Особенности технологического проектирования обработки деталей на станках с ЧПУ

При проектировании технологических процессов для станков с ЧПУ вопросы базирования, последовательности и содержания переходов, выбора приспособления , инструмента, назначения режимов резания и нормирования имеют свои особенности.

1)Выбор технологических баз и приспособлений Базирование деталей в условиях программной обработки усложняется. Особенности связаны с тем , что в отличие от обработки на универсальных станках , когда точность размеров выдерживается относительно технологических баз, при обработке заготовок на станках с ЧПУ точность размеров обеспечивается относительно начала отсчета координатной системы станка.

При выборе базирования большое значение имеет правильный выбор и взаимная увязка системы координат.

На станках с ЧПУ различают три системы координат.

1. Система координат станка.

2. Система координат детали.

3. Система координат инструмента.

Система координат станка (СКС) в которой определяется положение рабочих органов станка и других систем координат , является основной. Применение рабочих органов станка по трем перпендикулярным направлениям с нулем отсчета представляет собой СКС. Начало СКС называют нулем станка. Положение нуля станка стандартами не установлено. Обычно нуль станка совмещают с базовой точкой узла, несущего заготовку, чтобы все перемещения рабочих органов станка описывались в положительных координатах.

Базовыми точками служат :

•Для шпинделя – точка пересечения торца с осью вращения;

•Для крестового стола – точка пересечения диагоналей;

•Для поворотного стола – точка пересечения плоскости с осью вращения .

Система координат детали (СКД) служит для задания координат опорных точек обрабатываемых поверхностей. Опорными называют точки начала, конца пересечения или касания геометрических элементов, из которых образованы контур детали и траектория движения инструмента при обработке. Точку на детали , относительно которой заданы ее размеры, называют нуль детали.

При выборе СКД следует:

1. Принимать направления осей такими же, как направления осей в СКС;

2. Нуль детали располагать так, чтобы все или большая часть координат опорных точек имели положительное значение;

3. Координатные плоскости СКД совмещать или располагать параллельно технологическим базам детали;

4. Координатные оси совмещать с возможно большим числом размерных линий или осей симметрии.

Система координат инструмента (СКИ) предназначена для задания положения режущего лезвия. Оси СКИ параллельны и направлены в ту же стороны, что и СКС.

Связи систем координат при обработке деталей на различных станках с ЧПУ приведены в работе

Заданное расположение поверхностей детали будет достигнуто в двух случаях: если заготовка и инструмент установлены в определенном положении в системе координат станка, и если все системы совмещены.

Таким образом, технологические базы, должны удовлетворять условию совмещения координатных осей заготовки и осей координат системы станка. Это упрощает программирование и облегчает увязку нуля заготовки с нулем станка.

Базирование деталей типа тел вращения имеет свои особенности . это связано с тем, что при установке их в центрах необходимо постоянство положения базового торца. Поэтому при при установке заготовки в центрах на токарных станках с ЧПУ применяются двух- и трех кулач­ковые поводковые патроны с плавающим центром.

Принятая схема базирования определяет конструкцию приспособления, ко­торая для станков с ЧПУ имеет ряд особенностей.

1. Приспособления для станков с ЧПУ должно иметь повышенную точ­ность и жесткость для обеспечения высокой точности обработки при макси­мальном использовании мощности станка.

2. Приспособления должны обеспечивать свободный подход инструмента ко всем обрабатываемым поверхностям. Это вытекает из того, что станки с ЧПУ позволяют обрабатывать заготовку последовательно с нескольких сторон. Например, на токарных станках с ЧПУ для обработки валов без переустановки применяют специальные поводковые центра, вращающие заготовку за торец.

3. Приспособления должны допускать смену заготовок во время работы станка. Для этого необходимо предусматривать возможность быстрого съема и установки приспособления для смены заготовки вне станка во время обработки заготовки в приспособлении-дублере.

4. Приспособления должны быть быстросменными и переналаживаемыми. Наиболее эффективно применение переналаживаемых приспособлений, обес­печивающих обработку широкой номенклатуры заготовок за счет перекомпо­новки, смены или регулирования установочных и зажимных элементов.

К приспособлениям, применяемым на станках с ЧПУ, относят следующие:

• универсально-безналадочные (центры, оправки, патроны),

• универсально-наладочные;

• универсально-сборные;

• универсально-сборные механизированные;

• сборно-разборные.

В серийном производстве могут применяться специализированные нала­дочные приспособления, которые обеспечивают базирование и закрепление ти­повых по конфигурации заготовок различных размеров в заданном диапазоне.

Неразборные специальные приспособления применяют лишь в тех случаях, если не подходит ни одна из универсальных переналаживаемых систем.

2). Последовательность проектирования технологических операций

Количество переходов при проектировании операций для каждой поверх­ности назначается в соответствии с типовыми схемами обработки в зависимо­сти от заданной точности. При этом надо учитывать типовые циклы обработки отдельных поверхностей и схемы перемещения инструмента

Порядок выполнения переходов обработки при изготовлении деталей на станках с ЧПУ и на универсальных станках с ручным управлением принципиально одинаков. Отличие заключается в большей концентрации переходов об­работки на одном станке и тенденции полностью обработать заготовку за один уставов (если механическая обработка не прерывается термической обработ­кой). При назначении последовательности обработки необходимо учитывать, что из-за снятия значительного количества металла может измениться жест­кость отдельных элементов детали.

Выбранная последовательность обработки должна быть увязана с техноло­гическими возможностями станка и окончательно принимается после выбора приспособления и инструмента. Основные технологические возможности стан­ков с ЧПУ изложены в работах

Разработка последовательности выполнения переходов должна основы­ваться на принципах:

• обеспечения максимально возможной и целесообразной концентрации переходов в одной операции,

• работы с оптимальными припусками и минимальными напусками, что позволяет сократить номенклатуру режущего инструмента, повысить точность и производительность обработки, упростить удаление стружки;

• минимального вспомогательного времени с учетом затрат времени на позиционирование, вспомогательные ходы, смену инструмента, поворот стола и т.д.;

• максимального учета возможностей станков и ограничений по точност-ным параметрам станков, длине консольного инструмента (обработка отверстий длиной не более 6 диаметров), диаметру фрез и т.д. При обработке валов на токарных станках с ЧПУ имеются особенности 1

Заготовки для обработки в центрах должны иметь центровые отверстия и хотя бы один обработанный торец.

2. Предварительные операции для заготовок могут включать не только об­работку торцев и центрование, но и другие операции, выполняемые на концах вала: сверление отверстий, нарезание в них резьбы, глубокое сверление, раста­чивание центрального отверстия и т.п.

3. Предварительные операции создают условия для последующей токарной обработки вала за один установ. Для некоторых поверхностей эти операции явля­ются окончательными, и это повышает требования к точности их выполнения.

4 Жесткие заготовки обрабатывать за один-два установа. При обработке используют правые и левые резцы.

5. Термоулучшение заготовки проводить перед обработкой на токарном станке с ЧПУ.

При токарной обработке втулок и фланцев можно отметить следующие особенности:

1. Чем меньше врезаний резца в необработанную поверхность, тем выше надежность его работы. Поэтому рекомендуется произвести сначала один рабо­чий ход резцом по торцовой поверхности в направлении оси заготовки и один рабочий ход по цилиндрической поверхности, параллельно зтой оси. Дальней­шая траектория перемещения резца выбирается, исходя из условия минималь­ного числа рабочих ходов.

2. При обработке отверстий вместо зенкерования и развертывания приме­нять растачивание, которое более производительно и обеспечивает более каче­ственную поверхность Применение зенкеров и разверток целесообразно при обработке больших партий заготовок или отверстий малого диаметра.

3. В ряде случаев для заготовок необходима предварительная обработка для создания надежных технологических баз.

Обработка корпусных заготовок на многооперационных станках имеет также ряд особенностей.

1. В первую очередь фрезеруются торцовой или концевой фрезой наруж­ные плоские поверхности, затем уступы, пазы, выступы. Затем фрезеруют внут­ренние плоские поверхности и пазы, расположенные на некотором расстоянии от наружных плоских поверхностей детали.

2. Последовательность переходов фрезерования плоскостей, расположен­ных на различных сторонах детали зависит, от точности их относительного рас­положения и затрат времени на смену инструмента, поворот стола и перемеще­ние узлов станка. При чистовой обработке плоскостей следует максимально приближать друг к другу чистовые переходы, стремясь уменьшить число изме­нений положения инструмента и детали, влияющих на точность обработки.

3. При выполнении сверлильно-расточных переходов сначала осуществля­ют черновые переходы обработки основных отверстий и отверстий диаметром более 30 мм в сплошном металле, затем аналогичные переходы обработки от­верстий детали, полученных в заготовке. Далее обрабатывают торцевые по­верхности, канавки, фаски и другие поверхности, точность которых ниже точ­ности станка. После осуществления указанных выше переходов должна быть выполнена получистовая и чистовая обработка основных отверстий, а также торцов, канавок, точность которых соизмерима с точностью станка.

4. Перед выполнением чистовых переходов рекомендуется удалить из внутренних полостей заготовки стружку, аккумулирующую значительное коли­чество теплоты, чтобы уменьшить температурные деформации заготовки.

Заключительными переходами обработки корпусов являются переходы об­работки вспомогательных отверстий. Последовательность этих переходов воз­можна по трем вариантам

1. Обработка каждого отверстия осуществляется полностью по всем тре­буемым переходам. Все переходы выполняются при одном положении детали относительно шпинделя станка. После выполнения всех переходов для одного отверстия, деталь перемещают для обработки следующего .После обработки всех отверстий с одной стороны детали, производят ее поворот для обработки отверстий с другой стороны. Данный вариант применяется при обработке основных отверстий сложной формы с высокой точностью.

2. Одним инструментом последовательно обрабатывают одинаковые от­верстия, расположенные с одной стороны детали, после чего сменяют инстру­мент и выполняется следующий переход для этих отверстий. После обработки отверстий, расположенных с одной стороны детали ее поворачивают для анало­гичной обработки с другой стороны.

Данный вариант применяется при небольшом числе переходов, необходи­мых для обработки одного отверстия, а число одинаковых отверстий велико.

3.Одним инструментом осуществляется первый переход обработки одина­ковых отверстии, расположенных с одной стороны детали, а затем последова­тельно со всех сторон детали. После завершения первого перехода обработки одинаковых отверстий со всех сторон детали происходит смена инструмента, и цикл повторяется для второго и последующего переходов.

Данный вариант применяется при большом числе одинаковых отверстий с различных сторон детали или в тех случаях, когда время, затрачиваемое на сме­ну инструмента, значительно превышает время поворота стола.

Проектирование технологических переходов кроме определения их состава и последовательности включает построение траектории движения инструмента на каждом переходе Построение рациональной траектории движения инстру­мента на рабочих и вспомогательных ходах является одной из основных задач разработки технологического процесса.

Перемещение инструмента при рабочих ходах на чистовых переходах осу­ществляется по эквидистанте. Характер эквидистанты отражает форму детали и режущей части инструмента. Эквидистанта формируется из геометрических элементов, которые соединяются пересечением или касанием.

Точки перехода одного геометрического элемента к другому называют опорными. В управляющей программе эквидистанту задают в виде координат опорных точек. Эти координаты определяют по чертежным размерам детали с использованием формул геометрии.

При проектировании вспомогательных перемещений инструмента следует учитывать следующее:

• подвод инструмента к обрабатываемой поверхности и отвод осуществля­ется по специальным траекториям вспомогательных перемещений, обес­печивающим врезание по касательным со своевременным переходом с вспомогательного хода на рабочий;

• остановка или резкое изменение подачи фрезы при резании недопусти­мы, так как это приводит к повреждениям поверхности или инструмента,

• длина вспомогательных ходов должна быть минимальной;

• для устранения влияния на точность обработки зазоров станка преду­сматривать дополнительные петлеобразные переходы при реверсе;

• траектория инструмента не должна пересекаться с элементами приспо­собления.

3). Выбор режущего и вспомогательного инструмента

Режущие инструменты для станков с ЧПУ должны отвечать следующим требованиям:

• высокая режущая способность;

• благоприятные условия стружкоотвода;

• высокая стойкость;

• возможность настройки на размер вне станка;

• технологичность в изготовлении;

• повышенная точность и жесткость;

• быстросменность,

• надежность.

На станках с ЧПУ оправдано применение более дорогостоящего и допус­кающего более высокие режимы резания инструмента.

Режущий инструмент для станков с ЧПУ может быть как стандартным, так и специальной конструкции. Специальные конструкции делятся на комбиниро­ванные и модульные.

Комбинированный инструмент применяется при относительно большой серийности обработки. Его применение позволяет сокращать штучное время за счет уменьшения времени резания и вспомогательного времени. К комбиниро­ванному инструменту относят: ступенчатые сверла и зенкеры, комбинирован­ный расточной инструмент, двузубые расточные регулируемые головки, наборы фрез. закрепленные на консольной оправке и т.п.

В модульных конструкциях режущего инструмента применяются много­гранные неперетачиваемые твердосплавные пластины с механическим крепле­нием. Применение пластин обеспечивает стабильность процесса резания.

Режущий инструмент, применяемый на станках с ЧПУ, принято подразде­лять на мерный, немерный и промежуточный. Такая классификация вызвана необходимостью компенсации износа инструмента с помощью системы ЧПУ, К мерным инструментам относят зенкеры, развертки, метчики К немерным отно­сят резцы, у которых вершина режущей кромки не имеет точных расстояний от трех базовых поверхностей. К промежуточным относят стандартные сверла, ко­торые в диаметральном направлении являются мерными, а в осевом - занимает переменное положение в зависимости от числа переточек.

Конструкция вспомогательного инструмента для станков с ЧПУ определя­ется двумя основными элементами: присоединительными поверхностями для

крепления его на станке и крепления режущего инструмента на нем. При авто­матической смене и закреплении режущего инструмента конструкция хвостови­ка вспомогательного инструмента зависит от конструкции устройства, осущест­вляющего смену инструмента.

В соответствии с действующими стандартами хвостовики вспомогательно­го инструмента изготавливают с одним фланцем (для станков с ЧГГУ с ручной сменой инструмента) или с двумя фланцами (для станков с ЧПУ с автоматиче­ской сменой).

Для исключения пробных рабочих ходов конструкция вспомогательного инструмента должна обеспечивать регулирование положения режущих кромок. Это вызывает необходимость применять разнообразные переходники, у кото­рых хвостовик сконструирован для конкретного станка, а передняя зажимная часть - для режущего инструмента со стандартными присоединительными по­верхностями.

К вспомогательному инструменту, применяемому для станков с ЧПУ. предъявляют следующие требования:

• номенклатура и стоимость инструмента должна быть минимальной;

• крепление режущего инструмента должно обеспечивать требуемую точ­ность, жесткость и виброустойчивость;

• обеспечивать при необходимости возможность регулирования положе­ния режущих кромок инструмента;

• удобство в обслуживании;

• быстросменность,

• технологичность в изготовлении.

4). Назначение режимов обработки

Выбор режимов обработки является комплексной технико-экономической задачей, решение которой заключается в определении режимов, обеспечиваю­щих минимальные затраты на обработку при заданных технических ограниче­ниях. Эффективность использования станков с ЧПУ в определенной мере опре­деляется выбором рациональных режимов, обеспечивающих увеличение на­дежности и производительности. Повышение надежности обработки при работе на предельных значениях глубины резания и подачи может быть достигнуто за счет устранения технологических перегрузок, возникающих в момент врезания и выхода инструмента. Системы ЧПУ позволяют автоматически уменьшать по­дачу в момент врезания инструмента в материал заготовки, а после начала реза­ния увеличивать до рабочей,

Расчет режимов резания при программировании затруднен по следующим причинам:

• в деталях сложной конфигурации при рабочих ходах изменяется глубина резания и ширина фрезерования;

• необходимо учитывать влияние ряда случайных факторов: колебание ве­личины припусков и твердости заготовок, качество поверхностного слоя, его структуру и др.;

• невозможность учесть все изменения в технологической системе при об­работке под воздействием сил резания, а также возможность возникно­вения вибраций.

При обработке заготовок на универсальных станках рабочий при необхо­димости может изменить режимы резания на приемлемые. На станках с ЧПУ оператор в большинстве случаев непосредственно не управляет станком, а ре­жимы резания определяются квалифицированными технологами.

При назначении режимов резания для обработки на станках с ЧПУ с ре­вольверной головкой или инструментальным магазином главное состоит в том, чтобы назначить наиболее рациональное сочетание элементов режимов резания для всех участвующих в работе инструментов. Это необходимо для того, чтобы смену всех инструментов производить одновременно и простои станков из-за смены инструментов свести к минимуму. В связи с высокой стоимостью станков с ЧПУ, применением инструментов с предварительной настройкой на размер, быстросменной оснасткой, возможно­стью автоматической смены чисел оборотов в соответствии с заданной про­граммой периоды стойкости инструментов выбирают более низким, чем реко­мендуется, а режимы обработки более высокими.

Для выбора режимов резания на станках с ЧПУ используются специальные нормативы.

5.) Нормирование операций, выполняемых на станках с ЧПУ

Расчет штучного времени обработки детали производится по единой формуле, Применяемой для станков с ручным управлением, включающей основное время, вспомогательное время, время обслуживания рабочего места и время, необходимое на отдых и личные потребности. Элементы штучного времени определяются так же, как и для случаев обработки на станках с ручным управлением.

Отличие нормирования для станков с ЧПУ от станков с ручным управле­нием заключается в разном составе вспомогательного и подготовительно-заключительного времени.

Вспомогательное время для станков с ЧПУ состоит из времени на установ­ку и снятие детали и машинно-вспомогательного времени.