Разработка технологического перехода

На уровне перехода определяются свойства «действие» и «инструмент». (Свойство «объект» предполагается определенным при формировании принципиальной схемы).

Инструмент характеризуется собственными свойствами, основные из которых – класс, материал и геометрия.

Класс инструмента ‑ резец, фреза, сверло, зенкер, развертка, протяжка и др. ‑ определяется видом обработки, который, в свою очередь характеризуется, обрабатывающим действием. Например, действие «точить» относится к токарной обработке и предполагает использование инструмента класса «резец».

Классы инструмента делятся на подклассы. Например резец может быть проходным, расточным, подрезным и.т.д. Фреза – концевая, торцевая, дисковая и т.д. Подкласс инструмента определяется как обрабатывающим действием, так и объектом обработки. Например, объект «шпоночный паз сегментный» фрезеруется дисковой фрезой, а «шпоночный паз призматический» ‑ фрезой концевой. Точение внутренней цилиндрической поверхности (отверстия) на токарном станке называют растачиванием. Соответственно, резец нужен «расточной».

Определение (выбор) класса инструмента практически полностью реализуется при помощи базы данных и информационно-логических таблиц.

Материал характеризуется маркой: быстрорежущая сталь ‑ У7, У8, У10, У12, Р6М5К5, Р6М5Ф2К8, Р9, Р9М4К8, Р18; твердосплавные вольфрамовые ‑ ВК2, ВК3,ВК3М, ВК4В, ВК6М, ВК6 …, твердосплавные, содержащие титан и вольфрам, ‑ Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12В, твердосплавные, содержащие титан, тантал и вольфрам — ТТ7К12, ТТ10К8Б.

Марки инструментальных материалов приведены для демонстрации «кодовой» сущность данного свойства. Выбирается код в зависимости от условий обработки и обрабатываемого материала (Таблица 10.1). Как и в случае с видом инструмента – средство организации выбора – базы данных.

Таблица 10.1 – Таблица выбора материала инструмента

Вид обработки	Обрабатываемый материал
Углеродистая, легированная	Закаленная	Титан и сплавы	Чугун	Цветные металлы и сплавы
Черновая, корка	Т5К10, Т5К12, ВК4, ВК8	-	ВК4, ВК8	ВК4, ВК6, ВК8	ВК4, ВК6, ВК8
Чистовая, получистовая	Т15К6, Т5К10, Т30К4, ВК3, ВК6, ВК8	Т15К6, Т5К10, Т30К4, ВК4, ВК6, ВК8	ВК4	ВК3, ВК4, ВК6	ВК3, ВК4
Отрезание, точение канавок	Т15К6, Т5К10, Р18	ВК4	ВК4, ВК8	ВК4, ВК6, ВК8	ВК3, ВК4
фрезерование	Р6М5, Т15К6, Т14К8	Т30К4, Т15К6, ВК6, ВК8	ВК4, ВК6, ВК8	Р6М5, ВК6, 9ХС, Р18	Р6М5, Р18, ВК6, ВК4
Сверление	Т5К12, ВК8, Т15К6		ВК8	Р6М5, ВК6, 9ХС	Р6М5, ВК4, ВК6
Зенкерование	Т5К10, ВК8, Р6М5	ВК4, ВК6, ВК8	ВК3, ВК4, ВК6	ВК3, ВК4, ВК6	ВК3, ВК4,

Геометрия – это форма и размеры. Геометрия режущего инструмента – это, в основном, углы резания – углы между гранями режущей части (Рисунок 10.2). Величины этих углов определяются также табличным способом в зависимости от таких факторов, как вид обработки (стадия) и группа обрабатываемого материала (Таблица 10.1), твердость обрабатываемого материала, характер припуска (односторонний, симметричный) и др.

Действие характеризуется ключевым словом (точить, фрезеровать, сверлить и т.д.). Ключевое солово ‑ качественная характеристика. Кроме нее должны быть и количественные параметры, определяющие интенсивность действия. С интенсивностью процесса, как правило, связано качество его результата: увеличение интенсивности, как правило, увеличивает нестабильность процесса и, как следствие, снижает качество.

Формообразование резанием – это совокупность двух движений – главного движения, V, и движения подачи, S (Рисунок 10.3). Главное движение характеризуется обычной линейной скоростью, [м/с], перемещения инструмента относительно объекта обработки. Движение подачи на уровне перехода характеризуется величиной врезания инструмента в деталь за один цикл главного движения. При токарной обработке – это подача на оборот, S_o, ‑перемещение резца на один оборот заготовки, при фрезеровании – подача «на зуб фрезы», S_z. Подача вместе с припуском, t, характеризуют толщину срезаемого материала. Скорость при этом показывает, на сколько быстро происходит срезание. Таким образом, подача и скорость резания характеризуют интенсивность обработки и, соответственно, их значения должны определяться в зависимости от требуемого качества обработки.

Рисунок 10.2

Рисунок 10.3

Первой из характеристик интенсивности процесса определяется подача.

Для различных процессов характерна непосредственная зависимость показателей качества от подачи. Например, шероховатость поверхности, обрабатываемой резанием: выше подача – крупнее бороздки от резца, волнистости от фрезы (Рисунок 10.3). Соответственно, подача выбирается в зависимости от шероховатости (требуемой). Поэтому. Для резания ее выбирают с учетом шероховатости. Кроме того, стабильность процесса, а вместе с ним и качество результата в целом, зависит также от условий обработки, УО, обрабатываемого материала, МО, способа закрепления заготовки, З, инструмента, И (материала и геометрии). Все эти факторы тоже учитываются при выборе подачи:

S = F (Ra, r, D, t, УО, МО, З, И) (10.1)

Способ определения величины подачи – таблично-аналитический, то есть она может быть выбрана из таблиц, а может быть рассчитана по формулам

Скорость обработки, V, определяется в последнюю очередь. При этом учитываются свойства перехода, определенные ранее, а также условия обработки, свойства обрабатываемого объекта и др. факторы. Так, например, скорость резания рассчитывается по эмпирической формуле:

(10.2)

где C_v – коэффициент, условия обработки (точение наружное, внутреннее, растачивание, отрезание и др.) и материал инструмента; K_v ‑ коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала, состояния обрабатываемой поверхности, геометрию инструмента и др. факторы; t - глубина резания; S - подача. Показатели степеней, m, x, y зависят от обрабатываемого материала, условий обработки, материала инструмента.

Параметр Т - стойкость инструмента – чистое время его работы. Инструмент, как известно, время от времени надо менять. Замена – это остановка оборудования. Чтобы этих остановок было поменьше, режимы резания должны быть помягче. Однако и производительность должна быть на должном уровне. Чтобы согласовать эти противоречивые, в некоторой степени, требования, используется данный параметр.

Операционный уровень

Основная задача операционного уровня – выбор оборудования. Оснастка, безусловно, тоже важный элемент обрабатывающей системы. Однако она является адаптером между оборудованием и изделием. Поэтому изделие и оборудование практически однозначно предопределяют выбор оснастки, либо она проектируется.

Первый фактор, определяющий выбор оборудования – это вид обработки. Он определяется при создании перехода еще на этапе разработки принципиальной схемы совместно с выбором действия перехода. В зависимости от вида обработки определяется класс оборудования: для токарной обработки – токарный станок, для фрезерной – фрезерный и т.д.

Следующий фактор – габариты объекта обработки. Этот объект должен помещаться в рабочем пространстве оборудования. Габариты рабочего пространства указываются в характеристиках оборудования. Из всей гаммы оборудования данного класса исключаются представители, чье рабочее пространство меньше объекта.

Выбор оборудования по мощности. Эффективная мощность, т.е. мощность, необходимая непосредственно для выполнения обрабатывающих действий, зависит от скорости резания, V, и скорости подачи, S: N_эф = F(V, S).

Исходя из этих параметров определяется необходимая мощность для каждого перехода, N_i, где i – номер перехода.

Очевидно, что мощность оборудования должна превосходить мощность самого «мощного» перехода: N_об ≥ MAX (N_i) * η, где η – КПД.

Исходя из полученного значения выбирается конкретная модель оборудования.

Далее расчетные скорости резания и подачи корректируются с учетом возможностей выбранного оборудования.

Оборудование, как правило, совершает вращательные движения, а обрабатывающие действия на уровне переходов рассчитывались как линейные (скорость резания, например, выражение 9.2). Соответственно, линейные скорости переходов необходимо пересчитать в частоты вращения оборудования.

, (10.3)

Частоты вращения оборудования изменяются, в основном, дискретно. То есть, необходимо не просто пересчитать линейную скорость в угловую, а подобрать частоту вращения оборудования, максимально соответствующую расчетной скорости резания.

Аналогичную дискретизацию необходимо выполнить и с подачей.

 

После уточнения скоростей определяется оперативное время ‑ время, затрачиваемое на выполнение операции, повторяемой для каждой единицы продукции:

Топ = Тосн + Твсп (10.4)

Тосн – основное время, затрачиваемое на непосредственное выполнение обрабатывающих действий. Это время зависит от длины обработки, L, и «минутной» подачи, Sмин: Тосн = L/Sмин. Изначально подача определяется как перемещение на цикл главного движения. Минутная подача – это произведение количества циклов главного движения[20] в минуту и подачи на цикл: Sмин = nS. То есть, основное время – функция от длины обработки, скорости обработки и скорости подачи: Тосн = F(L, V,S). В основное время входит также время, затрачиваемое на подвод и отвод инструмента.

Твсп – вспомогательное время, затрачиваемое на установку, снятие объекта, контроль и др. вспомогательные действия. Существуют таблицы нормативов на выполнение вспомогательных действий – установки детали в различные патроны, тиски, приспособления, измерения различными инструментами. По этим нормативам и определяется вспомогательное время.