Пестов С.П. Проектирование технологических процессов обработки деталей на станках с ЧПУ

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство образования Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет

Златоустовский филиал

Кафедра ―Технология машиностроения, станки и инструмент‖

621.92(07)

П286

С.П. Пестов

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ НА СТАНКАХ С ЧПУ

Учебное пособие

Челябинск

Издательство ЮУрГУ

2000

УДК 621.92 (07)

Пестов С.П. Проектирование технологических процессов обработки деталей

на станках с ЧПУ: Учебное пособие. — Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2000. — 66 с.

В учебном пособии приведены сведения о методах проектирования маршрут-

ных и операционных технологических процессов обработки деталей на станках с

ЧПУ.

Пособие предназначено для студентов специальности 120100 при изучении

курса « Технология обработки деталей на станках с ЧПУ».

Ил. 20, табл. 10, список лит., 13 — назв.

Одобрено учебно-методической комиссией Златоустовского филиала.

Рецензенты: Миков Ю.Г., Бадин В.Н.

ВВЕДЕНИЕ

Металлорежущие станки с числовым программным управлением (ЧПУ), как

оборудование, ориентированное на гибкое производство, позволяет быстро ме-

нять номенклатуру выпускаемых изделий при изменении рыночного спроса. С

другой стороны, использование станков с ЧПУ предполагает и новые подходы к

технологии обработки деталей на них. Таким образом, актуально формирование у

студентов системы знаний по проектированию технологических процессов (ТП)

изготовления деталей на станках с ЧПУ.

В данном учебном пособии рассмотрены этапы проектирования ТП для стан-

ков с ЧПУ, изложены методы разработки маршрутных и операционных ТП обра-

ботки деталей на этих станках, даны особенности проектирования операций, вы-

полняемых на многоцелевых станках.

1. ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

ДЛЯ СТАНКОВ С ЧПУ

1.1. Особенности структуры технологического процесса

Технологический процесс обработки детали на станке с ЧПУ, в отличии от

традиционного, требует большей детализации при решении технологических за-

дач и учета специфики представления информации.

Структурно ТП для станков с ЧПУ подразделяется на операции, элементами

которых, являются установы, позиции, технологический и вспомогательный пе-

реходы, проходы, рабочие и вспомогательные ходы, шаги, элементарные пере-

мещения и технологические команды.

Технологическая операция — законченная часть ТП, выполняемая на одном

рабочем месте.

Установ — часть технологической операции, выполняемой при неизменном

закреплении обрабатываемых заготовок.

Позиция — фиксированное положение, занимаемое заготовкой относительно

инструмента, для выполнения определенной части операции.

Технологический переход характеризуется постоянством применяемого инст-

румента и поверхностей, образуемых заготовкой. Вспомогательный переход под-

готавливает условия для выполнения технологического перехода. Примеры вспо-

могательных переходов: установка заготовки, смена инструмента и т.п. Техноло-

гический и вспомогательный переходы являются законченными частями техно-

логической операции.

Технологические переходы выполняются за один или несколько проходов, в

результате каждого прохода удаляется слой материала. Проход состоит из рабо-

чего и вспомогательного ходов.

Рабочим ходом называется законченная часть технологического перехода, со-

стоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, со-

провождаемого обработкой. Вспомогательный ход обработкой не сопровождает-

ся, он необходим для выполнения рабочего хода.

Ходы разделяются на шаги. Шаг представляет собой перемещение на участке

траектории инструмента вдоль определенного геометрического элемента, на ко-

тором не изменяется режим, например, перемещение инструмента по прямой или

окружности с постоянной скоростью.

Простейшими составляющими процесса обработки являются элементарные

перемещения и технологические команды, отрабатываемые устройством ЧПУ

(УЧПУ). Элементарные перемещения формируются с учетом ограничений кон-

кретного УЧПУ. К ним относят, например, задание отрезка прямой числом дис-

крет, не превышающим емкости регистра памяти УЧПУ. Технологические коман-

ды, реализуемые исполнительными механизмами станка, обеспечивают необхо-

димые условия отработки элементарных перемещений. Последовательность эле-

ментарных перемещений и технологических команд определяет содержание

управляющей программы (УП) [1,2].

1.2. Этапы проектирования ТП для станков с ЧПУ

В общем случае процесс проектирования ТП для станков с ЧПУ можно разде-

лить на три стадии: 1) разработку маршрута обработки детали; 2) разработку опе-

раций ТП; 3) подготовку УП. Каждая стадия содержит несколько этапов проекти-

рования (табл. 1). Рассмотрим содержание этапов проектирования ТП обработки

деталей на станках с ЧПУ [1].

Этап 1. Выбор номенклатуры обрабатываемых деталей.

На этом этапе производят конъюнктурный анализ: определяют целесообраз-

ность обработки заготовки на станке с ЧПУ как по конструктивно-

технологическим признакам, так и по производственным условиям; дают оценку

возможности изменения заготовки, технологического процесса, конструкции де-

тали. Здесь же необходимо провести технико-экономический анализ: расчет сни-

жения трудоемкости; расчет окупаемости затрат.

Этап 2. Ознакомление с ТП изготовления детали-аналога.

Объем ознакомления: заготовка, маршрут, приспособления, режущий и вспо-

могательный инструмент, режимы резания, структура операций.

Этап 3. Повышение технологичности детали.

На этом этапе осуществляют отработку конструкции детали на технологичность и

унификацию (радиусов, баз, элементов детали). Рассматривают вопросы повы -

Таблица 1

Стадии и этапы проектирования ТП обработки деталей на станках с ЧПУ

1 стадия. Разработка маршрута обработки детали

Выбор номенклатуры обрабатываемых деталей

Ознакомление с ТП изготовления детали - аналога

Повышение технологичности детали

Согласование условий поставки

Определение маршрута изготовления детали

Заказ приспособления

Заказ инструмента

2 стадия. Разработка операций ТП

Составление плана операции

Разработка операционной технологии

3 стадия. Подготовка УП

Расчет траектории инструмента

Кодирование и запись УП

Контроль, редактирование и отладка УП

шения жесткости инструмента и детали; корректировки чертежей детали и заго-

товки.

Этап 4. Согласование условий поставки.

На этом этапе определяют технологическое состояние заготовки: требования к

базам, припуски, технологические отверстия и технологическое состояние дета-

ли: основные размеры, припуски, доводочные работы.

Этап 5. Определение маршрута обработки детали.

Здесь производят составление и согласование маршрута обработки детали:

выделение поверхностей, обрабатываемых на станках с ЧПУ; переустановка по

видам оборудования; переустановка по зонам обработки; выбор последователь-

ности выполнения операций; составление операционного эскиза.

Этап 6. Заказ приспособления.

На этом этапе выполняют эскизное проектирование приспособления: опреде-

ление положения заготовки на станке; определение типа приспособления; состав-

ление схемы увязки (выбор и привязка систем координат); определение схем ба-

зирования и закрепления заготовки; выбор вида привода для приспособления.

Этапы проектирования ТП

Этап 7. Заказ инструмента.

Выполняют эскизное проектирование инструмента: определение типа инстру-

мента; выбор технологических параметров; проектирование схемы наладки.

Этап8. Составление плана операции.

На этапе определяют содержание операции. При этом выделяют в операции

установы и позиции; уточняют методы закрепления заготовки; подготавливают

операционные карты.

Этап 9. Разработка операционной технологии.

На этом этапе определяют последовательность переходов. Кроме этого, про-

изводят выбор инструмента, разделение переходов на проходы, выбор контроль-

ных точек и установа, определение траекторий позиционных и вспомогательных

переходов; рассчитывают режимы резания; подготавливают карты наладки стан-

ка и инструмента.

Этап 10. Расчет траектории инструмента.

Здесь выбирают или уточняют системы координат; определяют наладочные

размеры детали; рассчитывают координаты опорных точек; разделяют проходы

на ходы и шаги; строят траекторию движения инструмента; преобразуют системы

координат.

Этап 11. Кодирование и запись УП.

На данном этапе формируют элементарные перемещения; определяют техно-

логические команды; пересчитывают величины перемещений в импульсы; коди-

руют УП; записывают УП на программоноситель; печатают текст УП.

Этап 12. Контроль, редактирование и отладка УП.

На последнем этапе осуществляют контроль программоносителя; контроль

траектории инструмента; редактирование УП; обработку опытной детали.

Исходной документацией на первой стадии являются чертежи детали и заго-

товки, а на второй и третьей — задание на программирование, маршрутная и опе-

рационная карты.

1.3. Выбор номенклатуры обрабатываемых деталей

От правильного выбора номенклатуры обрабатываемых деталей, предназна-

ченных для обработки на станках с ЧПУ, во многом зависит экономическая эф-

фективность внедрения этих станков. Есть детали, обработка которых на станках

с ЧПУ эффективна, но имеются и такие, обработка которых не выгодна и даже

убыточна.

Рассмотрим общие принципы подбора деталей для их обработки на станках с

ЧПУ.

1. Чем выше концентрация обработки на станке с ЧПУ по сравнению с уни-

версальным оборудованием, тем выше эффективность числового управления.

2. Чем сложнее деталь, тем в большей степени могут быть использованы тех-

нологические возможности УЧПУ.

3. Чем больше объем разметочных и подгоночных работ, тем выше будет эф-

фективность числового управления.

4. Чем сложнее оснастка для изготовления детали на обычных станках, тем

более эффективно числовое управление.

5. Чем сложнее контроль, тем эффективнее использование станков с ЧПУ.

Практика показывает, что значительный эффект достигается при обработке на

станках с ЧПУ сложных деталей, с большим числом поверхностей, контуры ко-

торых содержат криволинейные участки и элементы прямых и плоскостей, непа-

раллельных координатным осям станка [1].

При переводе обработки деталей с универсальных станков на станки с ЧПУ

следует также помнить, что эффективность внедрения последних зависит от того,

насколько полно используются технологические возможности станка. Поэтому

применение дорогостоящих станков с ЧПУ с большим количеством инструмен-

тов нецелесообразно, если их возможности реализованы не полностью.

1.4. Повышение технологичности деталей

Улучшение технологичности конструкций деталей, обрабатываемых на стан-

ках с ЧПУ, способствует повышению точности и производительности обработки,

а также уменьшению трудоемкости при проектировании ТП.

Общие требования к технологичности деталей, предназначенных для обра-

ботки на станках с ЧПУ: унификация внутренних и наружных радиусов; унифи-

кация элементов форм деталей и их размеров; создание такой конфигурации де-

тали, которая гарантирует свободный доступ инструменту для обработки поверх-

ностей; обеспечение возможности надежного и удобного базирования детали при

обработке.

Все эти требования направлены на сокращение типоразмеров применяемого

режущего инструмента; замены специального инструмента стандартным; умень-

шение числа переустановок детали; снижение затрат на расчет и подготовку УП и

др. Рассмотренные требования могут быть выполнены путем видоизменения гео-

метрической формы или отдельных элементов детали, изменения некоторых раз-

меров; смещения отдельных элементов и т.п. Примеры повышения технологич-

ности деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ, приведены в таблице 2.

Для облегчения процесса программирования, к чертежам деталей, обрабаты-

ваемых на станках с ЧПУ, предъявляется так же ряд требований:

- все размеры проставляют на детали в прямоугольной системе координат от

единых конструкторских баз детали (см. табл. 2, п. 5);

- желательно так же проставлять размеры от оси детали к центрам всех ок-

ружностей;

- проставлять размеры следует так, чтобы данные о каждом контуре были по

возможности по одной проекции, а размерные цепи имели двусторонний допуск

( ), что облегчает программирование;

Таблица 2

Примеры повышения технологичности деталей

Требования к

технологично-

сти

Конструкция

нетехнологичная

технологичная

1. Унифика-

ция кана-

вок и вы-

точек под

уплотне-

ния

2. Задание

отдельных

участков

образую-

щей урав-

нениями, а

не коорди-

натным

способом

3. Ограниче-

ние отно-

шения ве-

личины

радиуса

сопряже-

ния стенок

к высоте

стенки

4. Обеспече-

ние со-

пряжения

линий

контура

плавным

радиусом

5. Проста-

новка раз-

меров от

одной базы

- чертежи выполняют в масштабе, соблюдая его по всему полю чертежа;

- на поле чертежа рекомендуется помещать надпись «Изготавливать на станке

с ЧПУ» или «Контур фрезеровать на станке с ЧПУ» [1].

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАРШРУТНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ НА СТАНКАХ С ЧПУ.

2.1. Методы проектирования маршрутных ТП

При проектировании маршрута определяется общая последовательность об-

работки детали, с учетом применяемого оборудования. При этом обработка дета-

ли может вестись с использованием одного станка с ЧПУ или последовательно на

нескольких станках.

Маршрутные ТП проектируют методом адресации или методом синтеза

(рис.1) [1].

Рис. 1. Методы проектирования ТП

Метод адресации основан на использовании принципа унификации. В этом

случае технологический процесс обработки конкретной детали назначают исходя

из конструктивного подобия детали прототипу (типовые ТП) или их технологи-

ческого подобия (групповые ТП).

Метод синтеза при проектировании ТП пока мало формализован и поэтому

сложен. Проектирование ТП методом синтеза с прототипом характерно тем, что

подобранный ТП-прототип не содержит всего состава маршрута (операций, пере-

ходов), которые следует выполнять при изготовлении данной детали. Структура

ТП-прототипа и ТП детали различаются, поэтому при проектировании ТП дора-

батывают (перерабатывают) типовой ТП.

Методы проекирования ТП

Метод адресации

Метод синтеза

На

базе

груп-

по-

вых

ТП

На базе ти-

повых ТП

С ТП-

прототипом

С частями

ТП-

прототипов

Без про-

тотипа

Проектирование ТП без прототипа приводит к необходимости проектировать

схему ТП, маршрут, операции, опираясь на общие закономерности проектирова-

ния или эвристики и исходные элементы ТП (ход, обработка элементарной по-

верхности и т.п.).

2.2. Разработка маршрутной технологии для станков с ЧПУ

Цель проектирования маршрутного ТП — определение общей последователь-

ности выполнения операций обработки, в том числе и операций, выполняемых на

станках с ЧПУ. Последовательность обработки должна быть увязана с оборудо-

ванием и с комплексом технологической оснастки.

При определении последовательности обработки заготовки необходимо руко-

водствоваться теми же принципами, которые используются при построении ТП

для обычных станков с учетом технологических возможностей станков с ЧПУ и

специфики обработки на них. Общие принципы следующие:

- в первую очередь обрабатывают поверхности, которые принимают за базы

при последующей обработке;

- остальные поверхности обрабатывают в последовательности, обратной сте-

пени их точности (чем точнее должна быть обработана поверхности, тем позже

следует ее обрабатывать);

- последними обрабатывают поверхности, которые являются наиболее точ-

ными и имеют наибольшее значение для работы детали, например, легко повреж-

даемые поверхности (резьбы и др.);

- должен соблюдаться принцип единства баз;

- операции, где существует вероятность брака из-за дефектов в материале или

сложности механической обработки, выполняют в начале процесса;

- ТП целесообразно делить на три стадии обработки: черновую, чистовую и

отделочную (иногда выделяют и получистовую обработку).

Назначением черновой обработки является удаление припуска под обработку.

При этом возникают большие силы резания, температурные и упругие деформа-

ции технологической системы. Поэтому черновая обработка не обеспечивает вы-

полнение высокой точности детали.

Назначением чистовой обработки является получение заданных параметров

точности и шероховатости поверхности детали. При необходимости между чер-

новой и чистовой обработкой могут быть получистовые операции.

Назначением отделочной обработки является достижение повышенных пара-

метров точности и шероховатости, заданных чертежом.

Перечисленные выше принципы будут справедливы также при проектирова-

нии ТП для станков с ЧПУ. Однако включение в маршрут операций, выполняе-

мых на станках с ЧПУ, требует учета дополнительных требований. Рассмотрим

некоторые из них [1].