6.5.1.1 Последовательность выполнения переходов обработки корпусных деталей

Порядок выполнения переходов обработки при изготовлении деталей на сверлильно-фрезерно-расточных станках с ЧПУ типа ОЦ и на станках с ручным управлением принципиально одинаков. Характерны лишь большая концентрация обработки на одном станке с ЧПУ и стремление полностью обработать деталь за один установ (это возможно, если обработка детали не прерывается термообработкой).

Проектируемый процесс (операция) обработки должен обеспечить выполнение всех технических требований, предъявляемых к детали, при минимальной себестоимости обработки и максимально возможной производительности.

Обработка корпусной детали, как правило, начинается с выполнения переходов фрезерования. Сначала фрезеруют торцовой или концевой фрезой наружные плоские поверхности детали, затем уступы, пазы, выступы. Фрезеруют внутренние плоские поверхности, пазы и другие подобные им элементы детали, расположенные на некотором расстоянии от наружных плоских поверхностей детали. Поверхности, вход (или выход ) инструмента на которые не ограничен другими элементами детали (открытые поверхности) фрезеруют торцовыми или концевыми фрезами; при обработке полузакрытых плоских поверхностей сначала фрезеруют концевой фрезой боковую поверхность ограничивающего элемента (уступа, прилива), а затем торцевой фрезой – оставшуюся часть поверхности.

Чистовую обработку плоских поверхностей и пазов, точность размеров и относительного расположения которых соизмерима с точностными возможностями станка, целесообразно осуществлять, максимально приближая друг к другу чистовые переходы, стремясь уменьшить число изменений положения инструмента и детали, влияющих на точность обработки.

При выполнении сверлильно-расточных переходов сначала осуществляют черновые переходы обработки основных отверстий и отверстий большого диаметра (более 30 мм) в сплошном металле, затем аналогичные переходы обработки отверстий, полученных в отливке или штампованной заготовке. Далее следует выполнить обработку торцовых поверхностей, канавок, фасок и других элементов, точность которых существенно ниже точностных возможностей станка.

После осуществления указанных выше переходов должны быть выполнены переходы получистовой и чистовой обработки основных. Типовые циклы обработки деталей приведены в Приложении 14.

6.5.2 Детали типа тел вращения

Обработка сложных деталей на токарных обрабатывающих центрах, обладающих большими технологическими возможностями и описанных в разделе 6.6, основывается на принципах обеспечения:

- наименьшего количества операций;

- минимального вспомогательного времени с учетом максимально возможной концентрацией переходов, характеристик станков по затратам времени на позиционирование, вспомогательные ходы, смену инструмента и т.д.;

-работы с оптимальными припусками и минимальными напусками.

Расширенные технологические возможности ТОЦ обусловлены применением специальных револьверных головок и других конструкций держателей с вращающимся инструментом. Кроме того, шпиндель станка в нужный момент по программе может переключаться с режима вращения с определенной частотой, обеспечивающей заданную скорость резания, в режим дискретного позиционирования по углу поворота или в непрерывный следящий режим с обратной связью по угловому положению.

Именно эти конструктивные особенности ТОЦ обеспечивают выполнение на данных станках помимо обычных токарных операций по обработке не вращающимся инструментом наружных и внутренних поверхностей с центральной осью, совпадающей с осью вращения заготовки, различных других операций по обработке отверстий на наружной поверхности и торце, под различными углами к оси детали. Кроме того на ТОЦ можно выполнять различные фрезерные операции.

При использовании не вращающихся инструментов, ТОЦ позволяют осуществлять следующие токарные операции: обтачивание цилиндрической и конической поверхности; обработка фасонной поверхности; прорезка канавок; отрезание обработанной детали; нарезание резьбы плашкой, резцом, метчиком; подрезание торцов; центрование отверстий; сверление, зенкерование, развертывание центральных отверстий; растачивание цилиндрических, конических и фасонных поверхностей; растачивание с обработкой торца; растачивание внутренних канавок. В таблице 6.1 приведены некоторые элементарные поверхности деталей, получаемые вышеописанными типовыми технологическими переходами. Здесь же указан оптимальный набор технологических комплектов инструментов, необходимых для обработки данных элементов поверхностей.

Примеры схем обработки различных элементов заготовки на ТОЦ при использовании вращающихся инструментов показаны на рис. 6.2 .

Сверление отверстий с осью, параллельной оси заготовки (рис.6.2 а), выполняется сверлом, закрепленным во вращающейся оправке, у которой ось вращения параллельна оси шпинделя. Позиционирование центра сверла в нужное положение осуществляется дискретным поворотом на заданный угол основного шпинделя станка (координата С) и поперечным смещением крестового суппорта по координатной оси Х. Непосредственно сверление с заданной подачей выполняется перемещением вращающейся оправки вдоль координатной оси Z.

Сверление отверстий с осью, направленной перпендикулярно оси заготовки (рис. 6.2б), выполняется сверлом, закрепленным в угловой вращающейся оправке. Позиционирование центра сверла осуществляется дискретным поворотом на заданный угол основного шпинделя (координата С) и продольным смещением крестового суппорта по координатной оси Z. Заданная скорость подачи при сверлении обеспечивается перемещением вдоль оси Х.

Аналогично выполняются переходы по зенкерованию, развертыванию и растачиванию отверстий с осью, расположенной параллельно или перпендикулярно оси заготовки.

Нарезание резьбы метчиком в таких отверстиях выполняется аналогично сверлению, однако при этом необходимо согласовывать частоту вращения инструментальной оправки с ее линейным перемещением.

Обработку пазов на ТОЦ выполняют различными методами. Торцовые пазы можно фрезеровать дисковой фрезой, закрепленной в угловой оправке по схеме с движением подачи вдоль координатной оси Х (рис. 6.2 в). Торцовые пазы можно также формировать концевой фрезой, закрепленной в оправке с осью вращения, параллельной оси заготовки (рис. 6.2 г). После установки фрезы на заданную глубину перемещением по оси Z, движение подачи осуществляется вдоль координатной оси Х. В процессе фрезерования шпиндель станка остается неподвижным.

Пазы, расположенные на наружной поверхности заготовки вдоль ее оси, могут быть обработаны дисковой фрезой (рис. 6.2 д) с установкой на глубину фрезерования по оси Х и с движением подачи вдоль оси Z. Аналогично выполняют прорезку шлицов. После завершения прорезки одного шлица и выхода дисковой фрезы из зоны резания основной шпиндель станка поворачивает заготовку по координате C на заданный угол для обработки следующего шлица.

Продольные пазы, в частности шпоночные, могут быть также обработаны концевой фрезой, закрепленной в угловой оправке с осью вращения, перпендикулярной оси заготовки (рис. 6.2 е).

Криволинейные пазы на наружной поверхности заготовки можно выполнять концевой фрезой (рис.6.2 ж). При этом фреза, закрепленная в угловой оправке, вращается с заданной частотой для обеспечения расчетной скорости резания. Нужная криволинейная форма паза образуется за счет совместного, взаимосвязанного движения фрезы вдоль оси Z и вращения основного шпинделя с заданной частотой.

Кольцевые канавки, на наружной и внутренней поверхности, помимо обычных методов обработки на традиционных токарных станках, можно выполнять фрезерованием дисковой фрезой (рис.6.2 з,и). В обоих случаях заданная скорость подачи обеспечивается вращением основного шпинделя, а заданная скорость резания - вращением дисковой фрезы.

Рассмотренные технологические возможности ТОЦ возможны благодаря применению специальных револьверных головок. На многих зарубежных и отечественных станках используются револьверные узлы, показанные в Приложении 12. Особенностью данной схемы является то, что продольное движение вдоль координатной оси Z осуществляется перемещением шпиндельной бабки, а инструментальный узел имеет только поперечное движение по координатной оси Х. Инструментальный узел имеет две 6-позиционные револьверные головки. Они установлены на поворотной стойке, индексируемой через 90°, что обеспечивает установку головки в трех рабочих положениях. В одной из головок установлены неподвижные инструменты для токарной обработки наружных и внутренних цилиндрических поверхностей, а в другой - вращающиеся инструменты. Вращается только инструмент, находящийся в рабочей позиции. Подвод в зону резания нужного инструмента осуществляется путем разворота инструментального узла вокруг вертикальной оси. При необходимости возможно совмещение движений по координатным осям.

Одна из двенадцатипозиционных револьверных головок двухшпиндельного токарного патронного центра GDM90MC этого станка представлена в Приложении 12. Ниже приведена ее характеристика (табл. 6.2):

Таблица 6.2.

Число инструментов, устанавливаемых в револьверной головке		12
Присоединительный диаметр хвостовиков вспомогательного инструмента		Ø40h6
Мощность привода вращающегося инструмента		6кВт
Частота вращения инструмента		20-3000 об/мин
Время поворота револьверной головки	на 1 позицию	0,7 с
	на 180°	1,9 с
Скорость быстрых перемещений по осям Z и Х		15 м/мин
Дискретность перемещений		0,001мм
Сечение державок резцов установленных в револьверную головку		20х20мм
Максимальный диаметр револьверной головки с установленным инструментом		Ø900мм

Наличие 10 инструментов, закрепленных в револьверной головке позволяет полностью обработать практически любую деталь за два установа.

Расширение технологических возможностей с одновременным увеличением их производительности достигается на ТОЦ с двумя и более независимыми крестовыми суппортами, каждый из которых имеет индивидуальную револьверную головку .

Необходимо учитывать, что не всегда удается совместить обработку двумя не вращающимися инструментами, закрепленными в двух различных револьверных головках.

Такое совмещение недопустимо, когда при обработке каких-либо поверхностей имеются жесткие требования по соблюдению заданных значений скорости резания, а радиусы обрабатываемых поверхностей в точке контакта с инструментом значительно отличаются.

При одновременной обработке двух отверстий, как с параллельными осями, так и с перпендикулярными необходимым условием является совпадение заданного угла поворота шпинделя при обработке каждого отверстия.

Существует еще достаточно большое число примеров эффективного использования двухсуппортной обработки. Например, одновременная обработка внутренней и наружной цилиндрических поверхностей, одновременное нарезание резьбы резцами на наружной и внутренней цилиндрических поверхностях, обработка торца с одновременным растачиванием внутренней или обтачиванием наружной цилиндрической поверхности, одновременное фрезерование двух граней многоугольника двумя торцовыми фрезами и т.п.

Следует заметить, что если по каким-либо причинам обе револьверные головки не могут быть использованы одновременно в процессе резания, то можно все равно получить экономию времени за счет совмещения вспомогательных переходов, например, подготовки к работе следующего инструмента в процессе резания предыдущего инструмента.

Технологические возможности ТМС значительно расширяются при наличии на станке вспомогательного шпинделя, который может находиться в одной из револьверных головок (ТОЦ модели GDM90MC) или в специально предусмотренной для этих целей задней бабке. В большинстве случаев вращение вспомогательного шпинделя, как и основного, может выполняться с определенной частотой для осуществления токарных переходов или управляться по программе для позиционирования или вращения в следящем режиме. Это вращение электрически или механически синхронизировано с вращением основного шпинделя. При наличии вспомогательного шпинделя появляется возможность обработки заготовок с обеих сторон в полном автоматическом цикле. Простым примером может служить всесторонняя обработка "Переходника" представленная на рис.6.3.После завершения обработки одной стороны (рис.6.3.а.) вспомогательный шпиндель переустанавливает заготовку (рис.6.3.б, в). Если обрабатывается пруток, заготовка отрезается и удерживается во вспомогательном шпинделе. В этом положении выполняются технологические переходы по доработке второй стороны заготовки. Обработку ведут как не вращающимся, так и вращающимся инструментом.

Кроме этого появляется возможность одновременной обработки сразу двух заготовок, закрепленных в основном и вспомогательном шпинделе (рис.6.3.г.).

При использовании вместо трехкулачковых патронов в основном и вспомогательном шпинделе четырехкулачковых самоцентрирующих патронов, появляется возможность обработки некоторых деталей сложной формы, деталей с обрабатываемой поверхностью, ось которой не совпадает с осью симметрии детали, а также деталей прямоугольного профиля .

В качестве еще одного примера полной обработки детали с использованием ТОЦ можно рассмотреть обработку "Плунжера" (рис.6.4). Данная деталь, заготовкой которой является пруток, обрабатывается на двухшпиндельном ТОЦ модели 11Б40ПФ4.

Деталь нельзя обработать сразу по всей длине, поскольку отношение L/D > 1,5 , что не позволяет реализовать схему базирования 3+2+1, а отсутствие заднего центра - схему 4+1+1. Отсюда следует вывод, что деталь необходимо обрабатывать постепенно. На первом этапе обработки вылет прутка из патрона составляет величину меньшую 1,5D (12 мм), что обеспечивает необходимую жесткость. На этом этапе выполняется с 1 по 5 переходы (см. рис.6.4). На следующем этапе пруток выдвигается на длину, необходимую для обработки следующего участка детали. Длина обрабатываемого участка не превышает 1,5D, что также обеспечивает требуемую жесткость. На этом этапе пруток выдвигается на 26 мм и выполняются 6-9 переходы. Аналогично на следующем этапе вылет прутка составляет 40 мм, но длина обработки опять же не превышает 1,5D. На этом этапе производятся с 10 по 13 переходы. Дальше производится захват обработанной части прутка вспомогательным шпинделем, а затем осуществляется отрезание детали от прутка. После этого на 15-19 переходе обрабатывается оставшийся участок детали. Далее деталь снимается со станка и подвергается термической обработке. Затем деталь снова поступает на ТОЦ для окончательной обработки ее в центрах.