Автоматами называют станки, на которых после их наладки и включения все основные и вспомогательные движения осуществляется их механизмами без участия оператора. Автоматы работают по периодически повторяющемуся циклу (от установки обрабатываемой заготовки до съема обработанной детали и подачи следующей заготовки).
Полуавтоматы отличаются от автоматов тем, что установка заготовки, включение станка и снятие готовой детали требуют вмешательства операторов.
Технологический же цикл обработки на полуавтоматах – автоматический.
На автоматах и полуавтоматах целесообразно обрабатывать изделия серийного производства.
По принципу обработки заготовок автоматы делятся на:
1 – одинарные, в обработке участвует только один режущий инструмент;
2 – параллельный – в обработке каждой заготовки участвуют несколько инструментов, работающих одновременно в течение определенного времени;
3 – последовательный – заготовка обрабатывается несколькими инструментами, вступающими в действие последовательно;
Полуавтоматы отличаются от автоматов тем, что установка заготовки, включение станка и снятие готовой детали требуют вмешательства операторов.
Технологический же цикл обработки на полуавтоматах – автоматический.
На автоматах и полуавтоматах целесообразно обрабатывать изделия серийного производства.
По принципу обработки заготовок автоматы делятся на:
1 – одинарные, в обработке участвует только один режущий инструмент;
2 – параллельный – в обработке каждой заготовки участвуют несколько инструментов, работающих одновременно в течение определенного времени;
3 – последовательный – заготовка обрабатывается несколькими инструментами, вступающими в действие последовательно;
Кинематической схемой металлорежущего станка называют условное изображение всех механизмов и передач, через которые передается движение от привода станка к его исполнительным механизмам.
Кинематическая схема токарно-винторезного станка модели 1А616 представлена в [1, стр. 438, р. VI.27]. Основными ее элементами являются кинематическая цепь главного движения, кинематическая цепь подачи, кинематическая цепь нарезания резьбы.
Кинематическая схема зубофрезерного полуавтомата модели 5Д32 приведена в [1, стр. 441, р. VI.28]. Она состоит из скоростной кинематической цепи. Вращение шпинделя в этой модели может осуществляться с семью скоростями. Для повышения равномерности вращения шпинделя имеется специальный маховик. Вторым элементом кинематической схемы является кинематическая цепь обкатки (делительная цепь). Делительная цепь связывает частоту вращения фрезы (шпинделя станка) с частотой вращения заготовки (стол станка). За время одного оборота фрезы, заготовка поворачивается на величину к/z оборота (к – число заходов резьбы фрезы, z – число зубьев нарезаемого колеса).
В число элементов кинематической схемы входят кинематическая цепь вертикальной подачи и кинематическая цепь горизонтальной подачи. Обе цепи регулируют перемещение вертикального суппорта с фрезой и вращательное движение заготовки с горизонтальным движением стойки.
Кроме того, в кинематической схеме имеется дифференциальная кинематическая цепь и цепь вспомогательных движений.
Кинематическая схема токарно-винторезного станка модели 1А616 представлена в [1, стр. 438, р. VI.27]. Основными ее элементами являются кинематическая цепь главного движения, кинематическая цепь подачи, кинематическая цепь нарезания резьбы.
Кинематическая схема зубофрезерного полуавтомата модели 5Д32 приведена в [1, стр. 441, р. VI.28]. Она состоит из скоростной кинематической цепи. Вращение шпинделя в этой модели может осуществляться с семью скоростями. Для повышения равномерности вращения шпинделя имеется специальный маховик. Вторым элементом кинематической схемы является кинематическая цепь обкатки (делительная цепь). Делительная цепь связывает частоту вращения фрезы (шпинделя станка) с частотой вращения заготовки (стол станка). За время одного оборота фрезы, заготовка поворачивается на величину к/z оборота (к – число заходов резьбы фрезы, z – число зубьев нарезаемого колеса).
В число элементов кинематической схемы входят кинематическая цепь вертикальной подачи и кинематическая цепь горизонтальной подачи. Обе цепи регулируют перемещение вертикального суппорта с фрезой и вращательное движение заготовки с горизонтальным движением стойки.
Кроме того, в кинематической схеме имеется дифференциальная кинематическая цепь и цепь вспомогательных движений.
1 – подвижной блок зубчатых колес – зубчатые колеса последовательно передают движение с одного вала на другой и вследствие изменения передаточного отношения зубчатых передач обеспечиваются разные частоты вращения валов.
2 – конус зубчатых колес с накидным колесом обеспечивает пять различных частот вращения.
3 – конус зубчатых колес с вытяжной шпонкой, обеспечивающий движение с вала только тем зубчатым колесам, которые жестко закрепляются шпонкой, а остальные колеса передавать крутящий момент не могут.
4 – реверсивный механизм из цилиндрических зубчатых колес.
5 – реверсивный механизм из конических зубчатых колес; оба механизма обеспечивают изменения направления валов при перемещении муфты вправо и влево.
6 – храповой механизм служит для периодического (прерывистого) поворота вала на определенный угол при зацеплении зубьев храпового колеса с зубом собачки для обеспечения возвратно-вращательного либо возвратно- поступательного движения.
2 – конус зубчатых колес с накидным колесом обеспечивает пять различных частот вращения.
3 – конус зубчатых колес с вытяжной шпонкой, обеспечивающий движение с вала только тем зубчатым колесам, которые жестко закрепляются шпонкой, а остальные колеса передавать крутящий момент не могут.
4 – реверсивный механизм из цилиндрических зубчатых колес.
5 – реверсивный механизм из конических зубчатых колес; оба механизма обеспечивают изменения направления валов при перемещении муфты вправо и влево.
6 – храповой механизм служит для периодического (прерывистого) поворота вала на определенный угол при зацеплении зубьев храпового колеса с зубом собачки для обеспечения возвратно-вращательного либо возвратно- поступательного движения.
Приводом называют совокупность механизмов, передающих движение от источника движения (электродвигателя) к рабочим органам станка (шпинделю, суппорту, столу и т.д.).
Привод может быть индивидуальным, т.е. каждый станок приводится в движение от одного или нескольких электродвигателей. Если электродвигателей несколько, то различают приводы: главного движения, подачи и вспомогательных движений. Для передачи движения от электродвигателя к ведущему валу станка используют ременную, цепную или зубчатую передачи. Приводы бывают со ступенчатым и бесступенчатым регулированием частоты вращения шпинделей. Ступенчатое регулирование производится зубчатыми коробками передач. Для бесступенчатого регулирования применяют электрическое, гидравлическое или механическое регулирование.
Передачей называют механизм, передающий движение от одного элемента к другому (например, с вала на вал), либо преобразующий одно движение в другое (вращательное в поступательное). Каждая передача характеризуется передаточным отношением.
Передаточным отношением передачи называют число, показывающее, во сколько раз частота вращения ведомого элемента (например, вала) меньше или больше частоты вращения ведущего элемента (например, другого вала).
Привод может быть индивидуальным, т.е. каждый станок приводится в движение от одного или нескольких электродвигателей. Если электродвигателей несколько, то различают приводы: главного движения, подачи и вспомогательных движений. Для передачи движения от электродвигателя к ведущему валу станка используют ременную, цепную или зубчатую передачи. Приводы бывают со ступенчатым и бесступенчатым регулированием частоты вращения шпинделей. Ступенчатое регулирование производится зубчатыми коробками передач. Для бесступенчатого регулирования применяют электрическое, гидравлическое или механическое регулирование.
Передачей называют механизм, передающий движение от одного элемента к другому (например, с вала на вал), либо преобразующий одно движение в другое (вращательное в поступательное). Каждая передача характеризуется передаточным отношением.
Передаточным отношением передачи называют число, показывающее, во сколько раз частота вращения ведомого элемента (например, вала) меньше или больше частоты вращения ведущего элемента (например, другого вала).
Роль обработки резанием и значение металлорежущих станков в машиностроении непрерывно повышается, поскольку технологические процессы изготовления деталей постоянно усложняются и непрерывно совершенствуются, что связано с требованиями высокой точности и качества выпускаемой продукции.
Современные металлорежущие станки весьма разнообразны и для управления рабочим циклом используют механические, электрические и гидравлические способы. Непрерывно повышаются точность, производительность, мощность станков, быстроходность и надежность. Особое место занимают станки с программным управлением, работающие по автоматическому замкнутому циклу.
В основу классификации станков, принятой в нашей стране, положен технологический метод обработки, характеризуемый типом станка, видом режущего инструмента и родом обрабатываемых поверхностей.
По указанной классификации все металлорежущие станки разделены на 10 групп, каждая из которых разделена на 10 типов, а каждый тип имеет 10 типоразмеров. Таблица классификации станков приведена в [1, стр. 428-429, табл. VI.1].
Современные металлорежущие станки весьма разнообразны и для управления рабочим циклом используют механические, электрические и гидравлические способы. Непрерывно повышаются точность, производительность, мощность станков, быстроходность и надежность. Особое место занимают станки с программным управлением, работающие по автоматическому замкнутому циклу.
В основу классификации станков, принятой в нашей стране, положен технологический метод обработки, характеризуемый типом станка, видом режущего инструмента и родом обрабатываемых поверхностей.
По указанной классификации все металлорежущие станки разделены на 10 групп, каждая из которых разделена на 10 типов, а каждый тип имеет 10 типоразмеров. Таблица классификации станков приведена в [1, стр. 428-429, табл. VI.1].
Для повышения точности размеров деталей, уменьшения шероховатости поверхности, придания особого вида изделиям, применяются специальные виды отделочной обработки.
К их числу относятся тонкое обтачивание, тонкое шлифование, полирование, хонингование, суперфиниширование и другие виды отделочных операций.
Тонкое обтачивание производится на быстроходных станках, токарными резцами с широкими режущими лезвиями. Тонким обтачиванием часто заменяют шлифование.
Полированием уменьшают шероховатость поверхности и часто используют для придания деталям декоративного блеска. При полировании детали обрабатывают полировальными пастами и быстровращающимися эластичными кругами (например, фетровыми).
Хонингование применяют для получения отверстий высокой точности и малой шероховатости, а также создания специальных микропрофилей обрабатываемой поверхности в виде сетки. Создание такого профиля требуется для удержания на стенках отверстия смазки при работе машины (например, двигателя внутреннего сгорания). Поверхность отверстия обрабатывается абразивными брусками, которые закрепляют в хонинговальной головке, являющейся режущим инструментом.
К их числу относятся тонкое обтачивание, тонкое шлифование, полирование, хонингование, суперфиниширование и другие виды отделочных операций.
Тонкое обтачивание производится на быстроходных станках, токарными резцами с широкими режущими лезвиями. Тонким обтачиванием часто заменяют шлифование.
Полированием уменьшают шероховатость поверхности и часто используют для придания деталям декоративного блеска. При полировании детали обрабатывают полировальными пастами и быстровращающимися эластичными кругами (например, фетровыми).
Хонингование применяют для получения отверстий высокой точности и малой шероховатости, а также создания специальных микропрофилей обрабатываемой поверхности в виде сетки. Создание такого профиля требуется для удержания на стенках отверстия смазки при работе машины (например, двигателя внутреннего сгорания). Поверхность отверстия обрабатывается абразивными брусками, которые закрепляют в хонинговальной головке, являющейся режущим инструментом.
Шлифованием называют процесс обработки заготовок резанием абразивными кругами. При вращательном движении круга с поверхности заготовки срезают большое количество тонких стружек (до 100 млн за одну мин.). Шлифовальные круги вращаются со скоростями до 30 м/с и более. При шлифовании выделяется большое количество теплоты. Тепловое и силовое воздействие на обрабатываемую поверхность приводит к изменению физико- химических свойств поверхностного слоя. Поэтому, для уменьшения указанного влияния шлифование проводят при обильной подаче смазочно- охлаждающих смесей.
Шлифованием производят чистовую и отделочную обработку деталей с высокой точностью.
При шлифовании используются абразивные инструменты из искусственных и естественных минералов: алмаз, кварц, корунд, наждак, кремень, гранат, электрокорунд, карбид бора, карбид кремния и др.
Эти материалы отличаются высокой твердостью. При изготовлении инструмента их цементируют специальными связками из смесей глины с полевым шпатом, либо из бакелита.
Шлифованием производят чистовую и отделочную обработку деталей с высокой точностью.
При шлифовании используются абразивные инструменты из искусственных и естественных минералов: алмаз, кварц, корунд, наждак, кремень, гранат, электрокорунд, карбид бора, карбид кремния и др.
Эти материалы отличаются высокой твердостью. При изготовлении инструмента их цементируют специальными связками из смесей глины с полевым шпатом, либо из бакелита.
Фрезерование – один из высокопроизводительных способов обработки заготовок многолезвийным режущим инструментом – фрезой.
На фрезерных станках обрабатывают горизонтальные, вертикальные и наклонные плоскости, фасонные поверхности уступы и пазы заготовки.
Режущим инструментом являются фрезы, типы которых приведены в [1, стр. 507, р. VI.84].
В зависимости от назначения и типа обрабатываемых поверхностей различают цилиндрические, торцовые, дисковые, концевые, угловые, шпоночные и фасонные фрезы.
Фрезы могут быть как цельными, так и сборными с напаянными и вставными ножами. Режущие лезвия фрез могут быть прямыми и винтовыми, с острым и затылованным зубом.
Для закрепления заготовок используют специальные и универсальные приспособления (прихваты, угольники, призмы, машинные тиски).
Для обработки поверхностей используются горизонтально-фрезерные и вертикально-фрезерные станки. Схемы обработки заготовок на указанных станках даны в [1, стр. 514, р. VI.91].
На фрезерных станках обрабатывают горизонтальные, вертикальные и наклонные плоскости, фасонные поверхности уступы и пазы заготовки.
Режущим инструментом являются фрезы, типы которых приведены в [1, стр. 507, р. VI.84].
В зависимости от назначения и типа обрабатываемых поверхностей различают цилиндрические, торцовые, дисковые, концевые, угловые, шпоночные и фасонные фрезы.
Фрезы могут быть как цельными, так и сборными с напаянными и вставными ножами. Режущие лезвия фрез могут быть прямыми и винтовыми, с острым и затылованным зубом.
Для закрепления заготовок используют специальные и универсальные приспособления (прихваты, угольники, призмы, машинные тиски).
Для обработки поверхностей используются горизонтально-фрезерные и вертикально-фрезерные станки. Схемы обработки заготовок на указанных станках даны в [1, стр. 514, р. VI.91].
Обработка заготовок на станках сверлильной группы сверление – метод получения отверстий в сплошном материале, как сквозных, так и глухих отверстий.
Осуществляют сверление вращательным движением инструмента вокруг оси (главное движение) и движением подачи (движением инструмента вдоль оси). Процесс сверления протекает в более жестких условиях, чем при точении, поскольку затруднен отвод стружки и подвод охлаждающих смесей. В результате повышаются деформации, обусловленные отделением стружки и тепловыделением.
За скорость резания при сверлении (в м/мин) принимают окружную скорость точки режущего лезвия, наиболее удаленной от оси сверла:
V = pDn/1000, где D – наружный диаметр сверла, мм; n – частота вращения сверла, об/мин.
Подача Sв (мм/об) равна величине осевого перемещения сверла за один оборот, глубина резания t (мм) при сверлении отверстий в сплошном материале равна половине диаметра сверла, а при рассверливании: t = (D-d)/2, где d – диаметр обрабатываемого отверстия, мм.
В качестве режущего инструмента при сверлении используют сверла, зенкеры, развертки и метчики.
Сверла разделяют на спиральные, центровые и специальные.
Осуществляют сверление вращательным движением инструмента вокруг оси (главное движение) и движением подачи (движением инструмента вдоль оси). Процесс сверления протекает в более жестких условиях, чем при точении, поскольку затруднен отвод стружки и подвод охлаждающих смесей. В результате повышаются деформации, обусловленные отделением стружки и тепловыделением.
За скорость резания при сверлении (в м/мин) принимают окружную скорость точки режущего лезвия, наиболее удаленной от оси сверла:
V = pDn/1000, где D – наружный диаметр сверла, мм; n – частота вращения сверла, об/мин.
Подача Sв (мм/об) равна величине осевого перемещения сверла за один оборот, глубина резания t (мм) при сверлении отверстий в сплошном материале равна половине диаметра сверла, а при рассверливании: t = (D-d)/2, где d – диаметр обрабатываемого отверстия, мм.
В качестве режущего инструмента при сверлении используют сверла, зенкеры, развертки и метчики.
Сверла разделяют на спиральные, центровые и специальные.
Технологический метод строгания заготовок состоит из двух видов движений: поступательного движения резца или заготовки (скорость резания) и прерывистым поступательным движением подачи, направленным перпендикулярно вектору главного движения.
Используются продольно-строгальные и поперечно-строгальные станки. На продольно-строгальных станках возвратно-поступательное движение совершает режущий инструмент, на поперечно-строгальных станках резец совершает возвратно-поступательное движение, а заготовка – движение поперечной подачи в горизонтальной плоскости.
Процесс резания при строгании происходит только при прямом (рабочем) ходе резца, а при холостом ходе резания не происходит, это снижает производительность, и поэтому часто строгание заменяют фрезерованием.
Режим резания определяется скоростью резания V, подачей S и глубиной резания t (измеряемой в мм).
В качестве инструмента при строгании используют строгальные и долбежные резцы.
Используются продольно-строгальные и поперечно-строгальные станки. На продольно-строгальных станках возвратно-поступательное движение совершает режущий инструмент, на поперечно-строгальных станках резец совершает возвратно-поступательное движение, а заготовка – движение поперечной подачи в горизонтальной плоскости.
Процесс резания при строгании происходит только при прямом (рабочем) ходе резца, а при холостом ходе резания не происходит, это снижает производительность, и поэтому часто строгание заменяют фрезерованием.
Режим резания определяется скоростью резания V, подачей S и глубиной резания t (измеряемой в мм).
В качестве инструмента при строгании используют строгальные и долбежные резцы.
Технологический метод обработки поверхностей заготовок точением характеризуется наличием двух движений: вращательным движением заготовки (скорость резания) и поступательным движением режущего инструмента – резца (подачи).
В группе токарных станков используют специализированные токарные, револьверные автоматы и полуавтоматы, токарно-карусельные и др.
На станках токарной группы обрабатывают в основном наружные и внутренние поверхности, имеющие форму тел вращения, а также плоские (торцевые) поверхности. На специализированных станках можно обрабатывать и более сложные поверхности типа циклоид, либо плоские четырех и шестигранные поверхности.
Термином точение называют обработку внешних поверхностей, обработку внутренних поверхностей называют растачиванием, обработка торцовых поверхностей называется подрезанием, а разделение заготовки на части, или отрезание готовой детали от заготовки – разрезанием.
Основным рабочим инструментом в станках токарной группы являются резцы. По технологическому назначению резцы делят на проходные (для обтачивания наружных цилиндрических и конических поверхностей), подрезные (для обработки торцовых поверхностей), расточные (для растачивания сквозных и глухих отверстий), отрезные (для разрезания заготовок), резьбовые (для нарезания внешних и внутренних резьб), фасонные круглые и призматические (для обтачивания фасонных поверхностей), прорезные (для протачивания кольцевых канавок), галтельные (для обточки переходных поверхностей между ступенями валов по радиусу) и др. Формы различного типа резцов приведены в [1, стр. 447, р. VI.30].
В группе токарных станков используют специализированные токарные, револьверные автоматы и полуавтоматы, токарно-карусельные и др.
На станках токарной группы обрабатывают в основном наружные и внутренние поверхности, имеющие форму тел вращения, а также плоские (торцевые) поверхности. На специализированных станках можно обрабатывать и более сложные поверхности типа циклоид, либо плоские четырех и шестигранные поверхности.
Термином точение называют обработку внешних поверхностей, обработку внутренних поверхностей называют растачиванием, обработка торцовых поверхностей называется подрезанием, а разделение заготовки на части, или отрезание готовой детали от заготовки – разрезанием.
Основным рабочим инструментом в станках токарной группы являются резцы. По технологическому назначению резцы делят на проходные (для обтачивания наружных цилиндрических и конических поверхностей), подрезные (для обработки торцовых поверхностей), расточные (для растачивания сквозных и глухих отверстий), отрезные (для разрезания заготовок), резьбовые (для нарезания внешних и внутренних резьб), фасонные круглые и призматические (для обтачивания фасонных поверхностей), прорезные (для протачивания кольцевых канавок), галтельные (для обточки переходных поверхностей между ступенями валов по радиусу) и др. Формы различного типа резцов приведены в [1, стр. 447, р. VI.30].
Процесс резания можно описать следующей схемой.
При вдавливании резца в металл в срезаемом слое возникают упругие деформации, которые, накапливаясь, могут переходить в пластические. В материале заготовки возникает сложно-напряженное состояние. Увеличение пластической деформации приводит к сдвиговым деформациям в зоне стружкообразования. Срезаемый слой, деформированный в зоне стружкообразования, превратившись в стружку, получает дополнительную деформацию за счет трения стружки о переднюю часть резца.
Характер деформации зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, геометрии инструмента, режимов резания.
При резании металлов с различными физико-механическими свойствами возникают три вида стружки: сливная, скалывания и надлома.
Работа А, затрачиваемая на деформацию и разрушение металлической заготовки силой Р, действующей со стороны режущего инструмента, движущегося со скоростью V, определяется произведением А = Р×V. Работа эта состоит из трех частей: А = Ау + Ап + Ат, где Ау – работа, затрачиваемая на упругое деформирование металла, Ап – на пластическое деформирование и разрушение, Ат – работа, затрачиваемая на преодоление сил трения задних поверхностей инструмента о заготовку и стружки о переднюю поверхность инструмента.
При вдавливании резца в металл в срезаемом слое возникают упругие деформации, которые, накапливаясь, могут переходить в пластические. В материале заготовки возникает сложно-напряженное состояние. Увеличение пластической деформации приводит к сдвиговым деформациям в зоне стружкообразования. Срезаемый слой, деформированный в зоне стружкообразования, превратившись в стружку, получает дополнительную деформацию за счет трения стружки о переднюю часть резца.
Характер деформации зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, геометрии инструмента, режимов резания.
При резании металлов с различными физико-механическими свойствами возникают три вида стружки: сливная, скалывания и надлома.
Работа А, затрачиваемая на деформацию и разрушение металлической заготовки силой Р, действующей со стороны режущего инструмента, движущегося со скоростью V, определяется произведением А = Р×V. Работа эта состоит из трех частей: А = Ау + Ап + Ат, где Ау – работа, затрачиваемая на упругое деформирование металла, Ап – на пластическое деформирование и разрушение, Ат – работа, затрачиваемая на преодоление сил трения задних поверхностей инструмента о заготовку и стружки о переднюю поверхность инструмента.