Показатели технического уровня и надежности станков
Каждый станок имеет определенные выходные параметры. К ним относятся: производительность, точность, прочность, жесткость, виброустойчивость, стойкость к тепловым воздействиям, износостойкость, надежность, показатели качества, экономические и энергетические показатели. Все они, вместе взятые, характеризуют технический уровень станка.
Производительность. Это основной критерий количественной оценки станочного оборудования. Производительность станка характеризуется числом деталей, Технологическая производительность с уменьшением времени резания возрастает, чего нельзя сказать о фактической производительности. До некоторого момента значение Qф будет возрастать с увеличением технологической производительности. Но далее с ростом технологической производительности фактическая начнет падать. Это будет происходить, когда скорость резания станет выше рекомендуемой для обработки данного материала, так как станет увеличиваться значение tпр: быстрее будет затупляться режущий инструмент, чаще придется его заменять, а следовательно, переустанавливать и настраивать на размер. Технолог должен помнить об этом всегда и не форсировать режимы резания (т.е. параметры режима не должны превышать рекомендуемые значения), а для повышения производительности применять другие методы: многоинструментальную и многопозиционную обработку, совмещение процесса резания с загрузкой (выгрузкой) заготовок (обработанных деталей), как это имеет место на роторных автоматических линиях.
Прочность. Расчеты на прочность деталей, выполняемые при проектировании станков, осуществляют по величинам допускаемых напряжений, коэффициентам запаса прочности или вероятности безотказной работы. Расчеты по допускаемым напряжениям наиболее просты и удобны, их используют для станков массового производства, опыт эксплуатации которых значителен. Прочность деталей станков исключает аварийные ремонты из-за их поломки.
Точность. Для деталей машин понятие точности включает точность формы и размеров отдельных участков детали, а также точность взаимного положения этих участков.
Точность обработки характеризуется значениями допущенных при обработке погрешностей, т.е. отступлением размеров обработанной детали от заданных по чертежу. Погрешности обработки должны находиться в пределах допусков. Кроме того, необходимо при обработке заготовки получить заданную шероховатость поверхности,которая непосредственно зависит от метода обработки и режимов резания.
Точность обработки на станке будет в первую очередь зависеть от точности и шероховатости поверхностей деталей узлов станка. Однако при проектировании и изготовлении машин нужно учитывать и другие факторы, влияющие на ее точность.
Жесткость. Критерий жесткости в станках является одним из важнейших. Например, прецизионные станки проектируют значительно более массивными, чем другое технологическое оборудование для тех же нагрузок и мощности, так как их узлы будут более жесткими, а следовательно, под действием приложенных сил будут давать меньшие отжатия.
Жесткостью узла называется его способность сопротивляться появлению по осям координат упругих смещений под действием нагрузки. Жесткость, может быть определена как отношение силы, приложенной к узлу в заданном направлении, к упругому отжатию 5 этого узла.
Износостойкость. В результате постепенного изменения поверхностей трения при взаимодействии двух сопряженных деталей происходит их изнашивание, т.е. уменьшение размеров и изменение формы деталей. По статистике большинство деталей машин выходит из строя из-за износа. При изнашивании в миниатюре происходят пластические и упругие деформации, сдвиг, усталостные разрушения материала деталей.
Для большинства деталей наиболее характерен абразивный износ. Абразивные частицы, образующиеся при резании или царапании с отделением микростружки, попадая в смазочный материал или непосредственно на трущиеся поверхности, разрушают эти поверхности. Кроме того, при относительном перемещении двух поверхностей микровыступы испытывают переменные напряжения, вследствие чего в дальнейшем наступает усталостное разрушение. Появляются микротрещины, что также способствует отделению частиц материала. Для конкретных пар можно экспериментально определить значения к и в дальнейшем прогнозировать долговечность работы многих типовых деталей и узлов станков: направляющих скольжения, кулисных механизмов, дисков фрикционных муфт, ходовых винтов и гаек скольжения. Износ резко удорожает эксплуатацию машин в связи с необходимостью периодической проверки их технического состояния и ремонта, что связано с простоями и сокращением выпуска продукции.
Стойкость к тепловым воздействиям. Работа станка сопровождается тепловыделением, вызываемым процессом резания и трением в механизмах. В результате теплового воздействия возникают тепловые деформации, отрицательно влияющие на работоспособность станка. Так, понижается защитная способность масляного слоя в трущихся поверхностях и, следовательно, увеличивается их износ или происходит заедание; изменяются зазоры в подвижных соединениях; нарушается точность обработки, например в результате нагрева передней опоры шпинделя его ось может отклониться, что приведет к снижению точности.
Тепловые деформации узлов станка могут быть рассчитаны, если известны их температурные поля.
Виброустойчивость. Под виброустойчивостью понимают способность конструкций работать в заданном диапазоне режимов обработки без недопустимых колебаний отдельных узлов и станка в целом. В связи с увеличением скоростей резания и быстрых ходов колебания становятся все более опасными. Если частота собственных колебаний узлов станка совпадет с частотой вынужденных колебаний, наступает резонанс и станок может разрушиться.
Вибрации (колебания с малой амплитудой) также нежелательны. В металлорежущем станке вибрации, например, ухудшают качество обрабатываемой поверхности, уменьшают долговечность оборудования, ограничивают его технологические возможности.
Основное распространение в машинах имеют вынужденные, параметрические колебания и автоколебания.Вынужденные колебания возникают под действием внешней периодически изменяющейся силы по следующим причинам:
-дисбаланс вращающихся деталей (ротора электродвигателя, шпинделя с расточным резцом, абразивного круга);
-ошибки в изготовлении зубчатых передач (вход в зацепление будет сопровождаться ударом);
-прерывистое резание при фрезеровании, долблении, затыловании, протягивании;
-внешние источники колебаний.
Параметрические колебания возникают при наличии какого-либо переменного параметра, например момента инерции поперечного сечения вала. Предположим, что на вращающийся вал действует постоянная сила. Если его поперечное сечение — окружность, у которой моменты инерции относительно всех осей одинаковые, то никаких колебаний не возникает. Если же у вала есть прямоугольное отверстие (в поперечном сечении — прямоугольник), то под действием постоянной силы вал будет прогибаться по-разному, так как моменты инерции у прямоугольника относительно взаимно перпендикулярных осей различны.
Автоколебания, или незатухающие самоподдерживающие колебания, характеризуются тем, что их источник находится в самой колебательной системе. При автоколебательном процессе в случае прекращения колебаний системы перестают существовать и переменные силы, поддерживающие эти колебания.
Примером могут служить автоколебания при трении (фрикционные колебания при медленном перемещении столов, суппортов станка по направляющим скольжения). Причиной этих колебаний является переменность силы трения в зависимости от скорости. Другим примером автоколебаний являются самовозбуждающиеся колебания в металлорежущих станках при резании. Повышение жесткости узлов машины способствует снижению автоколебаний.
Наличие колебаний в станках чаще всего сопровождается шумом. Шум связан с соударением движущихся деталей.
Точность. Для деталей машин понятие точности включает точность формы и размеров отдельных участков детали, а также точность взаимного положения этих участков.
Точность обработки характеризуется значениями допущенных при обработке погрешностей, т.е. отступлением размеров обработанной детали от заданных по чертежу. Погрешности обработки должны находиться в пределах допусков. Кроме того, необходимо при обработке заготовки получить заданную шероховатость поверхности,которая непосредственно зависит от метода обработки и режимов резания.
Точность обработки на станке будет в первую очередь зависеть от точности и шероховатости поверхностей деталей узлов станка. Однако при проектировании и изготовлении машин нужно учитывать и другие факторы, влияющие на ее точность.
Жесткость. Критерий жесткости в станках является одним из важнейших. Например, прецизионные станки проектируют значительно более массивными, чем другое технологическое оборудование для тех же нагрузок и мощности, так как их узлы будут более жесткими, а следовательно, под действием приложенных сил будут давать меньшие отжатия.
Жесткостью узла называется его способность сопротивляться появлению по осям координат упругих смещений под действием нагрузки. Жесткость, может быть определена как отношение силы, приложенной к узлу в заданном направлении, к упругому отжатию 5 этого узла.
Износостойкость. В результате постепенного изменения поверхностей трения при взаимодействии двух сопряженных деталей происходит их изнашивание, т.е. уменьшение размеров и изменение формы деталей. По статистике большинство деталей машин выходит из строя из-за износа. При изнашивании в миниатюре происходят пластические и упругие деформации, сдвиг, усталостные разрушения материала деталей.
Для большинства деталей наиболее характерен абразивный износ. Абразивные частицы, образующиеся при резании или царапании с отделением микростружки, попадая в смазочный материал или непосредственно на трущиеся поверхности, разрушают эти поверхности. Кроме того, при относительном перемещении двух поверхностей микровыступы испытывают переменные напряжения, вследствие чего в дальнейшем наступает усталостное разрушение. Появляются микротрещины, что также способствует отделению частиц материала. Для конкретных пар можно экспериментально определить значения к и в дальнейшем прогнозировать долговечность работы многих типовых деталей и узлов станков: направляющих скольжения, кулисных механизмов, дисков фрикционных муфт, ходовых винтов и гаек скольжения. Износ резко удорожает эксплуатацию машин в связи с необходимостью периодической проверки их технического состояния и ремонта, что связано с простоями и сокращением выпуска продукции.
Стойкость к тепловым воздействиям. Работа станка сопровождается тепловыделением, вызываемым процессом резания и трением в механизмах. В результате теплового воздействия возникают тепловые деформации, отрицательно влияющие на работоспособность станка. Так, понижается защитная способность масляного слоя в трущихся поверхностях и, следовательно, увеличивается их износ или происходит заедание; изменяются зазоры в подвижных соединениях; нарушается точность обработки, например в результате нагрева передней опоры шпинделя его ось может отклониться, что приведет к снижению точности.
Тепловые деформации узлов станка могут быть рассчитаны, если известны их температурные поля.
Виброустойчивость. Под виброустойчивостью понимают способность конструкций работать в заданном диапазоне режимов обработки без недопустимых колебаний отдельных узлов и станка в целом. В связи с увеличением скоростей резания и быстрых ходов колебания становятся все более опасными. Если частота собственных колебаний узлов станка совпадет с частотой вынужденных колебаний, наступает резонанс и станок может разрушиться.
Вибрации (колебания с малой амплитудой) также нежелательны. В металлорежущем станке вибрации, например, ухудшают качество обрабатываемой поверхности, уменьшают долговечность оборудования, ограничивают его технологические возможности.
Основное распространение в машинах имеют вынужденные, параметрические колебания и автоколебания.Вынужденные колебания возникают под действием внешней периодически изменяющейся силы по следующим причинам:
-дисбаланс вращающихся деталей (ротора электродвигателя, шпинделя с расточным резцом, абразивного круга);
-ошибки в изготовлении зубчатых передач (вход в зацепление будет сопровождаться ударом);
-прерывистое резание при фрезеровании, долблении, затыловании, протягивании;
-внешние источники колебаний.
Параметрические колебания возникают при наличии какого-либо переменного параметра, например момента инерции поперечного сечения вала. Предположим, что на вращающийся вал действует постоянная сила. Если его поперечное сечение — окружность, у которой моменты инерции относительно всех осей одинаковые, то никаких колебаний не возникает. Если же у вала есть прямоугольное отверстие (в поперечном сечении — прямоугольник), то под действием постоянной силы вал будет прогибаться по-разному, так как моменты инерции у прямоугольника относительно взаимно перпендикулярных осей различны.
Автоколебания, или незатухающие самоподдерживающие колебания, характеризуются тем, что их источник находится в самой колебательной системе. При автоколебательном процессе в случае прекращения колебаний системы перестают существовать и переменные силы, поддерживающие эти колебания.
Примером могут служить автоколебания при трении (фрикционные колебания при медленном перемещении столов, суппортов станка по направляющим скольжения). Причиной этих колебаний является переменность силы трения в зависимости от скорости. Другим примером автоколебаний являются самовозбуждающиеся колебания в металлорежущих станках при резании. Повышение жесткости узлов машины способствует снижению автоколебаний.
Наличие колебаний в станках чаще всего сопровождается шумом. Шум связан с соударением движущихся деталей.