Выбор токарного станка, исходя из эффективности его динамических процессов, это результат повышения требований к точности размеров и формы деталей, обрабатываемых на металлорежущих станках, расширения их номенклатуры и появления новых труднообрабатываемых материалов, постоянного повышения быстроходности и мощности станков, а также широкого внедрения автоматизации технологических процессов и создания автоматических станков с системами управления и регулирования.
Сделать верный расчет и выбор токарного станка, согласно поставленным задачам, в настоящее время непросто. При проектировании, изготовлении и эксплуатации станков все чаще необходимо решать задачи, связанные с динамикой технологических систем. Наряду с экспериментальной оценкой серийно изготовленных станков особое значение приобретает динамический расчет новых станков при их конструировании. Расчетная оценка позволяет сравнить между собой существующие токарные станки и варианты проектируемой модели по показателям динамического качества, определить запас или степень устойчивости технологической системы при резании, учитывая различные ограничения. Это поможет определить какой токарный станок по металлу выбрать.
Отечественные предприятия машиностроения в переходный период экономики испытывают трудности с тем как профессионально и рационально произвести выбор токарного станка по металлу, который бы удовлетворил возрастающие требования производства. Использование оборудования с завышенными материало- и энергоемкостью и размерами приводит к увеличению издержек производства. В станкостроительной промышленности также существует проблема технологического обновления, например, диверсификации, выбора технических характеристик перспективных моделей станков и обеспечения их конкурентоспособности.
Некоторые узлы (модули) металлорежущих станков с невысокими динамическими характеристиками не учитывают многие ограничения, обусловленные структурой приводов, упругой системой и компоновкой рабочего пространства, а также спецификой обработки, например, нежестких заготовок.
Расчетные значения динамических характеристик у токарных станков-аналогов существенно отличаются по величине в любых отдаленных точках их рабочего пространства. Такое состояние каждой рассматриваемой технологической системы свидетельствует о разбалансированности значений этих характеристик и требует комплексного подхода для решения задачи динамической оптимизации и диверсификации конструкций станков на основе модульных принципов.
Для решения какой токарный станок по металлу выбрать на ранней концептуальной стадии проектирования, учитывая переоснащение предприятий современной вычислительной техникой, становятся более эффективными новые методы анализа динамики и синтеза оптимальных технологических систем при постановке конкретной технологической задачи, используя разработанные динамические показатели.
Однако, как правило, на этой стадии не существует таких критериев оценки динамического качества технологических систем токарных станков. В станкостроении действует традиционная практика оптимизации при расчете мощности главного привода в процессе создания универсальных токарных станков. Выбор токарного станка, в этом случае, оправдан при групповой обработке достаточно жестких заготовок, но он не дает положительного результата, если на станках обрабатывают не жесткую заготовку. Динамические характеристики последней существенно влияют на устойчивость при резании и не требуют применения увеличенной мощности главного привода, а наоборот, предполагают значительное ее снижение.
Известные способы определения границ устойчивого резания имеют следующие недостатки:
- а) не позволяют определять границы устойчивого резания при наличии гибкой заготовки;
- б) не учитывают экспериментально-расчетный критерий в виде предельной интегральной характеристики виброустойчивости в рабочем пространстве станка;
- в) не содержат четких критериев для создания эффективной, оптимальной по виброустойчивости технологической системы металлорежущего станка, предназначенного для обработки нежесткой заготовки с учетом ее динамической характеристики.
Так как технологическая система станка с нежесткой заготовкой в процессе ее механической обработки испытывает повышенные вибрации, это отрицательно сказывается на устойчивости резания и качестве обрабатываемой поверхности. Чтобы гарантировать данной системе устойчивое резание и оптимизировать непосредственно процесс резания гибкой заготовки, необходимо определить предельную глубину резания (как условие безвибрационной обработки), окончательно назначить соответствующий режим резания для выполняемой технологической операции.
Затем следует определить требуемые эффективную мощность резания: Nэ = Рz*u / 6120 и номинальную мощность Nд двигателя главного движения при обработке гибкой заготовки:
Nд = Nэ / η = (К общ*t пред(min)*s(0,75)*u) / 6120η,
где Рz — окружная сила резания; Nд - номинальная мощность двигателя главного движения при обработке гибкой заготовки; η - коэффициент полезного действия станка, характеризует затраты мощности при холостом ходе; К общ - обобщенный поправочный коэффициент, учитывающий условия обработки (материал заготовки и режущего инструмента, геометрию инструмента, смазочно - охлаждающую жидкость, толщину среза); t пред(min) — предельная (интегральная) глубина резания; s - подача инструмента (резца); u — скорость резания.
В этих формулах при определении окружной силы резания используют значения предельной интегральной характеристики виброустойчивости, полученные графически в работе. Из графика видно, что оптимизация динамической упругой системы станка позволяет существенно увеличить предельную глубину резания при обработке нежесткой заготовки.
В работах проведенных ранее, предложены указанный интегральный критерий виброустойчивости и способ оптимизации технологической системы токарного станка на его основе, где целевая функция - это сочетание критериев динамического качества, что позволяет свести к минимуму зависимость определения оптимальных параметров системы от опыта конструктора.
Из изложенного следует, что выбор токарного станка по металлу следует производить с учетом определения оптимальных характеристик главного привода базового станка при обработке нежесткой заготовки. Если необходимо, то рассчитывают модульную оптимизацию упругой системы базовой модели станка, используя при этом динамические характеристики жесткой заготовки и определяя предельную интегральную (критическую) глубину резания.
Затем рассчитывают критическую предельную глубину резания на обновленном станке при обработке нежесткой заготовки. Последнюю используют для определения требуемой номинальной мощности двигателя главного движения этого станка.
Одновременно при известной величине общего припуска на обработку заготовки можно определить число дополнительных проходов резца, разделив общий припуск на предельную глубину резания, обусловленную гибкой заготовкой.
Таким образом, предложенный метод диверсификации позволяет решать задачи динамического синтеза технологических систем металлообработки, создавать модульные конструкции токарных станков оптимального динамического качества для выполнения конкретных технологических задач, обеспечивая высокую технико - экономическую эффективность. Все это помогает сделать верный выбор токарного станка в зависимости от вида обработки и самой обрабатываемой детали.
