Типовые схемы переходов при фрезерной обработке

При программировании фрезерной обработки областей (зон) используют типовые схемы технологических переходов, определяющих правила построения траектории инструмента.

Существует две основные схемы формирования траектории движения фрезы при фрезерной обработке: зигзагообразная и спиралевидная [10, 13].

Зигзагообразная схема (рис. 4.1) характеризуется тем, что инструмент в процессе обработки совершает движение в противоположных направлениях вдоль параллельных строчек с переходом от одной строки к другой вдоль границы области. Эта схема достаточно распространена, но имеет ряд недостатков. Один из недостатков – переменный характер фрезерования: вдоль одной строки инструмент работает в направлении подачи, а вдоль следующей – против, что ведет к изменению сил резания и качества обработки. Другой недостаток этой схемы – повышенное число изломов на траектории инструмента. Это отрицательно сказывается на динамике резания и ведет к увеличению времени обработки, т. к. необходимо выполнять многочисленные операции по разгону и торможению привода подачи станка с ЧПУ.

Зигзагообразная схема имеет несколько разновидностей, связанных с порядком обработки границ: без обхода границ (рис.4.1, а), с проходом вдоль границ в конце обработки области (рис. 4.1, б), с предварительным проходом вдоль границ (рис. 4.1, в).

а) б) в)

 

Рис. 4.1. Схемы зигзагообразных фрезерных переходов

Спиралевидная схема отличается от зигзагообразной тем, что обработка ведется круговыми движениями инструмента, совершаемыми вдоль внешней границы области на разном расстоянии от нее (рис. 4.2, а, б). В отличие от зигзагообразной, спиралевидная схема обеспечивает более плавный характер обработки, т. к. направление фрезерования (по или против подачи) неизменно и нет дополнительных изломов траектории. Спиралевидная схема имеет две разновидности: первая характеризуется движением инструмента от центра области к периферии (см. рис 4.2, а), а вторая – от границы области к ее центру (см. рис. 4.2, б). Каждая из рассмотренных разновидностей спиралевидной схемы имеет два типа: с движением инструмента в направлении по или против часовой стрелки при наблюдении со стороны шпинделя.

Одинаковый характер фрезерования можно выдерживать также с помощью схемы Ш-образного типа (рис. 4.2, в). Согласно этой схеме инструмент после выполнения прохода вдоль строки отводится на необходимое расстояние от обработанной поверхности и на ускоренном ходу возвращается назад. Ш-образная схема имеет те же разновидности, что и зигзагообразная. Существенный недостаток этой схемы - большое число вспомогательных ходов.

При построении траектории инструмента на черновых переходах необходимо знать расстояние между соседними проходами фрезы, так как оно определяет глубину резания.

а) б) в)

 

4.2. Спиралевидные (а), (б) и Ш-образная (в) схемы фрезерных переходов

 

Максимально допустимая величина этого расстояния (рис 4.1, а) зависит от геометрических параметров используемого инструмента

 

tmax = D – 2r – h1, (9)

где D – диаметр фрезы; r – радиус скругления у торца; h1 – перекрытие между проходами (рис. 4.2,б), обеспечивающее отсутствие гребешков.

Определенные трудности при программировании представляет спиралевидная схема, которая в идеальном случае должна иметь форму Архимедовой спирали. Практически такую спираль реализовать очень сложно, поэтому обычно обработка ведется по двух- или четырехполюсной спирали (рис. 4.3) [13].

Такая спираль строится путем сопряжения дуг, имеющих общие центры в виде полюсов А и В (рис. 4.3).

 

 

D

 

 

Рис. 4.3. Двухполюсная спираль фрезерных переходов

 

Исходными данными к расчету параметров фрезы являются: D – диаметр обрабатываемой поверхности; dф – диаметр фрезы. Радиус эквидистанты определяется по формуле:

 

D - dф

Rэ =. (10)

 

Далее вычисляется коэффициент а:

 

Rэ

0.6 dф

³ а ³

Rэ

0.8 dф

(11)

Коэффициент а принимается как меньшее целое из полученного интервала (например, 5,7 ≥ a ≥ 3,4, принимаем а=4).

Определяем шаг спирали

 

h = Rэ / a. (12)

 

Расстояние между полюсами

 

P = h / 2. (13)

 

После того, как определены параметры спирали, выполняем ее построение: наносим первый полюс А в центр обрабатываемой окружности, второй полюс В располагаем на расстоянии Р от первого. Выполняем построение первой дуги: началом служит полюс А, а центром полюс B; ведем ее до пересечения с осевой проходящей через полюса (точка 1 рис. 4.3). Строим следующую дугу: в качестве центра берем противоположный полюс, а началом дуги является окончание предыдущей (полюс А и точка 1 на рис. 4.3). Построение проводим до тех пор, пока спираль не выйдет на эквидистанту.

При программировании фрезерной обработки важно выбрать способ врезания инструмента в металл. Наиболее простой способ – это врезание с подачей вдоль оси инструмента. Однако этот способ, во-первых, не пригоден для фрез, имеющих технологические центровые отверстия, во-вторых, из-за того, что фрезы работают плохо на засверливание – не эффективен. Для использования этого способа рекомендуется предварительно обработать места врезания сверлом (рис. 4.4, а).

а) б) в)

Рис. 4.4. Схемы способов врезания фрезы в металл

К технологическому способу относят врезание при движении инструмента вдоль одной из строк с постепенным его снижением (рис. 4.4, б). Этот способ также применяют при движении инструмента по окружности или вдоль границы обрабатываемой области.

При чистовой обработке контуров, как правило, врезание осуществляется по дуге окружности, касательной к контуру в точке, с которой должно быть начало движения инструмента вдоль контура (рис. 4.4, в). Такой способ обеспечивает наиболее плавное изменение сил резания и минимальную погрешность обработки в упомянутой точке; он наиболее удобен с точки зрения ввода в управляющую программу коррекции на радиус инструмента [10].

 

 

КООРДИНАТНЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

При обработке отверстий на сверлильных станках с ЧПУ перемещения инструмента вдоль оси шпинделя (ось Z) разделяют на перемещения, связанные с подводом инструмента к обрабатываемой заготовки детали для врезания, непосредственного резания и перебегом инструмента, выполняемые с различными подачами.

Величины подвода l1 и перебега l2 определяются с учетом обеспечения минимальных холостых перемещений с рабочей подачей и плавного ввода инструмента в отверстие и вывода из него, характера предыдущей обработки (наличие зацентровки, диаметр предварительного отверстия), геометрии инструмента. Длина l обрабатываемого отверстия определяется по чертежу детали.

На рис.4.5 представлена схема для расчета перемещений по оси

Z (по оси инструмента).

Величина подвода l1=2 мм, если входная поверхность отверстия обработана, в противном случае – l1 = (t + 6) мм, где t – припуск на последующую обработку. Величина перебега l2 определяется по следующим формулам: при сверлении сквозных отверстий l2 = (0,3D

+ 2) мм, при зенкеровании l2 = (k + 2) мм, где k - длина заборного конуса, и при развертывании l2 = (k + 2 + 0,4lk) мм, где lk - длина калибрующей части развертки.

k

 

l 2 l l 1

 

Рис. 4.5. Схема для расчета перемещений инструмента по оси Z

 

Координатные перемещения в плоскости стола (оси X, Y)

определяются согласно чертежу детали.

 

 

ОБРАБОТКА СИСТЕМЫ ОТВЕРСТИЙ

Систему отверстий (число отверстий больше двух) в детали можно обрабатывать по двум основным вариантам.

При последовательном варианте (рис. 4.6, а) каждое отверстие системы обрабатывают полностью по всем переходам при одном позиционировании стола относительно шпинделя. После полной обработки одного отверстия осуществляется перемещение стола для обработки следующего отверстия и т. д.

 

а) б)

 

 

+

 

Рис. 4.6. Варианты обработки системы отверстий: а - последовательный; б – па- раллельный

При параллельном варианте (рис. 4.6, б) одним инструментом обрабатывают одинаковые отверстия в системе путем последовательного перемещения стола с заготовкой детали. Затем инструмент меняют и в той же последовательности обрабатывают эти отверстия системы другим инструментом.

Если системы отверстий располагаются на нескольких сторонах детали, то по завершении обработки всех отверстий на одной стороне заготовку детали поворачивают, и отверстия системы по одному из вариантов обрабатываются на других сторонах.

При выборе варианта обработки систем отверстий предпочтение отдают тому варианту, у которого при одинаковом основном времени будет обеспечено минимальное время на вспомогательные перемещения и обеспечивается требуемая точность обработки. Время вспомогательных перемещений определяется сменой инструмента и позиционированием рабочих органов станка.

Для обработки отверстий 11 и 12 квалитетов несколько производительнее является второй вариант, т. к. позиционирование стола происходит за более короткое время, чем смена инструмента. При обработке отверстий 7...9 квалитетов или отверстий с допусками на межосевые расстояния менее 0,2 мм предварительные переходы (центрование, сверление, зенкерование и цекование) выполняют по второму варианту, а окончательные (зенкерование под развертывание, развертывание и нарезание резьбы) – по первому. Ступенчатые отверстия следует обрабатывать по первому варианту.

Анализ работы станков с ЧПУ показывает, что смена инструмента и поворот стола являются более сложными элементами цикла работы станка, чем позиционирование стола и салазок. Поэтому из эксплуатационных соображений следует работать с меньшим числом смен инструментов и меньшим числом поворотов стола. Тем более, что можно говорить лишь об условно фиксированном положении стола, т. к. практически во всех современных станках с ЧПУ смена инструмента сопровождается перепозиционированием стола. Исходя из этих соображений, предпочтительным следует считать обработку систем отверстий по второму варианту [4].