Общие сведения о проектировании станков

Общие сведения о  проектировании станков

Непрерывный рост числа типов  станков ставит задачу поиска новых  методов их создания при наименьших затратах на проектирование и изготовление. Достижение этой цели определяет решение  задач:

• устранения существующего конструктивного разнообразия одинаковых по служебному назначению станков;
• разработки технологически обоснованных размерных и технических характеристик станков;
• разработки технологически обоснованного ограниченного числа базовых компоновок станков и их специализированных модификаций с учетом первоочередного освоения наиболее применяемых компоновок;
• разработки ограниченного комплекта узлов и агрегатов, обеспечивающих гибкую систему проектирования станков с учётом разнообразных компоновочных требований;
• ускорения разработки и изготовления станков на основе создания технологической системы подготовки конструирования, обеспечивающей решение указанных выше задач, а также формирование структуры выпуска станков по служебному назначению и организации их комплектации с использованием отработанных конструкций узлов и агрегатов и метода построения станков на их базе;
• повышения производительности и точности обработки вследствие применения прогрессивной инструментальной и технологической оснастки;
• разработки технологической системы подготовки производства, обеспечивающей эффективную эксплуатацию станков у потребителей;
• сокращения организационных издержек при изготовлении узлов и агрегатов станков в целом;
• повышения технического уровня станков за счёт обоснованных технических характеристик, разумного уровня автоматизации, прогрессивных технических решений и отработки конструкций.

Порядок проектирования металлорежущих станков (МС) в основном уже сложился [26]. Основой для проектирования является техническое задание конкретного  заказчика, или группы заказчиков, в  котором подробно описываются исходные технологические данные о заготовках и готовых изделиях, а также  некоторые особенности организационного, экономического, технического характера (характер и условия производства, производительность, коэффициент загрузки станка, уровень автоматизации, встраиваемость в автоматизированные участки, многостаночное обслуживание и т.д). На основании технического задания, общих технических требований и особенности применения станков в зависимости от характера производства разработчик формирует общее представление о компоновке станка. Если полученная компоновка не вызывает серьёзных сомнений, разработчик, основываясь обычно на большом производственном опыте и опробированных технических решениях, приступает к рабочему проектированию станка. Однако использование интуитивного подхода в создании станков приводит нередко к негативным результатам и поэтому на начальном этапе проектирования целесообразно использовать изложенные в этой главе методы расчётов станков на точность, динамическую устойчивость на температурные деформации, на надёжность, учесть использование приёмов инженерной биодиагностики при проектировании станков и ряд других факторов, влияющих на конечный результат.

Если задача создания станков  сводится к поиску некоторого многообразия станков с желанием использовать весьма ограниченный набор узлов  и агрегатов, необходимо воспользоваться  методикой модульного принципа построения станков. Окончательное обоснование  создания станка оценивается но расчетам экономической эффективности использования в условиях производства заказчика.

Технические требования, предъявляемые  к станкам

МС должны обеспечивать удобство эксплуатации, обслуживания и ремонта. Поскольку МС могут использоваться в различных условиях производства и системах машин, то они должны иметь  возможность встройки в них различных  вспомогательных механизмов, например, для автоматической уборки стружки, загрузки и выгрузки заготовок и  др.

Требования к механическим агрегатам:

• разделение станка на узлы и агрегаты должно производится с учётом принципа их независимости при разработке, изготовлении и сборке;
• максимально возможная унификация и единство конструктивных решений по элементам станка;
• возможность простой и точной сопря-гаемости со смежными агрегатами;
• возможность механизации сборки агрегатов в системе принятого комплекта;
• механические узлы и агрегаты должны содержать в себе индивидуальные элементы управления, смазочные системы или часть смазочной системы, обеспечивающей работу сборочной единицы при присоединении ее к общей смазочной системе станка, либо к системе управления и контроля.

Требования к инструментальной и технологической оснастке:

• комплект вспомогательного и режущего (стандартного и специального) инструмента должен обеспечивать выполнение всех технологических операций выполняемых станками;
• технические требования к вспомогательным инструментам в сборе с режущим определяются классом точности станков;
• инструментам, устанавливаемым на станках с их автоматической сменой, предъявляются требования надёжного закрепления в переходных втулках и в шпинделе станка;
• набор элементов технологической оснастки и технические требования к ней, как правило, определяется номенклатурой заготовок, а также характером производства заказчика.

Требования к системе  гидрооборудования:

• гидрооборудование станков должно выполняться на базе изготовляемых централизовано гидростанций с воздушным охлаждением с использованием ререгулируемых или нерегулируемых насосов;
• удобство эксплуатации, монтажа и демонтажа отдельных элементов;
• использование в качестве контрольно-регулирующей и распределительной аппаратуры аппаратов прогрессивными способами монтажа, позволяющие обеспечить надежность работы гидроприводов;
• трубопроводы, гибкие рукава, соединительная арматура должны обеспечить полную герметичность, не допускать нарушения герметичности в процессе эксплуатации станков.

Требования к системе  смазки:

• система должна быть централизованной и автоматической;
• система управления смазкой станка и контроля при необходимости входит в состав смазочной системы;
• тип системы определяется конструкцией смазываемых узлов и агрегатов, их режимами работы и выбирается из серийно выпускаемых;
• системы оснащают фильтрующими элементами и, при необходимости, устройствами для стабилизации температуры;
• периодическая смазка должна производиться в соответствии с циклом работы станка;
• сигнализация о нарушении работы должна обеспечиваться необходимой информацией в виде визуального (звукового) сигнала или срабатыванием соответствующих блокировок станка.

Требования к системе  электрооборудования:

• привода главного движения и подач должны использоваться в станках с учётом их технических характеристик, обеспечивающих необходимые мощности и диапазоны регулирования и серийно выпускаемых;
• электроавтоматика станков должна строиться на основе интегральных микросхем, обеспечивающих схему бесконтактного управления.

Требования к системам ЧПУ:

• ввиду сложности и многообразия технологических операций выполняемых на станках для их комплектации могут применяться системы ЧПУ обеспечивающие оперативное и универсальное управление;
• с целью сокращения затрат на создание различных по назначению устройств ЧПУ. в качестве основных принципов их конструирования должны использоваться вариантные сопряжения связи ЧПУ с внешними устройствами на базе типовых и специальных блоков и разделение математического обеспечения устройства на внутренние, организующие общее функционирование устройства ЧПУ, и внешнее, обеспечивающее решение задач управления.

Требования к системам автоматической смены инструмента (АСИ) и заготовок (АСЗ)

В состав АСИ входят следующие  основные узлы: магазин инструмента, механическая рука, приводная часть.

Магазин инструментов предназначен для хранения инструмента и поиска его для подачи на станок. Состав подузлов и деталей магазина, а также варианты компоновок зависят от конструкции конкретного станке. Механическая рука предназначена для передачи инструмента из магазина инструментов в шпиндель станка и включает в себя собственно руку, траверсу, датчики поиска инструмента и гнёзда, фиксирующие устройства. Приводная часть предназначена для сообщения необходимых движений механизмам магазина инструментов и механической руки при их совместной работе в соответствии с заданным циклом.

К системе АСЗ относятся  одно и многоместные загрузочно-разгрузочные устройства, приводные элементы, сменные  столы-спутники.

Основные требования к  агрегатам этой системы такие  же как и к АСИ. Система АСЗ должна обеспечивать работу станка как в автономном режиме, так и в составе автоматического участка. Фиксация спутника с заготовкой на столе станка должна выполняться с точностью, обеспечивающей требуемую точность обработки изделия. На верхнем зеркале столов-спутников должны быть выполнены в прямоугольной системе координат фиксирующие и резьбовые отверстия для закрепления зажимных приспособлений. Приводная станция, приводы и блоки управления должны обеспечивать возможность наращивания объёма функций автоматизации.

Требования к системе  диагностики станков.

Система диагностики станка предназначена для сокращения времени  ремонтных простоев и повышения  точности и производительности обработки  заготовок на станке. Эта система выполняет сопоставление параметров, характеризующих состояние систем и агрегатов станка с заданными для осуществления быстрого поиска неисправностей и принятия решения о возможности продолжения работы. Базовый вариант системы включает в себя контрольные точки и датчики, сигналы которых используются для оценки состояния сиетем и механизмов станка, устройства для усиления, фильтрации и первичной обработки диагностических сигналов, каналы связей, устройства для вычисления и сравнения сигналов, устройства для выдачи диагноза, включающего указание места, вида и способа устранения неисправностей. Система диагностики может включать также датчики комплексного вибрационного или акустического контроля состояния станка и контроля важнейших кинематических пар в подшипниках шпинделя, элементах передачи винт - гайка качения и др.

Система диагностирования должна обеспечивать, укрупнённую оценку работоспособности  и выявление отказа важнейших  систем и механизмов станка: устройств  ЧПУ, систем гидрооборудований, смазки, электрооборудования, приводов главного движения и подачи, устройств АСИ и АСЗ. Более глубокое диагностирование должно обеспечивать выявление причин снижения точности обработки заготовок, поломки режущего инструмента или оценки его стойкостной характеристики, определение для каждой контрольной точки предельных величин сигналов в проверяемом режиме, помехозащищенность полезного сигнала и распознавание по нему кодового состояния. Результаты диагностирования систем и механизмов станка должны определяться специальными тестами или с помощью ЭВМ. Приведенные требования относятся к диагностированию станков с высоким уровнем автоматизации. Для станков с меньшим уровнем автоматизации состав системы диагнозирования соответственно сокращается.

Требования к технологичности  станков.

Общие требования к технологичности  металлорежущих станков сводятся: к  сокращению количества оригинальных деталей  в составе механических узлов  и агрегатов и номенклатуры стандартных  размеров под крепежные и другие детали, к созданию конструкции основных деталей, в максимальной степени  отвечающих требованиям их обработки  на станках с ЧПУ, к разработке конструкции узлов и агрегатов, обеспечивающих возможность их сборки с минимумом пригоночных и  отладочных работ, к обеспечению выходных норм точности станков за счёт рационального подбора допусков на отдельные детали и узлы, к обеспечению использования типовых технологических методов обработки заготовок.

Требования к технике  безопасности.

Станки должны обеспечивать полную безопасность в работе для  обслуживающего персонала. При разработке станка обеспечиваются следующие требования: движущиеся части станков и транспортных устройств с опасной стороны  должны быть ограждены и окрашены в желто-красный цвет; должна быть обеспечена защита оператора от стружки, СОЖ, воздушных потоков, создаваемых  электродвигателями;

должны быть предусмотрены  механические и электрические блокировки, обеспечивающие надёжность работы всех механизмов и исключающие непроизвольное включение или переключение; манипуляторы для смены инструмента и заготовок  должны иметь надежно действующие  замковые устройства гарантирующие  невозможность выпадания инструмента или заготовки во время их автоматической смены; уровень вибрации и звуковой мощности, а также общие требования безопасности, должны быть в пределах норм государственных стандартов, действующих на момент создания МС.