Металлорежущий станок

Металлорежущий станок — это технологическая машина, предназначенная для обработки металлических заготовок (реже — других твёрдых материалов, таких как пластмассы, дерево, камень) путём снятия стружки. Основное назначение металлорежущих станков — придание заготовке заданной формы, размеров и качества поверхности в соответствии с чертежом детали. Металлорежущие станки составляют основу машиностроительного производства и являются ключевым элементом металлообрабатывающей промышленности.

История

Развитие металлорежущих станков неразрывно связано с промышленной революцией и потребностью в точных механизмах. Первые прообразы токарных станков, где заготовка вращалась вручную или с помощью ножного привода, были известны ещё в античности, однако они не позволяли обрабатывать твёрдые металлы с высокой точностью.

XVIII—XIX века

Переломным моментом стало изобретение суппорта — механического держателя резца, перемещаемого вдоль заготовки. В 1718 году русский механик Андрей Нартов построил первый токарно-копировальный станок с механическим суппортом, однако его изобретение не получило широкого распространения. В конце XVIII века английский механик Генри Модсли независимо создал токарный станок с суппортом, который стал основой для последующей стандартизации станкостроения. Модсли также ввёл винторезные станки и разработал технологию нарезания точных резьб.

В XIX веке, с развитием паровых машин и железных дорог, возникла потребность в крупных и точных станках. Появились револьверные, фрезерные (изобретённые Эли Уитни и усовершенствованные Джозефом Брауном), строгальные и шлифовальные станки. К концу столетия сформировалась классическая компоновка станков с приводом от паровой машины через трансмиссию.

XX век — настоящее время

В XX веке произошёл переход от группового привода (через систему ремней и валов) к индивидуальным электродвигателям. Развитие гидравлики и пневматики позволило автоматизировать подачу и зажим заготовок. Во второй половине века, с появлением числового программного управления (ЧПУ), станки стали высокоавтоматизированными системами. В СССР и России станкостроение было одной из приоритетных отраслей: выпускались станки таких заводов, как «Красный пролетарий» (Москва), Ивановский станкостроительный завод, Ульяновский завод тяжёлых и уникальных станков. В XXI веке развитие идёт по пути внедрения многоосевой обработки, интеграции с CAD/CAM-системами и создания гибких производственных модулей.

Классификация металлорежущих станков

Металлорежущие станки классифицируют по различным признакам: технологическому назначению, степени универсальности, точности, массе и степени автоматизации.

По технологическому признаку (виду обработки)

В России и странах бывшего СССР действует единая система классификации, основанная на номере группы (первая цифра модели):

1. Токарные станки (группа 1) — обработка тел вращения (валов, втулок, дисков) резцом. Основное движение — вращение заготовки. Включают токарно-винторезные, токарно-револьверные, токарно-карусельные, лоботокарные станки.
2. Сверлильные и расточные станки (группа 2) — образование отверстий сверлом, зенкером, развёрткой, а также растачивание. Делятся на вертикально-сверлильные, радиально-сверлильные, горизонтально-расточные, координатно-расточные.
3. Шлифовальные, полировальные, доводочные станки (группа 3) — обработка абразивным инструментом (кругом, бруском) для получения высокой точности и чистоты поверхности. Включают плоскошлифовальные, круглошлифовальные, внутришлифовальные, бесцентровошлифовальные станки.
4. Зубо- и резьбообрабатывающие станки (группа 4) — нарезание зубьев колёс, шлицев, резьбы. Примеры: зубофрезерные, зубодолбёжные, зубошлифовальные, резьбофрезерные станки.
5. Фрезерные станки (группа 6) — обработка плоскостей, пазов, фасонных поверхностей вращающейся фрезой. Различают горизонтально-фрезерные, вертикально-фрезерные, универсальные, продольно-фрезерные, копировально-фрезерные станки.
6. Строгальные, долбёжные и протяжные станки (группа 7) — обработка прямолинейным движением резца (строгание) или протяжки (протягивание). Включают поперечно-строгальные, продольно-строгальные, долбёжные и горизонтально-протяжные станки.
7. Разрезные станки (группа 8) — отрезка заготовок (отрезные, пилы, ножовки).
8. Разные станки (группа 9) — заточные, хонинговальные, суперфинишные, балансировочные, испытательные.

По степени универсальности

• Универсальные — предназначены для выполнения широкого спектра операций с различными заготовками (например, токарно-винторезный станок 16К20).
• Специализированные — для обработки однотипных деталей (например, зубофрезерные, резьбонарезные).
• Специальные — для обработки только одной конкретной детали (например, станки для обработки коленчатых валов).

По точности

В соответствии с ГОСТ 8-82 станки делятся на классы точности:

• Н — нормальной точности (основная масса станков).
• П — повышенной точности.
• В — высокой точности.
• А — особо высокой точности.
• С — особо точные (мастер-станки).

По массе

• Лёгкие — до 1 тонны.
• Средние — от 1 до 10 тонн.
• Тяжёлые — от 10 до 30 тонн.
• Крупные (уникальные) — свыше 30 тонн (например, карусельные станки массой до 400 тонн).

Устройство и основные узлы

Любой металлорежущий станок состоит из ряда типовых узлов, конструкция которых зависит от типа станка.

• Станина — базовый несущий элемент, на котором монтируются все остальные узлы. Обеспечивает жёсткость и точность взаимного расположения деталей. Изготавливается из чугуна или сварных стальных конструкций.
• Привод главного движения — обеспечивает вращение инструмента (на фрезерных, сверлильных станках) или заготовки (на токарных станках). Состоит из электродвигателя, ременной или зубчатой передачи, коробки скоростей.
• Привод подачи — обеспечивает перемещение инструмента или заготовки. Включает коробку подач, ходовой винт (для нарезания резьбы), ходовой вал, реечную передачу.
• Суппорт (на токарных станках) — узел для закрепления резца и его перемещения вдоль и поперёк оси заготовки.
• Шпиндельный узел — вращающийся вал (шпиндель) с устройством для закрепления инструмента (патрон, цанга, оправка) или заготовки (планшайба, центры). Точность шпинделя критична для качества обработки.
• Зажимные устройства — патроны, тиски, магнитные плиты, центры, кондукторы — для фиксации заготовки.
• Система управления — механическая (рычаги, рукоятки), электрическая (кнопки, реле) или электронная (ЧПУ).
• Система смазки и охлаждения — подача смазочного материала к трущимся поверхностям и подача СОЖ (смазочно-охлаждающей жидкости) в зону резания для отвода тепла и уменьшения износа инструмента.

Применение

Металлорежущие станки используются во всех отраслях промышленности, где требуется изготовление деталей из металла и других конструкционных материалов:

• Машиностроение — производство корпусных деталей, валов, шестерён, осей для станков, двигателей, турбин.
• Автомобилестроение — обработка блоков цилиндров, коленчатых валов, шатунов, деталей подвески.
• Авиа- и ракетостроение — изготовление лопаток турбин, дисков, корпусов из жаропрочных сплавов и титана.
• Судостроение — обработка гребных валов, крупногабаритных корпусных деталей.
• Приборостроение — изготовление прецизионных деталей малых размеров.
• Ремонтное производство — восстановление изношенных деталей, изготовление запасных частей.

Станки с числовым программным управлением (ЧПУ)

Станки с ЧПУ представляют собой современный класс оборудования, где управление движениями исполнительных органов осуществляется по программе, заданной в цифровом виде. Основные преимущества:

• Высокая точность и повторяемость.
• Автоматизация многооперационной обработки.
• Возможность обработки сложных трёхмерных поверхностей.
• Снижение доли ручного труда.
• Возможность работы в автоматическом режиме (роботизированные комплексы).

Наиболее распространённые типы станков с ЧПУ: токарные обрабатывающие центры, фрезерные обрабатывающие центры (с вертикальным и горизонтальным шпинделем), многоцелевые станки (фрезерно-токарные), электроэрозионные станки.

Техника безопасности

Работа на металлорежущих станках связана с повышенной опасностью. Основные правила:

• Обязательное применение средств индивидуальной защиты (очки, спецодежда, обувь).
• Запрет работы на неисправном оборудовании, без ограждений и блокировок.
• Запрет торможения шпинделя рукой.
• Использование защитных экранов от стружки.
• Своевременная уборка стружки (особенно сливной, наматывающейся на деталь).
• Строгое соблюдение инструкций по эксплуатации конкретной модели станка.

Источники

1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. / Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1985.
2. Металлорежущие станки: Учебник для машиностроительных вузов / Под ред. В. Э. Пуша. — М.: Машиностроение, 1985.
3. ГОСТ 8-82 «Станки металлорежущие. Общие технические условия».
4. ГОСТ 25761-83 «Виды обработки резанием. Термины и определения».
5. Чернов Н. Н. Металлорежущие станки. — М.: Машиностроение, 1988.
6. Богуславский Б. Л. Основы технологии машиностроения. — М.: Машиностроение, 2004.