6. Станки с чпу для обработки корпусных деталей

Наиболее распространены станки, схожие с универсальными горизонтально-расточными станками и сохранившие их все конструктивные особенности. Эти особенности весьма разнообразны. Известны станки с неподвижной, продольно-подвижной и поперечно-подвижной стойкой, станки с неподвижным столом, продольно-подвижным, поперечно-подвижным или продольно-поперечно-подвижным столом. Все станки имеют поворотный стол.

Если выделить общие черты, то получится, что станки имеют три взаимно-перпендикулярные линейные координатные оси X, Y, Z и одну поворотную В вокруг вертикальной оси Y. Вокруг этой оси поворачивается стол.

Горизонтально-расточные станки с ручным управлением имеют дополнительно выдвижной шпиндель, размещенный внутри основного шпинделя. Этот шпиндель может выдвигаться на достаточно большую длину, зачастую равную половине ширины стола. При такой конструкции режущий инструмент имеет доступ до достаточно удаленного места заготовки.

Шпиндельная бабка имеет вертикальное перемещение (ось Y) по направляющим стойки. Перемещение по осям Х и Z осуществляет либо стойка, либо стол. Выдвижение шпинделя по оси W, параллельной оси Z, необходимо выполнять для изменения положения режущего инструмента. Растачивание отверстий в заготовках выполнять выдвижением шпинделя не следует, так как изменится его вылет, увеличится провисание, что приведет к возникновению погрешности обработки. Большинство станков с ЧПУ с размерами стола до 800 мм включительно вообще не имеют выдвижного шпинделя. В этих станках для обработки поверхностей, лежащих в глубине заготовки, используют оправки увеличенной длины.

Описанные компоновки станков позволяют выполнять обработку заготовок с четырех сторон. Для обработки с пятой стороны станки должны быть оснащены угловыми головками. Такие головки могут иметь либо вертикальные оси вращения шпинделей, либо поворотные шпиндели с изменяющимся положением осей.

Ценной особенностью таких станков является возможность сравнительно свободного размещения заготовок на столе станка без ограничения всех шести степеней свободы при базировании. Достаточно лишить заготовку только трех степеней свободы. Основание корпусной детали является установочной базой. В шпинделе станка размещают измерительный датчик, который обмеряет положение поверхностей заготовки, и по результатам контроля поворачивает стол вокруг оси В и смещает его по координатам Х и Z.

В шпиндель станка может быть установлена план-суппортная расточная головка, которая создает еще одну управляемую координату V. Оправка с расточным резцом может по управляющей программе изменять свое положение относительно оси вращения шпинделя. Можно протачивать торцы заготовки, растачивать канавки, одним резцом растачивать отверстия разных диаметров.

7 Построение технологического процесса, последовательность обработки

При проектировании технологического процесса в условиях единичного и серийного производства следует изучить возможность выполнения наибольшего рационального осуществимого объема обработки (фрезерования, сверления, растачивания, зенкерования, развертывания, резьбонарезания и т.д.) в один установ, за минимальное число операций. В этом случае неизбежно требуется решить задачу базирования заготовки по необработанной поверхности. Одновременно надо решить задачу такой установки заготовки, чтобы устройства базирования и закрепления не затруднили доступ режущих инструментов к местам обработки. Если заготовка должна быть обработана со всех шести сторон, то такая обработка возможна в два установа.

Имеются определенные ограничения для чрезмерного интегрирования обработки, связанные с возможностью достижения максимальной точности обработки. Наличие внутренних напряжений в заготовках вызывают коробление при съеме больших объемов металла, нагрев заготовки при интенсивных режимах резания также вызывает деформации. Эти обстоятельства требуют разделения обработки на черновую и чистовую, иногда с проведением между этими обработками естественного или искусственного старения. В менее ответственных случаях старение может быть выполнено в виде межоперационного пролеживания в течение одной – двух смен.

В менее ответственных случаях старение может быть заменено приостановкой обработки без раскрепления и снятия заготовки со станка. Так иногда поступают при проведении обработки на двух столах-спутниках. После черновой обработки стол-спутник с закрепленной на нем заготовкой удаляется из рабочей позиции в загрузочную. В рабочую позицию поступает другой стол-спутник с другой заготовкой. Создавшаяся приостановка обработки первой заготовки выполняет роль межоперационного пролеживания.

Рассмотрим возможности, которые открывает контурная обработка с использованием одновременной интерполяции по двум-трем координатным осям.

1. Фрезерование фасонных плоских и объемных поверхностей.

2. Фрезерование отверстий различных диаметров одной концевой фрезой в режиме круговой интерполяции для снятия основного припуска в отливках или поковках.

3. Нарезание резьбы методом фрезерования с использованием интерполяции по трем координатам.

4. Прорезание резцом или дисковой фрезой кольцевых канавок в отверстии. В этом случае резец выполняет роль однозубой фрезы.

5. Подрезание в режиме круговой интерполяции открытых или закрытых торцов, прилегающих к отверстиям. Эту обработку также можно выполнять фрезой, правда торцовой, или резцом, который будет фрезеровать плоскую поверхность.

Большинство УЧПУ имеют стандартный цикл круговой интерполяции. На начальном этапе шпиндель находится в центре отверстия, затем он по дуге перемещается до заданного диаметра окружности d, совершает полный оборот по данной окружности и возвращается в центр по дуге диаметром d/2.

При разработке оптимальной траектории фрезерования концевой фрезой криволинейных поверхностей следует руководствоваться следующими правилами:

1. для врезания в припуск нужно выбирать выпуклый участок контура заготовки, к вершине которого нужно подходить по касательной, к плоскости или вогнутой поверхности подход осуществлять под малым углом (3 – 5°) или по дуге окружности, касательной к обрабатываемому контуру;

2. при подходе к обрабатываемой поверхности по оси Z нужно либо опускать концевую фрезу в ранее просверленное отверстие, либо зигзагообразными движениями под углом 10 – 15° к плоскости XY, либо по спирали с тем же углом;

3. направление движения фрезы по траектории следует выбирать таким, чтобы происходило попутное фрезерование, при котором достигается лучшая шероховатость обработанной поверхности и более высокая стойкость режущего инструмента;

4. во избежание «зарезов» недопустима остановка фрезы или резкое изменение величины подачи в процессе резания, отвод фрезы под нагрузкой следует производить по касательной или под малым углом.

При наличии на разных сторонах заготовки поверхностей, обрабатываемых одним и тем же инструментом, возникает вопрос о последовательности выполнения обработки. Безусловно, определяют выбор того или другого варианта обработки затраты времени на выполнение смены инструментов и повороты стола. Если повороты стола осуществляются достаточно быстро, то целесообразно выполнить обработку одним инструментом со всех сторон заготовки, и только после этого перейти к работе следующим инструментом. Кроме производительности имеем выгоды, связанные с нагревом станка и заготовки в ходе обработки. В течение рабочей смены станок выделяет значительное количество теплоты, что приводит к заметным температурным деформациям. При многоинструментной обработке на станке с ЧПУ происходит непрерывная смена режимов, высокие скорости вращения шпинделя чередуются с медленным вращением. Зависимость температурных деформаций от времени приобретает характер сложной колебательной функции, в которой разогрев узлов и механизмов чередуется с их остыванием. Размах колебаний зависит от продолжительности отдельных инструментальных переходов и частоты вращения шпинделя.