182

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет автоматизации машиностроения

Кафедра технологии автоматизированного машиностроения

Ю.Л.Апатов

АВТОМАТИЗАЦИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ

ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ПРИМЕНЕНИЕМ

МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

С ЧПУ

Рекомендовано Ученым советом ВятГУ

в качестве учебного пособия по дисцип- лине «Автоматизация производственных процессов в машиностроении» для студентов специальности 151001 – Технология машиностроения

Киров 2008

Печатается по решению редакционно-издательского совета Вятского государственного университета

УДК 621. 865. 8.

А 76

Рецензент: директор ООО ПКФ «Топливоресурс», к.т.н. Сергей Геннадьевич Черезов

Апатов Ю.Л. Автоматизация механической обработки деталей применением металлорежущего оборудования с ЧПУ: учебное пособие. – Киров: Изд-во ВятГУ, 2008. – 173 с.: ил.

В данном учебном пособии приводятся сведения о сущности и преимуществах ЧПУ применительно к обработке деталей в машиностроительном производстве. Рассматриваются основы составления управляющих программ для станков с ЧПУ. Приведены примеры станков наиболее распространенных и перспективных моделей – обрабатывающих центров. Даны их краткие технические характеристики, важные при использовании в технологических процессах механообработки серийного производства. В пособии содержатся сведения о важнейших узлах станков и современных системах управления процессом обработки.

Пособие полезно для освоения студентами теоретического курса при изучении указанной дисциплины по специальности 151001 «Технология машиностроения», при выполнении ими расчетно-графической, курсовой работ, а также дипломных проектов.

Редактор Е.Г. Козвонина

Подписано в печать Усл. печ. л.

Бумага офсетная. Печать копир Aficio 1022

Заказ № Тираж Бесплатно

Текст напечатан с оригинал-макета, изготовленного ПРИП ВятГУ по материалам, предоставленным автором

Оформление обложки, изготовление – ПРИП ВятГУ

610000, г.Киров, ул. Московская, 36

© Ю.Л. Апатов, 2008

© Вятский государственный университет, 2008

Оглавление

стр.

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ НАЗНАЧЕНИЕ И ПРЕИМУЩЕСТВА МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ С ЧПУ 1.1. Особенности применения станков с ЧПУ и использования управляющих программ 1.2. Порядок программирования станков 1.3. Методы программирования систем ЧПУ 2. ТИПЫ СТАНКОВ С ЧПУ 2.1. Токарные станки с ЧПУ 2.2. Технологические возможности многооперационных станков (обрабатывающих центров) 2.3. Краткая классификация многоцелевых станков и их компоновки 2.4. Примеры конструкций многооперационных станков и их характеристики 3. КОМПОНЕНТЫ И УЗЛЫ СТАНКОВ С ЧПУ 3.1. Механическая часть (структура) станка 3.2. Устройства автоматической смены инструмента (АСИ). 3.3. Инструментальные магазины 3.4. Особенности вспомогательного инструмента для станков с ЧПУ 3.5. Системы ЧПУ, применяемые в рассматриваемых станках 3.6. Специальное оснащение станков с ЧПУ 3.7. Особенности конструкции станков с ЧПУ типа ОЦ 3.8. Устройства и системы автоматической подачи заготовок на станки типа обрабатывающий центр 4. ТИПЫ ДЕТАЛЕЙ, ОБРАБАТЫВАЕМЫХ НА МНОГООПЕРАЦИОННЫХ СТАНКАХ, И НЕКОТОРЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 4.1. Примеры получаемых деталей 4.2. Способы установки и закрепления деталей на станках 4.3. Средства и схемы контроля и измерения обрабатываемых деталей 4.4. Особенности технологической подготовки к изготовлению деталей на станках типа ОЦ Заключение Контрольные вопросы Список литературы

5 8 18 28 36 36 45 53 57 86 86 89 91 96 102 109 135 141 146 146 149 150 159 169 172 173

1. Технологическое назначение и преимущества

МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ С ЧПУ

Современное серийное и мелкосерийное производство, выпускающие до 75 – 80 % всей продукции машиностроения, характеризуются большими затратами времени на выполнение вспомогательных операций. В структуре нормы времени на выполнение технологической операции в общем машиностроении основное технологическое время не превышает 20 – 30 %, а остальные затраты – это вспомогательное время.

Главным направлением развития машиностроения является автоматизация производственных процессов. Однако автоматизация в условиях мелкосерийного производства посредством применения высокопроизводительных станков традиционного исполнения (револьверных, агрегатных и многорезцовый станков, кулачковых одношпиндельных и многошпиндельных автоматов и автоматических линий) практически невозможна в связи с большими затратами на технологическую оснастку и очень большой трудоемкостью предварительной наладки станков. Эти затраты, отнесенные на себестоимость нескольких штук или нескольких десятков и даже сотен штук обработанных заготовок мелкосерийного и серийного производств, делают стоимость их изготовления непомерно высокой.

Одним из главных направлений автоматизации процессов механической обработки заготовок мелкосерийного и серийного машиностроения является применение станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Под числовым программным управлением (ГОСТ 20523 – 80) понимается управление обработкой заготовкой на станке по управляющей программе, в которой данные приведены в цифровой форме. При этом управляющая программа представляет собой совокупность команд на языке программировании, соответствующих заданному алгоритму функционирования станка по обработке конкретной детали.

Станки с ЧПУ представляют собой полуавтоматы или автоматы, все подвижные органы которых совершают рабочие и вспомогательные движения автоматически по заранее установленной программе.

Эффективность применения станков с ЧПУ выражается:

а) в повышении точности размеров и однородности формы обрабатываемых деталей, полностью определяемых правильностью программирования и точностью автоматических перемещений соответствующих узлов станка; это особенно важно при обработке конструктивно-сложных деталей, имеющих точные фасонные поверхности, а также большое число выдерживаемых размеров. Это означает, что однажды отлаженная управляющая программа может быть использована на станке с ЧПУ для производства тысяч абсолютно идентичных деталей, причем при полном соблюдении требований к точности и взаимозаменяемости;

б) в повышении производительности обработки, связанной с уменьшением доли вспомогательного времени с 70 – 80 % для обычных станков с ручным управлением до 40 – 50 % (при использовании обрабатывающих центров до 20 – 30 %), а в некоторых случаях и с интенсификацией режимов резания; в среднем при переводе обработки на станки с ЧПУ производительность возрастает: для токарных станков в 2 – 3 раза, для фрезерных в 3 – 4 раза и для обрабатывающих центров (ОЦ) в 5 – 6 раз;

в) в снижение себестоимости обработки, связанной с повышением производительности, понижением требований к квалификации станочника, а на ОЦ и в снижении затрат на приспособления, потребность в которых (в связи с обработкой заготовок с одного установа) значительно уменьшается;

г) в значительном снижении потребности в высококвалифицированных станочниках, связанном с упрощением изготовления сложных и точных деталей на настроенных и автоматически работающих станках с ЧПУ, а также с применением их многостаночного обслуживания.

Дополнительное преимущество от использования станков с ЧПУ заключается в более высоком уровне автоматизации. Вмешательство станочника-оператора в процесс изготовления детали сведено к минимуму. Большинство станков с ЧПУ могут работать абсолютно автономно. Производство получает новые преимущества в виде уменьшения числа ошибок оператора-станочника, предсказуемости времени обработки и более полной загрузки оборудования. Уровень квалификации оператора станка с ЧПУ может быть уменьшен по сравнению со станочником, работающим на универсальном оборудовании.

Еще одним преимуществом применения любого оборудования с ЧПУ является гибкость. Программное управление означает, что изготовление разных деталей сводится к простой замене управляющей программы. Ранее проверенная управляющая программа может быть использована любое число раз и через любые промежутки времени. Это является еще одним преимуществом, а именно возможностью быстрой переналадки оборудования.

Поскольку такие станки легко настраивать и запускать, а также загружать в них управляющие программы, что позволяет существенно уменьшить время наладки станка. А это весьма важно для современного производства, где широко используется принцип "just-in-time" (точно во время).

Применение станков с ЧПУ в промышленности развивается в двух направлениях.

Первое направление – обработка очень сложных заготовок уникальных деталей, имеющих сложную конфигурацию и различные фасонные поверхности, изготовление которых на традиционных станках невозможно или требует больших затрат времени и труда (в том числе высококвалифицированного) или тяжелого физического труда (турбинные лопатки, роторы, фасонные поверхности гребных винтов, рабочих колес гидротурбин и т. п.). Целесообразность применения станков с ЧПУ в подобных случаях бесспорна и ни требует особых доказательств.

Второе направление – обработка заготовок обычных машиностроительных деталей с точностью IT6 – IT8 и шероховатостью Rz = 3…10 мкм. Экономическая целесообразность применения станков с ЧПУ в этом случае определяется конфигурацией и серийностью обрабатываемых заготовок и обычно оправдывается при партиях, содержащих 15 – 25 штук и более. Однако (даже при отсутствии денежной экономии от применения станков с ЧПУ) решающее значение может иметь снижение потребности в рабочих высокой квалификации.

Опыт развития промышленности свидетельствует о целесообразности создания крупных участков станков с ЧПУ, обслуживание которых в этом случае существенно упрощается. Экономическая эффективность использования сравнительно дорогих станков с ЧПУ (особенно ОЦ) повышается при их двух- и трехсменной работе, а также при устранении причин простоев.