20.3 Обработка отверстия

Трудоемкость обработки отверстий в ряде деталей достигает 40% и более общей трудоемкости обработки детали, поэтому выбору рациональной схемы обработки отверстий следует уделять особое внимание. Практически все основные типы станков с ЧПУ годятся для обработки отверстий, последовательность операций устанавливают по общим правилам.

Технологическая классификация отверстий

Конфигурация любого отверстия - сквозного или глухого может быть сформирована из основных и дополнительных элементов.

Основные элементы (табл. 6.2) могут быть сквозными или глухими, причем у последних форма дна может быть плоской или произвольной. Большинство основных элементов составляют гладкие цилиндрические отверстия различных квалитетов: от свободных размеров, которые при технологическом проектировании обычно приравнивают к 1З-му квалитету, до отверстий 7-го квалитета. Отверстия, выполняемые по 6-му квалитету и выше, встречаются сравнительно редко.

К числу дополнительных элементов относятся фаски и углубления прямоугольного профиля со свободными размерами, наружные и внутренние торцы, требующие обработки, канавки и разного рода препятствия.

3 а г о т о в к а может быть трех типов: сплошная, с литым отверстием и с предварительно обработанным отверстием.

Отверстия сложной конфигурации могут быть представлены ступенями, которые располагаются вдоль оси отверстия и отделяются друг от друга торцовыми поверхностями, представляющими собой плоскости, перпендикулярные к этой оси (рис. 20.15). Таким образом, любое отверстие представляется как совокупность отдельных ступеней, расположенных вдоль одной оси.

Каждую ступень рассматривают вместе с торцом, от которого начнется ее обработка. Торцы можно пронумеровать.

В принципе каждая выделенная ступень может быть обработана за один или несколько типовых переходов.

Типовые переходы обработки отверстий

Для одной ступени отверстия может быть установлена определенная последовательность технологических ходов.

1. Центрование. Выполняется специальным центровым инструментом, сверлом или конусной зенковкой (рис. 20.16, поз. 1).

2. Черновая обработка отверстия. Может быть выполнена за один или несколько проходов сверлами, зенкерами, резцами и фрезами (рис. 20.16, поз. 2, 5, 7, 8).

3. Обработка торца отверстия. Выполняется прямой зенковкой с направляющей цапфой, торцовой пластиной (рис. 20.16, поз. 3) или фрезой, а также резцами, установленными в плансуппорте.

4. Коническое зенкерование. Выполняется специальным коническим зенкером.

5. Прямое зенкование. Этот переход может осуществляться прямой зенковкой с направляющей цапфой, зенкером для глухих отверстий или резцом для глухих отверстий на борштанге и в плансуппорте (рис. 20.16, поз. 3, 7).

6. Коническое зенкование - переход для обработки фасок, выполняемый конусной зенковкой, сверлом или резцом(рис. 20.16, поз. 4).

7. Резьбонарезание. Выполняется метчиками для сквозных и глухих отверстий (рис. 20.16, поз. 6).

8. Получистовая обработка отверстия. Производится зенкерами или резцами для глухих и сквозных отверстий, включая плансуппортную обработку (рис. 20.16, поз. 2, 5, 7).

9. Обработка канавки. Этот переход выполняют или плансуппортом, или вручную.

10. Чистовая обработка. Выполняют развертками или резцами для сквозных или глухих отверстий, включая плансуппортную обработку.

Рисунок 20.15. Примеры обрабатываемых отверстий

Рисунок 20.16. Типовые переходы обработки отверстий

1 – центрование центровочным или спиральным сверлом; 2 – сверление, зенкерование, развертывание; 3 - зенкерование донным зенкером, цекование; 4 – зенкование фаски конусной зенковкой, сверлом или резцом; 5 – растачивание отверстия; 6 – нарезание резьбы; 7 - растачивание глухого отверстия; 8 – фрезерование отверстия концевой фрезой; L₁ – недоход;

L₂ – перебег; L – глубина отверстия

Этапы проектирования операций обработки отверстий

При проектировании ТП обработки сложных отверстий (многоступенчатых, разностенных) чистовые переходы, в ре­зультате которых достигается качество готовой ступени, назначают в основном независимо от обработки других сту­пеней. Черновые переходы для разных ступеней, как правило, взаимосвязаны, что требует их объединения с уточне­нием размеров инструмента, а также плана рабочих и вспомогательных ходов.

Прежде чем приступить к назна­чению технологических переходов, не­обходимо установить, будет ли применен стержневой инструмент (сверла, зенкеры, развертки), расточный (резцы) или тот и другой. При решении этого вопроса не­обходимо учитывать как размеры отвер­стия и назначение станка (сверлиль­ный, расточный, многоцелевой), так и общие технологические указания, в кото­рых могут содержаться требования к черновой обработке (фрезерование или растачивание) и к виду заготовки.

Использование фрезерования для черновой обработки позволяет сократить номенклатуру инструмента, необходи­мого для выполнения операции.

В технологических указаниях может содержаться требование выполнить обра­ботку детали в несколько операций на специализированных станках. В та­ком случае назначение технологии на первом этапе ведется применительно к станку с максимальными возможно­стями, а разделение на отдельные опе­рации с учетом возможностей станков производится на других этапах.

Технологические переходы, выпол­няемые расточным инструментом, на­значают при допустимом отклонении расположения оси отверстия менее 0,1 мм и при таких диаметрах отверстия, кото­рые допускают применение расточного инструмента.

Проектирование операций с использованием стержневого инструмента. В этом случае схема переходов при обработке отверстия может быть следующей. Пе­реход центрования назначают во всех случаях, когда надо выполнить отвер­стие в сплошном материале (т. е. исход­ная заготовка отверстия не имеет). Ис­ключение составляют короткие отверстия13-го квалитета с диаметром менее25 мм. Отверстия 13-го квалитета и ниже параметром шероховатости поверхно­сти по диаметру Rz> 20 мкм могут быть получены сверлением, кроме от­верстий, имеющих плоское дно и поэтому требующих зенкерования

Для получения отверстия 11-го ква­литета необходим чистовой проход зен­кером, диаметр которого равен окон­чательному размеру отверстия.

Если требуется получить отверстия 7-8 -го квалитетов, чистовой переход выполняют разверткой соответствующего квалитета, диаметр и поле допуска ко­торой равны соответствующим парамет­рам отверстия. Перед развертыванием отверстия зенкуют.

Припуски на обработку отверстий, а также рекомендуемый характер пере­ходов и типы используемого инстру­мента приведены в справочной лите­ратуре.

Обработка дополнительных элемен­тов отверстий стержневым инструмен­том, как правило, не вызывает затруд­нений. Рекомендации по назначению пе­реходов обработки этих элементов доста­точно известны.

Проектирование операций с исполь­зованием расточного инструмента. Ра­сточный инструмент позволяет получить отверстия высокой точности с достаточ­ной прямолинейностью и небольшими уводами. При использовании расточ­ного инструмента число переходов для от­верстия заданных диаметра, длины, точ­ности и шероховатости зависит от раз­ных факторов и во многом от паспорт­ной точности настроенного инструмента, которую может в автоматическом цикле обеспечить данный станок.

Припуски на обработку отверстий, рекомендуемый характер переходов, типы инструмента и другие данные приведены в литературе.

Следует отметить, что особенно сложны для обработки так называе­мые глубокие отверстия, отношение дли­ны которых к диаметру больше пяти. Их обработка требует не только спе­циальных инструмента и технологии, но и оборудования.

Проектирование с использованием ЭВМ. Решение задачи построения пере­ходов при обработке отверстий доста­точно просто формализуется с помощью ЭВМ. Естественно, что в раз­вернутых автоматизированных системах подготовки ТП эта задача решается с учетом значительно большего числа факторов, в том числе и технических данных оборудования.

При оперативном программировании с использованием микроЭВМ данного УЧПУ станка в ряде случаев операции по обработке отверстий разрабатывают в режиме диалога. Технолог-програм­мист последовательно отвечает на воп­росы ЭВМ, формируя на первом этапе работ исходные данные, а на втором ­схемы обработки отверстий. В процессе работы ЭВМ предлагает меню типовых переходов, при отклонении условий об­работки от типовых требует дополни­тельных данных и т. д.

Выбор режимов обработки отверстий

Входными данными для определения режимов обработки при сверлении, рас­сверливании, зенкеровании и разверты­вании отверстий являются:

Rms - род обрабатываемого материала (сталь, чугун, цветные металлы);

Rm - прочность стали, МПа;

НВ - твердость материала, МПа;

Rmо - род материала инструмента (твер­дый сплав быстрорежущая сталь) ;

Т - стойкость инструмента, мин;

s - марка (сорт) материала;

d - диаметр обрабатываемого отвер­стия, мм;

d₁ - диаметр инструмента, мм;

tп квалитет точности IT;

h - пара метр шероховатости Ra, мкм;

l - длина (глубина) обрабатываемо­го отверстия, мм;

R - вид обработки; Roz - черновая; ROd - чистовая;

L₂ - перебег инструмента, мм;

L₁ - недоход инструмента, мм;

r - схема обработки;

Ω - множество частот вращения шпинделя станка;

Π - множество подач станка.

Входные данные позволяют опреде­лить следующие параметры (выходные данные) :

S - подача, мм/об;

п - частота вращения, об/мин;

tm - машинное время, мин;

tm₁₀₀- табличное машинное время, мин;

СН - информация об охлаждении

Выходные данные достаточно просто найти или по таблицам, или расчетом по соответствующим зависимостям, или выбором (расчетом) на ЭВМ в соот­ветствии с определенным алгоритмом. Для выбора параметров резания при растачивании отверстия дополнительны­ми входными данными являются сле­дующие:

Rp - вид обработки резцом;

L - длина точения, мм;

t - глубина резания, мм;

ψ - угол резания в плане, о (рад);

r_р - тип крепления инструмента (креп­ление в шпинделе, крепление с опо­рой, крепление без опоры, крепле­ние с опорой с люнете);

L₁ - длина инструмента, мм.

r₁ - радиус загругления режущей кром­ки, мм;

γ - передний угол резца, о (рад);

F - площадь сечения тела инструмента, мм2.

Последовательность обхода отверстий инструментами

Методы обхода отверстий. Проекти­рование операций обработки отверстий на станках с ЧПУ сверлильно-расточ­ной группы завершается назначением последовательности обхода отверстий ин­струментами. Последовательность обхо­да зависит от того, как строятся опера­ции (переходы) - последовательно или параллельно.

При параллельном методе каждый инструмент обходит все отверстия, под­лежащие обработке этим инструментом, а затем его меняют, и цикл повторяется. Последовательный метод отличается тем, что каждое отверстие обрабатывают всеми необходимыми инструментами, а затем после изменения позиции обрабатывают следующее отверстие.

В большинстве случаев выбор метода обработки связан с выполнением усло­вия минимизации времени холостых перемещений. Исключение составляют те случаи, когда метод определяется технологическими условиями обработки. Например, при обработке отверстий 7-9-го квалитетов или отверстий с жест­кими допусками на межцентровое рас­стояние (менее 0,2 мм) целесообразно первые переходы (центрование, свер­ление, зенкование, зенкерование) выпол­нять параллельно, а заключительные переходы - последовательно, без пере­мещений детали

Время холостых перемещений при обработке группы одинаковых отверстий одним комплектом инструментов склады­вается из времени на смену инстру­ментов Т_СМ и времени на перемещения при позиционировании Q_ПОЗ

Т_Х=Т_Σ + θ_Σ

При параллельном методе каждый инструмент меняют один раз, поэтому время, затраченное на смену инструментов, составляет

t_Σ = mt,

а время обхода отверстий одним набором инструментов

θ_Σ = mθ,

где t. - среднее время смены одного инструмента; θ – время обхода всех отверстий одним инструментом; m - число инструментов.

Общее время на холостые перемещения при параллельном методе

Тпар = m(t+θ)

При последовательном методе каждый инструмент меняют столько раз, сколько отверстий (n) в группе, т. е

t_Σ = nmt,

а время обхода комплектом инструментов всех отверстий будет θ_Σ = θ, поскольку обход осуществляется один раз.

Общее время на холостые перемещения при последовательном методе

Т_ПОС=nmq+θ

Для выбора метода обработки можно воспользоваться коэффициентом

К = Тпар / Тпос = (1 + k) / (п +k/m), где k=θ / t.

Если К> 1, то более предпочтительным является последовательный метод обработки; при К < 1 большую производительность обеспечивает параллельный метод.

Общее время обхода группы отверстий

θ = n*t _р.т+ (Σ – ε _р.т*n ) / V _уск

где n - число отверстий в группе; t _р.т - суммарное время на разгон и торможение; ε _р.т - суммарный путь разгона и торможение; Σ - длина пути обхода отверстий группы;

пример 1:

Необходимо просверлить 12 отверстий и нарезать резьбу

Сверло комбинированное, сверлит и делает фаску.

Межцентровое расстояние ---100 мм.

Скорость холостых перемещений----5000 мм/мин. (по паспорту станка)

время на автоматическую смену инструмента-----t_{см инстр}= 0,1 мин.

Параллельный метод: устанавливается сверло, сверлят все отверстия, затем меняют инструмент и нарезают резьбу. Шпиндель в первой точке.

1.автоматически устанавливается первый инструмент в шпиндель станка

2.цикл сверления

3.ускоренное перемещение ко второй точке

4.цикл сверления

5. ускоренное перемещение к третьей точке и т.д. 11раз

-----------------------------------------------

-автоматическая смена инструмента

-цикл нарезания резьбы

-ускоренное перемещение к другому отверстию

-цикл нарезания резьбы и т.д.

время холостого хода на одно перемещение t_х.х= 100/5000=0,02мин

с чётом разгона и торможения время перемещения на 100мм. – 0,05мин.

(средняя скорость х.х. – 2000мм/мин.)

инструмент меняется 2 раза: устанавливается сверло и меняется на метчик. Позиционирование выполняется 12*2 = 24раза.

далее в расчётах время цикла сверления и цикла нарезания резьбы учитывать не будем, т.к. эта величина постоянная. Будем учитывать только непроизводственные потери времени.

Т_сум = 2 * t_{см.инстр} + t_хх *12*2 = 2*0,1 + 0,05*12*2 = 1,4 мин.

(2раза - установка сверла и смена его на метчик, возврат к началу обработки)

__________________________________________________________________

Последовательный метод: сверлится отверстие, меняется инструмент, нарезается резьба, перемещается к следующей координате. Шпиндель станка в первой точке

1. автоматически устанавливается первый инструмент в шпиндель станка

2. цикл сверления

3. автоматическая смена инструмента

4. цикл нарезания резьбы

5. ускоренное перемещение ко второй точке

6. повторение поз. 1÷5 ---11раз

инструмент меняется 24 раза, позиционирование выполняется 11 раз

Т_сум = (2*t_{см.инстр}+t_хх )*11 = (2*0,1 + 0,05)*11 = 2,75 мин.

(2раза – сверло и метчик + время на перемещение)

Пример 2:

Необходимо просверлить 3 отверстия

Сверло комбинированное, сверлит и делает фаску.

Межцентровое расстояние ---1000 мм.

Скорость холостых перемещений----5000 мм/мин.

время на автоматическую смену инструмента-----t_{см инстр}= 0,1 мин.

Параллельный метод: шпиндель станка находится в первой точке 1.автоматически устанавливается первый инструмент в шпиндель станка

2.цикл сверления

3.ускоренное перемещение ко второй точке

4.цикл сверления

5.ускоренное перемещение к третьей точке

6.цикл сверления

7.автоматическая смена инструмента

8.цикл нарезания резьбы

9.ускоренное перемещение ко второй точке

10.цикл нарезания резьбы

11.ускоренное перемещение к третьей точке

12.цикл нарезания резьбы

время холостого хода на расстояние 1000мм. T_хх = 1000/5000=0,2мин

с учётом разгона и торм. время на перемещение на 1000мм = 0,29мин

(средняя скорость х.х. = 3500мм/мин

выполняется 2 смены инструмента и 4 ускоренных перемещения

Т_сум = 2*t_{см.инст} + 4*t_хх = 2*0,1 + 4* 0,29 = 1,36мин

(между тремя отверстиями 2 перемещения)

___________________________________________________________

последовательный метод

1.автоматически устанавливается первый инструмент

2.цикл сверления

3.автоматическая смена инструмента

4.цикл нарезания резьбы

5.перемещение к точке 2

6. автоматически устанавливается первый инструмент

7.цикл сверления

8.автоматическая смена инструмента

9.цикл нарезания резьбы

10.перемещение к точке 3

11. автоматически устанавливается первый инструмент

12.цикл сверления

13.автоматическая смена инструмента

14.цикл нарезания резьбы

выполняется 6 раз смена инструмента и 2 раза перемещение

Т_сум = 6*t_{см.инстр} + 2*t_хх = 6*0,1 + 2*0,29 = 1,18мин

Данный пример показывает, что на выбор схемы обработки отверстий несколькими инструментами оказывают влияние многие факторы: количество переходов, расстояние между отверстиями, количество инструментов.

Следует иметь в виду, что при обработке нескольких отверстий, к которым предъявляются повышенные требования, предпочтительней вариант, когда выполняется вся обработка одного отверстия, а затем переход к другому. Это объясняется тем, что при большом количестве перемещений возможно накопления ошибки позиционирования и, как следствие, снижение точности.