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

Подождите немного. Документ загружается.

Величина подвода l

=2мм, если входная поверхность отверстия обработана; в

противном случае — l

=(t+6) мм, где t — припуск на последующую обработку.

Величина перебега l

определяется следующими формулами: при сверлении

сквозных отверстий l

=(0,3D+2) мм; при зенкеровании l

=(k+2) мм, где k — длина

заборного конуса, и при развертывании l

=(k+2+0,4l

) мм, где l

— длина калиб-

рующей части развертки.

Координатные перемещения в плоскости стола (оси X, Y) определяются со-

гласно чертежу детали.

5.6. Обработка системы отверстий

Обработку системы отверстий (число отверстий больше двух) в детали можно

производить по двум основным вариантам.

При последовательном варианте (рис.19,а) каждое отверстие системы обра-

батывают полностью по всем переходам при одном позиционировании стола

а) б)

Рис.19. Варианты обработки системы отверстий:

а — последовательный; б — параллельный

относительно шпинделя. После полной обработки одного отверстия осуществля-

ется перемещение стола для обработки следующего отверстия и т.д.

При параллельном варианте (рис.19,б) одним инструментом обрабатывают

одинаковые отверстия в системе путем последовательного перемещения стола с

деталью. Затем инструмент меняют и в той же последовательности обрабатывают

эти отверстия системы другим инструментом.

Если системы отверстий располагаются на нескольких сторонах детали, то по

завершению обработки всех отверстий на одной стороне, деталь поворачивают, и

отверстия системы по одному из вариантов обрабатываются на других сторонах.

При выборе варианта обработки систем отверстий предпочтение отдают тому

варианту, у которого при одинаковом основном времени имеется минимальное

время на вспомогательные перемещения и обеспечивается требуемая точность

обработки. Время вспомогательных перемещений определяется сменой инстру-

мента и позиционированием рабочих органов станка.

Для обработки отверстий 11 и 12 квалитетов несколько производительнее яв-

ляется второй вариант, т.к. позиционирование стола происходит за более корот-

кое время, чем смена инструмента. При обработке отверстий 7–9-го квалитетов

или отверстий с допусками на межосевые расстояния менее 0,2 мм предваритель-

ные переходы (центрование, сверление, зенкерование и цекование) выполняют по

второму варианту, а окончательные (зенкерование под развертывание, разверты-

вание и нарезание резьбы) — по первому. Ступенчатые отверстия следует обра-

батывать по первому варианту.

Анализ работы станков с ЧПУ показывает, что смена инструмента и поворот

стола являются более сложными элементами цикла работы станка, чем позицио-

нирование стола и салазок. Поэтому из эксплуатационных соображений следует

работать с меньшим числом смен инструментов и меньшим числом поворотов

стола. Тем более что можно говорить лишь об условно фиксированном положе-

нии стола, т.к. практически во всех современных станках ЧПУ смена инструмента

сопровождается перепозиционированием стола. Исходя из этих соображений,

предпочтительным следует считать обработку систем отверстий по второму вари-

анту [4].

Для обоснования выбранного варианта обработки системы отверстий по кри-

терию точности расположения осей рекомендуется сформировать плоские или

пространственные размерные цепи (в зависимости от вида детали) схем обработ-

ки отверстий в системе и произвести интервальный расчет размерных цепей по

разработанной автором методике [13].

5.7. Выбор параметров режимов резания при обработке отверстий

Глубина резания для каждого перехода определяется по карте нормативов

[5,6] в зависимости от диаметра обрабатываемого отверстия и выполняемого пе-

рехода. При сверлении глубина резания принимается равной половине диаметра.

Выбранные из нормативной карты значения глубины резания корректируются в

зависимости от перехода, предшествующего выполняемому переходу [4].

Выбор подачи, скорости резания, мощности резания и осевой силы произво-

дят по соответствующим нормативным картам [5,6] для сверления, рассверлива-

ния, зенкерования, развертывания, цекования, зенкования и центрования. Для пе-

реходов нарезания резьбы дополнительно по картам выбирается крутящий мо-

мент и момент разрушения.

Режимы резания выбираются по ближайшему большему табличному значе-

нию диаметра инструмента для каждого перехода. Табличные значения подачи и

скорости корректируются в соответствии с условиями обработки путем введения

поправочных коэффициентов в зависимости от специфики обработки и инстру-

мента.

Скорректированные режимы резания уточняются по паспортным данным

станка, применяя ближайшие, имеющиеся на станке подачи и частоты вращения.

После этого определяется фактическая скорость резания [4].

6. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОПЕРАЦИЙ

ДЛЯ МНОГОЦЕЛЕВЫХ СТАНКОВ

6.1. Особенности обработки деталей на многоцелевых станках с ЧПУ

На многоцелевых (сверлильно-фрезерно-расточных) станках с ЧПУ наиболее

часто обрабатывают корпусные, плоские и детали сложной конфигурации. Такие

детали можно рассматривать как сочетание элементарных поверхностей, что об-

легчает формализацию разработки ТП и программирование их обработки.

Из элементарных поверхностей на корпусных деталях чаще всего выделяют

отверстия, плоскости, пазы, карманы, окна и т.п.

Отверстия корпусных деталей делят на основные, предназначенные для бази-

рования устанавливаемых в корпусе деталей; вспомогательные, в том числе кре-

пежные, и свободные, которые служат для удобства обработки, монтажа, смазки

и ремонта. Основные отверстия могут иметь канавки, фаски и выточки. Они под-

разделяются на гладкие или ступенчатые, односторонние или двусторонние, мо-

гут располагаться в одной плоскости или соосно в нескольких параллельных

стенках.

Обрабатываемые плоскости, пазы, окна и другие элементы корпусных деталей

располагаются перпендикулярно, параллельно или под углом к оси шпинделя.

Многоцелевые станки (МС) заменяют фрезерные, сверлильные, расточные и в

отдельных случаях — токарные станки так как они позволяют совместить опера-

ции фрезерования прямолинейных и криволинейных поверхностей, центрования,

сверления, рассверливания, зенкерования, развертывания, цекования, растачива-

ния, раскатывания и накатывания отверстий, нарезания резьбы (метчиками,

плашками, резцовыми головками, резцами), круговое фрезерование наружных и

внутренних цилиндрических, конических и фасонных поверхностей и круговых

пазов концевыми и дисковыми фрезами [1].

Плоскости фрезеруют торцовыми и концевыми фрезами с тведосплавными

многогранными неперетачиваемыми пластинами (МНП). Обычно это осуществ-

ляется в два перехода: черновой и чистовой. Для получения малой шероховатости

поверхности при малых припусках применяют торцовые фрезы из эльбора и ми-

нералокерамики.

Пазы, окна и уступы обычно обрабатывают концевыми фрезами, оснащенны-

ми твердосплавными пластинами. Для повышения точности обработки по шири-

не паза и сокращения номенклатуры инструментов, диаметр фрезы применяют

несколько меньшим ширины паза.

Для повышения стойкости, улучшения условий отвода стружки при обработке

глухих пазов применяют концевые фрезы с увеличенным углом наклона спирали

с полированными канавками. Для облегчения врезания с осевой подачей приме-

няют фрезы с особой заточкой торцовых зубьев. При увеличенных вылетах фре-

зы, обусловленных конфигурацией заготовки, используют фрезы с усилительным

конусом. Уменьшение вибрации достигается у фрез с тремя и четырьмя зубьями

благодаря различному расстоянию между ними (разношаговые фрезы).

Круговое фрезерование — новая операция обработки отверстий, которая при-

меняется на фрезерных и МС с контурным и комбинированным устройством

ЧПУ. В этом случае отверстия вместо растачивания можно обработать фрезеро-

ванием, для чего фрезе сообщают круговую подачу. Круговое фрезерование ре-

комендуется использовать для предварительной обработки отверстий длиной до

60–80 мм в литых заготовках (для снятия чернового припуска).

Среди технологических переходов, выполняемых на МС, отмечают сверление

и нарезание резьбы в крепежных отверстиях под болты, винты и шпильки; свер-

ление, зенкерование, развертывание, растачивание точных посадочных отверстий

— гладких и ступенчатых; обработку отверстий в литых деталях.

Соосные отверстия в противолежащих стенках корпусных деталей обрабаты-

вают на МС консольно закрепленными инструментами, последовательно, с пово-

ротом заготовки вместе со столом станка на 180. Достигаемая точность зависит

от точности поворота делительного стола; погрешность деления не должна пре-

вышать половины поля допуска на отклонения взаимного расположения отвер-

стий по чертежу детали.

При обработке отверстий осевым инструментом, если требования к точности

невысоки, операцию выполняют в следующей последовательности: сначала обра-

батывают все отверстия одним инструментом, затем следующим и т.д. Если тре-

бования к точности размера по диаметру и форме высокие, их стремятся обраба-

тывать полностью по отдельности, со сменой инструмента у каждого отверстия и

с перемещением шпинделя по оси Z. В противном случае погрешность обработки

будет увеличиваться за счет погрешности позиционирования подвижных узлов

станка.

Для повышения стойкости спиральных сверл используют быстрое автомати-

ческое изменение режима резания. Например, чтобы избежать поломки инстру-

мента из-за скачкообразного изменения нагрузки, рабочую подачу уменьшают на

выходе сверла из отверстия; в другом случае в программе изменяют частоту вра-

щения шпинделя, когда имеется литейная корка на входе в отверстие или выходе

из него.

При обработке системы координированных отверстий широко применяют за-

сверливание отверстий короткими жесткими сверлами — своеобразную разметку

расположения осей будущих отверстий. При работе по литейной корке это позво-

ляет решить и другие задачи: облегчить врезание и повысить стойкость сверл не-

большого диаметра и вместе с тем снять фаску на входе в отверстие, если она

предусмотрена чертежом. Засверливание целесообразно применять для обработ-

ки отверстий диаметром до 15 мм в деталях из черных металлов.

Для черновой обработки отверстий в корпусных деталях эффективно приме-

нение инструментов, которые раньше назначались при сверлении глубоких от-

верстий, например двухкромочных сверл с механическим креплением трехгран-

ных твердосплавных пластин. Использование таких сверл наряду с делением

припуска по ширине среза и внутренним подводом СОЖ позволяет, в три-пять

раз повысить эффективность резания по сравнению с обычными спиральными

сверлами [1]. Конструкции таких сверл разнообразны и приведены в литературе

[1,3,8].

На МС при зенкеровании или развертывании отверстий направляющие уст-

ройства типа кондукторов, как правило, не применяются. Однако, в отдельных

случаях для обеспечения повышенных требований к параметрам точности отвер-

стий, особенно по расположению оси, целесообразно использовать переналажи-

ваемые устройства для направления концевых мерных инструментов (см. п.5.4

учебного пособия).

Большие возможности повышения производительности при обработке отвер-

стий заключаются в использовании комбинированных инструментов разных ти-

пов. Например, можно использовать инструмент, сочетающий сверло и зенкер.

Применяют и трехступенчатые инструменты, в которых передняя часть (первая

ступень) изготовлена из инструментальной стали, а вторая и третья части, рабо-

тающие с более высокими скоростями резания, оснащены твердосплавными пла-

стинами, такой инструмент работает по ранее просверленному отверстию [1].

Вторая и третья ступени могут иметь различное назначение в зависимости от

формы, размеров и расположения твердосплавных пластин [8].

Если рассматривать полную обработку детали на МС, то для достижения вы-

сокой эффективности всю обработку заготовки стремятся выполнить на одном

станке за один-два установа. Однако в отдельных случаях из-за опасности иска-

жения формы деталей вследствие перераспределения остаточных напряжений,

имеющихся в исходной заготовке, ТП разделяют на операции черновой (обди-

рочной) и последующей обработки. Черновую обработку выполняют на мощных,

жестких станках (с ЧПУ или универсальных); затем детали направляют на термо-

обработку для снятия внутренних напряжений. Дальнейшую механическую обра-

ботку выполняют на многоцелевом станке.

6.2. Последовательность выполнения операций на МС

Если деталь, обрабатываемая на МС, подвергается промежуточной термооб-

работке или имеет точные отверстия и плоскости, то, в общем случае, рекоменду-

ется следующая последовательность операций.

1). Первая черновая операция: обработка детали с двух - трех сторон (плоско-

сти и отверстия большого диаметра); в качестве базы используют достаточно

большие плоскости, обеспечивающие хорошую и надежную установку детали,

возможность производительного снятия больших припусков.

2). Вторая черновая операция: обработка остальных сторон детали с установ-

кой по обработанным в предыдущей операции поверхностям, создание техноло-

гических баз для последующей обработки.

3). Первая чистовая операция: обработка базовой и противобазовой плоско-

стей детали и всех элементов (пазов, уступов, отверстий), расположенных на этих

плоскостях, в том числе основных отверстий.

4). Вторая чистовая операция: обработка остальных четырех сторон детали с

установкой по обработанным в предыдущей операции базам, в том числе обра-

ботка основных отверстий, пазов и уступов, вспомогательных и крепежных от-

верстий [1,7].

При повышенных требованиях к точности детали, превосходящих точностные

возможности МС, на нем выполняют получистовую обработку соответствующих

плоскостей и отверстий с припуском под последующую обработку на станках с

ручным управлением (шлифование, хонингование и т.п.).

Ниже приведен [7] типовой маршрутный ТП изготовления корпусных дета-

лей типа коробки подач, коробки скоростей, фартука и подобных с использовани-

ем МС. Операции, выполняемые на станке с ручным управлением или аналогич-

ных, отмечены знаком )*; остальные операции предназначены для МС с ЧПУ и

заменяют несколько операций, выполняемых на станке с ручным управлением.

1)*. - Разметка установочных плоскостей.

2). - Черновая обработка плоскостей, направляющих, пазов, уступов.

2). - Черновая обработка основных отверстий.

3). - Черновая обработка плоскостей, направляющих, пазов, уступов, окон.

3). - Черновая обработка основных отверстий.

4)*. - Искусственное или естественное старение.

5). - Получистовая обработка базовой и противобазовой плоскостей, направ-

ляющих, пазов, окон, уступов на этих плоскостях.

5). - Чистовая обработка базовой и противобазовой плоскостей, направляю-

щих с припуском под шлифование. Обработка на этих плоскостях основных от-

верстий и пазов.

5). - Обработка крепежных и вспомогательных отверстий на базовой и проти-

вобазовой плоскостях.

6)*. - Шлифование базовой и противобазовой плоскостей, направляющих.

7). - Получистовая обработка передней и задней плоскостей, пазов, окон, ус-

тупов на этих плоскостях.

7). - Получистовая обработка боковых плоскостей, пазов, окон, уступов на

этих плоскостях.

7). - Получистовая обработка основных отверстий.

7). - Чистовая обработка передней и задней плоскостей, неточных пазов,

окон, отверстий на этих плоскостях.

7). - Чистовая обработка боковых плоскостей, неточных пазов, окон, отвер-

стий на этих плоскостях.

7). - Чистовое растачивание основных отверстий, точных пазов на передней и

задней плоскостях.

7). - Чистовое растачивание основных отверстий, точных пазов на боковых

плоскостях.

7). - Обработка крепежных и вспомогательных отверстий на передней, зад-

ней и боковых плоскостях.

8)*. - Окончательная обработка отверстий с повышенными точностными тре-

бованиями.

Анализ приведенного маршрутного ТП показывает, что применение МС, об-

ладающих широкими технологическими возможностями и концентрациями пере-

ходов обработки, позволили сократить технологический цикл изготовления кор-

пусных деталей.

6.3. Последовательность выполнения переходов на МС

Представление детали в виде набора разнообразных элементарных поверхно-

стей, необходимость в черновых, получистовых и чистовых проходах при обра-

ботке каждой поверхности, значительное число инструментов в магазине, услож-

няют выбор плана операций обработки детали на МС. К тому же, этот выбор ста-

новится многовариантным. Например, можно сначала деталь полностью обрабо-

тать с одной стороны, затем развернуть ее; можно обработать деталь сначала со

всех сторон начерно, затем приступить к чистовой обработке; можно сначала об-

работать все плоскости, затем приступить к обработке отверстий [1].

При решении задачи выбора варианты плана операции руководствуются сле-

дующими общими принципами:

- чем выше точность элемента конструкции детали, тем позже следует преду-

сматривать его обработку;

- сначала следует планировать черновую обработку, затем чистовую;

- чем меньше время срабатывания исполнительного органа (смена инструмен-

та, поворот стола и др.), тем чаще этот орган должен функционировать [1].

Общий план операций обработки корпусных деталей приведен в табл. 10 [7].

Назначение переходов при проектировании операций фрезерования и обра-

ботки отверстий можно проводить в соответствии с методиками, рассмотренны-

ми в п. 5.3 учебного пособия. Эти методики позволяют спроектировать структуру

операции с наименьшим числом переходов при обеспечении заданных чертежом

параметров точности.

При назначении последовательности выполнения переходов обработки эле-

ментарных поверхностей целесообразно использовать также типовые технологи-

ческие схемы их обработки, рекомендуемые проф. Эстерзоном М. А.[8]. Указан-

ные схемы включают полный набор переходов, необходимых для обеспечения

требуемой точности и качества выбранной элементарной поверхности, а также

точности ее положения. Набор переходов по технологическим схемам обработки

может выполняться в одной операции или распределяться по нескольким опера-

циям в соответствии с указаниями маршрутного технологического процесса.

Таблица 10

План операций обработки деталей на МС

Номер пе-

рехода

Содержание перехода

Инструмент

Черновое, получистовое, чистовое фрезерова-

ние внешних поверхностей.

Сверление (рассверливание) отверстий диа-

метром свыше 30мм в сплошных стенках:

Сквозное — основных отверстий,

Глухое — для ввода концевых фрез.

Фрезерование пазов, отверстий, окон, карма-

нов.

Фрезерование внутренних поверхностей, пер-

пендикулярных оси шпинделя.

Черновое зенкерование и растачивание ос-

новных отверстий в сплошных стенках после

перехода №2.

Обработка дополнительных поверхностей

(канавок, уступов, фасок и др.), расположен-

ных в основных отверстиях и концентричных

оси.

Обработка дополнительных поверхностей на

внешних и внутренних плоскостях и на необ-

рабатываемых поверхностях.

Обработка крепежных и других вспомога-

тельных отверстий диаметром свыше 15 мм.

Снятие фасок.

Перезакрепление детали; проверка положения

рабочих органов станка.

Окончательное фрезерование плоскостей.

Обработка точных поверхностей основных

отверстий

Обработка точных отверстий малого диамет-

ра

Фрезы торцовые

Сверла

Фрезы концевые

Фрезы торцовые,

концевые

Зенкеры, резцы

расточные

Фрезы и резцы

различного назна

чения, зенковки

Фрезы концевые,

шпоночные

Сверла, зенкера,

метчики

Фрезы угловые

Фрезы торцовые

Резцы расточные,

развертки,

Сверла, резцы

расточные, раз-

вертки

Окончание табл.10

Обработка точных и точно расположенных в

отверстиях дополнительных поверхностей

(канавок, выемок, уступов)

Обработка дополнительных поверхностей

(выемок, пазов, карманов, прорезей), распо-

ложенных асимметрично относительно отвер-

стий

Обработка обратных фасок и других поверх-

ностей, связанных с основными отверстиями

Обработка крепежных и других отверстий ма-

лого диаметра

Резцы расточные,

фрезы дисковые

трехсторонние

Фрезы и резцы

различного на-

значения

Фрезы дисковые,

угловые; резцы

канавочные,

Фасонные

Сверла, зенкеры,

зенковки, метчи-

ки

6.4. Пример назначения переходов при обработке детали на МС

Рассмотрим для примера деталь «Крышка», эскиз которой дан на рис.20.

Содержание и последовательность переходов при обработке этой детали на

многоцелевом станке следующая [1].

1. Черновое фрезерование верхней плоскости (зона А); инструмент — фреза

торцовая с сверхтвердыми многогранными пластинами (СМП) диаметром 200мм.

2. Чистовое фрезерование зоны А; инструмент — фреза торцовая с СМП и

подчистным ножом диаметром 200 мм.

3. Фрезерование наружного контура (зона Б); инструмент — фреза концевая

твердосплавная диаметром 40мм.

4. Черновое фрезерование выемки 210х130 мм по контуру (зона В); инстру-

мент — фреза концевая твердосплавная диаметром 40мм.

5. Чистовое фрезерование зоны В; инструмент — фреза концевая быстроре-

жущая диаметром 20мм.

6.Фрезерование бокового паза 20х10х180 мм (зона Г); инструмент фреза —

дисковая пазовая быстрорежущая диаметром 70мм.

7.Центрирование трех отверстий диаметром 15мм (зона Д); инструмент –

сверло быстрорежущее диаметром 25мм.

8.Сверление трех отверстий диаметром 15мм (зона Д); инструмент — сверло

быстрорежущее диаметром 15мм.

Рис. 20. Обрабатываемая деталь ―Крышка‖

7. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ

7.1. Виды технологической документации

Технологической документацией называется комплекс текстовых и графиче-

ских документов, определяющих в отдельности или в совокупности ТП изготов-

ления изделия и содержащих данные, необходимые для организации производст-

ва [1].

Государственным стандартом установлена Единая система технологической

документации (ЕСТД), в которой определены правила еѐ разработки, оформления