Металлорежущие станки_2

Процесс проектирования производственного оборудования.
Стадии разработки технической документации на проектирование станков и его
узлов.
Проектирование станочного оборудования производится согласно ГОСТа 15.001-88
ГОСТ устанавливает следующие стадии разработки технической документации:
1. Заявка (чертёж деталей, для которых будет проектироваться станок или станочная
система, чертёж заготовки, производительность станка, точность станка, место,
занимаемое в цехе, сроки поставки и т.д.).
2. Техническое задание включает требования, которые предъявляются к
проектируемому станку (точность, надёжность, требования по
производительности, металлоёмкости, по использованию сырья, эргономические
требования ).Существует ГОСТ ,где есть все требования.
3. Техническое предложение: расчёт технологического процесса обработки детали,
расчёт кинематики будущего станка, разрабатываются чертежи вариантов
компоновки, принципиальные схемы управления (электр., пневм., гидр.).
4. Эскизный проект: общий вид станка и основных узлов, один вариант компоновки,
схема управления уточняется, выбираются привода, уточняется тех. процесс.
5. Технический проект: разрабатываются общие виды всех узлов станка (разрезы
узла) с простановкой посадочных размеров, присоединительных размеров,
габаритных размеров, наносятся технические требования и т.д., разрабатываются
чертежи рабочие литых деталей, составляются спецификации покупных изделий,
уточняются схемы управления, составляется пояснительная записка с расчетами на
прочность, точность, жесткость, динамические расчеты, оптимизационные
расчеты, расчеты экономической эффективности и т.д.
6. Рабочая документация: разработка рабочих чертежей детали всех узлов станка,
составляются спецификации (болты, шайбы, прокладки, и т.д.), составляется
паспорт станка, ЗИП станка (запасные части, инструменты), патентный паспорт,
контроль всех чертежей, размножение чертежей. Станок должен быть
патентночистым и патентоспособным.
Техническая подготовка производства.
 Этапы конструкторской подготовки производства (6 пунктов).
 Этапы технологической подготовки производства (технология изготовления
детали, последовательность изготовления, технология сборки и т. д.).
 Этап изготовления опытного образца (заготовка, из заготовки деталь, узлы и
т.д.). Изготавливается, отлаживается, испытывается. По результатам
изготовления и испытания корректируется конструкторская и технологическая
документация.
 Этап изготовления опытной партии, испытания опытной партии, корректируется
конструкторская и технологическая документация.
 Этап серийного производства.
Гидропривод станочного оборудования.
Расчет гидропривода поступательного движения.
Исходные данные:
F=Fтяги + Fтр – сила развиваемая поршнем
Fтр = N * f, где N – сила нормального давления
Складываются все силы трения (поршня, стола, заготовки и т.д.).
V1 и V2 – задаются по нормативам режимов резания.
n – число двойных ходов.
L – длина хода стола.
Проектные параметры, определяемые в процессе расчета.
d1, d2, D, Q (расход масла), P (давление в системе), N – мощность привода насоса для
закачивания масла в систему.
Расчет.
1. Определяем D, d1
d1 
D
2
 D2  d12
S1   
S1 
4
p  10  25
D
Н  мм
8  S1
8 F

p
2. Определяем Q
Q  V1  S1
2
F
P( давление)
3. Определяем мощность насоса N
N
P  Q
кВт
61.2  
P разница давлений
4. Определяем d2
Q  V2  S2
S2 
Q
(íàøëè â ï.2)
( дано )
v2
 D2  d22
S2   
4Q
2
d2  D 
4
 V2 4Q
2
d2  D 
5. Определяем n
Q  n  LS1  S1
n
 V2
Q
LS1  S2
6. d0 – диаметр отверстия трубопровода, через которое подается масло
d0
4.6
Q
V
м
Расчет механизма зажима заготовки.
M рез 
Pz  d рех
2
M кр  птрона
Fзажима  f ( коэф  т  трения)  d заг
2
M рез  M кр  птрона
Fзаж 
K  Pz  d рез
f  d заг
F3 – сила зажима.
К – коэффициент запаса. К = 2…3
Находим общую силу.
F = Fтяги + Fтр
Fтр = f ∙ N
По силе F находим S1, S2, d1, D, Q, V(см. выше)
Компоновка оборудования.
Выбор компоновки станочного оборудования.
Компоновка станка должна обеспечивать заданный набор исполнительных движений,
необходимых для формообразования в процессе обработке на станке, поэтому исходным
условием разработки компоновки является наличие кинематической схемы станка.
Тип компоновки, как правило, оговаривается в техническом задании, тем не менее, при
проектировании необходимо рассмотреть все возможные варианты компоновки и выбрать
наилучшую (оптимальную).
Все возможные варианты компоновок станка сводятся в матрицу. В большинстве станков
F3  l1  Fтяги  l2
Fтяги 
F3  l1
l2
имеется три подвижных блока в соответствии с движением в направление трех координат
они XYZ. X, Y, Z – обозначение подвижных блоков.
Подвижные блоки базируются на неподвижном, который обозначается буквой О.
Различные компоновки станков могут получаться в виде сочетания указанных и других
букв. Это сочетание называется структурной формулой компоновки. Соседство букв
означает наличие подвижных блоков.
Предложено считать, что ось X всегда горизонтальна, а ось Z направлена вдоль оси
шпинделя.
Буква, отображающая блок несущий режущий инструмент располагается всегда крайней
справа; а буква, отображающая блок, несущий заготовку располагается всегда крайней
слева.
Из четырех букв 4!компоновок. 4! = 24.
ZYXO
ZXYO
XZYO
YZXO
ZYOX
ZXOY
XZOY
YZOX
ZOYX
ZOXY
XOZY
YOZX
OZXY
OZXY
OXZY
OYZX
XYZO
YXZO
Пример:
1) OZ
XYOZ
YXOZ
XOYZ
YOXZ
OXYZ
OYXZ
2) XYZO
3) XYOZ
Из полученных компоновок нереализуемые сразу отбрасываются, а рассматриваются
только реальные. Далее по критериям:
1) Возможность изготовить данную компоновку с заданными требованиями по
точности (технологический критерий);
2) Жесткость или податливость компоновки (лучше та, у которой жесткость больше);
3) Амплитуда и частота собственных колебаний;
4) Температурные деформации;
5) Металлоемкость и себестоимость изготовления.
Шпиндельные узлы станочного оборудования.
Точность обработки и производительность существенным образом зависят от количества
шпиндельных узлов.
Алгоритм проектирования шпиндельного узла.
1. Выбираются проектные параметры и исходные данные.
Проектными параметрами называются независимые и зависимые переменные
параметры, которые полностью и однозначно определяют конструкцию шпиндельного
узла.
К независимым проектным параметрам относятся:
1) Компоновочные параметры (тип опор: качения, скольжения, и т. д.; число опор;
компоновка опор (сколько подшипников и где поставить); тип системы
смазки(густая, жидкая, капельная и т.д.)).
2) Геометрические параметры (диаметр шпинделя в передней опоре d, длина
переднего конца шпинделя а, длина меж опорной части шпинделя l, расстояние от
передней опоры до приводного зубчатого колеса или шкива b);
3) Внутренние параметры опор (радиальный внутренний зазор – натяг опор e (+e –
зазор, -e - натяг); предварительный натяг опор A0; зазор-натяг посадок опор H;
точность опор и сопряженных деталей; параметры опор скольжения)
К зависимым проектным параметрам относятся: диаметр на шпинделя на переднем
конце dk, диаметр шпинделя между опорами dM, диаметр шпинделя в задней опоре в
заднем конце dз
2. назначаются численные значения проектных критериев (точность вращения и
обработки, жесткость избыточная температура нагрева опор, долговечность и
себестоимость)
Точность вращения характеризуется радиальным и осевым биением переднего конца
шпинделя, для станков обычного назначения допустимая величина биения назначается
в зависимости от класса точности станка по ГОСТам: ГОСТ 18101-88 “Станки
токарные, токарно-винторезные. Нормы точности и жесткости”, ГОСТ 18101-85
“Станки фрезерные. Нормы точности и жесткости”.
Для токарных станков радиальное биение Н = 10мкм; П = 7мкм; В = 5мкм; А = 3мкм;
С = 1.8мкм.
Жесткость является важнейшим критерием. Оценивают радиальную и осевую
жесткость. Различают статическую и динамическую жесткость. Статическая
жесткость:
Динамическая жесткость оценивается по личине, обратной радиус-вектору, снятому с
АФЧХ при определенной частоте ω.
F3  l1
Для
узлов современных станков таких как токарные, фрезерные,
Fтяги шпиндельных

l2
фрезерно-расточные
отношение мощности к жесткости лежит в следующих пределах.
N
C
 0.025 0.035
КВт  мкм
Н
Виброустойчивость характеризуется способностью станка сопротивляться
колебаниям. Оценивается по амплитуде волнистости на обрабатываемой поверхности,
амплитуде колебаний корпуса шпиндельной бабки, по максимальному количеству
металла, срезаемого с заготовки в единицу времени, по собственным частотам
колебаний.
Нагрев опор.
Класс точности станка
Н
П
В
А
С
Избыточная температура
нагрева опор,
50
30
20
15
8
подшипников, 0С
Долговечность от конструкции узла, от количества уплотнения опор, от количества
изготовления и сборки, от культуры эксплуатации.
Себестоимость – зависит от размеров, от точности детали и опор.
3. Выбирается тип опор.
Тип опор
Мощност Радиальное Шероховатос Отклонение
Скоростной
подшипников
ь Х.Х;
КВт
и осевое
биение ∆,
мкм
ть
обработанны
х
поверхностей
Ra, мкм
от круглости параметр
мм  оборот
обрабатывае
dn
мых
мин
поверхностей
∆r, мкм
0…1•106
1
Подшипники
Ш24/15
1
0,32
кочения
0,7КВт
Гидродинамические
0,1•106…1•106
3,5
0,5
0,16
0,5
подшипники
Гидростатические
0…1,5•106
4,5
0,05
0,08
0,2
подшипники
Подшипники с
0..3•106
1,9
0,05
0,04
0,5
воздушной смазкой
Подшипники
0…4•106
0,1…0,5
0,08
1,5…3
магнитные
4. Для шпиндельных узлов на опорах качения выбирается компоновочная схема из
следующей таблицы.
1)
Упорные
радиальные
игольчатые подшипники.
d ∙ n < (0,1…0,14) ∙ 106
2)
Двухрядный
конический,
роликовый подшипники.
d ∙ n ≤ (0,15…0,18) ∙ 106
3)
Двухрядные
конические,
однорядные роликовые.
d ∙ n ≤ (0,16…0,25) ∙ 106
4)
Двухрядный роликовый и
упорно
радиальный
шариковый подшипники.
d ∙ n ≤ (0,25…0,35) ∙ 106
5)
Шарикоподшипники
d ∙ n ≤ (0,3…0,45) ∙ 106
6)
d ∙ n ≤ (0,4…0,5) ∙ 106
7)
d ∙ n ≤ (0,5…0,6) ∙ 106
8)
d ∙ n ≤ (0,6…0,8) ∙ 106
d ∙ n ≤ (0,7…1) ∙ 106
9)



В обдирочных токарных, фрезерных станках применяется схемы 1 и 2.
В токарных, фрезерных, расточных станках – схемы 3, 4, 5.
В высокоскоростных токарных, шлифовальных, расточных рекомендуется схемы 5,
6, 7.
 Во внутри шлифовальных скоростных головках рекомендуются схемы 7, 8, 9.
Когда жидкая смазка - то вторая цифра, а при густой пластичной смазке - первая
цифра.
5. Определяется длина переднего конца шпинделя а (снять с чертежа линейкой).
а ≈ d (нужно стремиться к меньшему) l ≈ (3…5)d предварительно
dk = (1 -1,7) d
dM = (1 – 0,9) d
dз = (1 – 0,8) d
6.
а) Расчет радиальной и осевой жесткости опор
б) Расчет оптимального межопорного расстояния Lопт.
в) Расчет радиальной жесткости шпиндельного узла с оптимальным l.
г) Расчет месторасположения приводного элемента.
Прочерчивается шпиндельный узел с элементом привода и корпусом шпиндельной
бабки.
7. Рассчитывается жесткость шпиндельного узла со скорректированными параметрами.
8. Рассчитываются динамические характеристики.
Рассчитываются точность опор, посадки, уплотнения, система смазки, тепловыделения
и т.д.
9. Оформляется технический проект.
Опоры шпиндельных узлов.
Опоры качения.
Точность опор качения ГОСТ 520-88.
Классы
0
6
5
4
точности
ISO
0
6
5
4
Фирма
Р4
SKF(Швеция)
0
Р6
Р5
SP
FAG
(Германия)
США
Timken
2
Т
2
Р2
UP
0
Р6
Р5
Р4
Р2
АВЕС-1
К
4
АВЕС-3
N
2
АВЕС-5
С
3
АВЕС-7
В
0
АВЕС-9
А
00
Расчет допустимого биения опор шпинделя.
Биение подшипника ∆ п = ∆nэ + б
∆nэ - биение подшипника за счет эксцентриситета.
б – блуждающие биения (за счет тел и дорожек качения, их погрешностей).
Применяются
в станках
Для шариков
Для роликов
Метр.
Дюйм.
КВт
 мкм шпинделя за счет эксцентриситета опор.
∆ш.э.
- биение
 0.025  0.035
Из подобия
C
Н большого и малого треугольника записываем
N
 2э   ш..э
 2э   1э

 ш..э  1э  
al
l
a  l
a
   2э  l
 l 
Это когда в опоре 1 подшипник.
Если в опоре два или более подшипника, то формула примет вид:
 ш..э 1.5 
  1э  a  l   2э  a  

  


l
m


m
 l 
1
2

m1, m2 – количество подшипников в передней и задней опорах.
Проанализируем:
Т. к. а в числителе, то его при конструировании следует уменьшать, тогда l надо
увеличивать, с точки зрения точности; передняя опора должна быть более точной, а в
задней менее точные подшипники, т.к. ∆Э1 умножается на коэффициент больше 1, а ∆Э2 на
коэффициент меньше 1.
 ш..э 
д
2
∆д – допуск на биение, который берется из ГОСТа.
Предложили, что
 1э 
 1э 
al
  2э 
l
д
4  
a  l

 l 
 2э 
д
4
a
l
a
l

 ш..э
2

д
4
по справочнику “Подшипники качения” Перель,
Ципкин, Бейзельман выбираем класс точности
подшипника для передней и задней опоры.
Способ уменьшения биения переднего конца шпинделя.
a  l
 ш.э  1э  
a
   2э 
l
 l 
  1э  a 

 m1  l
 ш..э 1.5  
l

2э


m2
 
a 

 l 
Для уменьшения биения переднего конца шпинделя при сборке точки максимальных
биений вращающихся колец подшипников передней и задней опоры шпинделя
направляют в одной плоскости в одну сторону.
Жесткость опор качения.
Радиальная жесткость опор качения определяется по зависимости:
,где
Fr – радиальная сила, действующая на опору.
Fr
Cr
1
11
 r 
r
Δ/r – упругое смещение или
податливость в подшипнике (между
телами качения и дорожками качения)
Для каждого типа подшипников
определяется по своим формулам.
Δ//r - упругое смещение на посадочных
поверхностях,
Fr
Cr
1
11
 r 
r
1
11

r
4  Fr  K 2
 d B
  1 



D
d
d, D – внутренний и наружный диаметр в подшипнике, мм.
В – ширина подшипника.
1
K 2
К12
0.0005 
мм
2
Н
податливость подшипника.
Долговечность опор.
Для тяжело нагруженных сравнительно тихоходных шпинделей при хорошей смазке, при
хорошей защите от СОЖ долговечность можно определить по формуле
6
Lh
c
  
10  n  p 
10
p
n – частота вращения (эквивалентная)
с – динамическая грузоподъемность (справочная)
Р – эквивалентная нагрузка на подшипник
р – степенной показатель, р = 3 для шарикоподшипников, р = 10/3 для
роликоподшипников.
Для шпинделей высокоскоростных и работающих в абразивной среде долговечность
рассчитывается по износу, оп методике Эшмана. (см. Решетов Т.2)
Радиальный внутренний зазор-натяг опор.
Для радиально упорных шарикоподшипников и конических роликоподшипников
радиальный натяг создается путем смещения наружных колец подшипника относительно
внутренних колец подшипников.
12-236 108К
Легкий
натяг
класс
точности
подшипников
Л – легкий натяг 1.
С – средний натяг 2.
Т – тяжелый натяг 3.
К – угол контакта 15º (если без К, то 12º).
08 – размер подшипника.
Образная
схема
сборки
Номер
подшипника
Рисуем схему для двухрядных подшипников.
Посадка подшипников качения.
Внутренние (вращающиеся) кольца подшипников должны монтироваться с небольшим
натягом в несколько мкм, для исключения поворота кольца по посадочной поверхности.
Наружные (не вращающиеся) кольца подшипников монтируются с небольшим натягом в
несколько мкм в низкоскоростных узлах. При d•n<200000мм∙об/мин и с небольшим
зазором в высокоскоростных узлах при d•n>250000мм∙об/мин.
Смазка опор качения.
Смазка при регулировании опор качения выбирается так, чтобы температура нагрева опор
не превышала допустимых размеров значений.
I. Пластичная смазка
Для роликоподшипников КБС.
Для скоростных шарикоподшипников ЛКС-2.
Для высокоскоростных шлифовальных головок опор – ВНИИНП-505,”СТАРТ”.
Смазка закладывается на 30% свободного пространства подшипника.
II. Капельная смазка
Несколько капель в час достаточно для работы подшипника.
III. Жидкая циркуляционная смазка.
Несколько литров в минуту проходит смазки через подшипник, которая отводит
тепло.
IV. Смазка масляным туманом.
Смесь масла с воздухом проходит в подшипники и выходит через всякие
отверстия в цепь.
V. Смазка впрыскиванием.
Дозы масла впрыскиваются под большим давлением в подшипники.
Тип системы смазки
I
II
III
IV
V
Повышающий коэффициент для d•n
1
1…1,2 1,3…1,4 1,3…1,5 1,8…2,3
В II, III, IV используются индустриальные масла:12,20,30.
Материалы шпинделей (посм. самостоятельно)
Уплотнения опор шпиндельных узлов,
См. журнал “Станки и инструмент” №5, 1991г.
Опоры скольжения .
1. Гидростатические подшипники.
Трех клиновый подшипник вращающийся в одну сторону. Применяются в кругло
шлифовальных, плоскошлифовальных станках, где вращение происходит с одной
частотой.
Р + 0,05…0,15 МПа.
Есть подшипники ЛОН40, ЛОН88
.
2. Гидростатические
подшипники.
Может вращаться в любую сторону шпиндель за счет дросселей, и большого
давления.
Большая точность обработки на станках токарных:16Б20А, 16Б05А (А - класс
точности).
3. Подшипники с воздушной смазкой.
применяется в станках с высокой частотой вращения, т.к. воздух быстрее
охлаждается (для сверления малых отверстий) но у них большая жесткость.
Обеспечивают низкую шероховатость обработанной поверхности.
Расчет радиальной жесткости шпиндельного узла.
C
F( сила)
y ( перемещение)
y  y шп  y опор  y сдвига
( 1)
( 2)
I1, I2 – момент сопротивления сечения изгиба.
yшп – деформация шпинделя за счет изгиба.
yшп находим решая интеграл Мора по правилу Верещагина (перемножение эпюр)
y шп 
 a  l 1   


3E  I2
I1 
F a
2
( 3) , где
Е – модуль упругости Е = 2,2∙105 Н/мм2
I – момент инерции
4
d0  

1    
I
a 
d 
d
4
D0 – диаметр отверстия.
ε – коэффициент защемления.
Для схем №2,3,4 ε = 0,3…0,45.
Для схем №5,6 ε = 0,25…0,3.
Для схем №7,8 ε = 0,1…0,15.
Для схем №9 ε = 0,05…0.
Из подобия большого и маленького треугольников записываем.
y опор  y 2
y1  y2
y опор
y 1  k1  F r1
y 2  k2  F r2

y 1  
al
l
a  l
a
  y2   
 l 
l
( 6)
( 4)
( 5)
где к1, к2 – податливость передней и задней опор.
К1 = 1/с1; к2 = 1/с2 (величина обратная жесткости)
F  ( a  l)
F r1 
l
( 7)
F a
F r2 
l
Подставляем (7) → (6), а (6) → (5) и получим
  a   1   
y опор  F k1  
l
 
y сдвига 
y сдвига 
F a
G  Fr

F a
2
F a
G  Fr
  1  
2
a 

  r2   1      

l 
l
2
F  a   1  
( 8)
2

( 9)
G  FM  l
GG– Fмодуль
сдвига G = 0,4Е
Ml
Fк 
 d
2
- площадь сечения консольной части шпинделя.
4
FМ – площадь сечения межопорной части шпинделя.
Подставляем (9), (8) и (3) → (2) и получаем:
2
2
  a  1    l 2
a l 1   
a   F  a F  a   1  


y
 

  K2  1       
  F   K1  
3  E  I2
I1 
l
G  FM  l
 

 l   G  Fk
F a
2
( 10)
Проанализируем эту формулу:
Т.К. а3 влияет на yшп, то а нужно делать как можно меньше, исходя из жесткости.
Податливость передней опоры должна быть меньше, следовательно передняя опора
должна быть более жесткой.
C
1
2
2
 a l 1     K   a   1    l  K   1     a   a  a   1  
 

 1 
2
 
3  E  I2
I1 
l


 l  G  F k G  FM  l
a
2
2
Подставляем (10) → (1)
Расчет оптимальной длины межопорной части шпинделя.
Запишем уравнение податливости шпиндельного узла.
2
2
2
a l 1   
a   1    l
a
a
a   1  



K 
 

  K2  1      
  K1  
C 3  E  I2
I1 
l


 l  G  F k G  FM  l
1
a
2
Кшп + Коп + Ксд = К
Для определения точки периода берем производную
2

a   1 2   2l  a 1    

a   1  K  l  a 1     22 KK1  1    a   3a   1    0  2  K2   1
  2  K1 
2
 l
d l 3 3  EI1  
3
2
 
l
l 
GFM l

 
a   1  
d
2
d
K
dl
a   1  
d
K0
dl
3  EI1
3
3E  I1 l
Левую и правую части умножаем
3
a  1  
2
 6  E  I1  K1  3  E  I1   6  E  I  K   1    K  0

1 
2
 1

a
G  FM 

l  l
l3 – Al – B = 0
Решаем его аналитически по методу Кардана
lопт = U + V
3
B
U 
2
2

B

B
3
V
B
2
4

A

A
2
4
3
27
3
27
Подставляем А и В, считаем и находим lопт
lопт ≥ 2,5а
Альбом узлов металлорежущих станков для чертежей масштаб 1:1 или 1:2.Чертеж разрез
поперечный, продольный, общий вид шпинделя, рабочий чертеж валика (другой детали).
Расчет осевой жесткости шпиндельного узла.
Осевое смещение шпинделя под нагрузкой складывается из податливости подшипников,
воспринимающих осевую силу, и податливости стыков.
Ко = Коп + Кст
Кст – величина очень маленькая ею пренебрегаем.
Ко = Коп, тогда Со = Соп
Расчет динамических характеристик.
Рассчитывается частота собственных колебаний, которая сравнивается с частотами
возмущающих воздействий. Они не должны совпадать.
Рассчитываются амплитуды колебаний.
my
11
1 
 hy  cy  Q0  sin  t
1
1
m0 K
2
1  2 
– частота собственных колебаний
1

1
2 

2
m1  K11  m2K   m1  K11  m2K 2  4 m1 m2 K112
22
22
К11 – податливость в точке 1, когда сила приложена в точке 1.
n
воз 
воз 
сравнивается с ω, (30% не совпадает).
60
ni Z
60
1
A 
, где
2
m0 
h



2
 1  2   h  2
m K

 0
 m02
m0
K
ω – возмущающая частота.
Расчет первой собственной частоты колебания шпиндельного узла.
m0 – приведенная масса к переднему концу шпинделя, кг
Q1 – сила отвеса переднего конца шпинделя, Н
Q2 – сила отвеса шлифовального круга, Н
Qм – сила отвеса межопорной части шпинделя, Н
К22 – податливость шпиндельного узла точки 2 от силы, приложенной в точке 2
1 C 
1
1

m0 K22
2
Е = 2,2∙105 Н/мм2
0g = 9.810 мм/с2
m0  0.3 
Q1
g
Q2

g
 0.5
QM
g

KM
K22
Км – податливость шпиндельного узла в точке приложения Qм
3
KM 
l
48  E  I1

Cr1  Cr2
4  Cr1  Cr2
λ- логарифмический декремент затухания колебаний
- для роликоподшипников λ = 0,3..0,4
- для шарикоподшипников λ = 0,15…0,25
N = 8…10 кВт, d = 100…120 мм
N = 15…20 кВт, d = 130…150 мм
N = 5…6 кВт, d = 50…80 мм
A 
mZ1  Z1
2
Базовые детали и направляющие станочного оборудования.
К базовым деталям относятся станина, основание, корпусные детали, они составляют
несущую систему станка.
Выбор компоновки несущей системы станка производится по критериям:
1. технологический критерий – это возможность изготовить заданную компоновку с
заданными требованиями по точности и сохранении этой точности в процессе
эксплуатации станка.
2. жёсткость (податливость) оценивается во всех точках рабочего пространства.
Рабочим пространством называется область, образуемая максимальным
относительным перемещением режущего инструмента и заготовки в направлении
координат станка (для токарных - цилиндр, для фрезерных - параллелепипед).
Кі (подат) = ξ∙К0
ξ – коэффициент приведения.
К0 – податливость в 0 точке.
Податливость рассчитывается для каждой точки рабочего пространства от действия
составляющих сил резания. Fy, Fx, Fz. Рассчитывается среднее значение
податливости по каждой координатной оси.
Kcp x  y  z 
1
n
n


i
Kix  .y  z
1
Определяется среднее значение податливости компоновки.
Kcp 
Kcp 2  Kcp 2  Kcp 2
x
y
Z
Оценивается рассеивание значений податливости.
k 
K
n
1
cp
 Ki 2– среднеквадратическое отклонение
i
По этим двум величинам сравниваются компоновки. Те у которых σ, Кср меньше,
та компоновка лучше.
+3σ - 3σ - 99,7 %
+2σ - 2σ - 95 %
+3σ - σ - 67 %
3. амплитуда и частота колебаний.
4. температурные деформации рассчитываются между деталью и резцом.
5. металлоёмкость и себестоимость изготовления.
Станины и основания
На станинах и основаниях устанавливаются все основные узлы и детали станка. Поэтому
к ним предъявляются требования : неизменность формы станин в течение всего срока
эксплуатации станка; жесткость, точность, термосимметричность (чтобы части станка
разогревались равномерно), металлоемкость, себестоимость.
Форма станины как правило коробчатая с ребрами жесткости.
Материалы станин, оснований.
 Применяют широко серый чугун СЧ 15, СЧ 20, СЧ 30 (льётся при t0 = 1500 – 2000
0
С). Состоит из чешуй графита, которые гасят колебания.
 Иногда применяют сварные стальные станины. Их применяют, когда надо сделать
1 или 2 станины, потому что лить чугунные очень долго.
 Иногда применяют железобетонные станины тяжелых уникальных станках.
 В последнее время стали применять синтегран (синтетический гранит и
полимербетон).
Синтегран - это эпоксидная смола и крошка гранита перемешивается, заливается в
формы и получается станина.
Применяется также полиэфирная смола, акрелатная смола и др.
Преимущества: меньший вес, деформирование(способность гасить колебания в
пять раз выше, чем у чугуна) точность отливки It8…It9
 Природный или натуральный гранит. Деформирование большое, температурный
баланс очень высокий. Применяют для прецизионных станков.
Расчет станин.
Составляется расчетная схема, при этом упрощается форма станины, наносятся все
силы и моменты, действующие на станину. Рассчитывается жесткость (податливость)
сравниваются между собой варианты и выбираются лучший.
Направляющие станочного оборудования могут быть плоские V образные. В станках
применяются:
 Направляющие скольжения (смешанного трения, с гидроразгрузкой,
гидростатические, гидродинамические, направляющие газового трения)
 Направляющие качения (шариковые, роликовые, роликовые на неподвижных осях,
игольчатые).
 Комбинированные (одна скольжения, другая качения).
Требования к направляющим:
1. Точность перемещения. Характеризуется соответствием действительного
перемещения узла станка к заданному перемещению.
2. Жесткость.
3. Долговечность.
Направляющие скольжения смешанного трения.
Материалы направляющих :
 Чугун СЧ 20, СЧ 30 (тот же чугун, что и для станины) одна из направляющих
(длинная, неподвижная) закаливается до HRC = 45…55. другая направляющая –
парная (каретка, суппорт, стол) изготавливается из того же материала сырового,
незакалённого.
 Стальные планки, которые крепятся к станине
Марки: ШХ9 - 12 мм (толщина)
ШХ15 - 20 мм
9ХС - 40мм
ХВГ - 50 мм
Применяются так же стали 18Х…20Х, 18ХГТ закаливаются до HRCэ 60…62
 Применяют фторопласт наполненный Ф4К15М5 шириной 1,5 мм, толщиной 40 мм.
Изготавливают в виде чёрной ленты. Её приклеивают эпоксидными смолами. 2-я
парная направляющая изготавливается из стали марки 12ХН3А, 18ХГТ и
закаливают до HRCэ 60…62.
Преимущества: коэффициент трения скольжения f ~ коэффициенту трения покоя fT
f ~ fT = 0,04…0,06.
Для чугунных направляющих :
fT = 0,22
f = 0,1
2 – для станков с ЧПУ
 Применяют залив по направляющим специальными эпоксидными смолами
(антифрикционный эпоксидный компаунд ). Уменьшается погрешность пары
направляющих.
Расчёт1 направляющих2 скольжения смешанного трения
Находим
Kcp  K i
k 
n площадь (длину, ширину) направляющих.
Давлениеi в направляющих равно:


F
 ( P)
S
F - допустимое давление
S
( P)
P
S  l в
l – длина направляющей.
в – ширина направляющей.
в 
F
l  ( P)
Рmax – максимальное напряжение.
F – сила, действующая на направляющие (см. режим резания).
Если ограничиваемся средним напряжениями, то
F
в 
l  0.5  ( P)
Для чугунных направляющих при малых скоростях перемещения:
[P] = 2…3 МПа.
При больших:
[P] = 0,8 МПа.
Для направляющих тяжёлых станков при малых скоростях перемещения:
[P] = 1 МПа.
При больших:
[P] = 0,4 МПа.
Для направляющих шлифовальных станков:
[P] = 0,4 МПа.
Для фторопластовых направляющих:
[P] = 2 МПа.
Расчёт податливости (жёсткости) направляющих.
Податливость направляющих при нормально действующей нагрузке равна:
K0 
K
, где
S
К – коэффициент контактной податливости
K0 
K
S
мкм  мм
H
2
K  ( 15  20)
C
1
K0
( жесткость)
Направляющие с гидроразгрузкой.
Гидроразгрузкой называется такая система смазки направляющих, при которой часть
нагрузки воспринимается слоем масла, подаваемого на направляющую.
Применяется в продольно-строгальных, продольно-фрезерных станках.
Направляющие гидростатические
a) Незамкнутые направляющие
b) Замкнутые гидростатические направляющие появляется ещё одна деталь с
карманом.
Направляющие гидродинамические.
При большой скорости скольжения между поверхностями трения в масле возникают
гидродинамические масляные клинья, они образуют гидродинамическую подъемную силу,
под действием которой стол всплывает и перемещается по масляному слою. Применяется
в токарно-карусельных и других станках.
Направляющие газового трения.
Работают по принципу гидростатических направляющих, только за место масла подается
воздух. Серийные станки 16К20 (задняя бабка).
Направляющие качения.
Применяются в станках с ЧПУ. Не требуют особого наблюдения. Обеспечивают
равномерность движения при малых перемещениях, т.к. коэффициент трения f =
0.001…0.003 , высокую жесткость (они собираются с предварительным натягом).
По форме направляющие могут быть: треугольные, прямоугольные, круглые и т.д.
Для смазки направляющих применяют густое масло ЦИАТИМ 201.
При проектировании поводят расчеты:
1. Статическая прочность.
2. Расчет на жесткость.
3. Расчет на долговечность.
4. Расчет потерь на трение.
5. Расчет частоты и амплитуды колебаний.
Расчет на статическую прочность.
Нагрузка на одно тело качения устанавливается меньше допустимого.
P1 
F
  P1
Z
Z – число тел качения.
z
F
 P1
- минимальное количество тел качения.
Для роликовых:
q 
P1
b
где
b - длина ролика.
q – нагрузка на единицу длины ролика.
– Для стальных закаленных роликовых направляющих, P1  20 F p
,ãäå
P1  20 Fp  20  b  d
Fp – площадь проекции ролика на направляющие
– Для стальных закаленных шариковых направляющих.
2
P1  0 8 Fш  0 6d
Fш – площадь проекции шарика на направляющие.
Для комплектных опор предельно допустимая нагрузка Ро
10
3
P0  PB 
250 , где
S
РВ – базовая сила для танкетки Р88 – 10α РВ = 50КН
Расчет на жесткость.
a) Конструктивно выбирается число тел качения Z на направляющих.
b) Определяется минимальная нагрузка на направляющие. Fmin
c) Определяется минимальная нагрузка на одно тело качения.
P1 min 
F min
Z
P1 min
- для роликовых направляющих.
b
d) Определяется сила предварительного натяга.
Сила предварительного натяга выбирается такой, чтобы при колебаниях нагрузки
жесткость была максимальной и постоянной.
Зависимость коэффициента контактной податливости роликовых направляющих от
q – нагрузки.
q
Зависимость коэффициента контактной податливости для шарикоподшипников.
Для стальных закаленных направляющих необходимо создать нагрузку от
предварительного натяга и внешних сил, так чтобы коэффициент контактной
податливости Ср для роликовых был меньше 0,1…0,06 , а для шариковых Сш <
0,1…0,05
qmin ≥ 3d (для роликовых подшипников)
Р1 ≥ 0,2d2 (для шариковых подшипников)
Fпр.н – сила предварительного натяга
Fпр.нр = q ∙ в ∙ z
Fпр.н.ш = Р1 ∙ z
e) Определяется максимальная нагрузка на направляющие и сравнивается с
предельно допустимой (см. выше).
f) Определяется движении плоскостей направляющих.
- для роликовых δр = Ср ∙ q
- для шариковых δш = сш ∙ Р1
g) Определяется жесткость направляющих.
jp 
jм 
F
p
F
м
qbZ

Cp  q
qbZ

Cм  q


bZ
- для роликовых
Cp
bZ
- для шариковых
Cм
Расчет на долговечность.
Проводят по усталости
10
3
250
P0  PB 
S
S – путь пробега, км
Расчет потерь на трение
T  T0 
fk  F
r
, где
Т0 – постоянная составляющая силы трения Т0 ≈ 4…5Н.
fк – коэффициент трения качения.
r – радиус тела качения.
F – нагрузка на направляющие.
Расчет частоты и амплитуды колебаний.
Тяговые устройства станочного оборудования.
Назначение и основные типы тяговых устройств.
Должны обеспечивать вместе с приводом подач точность позиционирования.
Применяются следующие тяговые устройства:
– зубчатое колесо-рейка;
– червяк-рейка;
– винт-гайка;
– кулачковые механизмы;
– гидроцилиндр.
Передача ходовой винт-гайка скольжения.
Передача обеспечивает большой диапазон скоростей подач, большое передаточное
отношение. Передача самотормозящаяся.
Применяют наиболее широко стандартный трапециидальный профиль резьбы с углом α =
30º.
КПД передачи η = 0,2…0,4.
Отраслевой стандарт ОСТ 2Н33-2-74 устанавливает следующие классы точности
передачи: 0, 1, 2, 3, 4, 5.
0 – самый точный.
Материалы ходовых винтов и гаек скольжения.
Винты классов точности 0, 1, 2 изготавливают
– из стали ХВГ, ХГ с диаметром до 70мм;
– из стали 7ХГ2В d = 60…120 мм;
Рекомендуется применять стали 30Х3ВА; 40ХФА; 18ХГТ – делается закалка HRCэ 53…55.
ХГ – конструкционная сталь, 1% – углерода, хром (Х) – повышает износостойкость
(долговечность) – 1%, марганец Г – 1%, остальное железо;
А – сталь высококачественная; низкое содержание примесей (серы и т.д.) менее
0,3%.
Винты класса точности 3,4, 5 изготавливают из стали 45, сталь 50.
Гайки классов точности 0, 1, 2 изготавливают из оловянных бронз ОЦС6-3-3, ОЦС5-5-5,
ОФ10-0,5 или из цинкового сплава ЦАМ-10-5.
Гайки класса точности 3 ,4, 5 изготавливают из антифрикционных чугунов ПСЧ1, АСЧ2.
Расчет передачи.
В результате расчета надо найти параметр, средний диаметр винта d2.
D2 находится по расчетам:
– на износостойкость
– прочность
– жесткость
– устойчивость винта
1.
Расчет на износостойкость.
Удельное давление в резьбе винта и гайки.
Q
P
F
Q – осевая сила (тяговая);
F – площадь контакта винта и гайки;
P
Q
F

Q
L

Q S
  d2  h  L  Z
 ( P)
  d2  h 
h – высота
Q винта;Q p
Q S
 гайки;

 ( P)
LP –длина
F
L


d

h

L

Z
2
р – шаг резьбы
  dвинта;
2h
Для многозаходных резьб.
p
p 
S
Z
S – шаг винновой линии;
Z – число заходов;
Длина гайки L = λ ∙ d2
где λ = 1,5…4 коэффициент.
P
Q S
 ( P)
  d 2  h    Z
1
2
Q S
d 2  0.56 
1
h    Z  ( P)
Высота винта для стандартных резьб.
h  0.5
S
Z
Q
d 2  0.8 
,òîãäà
1
  ( P)
d2 округляем до ближайшего значения стандартного большего, проверяем дальнейшими
расчетами.
Для стального винта с бронзовой гайкой, предназначенная для точных перемещений [р] =
3 МПа.
Для прочих ходовых винтов с бронзовыми гайками [р] = 12 МПа.
Для винтов с чугунными гайками
[p] = 8 МПа
2.
Расчёт на прочность
Т.к. винт работает на растяжение, сжатие и кручение, то на прочность его рассчитывают
по одной из теорем прочности.
2
пр    4
2
σ – нормальные напряжения.
τ – касательные напряжения.
2
2
пр    4 
2
Q 
F 
 

 M kp
4

 W р
2
 пр
F– площадь сечения винта.
F
d12
4
d1 – внутренний диаметр резьбы (меньший)
Wp 
 d 1
2
16
M kp 
QP
n 
2n
tan   
tan     
Wp- полярный момент сопротивления сечения кручению.
ρ = 6…8 угол трения в резьбе.
[σ] прочности

т
3...3 3
текучести
Расчет на жесткость.
Шаг резьбы винта меняется в результате сжатия-растяжения на величину:
3.
 PQ  ±
QP
EF
 d 1 
2
F 
4
Q – сила, которая сжимает или растягивает винт.
Р – шаг винта.
Е – модуль упругости первого рода.
F – площадь сечения винта.
Шаг резьбы винта изменяется в результате скручивания на величину:
2
PM  
Ip  
M kp  P
2G  I p
d14
G  0.4E
32
Мкр – крутящий момент, действующий на винт.
Р – шаг винта.
G – модуль упругости второго рода.
Ip – полярный момент инерции сечения винта.
d1 – внутренний диаметр сечения винта.
Т.к. ΔPQ >>ΔPM , то Рм пренебрегаем.
ΔPQ <1/3 δ (δ – допуск на изготовление шага резьбы Р )
δ - допуск на изготовление шага резьбы берётся из ОСТа.
Если неравенство не выдерживается, то увеличиваем d2 и проверяем расчет.
4.
Расчёт винта на устойчивость
Если винт достаточно длинный, то при сжатии он может потерять устойчивость. Его
2
Qэ
  E  I min
I min 
   l 2
 d1
64
необходимо проверить на устойчивость по формуле Эйлера.
Imin – наименьший момент инерции поперечного сечения винта.
l – длина винта, которая сжимается.
V = 1/2 - при обоих жёстко заделанных опор винта
υ = 1/√2 – при одной жёстко заделанной опоре, а другой шарнирной (плавающей) опоре.
n = Q3/Q ≥ 3…3,5
Сила приложенная к винту должна быть меньше эйлеровой силы в 3 раза.
Если Q ≈ Qэ, то увеличиваем незначительно диаметр винта d1 .
Передача винт – гайка скольжение жидкостного трения (гидростатическое Р = 2…4МПа)
Применяется очень редко, но даёт высокую точность, плавность движения, меньший
износ, но сложна в изготовлении η = 0,99
Передача винт – гайка качения.
Очень широко применяется в станках с ЧПУ, поскольку обеспечивает высокую жёсткость,
т.к. изготавливается с предварительным натягом, точность и долговечность η = 0,9…0,95.
Трение скольжения заменяется трением качения. Используются шариковые передачи:
 Полукруглый профиль.
r1
 0  95...0  97
r2
Натяг создаётся путём смещения вдоль
оси гаек относительно винта.

Стрельчатая арка.
Натяг создаётся путём установки шариков
несколько большего размера.
Основными параметрами являются:
d0 – диаметр винта по центру шариков
P – шаг резьбы
dш – диаметр шарика
δр – накопленная погрешность шага резьбы
Материалы:
 Винты изготавливаются из сталей 8ХФ, 7ХГ2ВМ, 30Х3ВА с закалкой HRCэ
58…62
 Гайки изготавливаются из сталей 9ХС, ХГВ, ШХ15, 18ХГТ и 12ХН3А –
цементируемые закаливают до HRCэ 58…62
ОСТ 2Р31 – 1 – 80 устанавливает следующие классы точности передачи НПВАС.
Н – нормальной
П – повышенной
В – высокой
А – особо точные
С – прецизионные, самые точные
Расчёт передачи
Опыт эксплуатации станков с ЧПУ показал, что проектировать передачу нужно так, чтобы
собственная частота колебаний механической системы привода была более 70…90 Гц.
Для этого передача винт - гайка качения должна быть выполнена достаточно жёсткой.
Последовательность расчёта
1. Расчёт диаметра винта по центру шариков d0 проводят по технологическим
соображениям
LB
LB  30 d0
d0 
30
LВ – длина винта, которая определяется длиной хода стола
2. Проверка полученного диаметра шейки винта на прочность
3. Проверка полученного диаметра винта на устойчивость (см. формулу Эйлера)
4. Определяется статическая осевая нагрузка:
a. На один шарик [Pст] = 2d2ш
b. На передачу [Qдоп] = 2Zрасч ∙d2ш∙sinα∙cosλ (дан)
Zрасч = 0,7Z
α – угол контакта между винтом и шариком.
λ – угол наклона винтовой линии.
5. Определяется допустимая осевая сила
Qдоп   Qдоп
Qдоп 
о
1
k
при К1 ≤ 1
ст
Qдопст
при К1 > 1
1
k
0 6 
3
n ср

nср – средняя частота вращения винта
6. Определяется сила предварительного натяга
Qнат  min  0.5
Q
Zрас  sin     cos  
Qнат  max   Pст   1  0  55 

Q
Qдоп


ст 
7. Определяется жёсткость и податливость передачи
K 
1
C
 Kоп  Kв  Kш.пер Kст
коп – податливость опор
кв – податливость винта
кш.пер – податливость шариковой передачи
кст – податливость стыков
8. Определяется собственная частота колебаний механической части привода
c 
1
2 

1
m0  K
< 70…90 Гц
m0 – приведённая масса
9. Рассчитывается КПД передачи
10. рассчитывается момент холостого хода передачи Мх.х
Механизмы для микроперемещений просмотреть самостоятельно!!!
Инструментальные магазины ИМ
a) конструкции и типы инструментальных магазинов
b) автоматический поиск и кодирование инструмента ИМ
c) механизмы смены инструмента в ИМ
Механизмы смены обрабатываемых изделий изучить самостоятельно!!!
Надёжность станочных систем.
ГОСТ 27002 – 83 «Надёжность, технические термины и определения»
Надёжность – это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах
значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции
в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов,
хранения и транспортировки.
Надёжность – это комплексное свойство, которое состоит из сочетания свойств:
безотказность, долговечность, ремонтируемость, сохраняемость.
Процессы, действующие на станок при его эксплуатации.
Δ0 – погрешность изготовления
Δ - погрешность обработки
t – время работы оборудования
φ0 – кривая рассеивания размеров
Δ1 – динамическая погрешность от быстро протекающих процессов
φ1 – кривая распределения Δ1
Δ2 – погрешность в следствии протекания процессов средней скорости
φ2 – рассеивание Δ2
Δ3 – погрешность от медленно протекающих процессов (износ и т.д. )
φ3 - рассеивание Δ3
Δ = Δ0 + Δ1 + Δ2 + Δ3
общая
зависит от t
t0 – время при котором все станки работают в пределах допуска
t1 – станки начинают выпускать брак
t2 – все станки потеряли свою работоспособность
Т – средний срок службы оборудования
Показатели износа
U – линейный износ, мм или мкм │ поверхности трения
l – путь трения
dU
 
dt –скорость изнашивания
Т – срок службы
При расчётах в большинстве случаев принимают линейную зависимость между величиной
износа и временем изнашивания.

U
t
U t
в большинстве случаев принимают закон абразивного изнашивания, для которого
линейный износ U прямо пропорционален удельному давлению Р и пути трения l.
U = P∙l∙K = K∙P∙V∙t
Мы принимаем, что чем больше P и l то U больше. К – коэффициент износостойкости
материалов.
Разделим обе части на t
 
U
t
 K P V
T
U

Расчёт сопряжения кругового движения на износ
1. Определение характера эпюры удельного давления
V = 2ρπn (1) скорость вращения ( разное в каждой точке)
Скорость изнашивания: γ1 = k1p2ρπn
(2)
γ2 = k2p2ρπn
Скорость изнашивания двух деталей
 1  2  2  n    K1  K2  P
P
( 3)
1  2
( 4)
2  n    K1  K2
Чем больше ρ тем меньше Р
эпюра удельного давления
2. Определение скорости изнашивания j1,2
S
R


Rr
F   P d S   P  2   d 
 1  2
0
r
n  K1  K2
( 5)
dρ – элементарная площадь
1  2
T
F  n  K1  K2
Rr
Uдоп
( 7)
( 8)
1  2
R – r – площадь трущихся поверхностей.
3. Определение величины износа поверхности. Подставляем (7)→(4)
Подставляем (9)→(2)
Отказы
Подразделяются на:
F
P  K1  F  n
 1  2  ( R  r)  
( 9)
( R  r)
U1   1  t 
t  K1  F  n
U1  2   1  t 
( R  r)
t  K1  K2  F  n
( R  r)
2 
K2  F  n
( 10)
( R  r)
U2   2  t 
t  K2  F  n
( R  r)
 постепенные (параметрические)
 внезапные (функциональные)
Постепенные отказы
Износ U зависит от многих факторов, поэтому происходит рассеивание сроков службы
изнашивающихся деталей
Рассеивание характеризуется плотностью распределения наработки до отказа f(t)
В теории вероятности доказывается, что большинство случайных процессов можно писать
 ( t T )
f ( t) 
1
 2 
e
2
2
2
достаточно точно нормальным законам (закон Гаусса)
t – текущая координата
Т – срок службы
σ – среднеквадратическое отклонение
Принимаем площадь под кривой f(t) равной 1



0
f ( t )d
t 
1
F(t) – вероятность отказа
Р(t) – вероятность безотказной работы
F(t) + Р(t) = 1
t
P( t)
1  F( t)

1   f ( t) dt
0


P( t)  
0
t
f ( t) d t

)  1   f ( t) d t Для нормального закона
0


2
 ( t T )

2

1
2
Pп( t) 
 e
dt
  2   t
Внезапные отказы
Внезапные отказы имеют место в случаях несвязанных с износом.
В теории надёжности доказывается, что плотность распределения f(t) внезапных отказов
часто можно описать экспоненциальным законом для которого
f(t) = λ∙e-λ t
е – основание логарифма
λ – интенсивность отказа
Для ремонтируемых изделий λ = 1/Т
Всю площадь под кривой принимать равной 1



0
f ( t )d t  1
F(t) – вероятность появления отказа
Р(t) – вероятность безотказной работы
F( t )  P( t)  1
P( t)
t
1  F( t )
t


t
 t
F( t )   f ( t) d t     e d t  e
1
0
0

Pв( t)  1  e
 t

1 e
 t
При совместном действии постепенных и внезапных отказов вероятность безотказной
работы находится по теореме умножения вероятностей:
Р(t) = Рп(t) ∙ Рв(t) – общий отказ одного элемента
Т.к. Рп(t) и Рв(t) < 1, то Р(t) будет меньше этих величин
Определение вероятности безотказной работы для системы
Система, состоящая из последовательно соединённых инструментов.
Вероятность безотказной работы такой системы находится по теореме умножения
вероятностей:
n
P( t)  P1  ( t)  P2  ( t)  P3  ( t) ...... 
 P ( t)
i
i
1
Пример: Самолёт имеет n = 50 последовательно соединённых элементов, вероятность
работы каждого элемента Рi(t) = 0,99. Найти вероятность безотказной работы всей
системы.
Р(t) = 0,9950 ≈ 0,6 ( 60% вероятности того, что самолёт долетит)
При внезапных отказах срок службы будет подчинятся экспоненциальному закону с
параметрами:
n
  1  2  3  ..... 

i
Pв( t)  e
i
1
 t
При совместном действии постоянных и внезапных отказов вероятность работы
находится по теореме умножения вероятностей:
Р(t) = Рп(t) ∙ Рв(t)
Система, состоящая из параллельно соединённых элементов.
Чем больше элементов, тем меньше вероятность
появления отказа, поэтому вероятность появления
отказа находим по теореме умножения вероятностей:
n
F 1  ( t)  F 2  ( t)  F 3  ( t) ...... 
F ( t)
n
 F (t)    1  P (t)
i
i
1
i
i
1
n
Pi  ( t)
1  F ( t)
1
  1  P  (t)
i
i
1
Например: Имеется система с 3-мя элементами (n = 3), а Рi(t) = 0,9
Р(t) = 1-(1-0,9)3 = 0,999 – вероятность безотказной работы всей системы.
Эксплуатация и ремонт станочного оборудования
Эксплуатация оборудования представляет собой систему мероприятий, включающих:
1. Транспортирование
2. Монтаж
3. Наладка
4. Настройка
5. Контроль геометрической и технологической точности
6. Квалифицированное обслуживание и ремонт
Наладка – совокупность операций по подготовке и регулированию станка, включающих
настройку кинематических цепей, установку и регулирование приспособлений,
инструмента и т.д.
Настройка – это регулирование параметров станка в связи с изменением режимов работы
в период эксплуатации.
Геометрическая точность проверяется в соответствии с ГОСТом «Нормы точности и
жёсткости».
Технологическая точность контролируется перед началом эксплуатации, для этого
обрабатывается партия деталей, измеряются полученные параметры и, с помощью
методов математической статистики, оценивается рассеивание размеров, вероятность
выпадения размеров за поле допуска.
Пример: Расчёт технологической жёсткости. Обрабатывается партия деталей и измеряется
полученный размер х2 , рассчитывается:
a) среднеарифметическое отклонение
—
X
 X2
n
n
b) среднеквадратическое отклонение

1
b
n


i
1
 X  X22
X = 1.27 мм σ = 0,032 мм (пусть)
поле допуска ±0,07
Переводим поле допуска в доли σ
ε = 0,07/0,032 = 2,2
По таблице функции Лапласа находим, что доверительная вероятность для ε =2,2 равна Р
= 0,97.
Это говорит о том, что ≈ 97% деталей по данному параметру обработки (измерительному)
будет лежать в поле допуска ±0,07 мм.
Ремонт и обслуживание оборудования.
В нашей стране на всех предприятия была принята система планового
предупредительного ремонта (через определённое число отработанных часов проводят
осмотры оборудования, мелкие, средние и капитальные ремонты).
Для станка 16К20 Т1 пишем график плановых ремонтных работ.
11 – месяцы двухсменной работы.
О – осмотр
М – малый ремонт
С – средний ремонт
К – капитальный ремонт
Осмотр – включает проверку работы всех механизмов и их регулировка, проверка
точности станка.
Малый ремонт – включает всё что было при осмотре и очистку гидросистемы и смена
масла, замена изношенных деталей.
Средний ремонт – включает проверку точности станка, частичная разборка станка, замена
изношенных втулок, зубчатых колёс и т.д., шлифовка и шабрение направляющих в местах
износа.
Капитальный ремонт – проверка точности, полная разборка станка, замена и ремонт
изношенных деталей, шлифовка и шабрение направляющих, сборка, проверка точности и
жёсткости станка.
Для каждого вида работ предусмотрена определённая трудоёмкость.
Испытание станочного оборудования
I. Приёмочные испытания серийных станков (проводятся по ГОСТам – номер
точности и жёсткости)
II. Испытания опытных образцов новых моделей станков.

Приёмочные испытания наиболее просты, их обычно проводят контролёры ОТК
завода изготовителя в цеховых условиях. Испытания включают:
1. Испытания станка на холостом ходу.
2. Испытание станка в работе под нагрузкой
3. Проверка станка на соответствие нормам точности и жёсткости
4. Проверка виброустойчивости при резании.
 Испытания опытного образца включают:
1. Оценку соответствия станка технологическому заданию, стандартам и
технологическим требованиям.
2. Оценку удобства и безопасности работы, удобства ремонта.
3. Оценку работоспособности и безотказности механизмов станка на холостом
ходу под нагрузкой
4. Оценку точности работы станка
5. Оценку производительности станка.
Проверки
1. Испытание станка на холостом ходу
 Проверка соответствия фактических скоростей привода главного движения
паспортным данным.
 Проверка температуры нагрева подшипников шпинделя.
 Проверка соответствия фактических скоростей подачи паспортным данным.
 Проверка работы автоматических устройств, упоров делительных
механизмов.
 Проверка работы зажимов заготовки инструмента.
 Проверка работы системы смазки и охлаждения.
 Проверка работы систем электрооборудования, гидрооборудования и т.д.
2. Испытания станка в работе под нагрузкой включает:
 Обработку резаньем образцов на режимах, обеспечивающих достижение
наибольшей допустимой нагрузки(по мощности, по силе резания, по крутящему
моменту) и кратковременная перегрузка на 25%
 Оценка результатов испытания производится путём контроля точности и
шероховатости обработанных образцов.
3. Проверка точности станка.
Прочность обработки детали на станке характеризуется величинами отклонений размеров,
формы, относительного положения элементов полученной поверхности от
соответствующих параметров заданной геометрической поверхности.
На точность работы станка влияет большое количество факторов:
1. Температурные деформации.
2. Технологическая жёсткость.
3. Геометрическая точность технологической системы.
4. Устойчивость системы.
5. Вынужденные колебания.
6. Износ инструмента.
Важнейшей характеристикой возможностей станка является его геометрическая точность.
При проверке геометрической точности большое значение имеет условия выполнения
проверки ( положения подвижных узлов станка, установка станка, температура нагрева и
т.д.). Эти условия указаны в ГОСТах. Общий объём испытаний определяется
соответствующим ГОСТом для каждого типа станка. В качестве наиболее типовых
проверок указываются следующие:
1. Геометрическая форма рабочих и посадочных поверхностей (отклонение от
прямолинейности, плоскостности, круглости и т.д.).
2. Взаимное расположение поверхностей (отклонение от параллельности,
перпендикулярности, соосности и т.д.).
3. Форма траектории движения исполнительных звеньев станка.
4. Точность координатных перемещений (точность позиционирования).
5. Стабильность позиционирования.
6. Зона нечувствительности.
7. Точность положения инструмента при его многократной автоматической смене.
Проверка прямолинейности перемещения
Осуществляется измерением линейных величин, определяющих положение отдельных
участков направляющей относительно исходной прямой. Исходной прямой может быть
оптическая ось, струна, эталонная линейка.
Измерительный прибор (ползушка с перекрестием, микроскоп, индикатор) перемещаются
вдоль проверяемой направляющей от нулевой точки до n – ной. В каждой точке
фиксируется отклонение hi направляющей от исходной прямой.
В общем случае из-за несовпадения направлений направляющий и исходной прямой
отклонения hn, измеренное на последнем участке представляет собой накопленную
погрешность.
hn – суммарная погрешность
(постоянная и измеренная)
hi  bi   i
Вычисляем постоянную погрешность,
отнесённую к каждому участку.
bi 
hn
i
n
i – номер точки
Вычисляем отклонение от прямолинейности в каждой точке.
 i  hi  bi
Определяем отклонение от прямолинейности перемещения.
   i  max   i  min
Проверка точности линейных координатных перемещений (точности
позиционирования.)
Точность позиционирования представляет собой степень соответствия фактического
положения узла запрограммированному.
Отклонение фактического отклонения узла от программированного происходит в
результате действий большого количества факторов, создающих систематические
погрешности (погрешности шага винта, погрешность датчиков) и случайные погрешности
(переменная сила трения направляющих, ошибки в СУ и т.д.).
Наличие случайных ошибок приводит к необходимости для оценки точности
позиционирования использовать статистические методы испытаний и обработки
результатов испытаний.
Для проверки на стол станка устанавливают эталонную штриховую меру. На шпиндель
станка закрепляют микроскоп. Измерения проводят по каждой координате на всей длине
кода узла. Интервалы между точками измерений принимают примерно 0,1
измерительного перемещения. Для каждой координаты измерения проводят не менее 3
раз, в положительном и отрицательном направлении оси координат.
Подвижный узел перемещают в точку а. Затем по программе узлу дают перемещение в
точку 1, где измерительные устройства устанавливают в нулевое положение. Далее по
программе перемещают узел в точку 2, где измеряют отклонение фактического положения
узла от запрограммированного и т.д. до точки m.
Затем узел выводят в точку в, в точках а и в измерения не производят. Из точки в узел по
программе перемещают в обратном направлении с остановками в этих точках и измеряют
отклонения. В точке 1 повторно измерительное устройство в ноль не настраивается.
Проверка жёсткости станка.
Статической характеристикой упругой системы называется отношение перемещений у
вершины режущего инструмента по нормали к обратной поверхности силе F, вызвавшей
это перемещение и направленной по силе резания
Y
K
F
Жёсткость
1
F
C

K Y
Жёсткость является одним из основных критериев, определяющих точность станка под
нагрузкой в установившемся режиме работы (статическую ошибку).
При испытаниях на жёсткость необходимо учитывать:
1. Направление нагружающей силы.
Сила F направляется по направлению результирующей силы резания.
2. Величина силы F.
Должна соответствовать реальным силам резания.
3. Выбираются координаты приложения силы F.
Координаты выбираются с учётом наиболее типичных случаев обработки на станке.
Она сравнивается с данными ГОСТа или завода изготовителя.
3
C  1800  D
D – диаметр обрабатываемой заготовки
Проверка виброустойчивости станка.
При обработке станок часто теряет устойчивость (увеличивается амплитуда колебаний
между инструментом и заготовкой, сопровождается свистом, дрожанием и поломкой
инструмента). Проверку проводят по предельной стружке.
Предельная стружка - это максимальная ширина срезания слоя металла до наступления
вибрации. Проводят при ремонтируемой заготовке и режущем инструменте и
определённых режимах резания.
Испытания станка на шум.
ГОСТ 122107 – 85 «Шум. Станки металлорежущие. Допустимые шумовые
характеристики»
Измеряется при работе на холостом ходу Lpa – корректированный уровень звуковой
мощности. При работе под нагрузкой LA – уровень звука на рабочем месте.
Определение уровня колебания холостого хода
Различают два вида колебаний: автоколебания (отсутствие их см. испытания на
предельную стружку) и вынужденные колебания.
Вынужденные колебания между инструментом и заготовкой вызываются различными
внешними силовыми и кинематическими воздействиями (неуравновешенность
шлифовального круга, патрона, заготовки, погрешности зубчатых колёс, ременных
передач, подшипников и т.д.). Вынужденные колебания приводят к появлению
волнистости на обработанной поверхности. Вынужденные колебания особенно заметны
на холостом ходу станка и используется для оценки качества изготовления и сборки
станка. При проверке в шпиндель станка устанавливают эталонную оправку, а на стол
станка или в резцедержатель устанавливают ёмкостный датчик колебаний, фиксирующий
относительные колебания между инструментом и заготовкой. Шпинделю дают различные
частоты вращения, сигнал с датчика усиливается, а затем подаётся на частотный
анализатор, который показывает частотный спектр колебаний холостого хода.
Для устранения вынужденных колебания надо выяснить причину их появления, которая
заключается в дисбалансе двигателей, ременных передач и т.д. Надо повышать качество
сборки, сбалансированность.
Испытание станка на надёжность
ГОСТ 27011 – 86 «Станки металлорежущие. Общие технические требования»
В качестве показателей гарантированной безотказной работы оборудования предложены:
1. Установленная безотказная наработка в сутки
Например, ГОСТом установлена безотказная наработка в сутки 21 час (станок должен
непрерывно работать 21 час, после чего он может 3 часа находится на техническом
обслуживании и профилактическом ремонте). Этой проверке подвергается каждый
серийный станок.
2. Установленная безотказная наработка в неделю.
Установленная безотказная наработка в неделю – это эксплуатация станка в течение 6
суток (21 час работает по программе каждые сутки, 3 часа в профилактическом
обслуживании) и техническое обслуживание или ремонт в течение одних суток.
Эту проверку проходит каждый опытный образец новой модели станка.
ГПС
Использование гибких производственных систем повышает производительность.
Оснощение станков гибкого автоматизированного производства различными контролями
и измерительными устройствами является необходимым условием их работы, особенно в
автономном и автоматизированном режимах.
Производительность станка определяет его способность обеспечить обработку
определенного числа деталей в единицу времени.
Штучная производительность характеризуется количеством деталей обработанных на
станке за единицу времени.
Тшт – время на обработку одной детали.
N – программа выпуска деталей в час.
Ф ∙ 60 – годовой фонд времени работы оборудования.
Производительность автоматической станочной системы QАС = QC ∙ а
а – среднее число одновременно обрабатываемых заготовок.
Производительность резания характеризуется количеством материала, срезаемого в
единицу времени с заготовки см3/мин. У точения больше производительность, но меньше
удельная мощность. У лазерной обработки наоборот.
Производительность формообразования характеризуется площадью поверхности
обработанной на станке в единицу времени.
Сравнение между собой оборудования по производительности проводится по
коэффициенту повышения производства.
Тм  Ti  Tj âðåìÿ îá ðàáîòêè íà ñòàðîé ìîäåëè ñòàíêà
Кпр
Тм  Ti  Tj âðåìÿ îá ðàáîòêè íà íîâîé ìîäåëè ñòàíêà
Время обработки изделии на старой модели станка.
Время обработки изделия на новой модели станка.
Основные пути повышения производительности: увеличение скорости резания,
применение СОЖ, сокращение времени на вспомогательные операции (совершенство
привода и системы управления), использование многопозиционных станков и
автоматических линий.
Надежность – свойство объекта сохранять во времени и в установленных приделах
значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции
в заданных режимах и условиях применения технического обслуживания, ремонта,
хранения и транспортирования.
Надёжность – комплексное свойство: безотказность, долговечность, ремонтопригодность,
сохраняемость.
Безотказность – это свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение
некоторого времени или некоторой наработки.
1. Вероятность безотказной работы P(t) это вероятность того, что в период заданной
наработки отказ объекта не возникнет
2. Наработка на отказ:
n
1
Т
m


ti
1
Т – среднее значение времени работы оборудования между отказами
Ti – суммарная наработка i – го станка за период наблюдения
N – число станков
m – число отказов этих станков.
Долговечность – это свойство объектов сохранять работоспособное состояние до
наступления предельного состояния при установленной системе технического
обслуживания и ремонтов.
Ремонтопригодность – среднее время на обнаружение и устранение причин отказа
i
m
ТВ
1
m


tВj
1
tBj – время на обнаружение и устранение отказа.
В = ТВ/Т – удельная длительность восстановления.
Комплексный показатель надежности, коэффициент готовности Кг = Т/(Т+ТВ)
Коэффициент технического использования:
Tc
KTU
Tc  Tоб  Tp
Тс – суммарная наработка станка
Тоб – суммарное время технического обслуживания станка.
Тр – суммарное время планового и непланового ремонта.
j
Основные узлы токарного станка:
1. станина
2. передняя бабка (шпиндельная бабка)
3. суппорт
4. задняя бабка
5. фартук
6. коробка подач
7. гитара сменных колёс
Настройка кинематики станка. Токарно–винторезный станок 16К20.
Цепь главного движения :
56 21 45 18 30





 nM1 1450  154
258 34 55 45 72 60
 nшп
об
мин
(24 частоты вращения в одну сторону)
Цепь подач
60 30 a c 28 38 18 15 23 24
1об шп

  





60 45 b d 28 35 45 48 40 39
28 30 32 4 36 17
мм





   m  10  S0
35 32 30 21 41 6
об
2. Методика расчета и проектирования направляющих качения оборудования.
Применяются в станках с ЧПУ не требуют особого наблюдения обеспечивают
равномерность движения при малых перемещениях, т.к. коэффициент трения f =
0,001…0,003, высокую жесткость (они собираются с предварительным натягом). Форма
направляющих может быть: треугольные, прямоугольные, круглые и т.д. Для смазки
направляющих применяют густое масло ЦИАТИМ 201.
При проектировании проводят расчеты.
1. Расчет на статическую прочность.
Нагрузка на одно тело качения устанавливается меньше допустимого
F
P1
  P1
Z
F
Z
 P1
Z - Минимальное количество тел вращения
Для роликовых: q=P1/b , где b – длина ролика, q – нагрузка на единицу длины ролика.
Для стальных закалённых роликовых направляющих P1 ≤ 20Fp .
Fp – площадь проекции ролика на направляющую.
Для стальных закалённых шариковых направляющих P1 ≤ 20Fm = 0,6 d2 .
Fm – площадь проекции шарика на направляющую
Для комплексных опор предельно-допустимая нагрузка
10
3
250
S
PB – базовая сила.
2. Расчёт на жёсткость.
a) Конструктивно выбирается число тел качения z на направляющих.
b) Определяется минимальная нагрузка на направляющие Fmin
c) Определяется нагрузка на одно тело качения
P1
PB 
P1min
Fmin
Z
q
P1min
b
d) Определяется сила предварительного натяга. Сила предварительного натяга
выбирается такой, чтобы при колебаниях нагрузки жёсткость была максимальной и
постоянной. Для остальных закаленных направляющих создать нагрузку
предварительного натяга и внешних сил, так чтобы коэффициент контактной
податливости ср для роликовых ср<0,1…0,6 , а для шариковых сш <0,1…0,5.
qmin ≥3d (для роликовых), p1≥0,2d2(для шариковых)
Fпр.н – сила предварительного натяга
Fпр.н.р = qbz
Fпр.н.ш =р1z
e) Определяется максимальная нагрузка на направляющие и сравнивается с
предельно допустимыми.
f) Определяется сближение плоскостей направляющих
 для роликовых бр = ср ∙ q
 для шариковых бш = сш ∙ р1
g) определяем жёсткость направляющих
 для роликовых
F
qbz
bz
jp
бp
cp q
cp
 для шариковых
P1 z
F
z
jш
бш
cш P1
cш
3. Расчёт на долговечность. Проводят по усталости:
10
3
250
S
S – путь пробега км
4. Расчёт потерь на трение
fk F
T T0 
r
r – радиус тел качения. F – нагрузка на направляющие, fk – коэффициент трения, Т0 –
постоянная составляющая трения.
5. Расчёт частоты и амплитуды колебаний.
P0
PB 
Оборудование автоматизированных систем
Автоматические системы АЛ и автоматические станочные системы.
АЛ называется система станков (2 и более) и другого технологического оборудования
автоматически осуществляющих назначенную последовательность технологических
операций без вмешательства человека.
В нашей стране первая АЛ была построена под руководством инженера Иночкина на
Владимирском тракторном заводе в 1939 г. Она предназначалась для обработки и сборки
поддерживающего ролика гусеницы трактора.
В 1940 г. на 1-ом Государственном Подшипниковом Заводе (ГПЗ) была пущена первая АЛ
для обработки роликов.
В 1980 г. работало в стране 6000 АЛ.
Классификация АЛ.
1. По виду применяемых станков
 АЛ из универсальных станков
 АЛ из агрегатных станков
 АЛ из специальных станков
 АЛ из станков смешанного типа
2. По способу передачи обрабатываемой заготовки с позиции на позицию
 АЛ из станков с жёсткой связи
 АЛ из станков с гибкой связью
3. По организации обработки потока
 АЛ с ветвящимся потоком
 АЛ с неветвящимся потоком
4. По количеству одновременно обрабатываемых заготовок
 Однопредметные (одни и те же)
 Многопредметные (разные)
Компоновка АЛ
1. Безбункерные АЛ. На этих линиях обрабатываются корпусные детали. Заготовка
проходит всю линию, перемещаясь общим транспортёром последовательно с одной
позиции на другую.
 Прямоточные линии. При каждом шаге транспортёра заготовка
перемещается на величину расстояния между позициями t.
 Поточные линии. Заготовка перемещается на величину размера заготовки d.
2. Бункерные АЛ. Состоят из отдельных станков, снабжённых механизмом питания
их заготовками (бункерами) и связанны между собой транспортёрами,
передающими обрабатываемые заготовки с одной позиции на другую.
3. АЛ с приёмниками накопителями. АЛ делится на отдельные участки, между
которыми располагаются промежуточные накопители запасов заготовок.
 Бункерные прямоточные
 Бункерные поточные. Перемещаются на величину размера заготовки d.
4. Роторные АЛ. Состоят из рабочих роторов и транспортных роторов. Рабочий ротор
– станок с основанием, на основании стоит колонна, на гранях которой
расположена шпиндельная бабка, задняя бабка, которая вращается, и суппорт
обрабатывает заготовку.
Посмотреть самостоятельно работу роторной линии!
Гибкие производственные системы
В году 240 рабочих дней.
При односменной работе оборудование работает 1860 часов в год.
При двухсменной работе - 1860∙2∙0,8 ≈ 3000 часов в год.
Если оборудование работает круглый год в три смены, то 365∙24 ≈ 8700 часов.
Помимо этого, в цехе с мелкосерийным производством заготовка на станке находится
30% времени, при этом процесс резания составляет 5% времени.
ГПС работают круглосуточно, резерв рабочего времени и процент резания возрастает,
что повышает производительность.
ГПС позволяет сократить число обслуживающего персонала на 30-60 %, сократить
площадь, которую занимает цех или завод, сократить цикл производства изделия.
ГОСТ 26228-90 определяет, что такое ГПС.
ГПС - это управляемая средствами вычислительной техники совокупность
технологического оборудования, состоящую из разных сочетаний ГПМ и (или) ГПЯ,
автоматизированной системы технологической подготовки производства и системы
обеспечения функционирования, обладающая свойством автоматизированной
переналадки при изменении программы производства изделия, разновидности которых
ограниченны технологическими возможностями оборудования.
ГПЯ – это управляемое средствами вычислительной техники совокупность нескольких
ГПМ и система обеспечения функционирования, осуществляющая комплекс
технологических операций, способная работать автономно и в составе ГПС при
изготовлении изделий в пределах подготовленного запаса заготовок и инструмента.
Структурная схема ГПС.
Система обеспечения функционирования ГПС – это совокупность взаимосвязанных
автоматизированных систем, обеспечивающих управление в технологическом
процессе, перемещение предмета производства и оснастки.
СОФ ГПС – система обеспечения функционирования ГПС.
АТСС – автоматизированная транспортно-складская система.
АСИО – автоматизированная система инструментального обеспечения.
САК – система автоматизированного контроля.
АСУО – автоматизированная система удаления отходов.
АСУТО – автоматизированная система управления технологическим оборудованием.
АСУТП – автоматизированная система управления технологическим процессом.
АСНИ – автоматизированная система научных исследований.
САПР – система автоматизированного проектирования.
АСТПП – автоматизированная система технологической подготовки производства.
АСУ – автоматизированная система управления
Классификация ГПС.
1. Комплексность изготовления изделий.
 Операционная
 Предметная
 Узловая
2. Методы обработки
 Сварка
 Резка
и т.д.
3. Разновидность обрабатываемых изделий
 Вал вращения
 Корпусные детали
и т.д.
4. Уровень автоматизации
 ГПС с автоматизированной переналадкой при изготовлении освоенных
изделий
 Автоматическая (без участия человека) переналадка освоенных изделий
 Автоматизированная переналадка при переходе на изготовление новых
изделий
5. По организационному признаку
 Гибкий автоматизированный завод – ГАЗ
 Гибкий производственный цех – ГПЦ
 Гибкий производственный участок – ГПУ
Первые ГПС появились в США и Англии в 1967 году. В России в Минстанкопроме была
пущена ГПС в 1972 году АУ-1-1972 (автоматический участок).
АП1-1975 год (автоматическое производство)
АСК10-1981 год (автоматический станочный комплекс 10)
Автоматический цех 1985 год ГПС «Жальгирис» (Завод) состоял из нескольких участков
станков
1 участок – для обработки деталей до 1 тонны. Станки: 22К04ПМØ04 – многоцелевые
(ЭНИМС)
2 участок – станки ивановского завода ИР-800. Масса заготовок до 1 тонны 630x630 мм
3 участок – АСК-10. Предназначен для обработки деталей массы до 900 кг. Станки:
МА6907ПМØ4 760x630 мм
4 участок - детали до 3 тонн 1600х1000 мм. Оснащён станками 2123Ø4
Для крупносерийного, среднесерийного, мелкосерийного производства. Работало 16
операторов, в обычном производстве для выпуска этого же количества продукции нужно
было 85 станочников.
На этом ГПС сократилось число обслуживающего персонала в 2,5-3 раза. В ночную смену
работало 2 человека. Переоснастка на новую продукцию происходит в течение 2-3
месяцев.
Для обработки деталей типа тел вращения:
ГПУ АСВР 01 d = до 140 мм, l = до 1400 мм. Валы массой до 160 кг.
АСВР – автоматическая система вал робот.
АСВР 02, АСВР 06, АСВР 21 – это типовые системы, которые были изготовлены для
электропромышленности, валы для электродвигателей.
Промышленные роботы.
ГОСТ 25686-85
Промышленный робот – это автоматическая машина (стационарная или передвижная),
состоящая из ИУ в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и
перепрограммируемого устройства, программы управления для выполнения в
производственном процессе двигательных и управляющих функций.
Манипулятор – это управляемое устройство или машина для выполнения двигательных
функций аналогичных функциям руки человека при перемещении объектов в
пространстве, оснащённая рабочим органом.
Автооператор – это автоматическая машина, состоящая из ИУ в виде манипулятора или
совокупности манипулятора и устройства передвижения и не перепрограммируемого
устройства управления.
Структурная схема промышленного робота.
Классификация промышленных роботов
1. Специализация
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
 Специальные
 Специализированные
 Универсальные
Грузоподъёмность
 Сверхлёгкие до 1 кг
 Лёгкие от 1 до 10 кг
 Средние от 10 до 200 кг
 Тяжёлые от 200 до 1000 кг
 Сверхтяжёлые свыше 1000 кг
Число степеней подвижности (за исключением захвата)
 Две
 Три
и т.д.
Возможность передвижения
 Стационарные
 Подвижные
Способ установки на рабочем месте
 Напольные
 Подвесные
 Встроенные
Вид системы координат
 Декартова
 Полярная (плоская, цилиндрическая, сферическая)
 Сложная полярная
Вид привода
 Электромеханический
 Гидравлический
 Пневматический
 Комбинированный
Вид управления
 Цикловое
 Позиционное
 Контурное
 Адаптивное
Способ программирования
 Аналитический (центр захвата робота)
 Обучением (от рукояток отодвигают руку робота и записывают координаты
и т.д. , затем работу робота проверяют без заготовки, если движение
правильное то его запускают в работу)
Структурная схема промышленного робота.
УПУ – устройство программного управления
УРУ – устройство ручного управления
УВП – устройство ввода программы
МП – механический преобразователь
Д – двигатель
ИМ – исполнительный механизм
ВС – внешняя среда
ПИ – преобразователь измерительный
ДСС – датчик состояния среды
БСТО – блок связи с технологическим оборудованием
Проектирование промышленных роботов.
Производительность ГПМ определяется коэффициентом использования станка
Кс = 1-Тр/Т0 , где
Тр - продолжительность обслуживания станка роботом (должно быть меньше)
Т0 – оперативное время обработки изделия на станке
1. Разрабатываются циклограммы обслуживания станка различными роботами
2. По циклограммам рассчитывается Тр
3. Анализируются геометрические параметры изделий и их масса
4. Выбирается число степеней подвижности манипулятора
5. Определяется зона обслуживания промышленным роботам (где сохраняются
паспортные данные робота)
6. Определяется рабочая зона промышленного робота (где может находиться
манипулятор робота)
7. Устанавливается системы координат основных движений промышленного
робота (см. справочник Козырева стр. 24-25, 376-377)
8. Выбирается структурная схема промышленного робота (см. Пуш стр.162)
 Три поступательные пары ППП
 Две поступательные, одна вращательная ППВ
 Две вращательных, одна поступательная ВВП
 Три вращательных ВВВ
9.
10.
Строится (корректируется) кинематическая схема
Разрабатывается компоновочная схема промышленного робота.
Применяется агрегатно-модульный способ конструирования промышленного
робота (см. Пуш стр. 164-168)
Агрегатно-модульный способ конструирования.
Модуль и его обозначение
1, Неподвижное основание (НО)
2. Тележка подвижная
3.Стоол поворотный СП
Схема исполнительного модуля
4. Неподвижная колонна
5. Платформа качающаяся
6. Рука выдвижная
7. Кисть поворотная
8. Захватное устройство одинарное ЗУ1
Компонуем промышленный робот по кинематической схеме
НО – ПК – РВ – КП – ЗУ1
Проводятся необходимые расчёты (расчёт приводов, расчёт механизмов,
расчёт на прочность, расчёт на жёсткость, динамические расчёты).
Захватные устройства.
Захватные устройства служат для захватывания и удержания в определённом положении
объектов манипулирования. Эти устройства относятся к числу сменных элементов
промышленных роботов. Как правило, промышленный робот комплектуют набором
типовых захватных устройств, которые можно менять в зависимости от конкретного
объекта манипулирования.
Классификация захватных устройств.
11.
Среди механических наиболее частое распространение получили рычажные, кулисные и
зубчато-реечные механизмы. Для них определяют коэффициент передачи усилия:
Ку = Fз/Fпр
Fз – сила зажима
Fпр – сила привода
Ky
b
a
Ky
l( dc)
2bc
Ky
b
a
Составляем уравнение моментов
М = Fпр ∙а = Fз ∙ b
Ку = a/b
При установки заготовки в патрон токарного станка возникает осевая сила F0
F0  sin  
Fз 
2f
f – коэффициент трения (для незакаленных f = 0,12…0,15; для закаленных с наконечником
f = 0,3…0,35)
Для массивных заготовок необходимо учитывать силу инерции:
Fp = mзаг∙a
Fз > Fp∙tg(α+β)
α,β – углы захвата устройства
Fз
Fnp 
Ky 
Ку по формуле
Для исключения деформации детали от захватного устройства его проверяют на
напряжение, возникающее на губках
σ = [σ конт.доп]
Формула для расчёта вакуумных и магнитных устройств приведены в книге Козырева стр.
187.
Транспортно-складские системы
Эффективность использования ГПС существенно зависит от используемой
автоматизированной транспортно-складской системы.
АТСС – это система взаимосвязанных транспортных и складских устройств для укладки,
хранения, временного накопления, разгрузки и доставки предметов труда и
технологической оснастки ГОСТ 26238-85.
Целью создания ГПС является обеспечение более высокой загрузки оборудования, так,
например, отдельно работающие станки с ЧПУ имеют коэффициент использования
0.5-0.6 , а в составе ГПС коэффициент использования доходит до 0,8.
Параметры складского помещения.
При проектировании решается задача наиболее полного заполнения склада изделиями.
Вместимость склада по 3-м координатам может быть охарактеризована соответствующим
коэффициентом – коэффициентом использования склада (КВ, КН, KL).
КВ – по ширине склада
КН – по высоте склада
KL – по длине склада
КВ = x∙b/x
x – число грузовых складских единиц (стеллажей), размещаемых по ширине хранилища.
b – ширина грузовой складской единицы (размер в глубину стеллажа или штабелёра).
Кз – общий коэффициент использования склада равен:
К з = К В ∙ К Н ∙ KL
Построение автоматизированной транспортно-складской системы.
Существуют 2 варианта:
1. АТСС с совмещённой транспортной и складской подсистемой.
2. АТСС с раздельными транспортной и складской системами.
 Станки (1) расположены // - но стеллажу-накопителю (2), кран-штабелёр (4)
перемещается вдоль фронты станков и обслуживает как стеллаж-накопитель, так и
станки через перегрузочный стол (3). По команде от системы управления штабелёр
забирает из определённой ячейки стеллажа необходимую заготовку и перемещает
её на промежуточный стол соответствующего станка. Готовые детали штабелёр
забирает с перегрузочного стола и переносит их в свободные ячейки стеллажа.
Преимущества: в этой системе не требуется специальной транспортной системы
для обслуживания станков, так как эти функции выполняет штабелёр.
 Эта схема с 4-мя стеллажами-накопителями (2) и 2-мя кранами-штабелёрами (4). В
этой системе автоматическая транспортная тележка (6) перемещаясь по
прямолинейному рельсовому пути (7) обслуживает несколько единиц
технологического оборудования из стеллажного склада (2). Штабелёр подаёт
заготовки в таре на перегрузочный стол. Далее транспортная тележка по мере
необходимости согласно программе забирает с перегрузочного стола тару с
заготовками и транспортирует её к накопителям (5) станков (1). Установив тару с
заготовками на накопителе, перегрузочное устройство транспортной тележки
забирает тару с готовыми деталями и транспортирует её на перегрузочный стол.
Затем штабелер по команде от СУ забирает тару с готовыми деталями и
устанавливает её в свободные ячейки стеллажа.
Преимущества: система может осуществлять последовательное или выборочное
обслуживание перегрузочных устройств станков.
Литература:
1. Лещенко В.А. «Гибкие производственные комплексы», 1984 г.
2. Маликов О.Б. «Проектирование автоматизированных складов штучных грузов»,
1981 г.
3. Маликов О.Б. « Склады автоматических производств», 1986 г.
4. Смехов А.А. « Автоматизированные склады», 1979 г.
Способы установки станочного оборудования.
Оборудование устанавливается:
 на бетонные полы 1-х этажей цехов
 на специально изготовленные фундаменты
Установка станков должна обеспечивать виброизоляцию оборудования.
Цель виброизоляции:
1. уменьшить (изолировать) внешние ударные и вибрационные воздействия
2. изоляция близкорасположенного прецизионного оборудования
3. уменьшение шума в производственных помещениях
Для этого оборудование массой до 10-15 тонн устанавливают на виброизолирующие
опоры марок: ОВ 30-1-1, ОВ 30-1-2, ОВ 30-2-1…, ОВ 31-…, ОВ 30-3-1…
Для выбора опор необходимо пользоваться номограммой, применяют также изолирующие
коврики КВ1-1, КВ2-1, КВ2-2… Эти коврики устанавливаются под железобетонные
фундаменты. Срок годности опор 10 лет, долговечность ковриков 15 лет.
Особенности организации эксплуатации станков в составе ГПС
ГПС небольших размеров 12-15 станков может быть выделено в отдельное подразделение
на правах цеха или включено в цехомеханической обработки. Например, ГПС АЛПЗ-2
состоит из 8-ми многоцелевых станков (3 смены работы)
1. управляющий персонал 4 человека (начальник ГПС, старший мастер, диспетчер,
бригадир по ремонту и наладке оборудования)
2. производственный персонал 21 человек
 сменный диспетчер – 3 человека
 мастер
 бригадир наладчиков станков
 оператор разгрузки-загрузки
 слесарь-инструментальщик
 наладчик станков – 4 человека
 слесарь по зачистке и промывке деталей
 оператор станков – 2 человека
 контролёр – 2 человека
 комплектовщик
 контрольный мастер
 оператор склада
3. обслуживающий персонал 19 человек
 инженер-технолог – 3 человека
 инженер-программист
 наладчик гидромеханических систем – 4 человека
 наладчик-электронщик – 4 человека
 электронщик-ремонтник-наладчик ЭВМ, УВК, АСОПП – 5 человек
 уборщик – 2 человека
Всего: 44 человека.
Для сравнения расчёты и опыт показывают, что при отказе от ГПС и переходе к
автономно эксплуатируемым станкам с ЧПУ (при равном выпуске продукции)
численность обслуживающего персонала возрастает на 50% и составляет 66 человек (в
основном за счет роста производственного персонала с 21 человека до 35 человек).
Литература:
1. Пуш В.Э. «Металлорежущие станки», 1986 г.
2. Соломинцев Ю.М. , Сосонкин В.Л. «Управление гибкими производственными
системами (ГПС)», 1988 г.
3. Соломинцев Ю.М. «Роботизированные технологические комплексы и ГПС в
машиностроении» (альбом чертежей), 1989 г.
4. Калинин В.И. «В помощь конструктору станкостроителю», 1983 г.
5. Лещенко В.А. « Станки с ЧПУ», 1988 г.
6. Решетов Д.Н. «Детали и механизмы металлорежущих станков» Т 1,2
7. Бушуев В.В. «Альбом станочного оборудования и автоматизированных
производств», ч 1 и 2, 1991 г.
8. Аврамов, Бушуев «Станочное оборудование автоматизированного производства»,
Т 1 и 2, 1995 г.
9. Лизогуб В.А. «проектирование шпиндельных узлов, направляющих подач,
металлорежущих станков и станочных комплексов».