1 Цель работы

Целью работы является обучение студентов основам самостоятельной работы, при составлении (разработке) управляющих программ для станков с числовым программным управлением (ЧПУ), включая построение эквидистанты и полной траектории движения центра режущего инструмента, с компоновкой кадров управляющей программы (УП) для фрезерной обработки различных контуров. Такие задачи возникают в процессе технологической подготовки производства новых изделий машиностроения.

Студенты во время занятий осуществляют поэтапную разработку УП в общем виде для фрезерной обработки на станках с ЧПУ. Студенты под руководством преподавателя составляют самостоятельно операционный эскиз, предусматривающий фрезерную обработку, и выполняют поэтапную разработку УП для оборудования с ЧПУ. В процессе выполнения работы студенты используют навыки, полученные при изучении курсов: «Технология маши-

ностроения», «Технология автоматизированного производства» и «Резание материалов. Режущий инструмент. Металлорежущие станки.».

2 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Управляющая программа (УП) - упорядоченная совокупность команд, последовательное выполнение которых приводит к движению инструмента по заданной траектории детали на заданных режимах обработки с применением заранее обусловленных средств технологического оснащения, в том числе оборудования, приспособления и режущего инструмента, с получением требуемого контура.

Кадр управляющей программы - структурная единица УП, содержащая не менее одной команды. Каждый кадр УП считывается и обрабатывается системой ЧПУ как единое целое.

Система ЧПУ - электронное устройство, посредством которого обеспечивается управление металлорежущим станком или иным оборудованием на основе покадрового считывания и информации УП с технического носителя и преобразовании ее в управляющие импульсы, которые передаются на исполнительные органы оборудования.

Эквидистанта - сплошная линия, равноудалённая от рассматриваемого контура на всём его протяжении. Понятие эквидистанты имеет смысл только в связи с каким-либо контуром. При этом каждый контур имеет две эквидистанты, равноудалённые от него в разные стороны (рисунок 1).

Рисунок 1 - Расположение эквидистанты относительно контура

В условиях обработки деталей режущим инструментом, эквидистанта представляет собой часть траектории движения центра инструмента и отстоит от обрабатываемого контура на величину радиуса фрезы (рисунок 2).

Рисунок 2 - Положение эквидистанты при фрезерной обработке

Полная траектория движения инструмента в процессе обработки в простейшем случае складывается из эквидистанты и траектории подвода и отвода инструмента от обрабатываемого контура детали (рисунок 3).

Рисунок 3 - Полная траектория движения инструмента

Обязательным требованием к построению траектории движения центра режущего инструмента, является её замкнутость, т.е. совпадение начальной и конечной точек движения инструмента (точка «0» на рисунке 4).

Узловая точка - точка контура детали или его эквидистанты, в которой происходит сопряжение или пересечение их элементов. К узловым точкам также принято относить точки траектории движения центра режущего инструмента, в которых происходит смена величины подачи, начало и конец движения инструмента. (На рисунке 4 точки траектории 0, 1, , 6, являются узловыми.)

Приращение координат узловых точек - алгебраическая разность значений одноимённых координат двух смежных точек контура или его эквидистанты, рассматриваемых в чётко заданной системе координат, например:

и

где: X и Y – приращение координат узловых точек по осям X и Y, соответственно.

Рисунок 4 Узловые точки траектории движения инструмента

Замкнутость траектории движения центра режущего инструмента, подтверждается выполнением соотношений вида:

и

по всем осям координат, в которых выполняется обработка контура.

Комплекс «Станок-Система ЧПУ» - комплекс, образованный конкретной моделью оборудования и системой ЧПУ.

Каждый комплекс «Станок-Система ЧПУ» характеризуются вполне определённой системой координат, набором команд ЧПУ, способом кодирования команд, структурой кадра УП, ценой импульса и другими конкретными параметрами. Фрезерный учебный комплекс «Станок-Система ЧПУ» практически ничем не отличаются от реальных комплексов с точки зрения разработки УП. При этом для фрезерного комплекса определена система координат, приведённая на рисунке 5.

Рисунок 5. Принятая система координат учебного комплекса

В системе координат (рисунок 5) контур детали располагается в плоскости X0Y, а ось Z совпадает с осью шпинделя станка. Для многих реальных фрезерных станков с ЧПУ, плоскость X0Y совпадает с плоскостью стола станка, а ось Y направлена от оператора (рабочего), ось X направлена вправо, если оператор стоит лицом к станку.

Наборы команд, способы их кодирования и структура кадров соответствуют системе ISO-7bit и даны в настоящей методике.

Цена импульса - это минимальное линейное или угловое перемещение рабочего органа станка, обусловленное одним управляющим импульсом системы ЧПУ.

Будем считать цену импульса линейного перемещения одинаковой по всем осям координат и равной 0.01 мм. Угловые перемещения в настоящей методике не рассматриваются.

Основные этапы разработки УП:

- выбор режущего инструмента;

- построение эквидистанты или всех необходимых эквидистант при много инструментальной обработке с учётом траектории подвода и отвода инструмента;

- определение координат узловых точек эквидистант;

- определение приращений координат всех узловых точек эквидистанты (эквидистант)

от точки начала движения инструмента, до возврата его в туже точку;

- расчёт режимов резания для обработки каждого элемента контура (контуров) детали;

- компоновка кадров УП.

Выбор режущего инструмента необходимо производить с учетом стандартного ряда фрез. При этом необходимо учитывать условия производимой обработки ( заданную точность, ширину и глубину резания, скорость и величину подачи, а так же мощностные характеристики станка ) для обеспечения необходимой жесткости выбираемого режущего инструмента, но в тоже время неоправданное увеличение диаметра фрезы приведет к увеличению длины рабочего хода.

Важным фактором, определяющим успешное выполнение операции фрезерования, является взаимное расположение обрабатываемой поверхности и фрезы.

Ширина фрезерования особенно сильно влияет на выбор диаметра фрезы при обработке торцовыми фрезами. В этом случае рекомендуется выбирать диаметр фрезы, превышающий ширину фрезерования на 20 – 50%.

Если обработка может быть произведена за несколько проходов, то ширина резания за каждый проход должна быть равной 3/4 диаметра фрезы. При этом формирование стружки и нагрузка на режущую кромку будут оптимальными.

Когда диаметр фрезы значительно превышает ширину заготовки, то ось фрезы следует сместить с оси симметрии заготовки. Конечно, близкое расположение оси фрезы к оси заготовки позволяет обеспечить наикратчайший путь зубьев фре-

зы в металле, надежное формирование стружки на входе и благоприятную ситуацию относительно ударных нагрузок на пластину. Но когда ось фрезы располоржена точно по оси симетрии заготовки, циклическое изменение силы резания при врезании и выходе может привести к возникновению вибраций, которые приведут к повреждению пластины и высокой шероховатости поверхности.

Для обработки контура детали ( рисунок 6 ) выбираем концевую фрезу диаметром 20 мм..

В целом, этапы построения эквидистанты, определение координат узловых точек и приращений их координат объединяются понятием расчёта эквидистанты.