книги из ГПНТБ / Маталин, А. А. Многооперационные станки

А. А. МАТАЛИН, Т. Б. ДАШЕВСКИИ,

[И. и. княжицкии

МНОГООПЕРАЦИОННЫЕ

С Т А Н К И

Москва - «МАШИНОСТРОЕНИЕ» • 1974

мзз

УДК 621.9.06— Ш -5 2 9

Маталин А. А., Дашевский Т. Б., Княжицкий И. И. Мпогооперационные станки. М., «Машиностроение», 1974, 320 с.

В книге описаны конструкции мнсгооперацнонных станков, рас­ смотрены их технологические возможности, а также показано их принципиальное отличие от универсальных и специальных стан­ ков. Приведены особенности проектирования технологических процессов обработки корпусных деталей на многооперацнонных станках, изложены принципы и способы кодирования технологи­ ческих процессов, описаны программоносители, системы и устрой­ ства числового программного управления. Даны практические

применения на машиностроительных заводах.

Книга предназначена для ннженеров-конструкторов и техноло­ гов машиностроительных заводов.

B. С. КОРСАКОВ, заслуженный деятель науки и техники РСФСР

3134— 139

139-73

038(01)—73

© Издательство «Машиностроение», 1974 г.

ВВЕДЕНИЕ

Девятым пятилетним планом развития народного хозяйства

СССР предусматривается значительное увеличение выпуска продукции машиностроения и металлообработки при росте про­ изводительности труда. Этот план может быть выполнен при ус­ ловии проведения широкой автоматизации производства. Одна­ ко обычные методы автоматизации, успешно применяемые на предприятиях массового производства, основанные на создании автоматических линий и станков-автоматов с жестким програм­ моносителем, не могут быть в полной мере применены на пред­ приятиях серийного производства, дающих 3/4 продукции маши­

чить опережающий рост производства металлообрабатывающих станков с числовым программным управлением, увеличив вы­ пуск их за пятилетие не менее чем в 3,5 раза. Поэтому особое значение приобретает задача создания наиболее совершенных конструкций современных станков с числовым программным управлением, организация их серийного выпуска и полное ис­ пользование их технологических возможностей на производстве. Начался выпуск новой разновидности металлорежущего обору­ дования, получившего в нашей стране наименование «многоопе­ рационные станки».

Под многооперационным станком будем понимать автомати­ зированный станок с числовым программным управлением (ЧПУ) с высокой степенью интеграции операций, т. е. станок, обеспечивающий выполнение большой номенклатуры технологи­ ческих операций без перебазирования изделий и с автоматичес­ кой сменой инструмента. Иногда такие станки называют много­ целевыми станками, машинными центрами или обрабатывающи­ ми центрами.

По своему назначению многооперационные станки можно разделить на станки для обработки изделий типа корпусных де-

3

талей и станки для обработки изделий типа тел вращения. Мно­ гооперационные станки для корпусных деталей в дополнение к крестовым столам часто оборудуются для крепления заготовок еще и поворотными столами, работающими также от ЧПУ. На­ стоящая книга посвящена только многооперационным станкам для обработки корпусных деталей.

Мпогооперационный станок снабжен специальным инстру­ ментальным магазином, осуществляющим автоматическую сме­ ну режущего инструмента. С помощью программного управления на этих станках осуществляются автоматические перемещения заготовки вдоль трех координатных осей и ее вращение вокруг вертикальной оси поворотного стола. В ряде случаев эти станки снабжаются глобусным столом, имеющим не только вертикаль­ ную, но и горизонтальную ось вращения, что делает возможным осуществлять обработку сложных корпусных деталей с разных сторон при одном их закреплении. Некоторые конструкции мно­ гооперационных станков допускают изменение положения шпин­ деля в соответствии с заданной программой: горизонтально, вер­ тикально и наклонно или под любым углом наклона, требуемым чертежом детали.

Программное управление станка обеспечивает необходимое изменение скорости вращения шпинделя, величины рабочей по­ дачи и скоростей холостых перемещений, а также включение и выключение других устройств станка.

Режущий инструмент помещается в револьверных головках или специальных инструментальных магазинах большой емкости (до 138 инструментов), что делает возможным в соответствии с принятой программой автоматически устанавливать в шпинде­ ле станка практически любой инструмент, требуемый для обра­ ботки соответствующей поверхности детали. Такая смена инстру­ мента станка производится в течение 3—5 с. На некоторых станках, вместо смены инструмента в рабочем шпинделе, осуще­ ствляется замена самих шпинделей совместно с вставленными в них инструментами.

На многооперационных станках могут осуществляться почти все процессы обработки резанием: сверление, зенкерование, раз­ вертывание, растачивание, нарезание резьбы, фрезерование плоскостей и сложных контуров.

Числовое программное управление всеми движениями стан­ ка и поворотным столом, а также автоматическая смена боль­ шого числа режущих инструментов обеспечивают в некоторых моделях многооперационных станков получение до 500 000 раз­ личных положений инструмента относительно обрабатываемой детали. Это позволяет осуществлять обработку сложных корпус­ ных деталей с одного закрепления со всех сторон, по всем по­ верхностям деталей, кроме базовых, по которым производится установка и закрепление заготовок.

4

Несмотря на разнообразие форм, размеров и требуемой точ­ ности различных поверхностей, их обработка ведется на много­ операционных станках, как правило, окончательно. Исключением являются лишь некоторые доводочные операции (например, хо­ нингование отверстий в блоках цилиндров), которые обычно выполняют на специальных станках.

Многооперационные станки обычно имеют один шпиндель или револьверные шпиндельные головки, шпиндели которых ра­ ботают поочередно. Существуют конструкции станков, имеющие головки с двумя шпинделями, индексируемыми при смене ин­ струментов. Замена инструмента в одном из шпинделей произво­ дится во время работы другого шпинделя, что сокращает потерю времени на смену инструмента до 2—3 с. В некоторых конструк­ циях многооперационных станков имеется два различных шпин­ деля— один для тяжелых работ (обычно для фрезерования) и один для легких и более точных работ. Однако во всех случаях обработка различных поверхностей деталей ведется последова­ тельно, одним инструментом, сменяемым в соответствии с уста­ новленной программой.

Вотличие от обычных многошпиндельных станков-автоматов

иавтоматических линий, применяемых в массовом производстве, повышение производительности на многооперационных станках достигается не за счет совмещения технологических переходов и параллельной многоинструментной обработки многих поверхно­ стей, а вследствие резкого сокращения затрат вспомогательного

иподготовительно-заключительного времени и интенсификации режимов резания.

Автоматизация холостых перемещений и повышение их ско­ рости до 10—15 м/мин, автоматизация смены позиций заготовки на поворотном столе и смены режущего инструмента резко сокра­ щают затраты вспомогательного времени, повышают долю ма­ шинного времени в объеме времени обработки детали. В услови­ ях серийного и мелкосерийного производства доля машинного времени на прецизионных станках не превышает 18—20%. На станках с числовым программным управлением она увеличи­ вается до 50—60%, а на многооперационных станках достигает 80—90%. Простои станка под наладкой сокращаются в среднем на 80%.

инструмента до величины, достаточной для обработки наиболь­ ших по размерам поверхностей детали.

Стабильность размеров деталей, получаемых на многоопера­ ционных станках, позволяет сократить объем контрольных опе­ раций на 50—70%. В результате этого производительность изго­ товления деталей на таких станках в 4—10 раз превышает про­ изводительность обработки на универсальных станках. Один

5

многооперационный станок может заменить четыре универсаль­ ных станка и более.

Важнейшим преимуществом многооперационных станков пе­ ред другими автоматическими станками является простота их наладки и переналадки на изготовление деталей другой конст­ рукции и отсутствие необходимости создания сложной и дорого­ стоящей технологической оснастки (шаблонов, копиров, специ­ альных приспособлений и т. и.). Это создает необычайную гиб­ кость и мобильность производства, позволяющие применять многооперационные станки в условиях мелкосерийного и опыт­ ного производства.

Несмотря на относительно высокую стоимость этих станков, при правильном их использовании с полной загрузкой в две или три смены, они окупаются в течение 1—2 лет. Это объясняется значительной экономией затрат на технологическую оснастку, снижением брака, уменьшением количества потребных станков с соответствующим сокращением производственных площадей, уменьшением числа операций и общей длительности производст­ венного цикла, а следовательно, и сокращением объемов неза­ вершенного производства, складских и контрольных помещений и общим повышением оборачиваемости оборотных средств.

Создание многооперационных станков нельзя рассматривать как простое усовершенствование существующих металлорежу­ щих станков, повышающее степень их автоматизации и произво­ дительность. В этих станках выражен новый подход к построе­ нию технологического процесса обработки и новые принципы их конструирования.

До появления многооперационных станков металлорежущие станки создавались применительно к конкретному методу обра­ ботки, основанному на вполне определенном процессе резания (токарная, сверлильная, фрезерная, строгальная и другие виды обработки). Этот принцип сохранялся во всех конструкциях стан­ ков, будь то универсальные станки, станки с программным уп­ равлением, специальные станки и автоматы или автоматические линии. Поэтому технологические процессы строились из большо­ го числа операций, для выполнения которых технолог выбирал наиболее подходящие станки из числа выпускаемых станко­ строением. В отличие от этого многооперационные станки пред­ назначены для выполнения почти всех технологических опера­ ций, необходимых для обработки различных деталей (методов обработки), и отличаются не процессами резания, а лишь сте­ пенью сложности, точностью, размерами и технологическими возможностями.

Наиболее сложные и технически совершенные многоопераци­ онные станки пригодны для изготовления данной группы деталей любой конструкции "и любой степени сложности, однако их вы­ сокая стоимость делает нерентабельным их использование при производстве простых и дешевых деталей. Это заставляет кон­

6

структора перед разработкой новой конструкции многоопераци­ онного станка провести тщательный анализ технологии изготов­ ления предполагаемых изделий для установления узкой группы деталей, подлежащих обработке. Применительно к технологиче­ ским особенностям этой группы деталей устанавливаются основ­ ные параметры проектируемого станка и разрабатывается его конструкция. Только при таком подходе к созданию многоопера­ ционных станков могут быть достигнуты полное использование их технологических возможностей и рентабельность практиче­ ского использования.

Таким образом, вместо общепринятого прежде подбора дета­ лей и отдельных операций к существующим металлорежущим станкам сейчас производится проектирование станков, наиболее полно удовлетворяющих технологическим требованиям групп деталей, подлежащих обработке. При этом в значительной мере происходит слияние технологических и конструкторских задач, возникающих перед инженером-механиком при проектировании, изготовлении и эксплуатации многооперационных станков.

Конструктивное оформление отдельных узлов и агрегатов, входящих в многооперационные станки, во многих случаях впол­ не оригинально и не повторяет соответствующие узлы обычных металлорежущих станков (цепные и дисковые магазины для режущего инструмента, автооператоры для его смены, общая компоновка).

Применение многооперационных станков оказывает замет­ ное влияние на характер труда обслуживающего персонала. Высокая степень автоматизации этих станков сокращает потреб­ ность в труде высококвалифицированных операторов, облегчает их труд и существенно уменьшает объем тяжелых подъемно­ транспортных работ. Роль рабочего-оператора ограничивается наблюдением за действием механизмов и устройств одного или нескольких станков. При этом уменьшается доля физического труда и возрастает значение труда инженеров и техников по на­ ладке станков и их ремонту, по составлению программ, кодиро­ ванию и проектированию технологических процессов.

Преимущества многооперационных станков перед другими видами металлорежущего оборудования, включая и станки с программным управлением, обеспечили быстрое их развитие и значительное увеличение выпуска. По-видимому, в дальнейшем эти станки станут основной частью мирового станочного парка и будут составлять в его объеме не менее 35—40%.

Очень большие перспективы для дальнейшего повышения производительности и эффективности в мелкосерийном и серий­ ном производстве имеет создание гибких автоматических линий

исистем станков, состоящих из ряда многооперационных станков

истанков с программным управлением, связанных общей транс­ портной системой и управляемых ЭВМ. Реализация подобных систем для различных видов деталей показала их высокую эф­

7

Глава /

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ МНОГООПЕРАЦИОННЫХ СТАНКОВ

ИИХ КОМПОНОВОЧНЫЕ РЕШЕНИЯ

§1. ОСОБЕННОСТИ МНОГООПЕРАЦИОННЫХ СТАНКОВ

ИИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ

Развитие металлообработки, совершенствование конструк­ ции режущего инструмента, создание новых твердосплавных, зльборовых и алмазных режущих материалов привело к резко­ му повышению режимов обработки и снижению основного вре­ мени.

В целях интенсификации обработки на универсальных станках путем сокращения вспомогательного времени, они были оснащены числовым программным управлением; стремление к дальнейшему снижению основного и вспомогательного времени оказало влияние на улучшение конструктивного оформления станков, создание механизмов хранения, смены и зажима инстру­ ментов и устройств, обеспечивающих полную автоматизацию всего процесса обработки детали на одном станке. Высоко­ автоматизированные станки с программным управлением пред­ назначены для универсальной обработки разнообразных деталей.

При работе на многооперационных станках для сокращения машинного времени предусматриваются более высокие скорости резания и подачи, чем на универсальных станках; числа оборо­

существенным является сокращение вспомогательного времени. Для этого применяется автоматическое перемещение стола, са­

60—70 мм. Автоматическая смена инструмента выполняется за 5—6 с (включая время автоматического изменения числа оборо­ тов и подачи, связанное со сменой инструмента). При этом на станках предусматривается автоматическое управление перехо­ дом с ускоренного перемещения на замедленное при подходе к требуемой координате и возможность чередования быстрой и рабочей подачи перемещаемых органов станка. Применяется также автоматическое управление исполнением стандартных

9