Ii . Опорный конспект лекций (Ч. II )

I. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

Настоящее пособие является продолжением курса «Технология машиностроения», часть I.

В первой части приводится новая методология проектирования технологических маршрутов изготовления деталей при механической обработке. Проектирование технологического маршрута обработки детали разбивается на три взаимосвязанные части: проектирование потенциального технологического маршрута, реального предварительного и реального проектного. Данная методология воспроизводит нормативный подход к проектированию технологических маршрутов и технологических процессов в целом. Далее рассматриваются вопросы проектирования операционных технологических процессов, основанных на разработанных технологических маршрутах. Дается методика назначения припусков и межоперационных размеров. Рекомендована последовательность назначения технологических баз при проектировании технологических процессов.

Во второй части пособия рассматриваются особенности проектирования технологических процессов в автоматизированном производстве, общая характеристика типовых и групповых технологических процессов, вопросы обработки типовых деталей машин.

 

 

Обозначение моделей станков с ЧПУ

 

Обозначение станков с ЧПУ включает обозначение базовой модели и  обозначение системы управления.

Ц – с цикловым управлением (1В340Ц); Ф1 – станки с цифровой индикацией, в том числе и с предварительным набором координат; Ф2 – с позиционной  системой ЧПУ (2Р135Ф2); Ф3 – станки с контурной системой ЧПУ (6Р13Ф3); Ф4 – станки с универсальной системой ЧПУ (6Г13Ф4); РФ3 – наличие револьверной головки; МФ3 – наличие инструментального магазина.

 

1.4. Технологическая подготовка производства
        при обработке деталей на станках с ЧПУ

 

Процесс технологической подготовки производства при обработке деталей на станках с ЧПУ можно разделить на несколько этапов:

- технологический,

- расчётно-аналитический,

- кодирование,

- запись информации на программоноситель,

- контроль, отладка и внедрение.

 

Технологический этап

 

Технологический этап содержит следующие разделы:

- изучение технологических возможностей станков и их выбор,

- подбор деталей в группу,

- проектирование технологического процесса.

Изучение технологических возможностей станков и их выбор. Для правильного выбора станков с ЧПУ необходимо чётко представлять их технологические возможности, в частности, наличие того или иного количества управляющих координат, тип системы управления и её возможности, реализуемые на станке методы обработки поверхностей детали, точность станка. Знание технологических возможностей станка позволит технологу осуществить один из основных принципов эффектного применения станков с ЧПУ, а именно максимального использования технологических возможностей станка при обработке заданной группы деталей.

Подбор деталей в группу. Эффективность станков с ЧПУ во многом определяется правильным выбором детали. Можно выбрать самые современные станки с ЧПУ, но если подбор деталей выполнен неправильно, то получить высокую эффективность их использования будет невозможно.

Основные положения, учитываемые при подборе деталей в группу:

а) возможность обеспечения высокой концентрации технологических переходов, позиций и установов в операции;

б) деталь должна быть сложной, то есть иметь большое количество поверхностей, обрабатываемых за несколько переходов;

в) ориентировочный рациональный размер партии, при которой выгодно применять станки с ЧПУ, как показывает опыт их использования, можно принять равным 10-15 деталей;

г) повторяемость запусков партий в производство должна быть достаточной, не менее восьми раз в год;

д) заготовки деталей должны быть более точными по размерам, с небольшими колебаниями припуска и твёрдости материала для более точного прогнозирования времени смены всех инструментов по стойкости;

е) трудоёмкость операции на станках с ЧПУ не должна быть ниже определённой нормы для организации многостаночного обслуживания (не ниже   0,1 ст./ч);

ж) все детали подбираются в группу так, чтобы их можно было обрабатывать в одном групповом приспособлении и одним набором режущих инструментов;

з) предпочтительнее переводить на обработку на станки с ЧПУ те операции, где больше объём пригоночных и разметочных работ, где сложнее оснастка при изготовлении на обычных станках;

и) деталь должна быть технологичной.

Обеспечение технологичности деталей, подлежащих обработке на станках с ЧПУ. Основными признаками технологичности детали можно считать возможность обработки детали за минимальное количество установов и применение наименьшего количества инструментов. Наиболее технологичной с этой точки зрения является конструкция детали с базовой поверхностью, позволяющей обработать деталь с одной установки, одним инструментом при выполнении одного этапа обработки детали.

Для повышения технологичности детали желательно упрощать геометрические формы элементов детали и типизировать повторяющиеся элементы (рис.1.2).

	R 1
			R 2

 

                                    

R ₁≠ R ₂≠ R ₃ - не технологично,

R ₁= R ₂= R ₃ - технологично

R 3

                                       

 

  

 

 

Форма поверхностей должна быть такой, чтобы можно было обработать максимальное их количество одним инструментом (рис.1.4).

 

                                            

 

 

                                   а)                                                                б)

 

Радиусы сопряжений не рекомендуется назначать слишком малыми, так как для обработки контура придётся выбирать фрезу малого диаметра, обладающую пониженной прочностью и жесткостью, что приводит к увеличению износа фрезы. Рекомендуется радиус сопряжений для цветных и конструкционных сталей применять в пределах r =(0.15…0.20) H, где H – высота полки обрабатываемого контура. Для труднообрабатываемых сталей рекомендуется радиус сопряжений принимать r =(0.20…0.5) H.

Требования к технологичности, указанные выше, распространяются и на детали обрабатываемые на ОЦ. Дополнительно к указанным требованиям можно добавить:

а) обеспечение свободного доступа инструмента к максимально возможному числу поверхностей при обработке с одной  установки и с учётом поворота детали;

б) необходимо при конструировании детали стремиться к максимальной унификации и стандартизации не только элементов детали, но и допусков и посадок отверстий, размеров резьб, пазов и канавок. Это позволит максимально сократить количество типоразмеров применяемого инструмента.

Наиболее технологичной для ОЦ  является жесткая прямоугольная конструкция детали, которая приближенно может быть вписана в куб.

Технологичность детали с точки зрения простановки размеров на чертеже.

1. Простановка размеров на чертежах детали, а в дальнейшем и на технологических эскизах, должна быть согласована с системой отсчета, применяемой на станках с ЧПУ. Существуют две системы отсчета: абсолютная и относительная.

2. При абсолютной системе отсчета размеры проставляются от осей координат детали (рис.1.5).

 

 

 

 

Х

У

Х

У

3. При относительной системе отсчета размеры проставляются цепочкой (в приращениях) (рис.1.6).

4. Простановка размеров на чертеже должна предусматривать последо-вательность их выполнения. Это устраняет необходимость технологических пересчетов.

 

 

 

5. Для дуг окружностей необходимо задавать координаты центра окружности (рис.1.7).

 

 

	Рис. 1.7. Пример задания координат центра окружности

1.4.2. Особенности проектирования технологического процесса
на станках с ЧПУ

Выбирая станки с ЧПУ для обработки  детали, необходимо помнить, что оборудование обладает:

а) широкими технологическими возможностями;

б) высокой степенью автоматизации;

в) большой стоимостью;

г) относительно высокой производительностью.

Наивысшей эффективности использования этого оборудования можно достичь, максимально используя их широкие технические возможности. В практике машиностроительного производства все еще имеются случаи, когда возможности станков с ЧПУ используются частично. При этом резко снижается их эффективность. Исходя из этого, необходимо четко представлять технологические возможности станков с ЧПУ.

Разработка технологического процесса отмечается высокой степенью его детализации. Основные принципы построения технологического процесса обработки детали на станках с ЧПУ те же, что и для обычных станков. Особенности проектирования технологического процессов проявляются при решении следующих задач:

а) базирование заготовок,

б) формирование последовательности обработки поверхностей детали,

в) построение траектории движения режущего инструмента.

Базирование и закрепление заготовок. В качестве баз принимаются поверхности, обеспечивающие более полную обработку деталей.

В настоящее время для обеспечения высокой точности обрабатываемых поверхностей относительно базовых рекомендуется базовые поверхности обработать точно. Чисто фрезеровать или шлифовать.

При выполнении обработки по этапам эта рекомендация не нужна.

Очень часто обработку базовых поверхностей выносят в отдельную первую операцию, которая при малой продолжительности по времени может выполняться на обычных универсальных станках.

Одновременно с выбором баз устанавливают координатные системы. Выделяют три основные координатные системы:

- координатная система станка;

- координатная система детали;

- координатная система инструмента.

Координатные системы станка и инструмента определяются конструкцией оборудования.

Координатную систему детали выбирает технолог произвольно, хотя существуют рекомендации по ее выбору в зависимости от выбранных технологических баз и системы простановки размеров на чертеже детали.

Формирование последовательности обработки детали на станках с ЧПУ. В общем случае последовательность обработки поверхностей детали в первую очередь определяется точностью обрабатываемых поверхностей и точностью их взаимного расположения.

Обработка подразделяется на этапы: черновой, получистовой, чистовой, то есть последовательность обработки детали определяется последовательностью выполнения ее этапов.

Обдирочный этап по снятию напуска рекомендуется производить на обычных станках. На одном станке нормальной точности  рекомендуется объединять не более двух этапов обработки (черновой и получистовой) или (получистовой и чистовой). Этап повышенной точности может выполняться на станке с ЧПУ, если станок обеспечивает требуемую точность и шероховатость (станок класса П). В противном случае этот этап выполняется на другом станке.

Количество операций обусловливается количеством установов, за которые обрабатывается деталь. В серийном производстве каждая операция может выполняться за один или несколько установов.

Если объем выпуска детали большой, то в операции рекомендуется формировать один установ, если объем выпуска малый, то в одной операции может формироваться несколько установов.

В мелкосерийном и серийном производствах при выполнении в одной операции нескольких установов количество установов N уст в операции может быть определено по формуле

                                                     N уст = ;                                          (1.1)

 

При формировании последовательности обработки поверхностей следует учитывать:

а) по возможности стремиться к совмещению обработки различных поверхностей одним инструментом;

б) при точности межосевого расстояния до ±0,1 мм применять растачивание;

в) при черновой обработке отверстий с диаметром более 30мм можно применять расфрезеровывание концевой фрезой;

г) для отверстий диаметром меньше 15 мм применять центрование;

д) в отдельных случаях целесообразно применять комбинированный инструмент (сверло-зенкер, зенкер-развертка).

Указанное выше по выбору последовательности обработки поверхностей детали справедливо и при использовании станков типа «обрабатывающий центр». В дополнение к указанному следует добавить:

а) при расточке отверстий вылет оправки должен быть минимальным, поэтому расточка соосных отверстий, расположенных в параллельных стенках, производится сначала с одной стороны, потом с другой с поворотом детали;

б) возможна обработка отверстий с малыми межцентровыми расстояниями, так как обработка ведется последовательно, в отличие от многошпиндельных станков;

в) анализ работы станков типа ОЦ показывает, что смена инструмента и поворот стола являются более сложными элементами цикла работы станка, чем позиционирование стола и салазок. Поэтому рекомендуется составлять такую последовательность переходов, при которой обеспечивается меньшее число смен инструментов и меньшее число поворотов стола.

 

В зависимости от технологических возможностей системы управления отработка поверхностей может быть различной: либо линейной, либо круговой.

 

Осуществляется с помощью специализированных устройств – интерполяторов. Различают интерполяторы линейные и линейно-круговые.

1

Линейные позволяют отрабатывать перемещения между двумя опорными точками только по прямой (рис.1.8.а)).

Линейно-круговые отрабатывают перемещения по прямой или по дуге (рис.1.8.б)).

У

2 а)

2 б)

1

1

У

У

У

X

2

1

 

Если при наличии линейного интерполятора нужно отработать траекторию по дуге окружности, то на дугу наносят ряд промежуточных точек и рассчитываются их координаты. Линейный интерполятор отрабатывает перемещение по контуру многогранника. В этом случае дуга аппроксимируется  ломаной линией (рис.1.9).

На практике число опорных точек принимается минимальным, так чтобы максимальное отклонение от заданного контура не превышало допуска на аппроксимацию контура:

У

а) для обычных размеров:

c

Т а =(0,3…0,5) Т р,

где  Т р-допуск выполняемого размера контура;

b

б) для точных размеров:

Т а =(0,1…0,3) Т р.

 

a

Если при наличии круговой интерполяции нужно отработать участок не являющийся дугой окружности, то надо использовать круговую интерполяцию с аппроксимацией контура участками дуг  окружностей.

Особенности выбора режущего инструмента. В отличие от режущего инструмента, применяемого на обычных станках, режущий инструмент для станков с ЧПУ характеризуется:

а) возможностью обработки элементарной поверхности стандартным инструментом;

б) возможностью быстрой переналадки и подналадки вне станка и на станке (специальные  элементы для регулировки);

в) взаимозаменяемостью (для резцов рекомендуется применять неперетачиваемые пластинки с механическим креплением);

г) высокой производительностью (применение пластинок из твердого или сверхтвердого сплава);

5)большей жесткостью и точностью.

Построение траектории режущего инструмента. После определения последовательности обработки элементарных поверхностей детали для каждой позиции и каждого инструмента строится траектория его перемещения.

Траектория режущего инструмента - это формообразующие движения инструмента совместно с его подводами и отводами, описывающиеся линией, вдоль которой перемещается определенная точка инструмента.

В качестве точек, для которых рассматриваются траектории инструментов, могут быть выбраны вершина инструмента (В), центр закругления (Ц) (рис.1.10). Подобные точки часто называют расчетными точками инструментов.

 

Траектория вершины или центра закругления инструмента в плоскости обработки - линия, эквидистантная к обрабатываемой поверхности.

Для формирования траектории перемещения режущего инструмента выбирается исходная точка. Она выбирается произвольно с учетом установки и съема режущего инструмента и заготовки. На траекторию наносятся опорные точки, разделяющие отдельные элементарные поверхности, и технологические точки, определяющие изменение режима перемещения или вращения инструмента (рис.1.11).

Траектория перемещения режущего инструмента строится для каждого инструмента и зависит от вида обработки. При чистовой обработке характерна одноходовая обработка по заданному контуру (рис.1.11) при черновой обработке возможна многоходовая обработка (рис.1.12).

X

Эоб, Эчр

X

Z

	ИТ

 

Х

Основным принципом при формировании траектории является обеспечение минимума холостых перемещений инструмента.

Системы координат. Главная система координат - система станка. В нашей промышленности принята прямоугольная правосторонняя система координат (правило правой руки).

Средний палец указывает на положительное направление оси Z, большой палец - на положительное направление оси Х, указательный палец - на положительное направление оси У.

Каждая ось на каждом станке имеет свое направление. Ось Z – это направление от обрабатываемой детали к инструменту. Ось Х всегда располагается горизонтально.

+ Z

+ Z

+ X

Направление вращения положительно, если при взгляде вдоль положительного направления координатной оси Z вращательное движение осуществляется по часовой стрелке.

+ Y

+ X

Система координат станка является главной расчетной системой, в которой определяются предельные перемещения, начальные и текущие положения рабочих органов станка. Положения рабочих органов станка характеризуют их базовые точки, выбираемые с учетом конструктивных особенностей узлов станка. Так, для шпиндельного узла токарного станка базовой точкой является пересечение торца шпинделя с осью его вращения, для поворотного стола - центр стола и т.д.

Начало координат станка обычно совпадает с базовой точкой узла, несущего заготовку или инструмент.

При программировании и наладке станка выделяют нулевую точку. Нулевая точка- это точка, принятая за начало системы координат станка. Относительно нулевой точки в управляющей программе задаются абсолютные размеры перемещения рабочих органов станка. Система координат станка связывается постоянными размерами (const) с установочными поверхностями приспособления.

Система координат детали служит для определения положения обрабатываемых поверхностей детали. В этой системе производится пересчет размеров, заданных на чертеже детали, в координаты опорных точек траектории инструмента. При выборе системы координат детали рекомендуется:

- совмещать координатные оси с поверхностями технологических баз;

- координатные оси совмещать с осями или поверхностями, относительно которых проставлено наибольшее количество размеров;

- координатные оси располагать так, чтобы все или большинство точек контура имели положительные значения координат;

- направления координатных осей выбирать такими же, как и в системе координат станка.

Некоторые системы ЧПУ могут иметь «плавающий нуль», который характеризует свойство системы ЧПУ помещать начало отсчета перемещения рабочего органа в любое положение относительно нулевой точки.

Система координат детали связывается постоянными размерами с технологическими базами и нулем станка.

Z дет

Z и

Z и

Система координат инструмента предназначена для задания положения его режущей части относительно державки или начала системы координат инструмента (рис.1.15).

Z

+ X

X и

Начало системы координат инструмента принимают в базовой точке инструментального блока.

Начало системы координат инструмента связывается постоянными размерами с нулевой точкой станка.

При программировании используется понятие исходной точки. Исходная точка - это точка, используемая для начала работы по управляющей программе. В исходную точку перед началом работы устанавливается вершина инструмента или центр закругления.

В общем случае могут иметь место все три координатные системы.

z д

z о

Все три координатные системы должны быть связаны между собой константами z д, z о, х о. Эти размеры вводятся с пульта в систему управления.

Z д

Z и

X и

X д

X 0

Oд

Oст

При выборе систем координатных осей надо стремиться к их совмещению, особенно это характерно для систем координатных осей станка и детали.

 

Расчетно-аналитический этап

 

Основным назначением этого этапа является определение координат опорных точек траектории инструмента. Форма проставления координат опорных точек должна соответствовать системе отсчета станка. Для станков с абсолютной системой отсчета требуются абсолютные значения координат, то есть значения каждой координаты относительно начала системы координат. Для станков с относительной системой отсчета требуются относительные значения  координат, то есть приращения каждой координаты по сравнению с предыдущим значением. Координаты опорных точек могут быть получены непосредственно из чертежа или путем более или менее сложных вычислений.

Кодирование. Для кодирования управляющих программ при обработке деталей на станках с ЧПУ используются коды, принятые при создании того или иного конкретного устройства ЧПУ. Устройства ЧПУ в большинстве случаев рассчитаны на кодирование программ в международном коде ISO -7 bit.

В нашей стране приняты обозначения:

Х, У, Z - размеры перемещений по осям Х, У и Z,

S - частота вращения шпинделя,

F - скорость подачи,

Т - функция инструмента,

G - подготовительная функция,

М - вспомогательная функция,

N - номер кадра,

i, j, k - координаты центра дуги по соответствующим осям,

L - функция коррекции инструмента,

LF – конец кадра и др.

Любая программа состоит из кадров. Кадр должен сожержать не менее двух слов. Слово состоит из адреса, обозначенного буквой, и числа, отображающего подачу либо другую величину.

Адреса S, F вводятся только при изменении скорости подачи и частоты вращения шпинделя, подготовительная функция (G)   вводится при изменении условий перемещения, Т - при изменении номера инструмента.

После адресов Х, У, Z обязательно проставляется знак + или -, означающий направление перемещения.

Кадр всегда начинается с его номера и заканчивается функцией конец кадра.

Подготовительные функции G:

G 04 – задержка времени,

G 01 – линейное перемещение,

G 02 – круговая интерполяция по часовой стрелке,

G 03 – круговая интерполяция против часовой стрелки,

G 17, G 18, G 19 – выбор плоскости отработки соответственно xy, xz, yz при круговой интерполяции,

G 25 – возврат в “0” станка,

G 26 (G 91) – работа в приращениях,

G 27 (G 90) – в абсолютной системе,

G 40 – отмена коррекции инструмента.

При обработке на сверлильных, расточных станках и типа ОЦ устройства ЧПУ автоматически обеспечивают несколько структур постоянных циклов движения инструмента:

G 81 – цикл сверления (быстрый подвод, собственно сверление, вывод),

G 82 – цикл цековки (быстрый подвод, рабочая подача, задержка, вывод инструмента из детали),

G 84 – нарезание резьбы (быстрый подвод, нарезание резьбы метчиком или плашкой, реверс, вывод метчика из детали),

G 85 – цикл развертывания,

G 86 – цикл растачивания.

Во всех перечисленных случаях инструмент выводится из детали к её поверхности.

Для выполнения циклов с отводом инструмента в исходное положение, с которого начинался быстрый подвод, на ряде станков используются подготовительные функции G 91, G 92, G 94, G 95, G 96 соответственно. Для отмены постоянных циклов используется функция G 80.

Вспомогательные функции M:

M 00 – останов,

M 02 – конец программы,

M 03 – вращение шпинделя по часовой стрелке,

M 04 – вращение шпинделя против часовой стрелки,

M 05 – останов шпинделя,

M 06 – смена инструмента,

M 08, M 09 – включение и отключение СОЖ.

X

Y

Задание информации при линейной интерполяции. Кадр записывается в следующем порядке: вначале приводится номер кадра, дальше записывается функция плоскости отработки, потом функция, определяющая систему отсчёта, потом функция режима отработки и далее координаты x, y, z. Обычно информация записывается в одном кадре. В конце кадра ставится функция ПС – конец кадра.

Предположим необходимо отработать перемещение инструмента из точки А в точку В (рис.1.17) Запись кадра будет иметь вид

N 005 G 17 G 91G01 X +005000 Y +004000ПС,

Дискретность системы – 0,01 мм.

Задание геометрической информации при круговой интерполяции. При круговой интерполяции в программе задаётся:

Y

1) система отсчёта (G 90, G 91),

2

R 50

2) плоскость отработки (G 17, G 18, G 19),

1

3) функция, определяющая вид работы (по часовой, против часовой стрелки G 02, G 03),

Х

4) координаты конечной точки дуги относительно начальной с учётом знака (в относительной системе),

5) координаты центра окружности относительно начальной точки дуги (относительная система отсчёта). Предположим, необходимо отработать перемещение инструмента из положения 1 в положение 2 (рис.1.18). Запись кадра будет иметь вид

N 01 G 91 G 17 F 500 ПС

N 02 G 03 X – 004000 Y +002000 i – 004000 j – 003000ПС

N 03 X – 003000 Y – 001000 j – 005000ПС

N 04 M 02.

Современные системы ЧПУ позволяют использовать при разработке управляющих программ подпрограммы. Обращение к подпрограммам производится по соответствующей команде. При этом может указываться количество повторений по отработке этой подпрограммы.

Контроль и отладка УП. Прежде чем приступить к обработке партии деталей, необходимо исправить возможные ошибки, которые могли появиться на любом этапе проектирования. С этой целью предусмотрен:

- специальный контроль,

- вычерчивание траектории движения инструмента на листе бумаги с помощью графопостроителя.

Отладка производится в следующей последовательности:

- отрабатывают программу без установки инструмента, оснастки и заготовки,

- выполняют пробную обработку детали или макета с применением оснастки и инструмента,

- обрабатывают контрольную деталь.

 

Нормирование обработки на станках с ЧПУ. При нормировании обычно рассчитывают время рабочего цикла станка. Рабочий цикл определяется по формуле

                           ,                       (1.2.)

где  –  время установки и снятия заготовки; – время смены инструмента;

 – время холостых ходов за один переход; t о – время выполнения перехода;

t п – время паузы; n – число смен инструментов; m – число переходов операции;

k – число пауз (остановок).

 

Агрегатные станки

 

К агрегатным станкам относятся станки, скомпонованные из унифицированных узлов и механизмов определенного целевого назначения. Примерами таких узлов могут быть станина, силовые головки с приводом и салазками, столы неподвижные и поворотные, стойки, кронштейны и т.д. Из этих узлов и компонуются агрегатные станки определенного технологического назначения. Количество