Металлорежущий станок могут быть с ручным управлением (загрузка и установка заготовок, пуск, переключение режима обработки, холостые движения, снятие изделия — вручную), а также иметь различную степень автоматизации: полуавтоматы (установка заготовок, пуск, снятие изделия — вручную, остальные движения цикла обработки — автоматически), автоматы (все рабочие и холостые движения производятся автоматически, человек осуществляет контроль за циклом работы); могут составлять автоматические линии (группа автоматов, объединённая системой транспортировки заготовок от одного к другому); иметь числовое программное управление (все рабочие и холостые движения обеспечиваются заранее закодированной программой, введённой в Металлорежущий станок и посылающей преобразованные импульсы на исполнительные и управляющие механизмы).

Классификация металлорежущих станков

  По точности различают 5 классов Металлорежущий станок: Н — нормальной точности (например, большинство универсальных Металлорежущий станок), П — повышенной точности (на базе Н), В — высокой точности, А — особо высокой точности (прецизионные), С — особо точные, или мастер-станки.

  По массе Металлорежущий станок бывают лёгкие (до 1 т), средние (до 10 т), тяжёлые (свыше 10 т), уникальные (свыше 100 т).

В зависимости от характера выполняемых работ и применяемого режущего инструмента в СССР принята единая система классификации и условного обозначения Металлорежущий станок (табл.), разработанная в ЭНИМС. Все Металлорежущий станок делятся на группы, которые, в свою очередь, разбиваются на типы. По этой классификации каждому Металлорежущий станок серийного производства присваивается шифр (индекс), который образуется, как правило, числом из 3 или 4 цифр; первая цифра указывает группу, вторая — тип, третья и четвёртая характеризуют важнейшие размеры Металлорежущий станок или обрабатываемого на нём изделия. Например, шифр 2150 обозначает вертикально-сверлильный станок с максимальным диаметром сверления 50 мм. После модернизации Металлорежущий станок в его шифр за первой цифрой добавляется какая-либо буква. Например, шифр 1К62 обозначает модернизированный токарно-винторезный станок с высотой центров 200 мм. Модификация (видоизменение) базовой модели обозначается введением какой-либо буквы в конце шифра. Например, 6Н12К обозначает модификацию модернизированного консольного вертикально-фрезерного станка. Описание типов станков см. в статьях: Зубообрабатывающий станок,Карусельный станок, Токарный станок, Сверлильный станок, Фрезерный станок, Шлифовальный станок.

Кинематика М. с. При обработке на Металлорежущий станок очертания, форма деталей (производящие линии) образуется в результате согласованных между собой вращательных и прямолинейных движений заготовки и режущей кромки металлорежущего инструмента. Эти движения, называемые рабочими, могут быть простыми и сложными. В Металлорежущий станок используются 4 метода получения производящих линий: копирование, огибание (обкатка), методы следа и касания. При копировании форма режущей кромки инструмента совпадает с формой производящей линии (рис. 1, а, б); при огибании производящая линия возникает в форме огибающей ряда последовательных положений режущей кромки инструмента, движущегося относительно заготовки (рис. 1, б); при методе следа производящая линия образуется как след движения точки режущей кромки инструмента (рис. 1, г, д), при методе касания производящая линия является касательной к ряду геометрических вспомогательных линий, образованных реальной точкой (вершиной) движущейся режущей кромки инструмента (рис. 1, е).

  Рабочие движения в Металлорежущий станок — главное движение и движение подачи. Главное движение, происходящее в направлении вектора скорости резания, обеспечивает отделение стружки от заготовки, а движение подачи — последовательное внедрение инструмента в заготовку, «захват» новых, ещё не обработанных участков. Главное движение в зависимости от типа Металлорежущий станок может совершаться как заготовкой (токарные, продольно-строгальные и др. станки), так и инструментом (сверлильные, поперечно-строгальные, долбёжные, протяжные, фрезерные, шлифовальные и др. станки); это движение может быть вращательным (токарные, сверлильные, фрезерные, шлифовальные и др. Металлорежущий станок) или поступательным (строгальные, долбёжные, протяжные и др. Металлорежущий станок). Помимо рабочих движений, на Металлорежущий станок совершаются также установочные и делительные движения, которые не используются в процессе обработки резанием, однако необходимы для осуществления полного технологического цикла. Все движения в Металлорежущий станок обеспечивают соответствующие механизмы, в которые входят различные передачи: ремённые, зубчатые, червячные, реечные, винтовые, кулачковые, фрикционные и др. Эти передачи сочленяются между собой в определённой последовательности и образуют кинематические цепи, совокупность которых составляет кинематическую схему Металлорежущий станок При этом пользуются условными обозначениями элементов и механизмов Металлорежущий станок по ГОСТ 3462—61. На кинематических схемах указываются диаметры шкивов (D₁, D₂ и т.д.), числа зубьев зубчатых и червячных колёс (z₁, z₂ и т.д.), шаги винтов, заходности червяков и винтов, модули (т) некоторых зубчатых колёс (обычно находящихся в зацеплении с рейками), передаточные отношения плеч рычагов, характеристики звеньев настройки и др.

  Для станков с вращательным главным рабочим движением скорость резания определяется по формуле:

где D — максимальный диаметр обработки (или максимальный диаметр инструмента) в мм; n — число оборотов шпинделя в минуту. Для конкретного Металлорежущий станок диаметр заготовки (инструмента) может быть различным, может производиться также обработка заготовок из различных материалов и режущими инструментами с режущей частью из разных инструментальных материалов (что приводит к выбору соответствующих допускаемых скоростей резания). Привод главного движения должен обеспечивать поэтому регулирование числа оборотов шпинделя. Существует бесступенчатое и ступенчатое регулирование. В первом случае в определённом интервале можно за счёт фрикционного, гидравлического или электрического привода получить любое значение n. Во втором случае имеется определённый конечный ряд различных n. Это обеспечивается за счёт использования коробок скоростей с переключающимися зубчатыми колёсами. Для такого ряда рус. учёным А. В. Гадолиным в 1876 разработана и обоснована теория построения рядов чисел оборотов по закону геометрической прогрессии. При такой закономерности потери в устанавливаемых скоростях резания будут минимальными, а эксплуатационные свойства станка наилучшими. По этому закону все числа оборотов шпинделя станка в минуту от начального (миним.) n₁ = n_мин до конечного (макс.) n_z= n_макс образуют геометрический ряд, в котором знаменатель геометрической прогрессии j определяется по формуле:

где D диапазон регулирования числа оборотов шпинделя в 1 мин, z — количество ступеней регулирования. В станкостроении СССР значения j и соответствующие им перепады скоростей А стандартизированы:

Примечание. Во втором ряду указаны допускаемые округления.

  Основной показатель любой кинематической цепи — общее передаточное отношение:

где n_k и n_н — числа оборотов соответственно конечного и начального звеньев в об/мин; U₁, U₂, U₃ — передаточные отношения отдельных пар кинематической цепи. Значение U_oбщ позволяет определить значения конечных перемещении звеньев, связанных кинематической цепью, т. е. заготовки и режущего инструмента. Соответствующие функциональные связи называют уравнениями кинематического баланса. Эти уравнения в 20—30-е гг. 20 в. выведены советским учёным Г. М. Головиным, предложившим единые формулы настройки для всех станков.

  Для вращающихся конечных звеньев уравнение кинематического баланса: n_k = n_н · U_oбщ; для вращающегося начального звена и поступательно-движущегося конечного: n_н · U_oбщ · Н = s_mмм/мин, 1об · U_oбщ · Н = sмм/об, где Н — величина хода кинематической пары, преобразующей вращательное движение в прямолинейное, равная перемещению прямолинейно движущегося звена за один оборот вращающегося звена (для токарного, сверлильного, фрезерного и др. станков).

  Для Металлорежущий станок с прямолинейным главным движением (строгальный, долбёжный, протяжный и др.) различаются рабочий ход, в течение которого происходит резание, и холостой (обратный) ход, в течение которого движущиеся части станка возвращаются в исходное положение. Скорость холостого хода V_x = V_p · X, где V_p — скорость рабочего хода; Х = 1,5... 2,5 — коэффициент, выбираемый в зависимости от типоразмера станка.

  Рабочий и холостой ходы составляют двойной ход. Время двойного хода:

где L — длина хода (в мм). Число двойных ходов (в 1 мин):

  Для токарного станка с простой кинематической схемой ступенчатого главного привода (рис. 2), согласно уравнению кинематического баланса, возможны следующие варианты числа оборотов шпинделя в 1 мин:

т. е. возможно 12 вариантов (h — коэффициент, учитывающий проскальзывание в ремённой передаче).

  Для облегчения кинематических расчётов коробок скоростей применяется графоаналитический метод. Зависимость чисел оборотов и передаточных отношений изображается в виде графиков и структурных сеток.

  Конструктивные особенности Металлорежущий станок Все кинематические цепи и рабочие органы Металлорежущий станок выполняются в виде конструктивных узлов (механизмов), состоящих из различных деталей. Узлы и детали Металлорежущий станок можно разделить на 2 группы. Группа несущей и направляющей системы обеспечивает правильное направление прямолинейных и круговых перемещений узлов с изделиями и с режущими инструментами. К ней относятся станины и основания; детали и узлы для поддержания и обеспечения прямолинейных перемещений изделий (консоли, салазки столов, столы); детали и узлы для поддержания и обеспечения прямолинейных и качательных перемещении режущих инструментов (суппорты, салазки и поперечины суппортов, револьверные головки); детали и узлы для обеспечения вращения изделий и режущих инструментов (шпиндели, опоры шпинделей, планшайбы, вращающиеся колонны, задние бабки); детали и узлы для поддержания и направления вращающихся деталей Металлорежущий станок (корпуса коробок скоростей, коробок подач и шпиндельных бабок). Группа привода и управления осуществляет формообразование деталей и движения управления. К ней относятся механизмы главного движения, движения подачи и делительных движений; механизмы вспомогательных движений (транспортирующих, зажимных, установочных, стружкоотводящих); механизмы управления (пуском и остановом, скоростью и реверсированием равномерных движений), копировальные, программные, адаптивные, самоподстраивающпеся системы. Конструктивные компоновки Металлорежущий станок различных типов могут быть самыми различными в соответствии с рассмотренной ранее классификацией (рис. 3, а—т).

  В развитии конструкций узлов Металлорежущий станок существуют следующие тенденции: оптимальное использование возможностей механических, электрических и гидравлических приводов и их сочетаний; разработка прецизионных узлов и механизмов; уменьшение трения в узлах станков; применение средств управления и автоматизации; обеспечение высокой статической и динамической жесткости; повышение долговечности за счёт выбора оптимальных материалов и методов упрочнения деталей; применение унификации, нормализации, стандартизации и агрегатирования.

  Надёжность Металлорежущий станок Надёжность Металлорежущий станок — его свойство выполнять заданные функции, т. е. обрабатывать изделия с сохранением в необходимых пределах эксплуатационных показателей, главным образом точности и производительности, в течение требуемого промежутка времени (наработки). Надёжность Металлорежущий станок определяется его безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью.

  На надёжность Металлорежущий станок прежде всего влияют режимы и методы обработки, которые предопределяют точность и качество обработанных поверхностей, а следовательно, эксплуатационные характеристики изделий. Повышение надёжности Металлорежущий станок обеспечивается увеличением точности изготовления Металлорежущий станок; созданием специальных устройств для повышения точности обработки; применением систем автоматического регулирования для восстановления точности, снижающейся от действия процессов, протекающих с различной скоростью, т. е. создание Металлорежущий станок с автоматической подналадкой режимов обработки. Системы автоматического регулирования — наиболее современный способ создания Металлорежущий станок с высокой надёжностью. Автоматическое регулирование может быть простым по заданной программе; прямым с учётом факторов, вызывающих отклонение от программы; по замкнутому циклу с обратной связью. Последний способ приводит к созданию адаптивных саморегулирующихся (самоподстраивающихся) систем, дающих наибольшую надёжность Металлорежущий станок Адаптивные системы управления Металлорежущий станок разделяются на следующие группы: стабилизирующие контролируемые параметры резания; самоизменяющие управляющую программу; компенсирующие динамические и температурные деформации системы СПИД (станок — приспособление — инструмент — деталь); оптимизирующие режимы обработки по точности и производительности. Использование адаптивных систем управления Металлорежущий станок обеспечивает снижение (и даже исключение) отказов из-за перегрузок, уменьшение зависимости результата обработки от рабочего, упрощение программирования обработки, автоматический контроль получаемых размеров деталей, повышение экономичности обработки, облегчение освоения новых методов обработки.

  Металлорежущий станок с числовым программным управлением. Числовое программное управление (ЧПУ) Металлорежущий станок экономически выгодно в серийном производстве, где происходит сравнительно частая смена обрабатываемых изделий, а также при производстве крупногабаритных деталей и деталей с криволинейными профилями и поверхностями. ЧПУ позволяет автоматизировать процессы подготовки производства и обработки, быстро производить переналадку станка. В Металлорежущий станок с ЧПУ информация о необходимых перемещениях режущих инструментов относительно заготовки сообщается механизмам управления Металлорежущий станок в виде закодированной программы, представляющей собой условную систему числовых обозначений. Эта программа вводится в считывающее устройство Металлорежущий станок, которое преобразует её в соответствующие командные импульсы (электрические сигналы), а они при помощи механизмов управления передаются на исполнительные органы Металлорежущий станок (суппорты, салазки, столы и т.п.). Все действия, выполняемые узлами Металлорежущий станок по сигналам системы ЧПУ, разделяются на две группы: включения и выключения для изменения режимов резания, смены действующих режущих инструментов и т.п.; перемещения исполнительных органов.

  Системы ЧПУ, применяемые в Металлорежущий станок, классифицируются: по назначению — для позиционного, ступенчатого и функционального управления; по числу потоков информации — разомкнутые, замкнутые и самонастраивающиеся; по виду программоносителя — внутренние (панели с переключателями, штеккерные и кнопочные панели и др.) и внешние (перфорированные карты и ленты, магнитные ленты, киноленты и др.); по принципу ограничения перемещений исполнительных органов — импульсные, аналоговые, путевые, временные, на схемах совпадения; по физическому принципу контроля перемещений исполнительных органов — с механическими, оптическими, электрическими и смешанными измерительными устройствами. Применяется также цикловая система программного управления, при которой программируются (полностью или частично) цикл работы Металлорежущий станок, режимы обработки и смена инструмента.

  На надёжность Металлорежущий станок прежде всего влияют режимы и методы обработки, которые предопределяют точность и качество обработанных поверхностей, а следовательно, эксплуатационные характеристики изделий. Повышение надёжности Металлорежущий станок обеспечивается увеличением точности изготовления Металлорежущий станок; созданием специальных устройств для повышения точности обработки; применением систем автоматического регулирования для восстановления точности, снижающейся от действия процессов, протекающих с различной скоростью, т. е. создание Металлорежущий станок с автоматической подналадкой режимов обработки. Системы автоматического регулирования — наиболее современный способ создания Металлорежущий станок с высокой надёжностью. Автоматическое регулирование может быть простым по заданной программе; прямым с учётом факторов, вызывающих отклонение от программы; по замкнутому циклу с обратной связью. Последний способ приводит к созданию адаптивных саморегулирующихся (самоподстраивающихся) систем, дающих наибольшую надёжность Металлорежущий станок Адаптивные системы управления Металлорежущий станок разделяются на следующие группы: стабилизирующие контролируемые параметры резания; самоизменяющие управляющую программу; компенсирующие динамические и температурные деформации системы СПИД (станок — приспособление — инструмент — деталь); оптимизирующие режимы обработки по точности и производительности. Использование адаптивных систем управления Металлорежущий станок обеспечивает снижение (и даже исключение) отказов из-за перегрузок, уменьшение зависимости результата обработки от рабочего, упрощение программирования обработки, автоматический контроль получаемых размеров деталей, повышение экономичности обработки, облегчение освоения новых методов обработки.

  Металлорежущий станок с числовым программным управлением. Числовое программное управление (ЧПУ) Металлорежущий станок экономически выгодно в серийном производстве, где происходит сравнительно частая смена обрабатываемых изделий, а также при производстве крупногабаритных деталей и деталей с криволинейными профилями и поверхностями. ЧПУ позволяет автоматизировать процессы подготовки производства и обработки, быстро производить переналадку станка. В Металлорежущий станок с ЧПУ информация о необходимых перемещениях режущих инструментов относительно заготовки сообщается механизмам управления Металлорежущий станок в виде закодированной программы, представляющей собой условную систему числовых обозначений. Эта программа вводится в считывающее устройство Металлорежущий станок, которое преобразует её в соответствующие командные импульсы (электрические сигналы), а они при помощи механизмов управления передаются на исполнительные органы Металлорежущий станок (суппорты, салазки, столы и т.п.). Все действия, выполняемые узлами Металлорежущий станок по сигналам системы ЧПУ, разделяются на две группы: включения и выключения для изменения режимов резания, смены действующих режущих инструментов и т.п.; перемещения исполнительных органов.

  Системы ЧПУ, применяемые в Металлорежущий станок, классифицируются: по назначению — для позиционного, ступенчатого и функционального управления; по числу потоков информации — разомкнутые, замкнутые и самонастраивающиеся; по виду программоносителя — внутренние (панели с переключателями, штеккерные и кнопочные панели и др.) и внешние (перфорированные карты и ленты, магнитные ленты, киноленты и др.); по принципу ограничения перемещений исполнительных органов — импульсные, аналоговые, путевые, временные, на схемах совпадения; по физическому принципу контроля перемещений исполнительных органов — с механическими, оптическими, электрическими и смешанными измерительными устройствами. Применяется также цикловая система программного управления, при которой программируются (полностью или частично) цикл работы Металлорежущий станок, режимы обработки и смена инструмента.

  Системы ЧПУ Металлорежущий станок состоят обычно из следующих основных автоматических элементов (рис. 4): устройство для ввода программы — «читает» программу и преобразовывает её в сигналы управления; промежуточная «память» — «запоминает» и в течение необходимого времени хранит полученные сигналы управления; сравнивающее устройство (узел активного контроля) — при помощи системы обратной связи сопоставляет перемещения, заданные программой и фактически реализованные Металлорежущий станок (при обнаружении разницы вырабатывает дополнительный сигнал для исправления ошибки); исполнительный механизм, который реализует через соответствующие приводы (гидроцилиндры, винтовые пары, шаговые двигатели и др.) полученные сигналы управления в необходимые перемещения исполнительных органов Металлорежущий станок

  Лит.: Машиностроение. Энциклопедический справочник, т. 9, М., 1949; Шувалов Ю. А., Веденский В. А., Металлорежущие станки, 2 изд., М., 1959; 3агорский Ф. Н., Очерки по истории металлорежущих станков до середины XIX века, М. — Л., 1960; Металлорежущие станки, под ред. Н. С. Ачеркана, т. 1—2, М., 1965; Агурский М. С., Вульфсон И. А., Ратмиров В. А., Числовое программное управление станками, М., 1966; Шаумян Г. А., Кузнецов М. М., Волчкевич Л. И., Автоматизация производственных процессов, М., 1967; Резание конструкционных материалов, режущие инструменты и станки, М., 1967; Проников А. С., Расчёт и конструирование металлорежущих станков, 2 изд., М., 1967; Кучер И. М., Металлорежущие станки, 2 изд., Л., 1969; Самоподнастраивающиеся станки, [Сб. ст.1, под ред. Б. С. Балакшина, 3 изд., М., 1970; Налчан А. Г. (сост.), Металлорежущие станки, М., 1970; Металлорежущие станки, М., 1970; Ратмиров В. А., Сиротенко А. П., Гаевский Ю. С., Самонастраивающиеся системы управления станками, М., 1971; Технологическая надёжность станков, М., 1971; Детали и механизмы металлорежущих станков, под ред. Д. Н. Решетова, т. 1—2, М., 1972.

  Д. Л. Юдин.