Проектирование автоматизированнь1х станков и комплексов

Проектированиеавтоматизированнь1хстанков и комплексовВ двух томахТом1Допущено Учебно-методическим объединением вузовпо университетскому политехническому образованиюв качестве учебника для студентов высших учебных заведений,обучающихся по направлению «Технологические машиныи оборудование» и специальности «Проектированиетехнических и технологических комплексов»2-е издание, исправлеmюеМосква2014УДК621.9.06.001.63(075.8)ББК 34.63-5-02.я2П79Авторы:В.М Утенков, П.М Чернянский, С.Н.

Борисов, ГН. ВаСWlъев, ЛИ Вереина,В. С. Иванов, Д.В. Иванов, В.К. Москвин, Н. С. Николаева, Ю.В. Никулин,В.М Скиба, А.Г ЯгополъскийРецензенты:кафедра «Автоматизированные станочные системы и инструменты»МГТУ «МАМИ» (д-р техн. наук, проф. Ю.В. Максимов,канд. техн. наук, проф. В.А. Михайлов);д-р техн. наук, проф. П.М КузнецовПроектирование автоматизированных станков и комплексовП79учебникМ.: в 2 т. / под ред. П. М. Чернянского. : Изд-во МГТУ им. Н. Э.

Баумана, 2014.:2-е изд., испр.-ISBN 978-5-7038-3809-9Т. 1. -331, [5] с.: ил.ISBN 978-5-7038-3810-5 (Т. 1)В первом томе учебника изложены основы проектирования кинематиче­ской схемы, несущей системы, привода, надежности и устойчивости динами­ческой системы, а также художественного проектирования станков. Рассмот­рены принципы работы и устройства электрофизических и электрохимическихстанков, специальных станков с циклоидальной схемой обработки. Особоевнимание уделено физически обоснованным методам расчета точности иустойчивости динамической системы станков, оптимальных размеров и жест­кости шпиндельных узлов и др. Приведена теория и расчет точности станков сиспользованием упругофрикционной модели точности.Содержание учебника соответствует курсам лекций, читаемых авторами вМГТУ им.

Н.Э. Баумана.Для студентов вузов, обучающихся по направлению «Технологическиемашины и оборудование» и специальности «Проектирование технологическихкомплексов». Может быть полезен преподавателям и инженерам, работающимв области станкостроения.УДК 621.9.06.001.63(075.8)ББК 34.63-5-02.я2ISBN 978-5-7038-3810-5 (Т.

1)ISBN 978-5-7038-3809-9©Оформление. Издательство МГТУим. Н.Э. Баумана,2014ПРЕДИСЛОВИЕУровень развития станкостроения определяет промышленный потенциалстраны, экономическую неуязвимость, обороноспособность и независимостьгосударства. Ключевая роль станкостроения в машиностроении определяетсятем, что все машины и разнообразные изделия создают с помощью металло­режущих станков.Металлорежущие станки являются главными элементами машинострои­тельных производств. Они работают в широком диапазоне скоростей, мощ­ностей, силовых нагрузок, точности перемещений, а их производство отлича­ется высокой культурой. Поэтому станкостроение в целом является базой со­здания самых разнообразных новых машин.

В частности, в нашей странеэлектронное машиностроение возникло на базе станкостроительных кафедр.Точность и производительностьстанков. Современный станок--главные функциональные качествасложная электронно-механическая систе­ма. Электроника взяла на себя такие важные функции, как управление цик­лом работы, регулирование скоростей, контроль точности, мощности, силрезания, колебаний и шума.

В промышленно развитых странах выпускстанков с числовым программным управлением (ЩIУ) по стоимости зани­мает ведущее место. Электронные преобразователи частоты обеспечилибесступенчатое регулирование скоростей, вытеснили механические переда­чи в приводах подач и существенно сократили их в приводах главного дви­жения . Линейные двигатели заменяют традиционные винтовые пары. При­меняются встроенные диагностические системы.

Металлообрабатывающаяпромышленность становится все более автоматизированной и компьютери­зированной. Широкое распространение получают гибкие производственныесистемы, которые являются основой создания заводов-автоматов. Компью­теризируют весь путь создания изделий-от проектирования до обработки.Однако при всех возможностях современной электроники преобладающеевлияние на точность и производительность оказывает механическая системастанка и сопровождающие его работу процессы резания, трения, силовых итепловых деформаций, динамические и др.Станкостроение интенсивно развивается. Лидерами производства станковвыступают Германия, Япония, Китай. Общая тенденция-создание болеесложнь1х станков, на которых можно выполнить большое число операций иобрабатывать детали более сложных форм.

Растут скорости резания, жест­кость и точность станков, сокращаются потери. Преобладает выпуск токар-Предисловие4ных и многоцелевых станков с ЧПУ; существенно меньше-шлифовальных,фрезерных, электроэрозионных.Токарные станки с 1ПТУ с четырьмя линейными координатами позволяютпроизводить обработку одновременно двумя инструментами. Предусматри­вается обработка инструментами с независимым приводом вращения. Токар­ные станки с противошпинделем производят полную обработку изделия.

По­явление станков с линейной наладкой и подвижной шпиндельной бабкойпридает им новое качество.С увеличением числа координат на многоцелевых станках стала возможнойобработка пяти поверхностей одним шпинделем (к трем координатам поступа­тельного перемещения добавляется вращение и наклон обрабатьmаемого изде­лия), что приводит к сокращению основного и вспомогательного времени тех­нологического процесса. Для скоростной и высокоскоростной обработок r_ри­меняют шпиндельные узлы с частотой вращения до15 000 ... 60 ОООмин- , втом числе сменные электрошпиндели. Повьппается жесткость конструкций длякрепления инструмента.Все большее внимание уделяется автоматизации проектирования, исполь­зованию пакетов прикладных программ, повышению жесткости как фактору,определяющему выбор размеров несущей системы и качества станка.Приоритет точности получил новое подтверждение в создании наностан­ков.

На выставке в Токио уже в2000 г.бьш продемонстрирован гибкий про­изводственный наномодуль с субнанометровыми линейками в обратной связии разрешением0,07нм. Для этого потребовалось более глубокое изучениепроцессов, сопровождающих работу станков, применение новых конструк­ционных материалов, систем управления и приводов.Учебник состоит из двух томов. Материал между авторами первого томараспределен следующим образом: глава1 - Л.И.

Вереина; § 2.1, 2.6, 3.1 § 2.2, 2.3, 2.8 - А.Г. Ягопольский; § 2.4, 2.5, главы 4 и 8 П.М. Чернянский; § 2.7 -И.С. Николаева;§ 3.2, 3.3 - Ю.В. Никулин;§ 3.4,3.5 - В.К Москвин; глава 5 - В.М. Утенков; глава 6 - С.И. Борисов;§7.1, 7.3 - 7,5 - В.С. Иванов, §7.2, 7.6 - Д.В. Иванов, §7.7 - В.М Скиба,Г.Н. Васильев;П.М. Чернянский, В.С. Иванов.

Во втором томе материал распределен так:§9.1 -9.4 - В.М. Утенков;главыВ.В.11, 12 Додонов;Б.М. Дмитриев.§ 9.5- П.А. Быков; глава 10 - В.С. Стародубов;В.Б. Мещерякова; главаглава15 -Г.Н.13 -Васильев,П.Г.В.Т. Рябов; главаТимофеев;глава1416 -1. ОБЩИЕСВЕДЕНИЯ И КИНЕМАТИКА СТАНКОВ1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ1.1.1. ОбозначениястанковМетшиюрежущий станок-это технологическая машина, предназначен­ная для обработки материалов резанием с целью получения деталей заданнойформы и размеров(стребуемыми точностью и качеством обработанной по­верхности).

На станках обрабатывают заготовки не только из металла, но и издругих материалов,поэтому термин«металлорежущий станок»являетсяусловным.В зависимости от характера выполняемых работ различают девять группстанков. Каждая группа содержит девять типов станков, объединенных об­щими технологическими признаками и конструктивными особенностями(табл.1.1).Модели станков, выпускаемых серийно, имеют обозначение, состоящееиз трех или четырех цифр иногда с добавлением букв. Первая цифра в моде­ли обозначает номер группы, вторая-номер типа, третья и четвертая харак­теризуют какой-либо важный параметр станка или обрабатываемой детали(например, высоту центров, диаметр прутка, размеры стола и т.

п.). Так, вобозначении 7А36 цифрагруппы,7означает, что это станок строгально-протяжнойпоперечно-строгального типа,3-рабатываемой деталибазовой модели736.6006-с максимальной длиной об­мм; буква А указывает на модернизацию станкаЕсли буква стоит в конце обозначения модели станка, тоона указьmает на класс точности. Например, 16К20П- это станок повышен­ного класса точности (нормальный класс точности в наименовании модели неуказывается).В моделях специализированных или специальных станков перед цифрамивводят буквенное обозначение завода-изготовителя.

Например, МК65-11 -специализированный токарный станок для обработки дисков памяти ЭВМмосковского станкостроительного ОАО «Красный пролетарий».Для станков с ЧПУ в конце обозначения модели приводят букву Ф с циф­рой от1до4.Цифра1означает, что это станок с цифровой индикацией ипредварительным набором координат,ния,3-2-с позиционной системой управле­с контурной системой управления,4-с комбинированной систе­мой управления для позиционной и контурной обработки. Например, обозна­чение модели зубофрезерного полуавтомата с комбинированной системойТаблица 1.1Классификация металлообрабатывающих станковГо'nша станковНо-Наимено-мерванне1ТокарныеТШI станков2Одно-Много-Токарно-Сверлиль-Карусель-Токарно-Многорез-Специали-Другиешпиндель-шпиндель-револь-но-отрез-ныевинторез-цовые изироваиныетокарныеные авто-ные автома-верныеныеные, то-копиро-матыиты и полу-карные,вальныеполуавто-автоматылобо-354маты261789токарныеСверлильныеНастоль-Одиошпин-Много-Коорди-Радиально-и расточныено- и вер-дельныешпиндель-натно-и коорди-тикально-полуавтома-ныеполу-расточныенатно-свер-сверлиль-тыавтоматыРасточныеОтделочно- Горизонталь- Другиерасточныено-сверлиль-сверлиль-ныеныелильныеные3Шлифоваль-Кругло-Внутришли-Обдироч-Специали-Продольно-Плоско-Притироч-Другиеные, полира-шлифа-фовальные,но-шли-зирован-шлифоваль-Заточныешлифа-ные, поли-станки, ра-вальные, до-вальные,координат-фовальныеныешли-ныевальныеровальные,ботающиеводочные,бесцентро-но-шлифа-хонинговаль-абразивомзаточныево-шлифа-вальныефовальныеные, дово-вальные4Электрофизи-~дачныеСветолу-~Электро-Электроискровыеческие и элек-чевые, в томхимиче-трохимиче-числе лазер-скиескиеные~Электро-Анодно-эрозион-механиче-ные,ские отрез-ультра-ныезвуковыепрошивочные~5Зубо- и резь-Зубодол-ЗуборезныеЗубофре-Зубофре-Для обра-Резьбо-Зубоотде-Зубо- и резь-Другие зу-бообрабаты-бежныедля обра-зерныедлязерныедляботки тор-фрезерныелочные,бошлифо-бо-и резь-вающиедля обра-боткикони-нарезаниянарезанияцов зубьевпровероч-вальныеботкици-ческих ко-цилиндри-червячныхколесныеи об-линдричес-лесческихколеских колесбообрабатывающиекатныеколес ишлицевыхвалов6ФрезерныеВертикаль-ФрезерныеПродоль-Копиро-Вертикаль-Продоль-Широко-но-фрезер-непрерыв-ные одно-вальныеино-фрезер-ные двух-универ-Горизонталь- Другиено-фрезер-ные кон-ного дей-стоечныегравиро-ныебескон-стоечныесальныеные консоль-сольныествиявальныесольныефрезерныеныефрезерныеинструмен-тальные7Строгальные,Продоль-ПродольныеПопереч-Долбеж-ПротяжныеПротяж-Протяжныедолбежные,ные одно-двухстоеч-но-стро-ныегоризон-ные вер-вертикаль-строгаль-протяжныестоечныеныегальныетальныетикальныеныедляныедля внут-наружногореннегопротягива-протяги-ния-Другиевания8РазрезныеОтрезные,Отрезные,Отрезные,Правиль-Ленточно -ОтрезныеОтрезныеоснашен-оснащенныеоснащен-но-отрез-пильныес дисковойножовоч-ныетокар-шлифоваль-ныеглад-ныепилойныеным рез-нымкругомкимили----насечен-ЦОМным диском9ДругиеМуфто- иПилонасе-Правиль-Для испы-Делитель-Балансиро-трубообра-кательныено- и бес-тания ин-ные ма-вочныебатываю-центрово-струментовшиныщиеобдирочные-81.Общие сведения и кинематика станковЧПУ будет 53А20Ф4, а вертикально-фрезерного станка с крестовым столом иустройством цифровой индикации-6560Ф 1.