1.Вступление.

CТАНКИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ - машины для изготовления частей других машин в основном путем снятия с заготовки стружки режущим инструментом. Многое из того, что производится в результате человеческой деятельности в настоящее время, делается на металлорежущих станках или с помощью машин, изготовленных с применением таких станков. Их спектр очень широк – от строгальных станков с ручным управлением до компьютеризованных и роботизованных систем. Более 500 разных типов существующих металлорежущих станков могут быть подразделены не менее чем на десять групп по характеру выполняемых работ и применяемому режущему инструменту: разрезные, токарные, сверлильные, фрезерные, шлифовальные, строгальные, зубообрабатывающие, протяжные, многопозиционные автоматические и др.  

Режущий инструмент того или иного вида (резец, фреза  и т.п.) снимает с обрабатываемого (металлического, пластмассового, керамического) изделия стружку примерно так  же, как это происходит при чистке картофеля ножом. Материал режущего инструмента должен быть значительно  более твердым и прочным, чем  материал обрабатываемой детали. Станок оборудуется механизмом, обычно состоящим  из салазок, шпинделей, ходовых винтов и столов с поперечным и продольным перемещением, который позволяет  перемещать инструмент относительно обрабатываемой детали. На станках с ручным управлением  такое относительное перемещение  задает оператор, пользуясь маховичками подачи для перемещения суппорта с резцедержателем. На станках с числовым программным управлением (ЧПУ) перемещения задаются программой последовательных команд, записанной в памяти компьютера. Программа включает и выключает приводные механизмы, например электродвигатели и гидроцилиндры, которые осуществляют подачу суппорта с автоматическим регулированием взаимного положения обрабатываемой детали и режущей кромки.  

Станки почти  всех типов выпускаются как с  ручным управлением, так и в варианте с ЧПУ. В механических мастерских бытового обслуживания, в любительских домашних, на машиностроительных заводах  чаще всего встречаются разрезные, сверлильные, токарные, фрезерные и  шлифовальные станки.

2.Классификация металлорежущих станков^*1

Станки классифицируются по множеству признаков.

По классу точности металлорежущие станки классифицируются на пять классов:

• (Н) Нормальной точности
• (П) Повышенной точности
• (В) Высокой точности
• (А) Особо высокой точности
• (С) Особо точные станки (мастер-станки)

Классификация металлорежущих станков по массе:

• лёгкие (< 1 т)
• средние (1-10 т)
• тяжёлые (>10 т)
• уникальные (>100 т)

Классификация металлорежущих станков по степени  автоматизации:

• ручные
• полуавтоматы
• автоматы
• станки с ЧПУ
• гибкие производственные системы

Классификация металлорежущих станков по степени  специализации:

• универсальные. Для изготовления широкой номенклатуры деталей малыми партиями. Используются в единичном и серийном производстве. Также используют при ремонтных работах.
• специализированные. Для изготовления больших партий деталей одного типа. Используются в среднем и крупносерийном производстве
• специальные. Для изготовления одной детали или детали одного типоразмера. Используются в крупносерийном и массовом производстве

3 Описание металлорежущих станков

Рассмотрим сверлильные, токарно-винторезные, фрезерные, разрезные и шлифовальные станки.

 
3.1. Сверлильные станки 

     Сверлильные станки предназначены для сверления  глухих и сквозных отверстий в  сплошном материале, рассверливания, зенкерования, развертывания, нарезания внутренних резьб, вырезания дисков из листового  материала.

     На  сверлильно-фрезерных станках можно  выполнять фрезерование, наклонное  торцевое фрезерование, шлифовку поверхности, горизонтальное фрезерование и другие операции. Для выполнения подобных операций используют сверла, зенкеры, развертки, метчики и другие инструменты.

     Формообразующими  движениями при обработке отверстий  на сверлильных станках являются главное вращательное движение инструмента  и поступательное движение подачи инструмента  по его оси. Основной параметр станка — наибольший условный диаметр сверления  отверстия (по стали). Кроме того, станок характеризуется вылетом и наибольшим ходом шпинделя, скоростными и  другими показателями.

     Сверлильные станки - многочисленная группа металлорежущих станков, предназначенных для получения сквозных и глухих отверстий в сплошном материале, для чистовой обработки (зенкерования, развёртывания) отверстий, образованных в заготовке каким-либо другим способом, для нарезания внутренних резьб, для зенкования торцовых поверхностей.

     Применяя  специальные приспособления и инструменты, можно растачивать отверстия, вырезать отверстия большого диаметра в листовом материале («трепанирование»), притирать  точные отверстия и т. д.

     Спектр  применения сверлильных станков  велик. Они используют в механических, сборочных, ремонтных и инструментальных цехах машиностроительных заводов  и в предприятиях малого бизнеса.

     На  сверлильных станках обработка  отверстий производится свёрлами, зенкерами, развёртками, зенковками и другими  инструментами, нарезание резьбы —  метчиками.

     В зависимости от области применения различают универсальные и специальные  сверлильные станки. Находят широкое  применение и специализированные сверлильные  станки для крупносерийного и  массового производства, которые  создаются на базе универсальных  станков путем оснащения их многошпиндельными  сверлильными и резьбонарезными  головками и автоматизации цикла  работы. 
 
 
 
 

     Сверлильные станки с ручным управлением

      Вертикально-сверлильный станок. На станине станка размещены основные узлы. Станина имеет вертикальные направляющие, по которым перемещается стол и сверлильная головка, несущая  шпиндель и электродвигатель. Заготовку  или приспособление устанавливают  на столе станка, причем соосность  отверстия заготовки и шпинделя достигается перемещением заготовки. 

     (Рис.1, вертикально – сверлильный станок)

     Управление  коробками скоростей и подач  осуществляется рукоятками, ручная подача — штурвалом. Глубину обработки  контролируют по лимбу. Противовес размещают  в нише,а электрооборудование  вынесено в отдельный шкаф. Фундаментная плита служит опорой станка. В средних  и тяжелых станках ее верхняя  плоскость используется для установки  заготовок.

     Внутренние  полости фундаментной плиты в  отдельных конструкциях станков  служат резервуаром для СОЖ. Стол можно перемещать по вертикальным направляющим вручную с помощью ходового винта. В некоторых моделях стол бывает неподвижным (съемным) или поворотным (откидным).

     Охлаждающая жидкость подается электронасосом по шлангам. Узлы сверлильной головки  смазывают с помощью насоса, остальные  узлы — вручную.

     Сверлильная головка представляет собой чугунную отливку, в которой смонтированы коробка скоростей, механизмы подачи и шпиндель. Коробка скоростей  содержит двух- и трехвенцовый блоки  зубчатых колес, переключениями которых  с помощью одной из рукояток шпиндель получает различные угловые скорости. Частота вращения шпинделя, как правило, изменяется ступенчато, что обеспечивается коробкой скоростей и двухскоростным электродвигателем.

     Радиально-сверлильный  станок. В отличие от вертикально-сверлильного в радиально-сверлильном станке оси отверстия заготовки и шпинделя совмещают путем перемещения шпинделя относительно неподвижной заготовки в радиальном и круговом направлениях (в полярных координатах). По конструкции радиально-сверлильные станки подразделяют на:

• станки общего назначения,
• переносные для обработки отверстий в заготовках больших размеров (станки переносят подъемным краном к заготовке и обрабатывают вертикальные, горизонтальные и наклонные отверстия),
• самоходные, смонтированные на тележках и закрепляемые при обработке с помощью башмаков.

     На  радиально-сверлильных станках общего назначения заготовку закрепляют на фундаментной плите или приставном столе; очень крупные заготовки  устанавливают на полу. В цоколе плиты смонтирована тумба, в которой  может вращаться поворотная колонна. Зажим колонны — гидравлический.

     Рукав перемещается по колонне от механизма  подъема и ходового винта. Шпиндельная  бабка смонтирована на рукаве и может  перемещаться по нему вручную. В шпиндельной  бабке размещены коробки скоростей, подач и органы управления. Шпиндель с инструментом устанавливают относительно заготовки поворотом рукава и  перемещением по нему шпиндельной бабки.

     Сверлильные станки с ЧПУ

     Вертикально-сверлильный  станок с ЧПУ. Станок предназначен для  сверления, зенкерования, развертывания, нарезания резьбы и легкого прямолинейного фрезерования деталей из стали, чугуна и цветных металлов в условиях мелкосерийного и серийного производства. Револьверная головка с автоматической сменой инструмента и крестовый  стол позволяют производить координатную обработку деталей типа крышек фланцев, панелей без предварительной разметки и применения кондукторов. Класс точности станка обычно П.

     Станок  оснащен замкнутой системой ЧПУ, в качестве датчиков обратной связи  используются сельсины. Управление процессом  позиционирования и обработки в  прямоугольной системе координат  осуществляет УЧПУ. Имеется цифровая индикация, предусмотрен ввод коррекции  на длину инструмента. Точность позиционирования стола и салазок 0,05 мм, дискретность задания перемещений и цифровой индикации 0,01 мм. Число управляемых  координат — 3/2 (всего/одновременно).

     УЧПУ, смонтированное в шкафу, содержит считывающее  устройство, кодовый преобразователь, блок технологических команд, блоки  управления приводами салазок и  стола. Для удобства визуального  наблюдения за работой механизмов предусмотрен блок ручного управления и сигнализации. УЧПУ оснащают различными дополнительными  блоками: устройствами коррекции радиуса, длины и положения инструмента, значений подачи, скорости резания; индикации  перемещений, датчиками обратной связи  при нарезании резьбы; блоками  контроля останова на рабочих и вспомогательных  ходах и т.п.

     Получив информацию через считывающее устройство, УЧПУ выдает команды на автоматический привод перемещения рабочих органов  станка, например на шаговый двигатель  привода салазок. Силовое электрооборудование  размещено в шкафу, откуда команды  передаются на станочное электрооборудование. Рабочий орган станка — револьверная головка с набором инструментов — обеспечивает обработку различными инструментами (до шести) в заданной программой последовательности.

     Радиально-сверлильный  станок с ЧПУ. На станке выполняют  обработку отверстий в крупногабаритных заготовках, а также легкое фрезерование поверхностей и пазов, в том числе  криволинейных. Класс точности станка Н. Число управляемых координат (всего/одновременно) 3/2. Точность установки координат 0,001 мм. Программируется: перемещение по осям X, Y, Z; параметры режима резания и номер инструмента; смена инструмента осуществляется оператором.

     Деталь  располагают на столе-плите, закрепленной на фундаменте. На салазках, перемещающихся по станине (ось X), установлена колонна, по вертикальным направляющим которой  выполняет установочное перемещение  рукав. По направляющим рукава движется шпиндельная головка (подача по оси Y) с размещенными в ней коробкой скоростей и приводом подач. Направляющие шпиндельной головки и салазок  комбинированные (скольжения - качения). Передняя поверхность направляющих шпиндельной бабки — лента  из фторопласта, работающая в паре с  передней чугунной термообработанной  направляющей рукава. Шпиндель имеет  осевую подачу по оси Z.

     У станка установлен стеллаж вместимостью 18 инструментов, обеспечивающих работу станка по программе. У каждой ячейки с инструментом имеется лампочка, которая сигнализирует о том, какой инструмент по программе оператор должен установить в шпиндель. Ячейки снабжены микропереключателями, которые  срабатывают, если извлечен незапрограммированный  инструмент или отработавший инструмент вставлен не в свою ячейку. При этом работа станка по автоматическому циклу  прекращается.

     Вертикально-сверлильные: 2С163Б, 2C125, 2C132, 2Н150, 2170, 2Р135Ф2

     Настольно-сверлильные: 2М112, HC-16M, ГС 2112, ГС 2116, ЗИМ427А 

     Радиально-сверлильные: 2C550A, 2K52, 2M57, ГС545, ГС544, 2542-2, 2А532, ОС2660

     Основные  типы сверлильно-расточных станков:

     - вертикально-сверлильные одно- и  многошпиндельные;

     - радиально-сверлильные; 

     - горизонтально-сверлильные для глубокого  сверления 

     - горизонтально-центровальные.

     Сверлильно-расточные  станки по классификатору отнесены ко второй группе, внутри которой их делят  на следующие типы:

     1 — вертикально-сверлильные;

     2 — одношпиндельные полуавтоматы;

     3 — многошпиндельные полуавтоматы;

     4 — координатно-расточные;

     5 — радиально-сверлильные; 

     6 — горизонтально-расточные; 

     7 — алмазно-расточные; 

     8 — горизонтально-сверлильные; 

     9 — разные сверлильные. 

3.2Токарно – винторезные станки

     Токарно-винторезные  станки предназначены для обработки  единичных деталей или малых  групп деталей, включая нарезание  резьбы, если имеется ходовой винт. Однако бывают станки без ходового винта. На таких станках можно  выполнять практически все виды токарных работ, за исключением нарезания  резьбы резцом.

     Техническими  параметрами, по которым классифицируют токарно-винторезные станки, являются наибольший диаметр обрабатываемой заготовки (детали) – D или высота центров над станиной (равная 0,5 D), наибольшая длина обрабатываемой заготовки (детали) - L и масса станка. Для существующих на данное время станков эти характеристики стандартизированы и разбиты на группы (см приложение 1 таблица 1)

     Наибольшая  длина L обрабатываемой детали определяется расстоянием между центрами станка. Выпускаемые станки при одном  и том же значении D могут иметь  различные значения L.

     Легкие  токарные станки применяются в инструментальном производстве, приборостроении, часовой  промышленности, в экспериментальных  и опытных цехах предприятий. Эти станки выпускаются как с  механической подачей, так и без  нее.

     На  средних станках производится 70 - 80% общего объема токарных работ. Эти  станки предназначены для чистовой и получистовой обработки, а также для нарезания резьб разных типов. Станки этого типа характеризуются высокой жесткостью, достаточной мощностью и широким диапазоном частот вращения шпинделя и подач инструмента, что позволяет обрабатывать детали на экономичных режимах с применением современных прогрессивных инструментов из твердых сплавов и сверхтвердых материалов. Средние станки оснащаются различными приспособлениями, расширяющими их технологические возможности, облегчающими труд рабочего и позволяющими повысить качество и сократить время обработки, имеют достаточно высокий уровень автоматизации.

     Крупные и тяжелые токарные станки применяются  в основном в тяжелом и энергетическом машиностроении, а также в других отраслях для обработки валков прокатных  станов, железнодорожных колесных пар, роторов турбин и других крупногабаритных деталей

     Таблица 1. Основные характеристики токарно-винторезных станков

Рис 2. Сборочные  единицы (узлы) и механизмы токарно-винторезного станка:

1 - передняя  бабка, 2 - суппорт, 3 - задняя бабка, 4 - станина, 5 и 9 - тумбы, 6 - фартук, 7 - ходовой  винт, 8 - ходовой валик, 10 - коробка  подач, 11 - гитары сменных шестерен, 12 - электро-пусковая аппаратура, 13 - коробка скоростей, 14 - шпиндель 
 
 

3.3 Фрезерные станки

Фре́зерные станки́ — группа металлорежущих станков в классификации по виду обработки. Фрезерные станки предназначены для обработки с помощью фрезы плоских и фасонных поверхностей, тел вращения, зубчатых колёс и т. п. металлических и других заготовок. При этом фреза, закрепленная в шпинделе фрезерного станка совершает вращательное (главное) движение, а заготовка, закреплённая на столе, совершает движение подачи прямолинейное или криволинейное. Управление может быть ручным, автоматизированным или осуществляться с помощью системы ЧПУ (CNC).

Металлорежущий  инструмент фрезерной группы станков. Концевые фрезы. 

Во фрезерных  станках главным движением является вращение фрезы, а движение подачи —  относительное перемещение заготовки  и фрезы. 

Вспомогательные движения необходимы в станке для  подготовки процесса резания. К вспомогательным  движениям относятся движения, связанные  с настройкой и наладкой станка, его управлением, закреплением и  освобождением детали и инструмента, подводом инструмента к обрабатываемым поверхностям и его отводом; движения приборов для автоматического контроля размеров и т. д. Вспомогательные  движения можно выполнять на станках  как автоматически, так и вручную. На станках-автоматах все вспомогательные движения в определенной последовательности выполняются автоматически.

По видам фрезерные  станки подразделяются на:

• горизонтально-фрезерные консольные станки (с горизонтальным шпинделем и консолью)
• универсальные — с поворотным столом
• широкоуниверсальные — с дополнительными фрезерными головками
• вертикально-фрезерные станки (с вертикальным шпинделем) в том числе консольные
• бесконсольные называемые также с крестовым столом
• с передвижным порталом
• широкоуниверсальные инструментальные станки — с вертикальной рабочей плоскостью основного стола и поперечным движением шпиндельных узлов
• копировально-фрезерные станки
• фрезерные станки непрерывного действия, в том числе карусельно-фрезерные
• барабанно-фрезерные

Универсально-фрезерный  станок

Имеет горизонтально  расположенный шпиндель и предназначен для обработки фрезерованием  разнообразных поверхностей на небольших  и не тяжелых деталях в условиях единичного и серийного производства. Обработку ведут цилиндрическими, дисковыми, угловыми, концевыми, фасонными, торцовыми фрезами. На этом станке можно  обрабатывать вертикальные и горизонтальные фасонные и винтовые поверхности, пазы и углы. Фрезерование деталей, требующих  периодического деления или винтового  движения, выполняют с использованием специальных делительных приспособлений. 

На станине  смонтированы все основные узлы станка. Внутри станины размещены шпиндельный  узел и коробка скоростей. Для  поддержания оправки с фрезой служит хобот с серьгами. По вертикальным направляющим станины перемещается консоль, несущая коробку подач. По направляющим консоли в поперечном направлении движутся салазки с  поворотным устройством, которое несет  продольный стол и позволяет поворачивать стол вокруг вертикальной оси на 45°  в обе стороны, благодаря чему стол может перемещаться в горизонтальной плоскости под разными углами к оси шпинделя

Горизонтально-фрезерный  станок

Горизонтально-фрезерный  станок (1 — фундаментная плита, 2 —  станина, 3 — консоль, 4 — салазки, 5 — стол, 6 — хобот, 7 — оправка со фрезой) 

Отличается от универсально-фрезерного станка отсутствием  поворотного устройства, то есть стол станка может перемещаться только перпендикулярно  или вместе с салазками параллельно  оси шпинделя.

Широкоуниверсальный фрезерный станок 

В отличие от горизонтально-фрезерного станка имеет  ещё одну шпиндельную головку, смонтированную на выдвижном хоботе, которую можно  поворачивать под любым углом  в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Возможна раздельная и  одновременная работа обоими шпинделями. Для большей универсальности  станка на поворотной головке монтируют  накладную фрезерную головку, которая  позволяет обработать на станке детали сложной формы не только фрезерованием, но и сверлением, зенкерованием, растачиванием  и т. д. 

В некоторых  станках этого типа отсутствует  консоль, а вместо неё по вертикальным направляющим станины, перемещается каретка. Каретка имеет горизонтальные направляющие для салазок с вертикальной рабочей  поверхностью и Т-образными пазами, на которых крепят стол, делительные  и другие приспособления. Широкая  универсальность станка позволяет  использовать его в экспериментальных  и инструментальных цехах для  производства кондукторов, зажимных приспособлений всех типов, инструментов, штампов, пресс-форм и других деталей.

Вертикальный  консольно-фрезерный станок

Вертикально-фрезерный  станок (1 — фреза, 2 — шпиндель, 3 — хобот, 4 — станина, 5 — стол, 6 — салазки, 7 — консоль, 8 — фундаментная плита) 

В отличие от горизонтально-фрезерного имеет вертикально  расположенный шпиндель, который  в некоторых моделях станков  допускает смещение вдоль своей  оси и поворот вокруг горизонтальной оси, расширяя тем самым технологические  возможности станка.

Вертикально- и горизонтально-фрезерные бесконсольные станки 

Предназначены для обработки вертикальных, горизонтальных, наклонных поверхностей, пазов в  крупногабаритных деталях. В отличие от консольно-фрезерных станков, в этих станках отсутствует консоль, а салазки и стол перемещаются по направляющим станины, установленной на фундамент. Такая конструкция станка обеспечивает более высокую его жесткость и точность обработки по сравнению со станками консольного типа, позволяет обрабатывать детали большой массы и размеров. Шпиндельная головка, являющаяся и коробкой скоростей, имеет установочное перемещение по вертикальным направляющим стойки. Кроме того, шпиндель вместе с гильзой можно сдвигать в осевом направлении при точной установке фрезы на требуемый размер.

Продольно-фрезерные  станки

Используют для  обработки крупногабаритных деталей, главным образом, торцовым; а также  цилиндрическими, концевыми, дисковыми  и фасонными фрезами. Станки делятся  на одностоечные и двухстоечные. В четырёхшпиндельном двухстоечном продольно-фрезерном станке станина имеет стол и портал, состоящий из двух стоек и балки, По направляющим стоек перемещается траверса и две горизонтальные поворотные фрезерные головки. Две другие фрезерные головки перемещаются по направляющим траверсы. Обработку деталей можно производить при движущемся столе и неподвижных фрезерных головках, при неподвижном столе и подаче головок или при одновременно движущихся столе и фрезерных головках. 

3.4 разрезные станки 

Разрезные станки предназначены для разрезания и  распиловки сортового проката (прутков, уголков, швеллеров, балок). Режущим  инструментом служат сегментная дисковая пила, абразивные диски или ножовочное полотно. Главное движение – вращение диска или возвратно-поступательное движение ножовочного полотна. Автоматические разрезные станки работают на разных скоростях, оборудуются устройствами периодической подачи заготовки  и системами двухкоординатного управления рабочим столом.  

Рис. Пример разрезного станка

3.5 Шлифовальные станки

Шлифовальные  станки имеют вращающийся абразивный инструмент. Эти станки применяют  в основном для окончательной (финишной) чистовой обработки деталей, путем  снятия с их поверхности слоев  металла с точностью, доходящей  иногда до десятых долей микрометра и придания обрабатываемой поверхности  высокой чистоты.