24.4 Технологические возможности станков с чпу
Технологические возможности станков с ЧПУ обусловлены их универсальностью, повышенной жесткостью, мощностью привода и точностью, многоинструментальностью, автоматизацией цикла технологических операций, широким диапазоном частот вращения шпинделя и подач, наличием корректоров положения инструментов, возможностью ручной коррекцией подач, режимов интерполяции, сокращением вспомогательного времени благодаря высоким скоростям холостых ходов и малым затратам времени на смену инструмента.
Автоматизация цикла технологических операций на станках с ЧПУ, в том числе загрузка – выгрузка при использовании ПР, поворотных столов и других устройств, позволяет применять многостаночное обслуживание. Технические характеристики станков с ЧПУ обеспечивают обработку заготовок в широком диапазоне размеров из различных материалов и применения инструментов из различных инструментальных материалов.
Режим интерполяции и многоинструментальность позволяют комплексно обрабатывать заготовки сложной формы.
Дальнейшее расширение технологических возможностей станков с ЧПУ связано с совершенствованием системы управления. Все большее применение находят самоприспосабливающиеся системы программного управления (с автоматическим управлением, адаптивные), изменяющие режимы работы станка в зависимости от условий резания. Адаптивные системы управления повышают производительность работы станка, точность обработки, предохраняют режущие инструменты от случайных поломок, исключая чрезмерные нагрузки на них.
Одним из определяющих факторов технологических основ применения станков с ЧПУ является координатное пространство, т. е. область, ограниченная размерам наибольших координатных перемещений, например ХYZ. Вместе с шириной В и длиной l рабочей поверхности стола размеры координатного пространства наибольшие возможные размеры обрабатываемых заготовок и мест обработки. Кроме того, величины наибольших координатных перемещений в сочетании с дискретностью отсчета характеризуют пределы использования точностных и размерных возможностей устройства ЧПУ.
Общим ограничением технологических возможностей станков с ЧПУ, и особенно многооперационных, является состав режущих инструментов, установленных непосредственно в шпинделе станка, револьверной головке или инструментальном магазине. Режущий инструмент может быть унифицированным и специальной конструкции.
Инструмент, предназначенный для обработки только отдельных заготовок, считается специальным. К нему относится комбинированный, фасонный и другой инструмент. Комбинированный инструмент изготавливают на базе применения элементов унифицированных конструкций.
24.5 Особенности достижения точности и выбор баз
на станках с ЧПУ
Конструктивные особенности станков с ЧПУ, специфика проектирования процессов и управляющих программ для них вносят по сравнению с оборудованием с ручным управлением дополнительные погрешности. При обработке на станках с ЧПУ погрешности, связанные с упругими отжатиями технологической системы, несколько меньше (не более 10 % в общем балансе), а погрешности настройки приспособления и инструмента – существенно больше (до 60 %), чем на станках с ручным управлением.
Все параметры точности обработки на станках с ЧПУ можно разделить на две группы: параметры не связанные с точностью отсчета координатных перемещений рабочих органов станка (точность диаметральных размеров и геометрической формы отверстий и т. д.) и параметры, связанные с точностью отсчета координатных перемещений рабочих органов станка (точность расстояний между поверхностями, точность линейных размеров и т. д.).
Получение точности параметров первой группы аналогично работе на станках с ручным управлением.
Достижение точности параметров второй группы связано с особенностями обработки на станках с ЧПУ. Последовательность обработки деталей на этих станках (перемещение рабочих органов станка, обеспечение длины хода инструмента, позиционирование) осуществляется системой ЧПУ. Отсчет размеров при обработке ведется относительно координат. В отличие от обработки заготовок на станках с ручным управлением, когда точность размеров выдерживается относительно базовых поверхностей, при обработке на станках с ЧПУ точность размеров обеспечивается относительно начала отсчета координатной системы станка. Следовательно, для получения точных размеров необходимо обеспечить точное перемещение рабочих органов станка и точно согласовать положение заготовки и инструмента в системе координат станка. Отклонение от требуемого положения приводит к смещению всего обрабатываемого контура относительно технологических баз или ранее обработанных поверхностей. Эти смещения связаны с погрешностью базирования, погрешностью приспособления и т. д. Устранение указанных погрешностей на станках с ЧПУ осуществляется путем рационального подбора конструкций и размеров опорно-установочных элементов приспособления и другими способами. Большое значение имеет точность установки и выверки приспособления на станке с ЧПУ, так как даже точно изготовленное приспособление при неправильной установке существенно снижает точность обработки.
Перед обработкой первой заготовки определяют положение исполнительных поверхностей приспособления в системе координат станка. Положение опорно-установочных элементов приспособления на станках регулируют размерной настройкой. Специфика обработки на станках с ЧПУ дает возможность в полной мере использовать принцип единства баз, позволяющий полностью исключить или значительно уменьшить влияние погрешности установки на точность размеров и относительное положение поверхностей, обработанных с одной установки.
На станках с ЧПУ различают три системы координат.
1. Начало отсчета станка (нуль станка), точка с нулевыми положениями рабочих органов станка. В этом положении система определяет начало отсчета перемещений рабочих органов станка. Перемещение рабочих органов станка по трем взаимно перпендикулярным направлениям с нулем отсчета станка представляет его координатную систему.
2. Начало отсчета заготовки (нуль заготовки) – точка с нулевыми значениями системы координат детали, относительно которой задаются ее размеры и положение поверхностей.
3. Начало отсчета обработки (нуль обработки) – точка, от которой начинается запрограммированное движение инструмента. Координаты ее задаются относительно координатной системы заготовки.
Формирование размерных связей между системами координат осуществляется на двух этапах: технологической подготовки процесса и настройки станка. На этапе технологической подготовки кроме разработки технологического процесса производят выбор системы координат детали и пересчет размеров, выбор исходной точки (нуль обработки) и составление управляющей программы.
Выбор исходной точки связан с особенностями построения системы ЧПУ, схемы базирования и конструкций приспособления. Несмотря на большое разнообразие способов установки корпусных деталей на станках с ЧПУ и с ручным управлением, чаще всего, применяют два наиболее распространенных метода базирования заготовок: по поверхности и двум контрольным отверстиям или по трем взаимно перпендикулярным плоскостям. Приспособления применяют в виде плит или спутники с использованием универсальных опорно-установочных и зажимных элементов.
При выборе исходной точки обработки система координат должна совпадать с системой координат заготовки, что равносильно соблюдению принципа совмещения баз измерительной и технологической. Это является главным принципом выбора исходной точки обработки. Исходная точка по осям координат X, Y задается, например, от боковых установочных элементов приспособления или оси установочного цилиндрического пальца, или оси отверстия, предусмотренного в приспособлении. По координате Z (ось шпинделя) исходная точка всегда выбирается над деталью. На основании принятой схемы базирования, конструкции приспособления и выбранной исходной точки обработки технолог-программист разрабатывает управляющую программу. Схема обработки корпусной детали показана на рис. 24.2.
Записано в управляющей Исходное положение
п
рограмме
шпинделя
Задано ТУ
Ycт
Рис. 24.2. Схема размерных связей при обработке на станках с ЧПУ
1 – обрабатываемая деталь, 2 – шпиндель станка с ЧПУ.
На рис. 24.2 видны три системы координат: нуль станка, нуль детали и нуль обработки (исходная точка). Координаты программируемых точек rпрог в общем случае в пространстве представлены
,
(24.1)
где ri – радиус-вектор текущей координаты опорной точки; r0 – радиус-вектор размера координаты исходной точки.
При подготовке программы возникают размерные связи, представленные векторами.
При наладке станка устанавливают связи между исходной точкой, являющейся началом программы обработки, инструментом. Так как исходная точка обработки материализуется, как правило, сочетанием поверхностей опорно-установочных элементов приспособления, то положение приспособления на станке (вектор rитп) определяется при размерной настройке.
Таким образом, выбор технологических баз, корме их основного назначения – обеспечение наиболее точного и неизменного в ходе обработки положения обрабатываемых поверхностей заготовки относительно установочных и направляющих поверхностей приспособления, должен обеспечить совмещение направления координатных осей заготовки с осями координатной системы станка и расположения нуля детали в точке, заданной координатами в этой системе отсчета.