1.4. Неметаллические станины металлорежущих станков

1.4.1. Железобетонные станины

Использование железобетона для изготовления базовых деталей в тяжелом машиностроение и станкостроение может высвободить значительное количество металла. На эти детали затрачивается до 70% от общего его расхода в станкостроении и машиностроении.

Применение железобетона и полимербетона дает возможность создать конструкции, обладающие техническими преимуществами: большей жесткостью, виброустойчивостью, хорошей сопротивляемостью действию повторных и ударных нагрузок. Прочность предварительно напряженного железобетона при двухосном и трехосном сжатии резко возрастает и приближается к прочности металла.

Благодаря этому появляется возможность заменять крупные металлические отливки предварительно напряженным железобетоном и полимербетоном.

Железобетон и полимербетон относятся к материалам с повышенными демпфирующими свойствами. Гашение колебаний в этих материалах происходит в 5 раз быстрее, чем в сталях. Поэтому базовые детали из железобетона и полимербетона обладают высокой виброустойчивостью.

Полимербетонные и железобетонные детали машин и станков могут быть выполнены с большой точностью, так как величина усадочных деформаций для сталей и чугунов составляет 0,5÷3%, а для этих материалов 0,01÷0,015%.

На припуски в машиностроении расходуется до 15% и более металла, превращаемого в стружку. При изготовлении металлически закладных частей железобетонных и полимербетонных базовых деталей величина припусков на механическую обработку снижается в 3 - 5 раз, что дает значительную экономию металла.

При замене литых чугунных и стальных базовых деталей полимербетонными и железобетонными резко снижается трудоемкость производства и в несколько раз сокращается цикл их изготовления. Это достигается за счет сокращения объемов механической обработки и упразднения операций естественного старения металла.

Трудности, связанные с механической и термической обработкой, сваркой и транспортированием крупногабаритных деталей на машиностроительных заводах, ограничивают создание более мощного оборудования. Детали из этих материалов могут быть выполнены на месте монтажа без ограничения габаритов, формы и веса, с использованием изготовленных на станкостроительном заводе лишь металлических закладных частей.

К недостаткам можно отнести получаемый в некоторых случаях большой собственный вес железобетонных деталей, а также необходимость принятия специальных конструктивных мер по защите бетонных поверхностей от агрессивных сред, повышенных температур и местных механических повреждений.

На Коломенском станкостроительном заводе были изготовлены станки с железобетонными станинами для протягивания глубоких отверстий. Длительный срок службы этих станков подтвердил высокие эксплуатационные качества железобетонных станин и способность их выдерживать перевозку на большие расстояния.

На Коломенском заводе тяжелого станкостроения работает продольно-строгальный станок модели 7288 С (рис.1.18), на котором стойки, стол, поперечина и перекладина выполнены из железобетона. Стоимость этого станка на 470,5 тыс. руб. меньше, чем стоимость станка такого типа, изготовленного Новосибирским заводом «Тяжстанкогидропресс», в котором железобетон не применен. В продольно-строгальном станке модели 7288 все поверхности деталей имеют облицовку из стального листа толщиной 1,5—2 мм. Металлическая облицовка послужила наружной опалубкой при изготовлении и защищает бетон от масел и эмульсий. Многолетняя эксплуатация показала, что станок обеспечивает высокую точность обработки и высокие эксплуатационные качества.

Краматорский завод тяжелого станкостроения изготовил железобетонную станину тяжелого токарного станка модели 1660 (Рис. 1.19). Железобетонная станина бесцентрово-токарного станка модели 9340 разработана и спроектирована НИИПТМаш. (Краматорский научно-исследовательский проектно- технологический институт машиностроения) г. Краматорск (Рис. 1.20). Станок предназначен для обдирки трубных заготовок и чистовой обточки сортового проката цилиндрической формы диаметром 70-250 мм длиной до 8000 мм. Железобетонная станина этого станка состоит из двух частей: левой секции на загрузочной стороне станка и правой - на разгрузочной стороне станка. По конструкции обе части станины одинаковы. Форма и габаритные размеры железобетонной станины совпадают с размерами металлической (чугунной), так как первая применяется взамен второй (рис. 1.21).

Рис. 1.18. Продольно-строгательный станок модели 7288С в железобетонном исполнении

Рис. 1.19. Тяжелый токарный станок модели 1660 с железобетонной станиной

Направляющие станины имеют корытообразную форму. Они состоят из основного листа толщиной 20 мм, к которому снизу приварены две вертикальные стенки толщиной 10 мм. Для жесткости стенки соединяют поперечными планками, располагающимися с шагом 2100 мм. Длина направляющих составляет 6,8 м. Круглые направляющие опираются на кронштейны, соединенные винтами с основным листом плоских направляющих.

Направляющие соединяют с бетоном, приваривая хомуты арматурного каркаса балок станины к вертикальным стенкам направляющих.

Торцовая стыковочная плита состоит из основного листа толщиной 20 мм, имеющего контуры привалочной плоскости корпуса шпиндельной бабки. Чтобы уменьшить размеры обрабатываемой поверхности, к основному листу приварен лист толщиной 10 мм, имеющий внутренние вырезы.

В местах расположения резьбовых и гладких отверстий, со стороны бетона, к основному листу приварены бобышки. Для лучшей анкеровки и жесткости торцовая плита имеет четыре ребра.

Анкерным устройством плиты служит пространственный арматурный каркас, стержни которого сваривают с плитой встык_г и наклонные стержни, усиливающие связь с бетоном верхней части плиты. К ребрам жесткости приваривают стержни, которые также служат анкерной связью плиты с бетоном.

Внутренняя часть станины облицована тонким стальным листом толщиной 2 мм, который защищает бетон от воздействия масла и эмульсии. Облицовка имеет желоб, который соединяется с баком системы охлаждения (см. рис.1.21).

Металлическую облицовку в бетоне анкеруют П-образными стержнями и гладкой арматурой диаметром 6 мм, приваренными в шахматном порядке к листам.

Рис. 1.20. Бесцентрово-токарный станок модели 9340

с железобетонной станиной

Рис. 1.21. Железобетонная станина станка модели 9340:

1 – стыковочная плита, 2 – продольная рабочая арматура, 3 – задний опорный платик, 4 – фундаментная опора, 5 – наклонный стержень, 6 – хомуты арматурного каркаса, 7 – рабочая сетка, 8 – плоская устойчивая поверхность, 9 – кронштейны поддерживающие, 10 – металлическая облицовка

Наличие пустот в станине привело к образованию трех продольных и семи поперечных балок, включая ригель задней части станины. Значительная ширина станины по сравнению с ее высотой послужила основанием образования плиты по всей ширине и длине станины. Две крайние балки и ригель возвышаются над плитой в среднем на 200 мм. Это отражается на построении пространственного арматурного каркаса станины. Он состоит из арматурных каркасов балок и ригеля железобетонной плиты. На наружных боковых поверхностях крайних балок и ригеля предусмотрена мелкоячеистая сетка, предохраняющая периферийный бетон от отколов.

Для удобства монтажа и изготовления каркас станины разбит на ряд элементов. Среди них: нижний арматурный пояс, включающий в себя продольные и поперечные рабочие стержни балок, а также опорные узлы; верхний арматурный пояс, состоящий из рабочих стержней, соединяющих направляющие с платиком под кронштейн крепления штока гидроцилиндра; рабочая сетка железобетонной плиты и хомуты балок. Наклонные стержни диаметром 20 мм служат для восприятия угловых моментов.

В качестве арматуры приняты стержни периодического профиля из стали класса А—I-I (Ст. 5). Рабочие стержни, располагающиеся у крайних растянутых волокон балок, в нижней части станины имеют диаметр 20 мм. Хомуты и рабочая сетка плиты выполнены из стержней диаметром 12 мм. Вся конструкция изготовлена из бетона марки 500.

Для транспортирования железобетонной станины предусмотрены поперечные стальные трубы, соответствующие транспортировочным отверстиям металлической станины.

На вертикальной стенке передней части станины предусмотрены платики под электрооборудование. На фундамент железобетонная станина опирается через регулируемые клинья с креплением фундаментными болтами. Стыковка станин к корпусу шпиндельной бабки осуществляется винтами М36 с последующей штифтовкой разъема коническими штифтами.

Расход материалов на станину (на две секции) составляет: металла — 6,5 т; арматуры — 0,5 т; бетона М500 — 6,7 м³. Общий вес станины 23 т.

От применения железобетона металлоемкость станины снижается на 10600 кГ, или на 63% от чистого веса чугунной станины.

Станина воспринимает действие веса узлов и усилия резания, возникающие при обработке изделий. Крутящий момент на резцовой головке, передающийся через изделие на каретку, составляет 6600 кГм, а максимальное усилие подачи каретки гидроцилиндром равно 42 500 кГ.

Вес каретки — 8500 кГ, а максимальный вес изделия — 1000 кГ.

На станину, кроме этого, действует изгибающий момент М = 37 000 кГм, возникающий от смещения оси резцовой головки относительно гидроцилиндра подачи.

Таким образом, станина работает в сложных условиях совместного действия изгибающего и крутящего моментов.

Сравнение жесткостных характеристик (EJ) показывает, что жесткость железобетонной станины больше, чем металлической, т. е.