Оптимизация режимов резания на вертикальных многошпиндельных токарных полуавтоматах

Вертикальные многошпиндельные станки используются для обработки деталей из штучных заготовок и работают в полуавтоматическом режиме.

Станок имеет от шести до восьми позиций, одна из которых загрузочная.

Кинематика этих станков существенно отличается от кинематики станков горизонтального типа. Так, все шпиндели рабочих позиций могут иметь различное число оборотов. На каждой позиции установлены два суппорта: вертикальный и горизонтальный. Подача вертикального суппорта на каждой позиции не зависима от работы суппортов других позиций. Подача же горизонтальных суппортов зависит от подачи вертикального суппорта соответствующей позиции.

Каждую позицию этих станков можно рассматривать как одношпиндельный многорезцовый станок. Оптимизация работы инструментов на вертикальных многошпиндельных станках сводится к выравниванию времени работы всех позиций, ориентируясь на продолжительность работы опорного блока, причем оптимизация выполняется не только за счет подачи, но и за счет частоты вращения шпинделей.

Возможность оптимизации заключается в выборе опорного блока. За опорный блок может быть принят любой, в котором нет таких инструментов, как развертка или метчик, поскольку расчет стойкости этих инструментов ведется нестандартным образом.

Оптимальные режимы обработки на вертикальных многошпиндельных станках можно разделить на три вида:

– оптимизация по максимально допустимой подаче,

– оптимизация по максимальной стойкости инструментов,

– оптимизация по мощности станка.

До оптимизации разрабатываются карты наладок.

На карте наладки всем инструментам присваивается порядковый номер. Составляется сводная карта режимов резания, наз-наченных в соответствии с общепринятыми рекомендациями: S; V; n; t_M.

Далее выявляется опорный блок, в котором определяется лимитирующий инструмент с наиболее продолжительным временем работы. Это может быть инструмент, выполняющий как чистовую, так и черновую обработку. Время его работы максимально для конкретной наладки.

Сокращения времени работы такого инструмента можно достичь за счет следующих мероприятий:

1. Увеличения подачи до максимально допустимого значения, ограниченного мощностью механизма привода станка.

2. Увеличения скорости резания, причем замены инструментального материала на материал, имеющий большую стойкость.

3. Изменения обработки путем установки в наладке двух одновременно работающих инструментов вместо одного, если это возможно с учетом требований точности обработки и качества поверхности.

Увеличение подачи приводит к снижению технологического времени при минимальной себестоимости операции.

Оптимизация по регламентированной стойкости, принятой единой для всех инструментов, допускает возможность увеличения скорости резания и частоты вращения шпинделей. Однако изменение работы инструментов с учетом максимальной скорости резания требует замены инструментального материала лимитирующего инструмента.

Если оптимизировать длительность обработки на каждой позиции за счет изменения подачи или частоты вращения не удается, то возникает вопрос об изменении схемы наладки путем ее коррекции таким образом, чтобы ослабить влияние лимитирующих факторов и улучшить работу наиболее нагруженного инструмента.

Технологически лимитирующие факторы могут возникать как на черновых, так и на чистовых переходах. Инструмент может быть лимитирующим в результате большой длины рабочего хода, в этом случае необходимо проанализировать соотношение длин рабочих ходов инструментов из опорного блока с рабочими ходами инструментов в остальных позициях. Уменьшить длину рабочего хода можно путем установки двух одновременно работающих резцов вместо одного. Часто сделать это нельзя, так как требование точности обработки не допускает наличия риски, которая неизбежно появится при обработке двумя резцами.

В качестве лимитирующего фактора может выступать мощность привода станка. Современные многошпиндельные полуавтоматы оснащены электродвигателями мощностью 20, 30, 40, 55, 75 и 100 кВт. Необходимо принять такие режимы, чтобы суммарная мощность резания на всех рабочих позициях была близка к мощности привода станка. Поэтому после расчета суммарные мощности резания необходимо сопоставить с мощностью привода. В этом случае, если суммарная мощность резания превышает расстановку инструментов в рабочих позициях, оптимизация, связанная с рациональной расстановкой, очень трудоемка и предусматривает снижение сил резания на лимитирующих позициях, которое возможно как за счет снижения скорости резания, так и за счет уменьшения глубины и подачи. Основным методом оптимизации в этом случае остается фактор перебора для сокращения трудоемкости.

Рассмотрим оптимизацию работы 8-позиционного и 6-пози-ционного станков, в рабочих позициях которых производится обработка как наружных, так и внутренних поверхностей (рис. 19.6, 19.7). На рис. 19.6 выполнены схемы комбинированных наладок, в которых установлены резцы, сверла, зенкеры и фасонный резец.

Для выравнивания работы инструментов по времени рекомендуется обработку центрального отверстия выполнять в трех позициях сверлами 1, 6 и 11, имеющими разную длину. В первой позиции лимитирующими являются резцы 2 и 3, обрабатывающие поверхность большего диаметра. В нормальном режиме работают резцы 4 и 5. Аналогичны условия резания во второй и третьей позициях. С учетом расположения инструментов относительно оси детали целесообразно нормировать их работу по режимам резания резцов 4 и 5, установленных в середине наладки.

Позиция 1 Позиция 2 Позиция 3

Позиция 4 Позиция 5 Позиция 6 Позиция 7

Рис. 19.6. Наладка для обработки детали на вертикальном многошпиндельном полуавтомате

Наиболее благоприятными для назначения режима резания являются позиции 4, 5, 6, 7, где выполняется работа однотипными инструментами с небольшими перепадами диаметров обработки.

Для каждой позиции рассчитывается время обработки, которое в дальнейшем подлежит синхронизации. Наиболее часто для станков этих моделей оптимизацию выполняют, выравнивая стойкости инструментов с тем, чтобы замена всех их производилась одновременно. Это позволит сократить простой станка за счет сокращения времени на его техническое обслуживание.

Несколько другой подход к оптимизации режимов резания для случая установки во всех позициях автомата только токарных резцов (рис. 19.7).

Рис. 19.7. Схема инструментальной наладки шестишпиндельного полуавтомата

Сложность назначения режимов резания этой наладки в том, что все резцы обрабатывают поверхности разных диаметральных размеров и при одной частоте вращения шпинделя работают с разными скоростями резания. Инструменты в таких наладках следует скомпоновать по группам с учетом радиуса обрабатываемой поверхности. Так, в позиции 1 можно выделить две группы: первая включает резец 1, а вторая – резцы 2, 3 и 4. Все резцы установлены на продольном вертикальном суппорте и работают с одной величиной подачи. Рабочий ход этих инструментов примерно одинаков, а вот сложность, во многом зависящая от скорости резания, для первой и второй групп будет значительно отличаться. Расчет и назначение режима резания в этой наладке следует выполнить по среднему резцу 2. При этом скорость резания резца 1 будет заниженной. Чтобы выровнять стойкость и оптимизировать режим работы резца 1, в нем следует применить резец, оснащенный пластиной из быстрорежущей стали Р6М5, тогда как в резцах 2, 3 и 4 используются резцы с пластинами твердого сплава.

Во второй и третьей позициях работа резцов кратковременна, так как они работают на поперечной подаче с небольшой длиной хода. Чтобы выровнять период стойкости и скоростной режим, в резцах 7 и 6 следует установить пластины из быстрорежущей стали, а 9 и 10, выполняющих чистовое точение, – твердосплавные, обеспечивающие заданные параметры точности обрабатываемых поверхностей.

Оптимизация многорезцовых наладок (см. рис. 19.7) требует проверки их работы по суммарной мощности резания всех позиций полуавтомата: , и коэффициенту использования мощности электропривода:.

Наладка считается оптимальной, если коэффициент использования мощности более 0,7. Если  , то необходимо до-грузить позиции или выполнять операцию на станке, имеющем меньшую мощность привода.

Таким образом, при многоинструментальной наладке расчет режимов ведется отдельно для каждого инструмента наладки, принципиально так же, как и для одноинструментальной обработки. Основное отличие в том, что вводятся дополнительные ограничения, вызванные необходимостью выдерживать общий кинематический параметр обработки (подачу, частоту вращения шпинделей) и согласовывать режим резания отдельных инструментов. В большинстве случаев для этого используется метод перебора всех частот вращения шпинделя, некоторого числа подач и суммарной мощности резания.