_Sysoev_TMS_-lekcii

где η – КПД кинематической цепи станка.

Для резания необходимо, чтобы Nэ ≤ Nст.. При невыполнении этого неравенства следует перейти на меньшую частоту вращения сверла по паспорту станка, затем подсчитать Мкр, Np и снова проверить условие Nэ ≤ Nст.

зенкерования, развертывания та же, что и для сверления. Особенностью расчета являются выбор глубины резания, подачи, расчет крутящего момента и осевой силы.

Величину подачи выбирают из таблиц [13] с учетом поправочных коэффициентов и корректируют по паспорту станка. Лимитирующим фактором при выборе подачи является только шероховатость поверхности. Крутящий момент и осевую силу рассчитывают по следующим зависимостям:

для рассверливания и зенкерования

М кр = 10 См D qм t xм S yм k м ,

P = 10C D t K ;

0 P qp xp p

для развертывания

С t xРz S yPz D k

М кр = Рz z z Pz .

Осевую силу при развертывании не рассчитывают ввиду незначительной ее величины.

Исходные данные, выбранные в результате подготовительной работы со справочной литературой, заносят в соответствующие графы таблицы в картах наладок и в карты технологического процесса (прил. 1).

Значение стойкости инструмента T, приводимое в справочниках для различных видов обработки, соответствует условиям одноинструментной обработки.

При многоинструментной Тми обработке ориентировочно можно счи-

299

где То – норма основного технологического времени (определяется расчетом); Тв – норма вспомогательного времени; bтех – время на техническое обслуживание рабочего места, %; аорг – время на организационное обслуживание рабочего места, %; аотд – время на отдых и естественные потребности.

В условиях массового производства подготовительно-заключительное время в норму времени не включают и в качестве нормы времени принимают

Тшт.

В единичном и серийном производствах время на обслуживание рабочего места (организационное и техническое), а также время на отдых и личные потребности рабочего определяют в процентах от оперативного времени. Штучное время в этом случае [13]

где к – время на обслуживание рабочего места (организационное и техническое), на отдых и личные потребности рабочего, в % от (То + Тв).

Значения коэффициентов аорг, аотд, bтех и к принимают в соответствии с нормативами.

Впроцессе определения нормы времени на отдельные операции технологического процесса может выявиться необходимость коррекции содержания операций: изменения степени их дифференциации и концентрации, пересмотра режимов обработки, так как длительность операции должна быть приблизительно равной или кратной такту выпуска.

Внекоторых случаях возможен пересмотр выбора технологического

оборудования для обеспечения кратности Тшт такту выпуска.

Всю информацию о технологической операции заносят в соответствующие документы, состав и порядок оформления которых рассмотрен в гл. 5 настоящего пособия.

6.10Проектирование технологических процессов обработки заготовок на

станках с ЧПУ

Задача повышения эффективности машиностроения является весьма актуальной. Особенно важно решение проблемы автоматизации мелкосерийного и единичного производства.

Существующие проблемы могут быть решены на основе комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, улучшения структуры парка технологического оборудования за счет внедрения новых, особо точных и высокопроизводительных станков с числовым программным управлением (ЧПУ), промышленных роботов, автоматических линий и комплексов, а также вспомогательного нестандартного технологического оборудования. Техническая и экономическая эффективность от внедрения такого оборудования в реальный производственный процесс на каждом конкретном предприятии зависит от обоснованного выбора системы числового

300

программного управления (СЧПУ).

Основная особенность станков с ЧПУ состоит в том, процесс подготовки программ для станков с ЧПУ отделен от процесса обработки детали во времени и пространстве.

На станке с ЧПУ для того, чтобы обработать деталь новой конфигурации, часто достаточно сообщить УЧПУ новую управляющую программу (УП). Устройством ввода программы (УВП) программа считывается и направляется в устройство отработки программы (УОП), которое через устройство управления приводом (УУП) воздействует объект регулирования

– привод подач (ПП) станка.

Заданное перемещение (например, по осям X, Y, Z) подвижных узлов станка, связанных с приводом подач, контролируют датчики обратной связи (ДОС). Информация обратной связи (ИОС) с датчика через устройства обратной связи (УОС) поступают с УОП, где происходит сравнение фактического перемещения узла подачи с заданным по программе для внесения корректив (±Δ) в произведенные перемещения. Для исполнения дополнительных функций электрические сигналы поступают с УВП в устройство технологических команд (УТК), которое воздействует на исполнительные элементы технологических команд (ИЭТК). Происходит включение (выключение) различных двигателей, электромагнитных муфт и прочее.

Функционирование оборудования с ЧПУ обеспечивается СЧПУ. Си-

стема числового программного управления – совокупность функционально взаимосвязанных и взаимодействующих аппаратных и программных средств, обеспечивающих ЧПУ станком.

КСЧПУ относят средства, участвующие в выработке по заданной программе управляющих воздействий на исполнительные органы станка и другие механизмы, средства внесения и управляющее воздействие внешних и адаптивных поправок, а также средства диагностики и контроля работоспособности СЧПУ и станка при изготовлении детали.

СЧПУ станком должна включать технические (аппаратные) средства, программное обеспечение и эксплуатационную документацию.

Каппаратным средствам СЧПУ относятся:

–вычислительно-логическая часть (включая запоминающие устройства различного типа для программируемых систем);

–средства формирования воздействия на исполнительные органы станка (приводы подач и главного движения, исполнительные аппараты электроавтоматики и др.);

–средства связи с источниками информации о состоянии управляемого объекта (измерительными преобразователями различных видов, устройствами контроля, адаптации, диагностики и др.);

–средства, обеспечивающие взаимодействие с внешними системами и периферийными устройствами (каналы связи с СЧПУ высшего ранга и др.).

Технические средства, входящие в состав СЧПУ, обычно конструктивно оформляются в виде автономного устройства – УЧПУ.

301

По степени совершенства и функциональным возможностям системы ЧПУ делятся на следующие типы.

NС (Numerical control) – системы ЧПУ обработки на станке по программе, заданной в алфавитно-цифровом коде. Эти системы работают по «жесткой логике». Ввод программы в них, как правило, осуществляется с перфоленты;

HNC (Hard NC) - разновидность систем ЧПУ с ручным заданием программы с пульта устройства (на клавишах, переключателях и т.п.). Системы типа HNC за последние годы получили дальнейшее развитие и теперь выпускаются их типы TNC (Total NC) и VNC (Voice NC). СЧПУ типа TNC имеет в своем составе внешнюю память на гибких дисках (для хранения УП) и дисплеи для организации общения операторов с системой ЧПУ. В СЧПУ типа VNC управляющая информация вводится непосредственно с голоса. Принятая информация затем отображается на дисплее, что обеспечивает визуальный контроль правильности ввода.

MNC (Memory NC) - разновидность систем ЧПУ, имеющая память для хранения всей УП.

CNC (Computer NC) - автономная система ЧПУ станком; содержащая ЭВМ (как правило, мини-ЭВМ или микроЭВМ) или процессор;

PCNC (Personal CNC) – система ЧПУ, включающая в свой состав персональный компьютер. В последнее время появились системы ЧПУ типа PCNC D (Digital PCNC), в которых реализовано числовое управление приводами подач и главного движения.

DNC (Direct NC) - система для управления группой станков от СЧПУ, осуществляющей хранение УП и распределение их по запросам от устройства управления станком (у станков могут быть установлены устройства типа NC, MNC, CNC). В настоящее время системы типа DNC построены на базе устройств PCNC.

Основной частью СЧПУ является УЧПУ, относящееся к тому же типу, что и система. Устройства ЧПУ типа NC и HNC имеют постоянную структуру, а устройства ЧПУ типа MNC, CNC и PCNC - переменную.

По виду движения исполнительных механизмов станка, определяемого геометрической информацией в программе, системы ЧПУ подразделяются на: позиционные, контурные, комбинированные и централизованные.

Позиционная система ЧПУ – это система, обеспечивающая установку рабочего органа станка в определенную позицию, чаще всего без обработки в процессе перемещения рабочего органа станка. Эти системы применяются для управления станками сверлильно-расточной группы.

Контурная система ЧПУ представляет собой систему, которая обеспечивает автоматическое перемещение рабочего органа станка по траектории и с контурной скоростью, заданными УП станком. Основной особенностью контурных систем является наличие в каждый отдельный момент времени функциональной зависимости между скоростями перемещения рабочих органов станка по координатным осям. Контурные системы используются чаще всего для управления токарными, фрезерными и

302

другими станками при обработке деталей сложного профиля. Комбинированная система ЧПУ включает в себя контурные и

позиционные системы и используется в основном для управления многооперационными станками – обрабатывающими центрами (ОЦ).

Автоматизированная система централизованного управления - это комплекс металлорежущего оборудования с ЧПУ, связанный единой автоматизированной транспортно-накопительной (транспортно-складской) системой и управляемый от СЧПУ типа DNC.

По числу потоков информации системы ЧПУ подразделяются на: разомкнутые, замкнутые и самонастраивающиеся (адаптивные).

Разомкнутые системы ЧПУ характеризуются только одним потоком информации, направляемым от УП к рабочему органу станка. Перемещения рабочего органа станка при этом не контролируются и не составляются с перемещениями, заданными программой. Достоинствами таких систем являются отсутствие цепей обратной связи, простота конструкции, наличие надежных и быстроходных шаговых двигателей и передачи «винт - гайка качения», обеспечивающих достаточно высокую точность перемещения рабочего органа станка.

Замкнутые системы ЧПУ характеризуются двумя потоками информации: один поток поступает от УП, а второй – от датчика обратной связи. Обратная связь позволяет сопоставлять фактическую отработку программы с заданной и устранять возникающее рассогласование.

Самонастраивающиеся (адаптивные) СЧПУ могут настраиваться к изменению внешних условий. Они имеют помимо основного и дополнительные потоки информации, позволяющие корректировать процесс обработки с учетом деформации системы СПИД (станокприспособление - инструмент - деталь) и ряда случайных факторов, таких, как притупление режущего инструмента, колебание припуска и твердости заготовки и др.

Современные СЧПУ относятся к классу PCNC и являются комбинированными и самонастраивающимися системами.

Классификация и обозначение станков с ЧПУ по системам управ-

ления. Металлорежущие станки с ЧПУ можно классифицировать по различным признакам. В зависимости от вида основных операций обработки станки с ЧПУ подразделяют на технологические группы: токарные; фрезерные; сверлильные; координатно-расточные; сверлильно-фрезерные (фрезерно-рас- точные); сверлильно-фрезерно-расточные, шлифовальные; многоцелевые (многооперационные); для электрообработки; разные.

По принципу управления движением, который определяется системой ЧПУ (СЧПУ), различают три группы станков: с позиционными СЧПУ, с контурными СЧПУ и с комбинированными СЧПУ.

Индексация станков с программным управлением. В соответствии с классификацией систем программного управления (СПУ) принята следующая схема обозначения станков. К основному обозначению станка добавляют один из индексов: Ц – станки с цикловым управлением; Ф1 – станки с цифровой индексацией положения рабочих органов, а также станки с цифровой ин-

303

дексацией и ручным вводом данных, Ф2 – станки с позиционными СПУ; Ф3

– станки с контурными СПУ; Ф4 – станки со смешанными СПУ. Кроме того, введены индексы, отражающие конструктивные особенности станков, связанные с автоматической сменой инструмента: Р – смена инструмента поворотом револьверной головки; М – смена инструмента из магазина. Индексы P и М записывают перед индексами Ф2, Ф3, Ф4. Например, РФ2 — станок с позиционной СПУ и револьверной инструментальной головкой; МФЗ — станок с контурной СПУ и инструментальным магазином и т д. Индекс МФ4 многоцелевого станка модели 262ПМФ4 означает, что станок оснащен смешанной СПУ и магазином инструментов.

В станках с ЧПУ сохраняется индексация по точности, принятая для универсальных станков: нормальная точность – класс Н, повышенная точность – класс П, высокая точность – класс В, особая точность – класс А, особо высокая точность (мастер-станки) – класс С. Индекс класса точности (за исключением Н) в обозначении станка приводится после всех цифровых индексов, например: 6Б76ПМФ4 – многоцелевой станок повышенной точности.

Вид и характер работ по технологической подготовке производства с

использованием станков с ЧПУ, в том числе и специализированных, существенно отличаются от работ, производимых с помощью обычного, универсального оборудования. Значительно возрастают сложность задач и трудоемкость проектирования ТП.

Специальные знания (в том числе и математические), необходимые для составления программы, повышают требования к уровню квалификации технологов, а применение технических средств для расчета и составления УП обуславливает появление в системе подготовки производства новых специальностей (электронщиков, программистов, математиков) и требует решения ряда организационных вопросов.

В общем случае составление УП для станков с ЧПУ начинается с разработки технологического процесса изготовления детали и выделения операций программируемой обработки. В выбранных операциях после уточнения оборудования выявляют необходимые траектории движения инструментов, скорости рабочих и холостых ходов и др. Направления и величины перемещений устанавливают исходя из конфигурации обрабатываемых поверхностей детали, скорости рабочих и холостых ходов. Установленная последовательность обработки кодируется и записывается на программоноситель. Полученная УП представляет собой сумму указаний рабочим органам станка на выполнение в определенной последовательности действий.

Получением УП завершается первый этап процесса изготовления детали на станках с ЧПУ, начатый с предварительной подготовки данных, необходимых для программирования. На втором этапе деталь обрабатывается на станке, в соответствии с УП. Из всех работ в процессе программирования решающим является сбор, упорядочивание и обработка информации. Подготовленная информация должна быть представлена в числовом формате.

Сокращение сроков технологической подготовки производства воз-

304

можно за счет применения не только современных станков с ЧПУ, но и за счет использования систем автоматизированного проектирования, решающих задачу автоматизированной подготовки УП. Такие системы, получившие название CAM (computer aided manufacture), позволяют существенно облегчить труд и сократить сроки ТПП.

Требования к технологичности деталей повышаются в условиях автоматизированного производства. Моделирование процесса обработки с использованием ПК позволяет определить не только степень технологичности детали, но и возможность применения типовых и групповых технологических процессов.

На этапе технологической подготовки производства все детали должны быть подвергнуты тщательному анализу (конструктивно-технологической проработке) в целях повышения степени конструктивной и технологической преемственности элементов детали. Решая эту задачу, можно определить полный перечень типоразмеров и выявить степень их применяемости, построить параметрические ряды, унифицировать детали. Это наиболее полно обеспечит преемственность технологических процессов и их элементов, средств технологического оснащения.

На этапе анализа детали выявляется также, насколько технологически рациональна ее конструкция. Эта задача заключается в нахождении возможности изготовления и эксплуатации данного изделия при использовании имеющихся в распоряжении предприятия материальных и трудовых ресурсов.

Отработка на технологичность деталей, подлежащих обработке на станках с ЧПУ, характерна для начала процесса ТПП, однако в условиях автоматизированного производства целесообразно выполнять эти работы на более ранней стадии, что требует повышенной технологической подготовки инженеров-конструкторов.

Общие требования к технологичности деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ или намеченных к отработке на этих станках: унификация внутренних и наружных радиусов; унификация элементов форм деталей и их размеров; создание такой конфигурации детали, которая обеспечивает свободный доступ инструмента для обработки поверхностей; обеспечение возможности надежного и удобного базирования детали при обработке. Эти требования прежде всего направлены на сокращение типоразмеров применяемого режущего инструмента, использование более производительного (экономически выгодного) инструмента, замену специального инструмента стандартным, уменьшение числа переустановок детали, снижение количества и стоимости требуемой оснастки, повышение точности базирования, а также точности и производительности обработки, уменьшение степени коробления детали при обработке и объема последующей слесарной (станочной) ручной доработки, сокращение затрат на расчет и подготовку программ.

Указанные требования, как правило, могут быть выполнены путем изменения геометрической формы или отдельных элементов детали, изменения некоторых размеров, смещения отдельных элементов и т. п.

К чертежам деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ, не предъяв-

305

ляют никаких требований, противоречащих стандартам ЕСКД на выполнение машиностроительных чертежей. Однако необходима некоторая дополнительная информация о детали, в связи с чем следует выполнять ряд правил, облегчающих процесс программирования:

1)все размеры проставляют на детали в прямоугольной системе координат от единых конструктивных баз детали;

2)желательно также проставлять размеры от оси детали к центрам всех окружностей, если это не требует от конструктора дополнительных трудоемких вычислений;

3)проставлять размеры следует так, чтобы данные о каждом контуре были по возможности по одной проекции, а размерные цепи имели двусторонний допуск (±), что облегчает разработку программ.

Работа станка с ЧПУ тесно связана с системами координат. Оси координат располагают параллельно направляющим станка, что позволяет при программировании обработки указывать направления и величины перемещения рабочих органов. В качестве единой системы координат для всех станков

сЧПУ принята стандартная (правая) система, при которой оси X, Y, Z указывают положительные перемещения инструментов относительно подвижных частей станка.

Положительные направления движения заготовки относительно неподвижных частей станка указывают оси X′, Y′, Z′. Таким образом, положительными всегда являются такие движения, при которых инструмент и заготовка удаляются друг от друга.

Круговые перемещения инструмента (например, угловое смещение оси шпинделя фрезерного станка) обозначают буквами A (вокруг оси X), B (вокруг оси Y), C (вокруг оси Z). Круговые перемещения заготовки (например, управляемый по программе поворот стола на расточном станке) – соответственно буквами A′, B′, C′. В понятие «Круговые перемещения» не входит вращение шпинделя, несущего инструмент, или шпинделя токарного станка. Для обозначения вторичных угловых движений вокруг специальных осей используют буквы D и E.

Для обозначения направления перемещения двух рабочих органов вдоль одной прямой используют так называемые вторичные оси: U (параллельно X), V (параллельно Y), W (параллельно Z). При трех перемещениях в одном направлении применяют еще и так называемые третичные оси: P, Q, R.

У станков различных типов и моделей системы координат размещают по-разному, определяя при этом положительные направления осей и положение начала координат (нуль станка M).

Система координат станка является главной расчетной системой, в которой определяются предельные перемещения, начальные и текущие положения рабочих органов станка. При этом положение рабочих органов станка характеризуют их базовые точки, выбираемые с учетом конструктивных особенностей отдельных управляемых по программе узлов станка. Так, базовыми служат точки: для шпиндельного узла – точка N пересечения торца шпинделя с осью его вращения; для суппорта токарно-револьверного станка –

306

центр поворота резцедержателя в плоскости, параллельной направляющим суппорта и проходящей через ось вращения шпинделя, или точка базирования инструментального блока; для крестового стола – точка пересечения его диагоналей или специальная настроечная точка, определяемая конструкцией приспособления; для поворотного стола – центр поворота на зеркале стола и т.д.

Точка M, принятая за начало отсчета системы координат станка, называется нулевой точкой станка или нулем станка. В этом положении рабочие органы (базовые точки), несущие заготовку и инструмент, имеют наименьшее удаление друг от друга, а отсчетные элементы станка определяют нуль отсчета на табло цифровой индикации.

Система координат инструмента. Система координат инструмента предназначена для задания положения его режущей части относительно державки.

Инструмент описывается в рабочем положении в сборе с державкой. При описании всего разнообразия инструментов для станков с ЧПУ удобно использовать единую систему координат инструмента XиZи, оси которой параллельны соответствующим осям стандартной системы координат станка и направлены в ту же сторону. Начало системы координат инструмента располагают в базовой точке Т инструментального блока, выбираемой с учетом особенностей его установки на станке. При установке блока на станке точка Т часто совмещается с базовой точкой элемента станка, несущего инструмент, например точкой N.

Режущая часть инструмента характеризуется положением его вершины и режущих кромок. Вершина инструмента задается радиусом закругления r и координатами xиTP и yиTP ее настроечной точки P, положение которой относительно начала системы координат инструмента обеспечивается наладкой инструментального блока вне станка на специальном приспособлении.

Связь систем координат. Таким образом, при обработке детали на станке с ЧПУ можно выделить три координатные системы. Первая – система координат станка XMZ, имеющая начало отсчета в точке M – нуль станка. В этой системе определяются положения базовых точек отдельных узлов станка, причем числовые значения координат тех или иных точек (например, точки F) выводятся на табло цифровой индикации станка.

Вторая координатная система – это система координат детали или программы обработки детали XдTдZ. Третья система – система координат инструмента XиTиZ, в которой определено положение центра P инструмента относительно базовой точки F (K, T) элемента станка, несущего инструмент.

Маршрут обработки заготовки на станке с ЧПУ в общем случае опре-

деляется последовательностью обработки, увязанной с оборудованием и с комплексом технологической оснастки.

Последовательность обработки детали на станках ЧПУ зависит от формы и размеров заготовки, от формы, вида и размеров базовых поверхностей, а также от требований, предъявляемых к операциям, намеченным в общем ТП для осуществления на станках с ЧПУ.

307

Прежде всего, должен быть решен вопрос о количестве установов (положений) детали на столе или в шпинделе станка, необходимых для полной ее обработки. Первый установ, как правило, выбирают из условия наиболее удобного базирования заготовки по «черным» или заранее подготовленным «чистым» базам. Второй и последующие установы должны предусматривать использование обработанных при предыдущих установах чистых поверхностей в качестве промежуточных баз.

Конечной задачей является, поиск схемы, обеспечивающей наиболее полную обработку детали со всех сторон с наименьшим количеством установов и требуемой при этом оснастки.

При выборе последовательности операций следует учитывать необходимость совмещения конструкторской и технологической баз и получение технологических баз.

Вначале обработки должны быть предусмотрены разгрузочные операции (переходы), в процессе которых снимают большие слои металла, чем исключается влияние напряжений при последующей обработке.

Впроцессе разработки схемы последовательности обработки детали выполняют эскизное проектирование (составление ТЗ) приспособления для базирования и закрепления заготовки на каждом установе.

Разработка операционного технологического процесса начинается с составления (уточнения) операционного эскиза, по которому определяют содержание операции. Это позволяет выявить число установов, необходимых для выполнения операции. Далее процесс разрабатывают для каждого установа, выполняя соответствующие эскизы с указанием схемы базирования и крепления заготовки в каждом установе.

На детали выделяют так называемые зоны обработки, представляющие собой часть припуска на том или ином элементе или какой-то части детали. Припуск может быть удален различным инструментом за несколько переходов или даже операций. Введение зон обработки позволяет использовать типовые схемы переходов, определяющие правила построения траектории инструмента. Последнее, в значительной мере облегчает подготовку УП для станков с ЧПУ.

Метод проектирования ТП на базе типовых переходов осуществляется выбором вариантов обработки отдельных элементов детали и общей последовательности ее обработки, наиболее соответствующих конкретным техническим и производственным условиям. При этом за основу принимаются соответствующие переходам типовые схемы обработки элементов, отличающихся геометрией контура, характером припуска, точностью и др.

Определенное влияние на процесс технологического проектирования для станков с ЧПУ оказывает ограничение по номенклатуре используемого режущего инструмента. Поэтому при проектировании операционных процессов для конкретного станка с ЧПУ при определении переходов исходят, прежде всего, из возможного числа инструментов, налаживаемых на операцию. Эти инструменты выбирают из закрепленной за данным станком номенклатуры инструментов. Если число выбранных для выполнения операции

308