Металлорежущие станки и их обслуживание

Лекции по дисциплине «Металлорежущие станки и их обслуживание» Оглавление Транспортирование и установка станков ........................................................... 2 Испытания станков ............................................................................................... 7 Испытания станка без нагрузки (на холостом ходу) ......................................... 8 Паспортизация станков....................................................................................... 10 Производственная эксплуатация и обслуживание станков ............................ 11 Смазывающе-охлаждающие жидкости ............................................................ 13 Литература ........................................................................................................... 15 Задачей рациональной эксплуатации металлообрабатывающего оборудования является обеспечение длительного и безотказного изготовления на нем деталей с заданной производительностью, точностью и качеством поверхностей. К требованиям эксплуатации станков относят: их правильную упаковку и транспортирование, устройство помещений для них, правильную установку и крепление станков и их испытания, выполнение установленных правил работы и ухода за станком, своевременный ремонт. Транспортирование и установка станков Транспортирование станков необходимо осуществлять строго по инструкции, указанной в руководстве по эксплуатации. Перед транспортированием станки покрывают защитной смазкой и упаковывают в деревянные ящики, - обеспечивая их неподвижную установку. При транспортировании станков морским транспортом используют специальные защитные средства. Обводку распакованного станка канатом выполняют согласно руководству по эксплуатации. Перемещать станки по цеху можно лишь волоком на металлическом листе или на специальной транспортной тележке, тяжелые станки для удобства ремонта располагают в зоне действия подъемно-транспортных средств цеха. Если станки транспортируют в частично разобранном состоянии, то после установки основания станка на фундамент их монтируют, при этом выполняют заземление, подводят электропитание и, если необходимо, соединяют коммуникации централизованной подачи СОЖ, сети сжатого воздуха или жидкости, а также системы стружкоудаления. Установка станков. Правильность установки и закрепления станков на фундаменте во многом определяет качество их работы и техникоэкономические показатели. Станки в цехе устанавливают или на общем бетонном полу толщиной 150…200 мм, или на специально проектируемых фундаментах. Жесткий фундамент, рациональная конструкция, целесообразная расстановка и тщательная регулировка станочных опор уменьшает деформации недостаточно жестких станин, особенно при их большой протяженности и перемещении по ним тяжелых исполнительных органов. Фундамент и опоры станка должны обладать виброизоляционными свойствами, чтобы на станок не передавались колебания извне и чтобы был минимальным уровень колебаний от внутренних возмущений. Рисунок 1 – Фундаменты под станки: а – пол цеха (общая плита), б – ленточный (поперечное сечение плиты), в – обычный, г – свайный, д – на резиновых ковриках, е – на пружинах Основные виды фундаментов для станков показаны на рис. 1. Фундаменты выполняют из кирпича, бетона, бутобетона, железобетона (бетона, армированного стальной сеткой). Фундаменты на естественном основании обладают виброизоляционными свойствами, особенно если боковые грани выполнены свободными (без засыпки). Станок размещают на фундаменте по чертежу, который имеется в руководстве по эксплуатации станка. Фундамент предварительно рассчитывают, определяя его высоту и площадь основания. Станки нормальной точности массой до 2 т и достаточно жесткой станиной (при отношении ее длины к высоте не более 2) устанавливают непосредственно на бетонный пол или бетонные плиты площадью 4 x 4 м и толщиной до 300 мм и закрепляют фундаментными болтами. Прецизионные станки устанавливают на отдельных фундаментах, которые выполняют в виде монолитных бетонных блоков высотой 0,5...0,6 м для станков массой до 10 т и 1...1,5 м для станков свыше 10 т. В этом случае выполняют проверку фундамента по среднему давлению ), где обрабатываемой заготовкой, Н; допускаемое давление на грунт, Па. - вес фундамента и станка - площадь фундамента, м2; с - Специальные станки, объединенные в линию, можно устанавливать на бетонных плитах шириной 1,5…3 м и длиной до 6 м. На бетонный пол толщиной не менее 150 мм можно устанавливать станки массой до 10...15 т с жесткими станинами. Одиночный фундамент выполняют с размерами в плане, соответствующими габариту опорной поверхности станины. Высоту бетонного фундамента выбирают по формуле , где - длина фундамента; для токарных и горизонтально-протяжных станков; для продольно-строгальных, продольно-фрезерных и расточных зуборезных, карусельных станков ; для шлифовальных ; для . Для многоцелевых станков и станков с ЧПУ величину следует увеличивать на 20 %. Для прецизионных станков высота фундаментного блока должна быть не менее 1 м, причем масса фундаментного блока в 2…3 раза и более должна превосходить массу станка. Среднее статическое давление фундамента на естественное основание должно соответствовать строительным нормам и правилам. Резонансную частоту собственных колебаний фундамента со станком определяют по формулам: в вертикальной плоскости , в горизонтальной плоскости , где - коэффициент упругого равномерного сжатия грунта Н/м3, 2 ускорение свободного падения, м/с . Если частота собственных колебаний фундамента превышает собственные колебания станка более чем на 40 %, то происходит ослабление колебаний; в противном случае колебания усиливаются, а при их равенстве наступает явление резонанса. При установке станка его положение регулируют с помощью подкладок, клиньев, опор и проверяют по уровню в продольном и поперечном направлениях. Точность установки регламентируется стандартом на соответствующие станки. Обычно допуск на горизонтальность составляет 0,01…0,02 мм на 1 м длины. После установки станки, как правило, закрепляют с помощью фундаментных (анкерных) болтов или посредством подливания цементного раствора под опорную поверхность станины. Конструкция опор должна обеспечивать удобство регулирования положения станка при его перемещении вверх или вниз, неизменность установки станка по горизонтали при регулировании в вертикальной плоскости, стопорение регулируемых элементов, самоустановку элементов опоры относительно станины, совпадение осей фундаментного болта и элемента, перемещающего станину. Рисунок 2 – Конструкция опор и фундаментных болтов Станину перемещают не только с помощью прокладок и клиньев, но также с помощью винта (рис. 2,а - в) или клинового механизма (рис.2,г,д). Клиновая опора упрощенной конструкции (рис. 2,г) не соответствует перечисленным требованиям. Клиновая опора повышенной жесткости и сложности (рис. 2,д) удовлетворяет всем указанным требованиям благодаря: двустороннему креплению винта в корпусной части; отсутствию соприкосновения между станиной и горизонтально движущимся клином; надежному самоторможению клинового соединения; наличию сферической шайбы, а также паза в середине опоры, через который можно пропустить фундаментный болт. Винтовые домкраты (рис. 2 г,д) подводят под станины, не требующие крепления, виброизолирующие опоры (рис. 2,б) прикреплены к станине, но свободно стоят на фундаменте. Винтовая пара (рис. 2,в) имеет высокую жесткость благодаря соосному расположению полого застопоренного регулировочного винта и фундаментного болта. Последний может быть съемным, чаще он имеет отгибы и заливается раствором (рис. 2,в), или связан с анкерной плитой (рис. 2,д,в). Установка станков бывает жесткой (без упругих элементов) и упругой (с виброизолирующими опорами или фундаментами). Упругие опоры (рис. 2,б) допустимы для станков средних размеров с жесткими станинами , не имеющих мощных внутренних источников возмущений. Такие опоры служат единственным средством виброизоляции станков, устанавливаемых на перекрытиях; они достаточно дешевы, их применение сокращает время установки станков. Первоначальный пуск. Подключить заземление станка к общей цеховой системе заземления, затем станок к электросети, причем напряжение сети должно соответствовать напряжению электрооборудования станка. Ознакомившись с назначением рукояток управления, проверяют вручную работу всех механизмов. Должны быть выполнены все относящиеся к пуску указания, изложенные в Руководстве по эксплуатации конкретной модели станка в разделах «Система смазки» и «Электрооборудование». При отсутствии давления в системе смазки и отсутствии масла в контрольных точках работа на станке недопустима. После подключения станка к сети проверяют работу электродвигателя (без подключения рабочих органов станка) и смазочную систему (по манометру). Только после этого можно опробовать работу всех механизмов станка на холостом ходу. При испытании оборудования на холостом ходу проверяют механизмы главного движения последовательно на всех режимах (частота вращения шпинделя, двойных ходов ползуна и др.). На максимальной скорости вращения шпинделя станок работает до 2 ч — до стабилизации температуры всех его механизмов, которая не должна быть выше указанной в технической документации: для подшипников качения — 80 °С, подшипников скольжения — 70 °С, других механизмов — 50 °С, для масла гидросистем — 60 °С. Во время испытаний станка непрерывно наблюдают за взаимодействием всех механизмов, безотказностью средств автоматики. Особое внимание уделяют проверке работы станочных узлов, подачи СОЖ, функционирования гидравлических и пневматических систем. Одновременно станок проверяют на плавность переключения и вращения маховиков, на отсутствие сильного шума, вибраций. После изготовления деталей-образцов проверяют их точность и шероховатость, результаты фиксируют в протоколах. Проверку геометрической точности и жесткости станков выполняют согласно техническим условиям, составленным в соответствии с действующими ГОСТами на данный тип испытываемого станка. Испытания станков Испытание и приемка станков после изготовления (а также после ремонта) проводятся в соответствии с техническими условиями, указанными в рабочей документации. Специально выделяются испытания станка на заводе-изготовителе и заводе-заказчике. Все испытания станка на соответствие нормам (точности, жесткости и др.) можно проводить только после выполнения требований, предъявляемых к первоначальному пуску станка. Основным видом испытаний серийных и новых станков являются приемочные испытания, включающие: 1. испытание станка на холостом ходу, проверку работы узлов и механизмов и проверку паспортных данных; 2. испытание станка в работе под нагрузкой (специальных станков также и на производительность); 3. проверку станка на геометрическую точность, точность изготовляемой детали и параметр шероховатости; 4. испытание станка на жесткость и виброустойчивость при обработке. Кроме указанных испытаний часть серийных станков подвергают выборочным испытаниям, в которые входят измерение КПД привода, проверка уровня шума, измерение статической и динамической жесткости всех основных узлов и механизмов, проверка мощности двигателей и т. д. Перед испытанием станок устанавливают на специальный фундамент на опоры или клинья с выверкой по уровню в продольном и поперечном направлениях. Точность установки на длине 1000 мм должна быть не менее 0,02…0,04 мм в продольном, и 0,03…0,05 мм в поперечном, направлениях. Испытания станка без нагрузки (на холостом ходу) В начале производят внешний осмотр станка, затем проверяют легкость и плавность перемещений механизмов от руки, допустимые величины нагрузок и мертвых ходов маховиков и рукояток управления. Затем станок испытывают последовательным включением всех частот вращения шпинделя, а также при всех величинах рабочих и ускоренных подач. При этом проверяют фактическое отклонение частот вращения на наибольшей скорости (станок должен непрерывно работать не менее 1,5...2 ч для установления постоянной температуры в подшипниках шпинделя). Проверяют работу электродвигателей, муфт, тормозов, механизмов зажима заготовки и инструмента, гидрооборудования, систем подачи СОЖ и смазки. Для привода главного движения определяют мощность холостого хода, измеряют температуру подшипниковых опор для шпиндельного узла (допускается нагрев подшипников качения до 70°С, скольжения до 60°С, для других механизмов до 50°С). Работа механизмов станка должна быть плавной, без толчков, повышенного шума, сотрясений, вызывающих вибрации. Уровень шума измеряют шумомером или фонометром. В зоне рабочего места уровень шума не должен превышать 70...80 дБ. Кнопки управления станком, пусковая аппаратура, устройства блокировки, рычаги переключения, должны работать без заедания и самопроизвольного смещения. Проверка геометрической точности. Точность формы и размеров, изготовляемых на станке деталей во многом, зависит от точности технологической системы. Точность станка должна соответствовать нормам стандартов. Для каждого типа станков установлено инструментальных проверок (ГОСТ 8 - 82Е). определенное число В испытания на точность входят измерение геометрической точности самого станка и измерение точности изготовленных на нем деталей. Используемые для измерений различные средства (уровни, индикаторы, микрометры и т.д.) должны отвечать по точности требованиям государственных стандартов. Проверка геометрической точности станка включает контроль: 1. точности изготовления отдельных элементов станка (станин, стоек, колонн, столов, суппортов); 2. точности вращения шпинделя; 3. геометрической формы посадочных поверхностей; 4. отклонений от плоскостности и прямолинейности направляющих поверхностей; 5. отклонений от прямолинейности перемещения столов, шпиндельных бабок, суппортов; точности ходовых винтов и т.д. Контролируют также точность относительного положения и движения элементов и сборочных единиц станка. Допустимые значения отклонений зависят от класса точности станка. Проверка точности изготовленных на станке деталей дает возможность определить точность станка в рабочем состоянии. Выбор образца для испытаний инструмента и режимов резания выполняют в соответствии с типом, размером и конструкцией испытываемого станка по соответствующим стандартам. Правила выполнения испытаний приводятся в паспорте станка. Испытание станка на жесткость. Жесткость станка это способность его несущих элементов сопротивляться действию нагрузок. Жесткость определяется величиной , Н/мм, где - действующая сила, - величина деформации, вызываемая этой силой. Она является одним из важнейших критериев работоспособности станка и определяет точность его работы в установившемся режиме. Чем выше жесткость станка, тем точнее получаются изготавливаемые на нем детали. Жесткость станков определяется как собственными деформациями его деталей, которые зависят от их материала, модуля упругости, площади сечения или момента инерции, так и контактными деформациями стыков, величина которых зависит от шероховатости сопрягаемых поверхностей, точности их геометрической формы, смазки и характера нагружения. На долю контактных деформаций в станке приходится 70…80 % упругих перемещений, приведенных к вершине режущего инструмента. Испытание станка на виброустойчнвость. При работе станка наблюдаются быстропротекающие колебательные процессы - вибрации. Они отрицательно влияют на точность и шероховатость обрабатываемой поверхности, уменьшают долговечность и ухудшают технологические возможности станка. Вибрации в станке возникают из-за: колебаний, вызываемых работающими рядом машинами; недостаточной жесткости станка и передач в его приводах: недостаточной уравновешенности вращающихся частей станка или вращающейся заготовки; прерывистого характера процесса резания. В станках имеют место различные виды колебаний. Свободные колебания возникают под действием кратковременной возмущающей силы, например, при пусковых и переходных процессах. Вынужденные колебания появляются под действием периодической силы, например, от моментов вращающихся частей станка. Автоколебания (незатухающие, самоподдерживающиеся) возникают при резании под действием периодической возмущающей силы резания при сдвиге слоев срезаемого материала. Параметрические колебания появляются при наличии какого-либо переменного параметра, например, переменной жесткости технологической системы, создающего эффект, подобно действию периодической возмущающей силы. Виброустойчивостъ станка оценивают посредством амплитудно-фазового частотного метода. Испытание станков на виброустойчивость выполняют также на основе срезания предельной стружки в зависимости от скорости резания. Предельная стружка - это наибольшая ширина среза, снимаемая с заготовки при обработке на станке без вибраций. Предельную стружку определят по характерному звуку во время резания, по сильной волнистости и зазубренности сходящей стружки, по следам на обработанной поверхности и другими способами. Паспортизация станков Основным техническим документом, который содержит все необходимые сведения о конструкции, кинематике и динамических характеристиках станка, является его паспорт, который состоит из ряда разделов. В разделе «Общие сведения о станке» помещают фотографию станка и указывают сведения о нем: тип, модель, завод-заготовитель, год выпуска, класс точности, масса, габаритные размеры, место установки. В разделе «Основные технические данные» приводят параметры станка, его приводов и механизмов, привода главного движения и подач, типы приводов, основные размеры исполнительных органов (ИО), расстояние между ними и предельные перемещения ИО, минимальные и максимальные размеры обрабатываемых заготовок, способы крепления инструментов и заготовок. В разделе «Привод» указывают характеристики электродвигателей, ремней, цепей, подшипников, муфт и т. д. В разделе «Кинематическая схема станка» приводят последнюю и дают спецификацию зубчатых и червячных колес, червяков, ходовых винтов, а также все данные, необходимые для расчета перемещений в станке. В разделе «Механика станка» приводят частоты вращения шпинделей (мин1), числа двойных ходов ИО, передаваемые крутящие моменты и мощности, величины подач, наибольшие допустимые силы резания, КПД станка, КПД кинематических цепей, приводимых от каждого электродвигателя. Паспорт содержит также разделы: 1. 2. 3. 4. 5. 6. «Гидравлические механизмы», «Изменения в станке», «Дата капитального ремонта», «Принадлежности и приспособления», «Таблицы настройки», «Схема управления». Производственная эксплуатация и обслуживание станков На универсальных станах настройку режимов резания производит станочник непосредственно перед обработкой или во время обработки, устанавливая рукоятками частоту вращения шпинделя, подачу и глубину резания. На специальных и специализированных станках режим резания устанавливается заранее (согласно карте наладки), путем установки сменных колес в цепях главного движения и подач. Наладку завершают регулировкой инструмента на размер и пробными работами. На большинстве станков при механической обработке на направляющих станины и суппортов образуется мелкая пылевидная стружка, которая оседает на оборудовании, поэтому после каждой смены предусматривается 10…15 мин на уборку. За это время рабочий станочник обязан тщательно очистить оборудование от стружки и грязи. Направляющие необходимо тщательно протереть от охлаждающей жидкости и смазать тонким слоем масла. Доставку масел, долив в резервуар, замену отработанных масел и периодическое смазывание производят по графику. Ежедневное смазывание оборудования и контроль за состоянием системы подачи СОЖ выполняет станочник. При работе оборудования необходимо также периодически проверять качество изготавливаемых деталей. При ухудшении качества, которое контролируется станочником, он должен произвести подналадку оборудования, отрегулировать механизмы станка. Уход за станками и их обслуживание включает чистку и смазывание, осмотр и контроль состояния механизмов и деталей станков и остастки, гидросистемы, системы смазывание и подачи СОЖ, регулировку и устранение мелких неисправностей. При эксплуатации автоматизированных станков применяют смешанную форму обслуживания: наладку станка проводит наладчик, а подналадку - станочник. При этом в функции станочника входят: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. приемка заготовок и их установка, снятие готовых деталей, оперативное управление, периодический контроль деталей, смена или регулировка режущего инструмента, регулирование подачи СОЖ, контроль за удалением стружки и др. Уход за гидросистемой оборудования предусматривает контроль температуры масла в баке, которая не должна превышать +50° С. Первую замену масла в гидросистеме, как правило, производят через 0,5…1 месяц работы, чтобы удалить продукты приработки механизмов. В дальнейшем замену масла производят через 4…6 месяцев. Необходимо систематически контролировать и поддерживать уровень масла, следить за состоянием трубопроводов (во избежании утечки масла и попадания воздуха в гидросистему), регулярно чистить фильтры. Уход за электрооборудованием включает в себя ежемесячную очистку аппаратов от грязи и пыли, подтягивание резьбовых соединений, контроль плавности перемещений и надежности возврата подвижных частей электроаппаратов в исходное положение. Периодически смазывают приводы аппаратов тонким слоем смазочного материала, не допуская попадания его на контакты. Раз в полгода меняют полярность рабочих контактов у кнопок и выключателей, работающих в цепях постоянного тока, проверяют состояние контактов. При появлении пригара или капель металла на поверхностях контактов их слегка зачищают бархатным надфилем. Особенности эксплуатации станков обязательно указывают в инструкциях. Соблюдение инструкции обеспечит длительную, бесперебойную работу оборудования. Смазывающе-охлаждающие жидкости Большое практическое значение смазывающе-охлаждающих жидкостей установлено многолетними применениями их и обширными исследованиями. Исследованиями установлено, что применение жидкостей уменьшает внешнее трение; отводит тепло, охлаждая инструмент, заготовку и стружку; оказывает смазывающее действие, способствуя улучшению качества поверхности, и благодаря проникновению в микротрещины срезаемого слоя оказывает расклинивающее действие и снижает работу пластических деформаций. Это приводит к снижению силы резания металла, к увеличению срока работы инструмента и к улучшению качества обработанной поверхности. Хорошими охлаждающими свойствами обладает вода, но она вызывает коррозию частей станка и обрабатываемых заготовок, поэтому к ней добавляют кальцинированную соду, зеленое мыло и минеральные масла, образующие охлаждающую эмульсию. В качестве смазывающих жидкостей применяют минеральное или растительное масло либо их смеси. Хорошее смазывающе-охлаждающее действие оказывают осерненные растительноминеральные масла, называемые сульфофрезолами. Количество жидкости для охлаждения должно подаваться не менее 8 — 12 л/мин, при шлифовании до 30 л/мин. Недостаточное количество подаваемой жидкости не может отвести тепло, кроме того, это же обстоятельство является причиной появления трещин режущего лезвия (особенно при работе инструментом с пластиной твердого сплава). При глубоком сверлении для вымывания стружки из отверстия масло подается под давлением 10 — 50 атм. Охлаждающую жидкость подают обычно на срезаемый слой, но подают ее и под давлением через узкое сопло в зону резания, как показано на рис. 6. Рис. 6. Способы подвода охлаждающей жидкости при точении. При обработке чугуна и других хрупких материалов охлаждение не применяют, так как при этом срок службы инструмента увеличивается мало, а появляющаяся мелкая стружка вследствие абразивных свойств вызывает усиленный износ подвижных частей станка и приводит к загрязнению рабочего места. Кроме того, забиваются фильтры насоса, что приводит к необходимости их очистки и, следовательно, к остановке станка. При обработке хрупких металлов в качестве охлаждения рационально применять обдувку инструмента сжатым воздухом, но при этом необходимо удаление осыпающейся мелкой стружки. Литература 1. 2. 3. 4. 5. Мухин, А. В. Производство деталей металлорежущих станков [Текст] : учеб.пособие / А.В.Мухин, О.В.Спиридонов, А.Г.Схиртладзе, Г.А.Харламов. - 2-е изд. - М. : Машиностроение, 2003. - 559 с. Кочергин, А. И. Конструирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов [Текст] : курсовое проектирование: Учеб.пособие / А. И. Кочергин. - Минск : Вышэйш.шк., 1991. - 381 с. Киреев Г.И. Проектирование приводов главного движения металлорежущих станков: Методические указания. - Ульяновск: УлГТУ, 2007. - 46 с.- Единое окно доступа к образовательным ресурсам (http://window.edu.ru/resource/209/45209) Кирилин Ю.В. Расчет и проектирование базовых деталей и несущей системы металлорежущих станков: Учебное пособие. - Ульяновск: УлГТУ, 2009. - 76 с.- Единое окно доступа к образовательным ресурсам (http://window.edu.ru/resource/162/65162) Шестернинов А.В. Конструирование шпиндельных узлов металлорежущих станков: Учебное пособие. - Ульяновск: УлГТУ, 2006. 86 с. .- Единое окно доступа к образовательным ресурсам (http://window.edu.ru/resource/247/26247)