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

Подождите немного. Документ загружается.

1. При проектировании маршрута обработки необходимо установить количе-

ство установов (положений) детали на столе или шпинделе станка для ее полной

обработки. Число установов должно быть минимальным (вообще, надо стремить-

ся к тому, чтобы все или большинство поверхностей детали были обработаны с

одного установа). Первый установ, как правило, выбирают из условия наиболее

удобного базирования заготовки по ―черным‖ или заранее подготовленным ―чис-

тым‖ базам. Второй и последующие установы должны предусматривать исполь-

зование, обработанных на предыдущих установах, чистых поверхностей в каче-

стве промежуточных баз. Таким образом, конечной задачей является поиск схе-

мы, обеспечивающей наиболее полную обработку детали со всех сторон, наи-

меньшим количеством установов и требуемой при этом оснастки.

2. При выборе последовательности операций следует учитывать необходи-

мость совмещения конструкторской или технологической баз и получение техно-

логических баз.

3. В начале обработки должны быть предусмотрены разгрузочные операции, в

процессе которых снимают большие слои металла, чем исключается влияние на-

пряжений при последующей обработке.

4. Подготовка чистых баз деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ, в ряде

случаев выполняется на рядом расположенных универсальных станках.

Для токарных станков это, прежде всего, подрезка торцев и центрование дета-

лей (рис. 2,а); проточка базовых шеек (рис. 2,б). Для фрезерных и других видов

обработки — фрезерование базовой плоскости и обработка базовых отверстий

(рис. 2,в,г). В отдельных случаях одновременно с обработкой баз рекомендуется

черновая обработка по простому контуру, при которой удаляется часть припуска

(рис. 2,д).

В условиях автоматизированного производства операции по подготовке баз и

удалению части припуска выполняются, как правило, на одноинструметальных

станках с ЧПУ, обладающих повышенной жесткостью и сравнительно невысокой

точностью.

5. В процессе разработки схемы последовательности обработки детали выпол-

няют эскизное проектирование приспособления для базирования и закрепления

заготовки на каждом установе.

6. После выяснения требуемого числа и последовательности установов, зада-

ют последовательность обработки детали по зонам. Зона образована конструк-

тивными особенностями детали (внутренний и наружный контуры, окна, прили-

вы и т.п.). В каждой зоне выделяют отдельные элементы (торец, внутренний кон-

тур, окна, отверстия), для которых устанавливают вид обработки (черновая, чис-

товая) и требуемые типоразмеры инструментов (рис.3).

Отдельные элементы, обрабатываемые одним инструментом, группируются

как внутри зоны, так и по всем зонам. Такое группирование позволяет выявить

количество типоразмеров режущих инструментов для обработки всей детали и

выяснить возможность обработки всех доступных зон на данном установе.

а) б)

в) г)

д)

Рис. 2. Примеры заготовок с базовыми поверхностями, подготовленными для обработки

на станках с ЧПУ

7. Последовательность обработки по зонам определяется конструкцией детали

и заготовки. При установлении такой последовательности следует, где это воз-

можно, придерживаться принципа, обеспечивающего максимальную жесткость

детали на каждом участке обработки.

Рис. 3. Зоны и инструменты при фрезерной обработке детали

Так, обработку корпусной детали с ребрами целесообразно начинать с фрезе-

рования торцов ребер до обработки контура детали, так как ребра при этом будут

более жесткими. Далее целесообразно обработать внешний контур, а потом внут-

ренний — окна, колодцы. Внутренний контур детали следует обрабатывать от

центра к периферии.

На токарных станках, когда последовательность обработки зон детали ничем

не обусловлена, обработку следует начинать с более жесткой части (большего

диаметра) и заканчивать зоной малой жесткости. Получистовую и чистовую об-

работку, для которой требуется обычно несколько инструментов, целесообразно

вести на станках, имеющих магазин инструментов.

8. Последовательность обработки элементов детали, находящихся в каждой

зоне, определяют на стадии проектирования операционного ТП [1].

2.3. Выбор оборудования для обработки деталей различных групп

На стадии разработки маршрута обработки детали производят выбор для каж-

дой операции конкретной модели станочного оборудования. Ниже даны требова-

ния и рекомендации по выбору оборудования [1].

1. Оборудование для деталей типа тел вращения.

К деталям типа тел вращения относятся пальцы, диски, зубчатые колеса,

фланцы, стаканы, сепараторы, втулки, валы, шпиндели и т.п. Детали этого типа

можно разбить на две подгруппы:

a) детали, подлежащие обработке на патронных токарных станках (зубчатые

колеса, фланцы, кольца, сепараторы, втулки и т.д.);

б) детали, подлежащие обработке на центровых токарных станках (ступенча-

тые валы, шпиндели, ходовые винты и т. д.).

Детали подгруппы а) имеют, как правило, много переходов и сложную конфи-

гурацию, поэтому может потребоваться несколько групп станков или станки

должны быть оснащены большим количеством инструментов. Если требуется до-

полнительная обработка деталей (сверление, фрезерование, шлифование), то

применяют станки с ЧПУ других групп или токарные многоцелевые станки.

Черновую обработку деталей подгруппы б) целесообразно производить на од-

ноинструментальных токарных станках с ЧПУ. Для получистовой, а в некоторых

случаях и чистовой обработки ступенчатых валов и шпинделей рекомендуются

многоинструментальные токарные станки с ЧПУ.

Доработка деталей типа валов или шпинделей (сверление несоосных отвер-

стий, фрезерование шпоночных пазов и т.п.) чаще всего выполняют на универ-

сальном оборудовании. Однако в последнее время для данных целей используют

токарные многоцелевые станки.

2. Оборудование для деталей, требующих операций фрезерования.

Плоскостные детали (планки, косынки, крышки, плиты, плоские кулачки и

др.), имеющие пазы, окна, скосы, уступы, кривые поверхности, для которых мо-

жет быть использован один инструмент, целесообразно обрабатывать на одно-

инструментальных фрезерных станках. Если на деталях одновременно имеются

крепежные ступенчатые отверстия разного диаметра и разной глубины, то их ре-

комендуется обрабатывать на многоинструментальных фрезерных станках. На

этих станках возможно выполнение черновой, получистовой и чистовой расточки

отверстий по 7–8-му квалитетам точности диаметрального размера.

3. Оборудование для деталей среднего литья.

Детали среднего литья (рычаги, вилки, кронштейны, средние корпусные дета-

ли) следует обрабатывать с максимальной концентрацией операций на станке.

Первую операцию рекомендуется выполнять так, чтобы базовая плоскость и ба-

зовые отверстия обрабатывались с одного установа.

Обработку деталей, имеющих отверстия в пяти плоскостях, целесообразно

разделить на две операции: а) подготовку базы на вертикально-расточных или

фрезерных станках; б) обработку отверстий (в том числе крепежных) и плоско-

стей с четырех сторон на многоцелевых станках.

4. Оборудование для корпусных и базовых деталей.

При выборе оборудования здесь различают две группы деталей.

а) корпуса коробчатой формы с прямоугольными очертаниями, примерно рав-

ными габаритными размерами, значительным числом точных отверстий с парал-

лельными и перпендикулярными осями;

б) корпуса, салазки и каретки — детали, у которых два габаритных размера

(длина и ширина) значительно превышают третий (высоту) и в которых необхо-

димо обрабатывать различные поверхности, направляющие, Т-образные пазы, от-

верстия 7–8-го квалитетов точности размера.

Для деталей группы а) может потребоваться обработка по пяти-шести плоско-

стям. В этом случае рекомендуется применять станки с ЧПУ следующих типов:

для черновой обработки — горизонтальные станки с ручной сменой инструмента;

для получистовых операций (подготовка базовой плоскости и двух базовых от-

верстий, сверления всех крепежных отверстий) — вертикально-фрезерные с ре-

вольверной головкой; для чистовых операций (обработки трех плоскостей) —

многоцелевые станки.

Черновую, получистовую и частично чистовую обработки деталей группы б)

рекомендуется выполнять на продольно - фрезерных станках с ЧПУ [1].

Технические характеристики станков с ЧПУ различных типов и моделей при-

ведены в справочнике [3].

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТОКАРНЫХ ОПЕРАЦИЙ

3.1 Способы установки заготовок

При закреплении заготовок на токарных станках возможны три принципиаль-

ных варианта [4]:

а) консольное закрепление заготовки;

б) закрепление заготовок с двух концов;

в) закрепление заготовок с двух концов с использованием подвижного и не-

подвижного люнета.

Консольное закрепление применяют при обработке заготовок небольшой дли-

ны (детали типа фланцев, втулок, дисков и т.п.) или деталей типа тел вращения

первой подгруппы по п.2.3 учебного пособия. В этом случае заготовки устанав-

ливают в патроне или цанге, при этом точность установки в самоцентрирующем

патроне без выверки 0,1 мм, а в цанге 0,03 мм.

Для обработки валов, барабанов, цилиндров и подобных деталей (деталей ти-

па тел вращения второй подгруппы по п.2.3) наиболее часто применяют установ-

ку в центрах. Центры для токарной обработки бывают неподвижные (гладкие),

рифленые (трехгранные или многозубые), вращающиеся, грибковые (увеличен-

ного диаметра со срезанной вершиной конуса), обратные. Вращающиеся задние

центры используют при обработке массивных деталей с высокими скоростями

резания; заготовки с осевыми отверстиями можно устанавливать в грибковые

центры. Рифленые центры позволяют полностью обработать вал по наружной по-

верхности, так как обработку в этом случае осуществляют без поводка. К недос-

таткам обработки на рифленые центры относят низкую точность (радиальное

биение до 0,5 мм) и однократное использование базы вследствие ее повреждения

при первой установке. Заготовки малого диаметра устанавливают в обратные

центры, при этом используются конусные фаски на наружной поверхности заго-

товки. Высокая точность размеров по оси обеспечивается при установке заготов-

ки на плавающий передний центр с базированием ее по торцу.

Установку в патроне и на заднем центре применяют в случае обработки заго-

товок большого диаметра и длины при отсутствии центрального отверстия со

стороны передний бабки.

При установке заготовки в патроне и на неподвижном люнете (разновидность

закрепления с двух концов) возможна обработка отверстия и торца заготовки, а

также ее участка, расположенного между люнетом и патроном.

Третий вариант базирования с закреплением заготовок с двух концов и исполь-

зованием люнета применяют при обработке нежестких заготовок или заготовок

большой массы [4].

3.2. Элементы контура детали

С технологической точки зрения геометрические элементы (прямые, дуги ок-

ружности, кривые), определяющие контур детали и соответствующие им поверх-

ности принято делить на основные и дополнительные. Такое разделение геомет-

рических элементов при проектировании операции позволяет рационально опре-

делить последовательность обработки детали, использовать типовые технологи-

ческие решения для их обработки и рационально назначать режущие инструмен-

ты.

К основным относят цилиндрические и конические поверхности с радиус-

ными и криволинейными образующими, которые можно выполнять проходными

(наружные и торцевые поверхности) и расточными (внутренние поверхности)

резцами с углами в плане равными = 95° и

= 30°, а также неглубокие (1–1,5

мм) канавки для выхода шлифовального круга, обработанные теми же резцами.

Элементы образующих поверхностей, которые не могут быть выполнены ука-

занным резцом, принадлежат к дополнительным. К ним относят торцовые и угло-

вые канавки, прямоугольные канавки на наружной, внутренней и торцовой по-

верхностях, резьбовые поверхности, желоба под ремни и т.п.

На рис. 4 показаны основные (1–5) и дополнительные (6–10) поверхности.

Рис. 4. Поверхности, образующие контур детали

3.3. Последовательность обработки детали

3.3.1. Последовательность обработки детали при установке в патроне

Операции, выполняемые при закреплении заготовок в самоцентрирующем па-

троне, разделяют на группы, отличающиеся количеством дополнительных по-

верхностей, размерами и формой отверстий. В связи с этим различают три вари-

анта последовательности обработки внутренних поверхностей [4]:

а) предварительную обработку осевого отверстия выполняют сначала центро-

вочным сверлом (форма и размеры внутренних поверхностей требуют сверления

сверлом, диаметром меньше 20 мм), а затем сверлом, диаметр которого опреде-

ляют по меньшей ступени внутренней поверхности;

б) если форма и размеры внутренних поверхностей требуют сверления (рас-

сверливания сверлом диаметром больше 20 мм), отверстия предварительно свер-

лят одним сверлом;

в) если форма и размеры внутренних поверхностей требуют сверления двумя

сверлами, вначале сверлят сверлом большего диаметра.

При наличии внутреннего отверстия в детали, общая последовательность об-

работки следующая:

- центрование (если диаметр отверстия меньше 20мм);

- сверление сверлом большего диаметра;

- сверление сверлом меньшего диаметра (если используется два сверла);

- подрезание внешнего торца предварительно и окончательно;

- черновая обработка основных поверхностей (наружных и внутренних);

- черновая и чистовая обработка дополнительных поверхностей (кроме кана-

вок зарезьбовых, для выхода шлифовального круга, резьб, мелких выточек);

- чистовая обработка основных поверхностей (кроме внешнего торца);

- обработка дополнительных поверхностей, не требующих черновой обработ-

ки (в том числе отрезание), расположенных в отверстиях или на торце и обработ-

ка наружной поверхности.

При обработке в патроне выбор последовательности обработки по зонам зави-

сит от соотношения линейных и диаметральных размеров детали. При обработке

коротких заготовок большого диаметра рационально вначале обработать наруж-

ный торец, при этом устраняется влияние биения этого торца на стойкость инст-

румента. Затем продольным проходом обрабатывают наружный диаметр [4].

3.3.2. Последовательность обработки детали при установке в центрах

Операции, выполняемые в центрах, разделяют на группы, отличающиеся

средствами крепления и характером обработки (в одну или обе стороны), а также

количеством дополнительных поверхностей.

Последовательность обработки деталей в центрах следующая:

- черновая обработка основных наружных поверхностей (в первую очередь

выполняют обработку, требующую рабочих перемещений инструмента к перед-

ней бабке);

- черновая и чистовая обработка дополнительных поверхностей (при этом об-

рабатывают все дополнительные поверхности, кроме канавок зарезьбовых, для

выхода шлифовального круга, резьб, мелких выточек);

- чистовая обработка основных поверхностей;

- обработка дополнительных поверхностей, не требующих черновой обработ-

ки [4].

3.3.3. Стадии обработки

Для достижения заданной точности деталей из заготовок с конкретной точно-

стью необходимо постепенное уточнение последней путем обработки заготовки

за несколько стадий. Коэффициент уточнения на каждой стадии зависит от кон-

кретной технологической системы и ее силовой напряженности.

Выбор стадий обработки для конкретного случая осуществляют по общема-

шиностроительным нормативам режимов резания [5,6] в зависимости от способа

получения и точности заготовки, ориентируясь на заданную точность готового

размера детали. Нормативами предусматривается четыре стадии обработки:

- первая — черновая стадия обработки позволяет получить 14 квалитет раз-

мера детали;

- вторая — получистовая стадия обработки позволяет получить 12–13 квали-

теты;

- третья — чистовая стадия рассчитана на получение 9–11 квалитетов;

- четвертая — отделочная стадия позволяет получить 7–9 квалитеты [4].

3.4. Выбор режущего инструмента

Выбор режущего инструмента для токарной обработки зависит от поверхно-

стей, образующих контур заданной детали. Для обработки основных наружных

цилиндрических, конических и торцовых поверхностей в большинстве случаев

используют проходные черновые и чистовые (контурные). В зависимости от на-

правления подачи проходные резцы подразделяются на правые и левые.

Для обработки внутренних основных поверхностей применяют центровочные

и спиральные сверла, а также расточные резцы: черновые и чистовые (контур-

ные). Размеры расточного инструмента устанавливают в соответствии с диамет-

ром и длиной внутренних поверхностей деталей, обрабатываемых в патроне [1].

Рассверливать целесообразно уступы, которые по величине больше, чем два про-

хода расточным резцом. Зенкеры и развертки для обработки отверстий на токар-

ных станках применять не рекомендуется. Они рентабельны лишь при обработке

больших партий деталей или отверстий малого диаметра [1].

Для обработки дополнительных поверхностей применяют прорезные резцы

(наружные, внутренние и торцевые), внутренние и наружные резцы для угловых

канавок, а также резьбовые наружные и внутренние резцы для метрических и

дюймовых резьб.

Наиболее распространенные типы резцов и области их применения даны в

таблице 3 [4].

При выборе параметров резцов следует обратить внимание на материал ре-

жущей части, углы в плане, передний угол, задний угол, радиус вершины резца.

Материал режущей части инструмента выбирают в зависимости от стадии об-

работки, глубины резания и обрабатываемого материала [5,6].

Выбор главного и вспомогательного углов в плане зависит от стадий обработ-

ки. При черновой стадии обработки необходимо применять резцы с главным уг-

лом в плане 30–45°, а при чистовой и отделочной стадиях обработки необходимо

использовать резцы с углами в плане близкими к 90°. При указанных параметрах

углов на черновой стадии меньше нагрузка на механизм привода подач от сил ре-

зания, а на чистовой — радиальная составляющая силы резания минимальна.

Вспомогательный угол в плане и радиус вершины резца оказывают влияние на

шероховатость обработанных поверхностей: чем меньше вспомогательный угол в

плане и чем больше радиус вершины резца, тем меньше получаемая ше-

роховатость. Однако при этом снижается виброустойчивость технологической

системы.

Передний и задний углы определяют прочность режущей части резца. Для

черновой стадии обработки целесообразно применять резцы с малыми (или отри-

цательными) передними углами, а для чистовых стадий с большими значениями

этих углов.

Таблица 3

Основные типы резцов, применяемых на станках с ЧПУ

Тип резцов

Форма рабочей части

Направление рабочих пере-

мещений

Проходной

Контурный

Канавочный

(отрезной)