Технология машиностроения

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ____________________________________________________________________________________________________________ К а ф е д р а “Технология машиностроения” Ю. И. КУРГУЗОВ ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ Лекция Методическое пособие для студентов ФДДО Самара Самарский государственный технический университет 2017 ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ НА МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СТАНКАХ С ЧПУ 1. Особенности конструкции станков. Многофункциональные станки с ЧПУ (многоцелевые или обрабатывающие центры) – это станки с расширенными технологическими возможностями и высоким уровнем автоматизации, который позволяет встраивать их в автоматизированные комплексы, оснащённые транспортными устройствами. К станкам предъявляют ряд специфических требований, связанных с их работой в течение длительного времени, в том числе при отсутствии оператора. Среди этих требований необходимо особо выделить широкое применение модульного принципа при конструктивном построении станка. Модульные решения используются, например, - в конструкциях короткозвенных механизмов подач, в которых электродвигатели постоянного тока напрямую соединены с шариковой винтовой парой или со шпинделем (мотор-шпиндель); - в конструкции направляющих качения и др.; - в современных электромеханических системах с встроенными измерительными преобразователями механических и электрических характеристик, с микроэлектронными управляющими и контрольными устройствами, обеспечивающими выполнение определённых технологических функций. Система с ЧПУ должна обеспечивать контроль поломки, износа и коррекции режущего инструмента, размеров и положения обрабатываемой заготовки, коррекцию погрешностей станка, диагностирование функционирования системы управления и исполнительных механизмов станка. На многофункциональных станках реализуются различные методы обработки поверхностей деталей широкой номенклатуры, объединённых групповыми или типовыми технологическими процессами. Для установки вращающихся и не вращающихся режущих инструментов, в том числе со сменными многогранными износостойкими пластинами, используется модульная инструментальная (вспомогательная) оснастка, расположение и доставка которых в рабочую зону обеспечивается соответственно модульными устройствами накопления и смены инструментов. Обрабатываемые заготовки и настроенные на обработку инструменты могут с высокой точностью (и высокой повторяемостью) изменять своё положение (позицию) относительно друг друга и относительно станка. В многономенклатурном производстве установку заготовок целесообразно производить в универсально-сборных приспособлениях. 2. Особенности построения технологического процесса обработки. Разработка маршрутной технологии. Станки с ЧПУ рекомендуется применять при обработке сложных по конфигурации поверхностей, а также при использовании большого количества различных инструментов. Современный инновационный технологический процесс обработки на многофункциональных станках с ЧПУ строится на принципе интеграции операций и переходов. Для реализации этого принципа необходимо знать технологические возможности станков. Центровые станки токарного типа для обработки валов могут быть оснащены - трёхкулачковым самоцентрирующим патроном, в том числе с быстросменными и специальными кулачками; - торцовым поводковым патроном с плавающим центром; - задним центром; - многопозиционной револьверной головкой, в гнёздах которой размещаются не только резцы, но и приводные инструменты (свёрла, фрезы и др.) с радиальным и осевым направлением движения подачи; - подвижным или неподвижным люнетом. Применение торцового поводкового патрона позволяет провести обработку ступеней вала левым и правым резцом за один установ. При наличии в детали осевых отверстий возможна автоматическая переустановка с заменой заднего центра на неподвижный люнет. Вместо револьверной головки на станке может быть установлена многоосевая модульная головка, в которую устанавливают и вращающийся, и не вращающийся инструмент. В этом случае станок имеет модульные блоки - инструментальный магазин и устройство, осуществляющее смену инструментов. Станки токарного типа для обработки дисков и втулок могут быть оснащены вторым шпинделем (контршпинделем), соосно или не соосно расположенным относительно основного шпинделя, имеющим ту же или иную частоту вращения. Шпиндели обслуживаются двумя или одной револьверной головкой с инструментами, установленными на двух её торцах. Детали могут быть изготовлены из прутка, автоматическим путём выдвигаемого из патрона на определённую мерную длину. Многофункциональные токарные станки имеют управляемые перемещения по трём координатным осям и одно ротационное движение вокруг центровой оси. Станки фрезерно-сверлильно-расточного типа для обработки корпусных деталей могут иметь управляемые движения по трём, четырём или пяти осям (4-ая и 5-ая оси - ротационные). Наружные поверхности вращения и отверстия на этих станках обрабатывают соответственно фрезерованием, сверлением, растачиванием. Представляет интерес плунжерное сверло Coro Drill [15], содержащее две сменные пластины, которым можно не только сверлить отверстия, но и использовать как концевую фрезу, в том числе для расфрезеровывания отверстий. Наружную и внутреннюю резьбу можно обрабатывать резьбовыми фрезами. Структура операций имеет отличительные от операций, выполняемых на универсальных металлорежущих станках, особенности. Рекомендуется обработку выполнять за минимальное число установов. Обработка нескольких поверхностей одним инструментом производится за один инструментальный переход (ИП). На первом инструментальном переходе может быть произведена выверка положения заготовки с помощью головки касания (электронного щупа). В пределах одной операции, как правило, осуществляются черновые и чистовые инструментальные переходы различными инструментами, отличающимися друг от друга геометрией режущих кромок. В одном инструментальном переходе заготовку можно обрабатывать в нескольких позициях (например, сверлить одинаковые отверстия с разных сторон). Название операций: «Токарная с ЧПУ», «Фрезерно-сверлильно-расточная с ЧПУ», «Фрезерная с ЧПУ» и т.п. Пример структуры операции приведён на рис. 1. Рис. 1. Пример оформления структуры операции Понятие траектории перемещения инструментов относительно обрабатываемых поверхностей. При обработке на станках с ЧПУ инструмент и заготовка перемещаются относительно друг друга по определённой траектории, описываемой центром инструмента, который обозначается буквой Р (рис. 2). Независимо от конструкции станка при программировании обработки обычно рассматриваются перемещения инструментов относительно поверхностей заготовки. Фрагменты возможных участков поверхностей приведены для различных случаев. Под цифрой 1 подразумевается контур обрабатываемой поверхности, под цифрой 2 – траектория движения центра Р инструмента, которая называется эквидистантой. Рис. 2. Схемы траекторий относительного движения центра инструмента во время рабочих ходов В практике программирования траекторию относительного движения центра инструмента представляют графически в виде последовательно переходящих друг в друга участков (геометрических элементов), например, в виде отрезков прямых, дуг различных кривых, сопряжённых с прямыми линиями или между собой. Сопряжённые точки и точки пересечения участков, а также технологические точки, в которых предусматривается изменение режимов обработки, называются опорными точками траектории. Системы координат в станках с ЧПУ (рассмотрены на примере многофункционального токарного станка). Положение (координаты) этих точек при программировании можно задавать в прямоугольной, цилиндрической или сферической системе координат, начало которой совмещают с некоторой нулевой точкой. Обычно такой точкой является нуль детали, обозначаемый буквой W (рис. 3). Рис. 3. Связь систем координат при обработке на токарном станке Часто нуль детали выбирают в соответствии со схемой базирования заготовки. Тем самым технологи-программисты стремятся соблюсти основные принципы базирования: принцип совмещения конструкторских, технологических и измерительных баз, принцип постоянства баз. Эти принципы легче реализовать на многофункциональных станках с ЧПУ, где полная обработка зачастую производится за минимальные один – два установа. Но часто измерительную базу не удаётся совместить с установочной базой, и тогда её размещают на правом торце заготовки. При этом первым переходом в операции должно быть подрезание этого торца. На рис. 3 торец подрезается резцом Т01, который представляет собой сменную многогранную пластину (СМП), механическим путём закреплённую на теле резца. Резец собирают с державкой и в блочном виде устанавливают в одно из гнёзд револьверной головки. Такая блочная инструментальная оснастка называется унифицированной или модульной. На станках с ЧПУ перемещения в процессе обработки чаще задают в правой прямоугольной системе координат. При этом используют три координатные системы, одна из которых Х ст Yст Z ст с центром М связана со станком, другая Х д Yд Z д с центром W связана с деталью, третья Х и Yи Z и с центром Т связана с режущим инструментом. Положение точки М задаётся производителем станка и не изменяется в течение всего периода его эксплуатации. Другой постоянной точкой является референтная точка R, находящаяся в рабочем пространстве станка и связанная с точкой М жёсткими координатами XMR и ZMR. С помощью этой точки система УЧПУ (устройства числового программного управления) связана с системой управления станка. Управление УЧПУ осуществляется оператором с пульта управления, оснащённого дисплеем. Отсчёт координат револьверной головки и их фиксация на экране дисплея начинается, когда торец револьверной головки или ось выйдут в координаты точки R. Точкой В обозначают положение, в котором происходит смена инструмента. Осью Z всегда является ось шпинделя любого станка, ось X всегда горизонтальна и перпендикулярна к оси Z. Положительные направления осей выбирают в направлении отвода инструментов от детали. На рис. 3 показана связь систем координат, характерных для токарных станков с ЧПУ. Перемещения при обработке могут быть не только линейными, вдоль осей X, Y, Z , но и угловыми, вокруг осей, обозначаемые соответственно А, В и С (ротационные оси). Поворот, происходящий против хода часовой стрелки, если смотреть с конца положительного направления оси, считается положительным, и наоборот. На том же рис. 3 изображён поворот заготовки +С вокруг оси Z. Угол поворота отсчитывается от положительного направления горизонтальной оси, в данном случае – от оси Х. Поворот переводит заготовку из одной позиции в другую. Положение опорных точек траектории при этом можно задать в цилиндрической системе координат, характеризуемой углом в плоскости XWY, радиус-вектором R и координатой Z. На рис. 3 в качестве примера изображены траектории движения резца Т01 и сверла Т02 соответственно на первом (ИП1) и втором (ИП2) инструментальном переходе. Показаны опорные точки траекторий. Точка 0 - исходная точка, имеющая координаты (x0, z0) в системе координат XдWZд. От этой точки, общей для всех участвующих в обработке инструментов должно начинаться движение каждого из них. Исходное положение револьверной головки и, стало быть, точки 0 может быть задано координатами в любой точке рабочего пространства, но целесообразнее его устанавливать с учётом наибольшего вылета одного из применяемых инструментов. Тонкая линия со стрелкой на конце означает холостое движение, происходящее с повышенной скоростью, утолщённая линия – движение, осуществляемое с назначенной рабочей подачей. Точка 2 с координатами (x2, z2), в которой быстрый ход переключается на рабочий ход, во избежание удара должна находиться на некотором отдалении от обрабатываемой поверхности. Вращение шпинделя обычно начинается при достижении точкой Р координат (x1, z1). От точки 1 до точки 2 инструмент необходимо перемещать по касательной к обрабатываемой поверхности. Координаты опорных точек могут быть выражены абсолютными размерами или задаваться приращениями (рис. 4). При этом способ задания координат точек при записи управляющей программы (УП) кодируется буквенно-цифровыми символами G90 – абсолютные координаты или G91 – в приращениях (относительные координаты). Буква G характеризует подготовительную команду. Исходя из принципа совмещения баз, способ задания координат определяется способом задания размеров на рабочем чертеже детали. Координаты x и z всех опорных точек на схеме 4, а положительные. На схеме 4, б приращения координат по оси z положительные, а по оси х отрицательные. Обычно черновую обработку по контуру, при которой удаляются наибольшие припуски и напуски, производят за несколько рабочих ходов. Траектория движения инструмента (резца или фрезы) усложняется. Её рекомендуют выполнять по типовым схемам [4, 8], определяющим стратегию обработки. Рис.4. Схемы задания координат опорных точек 1 – 4 с помощью: а – абсолютных размеров; б – размеров в приращениях На чертеже операции, рассматриваемой в работе, координаты точек размещают в таблице. Таблица Таблица координат опорных точек № ИП № опорной точки Абсолютные координаты, мм Относительные координаты, мм х д z д х д z д ИП1 х 0 z 0 х 0 z 0 1 х 1 z 1 Δ х 1 Δ z 1 2 х 2 z 2 Δ х 1 Δ z 1 3 х 3 z 3 Δ х 1 Δ z 1 4 х 4 z 4 Δ х 1 Δ z 1 ИП2 х 0 z 0 х 0 z 0 и т.д. … … … … Аналогичным образом следует рассматривать операцию с фрезерными и сверлильными инструментальными переходами. Если переходы осуществляют на многоцелевых токарных станках, базовые элементы державок остаются неизменными для фрез или свёрл. Если обработка происходит на многофункциональных станках с вращающимся в шпинделе инструментом, то применяется для инструмента другая вспомогательная оснастка с базовым конусом 7: 24 [14, 15, 16], обеспечивающим положение нулевой точки Т на переднем торце шпинделя. В этом случае стратегия обработки может иметь другой характер [4, 8]. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ • Учебно-методическая литература 1. Проектирование единичных технологических процессов механической обработки: Учеб. пособ. / Сост. Н.В.Лысенко. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2012. - 140 с. 2. Курсовое проектирование по основам технологии машиностроения: Метод. пособ. / Сост. Н.В.Лысенко, Н.В.Носов – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2004. - 74 с. • Литература 3. Балабанов А.Н. Краткий справочник технолога-машиностроителя. – М.: Издательство стандартов, 1992. – 464 с. 4. Гжиров Р.И., Серебреницкий П.П. Программирование обработки на станках с ЧПУ: Справочник. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1990. – 588 с. ISBN 5-217-00909-8. 5. Маслов А.Р. Приспособления для металлообрабатывающего инструмента: Справочник. Библиотека инструментальщика – М.: Машиностроение, 2002. – 256 с. ISBN 5-217-03156-5. 6. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем: Справочник-учебник в 3-х т. Т. 3: Проектирование станочных систем / Под общей ред. А.С.Проникова. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана; Изд-во МГТУ «Станкин», 2000. – 584 с. ISBN 5-7028-0100-8, ISBN 5-7038-1490-1. 7. Проектирование технологии / И.М.Баранчукова, А.А.Гусев, Ю.Б.Крамаренко и др. / Под общ. ред. Ю.М.Соломенцева. – М.: Машиностроение, 1990. – 416 с. 8. Серебреницкий П.П., Схиртладзе А.Г. Программирование автоматизированного оборудования: Учеб. для вузов. В 2-х ч. / П.П.Серебреницкий, А.Г.Схиртладзе. – М.: Дрофа, 2008. Ч.1. Программирование автоматизированного оборудования. – 576 с. 9. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.1 /Под ред. А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова. - М.: Машиностроение-1, 2003. - 912 с. 10. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2 /Под ред. А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова. - М.: Машиностроение-1, 2003. - 943 с. 12. ГОСТ 3.1118–82. ЕСТД. Формы и правила оформления маршрутных карт. – М.: Стандартинформ, 2012. – 22 с. 13. ГОСТ 3.1404–86. ЕСТД. Формы и правила оформления документов на технологические процессы и операции обработки резанием. – М: ИПК Издательство стандартов, 2003. – 60 с. 14. Общий каталог «Walter»: точение, сверление, фрезерование, инструментальные оправки – www.walter-tools.com. 15. Sandvik Coromant: Металлообработка – токарный инструмент, 2002 – www.sandvik.com. 16. Sandvik Coromant: Металлообработка – вращающийся инструмент, 2002. Программное обеспечение современных информационно-коммуникационных технологий: программный пакет КОМПАС-3D (для оформления графической части курсовой работы).