСветлой памятимоего учителя, коллеги и соавторапосвящаетсяРАЗДЕЛ 1ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХСТАНКАХ С ЧПУ1.1.

ТИПОВЫЕ ДЕТАЛИ, ИЗГОТАВЛИВАЕМЫЕ НА СТАНКАХС ЧИСЛОВЫМ ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ (ЧПУ)В машиностроении необходимо изготавливать большое количество различных деталей, на базе которых создаются механизмы имашины. При этом детали изготавливаются в разном количестве(массовое, крупносерийное, среднесерийное и мелкосерийное производство), из различных материалов (сталь, чугун, различные цветные сплавы), могут иметь простую или сложную форму, изготавливаются с различной точностью размеров и шероховатостью обрабатываемых поверхностей.При изготовлении деталей в массовом и крупносерийном производстве должен обеспечиваться выпуск большого количества одинаковых деталей (сотни тысяч и даже миллионы штук). Это, например,шарикоподшипники, болты, винты, шайбы и другие детали. При ихизготовлении применяют высокопроизводительные полуавтоматы,автоматы, автоматические линии, цеха-автоматы и даже заводы-автоматы, которые без переналадки должны в течение длительного срокаизготавливать одинаковые детали с высокой производительностью.Однако таких деталей в машиностроении относительно немного (20–25%).

Бо'льшая же часть деталей изготавливается в среднесерийном имелкосерийном производстве в небольших количествах (несколькосотен или даже несколько десятков штук). При этом разновидностьэтих деталей (размеры, форма, материал, точность обработки) оченьбольшая. Поэтому металлорежущие станки, на которых изготавливаются данные детали, должны быть широкоуниверсальными и иметьвысокую мобильность (быструю переналаживаемость на изготовлениедругих деталей). Долгое время (до появления станков с ЧПУ) автоматизация управления таких станков была затруднена.

Во многих случаях приходилось жертвовать производительностью этих станков сцелью получения большей мобильности.На рис 1.1 приведено примерное распределение в машиностроении номенклатуры изготавливаемых деталей.3Рис. 1.1. Общая структура изготавливаемых деталейна металлорежущих станках с ЧПУДетали типа тел вращения могут быть длинными, тогда необходимоприменять при их изготовлении на токарных станках с ЧПУ заднююбабку для поддержания второго конца детали, а иногда еще и люнет(специальное приспособление, поддерживающее заготовку в среднейчасти, чтобы она не прогибалась во время обработки от сил резания).Часто такие детали требуют только токарной обработки (обточки разных диаметров, точения канавок, фасок, подрезки торцов и др.).В тех случаях, когда на таких деталях необходимо обрабатыватьеще шпоночные пазы, сверлить отверстия, фрезеровать поверхности,требуется их дополнительная обработка на сверлильном и фрезерномстанках.При обработке коротких деталей (типа валиков, фланцев, штуцеров и др.) может также требоваться только токарная обработка, но снеобходимостью обработки криволинейных поверхностей и центральных отверстий с одной стороны.

В этом случае на токарномстанке с ЧПУ производится полная обработка, в том числе сверлениеи расточка центральных отверстий невращающимся инструментом,установленным в задней бабке или револьверной головке. Здесьпроблемой является обработка криволинейных поверхностей, когдатребуется перемещение режущего инструмента одновременно подвум координатам (X и Z) по определенной траектории (рис. 1.2, а).Однако много коротких деталей типа тел вращения требуюткроме токарной обработки сверления отверстий не только по центру,но и по окружности, сверления поперечных отверстий, фрезерования шпоночных пазов и шестигранников и др. (рис. 1.2, б). При этомтребуется обработка с двух сторон (за два установа).

В этом случаетакже требуется обработка либо на нескольких станках (токарном,4сверлильном, фрезерном), либо необходимо иметь на токарномстанке с ЧПУ возможность поворота на определенный угол шпинделя с заготовкой по координате С и установки в револьвернойголовке станка вращающихся инструментов (сверла, фрезы), а дляобработки с двух сторон на одном станке иметь кроме основногошпинделя еще и противошпиндель.Изготовление фланцевых (плоских) деталей производится насверлильных, фрезерных и координатно-расточных станках с вертикальной компоновкой шпинделя с возможностью одновременногоперемещения стола, салазок и шпиндельной бабки с инструментом(координаты X, Y, Z). Обработка заготовки производится в большинстве случаев с одной стороны, но большим количеством различныхрежущих инструментов (рис.

1.2, в).При обработке очень сложных объемных деталей с криволинейным профилем требуется управление одновременно по трем координатам, а в отдельных случаях — по четырем и даже по пяти координатам; тогда дополнительно необходимо применять поворотныйстол, иногда и два стола, и иметь возможность поворачивать шпиндель (или шпиндельную бабку) на определенный угол.а)б)в)г)Рис. 1.2.

Типовые детали, изготавливаемые на токарных станках с ЧПУ (а и б) ина многоцелевых станках (в и г) с вертикальной и горизонтальнойкомпоновкой шпинделя5До появления станков с ЧПУ изготовление таких деталей былоочень трудоемким и производилось на разных универсальныхстанках с управлением ими вручную операторами высокой квалификации.Большой группой изготавливаемых деталей являются корпусныедетали (рис. 1.2, г). Их особенностью является необходимость обработки большого количества отверстий и плоскостей, расположенныхпрактически со всех сторон детали.

В этом случае чаще всего необходимо применять станки с горизонтальной компоновкой шпинделяи с поворотным столом, что позволяет обрабатывать деталь с четырехсторон. Изготовление таких деталей требует применения большогоколичества различных режущих инструментов и возможности совмещения на одном станке и черновой, и чистовой обработки. Приизготовлении таких деталей на станке с вертикальной компоновкойшпинделя применяются два стола: поворотный (на 360°) и наклоняемый (в пределах до 180°).Условные обозначения марок материалов, из которых изготавливаются детали в машиностроении, приведены в работе.1.2. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК И ПРИНЦИПЫПОСТРОЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ С ЧПУФормообразование поверхностей заготовок точением осуществляется двумя движениями: вращательным движением заготовки(главное движение резания) и поступательным движением резца(движение подачи) (рис.1.3).Данная обработка производится на токарных станках с ЧПУ, которые могут быть токарно-револьверные, токарно-карусельные и др.(рис.1.4).Заготовка на токарно-револьверных станках устанавливается и зажимается в патроне (или в цанге) на шпинделе 1 станка (рис.1.4, а)и получает вращательное движение с заданной частотой, определяемой выбранной скоростью резания (в токарно-карусельных станкахзаготовка устанавливается на вращающейся карусели 1).

Режущиеинструменты устанавливаются на суппортах или в револьверной головке 2 и получают движение подачи параллельно оси вращения заготовки (продольная подача по координате Z), перпендикулярно осивращения заготовки (поперечная подача по координате X).Токарные станки по технологическому назначению и типам обрабатываемых заготовок подразделяют на центровые, патронные, патронно-центровые, карусельные, прутковые.Центровые станки служат для обработки заготовок типа валов спрямолинейными и криволинейными контурами. Обрабатываютсятолько наружные поверхности заготовок.

Для поддержания правого62211а)б)2211в)г)Рис. 1.3. Схемы формообразования поверхностей резаниемна токарных станках:а — продольная обработка; б — поперечная обработка; в — нарезание резьбы;г — обточка фасонной поверхности; 1 — инструмент; 2 — заготовка1221Рис. 1.4. Примеры токарных станков:а — токарно-револьверный; б — токарно-карусельный7конца изготавливаемого вала и снижения его прогиба на станке применяется задняя бабка, а при значительной длине применяется люнет.Патронные станки служат для обработки заготовок типа зубчатыхколес, фланцев, шкивов. Обрабатываются как наружные, так и внутренние поверхности.Токарно-карусельные станки (рис. 1.4, б) предназначены для обработки крупных, тяжелых заготовок, у которых отношение длины(высоты) заготовки к диаметру составляет 0,3–0,5.

Это заготовкирабочих колес водяных и газовых турбин, зубчатых колес, маховиков.Особенностью станков является наличие круглого стола-карусели 1с вертикальной осью вращения.В прутковых токарных станках с ЧПУ в качестве заготовки применяются прутки длиной порядка 3 м.Для увеличения количества устанавливаемых режущих инструментов (не только резцов, но и сверл, фрез, метчиков) и сокращениявремени смены этих инструментов на токарных станках с ЧПУ устанавливают одну, две и иногда три револьверные головки. Такиестанки получили название токарные многоцелевые станки. На некоторых таких станках устанавливается также противошпиндель.Различные виды обработки отверстий на заготовках осуществляются вращающимся режущим инструментом (сверла, зенкеры, зенковки, развертки, расточные головки, метчики и др.), установленным в шпинделе станка (рис.