Технологичность деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ

Оценка технологичности детали производится по качественным и количественным показателям по ГОСТ 14.201–83.

Требования к технологичности деталей, изготовляемых на стан­ках с ЧПУ, существенно отличаются от требований, предъявляемых при обработке на станках с ручным управлением. Это связано с выполнением задач программирования, решение которых требует упрощения геометрических образов и типизации повторяющихся геометрических элементов заготовки. Для удовлетворения требова­ний обработки на станках с ЧПУ в общем случае следует считать технологичными такие заготовки, формы и размеры которых отве­чают условиям выполнения обработки в непрерывном автоматиче­ском цикле.

При определении номенклатуры деталей, рекомендуемых для обработки на станках с ЧПУ, необходимо учитывать целый ком­плекс критериев технологичности, условно разделяемых на две группы. Первая группа определяет общие требования к детали. Во вторую входят критерии технологичности обрабатываемой по­верхности.

К общим требованиям относятся:

1. Обоснованный выбор мате­риала детали и требований к качеству ее поверхностного слоя.

2. Обеспечение достаточной жесткости конструкции детали.

3. На­личие элементов заготовки, обеспечивающих ее надежное закрепле­ние в приспособлении.

4. Возможность обработки максимального числа поверхностей с одного установа заготовки при консольном закреплении инструмента.

5. Задание ко­ординат обрабатываемых элементов с учетом возможностей устрой­ства ЧПУ.

6. Удобная для автоматического контро­ля размеров и обеспечения легкого удаления стружки форма детали.

7. Отсутствие или сведение к минимуму числа глухих отверстий и отверстий, расположенных под прямым углом к основным координатным осям детали.

8. Максимально возможная унификация формы и размеров обрабатываемых эле­ментов для обеспечения минимального числа обрабатывающих инструментов и использования типовых подпрограмм.

9. Минимальный для по­лучения заданных параметров точности и шероховатости припуск на механическую обработку.

10. Наличие технологических баз, используемых при обработке и захвате заготовки промышлен­ным роботом.

Построение маршрута обработки деталей на станках с ЧПУ

При построении маршрута обработки деталей на станках с ЧПУ необходимо руководствоваться общими принципами, положенными в основу выбора последовательности операций механической обра­ботки на станках с ручным управлением и учитывать специфические особенности станков с ЧПУ.

Маршрут обработки рекомендуется строить следующим образом.

1. Процесс механической обработки делить на стадии (черно­вую, чистовую), что обеспечивает получение задан­ной точности обработки за счет снижения ее погрешности вследст­вие упругих перемещений технологической системы, температурных дефор­маций и остаточных напряжений.

2. В целях уменьшения погрешностей базирования и закрепле­ния заготовки соблюдать принципы постоянства баз и совмещения конструкторской и технологической баз. На первой операции целесообразно производить обработку тех поверхностей, относительно которых задано положение остальных или большинства конструк­тивных элементов детали (с целью обеспечения базы для последу­ющих операций).

3. При выборе последовательности операций стремиться к обес­печению полной обработки детали при минимальном числе ее установов.

4. Для выявления минимально необходимого количества типо­размеров режущих инструментов при выборе последовательности обработки детали проводить группирование обрабатываемых по­верхностей. Если количество инструментов, устанавливаемых в ре­вольверной головке или в магазине, оказывается недостаточным, операцию необходимо разделить на части и выполнять на одинако­вых установах, либо подобрать другой станок с более емким мага­зином.

5. Соблюдать требование обеспечения максимальной жесткости заготовки на всех участках ее обработки.

6. Назначать последовательность обработки заготовки с учетом влияния на точность ее обработки деформаций от внутренних на­пряжений, возникающих при снятии припуска.

Обработка тел вращения

Детали, обрабатыва­емые на станках с ЧПУ токарной группы, образуются цилиндриче­скими, коническими, сферическими и торцевыми поверхностями, на которых могут быть канавки, фаски, резьбы. Для наружной, торце­вой и внутренней обработки указанных поверхностей, а также для проточки канавок и нарезания резьбы используются резцы различ­ных типов. Обработку отверстий ведут также сверлами, зенкерами и развертками. Выбор режущего инструмента производится по общим правилам и рекомендациям, как и для универсаль­ных станков. Программируемой точкой траектории резца служит его вершина.

При проектировании пере­ходов обрабатываемая область, ограниченная контурами детали и заготовки, разделяется на отдельные зоны в зависимости от требо­ваний к чистоте и точности поверхностей детали, режущего инстру­мента и способа крепления заготовки на станке. Каждая зона огра­ничивается замкнутым контуром, состоящим из основного и вспо­могательного участков. Основным считается тот участок контура зоны, который является границей траектории инструмента при об­работке.

Все многообразие зон может быть представлено зонами выборки объемов металла и зонами контурной обработки детали. Зоны вы­борки служат для многопроходной обработки при больших съемах припуска. Они делятся на открытые, полуоткрытые и закрытые. Основной участок контура открытой зоны выборки ограничивает ее с одной стороны, полуоткрытой – с двух, а закрытой – с трех сторон.

Контурные зоны состоят из припуска на получистовую или чи­стовую обработку поверхностей и служат для прохода инструмента эквидистантно к участкам контура детали. Основное назначение контурных зон состоит в формировании контура детали или при необходимости чистовой обработки в обе­спечении равномерного припуска.

Пример разделения снимаемого припуска на открытые 1, полу­открытые 2, закрытые 3 и контурные 4 зоны приведен на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Зоны обработки участков заготовки

При разработке траектории движения инструмента для зон вы­борки рекомендуются типовые схемы движения инструмента (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Типовые схемы движения инструмента типа «петля» (а), «зигзаг» (б), «виток» (в), «спуск» (г)

Схема «петля» используется при обработке заготовки резцами, которые работают в одном направлении. Схема «зигзаг» применя­ется в основном при обработке в обоих направлениях глубоких впа­дин чашечными резцами. Схема «виток» мало отличается от схемы «зигзаг», но имеет преимущество при обработке неглубоких и от­носительно пологих впадин чашечными резцами. Схема «спуск» предназначена для работы канавочными резцами.

Канавки обра­батываются по типовым схемам за несколько переходов. Окон­чательный профиль детали полу­чают при чистовом переходе. Кри­терием для выбора схемы ее обра­ботки служит глубина канавки и ее ширина В (рис. 3.4, а).

При h < 5 мм и B < 30 мм предварительную обработку ведут с продольной подачей канавочным резцом (рис. 3.4, б).

При h < 5 мм и В > 30 мм – проходным рез­цом (рис. 3.4, в).

При h > 5 мм и В < 30 мм применяют канавочные резцы и обработку ведут методом ступенчатого врезания (рис. 3.4, г).

При h > 5 мм и В > 30 мм сначала обрабатывают канавку шириной до 10 мм, затем оставшийся материал убирают подрезным резцом (рис. 3.4, д, е).

Окончательную обработку во всех случаях проводят канавочными резцами по контуру (рис. 3.4, ж, з). Аналогично обра­батывают внутренние канавки.

Торцевые канавки (рис. 3.5, а)обрабатывают канавочными резцами. При ширине канавки < 60 мм и глубине h < 3 мм обработку ведут по схеме, представленной на рис. 3.5, б. При В < 60 мм и h > 3 мм – по схеме на рис. 3.5, в, г.

Окончательную обработ­ку торцевых канавок производят двумя канавочными резцами (от­личаются только положением формообразующей вершины) (рис. 3.5, д, е).

Рис. 3.4. Схемы обработки канавок сложной формы

Рис. 3.5. Схемы обработки торцевых канавок

Поверхности детали, полученные на то­карных станках, в зависимости от назначения и точности обработки разделяют на основные и дополнительные.

К основным поверхностям относятся торцевые, цилиндрические и конические, а также поверхности с криволинейной образующей и неглубокие (до 1 мм) канавки и выточки. Их обработка произво­дится проходными, копировальными и расточными резцами. К дополнительным поверхностям относятся торцевые и угловые канавки, резьбовые поверхности, канавки под клиновые ремни и т. п.

Несмотря на многообразие форм обрабатываемых поверхно­стей, может быть установлена следующая последователь­ность выполнения переходов:

1. Центрование (если длина свер­ла меньше 20 мм);

2. Сверление;

3. Подрезание торца;

4. Черновая обработка основных форм поверхностей;

5. Черновая обработка дополнительных форм поверхностей;

6. Чистовая обработка допол­нительных форм поверхностей (может выполняться тем же инстру­ментом, что и черновая);

7. Чистовая обработка дополнительных форм поверхностей, не требующих черновой обработки;

8. Чисто­вая обработка основных форм поверхностей.

При обработке заготовки, установленной в центрах, первые три этапа следует исключить.

Современные токарные станки с ЧПУ, как правило, оснащаются датчиками углового положения шпинделя. С помощью такого датчика осуществляется синхронизация вращения шпинделя с движением подачи (линейной интерполяцией). В результате появляется возможность реализовать разнообразные схемы нарезания одно- и многозаходных цилиндрических и конических резьб, винтов различного профиля, червяков и других винтовых поверхностей. При построении технологических схем многопроходной обработки крепежных резьб исходят из того, что форма резьбового резца соответствует профилю обрабатываемой резьбы (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Схемы обработки резьбы

Обработка состоит из черновых ходов для выборки резьбовой впадины и чистовых ходов при небольшом припуске или без него. При заглублении резца перпендикулярно к оси вращения детали (рис. 3.6, а) в резании участвуют одновременно две его режущие кромки. Стружка при этом имеет корытообразную форму, в результате чего повышается ее жесткость и увеличивается нагрузка на резец. Заглубление резца вдоль одной из сторон профиля (рис. 3.6, б, в)обеспечивает лучшее стружкообразование, но приводит к неравномерному изнашиванию его режущих кромок (в резании участвует одна режущая кромка). При нарезании резьбы по схеме, изображенной на рис. 3.6, г, заглубление резца осуществляется поочередно вдоль правой и левой сторон профиля. В результате обе кромки резца изнашиваются равномерно.

Резьбонарезание с образованием зазора ε между проходами (рис. 3.6, д)исключает трение ненагруженной кромки резца, благодаря чему значительно повышается его стойкость.