Фельдштейн Е.Э. Обработка деталей на станках с ЧПУ (2008). Диагностика металлорежущих станков и технологической оснастки
 Скачать 1.45 Mb.
|
|
часть — торцовой фрезой по схеме, приведенной на рис. 8 .1 0 , а. С позиций проектирования траектории инструментов при фре зерной контурной обработке можно выделить два семейства поверх- 8.4. Выбор траекторий движения режуших инструментов 271 Рис. 8.11. Схемы перемещения фрез при обработке пазов: а — за один проход; б - за два прохода с рабочей подачей в обе стороны; в — за два прохода с рабочей подачей в одну сторону; 1Х = /2 = 0,5D + 10; * 2 = 1 0 m m ; 6 = ( B - D ) / 2 ностей. В первое входят поверхности, обрабатываемые с приданием траектории вида замкнутой строки, которой обводится обрабатывае мый контур. Такой путь инструмента получил название ст рока. Строкой обрабатываются криволинейные контуры плоских деталей. Во второе семейство входят поверхности, которые обрабатываются движением инструмента по траекториям, представляющим собой параллельные строки с противоположными направлениями или спи ралеобразные. Этот вид пути инструмента получил название обход. Обходом обрабатываются выпуклые и вогнутые поверхности про странственно-сложных форм (пуансоны, матрицы и т.д.). Частота строк S (рис. 8 .1 2 , а) долж на выбираться с учетом до пустимой высоты гребешков Н = R {ф - ^R - S 2/ 4. Обработка про странственно-сложных поверхностей должна производиться обво дом инструмента не по эквидистанте, а по расчетной кривой, которая может быть построена при известных Лд и h = /(Д д, Rcф). При движе нии же центра сферического торца фрезы по эквидистанте к контуру плоского сечения вдоль строки происходят врезания в поверхность детали (рис. 8.12, б). Траектории инструмента при обработке про- 272 8. Технология обработки деталей на станках с Ч П У Рис. 8.12. Схема образования зарезов (а) и гребешков (б) при обходе поверхности параллельными строчками странственно-сложных поверхностей показываются по их контурам на секущих плоскостях. Специфичны подходы к проектированию траекторий черновых и чистовых проходов. Основное требование к черновым проходам — обеспечение равномерного припуска для чистовых проходов. Если при чистовых проходах траектория инструмента вполне определен ная, то черновые проходы, особенно при обработке выборок, могут иметь самые разнообразные траектории. Такое многообразие затруд няет работу как технологов, так и программистов. Поэтому в станках с ЧПУ широко используют так называемые типовые траектории. Так, для случая фрезерной обработки могут быть применены сле дующие типовые траектории: 1) спираль Архимеда с проходами, эквидистантными обрабаты ваемому контуру (рис. 8.1 3 , а, б); 2 ) ленточная спираль с проходами, эквидистантными обрабаты ваемому контуру (рис. 8.13, в); 3 ) ленточная спираль с проходами, не эквидистантными обраба тываемому контуру (рис. 8.13, г); 4 ) сложная траектория, форма которой является комбинацией предыдущих видов перемещений. Использование тех или иных типовых траекторий определяется состоянием заготовки, маркой обрабатываемого материала, а также типом интерполятора системы ЧПУ станка. 8.4. Выбор траекторий движения режуших инструментов 273 При разработке траектории недопустимы остановка фрезы или резкое изменение подачи в процессе резания, когда режущие кромки фрезы соприкасаются с обрабатываемой поверхностью. В этом случае неизбежны повреждения поверхности (зарезы, подрезы). На рис. 8.14 показаны два способа обвода контура. При первом способе (рис. 8.14, а) объем программирования возрастает, однако скорость контурной подачи постоянна, что обусловливает постоянст во упругого отжатия фрезы. При втором способе (рис. 8.14, б) в точке А траектории скорость контурной подачи примет нулевое значение. В результате отжатие исчезнет и силы упругости приведут к вреза нию фрезы. Обвод внутреннего контура (рис. 8.15) с радиусным закруглением в вершине, равным радиусу фрезы, сопряжен с возникновением ис кажения (зареза) контура вследствие упругих деформаций техноло гической системы, поскольку значение скорости подачи в точке А 274 8. Технология обработки деталей на станках с Ч П У равно нулю. Уменьшение искажений может быть достигнуто сниже нием подачи S (S' = S/3) на участке подхода (с точки А') и предвари тельным искажением траектории. При обводе контура деталей могут встретиться прямые и острые углы, когда скорость замедляется, дос тигая нулевых значений (рис. 8.16, а, точка А), а затем начинает резко возрастать. При этом неизбежно возникновение подрезов. Поэтому для получения прямых (или острых) углов необходимо предусмат ривать петлеобразную (рис. 8.1 6 , б) или дугообразную (рис. 8.16, в) траекторию. Рас. 8.16. Траектории инструмента при обводе прямого угла Черновое фрезерование отверстий концевой фрезой выполняется с врезанием по радиусу (рис. 8.17, а), а получистовое — с врезанием сначала по радиусу, а затем по дуге окружности (рис. 8.17, б). При обработке выемок и карманов в тех случаях, когда предварительное сверление отверстия для вывода фрезы нецелесообразно, предпочти тельна схема, приведенная на рис. 8.17, в. Кольцевые канавки в отвер стиях фрезеруются дисковой трехсторонней или однозубой фрезой по схеме, показанной на рис. 8.17, г. Если ширина канавки превышает ширину фрезы, выполняется несколько проходов. Фрезерование внутренних контуров (окон) целесообразно выпол нять по схеме, приведенной на рис. 8.17, б, а наружных контуров — по схеме, показанной рис. 8.17, е. При этом черновое фрезерование рекомендуется выполнять с врезанием по радиусу, а получистовое — по касательной. Построение траекторий вспомогательных перемещений. В силу кажущейся простоты обработки технологами зачастую не учитыва ются закономерности врезания инструмента в припуск, а также отвода его от обрабатываемой поверхности. Однако анализ показывает, что траектория вспомогательных перемещений существенно влияет на производительность и точность обработки. При построении траектории часто приходится предусматривать дополнительные перемещ ения инструмента. Так, при выборке 8.4. Выбор траекторий движения режуших инструментов 275 Рис. 8.17. Схемы перемещения фрез при обработке криволинейных контуров: а — черновое расфрезеровывание с врезанием по радиусу; б — получистовое рас- фрезеровывание с врезанием по радиусу и дуге: в — врезание фрезы зигзагом; г — обработка кольцевых канавок; д, е — чистовая обработка внутренних и наружных контуров; 1)фр, D0, D3K, DK — диаметры соответственно фрезы, отверстия, эквиди- станты, канавки; а = 5... 10° — угол наклона траектории; ВУЬ — ширина канавки и фрезы соответственно; Н — вылет зуба фрезы металла внутри контура может использоваться фреза, имеющая ра диус, равный радиусу сопряжения стенок (рис. 8.18). После выборки металла внутри контура остается необработанный участок в виде криволинейного треугольника 1 2 3 . Для его удаления необходимо вернуть инструмент в точку А и назначить дополнительный проход (третий) в Направлении АВ. Если изменить траекторию при втором проходе, то надобность в третьем отпадет. При обработке внешнего контура врезание фрезы должно осуще ствляться по касательной к контуру (рис. 8.19, а). Здесь участок В'п 276 8. Технология обработки деталей на станках с Ч П У представляет путь, на котором скорость холостого хода vXtX тормо зится до скорости подачи врезания увр. На участке Б п происходит врезание с дальнейшим снижением скорости подачи до рабочего зна чения S p.x. Желательно соблюдать соотношение В п = (З...4)г. В случае обработки внутренних контуров инструмент должен при врезании в припуск г перемещаться по криволинейной траектории (рис. 8.19, б). Наиболее приемлемой кривой является участок ок ружности радиусом г, определяемый из условия, что путь врезания равен ( 3 ... 4 ) 2 . Рис. 8.19. Траектория врезания: а — при обработке внешнего контура; б — при обработке внутреннего контура; в — в сплошной металл Врезание инструмента (фрезы) со стороны его торца (рис. 8.19, в) осуществляется по пилообразной траектории. При этом во избежа ние «затирания» инструмента наклон прямых 1 -2 , 2 - 3 , ... по отно шению к торцу фрезы не должен превышать величины угла а. Рис. 8.18. Схема обработки контура фрезой с радиусом, равным радиусу сопряжения стенок 8.5. Выбор режимов обработки и техническое нормирование 277 Выбор режимов обработки на станках с ЧПУ и техническое нормирование 8.5.1. Особенности процесса резания на станках с ЧПУ Процесс резания на станках с ЧПУ существенно отличается от данного процесса на станках с ручным управлением. Это обусловлено изменением ряда геометрических и физических параметров процесса. При обработке криволинейного участка детали на станке с ЧПУ резец перемещается по криволинейной траектории. Подача непре рывно изменяет свое направление, главный угол в плане <р уменьшает ся, а вспомогательный — увеличивается (рис. 8.20). При уменьшении угла ф ширина среза возрастает, а толщина уменьшается, хотя номи нальная площадь среза (на рисунке заштрихована) остается посто янной, равной f = S t = db. Поскольку влияние величин а и & на главную составляющую силы резания описывается зависимостью Р2 = СРга 0,75Ь, при перемещении резца по криволинейной траектории наблюдается изменение уровня сил резания. Рис. 8.20. Углы в плане и сечения среза при обработке криволинейного участка детали 278 8. Технология обработки деталей на станках с Ч П У Изменение углов в плане влияет на шероховатость обработанной поверхности. Изменение высоты микронеровностей на криволинейном профиле наблюдается при обработке острозаточенным резцом и при участии в работе одновременно прямолинейной и радиусной режущих кромок. При резании только радиусной кромкой шероховатость оста ется практически неизменной. Изменение углов в плане оказывает влияние на направление схо да стружки, которое перпендикулярно к диагонали сечения среза (рис. 8.21). Угол схода стружки р зависит от углов ф и фх и отношения b/ а . При больших значениях отношения b/а стружка сходит пример но перпендикулярно к главной режущей кромке, а при малых значе ниях — примерно перпендикулярно к вспомогательной режущей кромке. От угла схода стружки зависит действительный передний угол резца, а также соотношение составляющих сил резания Рx и Рy. Обработка деталей на станках с ЧПУ часто осуществляется с пере менными режимами резания (скоростью v или подачей S) и с изме нением по мере необходимости глубины резания. Вследствие этого изменяются мгновенные значения ширины и толщины среза, а так ж е кинематические углы резца (ук, а к, фк), что не может не сказаться на уровне целого ряда параметров процесса резания. При обработке с переменной скоростью резания на 15 ...20 % воз растает уровень сил резания, появляются различия в значениях тем пературы резания, несколько ниже период стойкости инструмента. При обработке с переменной подачей наблюдается обратная карти на: уменьшение уровня сил резания, температуры, высоты микроне ровностей и повышение периода стойкости инструмента. Таким образом, резание на станках с ЧПУ имеет ярко выражен ный нестационарный характер, поэтому необходимо предъявлять более жесткие требования к назначению элементов режима резания, выбору геометрии инструмента и формы пластины. 8.5. Выбор режимов обработки и техническое нормирование 279 8.5.2» Выбор режимов резания Выбор режимов резания является комплексной технико-эконо мической задачей. В целом режимы резания для станков с ЧПУ находятся в близком соответствии с действующими нормативами. Однако автоматический процесс обработки предъявляет определен ные требования к стойкости инструмента. Рекомендуется сопостав лять стойкость и длительность выполнения переходов для одной или нескольких деталей. Необходимо предусматривать 10... 15% -й запас стойкости, исключающий потерю инструментом режущей способно сти в середине обработки. При токарной обработке на станках с ЧПУ подача на черновых пе реходах назначается максимально допустимой с учетом жесткости технологической системы и удовлетворительного формирования струж ки. Скорость резания рассчитывается по соответствующим формулам или выбирается по таблицам с учетом стойкости инструмента. Режимы резания для чистовой обработки назначаются в соответствии с требова ниями к шероховатости и точности обработанных поверхностей. Особенностью большинства эксплуатируемых фрезерных стан ков является то, что частота вращения инструмента и интенсивность охлаждения устанавливаются для данного цикла обработки заранее. В связи с этим выбранное значение скорости окажется оптимальным не для всех участков детали. В этом случае используемые методы расчета режимов резания предусматривают выделение для каждой операции одного основного участка обработки, для которого нахо дятся оптимальные режимы резания (частота вращения и минутная подача). Для остальных (вспомогательных) участков определяются неоптимальные, но вполне удовлетворительные значения минутной подачи при уже известной частоте вращения. Основной технологический участок выбирается с учетом требова ний повышенной точности обработки, минимальной шероховатости, пониженной жесткости детали и т.д. При разбивке детали на технологические участки следует учиты вать постоянство припуска в пределах участка. Для ширины фрезеро вания допускается колебание припуска не более 30 %, а для глубины — не более 20 %. При обработке детали на фрезерном станке с ЧПУ, имеющем автоматическое регулирование частоты вращения шпин деля, для каждого участка устанавливаются свои оптимальные ре жимы резания. При контурном фрезеровании последний чистовой проход дол жен выполняться со снятием припуска не более 0 , 2D фр. 280 8. Технология обработки деталей на станках с Ч П У • При определении подачи необходимо также учитывать, что ско рость относительного движения центра фрезы будет отличаться от скорости периферийных точек, совпадающих с точками контура детали. При обработке контура эта скорость определяется по фор мулам: для выпуклого гДе 5 МИН — минутная подача; R — радиус дуги участка контура; Яфр — радиус фрезы. 8.5.3. Нормирование операций, выполняемых на станках с ЧПУ Штучное время обработки одной детали определяется по тем ж е формулам, что и для станков с ручным управлением: где t0 — основное время на операцию, мин; t в — вспомогательное вре мя, мин; tобс — время на обслуживание рабочего места, мин; t п — вре мя на личные потребности рабочего, мин. Однако для станков с ЧПУ составляющие Тшт имеют особенности. Так, основное время где t0j — основное время на выполнение j-го перехода; L — длина ра бочего хода с учетом врезания и перебега инструмента, мм; i — коли чество проходов; S мин— минутная подача, мм/мин. Вспомогательное время включает затраты времени на установку и снятие детали tв.у (определяется так ж е, как для станков с ручным управлением) и на выполнение вспомогательных перемещений tм-в: |