В условиях производства применяются разные металлообрабатывающие станки. Они используются для изготовления и обработки металлических заготовок. Существуют универсальные и специализированные модели. Чтобы разбираться в оборудовании для обработки металла, нужно знать разновидности и принцип работы металлообрабатывающих аппаратов.
Металлообрабатывающий станок
Виды металлообрабатывающих станков
Оборудование, использующееся в обрабатывающей промышленности и металлообработке, имеет множество разновидностей. От вида станка зависит его конструкция, способ управления и оснастка. По функционалу промышленное оборудование можно разделить на две большие группы:
- Специализированные — машины, выполняющие только одну определённую опцию. Чаще всего, не подлежат перенастройке.
- Многофункциональные (универсальные) — комбинированные станки. Могут выполнять несколько производственных процессов.
Классификация оборудования для обработки металла по типам:
- Отрезные — машины, использующиеся для раскроя металлических листов и разрезания заготовок. К ним относятся ленточнопильные и циркулярные машины.
- Фрезерные — устройства с рабочей поверхностью, на которой закрепляется фреза. На неё передаётся крутящий момент от шпинделя. При вращении фреза снимает слой металла с заготовки. Используются для обработки торцов, сверления отверстий и других операций.
Промышленные станки оборудуются системой ЧПУ. С их помощью можно задать определённую программу, по которой будут работать ключевые узлы станка без дальнейшего вмешательства человека. Однако доверять настройку программы можно только опытным операторам.
В отдельную группу выделяют оборудование для нарезания наружной и внутренней резьбы. Также можно выделить домашние и производственные аппараты. Первые предназначены для небольших мастерских и гаража, вторые для серийного производства определённых деталей. Остальные группы оборудования для металлообработки будут описаны ниже.
Ремонт станочного оборудования
Промышленные станки эксплуатируются в достаточно жестких условиях, поэтому периодически они выходят из строя и требуют ремонта. Ремонт станочного оборудования дело достаточно серьезное и поэтому его должны проводить квалифицированные специалисты.
Выделяют два основных вида ремонта:
- Текущий ремонт. Это наиболее простой вариант ремонтных работ, в ходе которых могут быть устранены поломки отдельных элементов станка. Обычно текущий ремонт не требует большого количества времени и проводиться прямо на месте установки оборудования.
- Капитальный ремонт. Такой ремонт тоже может проводиться на месте установки, о чаще для этого требуется специализированная мастерская. При капитальном ремонте оборудование полностью разбирается это нужно, для того чтобы точно диагностировать проблему. Главной задачей поведения таких ремонтных работ является восстановления первоначальных возможностей оборудования.
Еще один вид обслуживания относится к модернизации станков. Эта услуга получила большое распространение в последнее время. Она позволяет сделать оборудование более универсальным и добавляет ему новые функции.
Передовые методы металлообработки
Промышленное оборудование постоянно совершенствуется. Какие функции улучшаются:
- Производительность. Это важный фактор, которые влияет на окупаемость оборудования и прибыль, которую можно получить при работе на станке. Производительность возрастает после увеличения скорости работы механизмов.
- Точность. Чтобы сократить количество брака, изготовители оборудования работают над точностью рабочих механизмов.
- Долговечность и износоустойчивость.
Самой частой операцией, при которой применяются станки для металлообработки, является резка.
Газовая резка металла
Оборудование для газовой резки применяется давно. Оно полностью автоматизировано и требует минимум усилий для управления. Система ЧПУ позволяет выполнять ровные резы металлических заготовок, что было проблемно при наличии человеческого фактора.
Плюсы газовой резки:
- высокая скорость и производительность;
- дешёвое оборудование.
Минусы:
- термоусадка металла после выполнения работ;
- возможные погрешности в точности.
Газовое оборудование устанавливается на больших предприятиях и в частных мастерских.
Газовая резка металла
Плазменные для резки
Принцип работы плазменных аппаратов заключается в том, что разрезание заготовки или листа происходит с помощью струи плазмы. Такие металлообрабатывающие станки обладают высокой точностью реза и производительностью.
Лазерная обработка
Лазерные станки для обработки металла популярны в частных мастерских и на производстве. Лазерная головка передвигается по направляющим и разрезает заготовки на размеченные части. Лазерным лучом можно выполнять гравировку. Такие станки обладают высокой точностью. С их помощью обрабатывают однородные металлы и мягкие сплавы.
Шлифовальные
Шлифовальные станки предназначены для финишной обработки металлических поверхностей. В зависимости от необходимой толщины съёма, выбирается фракция абразивных кругов или наждачных лент. На одной машине может закрепляться больше одного абразивного круга или ленты.
Токарные
К токарной группе относятся конструкции, которые используются для создания деталей сложной формы. Рабочей частью выступает вращающийся шпиндель, в который закрепляется заготовка. Чтобы обработать заготовку, необходимо закрепить определённые резцы в суппорте и подвести к ним детали. Острые грани срезают слой металла под действием вращения. Могут использоваться для сверления, нарезания резьбы внутри и снаружи заготовок, зенкерования, расточки отверстий.
Сверлильные
Сверлильные станки — это устройства с неподвижной станиной, на которой в вертикальном положении закрепляется один или несколько шпинделей. На них можно выполнять сверление, зенкеровку, нарезание внутренней резьбы. С помощью метчиков можно растачивать отверстия в заготовках.
Сверлильный станок
Гидроабразивные и электроэрозионные
Это оборудование, используемое для разрезания металлических листов любой толщины. Принцип работы заключается в том, что металл разрезается с помощью тонкой водяной струи, которая воздействует на него под большим давлением. Недостаток этого метода — низкая скорость. Однако она компенсируется высокой точностью реза.
Портальные машины газовой резки металла
Оборудование предназначено для производства. Связано это с возможностью расположить на рабочей поверхности большие металлические листы. Их размеры могут достигать 3×12 метров. Плюсы и минусы у таких станков точно такие же, как у обычной газовой резки.
Основные узлы и механизмы металлорежущих станков
Рассмотрим основные узлы и механизмы металлорежущих станков на примере токарного станка. Общий вид токарного станка показан на рисунке 7.
Рисунок 7 – Общий вид станка
Основные узлы станка показаны на рисунке 8.
Рисунок 8 – Основные узлы станка
Станина станка чаще всего изготавливается из чугуна, является основой для навесного оборудования, показана на рисунке 9.
Рисунок 9 – Станина станка
Требуемое взаимное расположение узлов станка и возможность относительного перемещения инструмента и заготовки обеспечивают направляющие (рисунок 10).
Рисунок 10 – Регулировочные элементы с продольным (а) и поперечным (б) клином, с поджимной (в) и накладной пригоняемой (г) планкой
По назначению и конструктивному исполнению направляющие можно классифицировать по следующим признакам:
- по виду движения: направляющие главного движения (например, стол-станина продольно-строгального станка); направляющие движения подачи; направляющие перестановки сопряжённых и вспомогательных деталей и узлов, неподвижных в процессе обработки;
- по траектории движения: направляющие прямолинейного и кругового движения;
- по направлению траектории перемещения узла в пространстве: горизонтальные, вертикальные и наклонные;
- по геометрической форме: призматические, плоские, цилиндрические, конические (только для кругового движения) и их сочетания.
Наибольшее распространение в станках получили направляющие скольжения и качения. Направляющие скольжения (рисунок 11) обычно изготовляют из серого чугуна. Чугун используется в тех случаях, когда направляющие выполняются как одно целое со станиной или подвижным узлом.
Рисунок 11 – Основные формы поперечных сечений направляющих скольжения: а – плоская; б – призматическая; в – в форме ласточкина хвоста; г – цилиндрическая
По виду трения скольжения различают следующие направляющие:
- гидростатические – направляющие главного движения и подачи; в этих направляющих смазочный слой создаётся подачей масла под высоким давлением в специальные карманы необходимых размеров;
- со смешанной смазкой – большинство направляющих движения подачи;
- с граничной смазкой – направляющие подачи, работающие при очень малых скоростях скольжения;
- с воздушной смазкой – аэростатические.
В станках широко применяют направляющие качения с использованием в них шариков и роликов как промежуточных тел качения. Достоинством направляющих качения является малое трение, независящее от скорости движения. Направляющие качения обеспечивают высокую точность перемещений, равномерность медленных движений, они более долговечны, чем направляющие скольжения. Подобно направляющим скольжения направляющие качения могут быть замкнутыми и незамкнутыми.
Передняя бабка, чаще всего называется шпиндельная бабка (рисунок 12), так как основным узлом ее является шпиндель (рисунок 13). В шпинделе фиксируются патроны, различные оправки в которые устанавливаются и закрепляются обрабатываемые детали. Кроме того, здесь же расположены коробка скоростей, шкив и подшипники.
Рисунок 12 – Передняя бабка
Шпиндель – это вал металлорежущего станка передающий вращение закреплённому в нём инструменту или обрабатываемой заготовке.
Конструктивная форма шпинделя зависит от способа крепления на нём зажимных приспособления или инструмента, посадок элементов привода и типов применяемых опор. Шпиндели изготавливают пустотелыми для прохода прутка, а так же для уменьшения его массы.
В качестве опор шпинделей станков применяют подшипники качения и скольжения. Так как от шпинделей требуется высокая точность, то подшипники качения должны быть высоких классов точности. В передней опоре применяют более точные подшипники, чем в задней. Шпиндели и подшипники должны быть надежно защищены от загрязнения и высекания смазочного материала, с этой целью используют различные уплотнения.
Рисунок 13 – Шпиндель
Задняя бабка состоит из нижней плиты и держателя пиноли. В заднюю бабку может устанавливаться инструмент или приспособление (рисунок 14). Чаще всего заднюю бабку используют при обработке длинных деталей, поджимая конусом торец детали. Направляющие, по которым перемещается задняя бабка должны быть чистыми и смазанными.
Рисунок 14 – Задняя бабка
Суппорт – узел станка, в который устанавливается режущий инструмент и который позволяет перемещать его в продольном, поперечном и наклонном направлении. Каретка обеспечивает продольное движение по салазкам, верхняя часть суппорта обеспечивает поперечное движение. В верхней части суппорта устанавливаются резцедержатели (рисунок 15).
Рисунок 15 – Суппорт станка
Фартук. Для обеспечения продольного и поперечного движения суппорта разработаны передачи, расположенные в фартуке (рисунок 16). С помощью этих передач осуществляется преобразование вращательного движения ходового винта в поступательное движение суппорта.
Рисунок 16 – Фартук станка: 1 – маховик ручной подачи, 2 – ходовой валик, 3 – кнопка включения механической подачи от ходового валика, 4 – зубчатое колесо, 5 – реечная шестерня, 6 – зубчатое колесо, 7 – зубчатая рейка, 8 – зубчатое колесо, 9 – червяк, 10 – разьемная гайка, 11 – ходовой винт, 12 – рукоятка включения механической подачи от ходового винта при нарезании резьбы, 13 – рукоятка включения механической подачи
Все узлы и механизмы оборудования должны содержаться в исправном состоянии, то есть все трущиеся детали должны быть чистыми и смазаны соотвествующей смазкой. Это задача службы эксплуатации оборудования, но и обслуживающий персонал также должен следить за состоянием оборудования, например следить за своевременной заменой фильтров, смазочно-охлаждающей жидкости, и даже в зависимости от наработанных моточасов следить за своемременной заменой масла в гидросистеме станка.
Уровни автоматизации
По уровню автоматизации металлообрабатывающие станки делятся на такие типы:
- Ручное оборудование. Всеми механизмами управляет человек.
- Полуавтоматы. В таких станках половина механизмов работает автоматически, а другая требует настройки и управления мастером.
- Автоматы. Оборудование, которое может работать самостоятельно. Оператору изначально следует задать алгоритм для подвижных механизмов.
- Станки с ЧПУ. Полностью автоматизированные конструкции, для работы которых требуется составить программу. В соответствии с ней будут двигаться механизмы и рабочие части станка.
Самыми популярными считаются машины, оборудованные системами ЧПУ. Числовое программное управление состоит из нескольких ключевых элементов:
- Консоль — через неё оператор задаёт программу, по которой будет происходить производственный процесс. Помимо автоматической работы, на консоли есть пульт для ручного управления.
- Контроллер — механизм, который производит расчёт будущих движений подвижных механизмов и элементов станка. Контроллер представляет собой мощный микропроцессор, которые управляет всеми механизмами.
Чтобы оператор видел какую программу он задаёт, в системе ЧПУ присутствует экран. На нём отображаются алгоритмы, размеры обрабатываемой заготовки, возможные ошибки и погрешности.
Автоматизация металлообработки
Эксплуатация и обслуживание станочного оборудования
Станочное оборудование представляет собой достаточно сложные механические и технические системы, эксплуатация которых требует определенных знаний.
Производители станков сопровождают каждое изделие специальными документами, в которых содержаться данные, позволяющие правильно контролировать и эксплуатировать конкретное оборудование.
В этих документах приводятся сведения о станке, его органах управления, о схемах смазки и расположении определенных узлов и агрегатов. Еще в таких сопроводительных документах указывается о техническом обслуживании станка, его ремонте и технике безопасности.
Система эксплуатации станочного оборудования должна работать таким образом, чтобы свести к минимуму простои, обеспечить нормальную работоспособность.
Для бесперебойной работы необходимо:
- своевременное снабжение станков необходимыми заготовками, деталями, смазкой, инструментом;
- проведение операций по загрузке заготовок, чистке, уборке стружки, заливу СОЖ и смазыванию деталей;
- своевременное обнаружение поломок и неисправностей с последующим их устранением;
- замену или восстановление отказавших элементов конструкции и единиц сборки.
Станочное оборудование должно проходить плановое техническое обслуживание. Так как внеплановое обслуживание повышает процент отказа техники, ведет к снижению ее долговечности, и, соответственно, увеличивает затраты предприятия.
Конструкция
Конструкция станков для металлообработки представляет собой связь нескольких ключевых деталей и механизмов. Основные рабочие элементы оборудования:
- Литая станина. Выполняет роль основания. На ней закрепляются остальные детали машины. Должна гасить вибрации, возникающие от работы двигателя.
- Система управления. Представляет собой пульт для настройки подвижных механизмов.
- Шпиндель с патроном для оснастки.
- Рабочая поверхность с зажимами для заготовок.
Помимо ключевых узлов выделяют направляющие, защитные щитки, суппорта, подвижные бабки и другие дополнительные элементы. Нельзя забывать про системы охлаждения. Они могут быть воздушными и жидкостными. Используются на промышленном оборудовании при больших нагрузках. На устройствах с ЧПУ устанавливаются дополнительные электродвигатели, которые отвечают за подвижность рабочей части оборудования по направляющим.
В продаже присутствуют разные виды металлообрабатывающих станков. Они различаются по конструкции, функциональности, предназначению, габаритам, системам контроля. При выборе производственной машины следует учитывать эти особенности. Для серийного производства выбирают износоустойчивые конструкции. В гараж или мастерскую подойдёт менее производительное оборудование.
Классификация станков по возможному материалу обработки
Все производственные станки разделяются по своим техническим характеристикам, исходя из материала заготовок, которые они будут обрабатывать. Так, металл и древесина считаются основными материалами, с которыми работает станочное оборудование. Для работы с деревянными заготовками подходят станки с более слабыми показателями мощностями. Но, с другой стороны, деревообрабатывающие станки должны обеспечиваться более гибкими настройками по операциям. Что касается станков для металлообработки, то они требуют более высокой мощности и надежной элементной базы. Наиболее популярными считаются токарные, фрезерные и сверлильные станки.
