5.9. Особенности выбора параметров режима резания при токарной обработке на станках с чпу

Работа станка с ЧПУ не может быть успешной, если имеются ошибки в выборе параметров режимов резания. Эти параметры назначаются технологом-программистом на основании справочников, либо формируются автоматически компьютером, на котором ведется подготовка УП, по ряду исходных данных. В этом случае должно быть соответствующее ПМО, обеспечивающее данную работу компьютера. В современных УЧПУ возможно получение параметров режимов резания по данным материала заготовки, материала режущей части инструмента, по назначенной точности и заданной шероховатости. При этом компьютер определит не только режимы обработки на каждом переходе и проходе, но и количество черновых и чистовых проходов, их последовательность, схему исполнения, время каждого и многое другое. Естественно, что компьютер укажет и на достижимость поставленных требований, определит участки недообработки и т.д.

При ручном программировании при выборе режимов резания при обработке деталей на станках с ЧПУ, в принципе, сохраняется методика, разработанная для обычных станков, но вместе с тем существуют некоторые особенности. Общая последовательность выбора параметров режима резания при токарной обработке: 1) глубина резания; 2) подача; 3) скорость резания.

Глубина резания. В каждом случае выбирают максимально возможную глубину резания, которая ограничена припуском на обработку и возможностями станка. Если для обработки какой-либо поверхности предусмотрено два или три прохода (например, черновой, получистовой и чистовой), то общий припуск делят соответственно на две или три части, каждую из которых стремятся снять за один рабочий ход. От глубины резания зависят ширина среза и длина рабочей части режущей кромки.

Чистовой припуск зависит от ряда факторов, основными из которых являются требуемые точность и шероховатость детали, необходимость в последующей обработке, характер предыдущей обработки и т. д.

Глубину резания при черновом проходе в первом приближении задают в зависимости от жесткости инструмента, прочности и размеров пластины твердого сплава. Максимально допустимую глубину резания при черновых проходах и среднюю рекомендуемую обычно указывают в картах соответствующего инструмента или в нормативах. При оптимизации параметров резания первоначально назначенную глубину резания обычно корректируют в соответствии с назначаемой подачей и скоростью резания.

Подача. Подачу назначают максимально допустимой по условиям технических ограничений. Такими ограничениями для подачи при черновой обработке являются: жесткость обрабатываемой детали, жесткость резца, прочность державки резца, прочность режущих пластин резца, прочность механизма подач станка, наибольший крутящий момент, мощности главного привода и привода подач, предельные минутные подачи на станке.

Подачи при черновом точении обычно приводятся в соответствующих таблицах и корректируются различными коэффициентами в зависимости от условий обработки. На станках с ЧПУ подачу при первом черновом проходе заготовок, имеющих биение по торцу, наружному диаметру или отверстию, на участке входа резца обычно снижают на 20 — 30 %, чтобы предотвратить сколы режущих кромок.

Подачу S_j при однопроходном чистовом точении назначают с учетом требований к шероховатости и точности соответствующих поверхностей в зависимости от требуемой точности детали и погрешности заготовки.

Скорость резания. При выбранных глубине резания и подаче задают такую скорость резания, которая обеспечивала бы оптимальную стойкость инструмента. Напомним, что при резании различают изнашивание по задней и передней граням. Наиболее часто за критерий изнашивания принимают ширину ленточки изнашивания h₃ по задней грани. В каждом случае можно установить допустимый износ (величину h₃), при достижении которого инструмент подлежит переточке. Стойкостью инструмента называется период времени его работы между переточками. Ориентировочный допустимый износ h₃; при черновом точении 1,8 мм для неперетачиваемых пластин и 1—1,4 мм для резцов с напаянными пластинами твердого сплава; при чистовом точении 0,4—0,6 мм для твердосплавных резцов.

В практике работ на станках с ЧПУ значения допустимого износа могут отличаться от указанных. Это зависит от требований, предъявляемых к заданной точности обработки, циклам принудительной замены инструмента, циклам подналадки инструмента и т. п. Особое влияние на выбор параметров режима резания на станках с ЧПУ оказывает возможность быстро заменять изношенный инструмент новым с автоматической его подналадкой.

Особенности выбора режимов обработки на станках с ЧПУ. По сравнению с обычными станками при выборе параметров режима резания для токарных станков с ЧПУ должны быть учтены хрупкое разрушение твердосплавного инструмента, экономическая стойкость инструмента и стабильность режимов резания.

Учет хрупкого разрушения. Твердосплавной инструмент выходит из строя из-за изнашивания или хрупкого разрушения. Обычно при выборе параметров режима резания для универсального оборудования с ручным управлением хрупкое разрушение не рассматривают. Имеется в виду, что рабочий непрерывно наблюдает за резанием и при выкрашивании инструмента отводит резец, чем предотвращает нежелательные последствия хрупкого разрушения. Станок с ЧПУ работает по полуавтоматическому циклу, а зона обработки на токарных станках закрыта кожухом, поэтому выкрашивание резца может вести к браку детали и поломке станка. Практика показывает, что до 30 — 50 % резцов выходят из строя вследствие хрупкого разрушения. Процесс выкрашивания носит вероятностный характер. Точно никогда нельзя сказать, произойдет ли выкрашивание инструмента в той или иной конкретной ситуации, можно только учитывать и предупреждать явления, которые повышают вероятность выкрашивания.

Факторы, связанные с разрушением инструмента, можно разделить на три группы:

1) качество твердосплавного инструмента (марка материала, остаточные напряжения, микротрещины);

2) величина и характер нагружения пластины,

3) стабильность процесса обработки.

Любые дестабилизирующие факторы повышают вероятность выкрашивания: неравномерный припуск, дефекты поверхности, вибрации технологической системы и т. д. Величина нагружения зависит в основном от подачи, а его характер — от геометрии инструмента. Пластина может работать на изгиб и на сжатие. Нагружение на сжатие менее способствует хрупкому разрушению инструмента.

Учет экономической стойкости инструмента. Режимы резания определяют энергетические затраты на обработку. Расчет мощности резания позволяет правильно выбрать мощность главного привода станка и оценить жесткость технологической системы.

Режимы резания определяют также интенсивность изнашивания инструмента и, следовательно, его стойкость Т. При наибольшей производительности станка

где t_cм — время работы инструмента до замены; т — показатель относительной стойкости (для твердосплавного инструмента т = 0,2).

Экономическая стойкость — стойкость, которая для заданных условий обработки обеспечивает наибольшую производительность и минимальную стоимость обработки:

где T_э — экономическая стойкость инструмента, мин: θ_t — затраты, связанные с работой инструмента в течение одного периода стойкости, коп.; θ_н — затраты, связанные с переточкой инструмента, коп., Е — стоимость одной станкоминуты, включая заработную плату рабочего с начислениями, коп.

На станках с ЧПУ с автоматической заменой инструмента экономическая стойкость инструмента может быть принята равной 15 —25 мин, т. е. значительно меньшей, чем на станках с ручным управлением. Это позволяет форсировать режимы и получать на станках с ЧПУ большую производительность обработки. Однако интенсификация режимов повышает вероятность хрупкого разрушения инструмента. Устранение последствий выкрашивания пластин требует значительных затрат времени, а это снижает производительность. Если в данных условиях вероятность выкрашивания инструмента высока, то интенсификация режимов резания недопустима и не имеет смысла снижать экономическую стойкость инструмента.

Последовательность выбора параметров. Поправки. С учетом сказанного можно рекомендовать выбирать параметры режима резания для токарных станков с ЧПУ в такой последовательности (для заданных условий обработки):

1) глубину резания;

2) подачу;

3) экономическую стойкость;

4) скорость резания (согласно соотношению: v=Cv/T_э^m где C_v — коэффициент, учитывающий обрабатываемый материал; геометрию инструмента и др.).

При этом учитывают уровень технологического обеспечения, под которым понимают создание условий, повышающих надежность технологической системы и стабильность процесса обработки, правильный выбор и повышение качества заготовок, дробление стружки, обеспечение равномерного припуска заготовок, высокое качество и правильный выбор режущего инструмента, рациональное обслуживание станка и т. д.

Экономическую стойкость инструмента T'_э при работе на станках с ЧПУ можно просто определить в зависимости от известной номинальной экономической стойкости Т_э, установленной для станков с ручным управлением:

где k_Т — общий коэффициент уровня технологического обеспечения для станков с ЧПУ. При высоком уровне обеспечения k_T = 0,25 - 0,3, а T'_э=15-20 мин. При недостатках в технологическом обеспечении k_T возрастает и может быть больше единицы. Это заставляет снизить параметры режимов, но повышает вероятность безотказной работы, т. е. достигается максимальная производительность обработки.

После определения Т'_э выбирают скорость резания, обеспечивающую экономическую стойкость.