7

Лекция 10. Компоновки, ремонт и испытания станков

Основные определения. Задачи компоновочного проектирования станков

Определяющую роль при размерной обработке заготовок играют траектории движений формообразования, от которых зависит самый важный показатель качества станка – его точность. Заданные траектории формообразующих движений и их расположение в пространстве обеспечиваются исполнительными звеньями и несущей системой станка. Совокупность исполнительных звеньев и деталей несущей системы, которая характеризуется их количеством, типом, пространственным расположением и пропорциями, называется компоновкой станка. Сами исполнительные звенья станка, узлы и детали его несущей системы (включая стыки) будем называть далее элементами компоновки.

Компоновка станка, как правило, состоит из одного стационарного (постоянно неподвижного) и нескольких подвижных элементов, разделенных стыками. Стационарный элемент компоновки не обязательно соответствует станине. Он может быть образован станиной и неподвижной стойкой (как у расточного станка), станиной и шпиндельной бабкой (как у обычного токарного станка) и т.п. каждый подвижный элемент компоновки выполняет одно определенное координатное движение, перемещаясь по направляющим подвижного стыка.

Совокупность элемента компоновки и соответствующего ему подвижного стыка называется подвижным блоком. Ряд подвижных блоков от исполнительного звена до стационарного элемента компоновки образует ветвь компоновки. Ветви составляют компоновку станка. Она представляет собой конструкционную структуру, строение станка, но без детализации отдельных его элементов. Отсутствие детализации проявляется, например, в том, что элементы компоновки обычно изображают как простые геометрические тела (призмы, цилиндры и др.) или их комбинации. Для их изображения необходимо указать, кроме типа, лишь размеры, в основном определяющие габарит элементов компоновки – так называемые компоновочные параметры, которые служат как бы связующим звеном между компоновкой и непосредственно конструкций узлов станка.

Основы изучения компоновки станков как самостоятельного объекта заложены Ю.Д. Враговым. Обычно разработка (синтез) компоновки производится на ранней стадии проектирования станка после обоснования его характеристик, выбора метода и движений формообразования, предварительного определения его кинематической структуры. Эта стадия проектирования является самой ответственной, когда от правильности выбора компоновки во многом зависит успех проекта в целом.

Компоновке обычного токарного станка (рис. 1) соответствует расположение неподвижной бабки с вращающимся шпинделем на станине, по направляющим которой перемещается продольный суппорт с поперечными салазками. Если передать продольное перемещение П₂ шпиндельной бабке, оставив суппорту лишь поперечную подачу П₃, то получится иная компоновка, свойственная токарным станкам фасонно-продольного точения (рис.1,б). Структура обеих компоновок различна. Формообразующие свойства и кинематическая структура одинаковы.

а) б)

Рис. 1 Компоновки токарных станков: а – с продольным перемещением суппорта;

б – с продольным перемещением шпиндельной бабки

Введем понятие компоновочного фактора, как возможное существенное воздействие конструктора на показатели качества станка через выбор его компоновки.

В состав компоновочных факторов входят:

1) структура компоновки как совокупность определенным образом связанных элементов (стационарного и подвижных, совершающих координатные движения);

2) пространственное расположение элементов компоновки (в частности основных плоскостей стыков);

3) габариты элементов компоновки (главным образом их размерные пропорции), от которых зависит соотношение жесткостей элементов компоновки по разным координатным осям;

4) вылеты – координатные расстояния (рис. 2) между центрами жесткости стыков и точками приложения нагрузки (силы резания, веса элементов), сильно влияющие на перенос силовых воздействий и перемещений;

5) факторы категории сопряжений – типы подвижных стыков, отличающиеся соотношением длин подвижной и неподвижной частей.

Компоновочные факторы не зависят от конструкции узлов станка. Все они имеют количественное выражение и в значительной степени влияют на основные показатели качества станка.

Из изложенного следует, что задачами проектирования компоновки станков является определение компоновочных факторов, которые при заданном наборе координатных движений исполнительных звеньев обеспечивают потенциальную возможность получения оптимальных (или близких к ним) значений основных показателей качества станка.

Р ис. 2

1 – центр жесткости подвижного станка;

2 – точка резания;

3 – центр тяжести элемента компоновки

F_X, F_Y, F_Z – составляющие силы резания

x2, y2, z2, x3, z3 - вылеты

В качестве исходных данных на проектирование компоновки обычно используют: 1) вид и взаимное расположение инструмента и заготовки; 2) координатные движения исполнительных органов станка; 3) максимальные размеры заготовки, которые определяют размеры пространства, в котором производится обработка (рабочее пространство станка).

Испытания и ремонт станков

После изготовления и ремонта станки должны соответствовать по своим техническим характеристикам и параметрам определенным техническим условиям. Общие технические условия на универсальные станки включают следующие виды испытаний.

1. Проверка качества изготовления деталей, сборки, внешний осмотр.

2. Испытания на холостом ходу с проверкой всех механизмов, в том числе электро-, гидро-, пневмооборудования, системы смазки и охлаждения.

3. Проверка потребляемой мощности с определением КПД привода.

4. Проверка паспортных данных.

5. Испытания под нагрузкой и на производительность.

6. Проверка геометрической точности.

7. Проверка кинематической точности для станков со сложными движениями.

8. Проверка жесткости, виброустойчивости.

9. проверка станка на шум.

10. Проверка станка на технологическую надежность.

Перед испытанием станок должен быть установлен на башмаках или других опорах на стендовой плите. Клинья под мелкими и средними станками ставятся с интервалом в 800 мм, а длинные и тяжелые станки стоят на башмаках с интарвалом в 1 м. Для исключения вибрации станки необходимо устанавливать на виброизолированные, резинометаллические, пневматические и другие опоры. Жесткие станки могут быть установлены непосредственно на фундамент.

1. Предварительный осмотр отдельных деталей, узлов и всей сборки несет большую информацию о работе изготовленного или отремонтированного станка.

2. Испытания на холостом ходу производятся последовательным включением всех скоростей от минимальной до максимальной. При этом на максимальных оборотах станок должен работать до момента установления температуры в подшипниках, но не более 30 минут. Температура в коробках скоростей у подшипников качения не более 95°С. В коробках подач и других механизмах станка температура не должна превышать 50°С. При испытаниях коробок подач включаются минимальные, максимальные и средние подачи и быстрое перемещение. Кроме того, проверяется работа всех блокировок, фиксирующих элементов, усилия в органах управления.

3. Испытание на мощность с определением КПД производится методом нагружения станка резанием до полной мощности.

4. Из паспортных данных проверяется соответствие величин скоростей, подач, быстрых перемещений, величина ходов, углов поворота, соблюдение мнемоники перемещений, соответствие габаритных размеров, массы, наличие принадлежностей станка.

5. Под нагрузкой станки нужно испытывать в условиях, близких к эксплуатационным. С этой целью обработка деталей в этом случае ведется при номинальной мощности, а также при кратковременном превышении максимальной мощности на 25%, в том числе при максимально допустимом усилии подач. На производительность испытывают специализированные станки, при заказе которых оговорена штучная производительность.

6. Геометрическая точность станков – это точность траекторий прямолинейных и вращательных движений поверхностей, базирующих заготовки.

7. Станки со сложными формообразующими движениями должны обладать также кинематической точностью. Для проверки кинематической точности механизмов станков применяют приборы, которые позволяют установить изменение передаточного отношения, возникающего из-за погрешностей зубчатых передач.

8. Для проведения испытаний на жесткость используют специальные приборы. Основными частями каждого такого прибора является нагрузочное устройство (домкрат и предварительно отградуированный динамометр с индикатором нагрузки) и индикаторы перемещений. При проверке обычно измеряют суммарную податливость станка, характеризуемую относительным смещением его узлов, несущих инструмент и обрабатываемую заготовку, при заданной нагружающей силе. Нормируют наибольшее допустимое перемещение (т.е. нижнюю границу жесткости).

Одним из важнейших критериев работоспособности станка является его виброустойчивость, которую можно понимать как способность станка сопротивляться возникновению автоколебаний при резании. Программой испытаний станков при работе предусмотрена оценка границ устойчивости процесса резания. Испытание сводится к определению предельной стружки . Под предельной стружкой понимают максимальную глубину резания, снимаемую при работе без вибраций. Для опытных образцов станка определяют зависимость от частоты вращения шпинделя для всех характерных видов обработки и нескольких подач.

1. Цель проверки шумовых характеристик – установить, не превышает ли уровень шума станка допустимого значения. Допустимые значения устанавливаются в зависимости от чувствительности человеческого уха к шумам в различных частотных диапазонах (до 90 дБ – для частот менее 350 Гц, до 75 дБ – для частот свыше 4 кГц). Для оценки шума используют шумомеры, реагирующие на звук подобно человеческому уху. Шум обычно измеряют при наибольшей частоте вращения шпинделя.

2. Технологическая надежность станка – это его способность сохранять качественные показатели технологического процесса (точность обработки и качество поверхности) в течение заданного промежутка времени. Для этого следует проводить испытания станков на технологическую надежность. Эти испытания должны, во-первых, установить запас по точности обработки, которым обладает данный станок и, во-вторых, дать прогноз по длительности расходования станком этого запаса точности. Для оценки состояния станков, находящихся в эксплуатации, применяют методы диагностирования, позволяющие выявить механизмы, изменение параметров которых влияет на технические характеристики станка.