ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Рязанский институт (филиал)

ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Р.Б. Марголит, С.И. Липатов

ИЗУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СТАНКОВ С ЧПУ

Методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Технология машиностроения»

специальности 151001 «Технология машиностроения»

Рязань 2009

ББК 34.6 С37 УДК 621.96

Марголит Р.Б., Липатов С.И.

Изучение технологических возможностей станков с ЧПУ.

Методические указания к выполнению лабораторных работ по специальности 151001 – Технология машиностроения. Рязань: Рязанский институт (филиал) Московского государственного открытого университета, 2009. – 10 c.

Проведено описание лабораторной работы, посвященной изучению технологических возможностей современных станков с ЧПУ, определяющих возможности автоматизации производства, достижения высокой производительности и точности обработки. Приведены методика выполнения работы, требования к отчету и контрольные вопросы.

Методические указания предназначены для студентов специальности 151001 всех форм обучения.

Ил.. Библиогр.: 2 назв.

Ключевые слова: Станок с ЧПУ, автоматизация, магазин инструментов, управляемые координаты, режимы обработки, холостые перемещения, зона нечувствительности.

Печатается по решению Учебно-методического совета Рязанского института (филиала) Московского государственного открытого университета.

© Рязанский институт (филиал) МГОУ, 2009

© Марголит Р.Б., 2009

© Липатов С.И., 2009

1. Цель работы

– получить представление о широких технологических возможностях станков с ЧПУ;

– уяснить связь технологических возможностей с производительностью и точностью обработки;

– освоить методику выявления некоторых технологических возможностей станков с ЧПУ типа обрабатывающие центры.

2. Краткие теоретические сведения

Станки с ЧПУ обладают чрезвычайно широкими технологическими возможностями.

1. Самая главная особенность станков с ЧПУ – их чрезвычайно широкая универсальность. Наиболее универсальны станки именуемые термином «обрабатывающие центры».

2. Полная автоматизация цикла обработки. Станки с ЧПУ изготавливают в виде полуавтоматов, на которых оператор производит установку заготовки и снятие обработанной детали. Все остальные действия автоматизированы.

3. Многоинструментность. Режущие инструменты размещены в револьверных головках или магазинах и согласно командам управляющих программ вводятся в обработку.

4. Увеличенное число координатных перемещений. Чем большим числом координатных перемещений обладает станок, тем богаче его технологические возможности.

5. Одновременная линейная и круговая интерполяция по нескольким управляемым координатам.

6. Возможность выполнять обработку в широком диапазоне режимов резания за счет силовых и скоростных характеристик приводов главного движения и подач.

7. Высокая точность обработки в связи с наличием системы обратной связи.

8. Компенсация зоны нечувствительности и систематических постоянных погрешностей перемещений рабочих органов.

9. Использование так называемых технологических циклов, позволяющих упрощенно программировать типовые варианты обработки.

10. Диагностика нарушений нормальной работы различных систем станка с выводом на монитор устройства ЧПУ соответствующей информации.

Разъясним более подробно основные технологические возможности станков с ЧПУ.

Все станки с ЧПУ выполняют различные виды работ, и большинство из них могут заменять друг друга при обработке различных деталей. Универсальность этих станков обеспечивает чрезвычайно высокую степень гибкости технологических процессов, которые реализуются с использованием станков с ЧПУ.

На токарном обрабатывающем центре можно обрабатывать не только тела вращения, но и детали, ограниченные плоскими поверхностями, например, корпусные. На таком станке можно выполнять не только точение, но и фрезерование, сверление, зенкерование, развертывание, нарезание резьбы метчиками и плашками – выполнять все виды обработки. Если обрабатывающий центр для корпусных деталей имеет поворотный стол с быстрым вращением, то на таком станке можно выполнять точение цилиндрических поверхностей. Таким образом, стирается грань между отдельными типами станков.

Использование станков с ЧПУ значительно повышает уровень автоматизации производства. У станка с ЧПУ автоматизированы не только перемещения рабочих органов, но и все вспомогательные действия и технологические команды: смена инструментов, изменения частот вращения шпинделя и величин рабочих подач, включение и отключение подачи СОЖ и др. Появляется возможность одному оператору обслуживать несколько станков.

Станки с ЧПУ, изготовленные в виде гибких производственных модулей (ГПМ), позволяют создать полностью автоматизированное производство. Основной отличительной чертой ГПМ от обычных станков с ЧПУ является возможность их систем управления общаться с системами управления более высокого уровня. От систем управления более высокого уровня ГПМ получают задания на выполнение работ, а, со своей стороны, передают информацию об их выполнении, наличии, отсутствии и состоянии режущих инструментов, показателях диагностики всех систем модуля.

Ярким примером автоматизированного производства с использованием ГПМ являются гибкие производственные системы (ГПС). В этих системах производственные модули дополнены транспортно-складскими подсистемами заготовок и инструментов. ГПС способны в режиме безлюдной обработки работать многие часы.

Многокординатность – одна из особенностей станков с ЧПУ. Минимальное число координатных перемещений рабочих органов токарных станков равняется двум, а станков для корпусных деталей (фрезерных, расточных) – трем. Но часто число управляемых координат (возможных перемещений вдоль трех осей Х, Y, Z и поворотов A, B, C вокруг этих осей) дополняется перемещениями по дополнительным координатным осям U, V, W, параллельным Х, Y, Z и поворотами I, J, K вокруг дополнительных осей.

Каждая дополнительная координатная ось предоставляет станку новые технологические возможности. Инструменты получают доступ к большему числу поверхностей заготовки. Рабочие органы станка могут в режиме одновременной интерполяции по большому числу управляемых координат совершать весьма сложные перемещения. Поверхности любой сложности могут быть обработаны простыми универсальными режущими инструментами. Необходимость в сложных специальных инструментах полностью отпадает.

В качестве примера использования многокоординатной интерполяции рассмотрим нарезание резьбы в отверстии.

При нарезании внутренней резьбы метчиком шпиндель с режущим инструментом, закрепленным в специальном резьбонарезном патроне, останавливается над заранее просверленным отверстием, имеющим заходную фаску. Шпиндель вращается в направлении завинчивания метчика со скоростью, допустимой инструментом из быстрорежущей стали. Дальнейшие движения осуществляются в режиме линейной интерполяции по координате Z. Программируют подачу на оборот шпинделя, несколько меньшую, чем шаг резьбы. При встрече метчика с заготовкой вначале происходит осевое сжатие пружины резьбонарезного патрона, затем метчик захватывается материалом заготовки, начинает ввинчиваться в отверстие. Благодаря разности подач фактической, равной шагу резьбы, и запрограммированной, происходит растягивание пружины резьбонарезного патрона, и метчик возвращается примерно в среднее положение относительно патрона. По окончании нарезания на необходимую длину резьбы происходит реверс вращения, и метчик вывинчивается из отверстия.

При наличии многокоординатной интерполяции резьбонарезание метчиком можно заменить резьбофрезерованием. Многониточная фреза с длиной рабочей части, превосходящей длину нарезания, имеет диаметр, меньший диаметра заранее просверленного отверстия, в котором будет производиться образование резьбы. Фреза в режиме быстрого хода вводится в отверстие почти до самого дна. Затем по одной из координат Х или Y производится поперечное по отношению к оси отверстия врезание на глубину, равную высоте витка. Далее в режиме трехкоординатной (винтовой интерполяции) происходит нарезание резьбы. Фреза может быть твердосплавной, в этом случае ей можно придать скорость вращения в 4 – 5 раз большую, чем в предыдущем случае, когда нарезание выполняли метчиком. Для полного нарезания резьбы необходима круговая интерполяция по координатам Х и Y с одновременным перемещением по оси Z. Достаточно, чтобы ось фрезы в режиме круговой интерполяции описала один оборот и фреза переместилась на один шаг. Для вывода инструмента из отверстия ось фрезы совмещают с осью отверстия.

Преимущества резьбофрезерования по сравнению с нарезанием резьбы метчиком:

– более высокая производительность;

– фрезой определенного шага можно нарезать резьбу того же шага в отверстиях любых диаметров.

Интересным является использование комбинированного инструмента, который можно назвать сверло, фреза, зенковка. Иногда этот инструмент называют сверло-метчик. Он сверлит отверстие на глубину, несколько большую двух диаметров резьбы, сверху образуется фаска. Затем движением, перпендикулярным оси, врезается на глубину резьбы. Далее в режиме винтовой интерполяции производят нарезание резьбы и вывод инструмента из отверстия, аналогично описанному выше.

Средний диаметр нарезанной резьбы ловят корректорами положения. Комбинированный инструмент заменяет четыре: сверло, зенковку, первый и второй метчики.

Оснащение станка увеличенным числом режущих инструментов – характерная черта современных станков с ЧПУ. Этим станки отвечают изменившимся тенденциям построения технологических процессов механической обработки. Стремятся выполнить максимально большие объемы обработки в одну операцию. Такой подход способствует повышению производительности. Если обработка выполняется в один установ, то наряду с производительностью повышается точность обработки, так как уменьшаются погрешности установки и появляется возможность достичь наивысшей точности взаимного расположения поверхностей.

Токарные станки оснащаются револьверными головками с увеличенным числом позиций режущих инструментов, причем в исполнении обрабатывающих центров все позиции имеют приводы вращения инструментов. Зачастую на суппорте устанавливают 2 револьверные головки

Емкость магазинов инструментов колеблется от 36 до 120. Чаще всего изготовитель станка предлагает в виде опций выбор числа гнезд.

Приводы главного движения и подач у станков с ЧПУ в обязательном порядке являются регулируемыми в широком диапазоне. Можно констатировать, что верхние диапазоны частот вращения шпинделей за последние два десятилетия возросли примерно в два раза. Это ответ со стороны станков на совершенствование режущих инструментов. Кроме того, более экономично работать на дорогих станках, которыми являются станки с ЧПУ, с меньшими периодами стойкости. В этом случае путем увеличения скорости резания достигают более значительной экономии за счет роста производительности в сравнении с расходами на режущие инструменты.

Диапазон рабочих подач у станков с ЧПУ удовлетворяет всем возможным видам обработки.

Наиболее действенным инструментом повышения точности является обратная связь: величина координатных перемещений контролируется датчиками обратной связи. Движение прекращается только тогда, когда рабочий орган достигает заданное координатное положение.