20. Прграммирование обработки на станках с чпу.
Выбор номенклатуры заготовок для станков с ЧПУ.
Изучение номенклатуры деталей машиностроения свидетельствует о ее постоянстве. В общем случае можно выделить детали типа тел вращения, призматические, плоские, фигурные и профильные. Детали правильной формы составляют до 92 % общего объема деталей в производстве.
Каждая деталь характеризуется набором технических данных (материал, геометрия), определяющих технические требования, и некоторым набором организационно-экономических требований (годовой выпуск в шт., число деталей в партии, допустимые затраты на изготовление). Номенклатура деталей, обработка которых предполагается эффективной на оборудовании с ЧПУ, определяется на основе изучения технической документации на эти детали, ограничений, зависящих от конкретного производства, и характера постановки задач. Критерии оценки при выборе номенклатуры могут быть различными, но чаще всего применяют экономический критерий, учитывающий затраты как живого, так и овеществленного труда,- приведенные затраты. Практика показывает, что значительный эффект достигается при обработке на станке с ЧПУ сложных деталей, с большим числом поверхностей, контуры которых содержат криволинейные участки и элементы прямых и плоскостей, непараллельных координатным осям станка. По сравнению с универсальными станками, повышение технико-экономических показателей обусловливается действием почти всех источников экономической эффективности.
Основными критериями, определяющими эффективность использования станков с ЧПУ можно назвать следующие:
-устранение операции разметки;
-отсутствие необходимости применения специальных кондукторных приспособлений;
-сокращение затрат времени на выполнение контрольных операций;
-оптимизация режимов резания;
-концентрация операций;
-уменьшение длин траекторий холостых перемещений;
Следствием внедрения обработки на станках с ЧПУ является:
-уменьшение количества единиц оборудования за счёт повышения производительности труда;
-сокращение требуемых производственных площадей, ресурсов на обслуживание и расхода электроэнергии;
-уменьшение фонда заработной платы за счёт снижения разряда рабочих.
Подобранные детали определенной номенклатуры можно сгруппировать по конструктивно-технологическим признакам. Это дает возможность выбрать модели станков, наиболее приемлемые для обработки рассматриваемых типов деталей. Так, детали, обрабатываемые на фрезерных станках, целесообразно подразделять на группы по числу требуемых координат и габаритным размерам.
Формировать номенклатуру рекомендуется в три этапа:
1) просмотреть чертежи и технологическую документацию и составить предварительный перечень деталей, подлежащих обработке на станках с ЧПУ, с определением типа станка;
2) сгруппировать детали по конструктивно-технологическим признакам и типам станков, выполнить детальный технико-экономический анализ, выбрать оптимальный вариант обработки и составить уточненный перечень;
З) по уточненному перечню составить годовой график внедрения обработки деталей, оценить трудоемкость подготовки программ и указать сроки выполнения работ по этапам.
Этапы проектирования технологического процесса для станков с ЧПУ.
В общем случае проектирование ТП для станков с ЧПУ можно разделить на три стадии: разработку маршрута детали, разработку ТП; подготовку УП. Каждая стадия содержит несколько этапов проектирования. Создание УП для станков с ЧПУ в условиях автоматизированного производства является важнейшей задачей всей системы ТПП. Документация, разработанная на первой стадии, является исходной для выполнения работ на второй и третей стадиях.
Маршрут обработки детали на станке с ЧПУ в общем случае определяется последовательностью обработки, увязанной с оборудованием и с комплексом технологической оснастки.
Последовательность обработки детали на станках ЧПУ зависит от формы и размеров заготовки, от формы, вида и размеров базовых поверхностей, а также от требований, предъявляемых к операциям, намеченным в общем ТП для осуществления на станках с ЧПУ.
Для решения этой сложной и важной задачи от технолога-программиста требуется знание технологических возможностей оборудования с ЧПУ, особенностей конструкции детали, различных технологических приемов обработки и особых требований, возникающих вследствие специфики обработки на станках с ЧПУ. Должен быть максимально использован опыт обработки аналогичных деталей на обычных станках.
Прежде всего должен быть решен вопрос о количестве установов (положений) детали на столе или в шпинделе станка, необходимых для полной ее обработки. 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.
Конечной задачей является поиск схемы, обеспечивающей наиболее полную обработку детали со всех сторон с наименьшим количеством установов и требуемой при этом оснастки.
При выборе последовательности операций следует учитывать необходимость совмещения конструкторской и технологической баз и получение технологических баз.
В начале обработки должны быть предусмотрены разгрузочные операции (переходы), в процессе которых снимают большие слои металла, чем исключается влияние напряжений при последующей обработке.
Подготовка чистых баз деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ, в ряде случаев выполняется на рядом расположенных универсальных станках как самостоятельная операция. Например, фрезерно-центровальная операция, на которой выполняется подрезка торцов и сверление центровых отверстий, служащих базой для последующей токарной обработки. Для фрезерной и других видов обработки - фрезерование базовой плоскости и обработка базовых отверстий. В ряде случаев одновременно с обработкой баз рекомендуется определенная черновая обработка по простому контуру, при которой удаляется часть припуска. В условиях автоматизированного производства операция по подготовке баз и удалению части припуска выполняется, как правило, на одноинструментальных станках с ЧПУ, обладающих повышенной жесткостью и сравнительно невысокой точностью.
После выяснения требуемого числа и последовательности установов задают последовательность обработки детали по зонам, образованным ее конструктивными особенностями (внутренний и наружный контуры, окна, приливы и пр.). В каждой зоне выделяют отдельные элементы (торец, внутренний контур, окна, отверстия), для которых устанавливают вид обработки (черновая, чистовая) и требуемые типоразмеры инструментов.
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, выяснить возможность обработки всех доступных зон на данном установе.
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.
Так, 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 - окно, колодцы. Внутренний контур детали следует обрабатывать от центра к периферии.
На токарном станке, когда последовательность обработки частей (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.
Последовательность обработки элементов детали, находящихся в данной зоне определяют на стадии проектирования операционного ТП.
Разработка операционного технологического процесса начинается с составления (уточнения) операционного эскиза, по которому определяют содержание операции. Это позволяет выявить число установов, необходимых для выполнения операции. Далее процесс разрабатывают для каждого установа, выполняя соответствующие эскизы с указанием схемы базирования и крепления заготовки в каждом установе.
На детали выделяют так называемые зоны обработки, представляющие собой часть припуска на том или ином элементе или какой-то части детали. Припуск может быть удален различным инструментом за несколько переходов или даже операций. Введение зон обработки позволяет использовать типовые схемы переходов, определяющие правила построения траектории инструмента. А последнее в значительной мере облегчает подготовку УП для станков с ЧПУ.
В каждой из зон определяют вид обработки (черновая, чистовая), устанавливают ее последовательность для отдельных элементов детали, находящихся в данной зоне, находят требуемые типоразмеры режущего инструмента. Кроме того, выделяют совокупность элементов детали, обрабатываемых общим инструментом, что характеризует часть операции, выполняемую по отдельной подпрограмме.
Методы разработки операционных ТП аналогичны методам разработки маршрутных ТП. Наиболее успешно технологическое проектирование на основе типизации ТП. Типовые ТП являются базой для самых различных автоматизированных систем проектирования. Из этих систем следует выделить комплексную автоматизированную систему технологической подготовки производства (КАС ТПП), обеспечивающую совершенствование и ускорение технологической готовности предприятия к производству изделий высшей категории качества при минимальных трудовых и материальных затратах.
Метод проектирования ТП на базе типовых переходов осуществляется выбором вариантов обработки отдельных элементов детали и общей последовательности ее обработки, наиболее соответствующих конкретным техническим и производственным условиям. При этом за основу принимаются соответствующие переходам типовые схемы обработки элементов, отличающихся геометрией контура, характером припуска, точностью и др.
Порядок технологического проектирования (синтезирования ТП) в рассматриваемом случае следующий.
Выявляют отдельные конструктивные элементы обрабатываемой детали и соответствующие зоны обработки. Для обработки каждого элемента и зоны устанавливают (выбирают) типовой технологический переход (типовую схему обработки) и предназначаемый для этого режущий инструмент. В определенной логической последовательности переходы с назначением режимов обработки объединяют в технологическую цепочку, составляющую технологическую операцию в целом. При этом необходимо уже на стадии технологического проектирования стремиться строить операцию с такими переходами, которым соответствуют траектории движения режущего инструмента, реализуемые на станках с ЧПУ в виде так называемых стандартных циклов (цикл токарной обработки с автоматическим разделением припуска, цикл глубокого сверления с периодическим выводом сверла для удаления стружки, цикл нарезания резьбы и другие).
При реализации метода автоматизированной подготовки ТП возникают сложные задачи выбора оптимального решения из допустимого множества решений. Поэтому в условиях автоматизированного производства решение технологических задач может быть и несколько иным, чем для обычного производства. Но все же в практике работ на станках с ЧПУ этот метод удобен, поскольку он позволяет упростить составление УП.
Определенное влияние на процесс технологического проектирования для станков с ЧПУ оказывает ограничение по номенклатуре используемого режущего инструмента. Поэтому при проектировании операционных процессов для конкретного станка с ЧПУ при определении переходов исходят прежде всего из возможного числа инструментов, налаживаемых на операцию. Эти инструменты выбирают из закрепленной за данным станком номенклатуры инструментов. Если число выбранных для выполнения операции инструментов превышает число позиций на станке, то чаще всего обработку разделяют на две операции, осуществляемые с определенной перенастройкой станка и по соответствующим программам.
Использование на станках с ЧПУ специального комбинированного инструмента экономически оправдано далеко не всегда и зависит от объема и повторяемости партий деталей, обрабатываемых на данном станке. От этого зависит также во многом и характер проработки и отработки технологических процессов и подготовленных УП.
Установление последовательности переходов, используемого инструмента, режимов резания завершает первую часть работ по составлению операционного технологического процесса, который оформляется на стандартизованных бланках. Одновременно с разработкой операционной технологии готовят карты наладки станка и инструмента, оформление которых заканчивается после разработки УП.
Для наглядности разрабатывают схемы (эскизы) закрепления заготовки с указанием нулевой точки станка, точки начала обработки, нулевой точки детали и т. д.
Кроме того, на операционном эскизе обрабатываемой детали могут быть указаны контуры заготовки, контуры первого и второго уровней обработки с геометрическими опорными точками, припуски. Следующий этап работы связан с составлением расчетно-технологической карты (РТК).
Поиск оптимального варианта технологической операции, обеспечивающего компромиссное сочетание количественных критериев машинного времени обработки детали и заданных параметров качества, является достаточно трудоёмким. Использование ЭВМ в диалоговом режиме позволяет значительно сократить затраты времени и оптимизировать пути решения таких задач.
Для практического применения разработан ряд прикладных программ, облегчающих работу технолога.
Система для создания управляющих программ механической обработки на станках с программным управлением CAM Works.
Имеющаяся в наличии программы технологическая база данных позволяет анализировать и сохранять параметры используемых методов механообработки. Сохраненные в базе данных элементы могут использоваться в CAM Works при разработке траекторий перемещения инструмента и для передачи их в систему ЧПУ станка в виде машинных кодов. Программа автоматически генерирует вид и геометрию заготовки и технологические операции обработки. В системе предусмотрена возможность ручной коррекции автоматических функций при создании управляющей программы.
Технологическая база данных CAM Works является редактируемой и содержит наиболее распространённые элементы, используемые для подготовки управляющих программ. В базе данных содержится несколько категорий информации:
Характеристики станков с ЧПУ, стоек и процессоров.
Инструментальное обеспечение. Пополняемая библиотека содержит набор инструментов и приспособлений конкретного цеха или предприятия.
Информация по режимам резания, материалам заготовок, материалам режущего инструмента. Используется для расчётов частоты вращения шпинделя и скорости подачи.
Информация об операциях и элементах резания, комбинации типов обрабатываемых элементов, конечных условиях.
CAM Works обладает функцией распознавания элементов, которая анализирует форму детали и автоматически определяет обрабатываемые элементы, такие как торцы, отверстия, канавки. Графическое отображение траектории инструмента и имитация процесса удаления материала заготовки позволяет снизить количество тестовых прогонов станка. При этом имеется возможность пошагового перемещения инструмента на любом участке траектории.
Система программирования объёмной обработки на станках с числовым программным управлением ГеММа-3D.
Система является интерактивной графической системой, позволяющей вести технологу-программисту диалог с компьютером при помощи клавиатуры и мышки. Имеется система подсказок текстовых и графических расшифровок используемых параметров и аббревиатур.
Каждой технологической операции обработки соответствует картинка, поясняющая назначение данной операции.
В библиотеке системы ГеММа-3D имеется значительное количество постпроцессоров для отечественных и зарубежных систем программного управления станками. Имеется возможность чтения инвариантных (АРТ) форматов управляющих программ, подготовленных в других системах.
Компьютер с установленной на нём системой ГеММа-3D может быть непосредственно подключён к системе программного управления станком и выдавать программу без промежуточных программоносителей.
Система автоматического проектирования SURFCAM 2002plus.
В машиностроительном производстве при изготовлении технологической оснастки (штампы, модели, фасонные электроды) широкое применение нашла система автоматического проектирования и подготовки производства деталей различной степени сложности и подготовки управляющих программ для ЧПУ SURFCAM 2002plus. Библиотеки инструментов и материалов содержат рекомендации по режимам обработки для различных материалов инструмента и обрабатываемой детали, а так же большой набор постпроцессоров для различных типов станков и систем числового программного управления.
Управляющая программа передаётся на станок через подсистему DNC или на промежуточном носителе – дискете.
Для оперативного переноса программы, разработанной и изготовленной на персональном компьютере, используется миниатюрный промежуточный носитель информации на основе микроконтроллера с энергонезависимой памятью большой ёмкости. Это устройство получило название DNC-терминал и позволяет хранить достаточный объем технологической информации даже при отключенном питании, а малые габариты позволяют носить его в кармане. Для введения информации в устройство DNC-терминал подключается к соответствующему выходному каналу ПЭВМ, а для передачи информации в УЧПУ - к соответствующему входу системы.