2.4. Особенности проектирования технологических процессов для станков с чпу.

Методы разработки маршрутных ТП. При разработке маршрута определяется общая последовательность обработки детали с учетом используемого оборудования. При этом обработка поверхностей детали может вестись с использованием одного станка с ЧПУ или последовательно на нескольких станках.

Маршрутные ТП разрабатывают методом адресации или методом синтеза (рис. 2.1).

Метод адресации основан на использовании принципа унификации. В этом случае технологический процесс обработки конкретной детали назначают исходя из конструктивного подобия детали прототипу (типовые ТП) или их технологического подобия (групповые ТП).

Метод синтеза при разработке ТП пока мало формализован и поэтому сложен. Проектирование ТП методом синтеза с прототипом характерно тем, что подобранный ТП-прототип не содержит всего состава маршрута (операций, переходов), которые следует выполнять при изготовлении конкретной детали. Структуры ТП-прототипа и ТП детали различаются, поэтому при разработке ТП дорабатывают (перерабатывают) типовой ТП.

Рис. 2.1. Методы проектирования ТП

Проектирование ТП без прототипа приводит к необходимости проектировать схему ТП, маршрут, операции, опираясь на общие закономерности проектирования или эвристики и исходные элементы ТП (ход, обработка элементарной поверхности и т.п.).

Разработка маршрутной технологии для станков с ЧПУ. Цель проектирования маршрутного ТП - определение общей последовательности выполнения операций обработки, в том числе и операций, выполняемых на станках с ЧПУ. Последовательность обработки должна быть увязана с оборудованием и с комплексом технологической оснастки.

На выбор последовательности обработки деталей на станках с ЧПУ оказывают влияние:

• форма и размеры заготовки;

• форма, вид и размеры базовых поверхностей;

• точность и качество поверхностей детали;

• требования, предъявляемые к операциям, выполняемым на станках с ЧПУ.

К заготовкам предъявляются следующие требования:

• форма заготовки должна быть как можно больше приближена к форме детали;

• заготовка должна быть достаточно точной. Величина припуска должна колебаться в больших пределах;

• заготовка должна иметь незначительные колебания по твердости;

• поверхности отливки должны быть очищены от пригоревшей смеси;

• величина окалины на поверхности должна быть незначительной или заготовка должна быть очищена от окалины.

При определении последовательности обработки заготовки необходимо руководствоваться теми же принципами, которые используются при построении ТП для обычных станков, с учетом технологических возможностей станков с ЧПУ и специфики обработки на них. Общие принципы следующие:

• в первую очередь обрабатывают поверхности, относительно которых задано положение большинства конструктивных элементов детали, которые принимают за базы при последующей обработке;

• остальные поверхности обрабатывают в последовательности, обратной степени их точности (чем точнее должна быть обработана поверхность, тем позже следует ее обрабатывать);

• последними обрабатывают поверхности, которые являются наиболее точными и имеют наибольшее значение для работы детали, например легко повреждаемые поверхности (резьбы и др.);

• должен соблюдаться принцип единства баз;

• операции, где существует вероятность брака из-за дефектов в материале или сложности механической обработки, выполняют в начале процесса;

• ТП целесообразно делить на три стадии обработки: черновую, чистовую и отделочную (иногда выделяют и получистовую обработку).

Назначением черновой обработки является удаление припуска под обработку. При этом возникают большие силы резания, температурные и упругие деформации технологической системы. Поэтому черновая обработка не обеспечивает выполнение высокой точности детали.

Назначением чистовой обработки является получение заданных параметров точности и шероховатости поверхности детали. При необходимости между черновой и чистовой обработками могут быть получистовые операции.

Назначением отделочной обработки является достижение повышенных параметров точности и шероховатости, заданных чертежом.

Перечисленные принципы будут справедливы также при проектировании ТП для станков с ЧПУ. Однако включение в маршрут операций, выполняемых на станках с ЧПУ, требует учета дополнительных требований. Рассмотрим некоторые из них.

1. При разработке маршрута обработки необходимо установить количество установов (положений) детали на столе или в шпинделе станка для обработки поверхностей детали. Число установов должно быть минимальным (надо стремиться к тому, чтобы все или большинство поверхностей были обработаны с одного установа). Первый установ, как правило, выбирают из условия наиболее удобного базирования заготовки по «черным» или заранее подготовленным «чистым» базам. Второй и последующие установы должны предусматривать использование обработанных на предыдущих установах чистых поверхностей в качестве промежуточных баз. Таким образом, конечной задачей является поиск схемы, обеспечивающей наиболее полную обработку поверхностей детали со всех сторон наименьшим количеством установов и требуемой при этом оснастки.

2. При выборе последовательности операций следует учитывать необходимость совмещения конструкторской и технологической баз.

3. В начале обработки должны быть предусмотрены разгрузочные операции, в процессе которых снимают большие слои металла, чем исключается влияние напряжений при последующей обработке.

4. Подготовка чистых баз деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ, в ряде случаев выполняется на рядом расположенных универсальных станках. Для токарных станков это прежде всего подрезка торцов и центрование деталей, проточка базовых шеек. Для фрезерных и других видов обработки - фрезерование базовой плоскости и обработка базовых отверстий. В отдельных случаях одновременно с обработкой баз рекомендуется черновая обработка по простому контуру, при которой удаляется часть припуска. В условиях автоматизированного производства операции по подготовке баз и удалению части припуска выполняются, как правило, на одноинструментальных станках с ЧПУ, обладающих повышенной жесткостью и сравнительно невысокой точностью.

5. В процессе разработки схемы последовательности обработки поверхностей детали выполняют эскизное проектирование приспособления для базирования и закрепления заготовки на каждом установе.

6. После выяснения требуемого числа и последовательности установов определяют последовательность обработки детали по зонам. Зона образована конструктивными особенностями детали (внутренний и наружный контуры, окна, приливы и т.д.). В каждой зоне выделяют отдельные элементы (торец, внутренний контур, отверстия), для которых устанавливают вид обработки (черновая, чистовая) и требуемые типоразмеры инструментов (рис. 2.2). Отдельные элементы, обрабатываемые одним инструментом, группируются как внутри зоны, так и по всем зонам. Такое группирование позволяет выявить количество типоразмеров режущих инструментов для обработки всей детали и выяснить возможность обработки всех доступных зон на данном установе.

7. Последовательность обработки по зонам определяется конструкцией детали и заготовки. При установлении такой последовательности следует, где это возможно, придерживаться принципа, обеспечивающего максимальную жесткость детали на каждом участке обработки. Обработку корпусной детали с ребрами целесообразно начинать с фрезерования торцов ребер до обработки контура детали, так как ребра при этом будут более жесткими. Далее целесообразно обработать внешний контур, а потом внутренний окна, колодцы. Внутренний контур детали следует обрабатывать от центра к периферии.

8. На токарных станках, когда последовательность обработки зон детали ничем не обусловлена, обработку следует начинать с более жесткой части (большего диаметра) и заканчивать зоной малой жесткости. Получистовую и чистовую обработку, для которой требуется обычно несколько инструментов, целесообразно вести на станках, имеющих магазин инструментов.

Рис. 2.2. Схема зон и расположения инструментов при фрезерной обработке детали

5. Последовательность обработки элементов детали, находящихся в каждой зоне, определяют на стадии проектирования операционного ТП.

Последовательность проектирования технологических операций.

Технологический процесс (ТП) обработки поверхностей детали на станке с ЧПУ, в отличие от традиционного, требует большей детализации при решении технологических задач и учете специфики представления информации.

Структурно ТП для станков с ЧПУ подразделяется на операции, элементами которых являются установы, позиции, технологический и вспомогательный переходы, рабочие и вспомогательные ходы, шаги, элементарные перемещения и технологические команды.

Технологическая операция - законченная часть ТП, выполняемая на одном рабочем месте.

Устинов - часть технологической операции, выполняемой при неизменном закреплении обрабатываемых заготовок.

Позиция - фиксированное положение, занимаемое заготовкой относительно инструмента, для выполнения определенной части операции.

Технологический переход характеризуется постоянством применяемого инструмента и поверхностей, образуемых заготовкой. Технологические переходы выполняются за один или несколько рабочих ходов, в результате каждого рабочего хода удаляется слой материала.

Вспомогательный переход подготавливает условия для выполнения технологического перехода. Примеры вспомогательных переходов: установка заготовки, смена инструмента и т.н. Технологический и вспомогательный переходы являются законченными частями технологической операции.

Рабочим ходом называется законченная часть технологически о перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, при котором происходит и imoi ten не формы и размера заготовки.

Вспомогательный ход обработкой не сопровождается, он необходим для выполнения рабочего хода.

Ходы разделяются на шаги. Шаг представляет собой перемещение на участке траектории инструмента вдоль определенного геометрического элемента, на котором не изменяется режим, например перемещение инструмента по прямой или окружности с постоянной скоростью.

Простейшими составляющими процесса обработки являются элементарные перемещения и технологические команды, обрабатываемые устройством ЧПУ. Элементарные перемещения формируются с учетом ограничений конкретного ЧПУ. К ним относят, например задание отрезка прямой числом дискрет, не превышающим емкости регистра памяти СЧПУ. Технологические команды, реализуемые исполнительными механизмами станка, обеспечивают необходимые условия отработки элементарных перемещений.

Принципы разработки последовательности выполнения переходов:

1. концентрация переходов в одной операции;

2. оптимальные припуски;

3. минимальное вспомогательное время.

Выбор технологических баз и приспособлений.

Обеспечение требуемых размеров детали согласованием положения заготовки и инструмента в системе координат станка. Правильный выбор и взаимная увязка систем координат станка, детали и инструмента. Особенности базирования деталей типа тел вращения. Особенности конструкций приспособлений.

Для закрепления корпусных и плоскостных деталей применяют универсальную сборно-переналаживаемую оснастку, которая должна отвечать следующим условиям:

• комплект оснастки должен обеспечивать возможность сборки приспособлений для деталей с различными системами базирования;

• элементы оснастки должны быть взаимозаменяемы, износостойки, должны обеспечивать возможность установки обрабатываемых заготовок в заданное положение по трем координатам;

• приспособления должны обеспечивать возможность обработки по 7-му квалитету точности в одной операции с трех-четырех сторон различными по назначению инструментами в условиях переменных по значению и знаку сил резания;

• конструкция и расположение упоров, ограничивающих отжатие детали, должны обеспечивать минимальные упругие деформации детали при обработке.

Выбор режущего и вспомогательного инструментов

Существуют следующие требования к инструменту, которые определяют условия его эффективного использования:

• инструмент должен быть унифицирован и его разнообразие обосновано ограничено;

• инструмент должен обладать высокой жесткостью, стабильной точностью и износостойкостью;

• инструмент должен быть оснащен современными режущими материалами (композитами, сплавами с покрытиями и т. п.).

Выбор оборудования для обработки заготовок деталей различных групп

На стадии разработки маршрута обработки детали проводят выбор для каждой операции конкретной модели станочного оборудования. Требования и рекомендации по выбору оборудования нижеследующие.

1. Оборудование для деталей типа тел вращения. К деталям типа тел вращения относятся пальцы, диски, зубчатые колеса, фланцы, стаканы, сепараторы, втулки, валы, шпиндели и т.п. Детали этого типа можно разбить на две подгруппы:

• детали, подлежащие обработке на патронных токарных станках (зубчатые колеса, фланцы, кольца, сепараторы, втулки и т.д.);

• детали, подлежащие обработке на центровых токарных станках (ступенчатые валы, шпиндели, ходовые винты и т.д.).

Детали первой подгруппы имеют, как правило, много переходов и сложную конфигурацию, поэтому может потребоваться несколько групп станков или станки должны быть оснащены большим количеством инструментов. Если требуется дополнительная обработка деталей (сверление, фрезерование, шлифование), то применяют станки с ЧПУ других групп или токарные многоцелевые станки.

Черновую обработку деталей второй подгруппы целесообразно проводить на одноинструментальных токарных станках с ЧПУ. Для получистовой, а в некоторых случаях и для чистовой обработки ступенчатых валов и шпинделей рекомендуются многоинструментальные токарные станки с ЧПУ.

Доработку деталей типа валов или шпинделей (сверление несоосных отверстий, фрезерование шпоночных пазов и т.п.) чаще всего выполняют на универсальном оборудовании. Однако в последнее время для данных целей используют токарные многоцелевые станки.

2. Оборудование для деталей, требующих операций фрезерования. Плоские детали (планки, косынки, крышки, плиты, плоские кулачки и др.), имеющие пазы, окна, скосы, уступы, кривые поверхности, для которых может быть использован один инструмент, целесообразно обрабатывать на одноинструментальных фрезерных станках. Если на заготовках деталей одновременно имеются крепежные ступенчатые отверстия разного диаметра и разной глубины, то их рекомендуется обрабатывать на многоинструментальных станках. На этих станках возможно выполнение черновой, получистовой и чистовой расточек отверстий по 7-8-му квалитету точности диаметрального размера.

3. Оборудование для деталей типа сложной формы. Детали типа сложной формы (рычаги, вилки, кронштейны, средние корпусные детали) следует обрабатывать с максимальной концентрацией операций на станке. Первую операцию рекомендуется выполнять так, чтобы базовая плоскость и базовые отверстия обрабатывались с одного установа.

Обработку деталей, имеющих отверстия в пяти плоскостях, целесообразно разделить на две операции: подготовку базы на вертикально-расточных или фрезерных станках; обработку отверстий (в том числе крепежных) и плоскостей с четырех сторон на многоцелевых станках.

4. Оборудование для корпусных и базовых деталей. При выборе оборудования здесь различают две группы деталей:

• корпуса коробчатой формы с прямоугольными очертаниями, примерно равными габаритными размерами, значительным числом точных отверстий;

• корпуса, салазки и каретки — детали, у которых два габаритных размера (длина и ширина) значительно превышают третий (высоту) и в которых необходимо обрабатывать различные поверхности, направляющие, Т-образные пазы, отверстия 7-8-го квалитета точности размера.

Для деталей первой группы может потребоваться обработка по 5-6 плоскостям. В этом случае рекомендуется использовать станки с ЧПУ: для черновой обработки - горизонтальные станки с ручной сменой инструмента; для получистовых операций (подготовка базовой плоскости и двух базовых отверстий, сверление всех крепежных отверстий) - вертикально-фрезерные с револьверной головкой; для чистовых операций (обработки трех плоскостей) - многоцелевые станки.

Черновую, получистовую и частично чистовую обработки заготовок деталей второй группы рекомендуется выполнять на продольно-фрезерных станках с ЧПУ.