Металоріжучий верстат

Металоріжучий верстат , машина для обробки різанням металевих і ін. матеріалів, напівфабрикатів або заготовок з метою здобуття з них виробів шляхом зняття стружки металоріжучим інструментом .

  М. с. є основним виглядом устаткування в машинобудуванні, приладобудуванні і ін. галузях промисловості. Вдосконалення М. с. зумовлює науково-технічний прогрес, розвиток технології і організації машинобудівного виробництва.

  Історична довідка. Обробка матеріалів різанням відома з давніх часів: деталь обертали уручну, обробка велася кременевим різцем. У 12 ст з'явилися токарні і свердлувальні верстати з ручним приводом, а в 14 ст — з приводом від водяних млинів. Механічні верстати для токарних робіт виготовлялися головним чином в Італії, Франції, звідки були завезені до Росії. Медальернимі верстатами славилися петербурзькі майстри. У 1711 до Росії з флоренції привезли верстат, зроблений майстром Зінгером, запрошеним на службу Петром I. У придворній токарне були виготовлені верстати, в розробці конструкцій і створенні яких брав участь А. До. Нартов . Позднєє Нартов побудував інші верстати (граверні, такі, що копіюють, гільйотини), йому ж належить створення першого в світі токарно-гвинторізного верстата з механічним супортом і змінними зубчастими колесами (1738). Основні промислові типи М. с. розроблялися пізніше (Р. Модслі і ін.) у Великобританії, що першій вступила на дорогу капіталістичного розвитку. Надалі конструкція їх удосконалювалася в Німеччині, Франції Швейцарії (точне верстатобудування), пізніше (у 2-ій половині 19 ст) в США (зокрема, автоматичні верстати для масового виробництва). У Росії в 1712—14 на Тульському збройовому заводі майстер Я. Батіщев створив прототип сучасних агрегатних верстатів для одночасного свердління 24 рушничних стволів, в 1714 В. І. Геннін побудував на заводах Олонецких багатопозиційний верстат. Значний внесок у розвиток конструкції М. с. вніс М. Ст Ломоносов, який в середині 18 ст побудував і застосував в своїх майстернях оригінальні шліфувальні і ін. верстати. Вклад в створення нових конструкцій верстатів внесли також русявий.(російський) інженери і винахідники І. Осипов, М. Сидоров, І. Повзунів, І. Кулібін, П. Захаво (перші автомати для нарізування різьблення, 1810), Ст Ігнатов, Р. Горохів. Але не дивлячись на окремі видатні винаходи, верстатобудування в царській Росії розвивалося повільно. Лише після Великої Жовтневої соціалістичної революції в процесі індустріалізації машинобудівні підприємства стали отримувати нові верстати. У 1932 завод «Червоний пролетар» випустив перший сучасний токарно-гвинторізний верстат. У 1933 заснований Експериментальний науково-дослідний інститут металоріжучих верстатів (ЕНІМС), де було почато проектування нових типів верстатів, виготовлення гамм верстатів токарних, револьверних, свердлувальних, фрезерних і ін. До 1970 в СРСР освоєно 1817 тіпоразмеров М. с. Річний випуск склав 230 тис. верстатів.

  Велика заслуга в розвитку верстатобудування в СРСР належить радянським вченим Ст І. Дікушину, Н. С. Ачеркану, Д. Н. Решетову, А. П. Владзієвському, Би. С. Балакшину, Р. М. Головіну, Р. А. Шаумяну, Ст С. Васильеву, А. С. Проннкову, Ст А. Кудінову, А. С. Бріткину, Би. Л. Богуславському, конструкторам Н. А. Волчеку, Ст Н. Кедрінському, І. А. Ростовцеву, Ю. Б. Ерпшеру і ін.

  Вдосконалення виробництва М. с. йде в декількох напрямах. Намічається збільшення випуску агрегатних автоматичних і напівавтоматичних М. с. і автоматичних ліній. технологічних процесів, що забезпечують автоматизацію, у великосерійному і масовому виробництві (у СРСР випуск таких М. с. за період 1966—70 збільшився на 22,6% при загальному зростанні випуску М. с. за цей період на 12%). У 1973 випущено 211 тис. М. с. Перспективне освоєння прецизійних верстатів, що обумовлюють високу точність і якість обробки деталей. Передбачається подальше розширення виробництва М. с. з числовим програмним управлінням (ЧПУ) для забезпечення автоматизації механічної обробки виробів в індивідуальному і серійному виробництві. У 1968—70 в серійному виробництві освоєно 23 тіпоразмера таких верстатів, в 1970 — 15 типів дослідних зразків; їх випуск в 1973 склав 3800 шт. Впровадження М. с. з використанням адаптивних систем управління (див. Система, що пристосовується ) відкриває нові дороги підвищення точності обробки і продуктивності. Для задоволення всіляких потреб народного господарства намічається збільшення числа типів важких унікальних верстатів. До 1970 створено близько 500 типів важких унікальних М. с.

  Класифікація М. з . По спеціалізації розрізняють М. с. універсальні для виконання всіляких операцій на виробах широкої номенклатури; широкого призначення для виконання обмеженого числа операцій на виробах широкої номенклатури; спеціалізовані для обробки однотипних виробів різних розмірів; спеціальні для обробки виробів одного тіпоразмера; агрегатні — спеціальні, такі, що складаються з нормалізованих деталей, вузлів, силових голівок.

  М. с. можуть бути з ручним управлінням (завантаження і установка заготовок, пуск, перемикання режиму обробки, неодружені рухи, зняття виробу — уручну), а також мати різну міру автоматизації: напівавтомати (установка заготовок, пуск, зняття виробу — уручну, останні рухи циклу обробки — автоматично), автомати (всі робітники і неодружені рухи виробляються автоматично, чоловік здійснює контроль за циклом роботи); можуть складати автоматичні лінії (група автоматів, об'єднана системою транспортування заготовок від одного до іншого); мати числове програмне управління (всі робітники і неодружені рухи забезпечуються заздалегідь закодованою програмою, введеною в М. с. і що посилає перетворені імпульси на виконавчі механізми, що управляють).

Класифікація металоріжучих верстатів

  По точності розрізняють 5 класів М. с.: Н — нормальній точності (наприклад, більшість універсальних М. с.), П — підвищеній точності (на базі Н), В — високій точності, А — особливо високій точності (прецизійні), З — особливо точні, або майстер-верстати.

  По масі М. с. бувають легені (до 1 т ), середні (до 10 т ) , важкі (понад 10 т ) , унікальні (понад 100 т ) .

  Залежно від характеру виконуваних робіт і вживаного ріжучого інструменту в СРСР прийнята єдина система класифікації і умовного позначення М. с. (таблиця.), розроблена в ЕНІМС. Всі М. с. діляться на групи, які, у свою чергу, розбиваються на типів. По цій класифікації кожному М. с. серійного виробництва привласнюється шифр (індекс), який утворюється, як правило, числом з 3 або 4 цифр; перша цифра вказує групу, друга — тип, третя і четверта характеризує найважливіші розміри М. с. або оброблюваного на нім виробу. Наприклад, шифр 2150 позначає вертикально-свердлувальний верстат з максимальним діаметром свердління 50 мм. Після модернізації М. с. в його шифр за першою цифрою додається яка-небудь буква. Наприклад, шифр 1К62 позначає модернізований токарно-гвинторізний верстат з висотою центрів 200 мм. Модифікація (видозміна) базової моделі позначається введенням якої-небудь букви в кінці шифру. Наприклад, 6Н12К позначає модифікацію модернізованого консольного вертикально-фрезерного верстата. Опис типів верстатів див.(дивися) в статтях: Зубообрабативающий верстат, Карусельний верстат, Токарний верстат, Свердлувальний верстат, Фрезерний верстат, Шліфувальний верстат .

  Кінематика М. з . При обробці на М. с. контури, форма деталей (виробляючі лінії) утворюється в результаті погоджених між собою обертальних і прямолінійних рухів заготівки і ріжучої кромки металоріжучого інструменту. Ці рухи, звані робітниками, можуть бути простими і складними. У М. с. використовуються 4 методи здобуття виробляючих ліній: копіювання, обгинання (обкатка), методи сліду і торкання. При копіюванні форма ріжучої кромки інструменту збігається з формою тієї, що виробляє лінії ( мал. 1 , а, би); при обгинанні виробляюча лінія виникає у формі огинає ряду послідовних положень ріжучої кромки інструменту, рухомого відносно заготівки ( мал. 1 , би); при методі сліду виробляюча лінія утворюється як слід руху точки ріжучої кромки інструменту ( мал. 1 , г, д) , при методі торкання виробляюча лінія є дотичною до ряду геометричних допоміжних ліній утворених реальною точкою (вершиною) рухомої ріжучої кромки інструменту ( мал. 1 , е).

  Робочі рухи в М. с. — головний рух і рух подачі. Головний рух, що відбувається у напрямі вектора швидкості різання, забезпечує відділення стружки від заготівки, а рух подачі — послідовне впровадження інструменту в заготівку, «захват» нових, ще не оброблених ділянок. Головний рух залежно від типа М. с. може здійснюватися як заготівкою (токарні, продольно-строгальниє і ін. верстати), так і інструментом (свердлувальні, поперечно-стругальні, довбальні, протяжні, фрезерні, шліфувальні і ін. верстати); цей рух може бути обертальним (токарні, свердлувальні, фрезерні, шліфувальні і ін. М. с.) або поступальним (строгальниє, довбальні, протяжні і ін. М. с.). Окрім робочих рухів, на М. с. здійснюються також настановні і ділильні рухи, які не використовуються в процесі обробки різанням, проте необхідні для здійснення повного технологічного циклу. Всі рухи в М. с. забезпечують відповідні механізми, в які входять різні передачі: ремінні, зубчасті, черв'ячні, рейкові, гвинтові, кулачкові, фрикційні і ін. Ці передачі зчленовуються між собою в певній послідовності і утворюють кінематичні ланцюги, сукупність яких складає кінематичну схему М. с. При цьому користуються умовними позначеннями елементів і механізмів М. с. по ГОСТ(державний загальносоюзний стандарт) 3462—61. На кінематичних схемах вказуються діаметри шківів ( D ₁ , D ₂ і т.д.), числа зубів зубчастих і черв'ячних коліс ( z ₁ , z ₂ і т.д.), кроки гвинтів, заходності черв'яків і гвинтів, модулі ( т ) деяких зубчастих коліс (що зазвичай знаходяться в зачепленні з рейками) передавальні стосунки плечей важелів, характеристики ланок налаштування і ін.

  Для верстатів з обертальним головним робочим рухом швидкість різання визначається по формулі:

де D — максимальний діаметр обробки (або максимальний діаметр інструменту) в мм; n — число зворотів шпинделя в хвилину. Для конкретного М. с. діаметр заготівки (інструменту) може бути різним, може вироблятися також обробка заготовок з різних матеріалів і ріжучими інструментами з ріжучою частиною з різних інструментальних матеріалів (що приводить до вибору відповідних швидкостей різання, що допускаються). Привід головного руху повинен забезпечувати тому регулювання числа зворотів шпинделя. Існує безступінчате і ступінчасте регулювання. У першому випадку в певному інтервалі можна за рахунок фрикційного, гідравлічного або електричного приводу набути будь-якого значення n . У другому випадку є певний кінцевий ряд різних n . Це забезпечується за рахунок використання коробка швидкостей із зубчастими колесами, що перемикаються. Для такого ряду русявий.(російський) ученим А. В. Гадоліним в 1876 розроблена і обгрунтована теорія побудови рядів чисел зворотів за законом геометричної прогресії. При такій закономірності втрати у встановлюваних швидкостях різання будуть мінімальними, а експлуатаційні властивості верстата найкращими. По цьому закону всі числа зворотів шпинделя верстата в хвилину від початкового (мінім.) n ₁ = n _мін до кінцевого (макс.) n _z = n _макс утворюють геометричний ряд, в якому знаменник геометричної прогресії j визначається по формулі:

де D діапазон регулювання числа зворотів шпинделя в 1 мін, z — кількість рівнів регулювання. У верстатобудуванні СРСР значення j і відповідні ним перепади швидкостей А стандартизовані: