Обработка деталей на станках с ЧПУ - шарин Ю.С.

Автор: шарин Ю.С.

Теги: формообразование со снятием стружки молоты и прессы разделительные операции без образования стружки, дробление и измельчение, обработка листового материала, изготовление резьбы отдельные машиностроительные и металлообрабатывающие процессы и производства станки станкостроение технология машиностроения издательство машиностроение библиотека станочника

Год: 1983

Похожие

Подготовка программ для станков с ЧПУ

Программирование обработки на станках с ЧПУ. Справочник

Токарные станки и работы на них

Технология машиностроения и технологические основы автоматизации

Текст

БИБЛИОТЕКА I СТАНОЧНИКА
Ю. С. Шарин
ОБРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ
НА СТАНКАХ С ЧПУ
БИБЛИОТЕКА
СТАНОЧНИКА
Ю. С. Шарив
ОБРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ
НА СТАНКАХ С ЧПУ
МОСКВА « МАШИНОСТРОЕНИЕ » 1983<
ББК 34.63-5
Ш25
УДК 621.9-114 : 681.322
Редакционная коллегия:
лауреат Государственной премии СССР проф. С. И. Самойлов (председатель),
доцент А. В. Коваленко, инж. Г. Н. Кокшаров, канд. техн, наук В. А. Куприянов,
проф. В. В. Лоскутов, инж. Г. Р. Мозжилкин, канд. техн, наук А. А. Спиридонов,
д-р техн, наук проф. Ю. С. Шарин
Рецензент инж. О. М. ЛЕОНТЬЕВ
Долгопрудненский авиационный техникум
Электронная библиотека
141702 Россия, Московская обл., Phone: 8(495)40845938(495)4083109
г. Долгопрудный, пл. Собина, 1 Email: dat.ak@mail.ru
Site: gosdat.ru
Шарин Ю. С.
Ш25 Обработка деталей на станках с ЧПУ. — М.: Машино-
строение, 1983,— 117 с., ил.— (Б-ка станочника).
40 к.
Отражены особенности обработки деталей на станках с ЧПУ, приведены ос-,
новные требования к заготовкам, режущему и измерительному инструменту. По-
казаны особенности проектирования технологического процесса обработки.
Книга предназначена для рабочих-станочников и наладчиков.
2704040000-073
Ш-----------------73-83
038(01)-83
ББК 34.63-5
6П4.6.08
©Издательство «Машиностроение», 1983. г.
ВВЕДЕНИЕ
Станки с числовым программным управлением — прогрессив-
ный вид металлообрабатывающего оборудования; они воплотили в
себе последние достижения автоматики, вычислительной техники
и электроники. Эти станки прочно вошли в практику машинострое-
ния и выполняют значительный объем работ по обработке деталей.
«Без них в современных условиях завод не смог бы успешно ра-
ботать ни одного дня, повышать производительность труда и нара-
щивать выпуск продукции» [3]. В XI пятилетке намечено увеличить
их выпуск в 2,3 фаза. Станки с ЧПУ непрерывно совершенствуются,
разрабатываются системы автоматического программирования для
подготовки управляющих программ, математическое и технологи-
ческое обеспечение. На смену весьма несовершенным станкам пер-
вого поколения пришли станки второго и третьего поколений. По-
явились станки со встроенными микропроцессорами, адаптивными
системами управления, разрабатываются агрегатные станки с ЧПУ,
создаются участки станков, управляемые от ЭВМ, появились авто-
матизированные технологические комплексы, включающие систе-
мы подготовки инструмента, уборки стружки, транспортно-склад-
ские механизмы и т. д.
Рабочий при обслуживании станка должен иметь четкие пред-
ставления о технологии обработки деталей на станках с ЧПУ, об
особенностях их базирования, выбора режимов резания и инстру-
мента, проектирования технологического процесса, размерной на-
стройки инструмента и технологических возможностях станков с
ЧПУ. Эти особенности столь значительны, что традиционные зако-
номерности и представления, принятые при обработке деталей на
обычных станках, не могут быть формально перенесены на станки
с ЧПУ. Игнорирование этого положения снижает эффективность
использования станков.
В первой главе рассмотрены особенности обработки деталей на
станках с ЧПУ, во второй — особенности процесса резания. Особое
внимание уделено геометрии инструмента и влиянию ее на процесс
резания. В третьей главе онисаны способы размерной настройки
инструмента, в четвертой — особенности маршрутной и операцион-
ной технологии.
ГЛАВА ПЕРВАЯ
ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ
НА СТАНКАХ С ЧПУ
1. ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКИЙ ЦИКЛ ОБРАБОТКИ
Особенности обработки деталей на станках с ЧПУ показаны на
рис. 1. Одна из основных особенностей — полуавтоматический цикл
обработки.
Циклом обработки называется совокупность движений рабочих
органов станка, которая повторяется при обработке каждой дета-
ли. В общем случае каждое движение цикла может быть ручным,
механизированным или автоматизированным. Это определяет тип
привода. При ручном приводе — ручной ход; если привод исполни-
тельного органа осуществляет какой-либо двигатель, то ход ме-
ханизированный; если привод совершает двигатель, а управляет
приводом командное устройство, то ход автоматизированный. Если
автоматизировать все движения цикла, то его называют автомати-
ческим, а станок — автоматом. Если большинство движений цикла
автоматизировано, но в нем есть механизированные или ручные
движения, такой цикл называют полуавтоматическим, а станок —
полуавтоматом.
Станки с ЧПУ относятся к полуавтоматам, так как все движе-
нижщикла автоматизированы, а загрузка обычно 'ручная. Автома-
тизация загрузки (например, с помощью робота) делает цикл ав-
томатическим, и система полуавтомат — робот превращается в
комплекс с автоматическим циклом.
Любая обработка достигается воздействием орудия труда на
предмет труда (деталь). Орудие труда — это не только станок, йб
и инструмент и приспособление. Характер взаимодействия между
этими элементами настолько тесный, что в технологии машино-
строения введено понятие о системе СПИД: станок — приспособ-
ление— инструмент — деталь. Наличие полуавтоматического цикла
предъявляет определенные требования к системе СПИД и техноло=
гическому процессу обработки. Главные из них — высокая надеж-
ность системы и стабильность процесса.
При обслуживании станка с ручным управлением рабочий-опё*
ратор принимает непосредственное участие в процессе обработки?
перерабатывает поступающую информацию и вырабатывает ко-
манды управления станком. Чем выше квалификация оператора,
тем более сложную работу он может выполнять. Оператор постоян-
но контролирует ход процесса в соответствии с заданным алгорит-
мом обработки. Он знает, в каких случаях управляемый объект
4
особенности ОБРАБОТКИ НА СТАНКАХ с нпн
Рис. 1. Особенности обработки
функционирует правильно, а в каких требуется вмешательство опе-
ратора. В последнем случае рабочий совершает те целенаправлен-
ные воздействия на систему СПИД, которые устраняют нежела-
тельные последствия возмущающих внешних сил.
Автоматический цикл совершается без участия человека. Чтобы
комплекс длительное время функционировал самостоятельно, его
надежность должна быть более высокой по сравнению с системами,
которыми управляют вручную.
Все входные и выходные параметры системы СПИД рассчитаны
на определенное оптимальное значение, что обеспечивает ее функ-
ционирование. Если какой-либо параметр выходит из заданных
пределов, то работа системы нарушается. Поэтому одно из основ-
ных условий высокой эффективности обработки — стабильность
обработки. Под стабильностью понимается постоянство параметров
системы СПИД: а) свойств и размеров заготовки (материала, при-
пусков, состояния поверхности и др.); б) свойств режущих инстру-
ментов (конструктивных параметров, материала, прочности, точно-
сти, геометрии и др.); в) режимов резания; г) параметров станка
(точность, жесткость, виброустойчивость и др.); д) стружкодроб-
ления и стружкоудаления.
Общепринятые нормы и представления, опыт обработки, полу-
ченный при обслуживании станков с ручным управлением, нельзя
механически переносить на станки с ЧПУ, а нужно корректировать
применительно к новым условиям обработки. Когда появилась но-
вая система управления, то первоначально ею оснащались обычные
серийные модели станков. Этот опыт не дал требуемого результата.
5
Потребовалось изменение конструктивных параметров станков и
их приводов, увеличилась жесткость станков, появились инструмен-
тальные магазины, наклонные направляющие для токарных стан-
ков и т. д. Попытки использовать на станках с ЧПУ обычные инст-
рументы также оказались неудачными. Было замечено, что станкам
с ЧПУ требуются специальный инструмент и оснастка. При этом
предъявляются специальные требования к выбору деталей, загото-
вок и т. д.
Важной особенностью обслуживания автоматов и полуавтома-
тов является программирование обработки. Их функционирование
во многом определяется качеством программы. Если программа
правильно учитывает все особенности самого автомата и детали, то
обработка будет эффективной. На станках с ЧПУ по сравнению с
обычными станками качество обработки в меньшей степени зави-
сит от квалификации и опыта рабочего, а в большей степени — от
качества автомата (системы СПИД) и добротности программы.
Для обслуживания станков с ЧПУ на заводах появилась новая
технологическая служба — бюро (отдел) программного управле-
ния и новый этап технологической подготовки производства — раз-
работка управляющих программ.
Процесс программирования содержит следующие этапы: а) тех-
нологический;' б) расчетно-аналитический; в) кодирование; г) за-
пись информации на программоноситель; д) контроль; е) отладку
и внедрение.
В технологический этап входят разработка процесса обработки
и оформление технологических документов, т. е. выбор оборудова-
ния, инструмента, оснастки, способа базирования, режимов реза-
ния; техническое нормирование, определение структуры операции
(числа и последовательности технологических переходов), траекто-
рии инструмента.
"’"Содержанием расчетно-аналитического этапа является опреде-
ление координат опорных точек. Траектория движения инструмента
относительно детали может быть весьма сложной, но ее всегда
можно разбить на элементарные участки — отрезки прямой или
дуги окружности. Точка сопряжения двух смежных участков назы-
вается опорной точкой, число которых равно числу участков. Опор-
ные точки определяют границы участков. Чтобы задать перемеще-
ние инструмента, нужно определить координаты опорных точек.
Этап кодирования заключается в том, что вся технологическая
и геометрическая информация кодируется буквенно-цифровыми ко-
дами БЦК-5 или ИСО. На этапе записи информация записывается
на программоноситель (обычно на пяти- или восьмидорожковую
перфоленту). Необходимость кодирования объясняется следующим:
на перфоленту можно записать только двухпозиционный код; на-
пример, комбинация 11010 может быть записана тремя пробивка-
ми— в пятой, четвертой и второй дорожках перфоленты (символ 1).
В первой и третьей дорожках пробивки отсутствуют (символ 0).
Каждой десятичной цифре и команде система кодирования ставит
соответствующую кодовую комбинацию — набор нулей и единиц.
6
Рис. 2. Структура цикла станков
Кодирование заключается в том, что каж-
дое сообщение программы заменяют сво-
им двоичным эквивалентом, который за-
тем записывается на перфоленту.
Программа должна быть проконтро-
лирована, для этого перфолента проверя-
ется на координатографе. Рабочий орган
координатографа, снабженный пером, вы-
верчивает на бумаге траекторию движе-
ния инструмента. Если при этом выявля-
ются ошибки, оператор их устраняет. От-
ладка и внедрение заключаются в том,
что программа отрабатывается и допол-
нительно контролируется непосредственно на станке. Более подроб-
но методы программирования освещены в литературе [12].
Для станков с ручным управлением длительность цикла
(рис. 2) принято делить на: машинное время tM (время непосред-
ственной обработки) и вспомогательное время Д (время, в течение
которого обработки не происходит).
К вспомогательному времени относят время, которое расходует-
ся на следующие операции: загрузка; вспомогательные перемеще-
ния инструмента относительно детали (подвод, отвод и др.); управ-
ление станком; контроль.
Оперативное время
(1)
^о=^м + 4-
Если выражение (1) умножить и разделить на tM, то
/О=/М(1+/В//М)=/И(1 + Лв).
Оперативное время пропорционально машинному времени и не-
которому коэффициенту Нъ=\1ъ11п, который тем больше, чем значи-
тельнее доля вспомогательного времени в машинном. Пусть вспо-
могательное время Д = 5 мин. Если при этом £м = 2 мин, то влияние
вспомогательного времени велико: /гв = 2,5; если tM= 120 мин, то
влияние вспомогательного времени незначительно: /iB~ 0,042, т. е.
важно не само вспомогательное время, а его доля в машинном
времени.
У станков-автоматов длительность цикла принято делить на
время рабочих Д и холостых Д ходов. По смыслу эти термины рав-
нозначны соответственно машинному и вспомогательному времени.
Тогда
^ц = ^р(^+^х)>
где hx = tx!tp — доля времени холостых ходов во времени рабочих ходов.
Производительность автомата
Q = 1//ц= 1//р (1 + Лх)=К/( 14-/?х) = КП,
7
где К — технологическая производительность; т| — коэффициент производитель-
ности.
Технологическая производительность — такая, какую имел бы
автомат, если бы время холостых ходов было равно нулю —
Коэффициент производительности ц = 1/(1 .
Поскольку всегда /тх>0, то т]<0. Коэффициент ц учитывает
влияние холостых ходов, снижающих производительность автомата.
Станки с ЧПУ имеют полуавтоматический цикл работы. Следу-
ет различать время рабочих и холостых ходов, а также вспомога-
тельное время /в.
Время цикла
== Ср С >
где Pip — программное время; Ср = С + Ч.
Суммарное время вспомогательных ходов = содержит
С —время вспомогательных ходов, выполняемых станком, и —
время вспомогательных ходов, выполняемых вручную.
Преобразуя формулу, получим
С=С^"Н^х.в)- (2)
Коэффициент
Сс.в = CJC=(С + tj/tp=+ hB.
Производительность станка с ЧПУ
Q— hx-\-hB)=K'f\,
где коэффициент производительности -р = 1/(1 ^hx^hB). Следова-
тельно, основным способом повышения производительности станка
с ЧПУ является сокращение времени рабочих ходов, вспомогатель-
ного времени и времени холостых ходов.
— 2. ЧИСЛОВАЯ ФОРМА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ УПРАВЛЯЮЩЕЙ
ИНФОРМАЦИИ
Системы ЧПУ от других систем управления автоматами отли-
чаются числовой формой представления управляющей информа-
ции (см. рис. 1). Это наиболее существенная особенность оборудо-
вания с числовым управлением.
К нечисловым системам управления относят кулачковые, путе-
вые, временные, цикловые. В кулачковых системах ход исполни-
тельного органа задается подъемом кулачка, в путевых — расста-
новкой упоров и путевых переключателей, во временных — настрой-
кой командоаппарата. Во всех случаях ход воспроизводится с по-
мощью технического устройства. В устройствах числового управле-
ния он задается числом, записанным на перфоленту. Сравним чис-
ловую систему управления с кулачковой (рис. 3, а), где каждый
исполнительный орган ИО получает движение от отдельного кулач-
ка. Ход исполнительного органа
L=Ha,
где Н— подъем кулачка; а — передаточное отношение промежуточной передачи.
8
Рие. 3 Перемещение исполнительного органа в кулачковой (а) и числовой (б)
системах управления
В числовой системе (рис. 3, б) исполнительный орган имеет
дискретный привод, например, от шагового двигателя. Величина
перемещения
L=qN,
где q — разрешающая способность системы (цена одного импульса); N — число
импульсов, поступающих на вход шагового двигателя.
Число N записывается на перфоленте и при помощи интерполя-
тора преобразуется в унитарный код, подаваемый на вход двига-
теля.
Числовая форма представления управляющей информации по-
зволяет сократить трудоемкость наладки, автоматизировать подго-
товку управляющих программ, осуществить высокую степень кон-
центрации обработки на одной операции, реализовать сложную
траекторию перемещения исполнительного органа, обеспечить един-
ство технической базы, математического и информационного обес-
печения системы управления отдельного станка с АСУП.
Трудоемкость наладки. В серийном производстве детали обраба-
тывают партиями. Совокупность действий рабочего и наладчика
при подготовке станка к обработке новой партии называется на-
ладкой, которая состоит из настройки станка и программирования.
Настройка — это взаимное согласование параметров системы
СПИД. При замене детали меняются параметры элементов систе-
мы, вследствие чего необходимо сменить приспособление или пере-
наладить прежнее в соответствии с новыми требованиями, загрузить
в магазин требуемый набор инструментов, произведя их размер-
ную настройку на специальных приборах, установить требуемые
режимы резания, выполнить определенные организационно-техниче-
ские мероприятия. Если оборудование работает по нечисловому ав-
томатическому или полуавтоматическому циклу, то наладка вклю-
чает в себя также программирование. Программирование — это
координация движений цикла во времени и в пространстве. В нечис-
ловых автоматах эта часть наладки является особенно трудоемкой
1. Коэффициент а
Цеховая себестои- мость, руб Производство
крупное©* рийное серийное мелко- серийное
До 0,2 0,02 0,03 0,05
0,2—5,0 0,03 0,05 0,08
Более 5,0 0,05 0,08 0,12
и сложной. Поэтому использо-
вание таких автоматов возмож-
но только в массовом и круп-
носерийном производстве.
У станков с ЧПУ подготов-
ка управляющей программы
выделяется в самостоятельный
этап, технологической подго-
товки производства, а время
программирования не включа-
ется в подготовительно-заключительное время. Согласно норма-
тивным данным [8] смена перфоленты производится за 2 мин, т. е.
для станков с ЧПУ подготовительно-заключительное время £п.ч
включает только настройку станка. -Поэтому оборудование с ЧПУ
соединяет высокие технологические возможности автоматического
и гибкость универсального оборудования. Станки с ЧПУ являются
единственным средством автоматизации в мелкосерийном произ-
водстве.
Величину партии принято определять в зависимости от /Шт и /пз:
«=4з/(^шт)> (3)
где а — коэффициент, зависящий от стоимости детали и типа производства
(табл. 1); — штучное время.
По сравнению с нечисловыми автоматами в формуле (3) числи-
тель невелик, а знаменатель возрастает, так как растет общая дли-
тельность циклов. Отсюда партия при использовании станков с ЧПУ
уменьшается до 10—15 штук, а при обработке особо сложных де-
талей может быть еще меньше.
Автоматизация подготовки управляющих программ. Для про-
граммирования нечисловых автоматов необходимо произвести на-
стройку и закрепление кулачков распределительного вала или ко-
мандоаппарата, или кулачков, взаимодействующих с конечными
переключателями в путевых системах управления. Настройка со-
держит такие операции, как закрепление, открепление, передвиже-
ние, установку и т. д. Это весьма ответственные, сложные операции,
требующие ручного труда рабочих высокой квалификации (налад-
чиков) . Программирование для станков с ЧПУ носит другой ха-
рактер. Чтобы задать траекторию движения инструмента, необхо-
димо определить координаты опорных точек траектории, закодиро-
вать их и записать на программоноситель. Программирование но-
сит здесь расчетный характер. Содержание процесса — решение со-
вокупности арифметических и логических задач, которые можно
автоматизировать с помощью ЭВМ. Ручная подготовка программ
для станков с ЧПУ является сложной и приемлема только для
простых деталей. Детали средней и особенно высокой сложности
эффективно обрабатывать можно только при автоматизации под-
готовки управляющих программ. Для этого разработаны системы
автоматического программирования (САП). Из отечественных мож-
но отметить САП-2, САПС-М32, СППС, СПС-ТАУ, САП-технолог
10
и др.,; каждая из них имеет свой язык ввода. Технолог в терминах
этого языка описывает деталь и процесс обработки. Различают
табличные и текстовые языки. В простейшем случае табличный
язык — эта таблица определенной формы, в которую вносят данные
о детали, станке, инструменте и процессе обработки. Далее эта ин-
формация вводится в ЭВМ, которая определяет необходимую тра-
екторию движения инструмента, рассчитывает координаты опорных
точек и записывает программу на перфоленту.
Концентрация обработки при использовании станков с ЧПУ.
Нечисловые автоматы обычно используют для автоматизации срав-
нительно простых циклов. Например, в кулачковых автоматах каж-
дая пара движений цикла (ход вперед и ход назад) требует отдель-
ного кулачка. Если цикл автомата содержит 10 пар ходов, то соот-
ветственно потребуется поместить на распределительном валу де-
сять кулачков. Каждый кулачок требуется спрофилировать, изго-
товить с требуемой точностью, собрать кулачки на распределитель-
ном валу и закрепить в заданном положении, чтобы правильно ко-
ординировать движения цикла во времени. Движение от каждого
кулачка до исполнительного органа передается с помощью проме-
жуточной передачи, которая включает в себя толкатели, рычаги,
тяги, шарниры, опоры и другие элементы. Увеличение числа ходов
цикла усложняет кинематическую схему автомата, увеличивает его
габаритные размеры, усложняет настройку. Поэтому при нечисло-
вых системах управления отказываются от использования сложных
циклов. Практически циклы таких автоматов содержат не более
10—20 ходов, и концентрация обработки не может быть высокой.
У станков с ЧПУ программа записывается на перфоленте. Одно
движение цикла соответствует одному кадру перфоленты. Число
кадров и, следовательно, степень концентрации обработки ничем
не ограничены. Стандартная катушка с перфолентой имеет длину
200 м. Пусть кадр в среднем умещается на длине перфоленты
100 мм, это дает возможность разместить на ней до 2 тыс. кадров.
При необходимости обработка может быть временно прервана и
продолжена после смены перфоленты. На станках с ЧПУ деталь
можно непрерывно обрабатывать в течение нескольких часов или
нескольких десятков часов. Сам способ задания программы здесь
не ограничивает длительность обработки. Это дает возможность
довести степень концентрации обработки до таких высоких преде-
лов, какая невозможна в нечисловых системах управления. Чем
выше концентрация обработки на станке, тем эффективнее число-
вое управление.
Осуществление сложной траектории перемещения инструмента.
В кулачковых, путевых, временных системах управления в цикл
автомата входят простые движения, каждое из которых происхо-
дит по прямой. Более сложные траектории перемещений наблюда-
ют в копировальных автоматах. Суммарная подача инструмента
получается сложением поступательного перемещения в одной пло-
скости и копировального — в другой. Таким способом можно реа-
лизовать не любые по сложности траектории, а только такие, ко-
11
торые допускаются выбранной несущей подачей. Для станков с
ЧПУ практически отсутствуют ограничения по сложности траекто-
рии. Подача инструмента получается сложением движения от двух
до пяти и более независимых координат, по каждой из которых
направление движения может быть положительным, отрицатель-
ным или равным нулю. В этом отношении числовые системы управ-
ления являются уникальными, так как позволяют обрабатывать
детали, которые на нечисловых автоматах обработаны быть не
могут. Более того, чем выше сложность детали, тем эффективнее
числовое управление.
Система ЧПУ отдельного станка — подсистема автоматизиро-
ванного технологического комплекса. Кулачковые и копировальные
автоматы, автоматы с путевым, временным и цикловым управлени-
ем создаются как изолированные замкнутые системы, не связанные
друг с другом, но тенденцией развития современного машинострои-
тельного производства является создание автоматизированных тех-
нологических комплексов, управляемых ЭВМ. Современная авто-
матизированная система управления предприятием (АСУП) пред-
ставляет совокупность определенного числа подсистем различ-
ного функционального назначения не только для управления стан-
ками или участками станков, но транспортно-складскими система-
ми для транспортирования заготовок, готовых деталей, инструмен-
та, оснастки и автоматизированной уборки стружки. Отдельные
подсистемы решают вопросы технологической и конструкторской
подготовки производства, оперативного планирования, расчета ма-
териальных, трудовых и технических ресурсов и т. д. В этих усло-
виях числовое управление является органической частью таких
подсистем, оно имеет идентичное математическое, информационное
и техническое обеспечение. Отдельная система управления не явля-
емся изолированной, она часть общего комплекса, в который легко
встраивается.
3. ОДНОИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ ОБРАБОТКА
В оборудовании для массового и крупносерийного производства
широко использован метод многоинструментальной обработки, при
котором деталь одновременно обрабатывается большим числом
инструментов. Например, токарно-револьверный автомат мод.
1Б140 имеет шесть суппортов: револьверный, два поперечных, два
вертикальных и продольный. В каждый из них могут быть установ-
лены один или несколько инструментов, и деталь обрабатывается
одновременно несколькими суппортами. Наиболее отчетливо прин-
цип многоинструментальной обработки выражен в агрегатных
станках, где корпусные детали обрабатываются одновременно с не-
скольких сторон несколькими десятками (160 и более) инстру-
ментов.
Описанный принцип не может быть применен в станках с ЧПУ.
Здесь также используют большое число инструментов, предвари-
тельно загруженных в накопитель, но они участвуют в работе
12
последовательно. После того как один инструмент выполнил необ-
ходимую обработку, автооператор возвращает его в магазин, и к
работё^приступает следующий. Если применять инструментальные
наладки, для одновременной обработки, это увеличит подготови-
тельно-заключительное время настройки и потребует дополнитель-
ной оснастки (многорезцовых блоков, многошпиндельных коробок
и др.), и станки с ЧПУ лишаются основного своего преимущества —
универсальности и быстрой переналадки, что позволяет их исполь-
зовать в мелкосерийном производстве. Эта особенность станков с
ЧПУ позволяет повышать производительность обработки только
за счет сокращения машинного времени.
У станков с ЧПУ за счет высоких скоростей холостых переме-
щений, применения быстродействующих устройств для зажима за-
готовки, автоматического изменения режимов резания, автоматиза-
ции смены инструмента и уборки стружки, практического отсутст-
вия контроля в процессе обработки, наличия устройств коррекции
и цифровой индикации положения инструмента сведены к миниму-
му затраты времени на холостые хода и вспомогательные движения
цикла. Важным направлением дальнейшего повышения производи-,
тельности оборудования является сокращение машинного времени.
Этот вывод следует из формулы (2). Если принять /ix.B = 0,2, то со-
кращение в 2 р^за времени рабочих ходов уменьшает цикловое
время тоже примерно в 2 раза, а сокращение в 2 раза времени хо-
лостых ходов и вспомогательных движений — только на 9%. Ма-
шинное время станков с ЧПУ может быть сокращено путем повы-
шения качества инструментальных материалов и снижения перио-
да экономической стойкости при интенсификации режимов резания.
4. ПОДБОР ДЕТАЛЕЙ
Станки с ЧПУ обладают высокими технологическими возможно-
стями, но опыт показывает, что при обработке одних деталей их
эффективность очень велика, а при обработке других — незначи-
тельна. Успех внедрения оборудования с числовым управлением
во многом зависит от правильного подбора деталей для обработки
на станках.
В общем случае трудоемкость обработки
T=CjBf (4)
где С — сложность обработки; В — технологические возможности используемого
оборудования (производительность оборудования).
Зависимость носит универсальный характер и справедлива для любого трудо-
вого процесса. Если С — вместимость, В — производительность насоса, то Т —
время, необходимое для заполнения емкости; если С — площадь поля, В — произ-
водительность трактора, то Т — время вспашки; если С — расстояние, В — ско-
рость транспорта, то Т — время перевозки, и т. д.
Сложность С характеризует объем выполняемой работы, тех-
нологические возможности В — производительность оборудования
при заданных качественных показателях продукции, трудоемкость
Т — время выполнения работы.
13
В-const
С=const
Рис. 4. Зависимость трудо-
емкости обработки от слож-
ности детали и технологиче-
ских возможностей оборудо-
вания:
а — в общем виде; б — при С—
— const; в — при В = const
Зависимость (4) графически может быть представлена поверх-
ностью трудоемкости обработки на рис. 4, а. При постоянной слож-
ности трудоемкость обратно пропорциональна технологическим
возможностям оборудования. Эта зависимость выражается гипер-
болой на рис. 4, б (пересечение поверхности трудоемкости и пло-
скости, параллельной координатной плоскости ВТ). Если одну и
ту же деталь обрабатывать на разных станках, то трудоемкость
уменьшается при увеличении технологических возможностей обору-
дования.
При постоянных технологических возможностях трудоемкость
прямо пропорциональна сложности обработки. Эта зависимость
выражается прямой на рис. 4, в (пересечение поверхности трудо-
емкости и плоскости, параллельной координатной плоскости СТ).
Если на одном станке обрабатывать разные детали, то трудоем-
кость увеличивается при возрастании сложности детали.
Технологические возможности характеризуют степень прогрес-
сивности оборудования, а критерием прогрессивности является про-
изводительность оборудования. Часто под технологическими воз-
можностями понимают степень универсальности оборудования —
способность выполнять различные виды работ. Величина В в фор-
муле (4) не включает понятие степени специализации оборудова-
ния. Следует согласиться, что все орудия труда в большей или
меньшей степени специализированы для выполнения работы опре-
деленного вида, абсолютно универсальных орудий труда не суще-
ствует. Но указанную степень специализации можно учитывать с
помощью отдельного коэффициента в формуле (4):
Т—С/аВ,
где а — коэффициент соответствия орудия труда выполняемой работе.
При правильном выборе а=1, при неправильном а< 1, что вы-
зывает повышение трудоемкости обработки. Далее рассматрива-
ется случай, когда а=1.
14
Затраты на обработку складываются из затрат живого и овеще-
ствленного труда. Первая составляющая затрат пропорциональна
трудоемкости обработки, вторая — затратам на приобретение тех-
нологического оборудования. Полагая, что более производительное
и совершенное оборудование всегда стоит дороже менее совершен-
ного, можнр записать, опуская коэффициенты пропорциональности,
3=Т4-В=С/В + В. (5)
Зависимость носит универсальный характер. Ручной труд тре-
бует минимальных затрат на оборудование, но чрезвычайно тру-
доемок. Технический прогресс заключается в том, что используют
все более производительное оборудование, при этом увеличивается
стоимость овеществленного труда и уменьшается стоимость живо-
го труда таким образом, что суммарная стоимость непрерывно
снижается.
Зависимость (5) при С=const показана на рис. 5 (верхняя кри-
вая). График показывает, что для каждой детали существует обо-
рудование с оптимальными технологическими возможностями.
Только при обработке на нем затраты будут минимальны. Исполь-
зование при обработке сложных деталей оборудования с низкими
технологическими возможностями требует больших затрат живого
труда (левая часть графика). Но обрабатывать простые деталцтта
оборудовании с высокими технологическими возможностями не-
эффективно из-за больших затрат овеществленного труда (правая
часть графика).
Оптимальные технологические возможности соответствуют ми-
нимальным затратам на обработку, т. е. должно быть обеспечено
оптимальное соответствие между сложностью обработки и оруди-
ем труда. Цель и средство должны соответствовать друг другу.
Отсюда возникают две проблемы: технологические возможности
автомата должны соответствовать сложности обработки деталей,
для которых этот автомат предназначен; сложность обработки де-
талей должна соответствовать технологическим возможностям
автомата.
Обе задачи тесно связаны, но каждая из них имеет самостоя-
тельное значение. Первая задача имеет важное значение на стадии
приобретения станков для предприятия и распределения получен-
ного оборудования между цехами и участками. Только обоснован-
ный анализ характера обработки деталей, специфичных для данно-
го производства, может дать ответ на то,
какие станки и сколько их необходимо пред-
приятию. На практике можно наблюдать
обратную картину: предприятие приобрета-
ет группу станков, а затем убеждается, что
загрузить их на полную мощность невоз-
можно.
Рис. 5. Затраты на обработку в зависимости от тех-
нологических возможностей оборудования
15
Вторая задача актуальна на стадии подбора деталей для об-
работки.
При переходе от станков с ручным управлением к станкам с
ЧПУ происходит значительное возрастание технологических воз-
можностей оборудования. Станки с ЧПУ имеют: а) высокую мощ-
ность главного привода (40—50 кВт); б) привод подачи с боль-
шими пределами регулирования или с бесступенчатым регулирова-
нием; в) высокую скорость холостых перемещений (10—15 м/мин);
г) инструментальные магазины и револьверные головки с автома-
тической сменой инструмента; д) системы числового управления
с числом управляемых координат 5 и более; е) широкие возможно-
сти для коррекции программы; ж) надежные системы автоматиче-
ского, стружкоудаления; з) высокую жесткость, точность и надеж-
ность; и) совмещение операций фрезерования, сверления, растачи-
вания и т. д. Согласно рис. 5 при обработке должна возрасти
сложность решаемых технологических задач. Игнорирование этого
требования является одной из основных причин низких технико-
экономических показателей эксплуатации станков с ЧПУ.
Рассмотрим для деталей типа тел вращения методику определе-
ния сложности обработки. Контур таких деталей образован отдель-
ными элементами простой геометрической формы; обычно это от-
резки прямых и дуги окружностей. Иногда встречаются элементы
более сложных кривых, но число таких деталей невелико.
Целесообразно ввести понятие конструктивной и технологиче-
ской сложности детали. Конструктивная сложность — это слож-
ность детали как геометрического тела вне зависимости от вида
обработки:
Ск=ап, (6)
где а — коэффициент пропорциональности; п — число основных поверхностей де-
тали.
-При определении п не следует учитывать фаскщ радиусы скруг-
ления, выточки и другие второстепенные элементы, которые не оп-
ределяют форму детали. При п= \ Ск = а, т. е. а — конструктивная
сложность детали с одним элементом контура. Поскольку для де-
талей типа тел вращения п^50, то выберем а = 0,02. Тогда конст-
руктивная сложность будет укладываться в пределах 0^C,.sC 1,0.
Деталь, показанная на рис. 6, а, содержит всего пять элементов,
она простая, и ее конструктивная сложность Ск = 0,1/деталь на
рис. 6, б является более сложной, она содержит 25 элементов, и ее
конструктивная сложность Ск<=0,5.
Технологическая сложность детали учитывает факторы, связан-
ные с обработкой детали. Ее критерием является трудоемкость ме-
ханической обработки. Технологическая сложность определяется
как произведение конструктивной сложности на определенное чис-
ло технологических коэффициентов:
(7)
где Кр, Уисп, Кт — коэффициенты, учитывающие соответственно размеры и
материал детали, использование материала заготовки, технологичность конструк-
ции.
Рис\6. Конструктивная сложность деталей
Для''нахождения Кр определяют раз-
мерный параметр Lo — величину, наибо-
лее полно Характеризующую размер де-
тали. Исследования, выполненные в
Уральском 'политехническом институте
им. С. М. Кирова, показали, что для де-
талей типа тел'-вращения размерным па-
раметром может\быть Ьо = Ь^О> где L —
длина детали, D -у ее диаметр. Тогда раз-
мерный коэффициент
КР---Д>/Д> »
где Lo' — базовое значение размерного параметра (например, Lo'= 1200 мм).
Трудоемкость обработки деталей одной и той же формы зависит
от их размеров; например, если обрабатывают два валика диамет-
ром 200 мм, один из которых имеет L = 1000 мм, а второй L =
= 2000 мм, то трудоемкость обработки во втором случае будет вы-
ше, и она при определении технологической сложности учитывает-
ся размерными коэффициентами (в первом случае Kv = 1,0, во вто-
ром Кр= 1,84).
Та же методика используется для определения коэффициента,
учитывающего влияние на технологическую сложность обрабаты-
ваемого материала,
’ч»
Ки=М0/М0,
где Л40 — параметр материала, от которого в наибольшей степени зависит трудо-
емкость обработки детали; Мо'—базовое значение параметра.
За базовый параметр принимают обрабатываемость, выражае-
мую уровнем скорости резания. Поскольку трудоемкость обратно
пропорциональна скорости резания, то
KM=V’O/V,
где V—скорость резания для выбранного материала; V,/—базовое значение ско-
рости при обработке материала, который является для машиностроения наиболее
типичным (например, углеродистая сталь).
Коэффициент Км для некоторых материалов приведен в табл. 2.
Для каждого материала коэффициент выбирают дифференцирован-
но в зависимости от исходной твердости.
Технологический коэффициент использования материала КПСП-
Трудоемкость обработки зависит от вида заготовки и припуска на
обработку. Как известно, в машиностроении применяют коэффици-
ент использования материала
Ки = Лгет/Рзаг,
(8)
где Рдет — масса детали; — масса заготовки.
17
2. Коэффициент К»,
Материал Марка Твердость НВ /С м
Сталь:
качественная 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 45, 50, 156 1,0
60, 65, 60Г, 65Г, 70Г 156—179 1,1
179—229 1,43
хромистая 15Х, 15ХА, 20Х, ЗОХ, 35Х, 38ХА, 229—269 .1,66
40Х, 45Х, 50Х 269—321 2,0
хромоникелевая 20ХН, 40ХН, 45ХН, 50ХН, 179—229 1,43
12ХН2, Г2ХНЗА, 20ХНЗА, ЗОХНЗ, 37XH3A, 12Х2Н2, 12Х2Н4, 12Х2Н4А, 20Х2Н4, 20Х2Н4А 229—269 1,66
хромомарганцовая 15ХГ, 20ХГ, 35ХГ2, 25ХГТ, ЗОХГТ, '20ХГР, 27ХГР, 35ХГФ, 25ХГМ 179—229 1,43
хромокремнистая ЗЗХС, 38ХС, 40ХС 229—269 1,66
хромованадиевая 15ХФ, 20ХФ, 40ХФА 179—229 1,43
229—302 1,66
инструментальная У7А, У8А, У8ГА, У9А, У10А, 179—269 1,1
углеродистая УНА, У12А, У13А
инструментальная 9ХФ, ХВ5, 9ХВГ, ХВГ, ХВСГ, *229—269 1,6
легированная Х06, Х05, ХВ, 35ХФ, 9ХС, ХГС, 6ХГС, 6ХВГ, 6ХВ2С 269—321 !2i,0
быстрорежущая Р18, Р9, Р18Ф2, Р12, Р18К5Ф2 Р9К5, Р9КЮ, Р14Ф4, Р9Ф5, Р10К5Ф5 217—269 1,66
Чугун серый 143—207 1,9
163—229 2,3
СЧ10—СЧ45 179—241 2,5
235—295 3,0
Алюминиевые литейные АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛ 10В, АЛ 18В 10—20 0,4
сплавы 20—30 0,5
Дюралюминий Д1, Д6, Д16, Д18, Д19 20—30 0,33
30—40 0,4
40—50 0,5
18
Этот коэффициент не может быть использован в формуле (7) по
следующим причинам: а) при улучшении использования материала
заготовки технологическая сложность должна уменьшаться, а коэф-
фициент Хи при этом возрастает, поэтому следует использовать со-
отношение 4—Ка; б) при определении Лисп должны быть сохране-
ны те же методологические основы, какие применялись при нахож-
дении /<Р и для чего следует определить базовое значение ко-
эффициента и бтношение текущего значения к базовому; в) припуск
влияет только на черновую обработку; полагая, что полная тру-
доемкость равна единице и на черновую обработку приходится 0,6,
а на чистовую — 0,4 общей трудоемкости, получим
Kacn=[(l-Kjl(l-K'J\ о,6 + 0,4,
где Ки — коэффициент использования материала для данной операции; Кп' —
средний коэффициент использования материала в машиностроении (К/= 0,7).
Значения Касп в зависимости от коэффициента использования
металла даны ниже:
Ки.......... 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,95
КиСП . ... 2,2 2,0 1,8 1,6 -1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,42
Технологичностью машины или ее частей называют соответст-
вие конструкции требованиям производства. Конструкция объекта'1
производства тем технологичнее, чем она проще и дешевле в изго-
товлении. Критериями технологичности конструкции являются тру-
доемкость и себестоимость изготовления.
При определении конструктивной сложности мы полагали, что
сложность всех элементов контура одинакова, хотя у элементов
контура она разная. Обработка внутренних поверхностей сложнее,
чем наружных, криволинейных, конических и резьбовых поверхно-
стей сложнее, чем цилиндрических, и т. д. Казалось бы, правильно
каждой поверхности в зависимости от ее сложности присвоить от-
носительный вес а, и выражать конструктивную сложность как сум-
му весов элементов контура:
Ск — 0,02 (aj + а2+... + ая). (9)
Но при этом было бы нарушено основное условие определения
конструктивной сложности — рассматривать деталь как геометри-
ческое тело независимо от способа обработки. Критерием для оп-
ределения весов ctj могла быть только относительная трудоемкость
обработки отдельных элементов контура, а последняя в значитель-
ной степени определяется выбранным способом обработки. Поэто-
му будет более правильно определять конструктивную сложность
по формуле (6), а сложность отдельных элементов контура учиты-
вать коэффициентом Л’т. Помножив и разделив выражение (9) на
п, получим
где
ск=сЛт,
A\ = (ai + «2+ •••+«„) и-1.
19
Здесь а, — относительный вес обработки отдельных элементов кон-
тура с учетом способа обработки.
Сложность обработки. Технологическая сложность характеризу-
ет общий объем работы, связанный с изготовлением изделия, но на
каждой операции будет выполняться только часть общего объема.
Поэтому сложность обработки С~С-гКЛ1Кв, где Ка и ЛТ— соответст-
венно коэффициенты полноты и вида обработки.
Коэффициент вида обработки /Св=1, если одновременно произ-
водятся черновая и чистовая обработки. Если на данной операции
выполняется только чистовая обработка /Св = 0,4, если только черно-
вая, Лв = 0,6.
Коэффициент полноты обработки' показывает, какая часть об-
щего объема обработки выполняется на данной операции:
=«!/«,
где «1 — число основных поверхностей детали, обрабатываемых на данной опе-
рации.
Если провести подстановки, то получим (при Кв=1)
С=0,02й1Кр/См/СиС!1Кт.
Изложенная методика дает возможность определить, критерий
сложности обработки деталей на станке. На ряде машиностроитель-
ных предприятий было проведено исследование сложности обра-
ботки на токарных станках с ЧПУ. Результаты исследования пока-
зали, что сложность обработки обычно невелика, что снижает эф-
фективность использования станков.
5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ
— Проектирование технологических процессов' является важной
частью технологической подготовки производства. Трудоемкость
проектирования в серийном производстве составляет 40—50% тру-
доемкости технической подготовки производства. Исходным объек-
том механической обработки является заготовка, конечным про-
дуктом обработки — готовая деталь, соответствующая требованиям
рабочего чертежа и технических условий. Технологическим процес-
сом обработки детали называется совокупность операций, необхо-
димая для превращения заготовки в готовую деталь. Технологиче-
ской операцией называется часть технологического процесса обра-
ботки одной детали, выполняемая на одном рабочем месте.
Технологическая операция является основной единицей при про-
изводственном планировании и учете и основой при определении
трудоемкости изготовления изделия, требующегося числа рабочих,
оборудования, приспособлений и инструментов, себестоимости об-
работки, календарного планирования производства и контроля ка-
чества и сроков выполнения работы.
Разработка технологических процессов в соответствии с ГОСТ
14.301—73 включает: 1) выбор заготовки; 2) выбор технологических
20
баз; 3) подбор типового технологического процесса; 4) определе-
ние последовательности и содержания технологических операций;
5) определение, выбор и заказ новых средств технологического ос-
нащения (в том числе средств контроля и испытания); 6) выбор
режимов обработки; 7) нормирование процесса; 8) определение
профессии и квалификации исполнителей; 9) организацию произ-
водственных участков; 10) выбор средств механизации и автома-
зации элементов технологических процессов и внутрицеховых
средств транспортирования; 11) составление планировок производ-
ственных участков и разработку операций перемещения изделия и
отходов; 12) оформление рабочей документации.
Основным технологическим документом является маршрутная
карта, полностью и однозначно определяющая процесс изготовле-
ния изделия. Этот документ составляют обязательно на опытную
партию, установочную серию и на установившееся серийное или
массовое производство. Согласно ГОСТ 3.1105—74 маршрутная
карта содержит перечень операций в порядке их следования. По
каждой операции указывают станок, на котором она выполняется,
режущий и измерительный инструмент, приспособление, норму
штучного времени, другие материальные и трудовые нормативы.
Операционной картой называют документ, содержащий описа-
ние операций технологического процесса с указанием необходимого
числа установок и переходов по каждой операции. Согласно ГОСТ
3.1418—74 операционная карта для станков с ЧПУ содержит наи-
менование операций, модель станка, тип системы ЧПУ, номер про-
граммы, координаты всех опорных точек с указанием по каждому
переходу режимов резания, номера корректора и технологических
команд.
Исходными данными для разработки технологического процес-
са являются рабочий чертеж детали, производственная программа
и сведения об оборудовании. Проектируемый процесс при заданном
масштабе производства должен обеспечить выполнение всех требо-
ваний рабочего чертежа при наименьшей себестоимости обработки.
Задача проектирования технологических процессов имеет мно-
говариантность решений. Даже для простых деталей можно разра-
ботать несколько вариантов технологического процесса, обеспечи-
вающих выполнение требований рабочего чертежа и технических
условий. Процесс обработки определенной детали, оптимальный
для одних условий, не годится для других. Однако существуют
общие принципы, которыми следует руководствоваться при разра-
ботке процесса обработки:
1) в первую очередь обрабатывают поверхности, которые при-
нимают за базы при последующей обработке;
2) остальные поверхности обрабатывают в последовательности,
обратной степени их точности (чем точнее должна быть обработа-
на поверхность, тем позже ее следует обрабатывать); обработка
каждой последующей поверхности из-за перераспределения внут-
ренних напряжений вызывает искажение ранее обработанной по-
верхности;
2)
3) последними обрабатывают поверхности, которые являются
наиболее точными и имеют наибольшее значение для работы дета-
ли, например легко повреждаемые поверхности (резьб и др.);
4) должен соблюдаться принцип единства баз;
5) операции, где существует вероятность брака из-за дефектов
в материале или сложности механической обработки, выполняются
в начале процесса;
6) процесс целесообразно делить на три стадии: черновую, чис-
товую и отделочную обработки.
Назначением черновой обработки является удаление припуска
на обработку. При этом возникают большие силы резания, темпера-
турные и упругие деформации системы СПИД, значительный износ
инструмента. Поэтому черновая обработка не обеспечивает высо-
кой точности детали.
Назначением чистовой обработки является получение заданных
точности детали и параметра шероховатости. При необходимости
между черновой и чистовой обработкой могут быть получистовые
операции, или проходы.
Назначением отделочной обработки является получение особо
высокой точности. Для этого применяют операции, которые получи-
z ли название отделочных: точное или алмазное точение и растачи-
вание, хонингование, притирка, суперфиниш, полирование и др.
Все перечисленные принципы будут справедливы также при
обработке деталей на станках с ЧПУ; но при этом должны быть
учтены дополнительные требования.
Главное требование заключается в том, что все технологиче-
ские решения должны быть тщательно обоснованы и проработаны
с высокой степенью детализации. Изменяется основное назначение
технологических документов. На станках с ручным управлением
технологические документы предназначены в основном для рабоче-
го, обслуживающего станок. Руководствуясь ими, рабочий управ-
ляет процессом обработки. Если рекомендации устарели и не учи-
тывают изменившейся производственной обстановки (другие обо-
рудование, инструмент, оснастка, изменившийся припуск и др.), то
необходимые коррективы в процесс вносит сам рабочий. Таким об-
разом, технологическая информация преобразуется и совершенст-
вуется рабочим, обслуживающим станок. Если процесс разрабаты-
вается для станков с ЧПУ, то технологические документы предназ-
начены в основном для программиста. В этом случае разработка
процесса — этап программирования. Все данные кодируют и запи-
сывают на программоноситель.
Возможности рабочего по корректированию программы в этом
случае невелики. Вместе с тем существует этап программирования,
связанный с отладкой, внедрением программы и осуществляемый
непосредственно на станке. Назначение этапа — устранение ошибок
программирования с учетом технических характеристик конкретно-
го оборудования. Одна из главных задач программирования заклю-
чается в том, чтобы максимально сократить трудоемкость отладки
22
и внедрения, а это обеспечивается тщательной отработкой всех при-
нимаемых технологических решений.
Вторая особенность — высокая концентрация обработки на од-
ной операции. Числовая форма представления управляющей ин-
формации и запись ее на перфоленте позволяют реализовать мно-
гоходовые циклы обработки продолжительностью в десятки часов,
сложные траектории движения рабочего органа и обрабатывать
сложные поверхности.
Не всегда удается сократить процесс до одной операции. В об-
щем случае следует рассматривать процесс, состоящий из обработ-
ки: до использования станка с ЧПУ, на станке с ЧПУ и после стан-
ка с ЧПУ.
Первая часть процесса связана с подготовкой технологических
баз, заключительная — с выполнением операций, которые не могут
быть произведены на станке с ЧПУ (нарезание зубьев, шлифование,
отделочные виды обработки и др.).
Целесообразно ввести понятие о коэффициенте концентрации
обработки как отношении сложности обработки и технологической
сложности: Кк = С/Ст. При подстановке значений С и Ст получим
Kk = ^CiJCb. Коэффициент концентрации обработки равен произведе-
нию коэффициентов полноты и вида обработки.
При разработке операционной технологии для станков с ЧПУ
характерна высокая степень детализации технологического процес-
са. Степень детализации разработки процесса при обычной обра-
ботке зависит от объема выпуска деталей. Наиболее подробно раз-
рабатывается процесс для массового производства. При массовом
выпуске деталей даже небольшое усовершенствование технологии
дает значительный технико-экономический эффект. Это заставляет
тщательно анализировать все принимаемые решения, проводить не-
обходимые расчеты, сопоставление эффективности различных ва-
риантов и т. д. В мелкосерийном и единичном производстве столь
подробной разработки технологии не требуется.
При разработке процесса для станков с ЧПУ требуется очень
тщательная и детальная разработка технологического процесса.
Это вытекает из самой сути числового управления. Станок с ЧПУ
автоматически совершает сложные движения, но он делает то, что
заранее вычислено прогаммистом и записано на перфоленте. Что-
бы составить хорошую программу, нужно определить траекторию
движения инструмента и опорные точки, вычислить режимы реза-
ния, тщательно продумать возможности оборудования и инстру-
мента, структуру операции. Только в этом случае обработка будет
эффективной. Для обеспечения стабильности процесса при разра-
ботке технологии должны быть предъявлены более высокие требо-
вания к заготовкам, основному и вспомогательному инструменту,
приспособлениям.
6. ВЫБОР ЗАГОТОВОК
Правильный выбор заготовки во многом определяет эффектив-
ность процесса обработки и стоимость детали. В машиностроении
23
получили распространение в основном отливки, поковки и штампо-
ванные заготовки листовой и сортовой прокат, сварные конструк-
ции.
Различают общие и межоперационные припуски заготовок. Под
общим понимают припуск, снимаемый с обрабатываемой поверх-
ности в течение всего процесса обработки от размера заготовки до
размера готовой детали. Межоперационным называют припуск,
удаляемый при выполнении отдельной операции.
Расчетно-аналитический метод определения припусков заклю-
чается в том, чтобы при снятии промежуточного припуска устраня-
лись погрешности: а) обработки и дефекты поверхностного слоя
предшествующего технологического перехода; б) установки обра-
батываемой заготовки, возникающие на текущем технологическом
переходе.
К дефектам поверхпостного слоя относят параметр шерохова-
тости Rz предыдущего перехода и наклеп, полученный при преды-
дущей обработке.
Выбор вида заготовки и припуска зависит от условий работы и
размеров детали, ее материала, типа производства, возможностей
получения заготовок по кооперации и т. д.
К заготовкам предъявляют следующие требования: а) они долж-
ны иметь минимальный и равномерный припуск; б) должна быть
обеспечена оптимальная точность заготовок в партии; в) должна
быть обеспечена требуемая обрабатываемость материала; г) обес-
печено удовлетворительное состояние поверхности заготовок.
Чем меньше общий припуск, тем дороже заготовка, но тем
проще и дешевле ее последующая обработка. Наоборот, при боль-
ших припусках заготовка будет дешевой, но усложняется и удоро-
жается ее последующая обработка. Эти требования будут справед-
л’йвы для любой обработки, но особое значение они приобретают
для станков с ЧПУ. Необходимость обеспечения стабильности про-
цесса резания и высокой надежности функционирования системы
СПИД заставляет предъявить к заготовкам для станков с ЧПУ
более -высокие требования по сравнению с универсальными стан-
ками.
Обрабатываемость материала зависит от его химического со-
става и термообработки. Это можно использовать для облегчения
обработки заготовок.
Для изготовления неответственных деталей на станках-автома-
тах используют автоматные стали, в которых допускается повы-
шенное содержание серы и фосфора. Они обладают меньшей вяз-
костью, стружка хорошо ломается, обработанная поверхность по-
лучается чистой и ровной, при обработке допускается высокая ско-
рость резания. Марки автоматных сталей: А12, А20, АЗО, А40Г и др.
Автоматные стали маркируют буквой А, цифры указывают среднее
содержание углерода в сотых долях процента. Эти стали не подвер-
гают термической обработке. Добавка свинца (0,25%) также улуч-
шает обрабатываемость.
24
Термическая обработка представляет собой совокупность опе-
раций нагрева, выдержки и охлаждения, проводимых в определен-
ной последовательности с целью изменения внутреннего строения
сплава и получения нужных свойств. Обрабатываемость заготовок
может быть улучшена при помощи отжига. Эта операция имеет
много разновидностей. Особенностью отжига является медленное
охлаждение, при котором происходит выравнивание структуры ма-
териала, снятие внутренних напряжений, перекристаллизация
структуры, что улучшает обрабатываемость заготовок для станков
с ЧПУ.
Для получения минимального припуска необходимо использо-
вать прогрессивные способы получения заготовок. Для литых заго-
товок это литье: а) в кокиль, в) в оболочковые формы, в) по вы-
плавляемым моделям, г) центробежное, д) под давлением, е) ва-
куумным всасыванием, ж) в магнитные формы и др.
Замена ковки штамповкой позволяет существенно снизить при-
пуски на обработку, эта же цель будет достигнута, если использо-
вать экономичные профили проката, применить периодический
прокат, использовать сварные соединения вместо литых, кованых
и штампованных. По данным станкостроения, замена литых заго-
товок сварными позволяет уменьшить вес деталей на 15—20% и
снизить трудоемкость их обработки на 20—25%. Но внедрение про”
грессивных способов получения заготовок всегда ведет к их удо-
рожанию.
При больших припусках заготовок для станков с ЧПУ может
быть рекомендована их предварительная обдирка на обычных стан-
ках. Особенно это касается заготовок с необработанной поверх-
ностью (окалиной, отбеленными участками, остатками на поверх-
ности формовочной смеси) и большим неравномерным припуском.
Какие заготовки следует подвергать предварительной обработ-
ке, решают с учетом конкретной производственной обстаповки. Вве-
дение дополнительной операции снижает концентрацию обработки
и тем самым, казалось бы, снижает эффективность обработки, но
снятие излишнего припуска (обдирка)—простая операция, не
требующая высокой точности, поэтому нецелесообразно дорогой и
весьма совершенный станок с ЧПУ загружать такой работой; ис-
пользование станка с ЧПУ в условиях тяжелой обработки с нерав-
номерным^ припуском при наличии абразивной пыли и твердых от-
ходов вызовет быстрое изнашивание его механизмов, он быстро
потеряет свою точность, все это относится также к режущему инст-
рументу и приспособлениям.
Особое значение при подготовке заготовок для станков с ЧПУ
приобретает выверка заготовок. Припуск на поверхности заготовки
должен быть расположен равномерно, так как неравномерный при-
пуск вызывает изменение площади сечения среза, сил резания,
упругих деформаций элементов системы СПИД и понижение ста-
бильности процесса резания и надежности системы. Неравномер-
ный припуск более нежелательное явление, чем припуск увеличен-
ный, ибо если в последнем случае это связано только с увеличени-
25
Рис. 7. Выверка заготовки:
а — правильная; б, в — неправильная
ем трудоемкости обработки, то неравномерный припуск снижает
надежность процесса обработки, ведет к выкрашиванию твердо-
сплавного инструмента, браку детали или поломкам станка.
Равномерному распределению припуска способствует операция
выверки заготовки, которая предшествует образованию технологи-
ческих баз. Поясним сказанное: пусть требуется обработать заго-
товку, показанную на рис. 7, а; указанный припуск будет располо-
жен равномерно только при правильном расположении центровых
отверстий; на рис. 7, б, в показаны погрешности расположения цент-
ровых отверстий, которые ведут к неравномерному расположению
припуска (или браку детали).
7. ПОНЯТИЕ О БАЗАХ И ИХ ВЫБОР
Принятый способ установки детали должен обеспечить точное
положение ее относительно рабочих органов станка. Это связано с
правильным выбором баз. Базой называют совокупность поверхно-
стей, по отношению к которым ориентируют все другие поверхно-
сти при работе детали в машине или при обработке детали на стан-
ке. Различают конструкторские, технологические и измерительные
базы.
Конструкторские базы — поверхности, ориентирующие положе-
ние- детали при ее работе в конструкции, технологические — при
обработке, измерительные — при измерении.
Тело, ничем не ограниченное в своем перемещении, имеет шесть
степеней свободы — поступательное перемещение по трем взаимно
перпендикулярным координатным осям и вращение вокруг этих
осей. Взаимодействие с другими телами накладывает ограничения
на движение тела, и оно теряет определенное число степеней сво-
боды.
Шар, лежащий на плоскости, контактирует с ней в одной точке
и теряет одну степень свободы (рис. 8, а). Цилиндрическая деталь,
лежащая на плоскости, контактирует с ней по линии. Положение
линии задается двумя точками, отсюда тело теряет две степени
свободы (рис. 8, б). Призматическая деталь, лежащая на плоско-
сти, контактирует с ней по плоскости. Положение плоскости задает-
ся тремя точками, тело теряет три степени свободы (рис. 8, в).
Если в предыдущем примере призматическое тело дополнительно
взаимодействует с цилиндрическими направляющими, то оно теряет
26
пять степеней свободы, так как остается только поступательное
перемещение вдоль направляющих (рис. 8, г). Если ограничить
перемещение вдоль направляющих точечным упором, то тело будет
неподвижным, поскольку потеряет все шесть степеней свободы (рис.
8, д). Различают неподвижные и подвижные детали машин. Чтобы
деталь была неподвижной, ее при сборке лишают шести степеней
свободы. Чтобы обеспечить подвижность детали, ей оставляют, как
правило, одну степень свободы (шестерня вращается вокруг оси,
ползун совершает возвратно-поступательное движение вдоль одной
оси, и т. д.). При обработке деталь должна быть неподвижна, для
чего ее нужно лишить всех шести степеней свободы (рис. 8, е). Те
поверхности детали, которые определяют ее положение на столе
станка или в приспособлении, и называются ее базами.
При назначении технологических баз для обработки заготовок
следует руководствоваться принципом единства баз, который за-
ключается в том, что в качестве технологических баз целесообразно
выбрать те поверхности, которые являются конструкторскими и из-
мерительными базами детали. А далее при операциях механической
обработки ее базы не должны меняться. Указанный принцип не
всегда может быть реализован. Приведем два примера. Как изве-
стно, валы устанавливают в подшипники, следовательно, конструк-
торскими базами валов являются шейки вала под подшипники. Но
чтобы обработать эти шейки, вал устанавливают в центровые от-
верстия — технологические базы. При обработке корпусов часто
базами являются одна плоскость корпуса и два установочных от-
верстия в этой плоскости. Но чтобы указанные базы обработать,
Рис. 8. Базирование заготовок:
а — тело лишено одной степени свободы; б— двух степеней; в — трех; г — пяти; д, е,—
шести
27
3. Условное обозначение опор и зажимов
Наименование Условное обозначение Наименование Условное обозначение
вид сбоку вид сверху ВИД сбоку вид сверху
Опора неподвижная jv Патрон кулач- ковый, оправки разжимные
Штыри, пальцы пластины Опоры: А Патроны: поводковый J
регулируемая -ф- пневматиче- ский
призматиче- ская Люнеты: V 1 1 гидравличес- кий
неподвижный V —
подвижный Ч/" Оправки: цилиндричес- кая
Центры:
гладкий —
коническая Vk Vk
рифленый — Зажимы:
вращающийся — одиночный (механичес- кий) 1 О
плавающий — сблокирован- ный двойной магнитный п
обратный — и электромаг- нитный $ Е]
28
Рис. 9. Установка деталей на станках:
— в патроне; б — в патроне ,и заднем центре; в — в центрах; г—в патроне, заднем центре
и люнете; д — на оправке; е — прихватами; ж— на призме
первоначально деталь устанавливают по некоторым другим необ-
работанным базам.
В табл. 3 приведены условные обозначения опор и зажимных
элементов по ГОСТ 3.1107—73, а на рис. 9 — примеры сокращен-
ных условных изображений некоторых способов установки дета-
лей: в трехкулачковом патроне с упором по торцу (рис. 9, а); в
29
патроне с упором по торцу и заднем центре (рис. 9, б); в центрах
с поводковым патроном (рис. 9, в); в патроне с упором по торцу,
заднем центре и подвижном люнете (рис. 9, г); на разжимной оп-
равке с упором по торцу (рис. 9, б); с помощью двух прихватов
(рис. 9, е); с помощью призмы (рис. 9, ж).
8. ВЫБОР РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
Важным этапом технологического процесса является определе-
ние режимов резания. Работа станка с ЧПУ не может быть успеш-
ной, если имеются ошибки в выборе режимов резания. Несмотря
на кажущуюся простоту вопроса, он до сих пор для станков с ЧПУ
не нашел своего полного решения. При обработке деталей на стан-
ках с ЧПУ, в основном сохраняется методика, разработанная для
обычных станков, но имеются вместе с тем особенности.
Объем металла, снимаемого в единицу времени,
V = tsv,
где v — скорость резания; s — иодача; t — глубина резания.
Увеличивать производительность процесса можно за счет лю-
бого из элементов, но они по-разному влияют на интенсивность из-
нашивания и стойкость инструмента. Наиболее интенсивно влияет
на изнашивание скорость резания, слабее — подача и еще мень-
ше— глубина резания. Изнашивание зависит от температуры реза-
ния: чем она выше, тем быстрее изнашивается инструмент. При
увеличении ширины среза одновременно возрастает длина режущей
кромки, участвующая в резании. Интенсивность нагрузки каждого
участка кромки изменяется незначительно. При увеличении толщи-
ны среза нагрузка на инструмент возрастает, но при этом уменьша-
ется~усадка стружки. Интенсивность изнашивания ^возрастает бо-
лее значительно, чем при увеличении глубины резания. При увели-
чении скорости площадь контакта между инструментом и стружкой
меняется незначительно, вместе с тем пропорционально скорости
возрастает работа резания в единицу времени.
Вся энергия превращается в тепло, которое, выделяясь в зоне
резания, вызывает повышение температуры и увеличение изнаши-
вания инструмента. Поэтому режимы резания выбирают в такой
последовательности: 1) глубина резания, 2) подача, 3) скорость
резания.
Выбор глубины резания. В каждом случае выбирают макси-
мально возможную глубину резания, которая ограничена припу-
ском на обработку. Если для обработки какой-либо поверхности
предусмотрено два или три прохода (например, черновой, получис-
товой и чистовой), то общий припуск делят на три части, каждую
из которых стремятся снять за один проход. От глубины резания
зависят ширина среза и длина рабочей части режущей кромки.
Выбор подачи. При черновой обработке ограничением при выбо-
ре подачи является допустимая сила резания, а при чистовой обра-
ботке — допустимый параметр шероховатости поверхности. Эмпи-
30
рическая формула для определения тангенциальной составляющей
силы резания
Рг = Ср№, (10)
где Ср —экспериментальный коэффициент,
териала.
зависящий от обрабатываемого ма-
Если выбрана глубина, то выбор подачи определяет площадь
сечения среза, следовательно, силу резания. Увеличение силы ре-
зания ограничивается прочностью станка, инструмента и детали,
мощностью привода станка, а также предельно допустимой упру-
гой деформацией и виброустойчивостью элементов системы СПИД.
Если не ограничивать силу резания, то она может быть столь
большой, что вызовет поломку станка или инструмента, или мощ-
ности привода станка окажется недостаточно, чтобы осуществить
обработку, или упругие деформации окажутся столь большими, что
при обработке вместо цилиндрической поверхности будет поверх-
ность коническая, бочкообразная, и т. д.
При чистовой обработке подачу ограничивает допустимый пара-
метр шероховатости поверхности, который прямо пропорционален
подаче и обратно пропорционален радиусу закругления вершины
резца. Технологический процесс нужно строить таким образом, что-
бы обеспечить необходимую шероховатость поверхности.
Выбор скорости резания. При выбранных глубине резания и
подаче задают такую скорость резания, которая обеспечивала бы
оптимальную стойкость инструмента. При резании различают из-
нашивание по задней и передней граням.
Изнашивание по задней грани возникает из-за трения между
ней и обрабатываемой поверхностью, а критерием изнашивания яв-
ляется ширина площади изнашивания h3. Изнашивание по передней
грани возникает из-за трения между стружкой и передней гранью,
а критерием изнашивания является диаметр лунки. Изнашивание
по задней грани возникает при чистовой обработке, по передней —
при черновой. Часто имеет место изнашивание по передней и зад-
ней граням одновременно. В каждом случае можно установить
допустимое значение износа, при достижении которого инструмент
подлежит переточке. Стойкостью инструмента называется период
времени между переточками.
Типовая зависимость изнашивания по задней грани от времени
обработки показана на рис. 10, а. Кривые имеют три участка изна-
шивания: начальный, установившийся и катастрофический. С уве-
личением скорости резания интенсивность изнашивания инструмен-
та возрастает. На графике кривая щ соответствует минимальной
скорости, а кривая и5 — максимальной. Если установить в качестве
критерия изнашивания h3*, то период стойкости инструмента будет
различным для разных скоростей резания. При Vi резец до затуп-
ления будет работать время Т\, при о2 — время Т2 и т. д. Зависи-
мость скорости резания от стойкости показана на рис. 10, б. С уве-
личением скорости стойкость быстро снижается. Если тот же гра-
31
Рис. 10. Зависимость скорости резания от стойкости инструмента:
а — график изнашивания; обычные (о) и логарифмические (в) координаты
фик построить в логарифмических координатах, то все опытные
точки будут расположены на прямой (рис. 10, в):
lgv=C — m\gT,
где т — тангенс угла наклона к оси абсцисс.
Это дает возможность выразить зависимость аналитически в
виде степенной функции:
v — C/Tm, (И)
где С — постоянный коэффициент; т — показатель относительной стойкости,
Показатель относительной стойкости характеризует степень из-
менения стойкости резца с изменением скорости резания. Он зави-
сит от материала детали и инструмента, режимов резания, геомет-
рии инструмента, вида обработки. Формула (11) дает возможность
определить скорость резания при заданной стойкости.
Важным является вопрос о правильном выборе стойкости ин-
струмента. Очень высокая и очень низкая стойкости нежелатель-
ны. Для получения высокой стойкости снижают скорость, что
уменьшает производительность обработки. При низкой стойкости
производят частную смену инструмента, которая требует затрат
времени, что также снижает производительность. Максимальная
производительность будет достигнута при оптимальной стойкости.
Эта стойкость зависит от времени смены инструмента (См и назы-
вается стойкостью максимальной производительности:
Г=(т-1-1)/см. (12)
Если принять, что при токарной обработке стали твердосплав-
ным инструментом т = 0,2, а (См=15 мин, то период стойкости
Г = 60 мин. Такая стойкость считается оптимальной при обработке
деталей на токарных станках с ручным управлением. Если взять
более сложный инструмент, то у него увеличивается (См и возраста-
ет значение стойкости.
При назначении режимов резания необходимо учитывать не
только производительность обработки, но и ее себестоимость. Нуж-
32
но учитывать не только затраты живого труда, но и затраты труда,
овеществленного в оборудовании, инструменте, материалах, топли-
ве, энергии и др. Поэтому формула (12) нуждается в уточнении:
Г=(1/щ-1) + + (13)
где Qt — затраты, связанные с работой инструмента в течение одного периода
стойкости, коп; QH — затраты, связанные с подготовкой инструмента; Е — стои-
мость работы одной станко-минуты станка, включая заработную плату рабочего
с начислениями.
Стойкость, полученная по формуле (13), называется экономиче-
ской стойкостью.
Перейдем теперь к особенностям выбора режимов резания для
станков с ЧПУ (рис. 11). При этом должны быть учтены хрупкое
разрушение твердосплавного инструмента, экономическая стойкость
инструмента по сравнению с обычными станками и стабильность
режимов резания.
Хрупкое разрушение. Твердосплавный инструмент выходит из
строя из-за изнашивания или хрупкого разрушения. ’Классическая
теория выбора режимов резания хрупкое разрушение не рассмат-
ривает. Имеется в виду, что рабочий непрерывно наблюдает за
резанием и при выкрашивании инструмента отводит резец, чем
предотвращает нежелательные последствия хрупкого разрушения.
Станок с ЧПУ работает по полуавтоматическому циклу, а зона об-
Рис. 11. Режимы резания для станков с ЧПУ
2—1095
33
работки на токарных станках закрыта кожухом, поэтому выкраши-
вание резца может вести к браку детали и поломке станка. Практи-
ка показывает, что до 30—50% резцов выходят из строя вследствие
хрупкого разрушения. Процесс выкрашивания носит вероятностный
характер, точно никогда нельзя сказать, произойдет ли выкраши-
вание инструмента в той или иной конкретной ситуации, можно
только учитывать и предупреждать явления, которые повышают
вероятность выкрашивания.
Факторы, связанные с разрушением инструмента, можно разде-
лить на три группы: 1) качество твердосплавного инструмента
(марка материала, остаточные напряжения, микротрещины); 2) ве-
личина и характер нагружения пластины; 3) стабильность процес-
са обработки.
Любые дестабилизирующие факторы повышают вероятность
выкрашивания: неравномерный припуск, дефекты поверхности,
вибрации системы СПИД и т. д. Величина нагружения зависит в
основном от подачи, а характер нагружения — от геометрии инст-
румента. Пластина может работать на изгиб и на сжатие. Нагру-
жение на сжатие является менее опасным для хрупкого разруше-
ния инструмента.
Экономическая стойкость инструмента. Согласно формуле (13)
период экономической стойкости при обработке на станке с ЧПУ
может быть снижен. Возрастает стоимость станка, снижается стои-
мость инструмента (державка используется многократно). Снижа-
ется время смены инструмента (не требуется переточки, достаточно
повернуть многогранную пластину). Некоторые источники рекомен-
дуют экономическую стойкость 15—25 мин. Снижение стойкости
позволяет повысить режимы и, казалось бы, увеличить производи-
тельность обработки (рис. 10, б), но интенсификация режимов по-
вышает вероятность хрупкого разрушения. Устранение последствий
выкрашивания пластин требует значительных затрат времени, а
это снижает производительность. Если вероятность выкрашивания
инструмента является высокой, то интенсификация режимов реза-
ния недопустима, и не имеет смысла снижать экономическую стой-
кость инструмента.
Ниже будет показано, что при обработке криволинейной по-
верхности меняются в широких пределах толщина и ширина среза,
а также скорость резания (при постоянном числе оборотов детали).
Еще больше меняются режимы, если резец за один проход обраба-
тывает разные элементы контура детали с разными припуском и
условиями обработки. Поэтому производить выбор режимов нужно
для наиболее сложных участков контура детали.
Режимы резания для станков с ЧПУ выбирают в такой после-
довательности: 1) глубина резания, 2) подача, 3) период экономи-
ческой стойкости, 4) скорость резания.
При этом учитывают уровень технологического обеспечения,
под которым понимают создание условий, повышающих надежность
системы СПИД и стабильность процесса обработки: правильный
выбор и повышение качества заготовок, дробление стружки, обес-
34
печение равномерного припуска заготовок, высокое качество и
правильный выбор режущего инструмента, рациональное обслужи-
вание станка и т. д.
При выборе подачи кроме обычных проверок вводят поправку
на вероятность выкрашивания пластины:
s=sHks,
где sH — номинальная подача; ks— коэффициент уровня технологического обеспе-
чения.
При высоком уровне технологического обеспечения fes=l, при
его снижении Поэтому уменьшается подача, нагрузка на ре-
жущую кромку и вероятность выкрашивания.
Экономическая стойкость
где Та — номинальная экономическая стойкость, принятая для станков с ручным
управлением; Аг — коэффициент уровня технологического обеспечения для станков
с ЧПУ.
При высоком уровне обеспечения kT = 0,254-0,3, а Та' =
= 15-4-20 мин. При недостатках в технологическом обеспечении k?
возрастает и может быть больше единицы. Это заставляет умень-
шить режимы, но повышает вероятность безотказной работы, т. е.
достигается максимальная производительность обработки. После
этого выбирают скорость резания, обеспечивающую экономическую
стойкость.
ГЛАВА ВТОРАЯ
РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ СТАНКОВ С ЧПУ
1. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЖУЩЕМУ ИНСТРУМЕНТУ
Под инструментальной оснасткой понимают комплекс режуще-
го, измерительного и вспомогательного инструментов и приборов
настройки инструмента вне станка. Важной частью комплекса яв-
ляется режущий инструмент. Эффективность эксплуатации обору-
дования с ЧПУ может быть обеспечена при правильном выборе
режущего инструмента и рациональной организации его эксплуата-
ции. Как составная часть системы СПИД, инструмент оказывает
решающее воздействие на производительность и эффективность об-
работки.
Режущий инструмент должен обеспечивать высокие качество
изготовления детали и надежность обработки; высокую производи-
тельность обработки; дробление стружки; возможность быстрой и
автоматической замены инструмента; автоматическую размерную
настройку инструментальной системы; минимальный набор типо-
размеров для обработки определенной группы деталей.
•О* о-
• За
Режущий инструмент характеризуют тип, размеры, конструктив-
ные особенности, инструментальный материал, геометрия. По каж-
дому пункту характеристики инструмента должны удовлетворять
перечисленным выше требованиям.
2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Материалы должны обладать: твердостью, превосходящей твер-
дость обрабатываемого материала; достаточной прочностью, чтобы
не разрушаться и пластически не деформироваться под действием
сил резания; высокой теплостойкостью — способностью сохранять
режущие свойства при повышенной температуре; износостойкос-
тью— способностью сопротивляться износу в процессе резания.
Развитие машиностроения — это постоянное совершенствование
качества инструментальных материалов. Первым материалом для
изготовления инструмента была углеродистая инструментальная
сталь. Эта сталь имеет низкую теплостойкость: 200—250° С, а поэто-
му допускает обработку конструкционных сталей со скоростями не
выше 3—5 м/мин. Появление быстрорежущих сталей, а особенно
современного твердосплавного и минёралокерамйческого инстру-
мента повысило теплостойкость инструмента до 1000—1200° С и по-
зволило увеличить скорость резания в 100 раз и более. В настоя-
щее время 66% инструмента изготовляют из быстрорежущих ста-
лей; 32% из твердых сплавов и 2% из других материалов. Если оп-
ределить объем стружки, то твердосплавным инструментом снима-
ется 68% стружки, быстрорежущим инструментом — 28%, на долю
остального инструмента приходится 4%. Эти цифры показывают
высокую эффективность режущего инструмента из твердых сплавов,
получаемых методом порошковой металлургии. Процесс их изго-
товления содержит три этапа: приготовление порошкообразной
твердосплавной смеси, формование изделия, спекание изделия в
атмосфере водорода, углеводородов или вакууме. В зависимости от
состава карбидной фазы устанавливают три группы твердых спла-
вов: вольфрамовую ВК— однокарбидную, титано-вольфрамовую
ТК — двухкарбидную, и титано-тантало-вольфрамовую — ТТК—
трехкарбидную.
Сплавы группы ВК состоят из твердого раствора зерен карбида
вольфрама в кобальте. Наиболее распространенными марками яв-
ляются ВКЗ, ВК6, ВК8, ВК10. Цифра в конце обозначения — мас-
совая доля в процентах кобальта, остальное — карбид вольфрама.
Сплавы с размером зерен 3—5 мкм относят к крупнозернистым и
обозначают В (например, ВК8-В). Если размер зерен не превышает
0,5—1,5 мкм, то сплавы относят к мелкозернистым и обозначают М
(например, ВК6-М). Сплавы, имеющие в составе 70% зерен разме-
ром менее 1 мкм, являются особомелкозернистыми и обозначаются
ОМ (например, ВКЮ-ОМ). Чем больше в сплаве кобальта и круп-
нее зерно, тем выше прочность пластины, но ниже износостойкость
и наоборот. Наиболее прочный сплав ВК15, наименее прочный —
ВКЗ.
36
Сплавы группы ТК имеют структуру, состоящую из твердого
раствора зерен карбидов вольфрама и титана в кобальте (Т30К4,
Т15К6, Т5КД0). Цифра в конце обозначения — процентное содержа-
ние кобальта, цифра после Т — процентное содержание карбида ти-
тана, остальное—карбид вольфрама. Эти сплавы по сравнению с
группой ВК имеют более высокие теплостойкость и износостой-
кость, но более хрупки и менее прочны. Увеличение содержания ко-
бальта и зерен карбидных фаз повышает прочность, но снижает из-
носостойкость.
Сплавы группы ТТК занимают промежуточное положение, ус-
тупая сплавам ТК по теплостойкости, но превосходят их по проч-
ности. У марок ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К8 цифра в середине обозна-
чения— суммарное процентное содержание карбидов титана и тан-
тала.
В международной системе ИСО в зависимости от обрабатыва-
емого материала и вида стружки твердые сплавы делятся на груп-
пы: Р — для обработки вязких металлов, дающих сливную стружку
(сталь, стальное литье, ковкий чугун). К — для обработки хрупких
материалов, дающих стружку скалывания и надлома (чугун, зака-
ленная сталь, цветные металлы и сплавы, пластмассы, древесина);
М — промежуточная между двумя первыми.
Для обработки материалов группы Р применяют сплавы груп-
пы ТК и некоторые марки ТТК. Для обработки материалов груп-
пы М применяют сплавы группы ТТК, а также ВК6-ОМ, ВК6-М,
ВКЮ-ОМ, ВКЮ-М. Для обработки материалов группы К применя-
ют сплавы группы ВК.
Дальнейшее совершенствование твердосплавных материалов
происходит по двум направлениям: продолжаются поиски новых
твердосплавных материалов; качество инструмента повышают за
счет покрытий. Новой группой твердых сплавов являются безволь-
фрамовые сплавы, в которых карбид вольфрама заменен карбидом
титана, а в качестве связки используется никель и молибден
(ТН-20, ТН-30). Цифра в конце обозначения — суммарное процент-
ное содержание никеля и молибдена, остальное — карбид титана.
Сплав КНТ-16 содержит 74% карбонитрида титана, 19,5% никеля
и 6,5% молибдена. Эти сплавы по сравнению с вольфрамовыми об-
ладают более низкой прочностью, но показывают хорошие резуль-
таты при получистовой обработке вязких металлов, конструкцион-
ных низколегированных сталей, меди, никеля и др.
Большие надежды связывают с использованием покрытий для
улучшения качества инструмента. Любой твердый сплав — компо-
зиционный материал, содержащий два основных компонента. Кар-
биды сообщают материалу высокую твердость и хрупкость. Плас-
тина, изготовленная из одних карбидов, имела бы высокую износо-
стойкость, но и высокую хрупкость. Второй компонент — связка —
сообщает пластине прочность, но снижает при этом износостой-
кость (рис. 12). Правильный выбор марки сплава заключается в
том, чтобы в конкретных условиях обработки выбрать оптимальное
соотношение между износостойкостью и прочностью инструмента.
37
Рис. 12. Зависимость износостойкости от прочности
твердосплавных материалов
При черновой обработке, высоких дина-
мических нагрузках требуется высокая
прочность, поэтому выбирают сплав с высо-
ким содержанием связки (зона 7). При чис-
товой обработке, отсутствии динамических
нагрузок, когда пластине не грозит хрупкое
разрушение, выбирают сплав с меньшим
содержанием связки (зона 2).
Если взять прочную основу (пластину с. высоким содержанием
связки) и на ее поверхность нанести износостойкий слой покрытия,
то этим обеспечатся высокая прочность и износостойкость инстру-
мента. Здесь уместно привести аналогию — поверхностную закалку
токами высокой частоты. Обычная закалка повышает твердость и
износостойкость, но при этом повышается хр’упкость детали. По-
верхностная закалка токами высокой частоты сохраняет прочную
вязкую сердцевину и создает закаленный слой только на поверхно-
сти — именно там, где деталь подвергается изнашиванию.
Для покрытия пластин используют карбиды и нитриды титана
и вольфрама, окись алюминия и др. При работе уменьшается тре-
ние, снижается температура резания, а стойкость инструмента по-
вышается в 2—5 раз. Сокращается номенклатура твердосплавных
материалов. Но чтобы покрытие выполнило свою роль, требуется
ряд условий. Слой покрытия должен иметь требуемую толщину
(4—8 мкм), и должно быть обеспечено его прочное сцепление с ос-
новой. Для покрытий используют методы химического осаждения
из газовой фазы и ионно-плазменного реактивного напыления в ва-
кууме (методы РЭП и КИБ), эти методы требуют сложного и доро-
гого оборудования и сложной технологии. Покрытие наносится на
пластину после спекания последней.
В Уральском политехническом институте им. С. М. Кирова раз-
работан способ нанесения покрытий на стадии формования. Спека-t
нию пластины предшествует ее формование в пресс-форме из твер-
досплавной порошковой смеси. В разработанной технологии фор-
мование осуществляется в два этапа. Технологические операции
следуют в такой последовательности: предварительное формование
основы твердосплавной пластины из смеси, которая обеспечивает
высокую прочность (рис. 13, а); нанесение износостойкого покры-
тия; окончательное формование плас-
тины с покрытием (рис. 13, б); спека-
ние пластины.
Нанесение покрытия производится
присыпанием или кисточкой. Чтобы не
Рис. 13. Формование твердосплавной пластины
с покрытием:
а — предварительное; б — окончательное
38
было коробления и отслаивания покрытия, нужно обеспечить мини-
мальное различие в коэффициентах линейного расширения основы
и покрытия. Удовлетворительные результаты достигнуты при ма-
териалах основы Т5К10 и покрытия Т15К6. Толщина покрытия
0,3—0,5 мм. Стойкость инструмента повышается в 2—3 раза.
3. ВЫБОР ГЕОМЕТРИИ ИНСТРУМЕНТА
Геометрией инструмента называется совокупность углов, кото-
рые определяют положение рабочих граней инструмента относи-
тельно координатных плоскостей. Успешная работа на станке воз-
можна только при правильном выборе геометрии инструмента. У де-
тали различают обрабатываемую, обработанную поверхности и
поверхность резания. Головка резца формируется передней, глав-
ной задней, и вспомогательной задней гранями (рис. 14). Пересече-
ние граней образует главную и вспомогательную режущие кромки
резца.
Для определения углов используют плоскости: основную — па-
раллельную опорной поверхности резца; резания — проходящую че-
рез главную режущую кромку перпендикулярно к основной плоско-
сти; главную секущую — перпендикулярную проекции главной ре-
жущей кромки наЛзсновную плоскость; вспомогательную секущую —
перпендикулярную проекции вспомогательной кромки на основную
плоскость. Положение любой плоскости в пространстве определя-
ется тремя углами, из которых независимыми являются два. Поло-
жение трех граней определяется шестью углами.
Вспомогательная
секущая плоскость
Плоскость
резания \
поверхность
Главная секущая
плоскость
Рис. 14. Геометрия токарного проходного резца
39
Рис. 15. Сечение среза
В основной плоскости: <р (главный
угол в плане) — угол между направле-
нием движения подачи и проекцией
главной режущей кромки на основную
плоскость; cpi (вспомогательный угол в
плапе) — угол между направлением
движения подачи и проекцией вспомо-
гательной режущей кромки на основ-
ную плоскость.
В главной секущей плоскости: у (последний угол) —угол меж-
ду основной плоскостью и передней гранью; а (главный задний
угол) —угол между плоскостью резания и главной задней гранью.
Во вспомогательной секущей плоскости: щ — вспомогательный
задний, угол между плоскостью, проходящей через вспомогатель-
ную кромку перпендикулярно к основной плоскости и вспомога-
тельной задней гранью.
В плоскости резания: Л — угол наклона главной режущей кром-
ки — между передней гранью и основной плоскостью.
Используют также другие углы, но они являются производными
от указанных шести. Например, угол заострения р—90°—(у-)-а),
угол резания 6 = 90°—у, угол при вершине резца е=180°—(<p+cpi)
и т. д. В понятие геометрии включают также радиусы закругления
режущих кромок, фаски, канавки, лунки и другие элементы.
На рис. 15 показана номинальная площадь сечения среза —
ABCD, включающая в себя действительную площадь BCDE (этот
металл срезается) и остаточную площадь АВЕ (этот металл остает-
ся на обработанной поверхности в виде гребешков и определяет
шероховатость поверхности). Геометрию инструмента различают в
статике и в процессе обработки. Геометрия в статике — геометрия
инструмента как геометрического тела — необходима для изготов-
ления инструмента. Однако основные закономерности процесса ре-
зания (усадка стружки, силы резания, температура резания и из-
нашивание инструмента) определяются действительной геометрией
в процессе обработки. При обработке деталей на станках с ЧПУ
появляются факторы, изменяющие действительную геометрию ин-
струмента. Эти факторы нужно хорошо знать, иначе невозможно
правильно выбрать геометрию инструмента и режимы резания.
Практика показывает, что именно эти вопросы требуют наиболь-
шего времени при отладке и внедрении программ.
Рассмотрим влияние на закономерности процесса резания дей-
ствительных углов в плане, направления схода стружки, угла на-
клона главной режущей кромки.
Влияние действительных углов в плане. Углы в плане определя-
ются как углы между направлением движения подачи и проекция-
ми режущих кромок на основную плоскость. На токарных станках
с ручным управлением обработка осуществляется с продольной или
поперечной подачей. В течение каждого прохода направление дви-
40
жения подачи не меняется и углы в плане остаются постоянными
(рис. 16, а). При обработке криволинейного участка детали на стан-
ке с ЧПУ резец перемещается по криволинейной траектории, на-
пример по дуге окружности. При этом подача непрерывно меняет
свое направление, главный угол в плане уменьшается, а вспомога-
тельный— возрастает (рис. 16, б).
На рис. 17 показаны три схемы. Первая из них относится к уча-
стку, выбранному в начале траектории (рис. 17, а), вторая — в се-
редине (рис. 17, б), третья — в конце (рис. 17, в). Обработка про-
изводится резцом с углами в плане (в статике) ф=90°, <р1 = 0°.
Глубина резания и подача во всех трех случаях одинаковы. Номи-
нальная площадь сечения среза (на схемах она заштрихована)
всюду одинакова: fH=s/=n6.
Срез характеризуют шириной b и толщиной a: & = //sintp, а=
— s sin <р. При уменьшении угла ф ширина среза возрастает, а тол-
щина уменьшается, что характерно только для обработки на стан-
ках с ЧПУ. При обработке на обычных станках угол ф остается не-
изменным, а поэтому постоянными остаются толщина и ширина
среза.
Пусть для примера на рис. 17 /=2! мм, s = 2 мм. Для схемы а
действительный главный угол ф=80°, ширина 6 = 2,03 мм, толщи-
на а =1,97 мм. Для схемы б угол ф=45°, 6 = 2,83 мм, а=1,41 мм.
Для схемы в угол ф=10°, 6=11,52 мм, а=0,35 мм. Во всех случа-
ях площадь сечения среза /н=
=4 мм2, а отношение b/а меня-
ется от 1 до 32,9. При этом ме-
няется сила резания Pz, хотя
казалось бы, сила Pz изменять-
Рис. 16. Углы в плане:
а — при обычной обработке; б — при обработке дуги окружности
Рис. 17. Сечения среза при угле ср
41
ся не должна, поскольку площадь сечения среза остается неизмен-
ной. Фактически это не так, материал при резании претерпевает
пластическую деформацию. Критерием степени пластической де-
формации является усадка стружки. Если обозначить через 10 длину
среза (путь резца относительно заготовки), а через I — длину сня-
той стружки, то отношение Ki=l0/l называется усадкой стружки.
При постоянном сечении среза чем больше усадка, тем больше си-
ла резания. Толщина и ширина среза оказывают различное влия-
ние на усадку стружки. При увеличении ширины среза усадка
практически остается постоянной, при увеличении толщины среза
она уменьшается. Поэтому при увеличении ширины среза удель-
ная сила резания (сила, отнесенная к единице площади попереч-
ного сечения) не изменяется, а при увеличении толщины среза она
уменьшается. Эмпирическая формула для определения тангенци-
альной составляющей силы резания была дана ранее [см. (10)]. Ее
можно переписать так:
PZ=CP a°’75b,
где Срг —эмпирический коэффициент, учитывающий обрабатыва-
емость материала и др.
Формула показывает, что если при постоянном сечении среза бу-
дет изменяться соотношение между шириной и толщиной среза, то
сила резания также изменится.
Пусть s=2 мм, /=2 мм, действительный угол <р меняется от 90°
до 0°, fH=4 мм2. Будет меняться соотношение между толщиной и
шириной среза. При <р=90° а=2 мм, 6=2 мм, а°-756=3,36 мм2.
При <р=3° «=0,104, 6=38,46, а°’756=7,038 мм2. Следовательно,
сила резания возрастает более чем в 2 раза.
Посмотрим теперь, как меняется параметр шероховатости по-
верхности: *
A=(3tg<ptg<p1)/(tg<p4-tg<f>i). (14)
При обычной обработке в течение одного прохода параметр ше-
роховатости поверхности остается постоянным, поскольку углы в
плане не меняются. При обработке криволинейного профиля на
стаке с ЧПУ параметр шероховатости меняется. На рис. 18 пока-
зан резец с <p = 90°, q>i = 0°. Для этих углов параметр шероховато-
сти в начале прохода равен нулю, в середине прохода возрастает
до максимального значения Атах=з/2, затем снова уменьшается
до нуля. Наглядно это можно показать следующим образом. Глав-
ная АВ и вспомогательная ВС кромки образуют прямой угол, впи-
санный в полуокружность АВС. При изменении действительных
углов точка В перемещается по окружности, определяя параметр
шероховатости h.
Эта закономерность сохраняется для любых углов в плане
(рис. 19). В начале обработки (направление движения подачи обо-
значено стрелкой Si) действительные углы равны углам в статике,
а параметр шероховатости равен hi. При перемещении резца меня-
ется направление подачи Зг, з3, •••> но поскольку подача остается
42
Рис. 18. Определение высоты гребешков поверхности
Рис. 19. Изменение шероховатости при изменении действительных углов в плане
постоянной, вершина 1 перемещается по окружности, занимая поло-
жения 2, 3 и т. д. В положении 2 параметр шероховатости равен h2,
в положении 3— ft3. Затем параметр шероховатости уменьшается",
в положении 5 он равен h5. Максимальный параметр шероховатости
приходится на середину интервала.
Углом при вершине резца е называют угол между проекциями
главной и вспомогательной режущими кромками на основную плос-
кость (рис. 20). Этот угол не'может быть абсолютно острым, он
всегда выполняется с радиусом г, при абсолютно остром угле ре-
зец имеет низкую прочность и быстро изнашивается. Чем больше
радиус, тем выше прочность и меньше износ резца. Пределом уве-
личения г является минимальный переходный радиус контура де-
тали.
Наличие радиуса осложняет программирование обработки. При
программировании задается траектория движения центра С, кото-
Рис. 20. Влияние радиуса при вершине на размерную настройку инструмента
Риг 21. Шероховатость при наличии радиуса закругления при вершине резца
43
Рис. 22. Углы в плане:
а — общая схема; б— на участке
спада контура; в, а — на участке
подъема контура
рая является эквидистантной контуру детали. Расстояние между
ними равно г. Координаты центра С относительно вершины резца:
___ г cos (yt + е/2) _ Г sin (У1 + е/2)
с sin е/2 ’ с sin е/2
У резцов с радиусом закругления вершины параметр шерохова-
тости при обработке криволинейного контура остается постоянным
(рис. 21). Резец может перемещаться по направлениям S2, S3,
но во всех случаях остаточная площадь среза и параметры шеро-
ховатости не меняются. Минимальный радиус закругления зависит
ОТ t, S, <р, фь
Рассмотрим методику выбора углов в плане^для токарного рез-
ца. Чем больше угол при вершине резца, тем прочнее инструмент и
лучше теплоотвод, меньше износ, но такой резец может обрабаты-
вать меньше поверхностей, поэтому больше номенклатура требу-
емого инструмента. Это противоречие решается следующим обра-
зом. При черновой обработке, когда необходимы высокие проч-
ность и износостойкость режущей части, обработку производят с
углом <р, равным 45, 60, 75°, а при чистовой контурной обработке
выбирают углы так, чтобы резец смог обработать заданный контур
детали.
Пусть требуется обработать криволинейный контур АВС (рис.
22, а). Будем различать спад контура АВ и подъем ВС. Участок
спада характеризуется тем, что при обходе контура справа налево
диаметр детали уменьшается, а участок подъема — тем-, что диа-
метр возрастает. Углом спада или подъема контура в точке будем
считать острый угол между касательной к контуру в этой точке и
осью детали (ас — угол спада контура; ап — угол подъема контура,
ф, ф1 — статические углы в плане).
Цилиндрический участок имеет угол подъема (спада), равный
нулю, на правом торце ап=90°, на левом — ас = 90°. Чтобы обрабо-
44
тать участок спада контура, ре-
зец должен иметь вспомогатель-
ный угол в плане
?1 — ас гаах4" ?0> (15)
где фо — минимальный угол, не-
обходимый для устранения трения
вспомогательной режущей кром-
ки и обработанной поверхности.
Для участка подъема контура
главный угол в плане
?=аптах + ?0- (16)
4. Угол фо
R, мм Длина стороны пластины, мм
11 16,5 22 27,5
50 6°30' 9° 13° 16°
100 3°30' 5° 6°30' 8°
150 2° 3°30' 4°30' 5°30'
200 1°30' 2°30' 3°30' 4°
300 1° 1°30' 2° 3°
400 0°39' 1°30' 1°30' 2°
500 0°30' 1° 1°30' 1°30'
Формулы (15), (16) не учитывают влияние участков контура,
смежных с обрабатываемым. Точка А является началом участка
АС, но она же конец предыдущего; точка С — конец участка АС,
но она же начало последующего.
На рис. 22, б в точке А сопрягаются два участка спада: прямая
и дуга окружности. Угол спада прямой равен ас', угол спада ок-
ружности—ас, причем ас/>ас- В формулу (15) нужно подставить
максимальное значение угла спада двух смежных участков. На
рис. 22, в в TO4Kte С сопрягаются два участка подъема: дуга окруж-
ности и прямая. Угол подъема дуги равен ап, угол подъема пря-
мой— а/, причем ianz>an- В формулу (16) нужно подставить мак-
симальное значение. В каждом случае определяют углы спада
(подъема) двух смежных участков и для формулы выбирают мак-
симальный угол.
Назначение угла фо — устранить трение между режущими гра-
нями инструмента и обработанной или обрабатываемой поверхно-
стями. На рис. 22, г сопрягаются две дуги ВС и СЕ. Появляется ус-
ловие, ограничивающее уменьшение угла фо — устранение касания
резца и дуги СЕ в точке D: ф0>агсз1п 1/2R. Чем больше I и меньше
радиус R, тем больше должен быть угол ф0 (табл. 4). Практически
угол фо выбирают в пределах 3—6°.
Существенное влияние оказывает на действительную геометрию
инструмента направления схода стружки. В процессе резания срез
превращается в стружку (рис. 23, а). Срез — поверхностный слой
металла до деформации, стружка — металл, претерпевший пласти-
ческую деформацию. Процесс деформации происходит в зоне де-
формации. Рассмотрим направление перемещения металла по пе-
редней грани в плане (рис. 23, б). Согласно закону наименьшего
сопротивления (одному из основных законов теории обработки ме-
таллов давлением) металл перемещается (при Z=0) перпендику-
лярно к диагонали сечения среза. Будем определять направление
схода стружки углом р (угол между проекциями главной режущей
кромки на основную плоскость и проекцией, касательной к направ-
лению пластической деформации металла у основания стружки):
tgp=tl(s sin2») 4-ctg(cp+<p1) = 6/actg(<p —ф!). (17)
45
Из формулы следует, что угол р зависит от углов в плане и от-
ношения b/а. При большом значении b/а (рис. 23, в) стружка схо-
дит примерно перпендикулярно к главной режущей кромке, угол
р«90°. При малом значении b/а (рис. 23, а) стружка сходит при-
мерно перпендикулярно к вспомогательной режущей кромке, угол
р«90°— (ф+<Р1). Пределы изменения угла р равны ф+фь
От угла схода стружки зависит действительный передний угол
инструмента. На рис. 24 показана передняя грань инструмента
(ABDC). Ее положение определяется углами у и %. Угол у опреде-
ляется в главной секущей плоскости AFAX, угол наклона главной
режущей кромки Л — в плоскости резания ААХВХВ, угол р опреде-
ляет плоскость схода стружки AGAi и действительный передний
угол инструмента:
tgy4=tgy sin р —tgXcosp.
"При pi действительный передний угол равен нулю, tgpi =
=tg Z/tg у, а при дальнейшем уменьшении р угол уд становится от-
рицательные. При р = 0 уд=—%.
Все сказанное имеет особое значение для станков с ЧПУ. Из-
менение действительного переднего угла инструмента зависит от
пределов изменения р, а последние зависят от суммы ф+ф1 и пре-
делов изменения bja. Обе величины при обработке на станках с
ручным управлением меняются незначительно и весьма существен-
но при обработке на станках с ЧПУ. Для обычного проходного рез-
ца с углами ф=45°, ф1 = 10° пределы изменения р составляют 55°.
Контурный резец для станка с ЧПУ имеет углы ф = 95°, ф] = 20°,
а пределы изменения угла р расширяются до 115°.
Наиболее существенно угол р зависит от отношения b/а. Выше
было показано, что действительные углы в плане влияют на отно-
шение ширины к толщине среза. В рассмотренном выше примере
(см. рис. 17) при изменении действительного главного угла в плане
от 90° до 5° отношение b/а меняется от 1 до 32,9. Графически зави-
симость направления схода стружки от угла ф и, следовательно, от-
ношения b/а показана на рис. 25. Подача s, глубина резания t и
46
геометрия резца в статике остаются постоянными. Меняются на-
правление движения подачи и действительные углы в плане. На
рис. 25, а угол <р= 100°, р—35°, &/а=1. На рис. 25, б угол <р умень-
шается до 55°, отношение &/а=2,03, угол р=71°. На рис. 25, в угол
<р=20°, отношение 6/а=8,64, угол р=84°. Посмотрим, как при этом
будет изменяться действительный передний угол. Пусть статические
углы у—20°, Л=20°. В последней схеме действительный передний
угол уя=17°, т. е. близок к статическому, на рис. 25, б, уд=13°,
а на рис. 25, а Уд——5°. Из этого видно, что при обработке криво-
линейной траектории на станке с ЧПУ значительно меняется дей-
ствительный передний угол, который влияет на степень деформации
металла, усадку стружки, силу резания, износ и стойкость инстру-
мента.
От направления схода стружки зависит также соотношение меж-
ру составляющими силы Рх и Ру. Принято считать, что равнодейст-
вующая сил Рх и Ру совпадает с направлением схода стружки при
у—0, %=0. На рис. 25 графически показано, как изменяется соот-
ношение между составляющими силы резания при отработке кри-
волинейной траектории. Вначале обработки (при заданных <р,
в, t) преобладает составляющая Ру, в конце обработки составля-
ющая Рх много больше, чем Ру. При вычерчивании схем учитыва-
лось, что сила Pz возрастает примерно в 2 раза, следовательно, и
составляющая Рху также возрастает примерно в 2 раза.
Расчеты силовых зависимостей приведены также в табл. 6.
В статике ср=90°, <pi = 0°, а действительный угол в плане меня-
ется от 90° до нуля с интервалами 10° (табл. 5). При этом меняют-
ся ширина и толщина среза, сила Pz, соотношение Ру!Рх.
Рис. 24. Зависимость действительного пе-
реднего угла от направления схода
стружки
Рис, 25. Соотношение между Рх, Pv‘.
а —ф = 100’; б — ф = 55°; в — <р = 20°
47
5. Зависимость Pz от <р (Срг=1)
f>, ° а, мм Ь, мм а°>75> мм ру1рх
90 2 2 1,68 3,36 1
80 1,96 2,04 1,66 3,39 0,96
70 1,88 2,13 1,61 3,43 0,88
60 1,74 2,30 1,51 3,47 0,76
50 1,54 2,60 1,38 3,59 0,59
40 1,28 3,13 1,20 3,76 0,41
30 1 4 1,00 4 0,25
20 0,68 5,88 0,75 4,41 0,12
10 0,34 11,76 0,45 5,29 0,03
0 0 оо 0 ОО 0
6. Зависимость сил резания, параметра шероховатости и остаточной площади среза
от ф при s = 2, t = 2, е = 70°, СРг=1000, ф0 = 5°
•р, ° ?>, ° а, мм 6, мм а0,75 Ь, мм2 Рг’ Н Рху’= -Pzll, н Р, 0 гд,н Рх, н h, мм /о, ММ2
ПО 0 1,88 2,13 3,42 3420 1710 47°30' 1270 1160 0 0
90 20 2 2 3,36 3360 1680 52°42' 1340 1010 0,73 0,73
80 30 1,96 2,04 3,38 3380 1690 51°6' 1320 1060 1,05 1,05
70 40 1,88 2,13 3,42 3420 1710 47°30' 1270 1150 1,28 1,28
55 55 1,64 2,44 3,54 3540 1770 36°30' 1040 1430 1,43 1,43
40 70 1,28 3,13 3,77 3770 1890 20°48' 680 1760 1,28 1,28-
30 80 1 4 4 4000 2000 10°12' 360 1970 1,05 1,05
20 90 0,68 5,88 7,83 7830 3920 1°42' 120 3910 0,72 0,72
5 105 0,18 22,22 34,53 34530 17270 —4°36' — 1380 17210 0,18 0,18
" В табл. 6 приведены аналогичные расчеты для произвольных
углов в плане <р, <pi. В таблице приведено значение параметра шеро-
ховатости поверхности h и остаточной площади сечения среза f0.
Все сказанное необходимо учитывать при определении упругих
деформаций системы СПИД. Обычно определяется деформация в
радиальном направлении:
ty-Py/jy, (18)
где /и — жесткость в осевом направлении.
Для станков с ЧПУ не менее важное значение имеет деформа-
ция в осевом направлении:
kx=Pxljx, (19>
где /ж — жесткость в радиальном направлении.
Выбор формулы зависит от точки приложения силы. На дейст-
вительную геометрию инструмента влияет и угол Л. На рис. 26 об-
рабатываемая, обработанная поверхности и поверхность резания
показаны в аксонометрии. Главная режущая кромка АВ имеет по-
48
ложительный угол наклона X к основной плоскости. В отличие от
схемы на рис. 15:
1) поверхность резания будет не конической, как это обычно счи-
тается, а криволинейной — однополостный гиперболоид вращения;.
2) пересечение поверхности резания и основной плоскости будет не
отрезком прямой, а кривой АС; 3) проекция главной режущей кром-
ки на основную плоскость АВ[ не совпадает с линией АС; 4) рабо-
чая часть главной режущей кромки будет не АВЬ а АВ; 5) в точ-
ке В действительные передний и задний углы будут отличаться от
углов в статике на величину Ду.
Последнее положение иллюстрируется схемами, где показано-
изменение действительных переднего и заднего углов вдоль глав-
ной режущей кромки АВ. В сечении А (рис. 27) углы у и а равны-
углам в статике. В сечении С возникает погрешность Дур Передний
угол возрастает, задний угол уменьшается. В сечении В погреш-
ность возрастает до Ду2. Из треугольника ВО\ВХ (см. рис. 26) нахо-
дим BBi=BsinAy, из треугольников ВАВХ и AB\D находим
BBi=7tg%/sin<р (отрезком CBY пренебрегаем). Отсюда
sin Дy=(Z tgХ)/(7? sin ср).
Погрешность действительных углов возрастает с увеличением./
(глубины резания) и угла А и уменьшается с увеличением радиуса
детали и главного угла в плане. Расчеты показывают, что погреш-
ность в отдельных случаях может достигать 5—10°, и ею пренебре-
гать нельзя. При обработке на станках с ЧПУ часто наблюдается
выкрашивание пластин. Пытаясь объяснить это явление, ссылают-
ся на низкое качество инструмента, неправильные режимы резания*
Рис. 26. Влияние угла наклона главной режущей кромки на действительный пе-
редний угол
Рис. 27. Изменение действительного переднего угла вдоль главной режущей.
кромки
4&
неравномерный припуск на заготовке и т. д. Все перечисленные при-
чины, безусловно, имеют важное значение, но главный фактор
хрупкого разрушения — неправильный выбор геометрии инструмен-
та. Выше было показано, что действительная геометрия инструмен-
та меняется в очень широких пределах, если это явление не учиты-
вать при выборе геометрии инструмента, в статике, то хрупкого раз-
рушения пластин не избежать. Рабочий, обслуживая станок с ЧПУ,
должен ясно представлять сущность процесса резания и физические
основы происходящих явлений.
4. СМЕННЫЕ МНОГОГРАННЫЕ ПЛАСТИНЫ
Раньше резцы целиком изготовлялись из инструментального
материала. Затем, особенно когда появилась быстрорежущая
сталь, сочли нецелесообразным делать целиком резец из инстру-
ментального материала. Достаточно изготовить из быстрорежущей
стали небольшую пластину, а тело резца сделать из обычной ста-
ли. Эта идея нашла воплощение в составных напайных резцах и
других инструментах (сверла, фрезы, развертки и др.). С появле-
нием твердых сплавов составной инструмент становится не только
экономически более выгодным, но и конструктивно единственно воз-
можным, поскольку твердый сплав обладает высокой хрупкостью.
Стали применять инструменты с механическим креплением пластин,
но они не могли составить серьезную конкуренцию напайному ин-
струменту из-за сложности конструкции, большой трудоемкости, а
также потому, что у державки ограниченный срок службы.
Сменные многогранные пластины (СМП) ознаменовали новый
подход к организации инструментального обеспечения станков и
металлообрабатывающего оборудования с ЧПУ. При правильной
организации технико-экономический эффект применения твердо-
сплавных неперетачиваемых пластин очень велик.
При многократном использовании державки резца и корпусов
других инструментов появилась возможность повысить качество и
точность изготовления державок, применить термообработку, анти-
коррозийные и декоративные покрытия, совершенствовать конструк-
цию державок и корпусов (рис. 28). Это повысило прочность креп-
ления пластины, быстросменность и надежность крепления.
Усложнение конструкции дэржавок одноразового использования не-
целесообразно, так как вызывает удорожание инструмента и, следо-
вательно,—обработки. Положение изменяется при многократном
использовании державки. Державка по значению идентична вспо-
могательному инструменту, а дополнительные затраты, связанные
с изготовлением, окупаются при их многократном использовании.
Для СМП появилась возможность формировать переднюю грань
до спекания на стадии формования пластины из твердосплавной
смеси при ее изготовлении. Чтобы обеспечить надежное стружко-
дробление, передняя грань пластины должна иметь сложную фа-
сонную форму. Ранее необходимая конфигурация передней грани
обеспечивалась заточкой и доводкой инструмента после спекания.
50
устранение
переточек и пайки
Сокращение времени
смены инструмента
Многократное
использование
державки
(рормарование геометрии
передней грани до
спекания
Повышение
качества точности
и надежности
Повышение
Обеспечение __________
стружкодробления производительности
Уменьшение
типоразмеров
Сокращение
стоимости
Рис. 28. Преимущества СМП
Это требовало больших затрат труда и средств, специального обо-
рудования и не обеспечивало требуемой прочности, отсюда надеж-
ность устройств стружкодробления была невысокой. Пороги, усту-
пы и канавки обеспечивали стружкодробление только при опреде-
ленных режимах резания.
Использование СМП позволило осуществить конструирование
передней поверхности на стадии формования пластины из твердо-
сплавной смеси. При этом достаточно при изготовлении пресс-
формы обеспечить соответствующую форму пуансона.
При использовании СМП устраняются переточки. Исторически
получилось, что переточка инструмента стала непременным атри-
бутом машиностроительного производства. Это потребовало созда-
ния заточных станков, заточных отделений, появилась специаль-
ность рабочий-заточник, потребовалась организация переточки ин-
струмента и т. д. Так было до появления твердого сплава и после
появления твердосплавного инструмента. Между тем твердые спла-
вы перетачивать довольно трудно, это требует много времени, при
отклонениях от оптимальных режимов переточки возникают трещи-
ны в материале, что приводит к интенсивному изнашиванию и по-
ломке инструмента. Устранение переточек экономически выгодно и
обеспечивает устойчивую стабильную работу инструмента.
При использовании СМП отпадает необходимость пайки, что не
только приводит к экономии припоя и сокращает трудоемкость из-
готовления инструмента, но, и это главное, значительно повышает
качество инструмента. Термические напряжения, возникающие при
пайке пластин, отрицательно сказываются на прочности инстру-
мента. До настоящего времени потери из-за поломок твердосплав-
ных пластин весьма велики. Так, например, потери металлорежу-
щего инструмента из-за поломок пластин из твердого сплава со-
ставляют около 50%, в том числе 10—15% при его изготовлении.
Преждевременные поломки инструмента вызваны высоким уров-
нем остаточных напряжений после пайки.
Использование СМП способствует сокращению времени смены
инструмента. Вместо переточки для восстановления работоспособ-
ности инструмента достаточно повернуть пластину. Для резцов
период экономической стойкости вместо 60 мин может быть сокра-
51

Рис. 29. СМП:
а — тип пластин; б — значение заднего угла
А 3
В 5
С 7
D 15
Е 20
F 25
S 30
Р 11
щен до 40—50 мин, а в отдельных случаях — до 20—25 мин. Сле-
довательно, будет увеличена скорость резания и производительность
обработки. Многократное использование державки снижает стои-
мость одной смены инструмента, что также способствует снижению
периода экономической стойкости.
Рассмотрим конструктивные особенности многогранных пластин.
Согласно ГОСТ 19042—73 многогранные пластины разделяются на
режущие, опорные и стружколомы. Первые используют для изго-
товления рабочей части инструмента, вторые являются опорой ре-
жущих пластин, обеспечивают их точное базирование и большой
срок службы державки. Стружколомы используют для дробления
стружки. Наибольшее значение имеют режущие СМП. Пластины
различают по конструкции, размерам, точности изготовления. По
"первому признаку различают тип пластины, фо$му, вид режущей
кромки.
Основные типы пластин показаны на рис. 29, а. Они различают-
ся по четырем конструктивным признакам:
по числу рабочих граней — односторонние (7?, Л4) и двусторон-
ние (N, A, F, G);
по форме передней грани — с плоской гранью (N, А) и со струж-
коломающими канавками (F, М, F, G); вторые пластины обеспечи-
вают более эффективное завивание и дробление стружки, пластины
с плоской передней гранью требуют других способов стружкодроб-
ления, в частности использования стружколомов;
в зависимости от наличия отверстия — без отверстия (N, F, F)
и с отверстием (А, М, G);
в зависимости от величины заднего угла — с задним углом, рав-
ным нулю, и с углом больше нуля.
Двусторонние пластины могут обрабатывать деталь с одной и
другой стороны, что увеличивает срок их службы, но они имеют
меньшие жесткость, прочность и менее устойчивую опорную поверх-
ность.
59
Задний угол маркируют буквами латинского алфавита (рис.
29, б), угол, равный нулю, обозначают N. Требуемая величина зад-
него угла резца обеспечивается соответствующей установкой плас-
тины в державке.
По форме (рис. 30) пластины разделяют на равносторонние и
равноугольные (правильный многоугольник и круг) — Н, О, Р, R,
S, Т; равносторонние и неравноугольные (ромб, неправильный шес-
тигранник) — С, D, Е, М, V, W; неравносторонние и равноугольные
(прямоугольник)—L; неравносторонние и неравноугольные (па-
раллелограмм) — А, В, К, F.
По виду режущей кромки пластины делят на острые F— (гп=С
=^0,02 мм); скругленные — Е\ с фаской — Т; с фаской и скруглен-
ные — S.
Пластины классифицируют по размерам: длине режущей кром-
ки; толщине пластины; радиусу при вершине. Длина режущей кром-
ки определяется теоретически без учета закругления вершины. Для
круглых пластин указывают их диаметр, для неравносторонних —
главную режущую или самую длинную кромку. Для каждой фор-
мы пластин установлена длина режущей кромки. Для пластин фор-
мы Т установлены размеры (мм) 11; 16,5; 22; 27,5, для пластин
формы S — 9,525; 12,7; 15,875 и т. д. Регламентированы: толщина
пластин (3,18; ^,76; 6,35; 7,93), радиус при вершине (0,4; 0,8;
1,2; 1,6; 2,4); установлены пять классов точности изготовления плас-
тин: С, Е, G, М, U. Размеры, определяющие точность пластин, по-
казаны на рис. 31. Допуски по классам точности даны в табл. 7.
Различают три типа пластин по направлению резания (рис. 32):
R — только правого; L — только левого; N— правого и левого.
Н 0 Р R
C,D,E,P!,V W L
С ВО
в 55
Е 75
И 85
I/ 351
Рис. 30. Форма СМП
53
Рис. 31. Размеры, определяющие точность пластин:
а — с нечетным, б — с четным числом граней; в — с фаской
7. Классы допусков пластин
Отклонения размеров, мм
Класс т d
С ±0,013 ±0,025
Е
G ±0,025 ±0,130 ±0,25
м ±0,08-е ±-0,18 ±0,13±- ±-±0,38
и ±0,050±- ±-±0,130 ±0,080±- ±-±0,250
8. Выбор формы пластины
Вид обработки Пластина
Т W с 5 В
Чистовая 4 2 4 3 5
Получисто- 4 3 5 4 4
вая Черновая 2 3 4 5 2
Точение по 2 3 4 5 I
корке Прерывистая 2 2 4 5 1
J Для обозначения СМП при-
/ меняют 13-разрядный индекс,
причем 10 разрядов являются
—Д- 1 обязательными (]эис. 33). Первые
/ \ четыре разряда обозначают: 1 —
-«А» форму; 2 — задний угол; 3 — точ-
R L N ность изготовления; 4 — тип.
Далее через тире следует
Рис. 32. Типы исполнения СМП шесть цифровых разрядов: длина
режущей кромки (5, 6); толщина
пластины (7, 8); радиус при вершине (9, 10). Размеры указывают
в миллиметрах, дробная часть при этом опускается. Если размер
выражается одной цифрой, то в старшем разряде ставится ноль.
При обозначении радиуса при вершине указывается число деся-
тых долей миллиметра. Тринадцатый разряд используют для обо-
значения завода-изготовителя.
Треугольная пластина с нулевым задним углом класса М, с от-
верстием, односторонними стружколомающими канавками, разме-
рами 1= 16,5; s=4,76; г=0,8, имеющая режущие кромки с фаской,
правого направления резания будет обозначаться TNMM —
160408TR.
На рис. 34 показаны конструкции некоторых пластин и приве-
дены соответствующие буквенные обозначения. Опорные пластины
54
Рис. 33. Обозначение пластины
направление
резания
тип
кромки
1 1 1 6 1 1 0 1 -4 1 1 0 | 8 1 Т R
Рис. 34. Конструкции СМП
обозначают буквой О, стружколомы — буквой С (OTN — трехгран-
ная опорная пластина без заднего угла, CS — квадратный струж-
колом).
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
РАЗМЕРНАЯ НАСТРОЙКА ИНСТРУМЕНТА
НА СТАНКАХ С ЧПУ
1. ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ
Геометрические параметры детали задают размерами, формой поверхностей
и видом их взаимного расположения. Различают номинальные и действительные
размеры. Номинальными называют размеры, заданные чертежом, действительны-
ми— размеры, полученные при обработке. Разность между ними — погрешность
обработки.
Причин возникновения погрешностей много: неточность станка, приспособле-
ния и инструмента; упругие деформации системы СПИД под действием усилий
резания; тепловые деформации системы СПИД; изнашивание инструмента, станка
55
и приспособления; неравномерность припуска заготовки; погрешности базирования
заготовки, установки инструмента и т. д.
Станки с ЧПУ имеют дополнительные погрешности, обусловленные особенно-
стями их конструкции и привода: скоростную погрешность следящего привода;
погрешность, возникающую из-за неравенства и непостоянства коэффициентов
усиления приводов подач по разным координатам, а также ^изменения их при из-
менении величины подачи; погрешности люфтов в кинематических цепях станка,,
не охваченных обратной связью; неравномерности работы приводов; периодиче-
ские внутришаговые погрешности датчиков обратной связи и др.
Под точностью детали понимают степень ее соответствия требованиям чертежа.
Причины, вызывающие погрешности при обработке, делят на два основных вида:
систематические и случайные. Соответственно погрешности, возникающие при об-
работке, делят на систематические и случайные. Систематическая погрешность та,,
которая для всех деталей партии остается постоянной или изменяется по опреде-
ленному закону. Поскольку погрешность известна, она может быть устранена
введением поправки, либо этой погрешностью пренебрегают, если заведомо из-
вестно, что ее значение невелико. Случайная погрешность та, которая для разных,
заготовок партии имеет различное значение, причем ее появление не подчиняется
никакой видимой закономерности. Случайные погрешности вызывают рассеяние
размеров заготовок, обработанных в одних и тех же условиях. Для анализа за-
кономерностей распределения размеров в этом случае должны быть использованы
методы математической статистики.
Из партии обработанных деталей производят выборку п деталей, у которых:
измеряют обработанный размер Lj, £2, Lz,...,Ln. Полученный материал подверга-
ют статистической обработке. По этим данным определяют статистические харак-
теристики выборки — среднее значение размера (математическое ожидание)
7-ср ~ У Li/n.
и среднеквадратичное отклонение
Первый параметр определяет центр группирования размеров, второй — рас-
сеяние их относительно центра. Поясним все сказанное графически. Горизонталь-
ная ось на рис. 35, а — ось L. Будем последовательно откладывать на оси разме-
ры Li от начала координат. Поскольку размеры не равны между собой, их пра-
вые-концы не будут совпадать, а будут рассеиваться на некотором участке оси L.
Величина £ср определит центр рассеяния, размеров, размеры рассеиваются сим-
метрично относительно центра и большинство из них укладывается в область
±3о. За пределы поля рассеяния 6о выходит лишь 0,27% всех размеров, что для
практики вполне допустимо. Кривая на графике называется кривой нормального-
распределения, она показывает закон распределения размеров в пределах поля
рассеяния. Среднеквадратичная погрешность является показателем точности рабо-
ты станка, а сама точность равна бет. Кривая нормального распределения имеет
Рис. 35. Точность обработки:
а — статические характеристики выборки; б — влияние систематических погрешностей на
кривую распределения; г — 6—6а; д — б>6а
56
место только в том случае, если при обработке исключены систематические по-
грешности. В общем случае по виду кривой распределения можно судить о нали-
чии систематических погрешностей и качестве технологического процесса обработ-
ки. Пусть при обработке получена кривая, показанная на рис. 35, б. Такая кривая
говор(ит о том, что при обработке была допущена систематическая погрешность,
под действием которой произошло смещение центра рассеяния. Например, подоб-
ная кривая будет наблюдаться, если при развертывании отверстий произошла
смена развертки. Таким образом, статистический контроль является эффективным
средством исследования качества настройки металлорежущих станков.
Для избежания брака при обработке необходимо выполнить два условия:
пределы рассеяния не должны превышать поля допуска размера: бас б и центр
рассеяния должен быть расположен таким образом, чтобы все детали лежали в
пределах допуска. Выполнение первого условия определяется правильным выбо-
ром точности станка для заданной работы, выполнение второго условия — пра-
вильной размерной настройкой инструмента.
Рассмотрим сначала вопросы, связанные с выбором станка. На чертеже ука-
зывают номинальный и предельные размеры: Лтах — наибольший предельный
размер; Lmin — наименьший предельный размер. Разность между предельными
размерами называется допуском. Если действительный размер находится в преде-
лах допуска, деталь считают годной, в противном случае деталь бракуется.
На рис. 35, в показано, когда 6 = бег и центр рассеяния совпадает с серединой
поля допуска. Размеры деталей, обработанных на станке, лежат в пределах до-
пуска. На рис. 35, а показано, когда допуск больше поля рассеяния б>6о и брак
отсутствует. Запас точности ф = б/6<т показывает, насколько надежно гарантиро-
вано отсутствие брака (при ф> 1,12 процесс обработки считается надежным). Ко-
эффициент точности настройки характеризует относительное смещение AZ, вер-
шины кривой распределения от середины поля допуска:
I = Д£/8.
Значение ДА может быть определено по формуле
AL = Lcp (7щах 4“ ^т1п)/2-
Настройка считается точной, если
^доп»
где /доп—допустимое значение коэффициента точности настройки;
/доп = (6-6а)/28 = (ф-1)/2ф.
Планировать обработку с большим запасом точности экономически нецелесо-
образно. Точность станка определяет его технологические возможности, точности
детали определяет ее сложность. Выше было показано, что минимальные затраты
на обработку будут в случае, когда технологические возможности оборудования
соответствуют сложности выполняемой работы.
Когда 6<6сг (рис. 35, д), брак неизбежен даже при I—0. Расстояние размеров
превышает размеры допуска. Действительные размеры некоторых деталей лежат
за пределами допуска. Можно определить процент брака, если взять отношение
заштрихованных площадей к общей площади под кривой распределения. Можно
определить процент исправимого и неисправимого брака. При обработке валов
заштрихованная площадь в правой части кривой распределения показывает объ-
ем исправимого брака, а в левой — объем неисправимого брака.
Часть систематических и случайных погрешностей определяется погрешностя-
ми изготовления самих станков. Ниже приведены некоторые характеристики гео-
метрической точности станков общего назначения средних размеров: радиальное
биение шпинделей токарных и фрезерных станков 0,01—0,15 мм; биение кониче-
ского отверстия в шпинделе токарного и фрезерного станков на длине оправки
300 мм — 0,02 мм; прямолинейность и параллельность направляющих токарных
и продольнострогальных станков на длине оправки 1000 мм — 0,02 мм; прямоли-
нейность продольных направляющих и столов фрезерных станков на длине
оправки 1000 мм — 0,03—0,04 мм.
57
Рис. 36. Зависимость стоимости обработки от
точности при шлифовании (/) и точении (2)
Приведенные ориентировочные данные от-
носятся к станкам нормальной точности (стан-
ки группы Н). Станки других групп точности
имеют меньшие погрешности по отношению к
* * характеристикам станков нормальной точно-
-----------------------?• сти: повышенной точности (группа П) на 60%;
° высокой точности (группа В) на 40%; особо-
высокой точности (группа А) на 25%; особо
точные (группа С) на 16%. Для станков с ЧПУ сохраняются те же группы точ-
ности, но исходные нормы точности выше, чем для станков общего назначения
за счет более высокой жесткости станков с ЧПУ.
Все сказанное относится к экономической точности, когда работу производят
на настроенном оборудовании. В других случаях закономерности могут быть ины-
ми. Можно ли на относительно неточном станке добиться получения высокой точ-
ности? Можно при высокой квалификации рабочего, большой норме времени и с
помощью специальных технологической оснастки и ’инструмента. Такую точность
называют достижимой. Эта точность достижима, но экономически нецелесообраз-
на. Мы опять возвращаемся к вопросу о необходимости соответствия технологи-
ческих возможностей оборудования выполняемой работе. В различных производ-
ственных условиях есть границы экономически целесообразной точности. Они за-
висят от того, существуют ли пригодные для обработки данной детали другие
более точные способы и насколько они экономичны. На рис. 36 показаны зависи-
мости стоимости обработки от точности при обтачивании и шлифовании. Деталь
с допуском большим 6, выгоднее обрабатывать обтачиванием, а с допуском мень-
шим б — шлифованием (рис. 36). Экономическая точность — точность, затраты на
которую при данном способе обработки меньше затрат при другом способе обра-
ботка. Принято считать, что экономическая точность токарных и фрезерных стан-
ков общего назначения 9—11-й квалитет, а станков с ЧПУ 6—9-й квалитет.
2. СПОСОБЫ РАЗМЕРНОЙ НАСТРОЙКИ ИНСТРУМЕНТА
Точность обработки зависит в значительной мере от правильно-
го выбора коэффициента точности настройки. Совокупность при-
емов выбора и обеспечения требуемого коэффициента точности на-
стройки носит название размерной настройки инструмента. Основ-
ные методы размерной настройки—1) пробных проходов и 2) ав-
томатического получения размеров на настроенных станках. Пер-
вый метод заключается в том, что с поверхности заготовок снимают
пробную стружку. После этого станок останавливают, определяют
полученный размер и отклонение от него, вносят поправку и вновь
производят обработку. Проделав это несколько раз, обрабатывают
заготовку по всей длине. При обработке следующей заготовки всю
процедуру установки инструмента пробными проходами и замера-
ми повторяют. Метод имеет высокую трудоемкость и используется
в единичном и мелкосерийном производстве.
По второму методу станок предварительно настраивают так,
чтобы требуемая точность достигалась автоматически независимо
от квалификации рабочего. Задача обеспечения требуемой точно-
сти переходит на настройщика, выполняющего предварительную
настройку станка; инструментальщика, изготовляющего специаль-
58
ные приспособления, и технолога, определяющего технологические
базы, метод установки и закрепления заготовки и режимы резания.
При статической настройке станка используют калибры, шаблоны,
эталоны, эталон-детали или универсальный измерительный инстру-
мент.
Для станков с ЧПУ метод пробных проходов в том виде, как он
был описан, неприменим. Остается второй метод, но при его осуще-
ствлении не требуется изготовление шаблонов или эталонов. Суть
метода — расчетное определение перемещения рабочего органа и
решение размерных цепей для определения точности перемещения
Система СПИД включает (рис. 37) станок с установленным на
нем приспособлением и деталью 6, инструмент 3. Инструмент ус-
тановлен в инструментальный блок 2, а державка закрепляется в
резцедержавке 1 (или револьверной головке). Резцедержатель ори-
ентирован относительно нулевой точки 0. Резец содержит много-
гранную неперетачиваемую пластину 4 с вершиной 5. Эти элементы
инструментальной системы участвуют в размерной настройке, каж-
дый из них имеет свои систему координат, положение и погрешно-
сти. Координаты элементов размерной настройки станка образуют
размерную цепь^
-^06 ==='^01 *^23 Ч“'^34 Н-*^45 Ч-^56* (20)
Размерной цепью называют совокупность взаимосвязанных раз-
меров, образующих замкнутый контур. Замкнутость размерной це-
пи приводит к тому, что размеры, входящие в размерную цепь, не
могут назначаться независимо друг от друга, значение и точность
по крайней мере одного из них определяется остальными. Размеры,
входящие в размерную цепь, называют звеньями размерной цепи.
Замыкающим звеном называют последнее звено размерной цепи, а
Рис. 37. Размерная цепь настройки системы СПИД
59
составляющими звеньями — остальные. С изменением размеров и
точности составляющих звеньев меняются размеры и точность за-
мыкающего звена. Цепь называют линейной, если все ее звенья па-
раллельны друг другу.
Цепь [см. (20)] является линейной и включает: х06— координа-
ту нуля станка в системе станка; xOi — величину вспомогательного
хода резцедержателя; Х12 — координату вспомогательного инстру-
мента в системе резцедержателя; х2з — координату державки резца
в системе вспомогательного инструмента; х34— координату центра
пластины в системе державки; х45— координату вершины резца в
системе пластины; х56— радиальный размер детали при статиче-
ской настройке.
Последний размер является замыкающим, а остальные — состав-
ляющими. Увеличивающим называют звено, увеличение которого
увеличивает замыкающее звено. Уменьшающим называют звено,
увеличение которого уменьшает замыкающее звено. В примере
Хов—-увеличивающее звено, остальные звенья — уменьшающие.
Замыкающее звено
где Лув — увеличивающие и Лум— уменьшающие звенья.
Решение размерной цепи сводится к двум задачам: определению
предельных размеров замыкающего звена, если известны предель-
ные размеры составляющих звеньев (прямая задача), или опреде-
лению предельных значений составляющих звеньев при заданных
предельных размерах замыкающего звена (обратная задача).
Существуют два основных метода решения размерных цепей:
полной и неполной взаимозаменяемости.
При полной взаимозаменяемости решение сцрдится к расчету
на максимум и минимум: при этом основным уравнением является
т. е. допуск замыкающего звена равен сумме допусков всех разме-
ров, входящих в цепь. Верхнее предельное отклонение замыка-
ющего звена равно разности между суммой верхних предельных
отклонений увеличивающих звеньев и суммой нижних предельных
отклонений уменьшающих звеньев:
В°ДГ=2 ВО Лув- 2 Н0 Ам-
Нижнее предельное отклонение замыкающего звена равно раз-
ности между суммой нижних предельных отклонений увеличива-
ющих звеньев и суммой верхних предельных отклонений уменьша-
ющих звеньев:
НО 2 Н0 АУ° - 2 В0 А^-
60
Рис. 38. Размерная настройка' инструмента вне станка
Рис. 39. Размерная настройка инструмента на станке
Размерная настройка инструмента на станке с ЧПУ может про-
водиться методом полной взаимозаменяемости, при этом в размер-
ную цепь включают все звенья инструментальной системы:
**6 — •4)6 — -Ml Х12— х23— Х34— х45‘
Суммарная погрешность статической настройки в этом случае
ДД-56 = Л-^01ДХ12 у-ДХ23 Д-^34 “г Л-^45,
где погрешности: Ал'53 — статической настройки; Д.г'ос — нулевой точки в систем»
станка; Дх01 — позиционирования; Дх12 — установки вспомогательного инструмента
и поворота резцедержки; Дх2;> — установки державки резца во вспомогательном,
инструменте; Дх34 — центра пластины в системе координат державки; Дх4з —
вершины резца относительно центра пластины.
При методе полной взаимозаменяемости может быть обеспече-
на минимальная трудоемкость настройки, но при этом требуется
высокая точность всех элементов инструментальной системы, а по-
этому метод является очень дорогим. Обычно для размерной на-
стройки на станках с ЧПУ используют метод неполной взаимоза-
меняемости.
Метод заключается в том, что звенья х2з, М4, Ms заменяют од-
ним звеном х25 (рис. 38). Размерная цепь становптся короче:
Мб=Мб—Mi—М2—Ms> и требуемую точность получить легче, чем в
предыдущем случае.
Настройку цепи %25 = Мз+М4+М5 осуществляют вне станка при
использовании специальных приспособлений, что обеспечивает вы-
сокую точность обработки, причем станок в это время не простаи-
вает. Этот метод настройки в настоящее время получил наиболь-
шее распространение. Однако следует указать некоторые его недо-
статки: требуются специальные устройства для настройки инстру-
мента, дополнительная производственная площадь для их размеще-
ния; размерная цепь сокращается, но остается достаточно сложной*
метод не компенсирует ошибок позиционирования, поворота револь-
61
Рис. 40. Ход резца при статической
настройке
верной головки, установки дер-
жавки инструмента в головке
и др.; не. могут в полной мере
быть реализованы преимуще-
ства многогранных неперетачи-
ваемых пластин, ибо поворот
пластин осуществляется вне
станка при снятом инструмен-
тальном блоке, поэтому эф-
фект, связанный с их быстрым
поворотом, становится не столь
существенным.
Способы размерной настройки на станке (рис. 39)'. Станок снаб-
жают преобразователем для измерения положения вершины резца.
Резец устанавливают в резцедержатель с определенной погреш-
ностью, затем по программе перемещают к датчику, который опре-
деляет погрешность положения вершины и автоматически вводит
коррекцию в перемещение резца при позиционировании. При дан-
ном методе настройки используют две размерные цепи. Цепь кор-
рекции начального положения инструмента х06 = Хб7 + ^07 и цепь
точности -статической настройки, х5с = х06—х05, которая содержит
всего три звена.
Еще одно направление, по которому развивается размерная на-
стройка на станке,— автоматизированный метод пробных проходов:
по программе резец перемещается к заготовке и снимает пробную
стружку, далее происходит автоматическое определение действи-
хельного размера, сравнение его с заданным и автоматическая кор-
рекция траектории инструмента.
По такой же методике производится расчет размерных цепей
по координате Z.
При размерной настройке учитывают радиус закругления при
вершине резца (рис. 40). Расчетной вершиной резца является центр
окружности О. При коэффициенте точности настройки 1=0
х=хв—хд-ф(ВО -ф НО)/2 — г,
где Хв — исходное положение вершины резца; ха — номинальный радиус детали;
ВО, НО — верхнее и нижнее отклонения размера.
Пример. Обработать вал 0 180 fn резцом с радиусом г=2 мм, хв = 120 мм.
Для посадки fn верхнее отклонение — 0,395 мм, нижнее — 0,145 мм, поле допус-
ка — 0,25 мм.
х = 120 —90 +0,27 —2 =28,27 мм.
3. ПОНЯТИЕ О ДИНАМИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКЕ
Выше речь шла о статической настройке при неработающем обо-
рудовании. При обработке появляются дополнительные погрешно-
сти, которые нужно учитывать при настройке станка. Из большого
62
числа динамических погрешностей системы СПИД рассмотрим из-
нос элементов системы СПИД, тепловые и упругие деформации.
Изнашивание по задней грани происходит в результате трения
этой грани и обрабатываемой поверхности. Критерием изнашива-
ния является h3— площадка износа по задней грани (рис. 41). Раз-
мерным износом является Лр — радиальное уменьшение длины рез-
ца задней грани. Поскольку резец укорачивается, увеличивается
диаметр обрабатываемой детали.
Изнашивание резца вносит в настройку спстематическую по-
грешность (рис. 42), Пусть первоначальная настройка инструмен-
та проведена так, что поле рассеяния размеров совмещено с нача-
лом поля допуска детали д. Если через время Т\ произвести повтор-
ную выборку, то поле рассеяния от действия случайных погрешно-
стей не изменится, но центр группирования сместится вследствие
изнашивания инструмента. Погрешность ACi = Di—Do. Если через
время Т\ вновь произвести выборку, то центр рассеяния снова сме-
стится на ДСь Суммарная систематическая погрешность AC2=2ACi.
Чтобы размеры детали не вышли за поле допуска, требуется под-
наладка станка. Подналадкой называют восстановление начально-
го положения инструмента п обрабатываемой детали, нарушенного
при обработке партии заготовок. Период подналадки равен Т2.
В данном случае Инструмент перемещают в радиальном направле-
нии на АС2. Подналадка компенсирует радиальное изнашивание
инструмента, поле рассеяния возвращается в начальное положение.
В общем случае систематическая погрешность AC=tga7’, где
tg а — интенсивность размерного изнашивания инструмента.
Подналадка может быть ручной и автоматической. При ручной
подналадке станков с ЧПУ рабочий через определенное время или
через определенное число обрабатываемых деталей вводит размер-
ную коррекцию инструмента. При автоматической подналадке раз-
мерная коррекция вводится по программе.
Тепловые деформации системы СПИД. При резании выделяется
тепло, которое нагревает стружку, деталь и инструмент. Не вся эф-
фективная мощность тратится на резание, часть идет на трение в
подшипниках и других элементах кинематической схемы станка.
Эта часть также превращается в тепло, вызывая тепловые дефор-
мации станка. Резец, разогреваясь в отдельных случаях до темпе-
ратуры 40—50° С, удлиняется. Разогрев резца происходит за 15—
25 мин. При смене инструмента он охлаж-
дается и снова укорачивается. В обычных
условиях работы без охлаждения удлине-
ние резца может достигать 30—50 мкм. При
обильном охлаждении удлинение резцов
уменьшается в 3—3,5 раза.
Упругие деформации системы СПИД.
Жесткостью технологической системы назы-
Рис. 41. Влияние размерного изнашивания резца на
размеры детали
h.
теоретический
действительный
63
Рис. 42. Влияние изнашивания инстру-
мента на смещение центра поля рассея-
ния размеров
Рис. 43. Влияние упругих деформаций си-
стемы СПИД на точность обработки
вают ее способность оказы-
вать сопротивление дейст-
вию деформирующих сил.
При у={ мм j = Py, т. е. же-
сткость узла — это сила, спо-
собная вызвать деформацию,
равную 1 мм.
Чтобы показать влияние
упругих деформаций на
точность обработки, приве-
дем пример. Пусть в цент-
рах обрабатывается вал, же-
сткость передней и задней
бабок 50 000 Н/мм, жест-
кость детали при нагруже-
нии ее посредине 2000 Н/мм,
сила ^ = 500 Н (рис. 43).
При крайних положениях
резца 1 и 3 силу Ру воспри-
нимают задняя и передняя
бабки, которые деформиру-
ются на //1 = 500/50 000 =
= 0,01 мм. При среднем по-
ложении резца деталь вос-
принимает силу Ру и дефор-
мируется на //2 = 500—2000 =
= 0,25 мм. В итоге обраба-
тываемая деталь будет иметь
•бочкообразность, равную 0,24 мм на одну сторону, или 0,48 мм на
дааметр. Станки с ЧПУ имеют в среднем на 40—50% более высо-
кую жесткость по сравнению с универсальным оборудованием. Это
обеспечивает их высокую точность, но вместе с тем при обработке
детали возникают некоторые новые явления, которые не наблюда-
ются на обычных станках.
Обычно при определении упругих деформаций пользуются ра-
диальной составляющей силы Ру. При обработке цилиндрической
поверхности радиальная составляющая отжимает резец от детали
и является причиной погрешности. Осевая составляющая Рх тоже
вызывает упругую деформацию инструмента, но, действуя вдоль
оси детали, дает незначительную погрешность. Если перейти к об-
работке криволинейного контура (см. рис. 16), отжатие инструмен-
та вызовет сила, действующая по нормали к поверхности обработ-
ки. На начальном участке обработки дуги окружности это будет
Ру, на конечном участке Рх. В этом случае для определения погреш-
ности пользуются формулой (19).
При обработке криволинейного контура Рг непрерывно меняет-
ся. В частности, при обработке дуги окружности Рг непрерывно воз-
растает (см. табл. 6), этот факт также необходимо учитывать.
.64
При обработке криволинейного контура непрерывно меняется
соотношение между составляющими Рх и Ру. При обычном точении
проходным токарным резцом принято считать, что Py = 0,5Pz,
Рж=0,25 Pz. При обработке на станках с ЧПУ эти соотношения из-
меняются.
4. ПРИБОРЫ ДЛЯ РАЗМЕРНОЙ НАСТРОЙКИ
ИНСТРУМЕНТОВ ВНЕ СТАНКА
Цель размерной настройки — обеспечить с требуемой точностью
заданное положение режущих кромок инструмента в системе ко-
ординат вспомогательного инструмента. На рис. 44, а положение
вершины резца А в системе координат вспомогательного инструмен-
та определяют размеры х, у, заданные картой настройки инстру-
мента. Резцовый блок настраивают на специальном приборе (рис.
44, б). Блок базируют в посадочном гнезде, идентичном гнезду
револьверной головки или резцедержателя. Оптическую систему
выставляют относительно базовых поверхностей вспомогательного
инструмента по координатам х, г.,Для установки оптической систе-
мы используют плоскопараллельные концевые меры, шаблоны, уни-
версальный микрометрический или индикаторный инструмент, спе-
циальные встроенные в прибор шкалы с нониусом. При этом вер-
шина резца может не совпадать с центром оптического проекцион-
ного устройства. Чтобы устранить погрешность установки резца в
блоке Дх, Дг, используют регулировочные винты. После того как
вершина резца совпадет с центром оптического устройства, резец
закрепляют в блоке.
Приборы для размерной настройки вне станка выпускают в го-
ризонтальном исполнении (ВБ-2010, ВБ-2011, ВБ-2012) для на-
стройки резцов, резцовых оправок, борштанг и вертикальном ис-
полнении (БВ-2013—БВ-2017) для настройки сверл, зенкеров, раз-
верток, метчиков, концевых фрез.
Прибор для настройки резцовых блоков, оправок и борштанг,
имеющих конусный хвостовик с конусностью 7 : 24, показан на рис.
Рис. 44. Размерная настройка вне станка:
а — расчетная схема; б — настройка на приборе
3—1095
65
45, а. Станина имеет два уровня, нижний служит для установки
инструмента. Сменные гнезда 2 для установки вспомогательного
инструмента крепятся на станине 1 при помощи Т-образных пазов.
На верхнем уровне установлен проекционный отсчетный микро-
скоп 3 с 30-кратным увеличением. На поворотном экране проекто-
ра имеется штриховое перекрестие. Микроскоп перемещается в про-
дольном и поперечном направлениях по соответствующим направ-
ляющим. Предельное перемещение продольной каретки 300 мм, по-
перечной— 200 мм. Установку проектора на заданные координаты
осуществляют перемещением каретки по штриховым шкалам стек-
Рис. 45. Приборы для размерной настройки вне станка:
а — БВ-2010; б — БВ-2013
66
Рис. 46. Оптическая система устройст-
ва АНИС-75
лянных линеек и микроско-
пам. Точную установку осу-
ществляют микрометрическими
винтами, после чего положе-
ние фиксируют стопорными
винтами. Настройку инстру-
мента осуществляют с помо-
щью винтов настройки до тех
пор, пока режущие кромки не
совпадут с центром перекре-
стия или впишутся в прямой
угол, образованный осями ко-
ординат (при наличии радиуса
при вершине); после этого ре-
зец закрепляют. Точность на-
стройки инструмента по каж-
дой координате § мкм. Провер-
ку положения режущей кромки
инструмента по вертикали осуществляют индикатором часового
типа, установленным на отдельной стойке.
Устройство для размерной настройки концевого инструмента
для станков с ЧПУ сверлильной, расточной и фрезерной групп по-
казано на рис. 45, б. На литой станине 1 закреплен шпиндель <3 для
установки инструментов и стойка 9. Инструмент затягивается в
шпинделе маховиком 2. На стойке расположены вертикальная ка-
ретка 4 и горизонтальная каретка 5. На каретках установлены два
индикатора 8, предназначенные для контроля положения настраи-
ваемого инструмента на заданный размер по диаметру и вылету.
Вертикальную каретку устанавливают с помощью линейки и но-
ниуса, горизонтальную — с помощью калибров или блоков конце-
вых мер, которые укладывают на призму 7, и микрометрического
устройства 6.
На рис. 46 показана оптическая система для настройки инстру-
мента вне станка. Прибор имеет 10-кратное увеличение. Информа-
ция о направлении и перемещении оптической системы фиксирует-
ся на пятиразрядных табло цифровой индикации. Оптическая си-
стема прибора представляет собой эпидиаскоп, работающий в
проходящем свете. Теневое изображение инструмента, отразившись
в системе зеркал, проецируется на стеклянный матовый экран с
нанесенным на нем перекрестием. Оптическая система настраива-
ется по эталону. Время настройки одного инструментального блока
на приборе АНИС-75 не превышает 2 мин.
3*
67
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
ОБРАБОТКА НА СТАНКАХ С ЧПУ
1. обработка на токарных станках
Особенности обработки. Токарные станки с ЧПУ классифициру-
ют по расположению оси шпинделя (горизонтальные п вертикаль-
ные), расположению направляющих (горизонтальные, вертикаль-
ные и наклонные), структуре инструментальной системы (с много-
позиционным суппортом, револьверной головкой, инструменталь-
ными магазинами), виду выполняемых работ (центровые, патрон-
ные, патронно-центровые и карусельные).
Центровые станки предназначены для наружной обработки ва-
лов, включая нарезание резьбы резцом с наибольшим диаметром
обрабатываемой детали 250—380 мм. Они составляют приблизи-
тельно 10% всей группы токарных станков. Станки 1713ФЗ, 1719ФЗ
и др. имеют горизонтальные направляющие, 1Б732ФЗ и др.— на-
клонные направляющие. Патронные станки предназначены для на-
ружной и внутренней обработки деталей типа втулки и фланца.
Кроме обтачивания, растачивания и подрезания торца на станках
можно производить сверление, зенкерование, развертывание, цеко-
вание, нарезание резьбы метчиками в осевых отверстиях. Возмож-
но также нарезание наружной и внутренней резьбы резцом. Стан-
ки этой группы составляют около 40% парка токарных станков с
ЧПУ. К ним относятся станки горизонтальной компоновки с преде-
ламп наибольших диаметров обрабатываемых деталей 160—
1250 мм (1П717ФЗ, 1П732ФЗ и др.); вертикальной компоновки с
пределами наибольших диаметров 200—500 мм (1723ФЗ, 1734ФЗ
и др.); токарно-револьверные (1П430ФЗ и др.) с пределами наи-
больших диаметров обрабатываемых деталей до 200—320 мм; ло-
ботокарные (РТ725ФЗ и др.); токарные многооперационные
(1755Ф4 и др.). Патронно-центровые станки (35% парка) облада-
ют технологическими возможностями первых двух групп. Их при-
меняют для патронной и центровой обработки деталей с предела-
ми наибольших диаметров 160—630 мм. Наибольшее распростране-
ние получили станки 16К20ФЗ, 16КЗОФЗ, 1А616ФЗ и др. Для обра-
ботки крупных деталей применяют карусельные станки: одностоеч-
ные 1512Ф2, 1516Ф2 и др. и двухстоечные 1525Ф2, 1Л532Ф2 и др.
Детали типа тел вращения можно разделить на диски
(£<2,5£)); втулки, пальцы (2,5 £)<£< 10 £)); валы (£>10 О)
мелкие крепежные детали и др. Детали каждой из групп в зависи-
мости от технологии подразделяют на детали, требующие только
наружной обработки; детали, требующие только внутренней отра-
ботки; детали, требующие наружной и внутренней обработки.
В общем случае обработка деталей типа тел вращения выпол-
няется за две установки: А — черновая и чистовая обработка с од-
ной стороны; Б — черновая и чистовая обработка с другой стороны.
68
В отдельных случаях могут потребоваться три установки: А — •
черновая обработка с одной стороны; Б — черновая и чистовая об-
работка с другой стороны; В — чистовая обработка с первой сто-
роны.
При серийном производстве обрабатывают партию заготовок
с одной стороны, затем с другой. Это две самостоятельные
операции. Даже при единичном производстве каждая установка
требует отдельной наладки и отдельной программы, поэтому в соот-
ветствии с изложенными ранее условиями здесь предусмотрены две
самостоятельные операции. При работе по первому варианту мень-
ше установок (операций), выше концентрация и эффективность об-
работки, но реализовать этот вариант не всегда возможно. При
черновой обработке снимают большой припуск, при этом осущест-
вляется перераспределение внутренних напряжений, возможно ко-
робление детали, повреждение ранее начисто обработанных поверх-
ностей. В частности, при зажиме обработанной стороны и черновой
обработке другой стороны требуются большие силы зажима, след-
ствием чего может быть повреждение кулачками патрона обрабо-
танной поверхности.
Технологические процессы токарной обработки различных дета-
лей имеют много общего. Отдельные типовые элементы конструк-
ции обрабатывают одинаковыми способами. Это дает возможность
использовать при программировании стандартные программы, каж-
дая из которых играет роль макрокоманды — содержит типовую
последовательность движений, связанных с обработкой определен-
ного конструктивного элемента. Стандартные программы сокраща-
ют трудоемкость программирования и уменьшают число ошибок.
В существующих системах программирования широко используют
стандартные автоматические циклы: черновой и чистовой обработ-
ки, прорезки канавок, резьбонарезания, сверления и т. д. Стандарт-
ные циклы имеют в большинстве случаев следующие элементы: по-
ворот револьверной головки, быстрый подвод инструмента, тор-
можение и медленный подвод инструмента, обработку, отвод
инструмента и быстрое возвращение его
в исходное положение.
Токарную операцию обычно начинают
с черновой обработки, которая содержит
несколько прямолинейных черновых про-
ходов. Проходы выполняются вдоль оси
детали, перпендикулярно к оси или под
углом к ней. Первый проход предусматри-
вает удаление с поверхности поковки или
отливки окалины и исправление погреш-
ностей формы детали. Последующие чер-
новые проходы имеют, как правило, посто-
янную глубину резания. Если припуск для
последнего чернового прохода оказался не-
Рис. 47. Отвод инструмента перпендикулярно оси
детали (а), под углом к оси (б), параллельно про-
филю (в)
69
Рис. 48. Профиль детали и заготовки после черновой обработки
большим, то следует несколько увеличить припуск предыду-
щих черновых проходов или удалить оставшуюся часть при
чистовой обработке. Таким образом, можно избежать выполнения
лишнего прохода.
Л' 3-я зона
2-я зона
!-я зона
^7777777/Л////Л
а)
Z
О

й)
Рис. 49. Последовательность
ления припуска по уровням
нам:
а — 11, 12, 13, 21, 22, 23; б — 11,
31, 22, 13; в —11, 21, 31, 12, 22, 13
Z
уда-
И 30-
12, 21,
После каждого прохода
отвод инструмента осущест-
2, вляется одним из трех спо-
собов (рис. 47): а — перпен-
дикулярно к оси детали; б—
ft-u уровень ПГ|д уГЛ0М к оси; s — парал-
2-йуроВень лельн0 профилю.
Профиль заготовки после
черновой обработки не сов-
падает с профилем готовой
детали (меньшее число эле-
ментов, более простая фор-
ма элементов). На рис. 48
профиль детали выполнен по
сложной* табулированной
кривой. При черновом про-
ходе его точное воспроизве-
дение не требуется. Соответ-
ствующий участок чернового
контура очерчен отрезком
прямой и дугами окружно-
стей. Если припуск невелик,
черновая обработка может
отсутствовать.
Если деталь имеет не-
сколько ступеней (рис. 49),
то припуск делят на зоны
(перпендикулярно к оси де-
тали). Сетка горизонталь-
ных и вертикальных линий
делит припуск на опреде-
ленное число элементарных
участков. Каждый участок
можно обозначить двузнач-
ной цифрой: первая — номер
70
уровня, вторая — зоны. Возникает задача: в какой последователь-
ности удалять участки, чтобы путь инструмента был минимальным.
Два первых варианта примерно равноценны и имеют меньшую
длину траектории по сравнению с третьим. Но последний вариант
позволяет более полно оптимизировать глубину резания; вторая
зона имеет два участка с различной глубиной; при удалении верх-
него участка резец будет загружен больше, а при удалении нижне-
го— меньше; при обработке по зонам можно реализовать такой
алгоритм программирования, чтобы припуск второй зоны делился
пополам; зона сохранит два участка, но с одинаковой глубиной
припуска.
Чистовая обработка также содержит стандартные циклы: обра-
ботка наружной поверхности, внутренней поверхности и др. Обра-
ботка осуществляется контурным резцом. Скругления и фаски вы-
полняются во время контурной обработки, обработка канавок вы-
деляется в специальные циклы.
На токарных станках с ЧПУ можно нарезать крепежные и хо-
довые резьбы. Крепежные метрические резьбы имеют угол при вер-
шине 60°. К ходовым резьбам относят трапецеидальные, прямо-
угольные, упорные, трубные и др. Различают также резьбы цилин-
дрические и конические, наружные и внутренние, однозаходные._и
многозаходные. В конструкции детали может быть предусмотрена
или не предусмотрена канавка для выхода резьбы.
Для нарезания используют резьбовые резцы или метчики и
плашки. Технология нарезания зависит от вида инструмента.
Резец должен иметь профиль, соответствующий профилю резь-
бы. Следует точно устанавливать резец относительно детали, ибо
все неточности изготовления и установки инструмента будут сни-
жать точность изготовления резьбы (см. рис. 16). Для нарезания
резьбы требуется, как правило, несколько проходов (рис. 50).
Стандартные циклы могут компоноваться различными способами.
Врезание может осуществляться перпендикулярно к оси детали
(рис. 50, а, в) или параллельно профилю зуба (рис. 50, б, г). Пере-
менную подачу выбирают так, чтобы обеспечить постоянную пло-
щадь сечения среза. В конце цикла резьбонарезания программист
может задать калибрующие проходы или остановку станка для руч-
ного контроля параметров резьбы. В некоторых случаях калибру-
ющие проходы выполняют отдельным чистовым резцом. Резец от-
Рис. 50. Сечения среза последовательных проходов при нарезании резьбы с посто-
янной (а, б), и переменной (в, г) подачам(и
71
Рис. 51. Циклы нарезания канавок за один поперечный (а), за несколько попе-
речных (б), за несколько поперечных и продольных (в) проходов
водится параллельно профилю зуба резьбы, если есть канавка для
выхода резьбы, или перпендикулярно к оси детали, когда канавки
нет. При нарезании многозаходных резьб можно сначала нарезать
один заход, затем перейти к следующему или сначала обработать
все заходы, а затем изменить глубину резания. Стандартный цикл
нарезания резьбы содержит переходы: выбор инструмента, быстрый
подвод инструмента, врезание, выполнение одного прохода, отвод
инструмента. Затем операции, начиная с врезания, повторяются дО
достижения заданной глубины резьбы. Кончается цикл быстрым
отводом инструмента в исходное положение.
Резьба метчиками и плашками нарезается за один проход, но
для каждого типоразмера резьбы требуется свой инструмент. Чтобы
отвести инструмент после нарезания, нужно реверсировать враще-
ние шпинделя. Если применить разжимные метчики или самооткры-
вающиеся резьбонарезные головки, то можно избежать реверса
шпинделя и повысить производительность резьбонарезания. Стан-
дартный цикл при нарезании резьбы метчиками и плашками со-
держит переходы: выбор инструмента, быстрый подвод, нарезание
резьбы, реверс шпинделя и вывод инструмента из^детали, быстрый
отвод инструмента в исходное положение. Обычно стандартный
цикл резьбонарезания задается одним оператором программы.
Канавки прорезают на цилиндрической, конической и торцевой
поверхности детали с помощью канавочных и прорезных резцов.
Для обработки канавок предусмотрены стандартные циклы, их про-
граммирование осуществляют обычными методами. На рис. 51 по-
казаны стандартные циклы: а — прорезание узкой фасонной канав-
ки фасонным канавочным резцом за один поперечный проход (про-
филь резца должен соответствовать профилю канавки); б — проре-
зание канавки средних размеров канавочным резцом за несколько
поперечных проходов; в — прорезание широкой канавки прорезным
резцом за один или несколько поперечных проходов и проходным
резцом за несколько продольных проходов.
По методике, разработанной в ЭНИМСе, все элементы контура
детали разбивают на основные и дополнительные. К основным от-
носят элементы, обрабатываемые контурным резцом, к дополни-
тельным— остальные (канавки, выточки, резьбы и др.). При этом
может быть установлена следующая общая схема при патронной
обработке: центрование, сверление, подрезание торца, черновая об-
уй
Рис. 52. Резцы со сменными многогранными пластинами:
а — пятигранной; б — трехгранной; в — параллелограммной
работка основных и дополнительных поверхностей, чистовая обра-
ботка дополнительных и основных поверхностей. Если сверло яв-
ляется жестким (диаметром более 20 мм), то центрирование можно
исключить. Если сверло имеет диаметр более 40—50 мм, то вводят
рассверливание. При обработке в центрах первые три позиции ис-
ключают. Типовую схему составляют в зависимости от конструкции
детали, емкости инструментального магазина и др.
Следует оговориться, что в общем случае операция сверления
отверстий на токарных станках с ЧПУ неэффективна, поэтому, по
возможности, ее следует избегать.
Применение сменных многогранных пластин. Резцы — наиболее
распространенный токарный инструмент, они состоят из головки и
державки. По конструкции различают резцы прямые и отогнутые,
цельные и составные, с припаянными пластинами и с механически
закрепленными пластинами. По назначению бывают проходные,
подрезные, расточные, отрезные, упорные, канавочные, резьбовые,
черновые и контурные резцы. В зависимости от инструментального
материала различают быстрорежущие, твердосплавные, минерало-
керамические и другие резцы. По расположению суппорта или ре-
вольверной головки бывают левые и правые резцы.
В ГОСТ 18868—73— 18876—73 даны типоразмеры токарных
резцов с пластинами из быстрорежущей стали, в ГОСТ 9795—73,
18877—73—18885—73 — резцов с пластинами из твердого сплава.
Для станков с ЧПУ особое значение приобретают резцы со смен-
ными неперетачиваемыми пластинами. Многократное использова-
ние державки позволяет повысить качество ее изготовления, точ-
ность и надежность крепления пластины, что повышает стабиль-
ность обработки и надежность функционирования системы СПИД.
На рис. 52 показаны токарные резцы: проходной с пятигранной
пластиной (ф=60°, ф1 = 12°); контурные с трехгранной (ф=93°)
и параллелограммной (ф=93°) пластинами.
Рассмотрим способы установки и закрепления многогранных
пластин. Анализ отечественных и зарубежных конструкций пока-
4—1095
73
зал, что имеется, по существу, только два способа установки плас-
тин в гнездо державки — по штифту и боковым сторонам (рис. 53).
В первом случае пластина базируется с помощью круглого штифта,,
а в угловом положении фиксируется упором по одной из сторон.
Во втором случае пластина базируется по двум боковым сторонам,,
—причем по одной из сторон число точек базирования должно быть
не более двух, а по другой — одна (рис. 53, б). При увеличении чис-
ла точек возникают неопределенность установки пластины и допол-
нительная погрешность.
Разнообразные способы закрепления пластин сводятся к трем
основным: сверху, через отверстие и клином, действующим на одну
из боковых сторон (рис. 53, в).
Будем обозначать способ установки и закрепления двузначным
числом, в котором первая цифра — способ установки, а вторая —
способ закрепления. Тогда возможны шесть способов установки и
закрепления (рис. 53, а): наиболее распространенными являются
способы 13, 22 (рис. 54); менее распространены— 11, 21; мало —
12, 23. Система допусков для СМП (ГОСТ 19086—80) разработана-
для базирования пластин по боковым поверхностям (способ 22).
Исследования показали, что при использовании способа 13 ме-
тод полной взаимозаменяемости (поворот пластин в державке без
настройки вне станка) не позволяет обеспечить точность обработки
выше 15-го квалитета. Следовательно, этот способ может быть ре-
комендован только для черновой обработки, а для чистовой обра-
ботки — способ 22.
74
Геометрия инструмента зависит от геометрии пластины и гео-
метрии ее установки на державке. На рис. 54 показаны пластины
типа А с нулевыми задним и передними углами. Фактические углы
определяются установкой пластины в державке (—6°). Режущую
пластину нижней поверхностью устанавливают на опорные пласти-
ны, размеры которых регламентирует ГОСТ 19073—80— 19083—80.
Опорные пластины повышают точность установки режущей пласти-
ны на опорной плоскости и предохраняют опорную поверхность
гнезда державки от пластической деформации, повреждения и раз-
рушения. Изготовляют опорную пластину из твердого сплава или
закаленной стали. Опорная пластина крепится на державке путем
припаивания, приклеивания или механическим способом. В послед-
нем случае ее закрепляют винтом (рис. 54, е) или так же, как и ре-
жущую пластину. На рис. 54, е показана конструкция со стружко-
ломом.
При выборе способа установки и крепления пластин учитыва-
ют вид обработки. Черновая обработка связана с большими нагруз-
ками, поэтому главным требованием является высокая прочность
крепления пластины, точность установки пластины не играет реша-
ющей роли. Из схем на рис. 54 следует рекомендовать а, е. При
чистовой обработке силы резания небольшие, важное значение
приобретает точность установки пластины. В этом случае пред-
почтение должно быть отдано конструкциям в, б, г. Следует огово-
риться, что даже при чистовой обработке точность установки не
столь существенна, если используют метод размерной настройки
вне станка. Метод позволяет компенсировать погрешности установ-
ки, но при этом теряются те возможности, которые заложены в
идее СМП — вместо переточки производить смену инструмента по-
Рис. 54. Варианты установки и зажима пластины:
а — способ 13; б, в, г — способ 22; д — способ 11; е — способ 21
75
воротом пластины непосредственно на станке без использования
каких-либо дополнительных устройств. При использовании для раз-
мерной настройки метода полной взаимозаменяемости первостепен-
ное значение приобретает точность установки пластины в дер-
жавке.
Режимы резания резцов с многогранными пластинами. Согласно
«Общемашиностроительным нормативам режимов резания резца-
ми с механическим креплением многогранных твердосплавных пла-
стин. Обработка на станках с ЧПУ» [9] рекомендуется выбирать в
следующей последовательности: 1) державку резца и углы в пла-
не, 2) схему установки и крепления пластины, 3) форму пластины,
4) геометрические параметры режущей части, 5) длину режущей
кромки, 6) марку твердого сплава, 7) подачу, 8) период стойкости
инструмента, 9) скорость резания.
Рассмотрим содержание каждого этапа.
Этап 1. Методика выбора углов в плане изложена в третьей
главе. Углы выбирают в зависимости от углов подъема спада кон-
тура обрабатываемой детали, затем подбирают стандартные конст-
рукции державок резцов.
Этап 2. Схемы установки и крепления пластин даны в настоя-
щей главе (см. рис. 53, 54).
Этап 3. В табл. 8 дана оценка (по пятибалльной системе: балл
5 — высший, балл 1—низший) различных форм пластин в зави-
симости от характера обработки. Оценки даны при одинаковых спо-
собах крепления пластины, одинаковом главном угле в плане, ра-
диусе при вершине и геометрических параметрах режущей части.
Этап 4. Геометрические параметры режущей части резца опре-
деляются типом пластины и ее положением в державке. Из эле-
ментов геометрии главная роль принадлежит переднему углу. Вы-
бор переднего угла такой же, как при обычном резании. Чем боль-
ше передний угол, тем резец острее и меньше усадка стружки. Та-
кой резец легко внедряется в обрабатываемый материал, но при
этом снижается прочность режущей кромки, затрудняется теплоот-
вод, увеличивается износ. При уменьшении переднего угла прочность
и износостойкость увеличиваются, но усадка стружки и пластиче-
ская деформация металла возрастают. Отсюда при обработке угле-
родистых и легированных сталей рекомендуется при ов^8 МПа
угол у=12ч-15°, при о-в = 8-г-10 МПа -у=10°, при о'в>110 у =
= — (5ч-10)°; при обработке серого чугуна при ЯВ<220 у=12°, при
НВ>220 у = 5-е-8°. Во всех случая^ рекомендуется задний угол
а = 6°. При обработке алюминиевых и магниевых сплавов у =
= 15—20°, а= 10—15°.
Пластину выбирают с плоской передней гранью (тип N, А),
если образуется стружка надлома, скалывания или сама геометрия
обеспечивает естественное стружкодробление. При сливной струж-
ке рекомендуют пластины со стружкозавивательными канавками
(тип R, М, F, G).
Этап 5. Длина режущей кромки многогранной пластины (раз-
мер пластины) зависит от ширины среза, а последняя определяет-
76
Рис. 55. Определение длины режущей кромки
пластины
ся главным углом в плане и глубиной
резания (рис. 55, табл. 9). Когда изве-
стна рабочая длина режущей кромки,
по табл. 10 определяют ближайший
размер пластины, предусмотренный
ГОСТом. Рабочая часть режущей
кромки /р зависит от действительного
угла в плане. При обработке криво-
линейного профиля действительный
угол <р непрерывно меняется. При опре-
делении 1Р это необходимо учитывать
и брать минимальный угол.
Этап 6. Марку твердого сплава выбирают в зависимости от об-
рабатываемого материала и характера обработки в соответствии
с табл. 11. Для каждого вида обработки произведена градация ма-
рок на четыре ряда. Сплавы I ряда применяют при отсутствии тре-
бований, ограничивающих их использование. При повышенных тре-
бованиях к производительности или износостойкости рекомендуют
сплавы II ряда, при повышенных требованиях к надежности рабо-
ты— сплавы III и IV рядов, при этом III ряд предпочтительнее IV.
77
00
‘11. Марки твердого сплава
Материал Вид обработки i, мм S, мм /об
Сталь Чистовая 2
Получистовая 2—4 0,25—0,6
Черновая 4—8 0,5—1,4
Черновая преры- 4—6 0,2—1,4
вистая Грубая с большой 8 0,8—1,4
глубиной резания Грубая по корке 6 0,5—1,4
Чугун серый Чистовая 2
Получистовая 2-4 0,1—0,6
Черновая 4-8 0,5—1,4
Черновая 4-6 0,2-1,4
прерывистая Грубая с большой глубиной резания 8 0,8—1,4
Грубая по корке 6 0,5—1,4
Алюминиевые Чистовая 2
сплавы Получистовая 2-5 0,2—0,8
Марка
I
I ряд п ряд Ш ряд IV ряд
T15K6 Т14К8 Т5К10
T14K8 Т15К6 Т5К10 ТТ10К8Б
T14K8 . Т15К6 Т5КЮ
Т5КЮ Т14К8 ТТ10К8Б
ТТ10К8Б Т5К12В
Т5КЮ Т14К8 Т5К12В
T5K10 Т14К8 Т5К12В
ТТ10К8Б TT5K12B TT7K12 Т5КЮ ТТ7К12
вкзм ВК4, ВК6М В Кб
вкз ВК6-ОМ
ВК4 ВКЗМ ВК8
ВК6 БК6М ТТ8К6
В Кб ТТ8К6 ВК8
ВК8 ВК6М ВК6 ВКЮ-ОМ
ВК8 ВК6
ВК8 ВК6 ВКЮ-ОМ
ВК8В ВКЮ-ОМ ВК6М ВК8 ВК4
ВКЗМ ВК2
ВК4 ВК6М ВК8
ВК6 ТТ8К6
Этап 7. Черновую подачу выбирают по технологическим картам
в зависимости от обрабатываемого материала, формы пластины,
ее толщины, радиуса при вершине и глубины резания. В качестве
примера в табл. 12 даны черновые подачи для четырехгранных
пластин со стружколомающими канавками при обработке стали.
Подачу ssC0,2 мм/об применять не рекомендуется, так как при
этом не обеспечивается надежное стружколомание. Радиус при вер-
шине пластины выбирают наибольший, при этом учитывают кон-
фигурацию детали, а также то, что при увеличении радиуса повы-
шается вероятность возникновения вибраций при резании. При об-
работке всех групп конструкционных материалов пластинами со
шлифованными порожками допускается наименьшая подача s =
= 0,1 мм/об.
Чистовую подачу выбирают в зависимости от допускаемого
параметра шероховатости обрабатываемой поверхности и радиуса
при вершине многогранной пластины (табл. 13). Подачи рассчита-
ны для обработки стали с ов = 7-4-9 МПа и чугунов. Для стали с
ов = 5-4-7 МПа подачу умножают на коэффициент fes = 0,45, для ста-
ли с сгв = 9-=-11 МПа — на £s=l,25.
Этап 8. Период стойкости инструмента уточняется в зависимо-
сти от характера операционной технологии и уровня технологиче-
ского обеспечение (см. рис. 11).
Этап 9. Общемашиностроительные нормативы содержат техно-
логические карты скоростей резания. Каждая карта составлена
для определенного материала и вида обработки. В качестве при-
мера приведена табл. 14 выбора скорости резания для сталей с
НВ 269—321 при равномерном однородном припуске.
Стружкодробление. При токарной обработке на станках с ЧПУ
особое значение имеет удаление стружки. Стружка является отхо-
дом производства и, казалось бы, форма стружки не должна нас
интересовать, но уже при ручном управлении стружка доставляет
большие неприятности рабочему, обслуживающему станок. При
высоких скоростях обработки стружка сходит сплошной лентой,
опутывающей деталь, суппорт и инструмент. Рабочий должен за-
трачивать большое время для удаления стружки. В ряде случаев
это очень сказывается на производительности обработки. Даже при
ручном управлении удаление стружки является важной задачей и
требует к себе внимательного отношения. Это имеет особое значе-
ние для станков с ЧПУ, когда рабочий цикл выполняется автома-
тически.
Удаление стружки содержит три этапа: стружкозавивание,
стружкодробление и удаление стружки из станка. Различают не-
завитую непрерывную, завитую непрерывную и дробленую струж-
ки. К первому типу относят прямую и путаную лентообразную
стружку. Такая стружка препятствует нормальной работе станка.
Завивание стружки — следствие неравномерности продольной
усадки стружки в зоне деформации (см. рис. 23, а). Срез, превра-
щаясь в стружку, претерпевает пластическую деформацию, кото-
рая происходит в зоне деформации. Показателем степени пласти-
79
12. Черна4 подача для пластин типа S, мм/об
Толщина пластины, мм 3,18 4,78 6,35 7,94
Радиус при вершине, мм 0,4 0,8 0,8 1,2 1,6 1,2 1,6 2,5
Длина режущей кромки, мм 9 9 12 12; 15 15 19 19 25
t, мм 1—2 0,2—0,3 — —1 — — — —
'21—3 0,25—0,35 0,4—0,5 0,45—0,55 — — — — —
3—4 0,25—0,35 0,4—0,5 0,5—0,6 0,6—0,7 — 0,7—0,85 1—— —
4—5 0,5—0,6 0,75—0,85 0,85—0,95 0,9—1,0 1,0—1,'2 1,05—1,25 —
5—6 — — 0,65-0,75 0,75—0,85 0,8—0,9 0,9—1,0 0,95—1,05 —
6—7 — — 0,8—0,71 0,7—0,8 0,75—0,85 0,8—0,9 0,85—0,95 0,9—1,0
7—8 — — 0,55—0,65 0,65—0,75 0,7—0,8 0,75—0,9 0,8—0,95 0,95—1,0
# •
13. Чистовая подача, мм/об
Радиус при вершине резца, ми
Ra Яг 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4
м КМ
0,63 0,07 0,1 0,12 0,14 0,15 0,17
1,25 — 0,10 0,13 0,165 0,19 0,21 0,‘23
2,5 0,144 0,2 0,246 0,29 0,32 0,35
20 0,25 0,33 0,42 0,49 0,55 0,60
— 40 0,35 0,51 0,63 0,72 0,60 0,87
— 80 0,47 0,66 0,81 0,94 1,04 1,14
14. Скорость резания для сталей с НВ 269—321, м/мин
t, мм S, мм/об
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
До 1 205—190 190—175 175—160 160—145 145—130 140—125
1—2 195—180 175—165 165—155 155—140 140—130 135—125
2—3 145—135 135—125 125—115 115—105 110—100 95—90
3—4 140—J 30 135—125 125—115 115—100 105—100 100—85 90—85 85—75
4—5 135—125 130—120 120—115 105—90 100—95 90-80 90—80 80—75
5—6 125—115 115—110 100—95 100—90 85—75 85—75 80—75
6—7 95—90 90—80 85—75 80—70 75—70 70—65
ческой деформации металла является усадка стружки. Если усад-
ка не меняет своего значения в различных точках поперечного
сечения среза, стружка имеет вид прямой ленты, если усадка яв-
ляется переменной,— стружка завивается. Радиус спирали будет
тем меньше, чем выше разность между усадкой в элементарных
объемах поперечного сечения. Направление оси спирали меняется
в широких пределах в зависимости от условий процесса резания.
Завитая стружка лучше путаной, но не может обеспечить высокую
надежность процесса резания. Стружка должна быть подвергнута
процессу дробления. Сущность дробления — дополнительная упру-
гая деформация и разрушение стружки. Завивание и дробление
обычно происходят одновременно, но между ними есть принципи-
альная разница.
Завивание стружки осуществляется в процессе ее образования
в зоне деформации. Дробление стружки — хрупкое разрушение уже
образованной стружки за счет дополнительных сил, действующих
на стружку. При стружкообразовании происходит деформация
стружки и она становится хрупкой. Если на пути стружки встреча-
ются препятствия (деталь, резец и др.), то она дополнительно на-
гружается (как консольная балка). В поперечном сечении стружки
возникают напряжения изгиба. Когда напряжения превысят предел
прочности, происходит разрушение. Различают винтовую и плоскую
спирали стружки. Дробленая стружка может содержать менее од-
81
Рис. 56. Стружкозавивательные канавки
Рис. 57. Диаграмма стружкодробления
итого, один или несколько витков. Очень мелкая стружка также не-
желательна: она разлетается и попадает в труднодоступные места,
.нарушая работоспособность механизмов.
Методов дробления стружки много, их делят на естественные
и искусственные. При естественных методах стружка встречает на
•своем пути естественные препятствия. При естественном методе так
направляют стружку, чтобы она встретила на своем пути заготовку
либо резец. Это достигается с помощью режимов резания, геомет-
рии инструмента и специальными элементами конструкции перед-
ней грани инструмента.
К искусственным методам относят кинематический метод (за
счет прерывистой подачи), метод разделения припуска (предвари-
тельное нанесение рисок на заготовке) и использование различных
экранов и других стружкоразрушающих устройств.
Наибольшее распространение получили методы, связанные с
^особой геометрией передней грани (канавки, лунки, порожки). Но
при этом, если использовать обычный инструмент, возникают такие
трудности: высокая трудоемкость, так как твердый сплав очень
трудно обрабатывается; форма передней грани сохраняется до пер-
вой переточки, а далее ее необходимо возобновлять.
Новые возможности появляются при использовании СМП. Кон-
струкция передней грани определяется до спекания при формовании
твердосплавной смеси. Последующее спекание не меняет формы
передней грани. Появляется возможность создания эффективных
конструкций передней грани, недостижимых ручным способом. По-
вышаются точность изготовления стружкозавивательных элемен-
тов и стабильность процесса стружкодробления.
Согласно ГОСТ 19052—80 отечественные СМП предусматрива-
ют канавки для дробления стружки по периметру режущих кро-
мок (рис. 56). Исследования, проведенные в Уральском политех-
ническом институте (УПИ) им. С. М. Кирова, показали, что диа-
пазоны дробления стружки повышаются, если стружкозавиватель-
ным канавкам придать форму неправильного восьмигранника, а их
глубину сделать переменной.
«2
При заданном обрабатываемом материале и геометрии инстру-
мента влияние режимов резания на стружкодробление можно по-
казать с помощью диаграммы стружкодробления. На рис. 57 пока-
зана диаграмма для <р = 90°, сталь 40Х обрабатывалась отечествен-
ными трехгранными пластинами при их установке в стандартной
державке. Зона дробления стружки на диаграмме заштрихована,
диаграмма показывает, что для заданных условий устойчивое дроб-
ление наблюдается при /^=1,5 мм и s^0,25 мм/об. При малых по-
дачах и глубинах резания стандартная канавка оказывается боль-
шой, стружка не доходит до стружкозавивательного уступа и не
завивается.
При назначении режимов резания технолог должен, руководст-
вуясь диаграммами стружкодробления, выбрать такие режимы, ко-
торые обеспечивают надежное стружкодробление. Автоматизация
выбора режимов резания, обеспечивающих дробление стружки идет
ло двум направлениям.
При разработке управляющих программ системы автоматиче-
ского программирования содержат алгоритмы проверки режимов
на дробление стружки. Данные диаграмм стружкодробления закла-
дывают в память машины. Производятся сравнение выбранных ре-
жимов с допустимыми и необходимое корректирование выбранных
режимов. 4
При обработке деталей на станке специальный датчик опреде-
ляет тип стружки. При отсутствии дробления автоматически кор-
ректируются режимы резания.
Второй способ более сложен, но и более универсален. Стружко-
дробление — сложный процесс и зависит от большого числа факто-
ров, поэтому не всегда имеются достоверные данные, позволяющие
решить все вопросы на стадии программирования.
Оснастка и вспомогательный инструмент. При черновой обра-
ботке используют установку деталей в патроне; патроне и заднем
центре; патроне, заднем центре и люнете. Это зависит от отноше-
ния длины детали к ее диаметру: короткие детали устанавливают
в патроне; детали средней длины должны иметь дополнительную
опору на задний центр; длинные детали (//</>10—12) обрабатыва-
ют с использованием люнета. Если кроме наружных поверхностей
нужно обработать внутренние, то задний центр неприменим. Тогда
короткие детали устанавливают в патрон, а детали средней дли-
ны —• в патрон и люнет. Если требуется высокая точность установ-
ки, применяют установку в центрах. Для передачи крутящего мо-
мента от шпинделя станка к детали используют поводковый пат-
рон с хомутиком, поводковые передние центры или торцовые повод-
ковые патроны. В последних двух случаях центры или патроны
имеют зубцы. При поджиме детали задним центром зубцы внедря-
ются в ее торцовую поверхность, что обеспечивает передачу необ-
ходимого крутящего момента. Установку на планшайбе применя-
ют для токарной обработки деталей, которые не являются телами
вращения (расточка отверстий в корпусе) или при обработке не-
центральных отверстий и пальцев.
83
Приспособления к станкам с ЧПУ должны обладать повышен-
ными точностью и жесткостью. Зажимные устройства должны быть
механизированы и обеспечивать жесткую фиксацию. При установ-
ке приспособления на станке необходимо обеспечить ориентацию
заготовки в системе координат станка. Должны быть предусмотре-
ны быстрая переналадка приспособлений при смене заготовки и
быстрая установка его на станке.
На токарных станках с ЧПУ широкое применение нашли уни-
версальные переналаживаемые приспособления. Они позволяют
осуществлять установку и закрепление большого числа деталей.
По способу наладки разделяют регулируемые и наладочные при-
способления. Наладку регулируемых приспособлений осуществляют
регулированием положения установочных и зажимных элементов,
переналадку наладочных приспособлений — сменой установочно-за-
жимных элементов. Наибольшее распространение получили трехку-
лачковые самоцентрирующие патроны. К ним предъявляют следую-
щие требования: высокие жесткость и точность, которые должны
соответствовать высокой жесткости и точности станка с ЧПУ; боль-
шой передаваемый крутящий момент, чтобы можно было полностью
использовать значительную мощность главного движения; быстрое
переналаживание патрона при переходе от одного обрабатываемо-
го изделия к другому; быстрая смена детали; механизированный
привод зажима.
Традиционная конструкция трехкулачкового самоцентрирующе-
го патрона с приводом от торцовой спирали и ручным зажимом
не отвечает перечисленным требованиям. В последние годы у нас
в стране и за рубежом появилось значительное число конструкций
патронов для токарных станков с ЧПУ и механизированных при-
водов зажима.
Рассмотрим, как реализованы перечисленное выше требования
на примере патрона с реечно-клиновым зажимом (рис. 58). Цен-
тральная шестерня при повороте приводит в движение зубчатые
рейки, перемещающиеся поступательно. На боковых поверхностях
реек имеется клиновая трапецеидальная нарезка, находящаяся в
зацеплении с соответствующей нарезкой кулачков патрона. Кулач-
ки перемещаются в радиальном направлении, осуществляя центри-
рование и зажим детали. В обычных конструкциях трехкулачковых
патронов спираль имеет переменный радиус кривизны, что не по-
зволяет обеспечить значительный контакт между улитой и кулач-
ками. Контакт имеет линейную форму — отсюда повышенное изна-
шивание, потеря точности, невозможность передавать высокие кру-
тящие моменты. При реечно-клиновом зажиме контакт между ра-
бочими органами происходит по плоскости, что дает возможность
увеличить передаваемый крутящий момент, точность и долговеч-
ность патрона. При реечно-клиновом приводе замена комплектов
кулачков занимает около 30 с. Рейки выводятся из зацепления с
кулачками, и последние свободно вынимаются из радиальных па-
зов корпуса.
84
Кулачки могут быть цельными
и сборными, состоящими из ос-
новного кулачка, сообщающего
конструкции движение подачи, и
накладного (сменного) кулачка,
который непосредственно осуще-
ствляет зажим детали. Основной
и накладной кулачки соединяют-
ся двумя винтами. Кулачки могут
быть закаленными или сырыми.
Форму губок накладных кулач-
ков можно менять в зависимости
от вида обработки и формы заго-
товки. Сырые кулачки растачи-
вают по месту. Это повышае"" точ-
ность центрирования заготовок.
Патроны имеют механизирован-
ный гидравлический привод. На
Рис. 58. Реечно-клиновый зажим
заднем конусе шпинделя закреп-
ляют поворотный цилиндр, трехлопастной ротор которого с по-
мощью шлицевого вала вращает центральное зубчатое колесо пат-
рона. Ротор имеёт три фиксированных положения. При рабочем
ходе осуществляется зажим детали, при ходе для смены кулачков
производят переналадку патрона. Механизированные приводы пат-
ронов могут быть также пневматические, пневмогидравлические и
электромеханические. Четырехкулачковые патроны служат для за-
крепления заготовок некруглой формы и имеют независимое пере-
мещение кулачков. Двухкулачковые патроны используют для за-
жима сравнительно небольших заготовок фасонной формы (арма-
тура, литье, поковки и др.). Часто сменные кулачки имеют форму,
соответствующую форме заготовки.
Вспомогательный инструмент обеспечивает правильную установ-
ку и крепление на станке режущего инструмента. Значение вспомо-
гательного инструмента велико. Во многих случаях он определяет
точность и производительность обработки на станке. Широкое при-
менение нашли резцовые державки, переходные втулки, оправки,
патроны для крепления сверл и метчиков, зажимные втулки и др.
Роль вспомогательного инструмента возрастает при обработке на
станках с ЧПУ. Здесь вспомогательный инструмент является не-
обходимым и самостоятельным элементом системы СПИД. Часто
эффективная обработка изделий вообще невозможна без соответ-
ствующего вспомогательного инструмента; к нему предъявляют
дополнительные требования: единство базирования и крепления
комплекта инструмента в гнездах резцедержателей, револьверных
головках и инструментальных магазинах; автоматическая замена
инструмента; быстросменность; возможность размерной настройки
инструмента вне станка.
Проходные, расточные подрезные и другие резцы, сверла, зен-
керы, развертки, метчики и плашки имеют разную конструкцию, а
85
Рис. 59. Комплект оправок для резцов
Рис. 60. Конструкции инструментальных блоков:
а, в: Б, В — настройка, Г — фиксация, Д — зажим; в, г: А, В — настройка, Б — фиксациям
Г, Д — зажим
86
гнезда для их установки и крепления одинаковы. На рис. 59 пока-
зан комплект вспомогательного инструмента для резцов и расточ-
ных оправок при установке их в револьверной головке.
Некоторые конструкции инструментальных блоков для резце-
держателей показаны на рис. 60. Вспомогательный инструмент вы-
полнен в виде корпуса 1, который базируется двумя призматиче-
скими пазами и крепится Т-образным пазом. Гребенка 2 с проре-
зями служит для фиксации положения корпуса в суппорте. На-
стройку режущего инструмента в блоке осуществляют винтами.
У блоков на рис. 60, а, б винты Б и В служат для настройки рез-
цов, винт Г — для фиксации настройки, винт Д— для зажима рез-
ца. У блоков на рис. 60, в, г винт А и гайка В служат для настрой-
ки инструмента, настройка фиксируется винтом Б. Зажим переход-
ной втулки 3 производят винтом Г и гайкой Д. Инструментальные-
блоки используют на токарных полуавтоматах с ЧПУ серии АТПР.
Полуавтоматы снабжены магазинами емкостью 12 блоков.
К точности и жесткости вспомогательного инструмента предъ-
являют повышенные требования. Этот инструмент не будет выпол-
нять своих функций при низком качестве его исполнения. Это тем
более важно, что вспомогательный инструмент увеличивает размеры,
инструментальных блоков и число звеньев размерной цепи при раз-
мерной настройке инструмента.
2. ОБРАБОТКА НА ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКАХ
Особенности обработки. Фрезерные станки с ЧПУ получили ши-
рокое распространение. Они предназначены для обработки плос-
костей, криволинейных поверхностей, карманов, колодцев, пазов
и др. Плоское и объемное фрезерование применяют при обработке
корпусов, фланцев, крышек, кронштейнов, кулачков, плит и других
деталей.
Станки фрезерной группы первого поколения были созданы на
базе универсальных станков 6М.11, 6Н13, ЛФ-66 и др. Станки име-
ли ручную смену инструментов, малую жесткость и невысокую сте-
пень автоматизации цикла обработки. Более широкими технологи-
ческими возможностями обладают станки второго поколения серии
6Р. Они имеют пяти-шестипозиционные револьверные головки, ра-
ботающие в автоматическом режиме. К станкам третьего поколе-
ния фрезерной группы относят многооперационные станки типа
6306МФЗ, 6305Ф4. Фрезерные станки выпускают бесконсольные с
крестовым столом (654ФЗ 6 520ФЗ, МА655ФЗ и др.), консольно-
фрезерные (6Р13ФЗ, 6Р13РФЗ и др.) и продольно-фрезерные
(6304ФЗ и др.). Станки выполняют с вертикальным расположени-
ем шпинделя для односторонней обработки и горизонтальным рас-
положением шпинделя для многосторонней обработки. По сравне-
нию со станками с ручным управлением фрезерные станки с ЧПУ
повышают производительность труда более чем в 3 раза.
В двухкоординатных станках траектория движения инструмен-
та (центра фрезы) лежит в одной плоскости. Обработку произво-
87
Рис. 61. Плоское фрезерование:
« — обработка фасонного контура; б, в — обработка карманов
дят концевыми, торцовыми, дисковыми, отрезными и другими фре-
зами, однако наиболее распространенный инструмент — концевая
фреза, которая может работать цилиндрической поверхностью (об-
работка плоских фасонных наружных и внутренних контуров),
торцовой поверхностью (обработка плоских и фасонных поверх-
ностей), цилиндрической и торцовой поверхностью (обработка па-
зов, канавок, уступов, карманов, колодцев и других). Плоский кон-
тур состоит из участков (рис. 61, а), разделенных граничными точ-
ками. Каждая точка является концом одного участка и началом
следующего. При программировании определяются координаты
опорных точек. Обычно участки представляют собой отрезок пря-
мой или дугу окружности. Встречаются более сложные кривые,
но их число невелико, и они аппроксимируются при обработке од-
ной или несколькими дугами окружностей соответствующих радиу-
сов. При этом возникает погрешность, которая не должна превы-
шать поля допуска. Каждому участку контура соответствует один
кадр программы. Кадр содержит координаты опорных точек и не-
обходимую технологическую информацию. Коды координат опор-
ных точек поступают на вход интерполятора, который декодирует
запись (превращает ее в унитарный код) и так распределяет им-
пульсы между приводом продольного и поперечного перемещения,
чтобы фреза обработала заданный участок. Центр фрезы переме-
щается относительно контура по эквидистанте. Расстояние между
обрабатываемой поверхностью и эквидистантой по всему периметру
постоянно и равно радиусу фрезы.
При фрезеровании различают черновую и чистовую обработку.
Припуск на черновую обработку снимают за один проход или нес-
колько проходов. Траектория движения центра фрезы относитель-
но обрабатываемого контура постоянно меняется. Это предусматри-
вается при программировании или осуществляется за счет коррек-
ции, которая может быть ручной или автоматической по командам
от программоносителя. Положение эквидистанты нужно корректи-
ровать также при замене фрезы (если изменился ее диаметр) и из-
нашивании инструмента.
Коррекцию эквидистанты необходимо производить и в другом
случае. Под влиянием радиальной составляющей силы резания
88
фреза и заготовка отжимаются друг от друга и с заготовки снима-
ют только часть припуска. Причем жесткость шпинделя перемен-
на и зависит от направления нагружения. Это приводит к тому, что
переменной будут глубина резания и припуск, не снятый во время
прохода. Повышение жесткости станка уменьшает погрешность, но
не может устранить ее совсем. Чтобы компенсировать отжатие,
вводят предыскажение траектории инструмента. После обработки
детали в программе предусмотрен отвод инструмента. Исходная
позиция инструмента должна быть такой, чтобы не возникало за-
труднений при замене детали.
При обработке карманов и колодцев припуск снимают последо-
вательными слоями. При наличии двух управляемых координат по
координате 1 инструмент устанавливают вручную. В плоскости ХУ
траектория инструмента может быть различной. Все схемы обра-
ботки сводятся к двум основным типам: спираль (рис. 61, б); стро-
ка (рис. 61, в). В первом случае движение инструмента может быть
по часовой стрелке или против нее; начало спирали расположено
в центре или на периферии. Во втором случае строка может быть
продольной, поперечной или наклонной. Два указанных типа обра-
ботки можно комбинировать между собой. Во всех случаях должен
быть предусмотрен чистовой проход по эквидистанте к обрабаты-
ваемому контуру* При наличии трех управляемых координат мож-
но обрабатывать объемные фасонные поверхности: полости штам-
пов, пресс-форм, лопатки турбин и др.
Различают попутное и встречное фрезерование. Правильный
выбор вида фрезерования имеет большое значение для станков с
ручным управлением. Столь же актуален этот вопрос для станков
с ЧПУ, хотя выбор в этом случае значительно сложнее. Рассмотрим
схемы попутного и встречного фрезерования для случая, когда
фреза перемещается относительно детали прямолинейно (рис. 62).
При обработке деталей концевой фрезой каждый зуб инструмен-
та снимает стружку переменной толщины. При попутном фрезеро-
вании (рис. 62, а) зуб врезается на полную толщину, равную по-
даче на зуб, и выходит из контакта с деталью при нулевой тол-
щине стружки. При встречном фрезеровании (рис. 62, б) резание
начинается при нулевой толщине среза и заканчивается при мак-
симальной. Врезание с нулевой толщины является очень неблаго*
Рис. 62. Разновидности фрезерования:
а — попутное; б — встречное; в — врезание при встречном фрезеровании
5—1095
89
приятным, режущая кромка инструмента не является абсолютно
острой, она всегда имеет некоторый радиус закругления. В момент
врезания (рис. 62, е) кромка не может резать, металл пластически
деформируется. Соответственно возрастают силы резания, наклеп
обработанной поверхности и интенсивность изнашивания инстру-
мента. Все сказанное позволяет сделать вывод, что с точки зре-
ния врезания предпочтение следует отдать попутному фрезерова-
нию, за исключением случая, когда обрабатываемая деталь имеет
особо неблагоприятную новерхность. Иногда черная необработан-
ная поверхность заготовки покрыта окалиной, имеет раковины, от-
беленные участки, остатки формовочной смеси. В этом случае сле-
дует отдать предпочтение встречному фрезерованию.
При попутном и встречном фрезеровании меняются силы, дейст-
вующие на деталь со стороны инструмента. Любая деталь имеет
различную жесткость в разных направлениях, при выборе способа
крепления детали на столе станка следует учитывать направление
сил резания. Так, если деталь крепится к столу нижней плоскостью,
то при попутном фрезеровании она будет прижиматься к столу, а
при встречном — отрываться от него. Следовательно, ее крепле-
ние во втором случае должно быть более прочным. Но при попут-
ном фрезеровании сила резания совпадает с направлением движе-
ния подачи стола, поэтому необходима повышенная жесткость
привода подачи. Это справедливо также и для станков с ЧПУ.
В частности, обработка по типу «спираль» сохраняет неизменным
вид фрезерования. При обработке по типу «строка» вид фрезеро-
вания меняется при каждом проходе.
Концевые фрезы. Наиболее распространенным инструментом
для фрезерных станков с ЧПУ являются концевые фрезы. Матери-
ал рабочей части фрез — быстрорежущие стали марок Р6М5,
Р6М5К.5, Р18, Р5КЮ или твердые сплавы групп ВК и ТК. Конце-
"вые фрезы диаметром до 12 мм изготовляют йз одной заготовки,
у фрез диаметром свыше 12 мм рабочую часть из быстрорежущей
стали приваривают к корпусу из углеродистой стали. Размеры ра-
бочей части фрез определяют стандарты и технические условия.
На рис. 63 показана фреза с коническим хвостовиком (ГОСТ
17026—71).
Минутная подача
SM = 50«=SzZ«, (21)
где sz-—подача на зуб; z— число зубьев; и —частота вращения.
Число зубьев z = ndltz, где d — диаметр фрезы; /2 — шаг зубьев.
Частота вращения
п = lOOOn/ntZ. (22)
Подставляя выражение (22) в (21), получим sM= (sz1000u)/Zz,
т. е. производительность не зависит от диаметра фрезы.
Зубья фрезы могут быть острозаточенными и затылованными.
Наибольшее распространение нашли острозаточенные зубья. Угол
заострения фрез р должен быть не менее 45—50°. Передняя грань
90
Рис. 63. Концевая фреза
зуба может быть прямолинейной, криволинейной или комбиниро-
ванной (прямолинейной на участке, прилегающем к вершине, и
криволинейной-—(на остальном). Важное значение имеет высота
зуба h. С увеличением h повышаются число переточек, объем стру-
жечных канавок, но возрастают изгибающий момент и напряже-
ние в основании зуба. Высоту зуба характеризует коэффициент
высоты k: h= (kd)/z.
Для концевых фаз k = 0,94-1,2. Высота зуба стандартных кон-
цевых фрез h = (0,0064-0,25) d.
Не менее важным параметром формы зуба является радиус пе-
рехода от спинки к передней грани зуба, который выбирают из кон-
структивных соображений в пределах (0,4—0,75) h.
Число зубьев фрезы зависит прежде всего от вида фрезерова-
ния. При черновом фрезеровании образуется много стружки, для
ее размещения требуется большое сечение стружечных канавок,
поэтому число зубьев должно быть небольшим. При чистовом фре-
зеровании объем стружки невелик, сечение стружечных канавок
уменьшается. Это дает возможность увеличить число зубьев и про-
изводительность обработки, поскольку при увеличении числа зубьев
5* 91
растет минутная подача. Упрощенно число зубьев выбирается
из таких соотношений: для концевых фрез z= (0,34-1,3)d, для об-
дирочных 2= (0,084-0,2)d — нижние пределы соответствуют макси-
мальному припуску, верхние пределы — минимальному.
Зубья располагаются по окружности фрезы равномерно или не-
равномерно с переменным шагом. Неравномерное расположение
зубьев используют для снижения вибраций. Для трехзубых фрез-
рекомендуют центральные углы расположения зубьев 110°, 123°,
127°; для четырехзубых фрез 90°, 85°, 90°, 95° и т. д.
Угол наклона винтовых зубьев со влияет на направление схода
стружки, значение переднего угла, плавность работы, прочность и
жесткость фрезы. Для лучшего отвода стружки целесообразно уве-
личить угол со. При этом возрастает стойкость фрез. Но одновре-
менно увеличивается осевая составляющая силы резания, уменьша-
ется прочность торцовых зубьев и усложняется их переточка. Для
цилиндрических фрез угол-со=304-45°, для цилиндрических насад-
ных фрез со=454-60°.
Угол наклона режущих кромок к влияет на направление схода
стружки, прочность режущих кромок, последовательность вступле-
ния в работу отдельных участков. Так, при Z>0 первым вступают
в работу периферийные участки кромки, что создает благоприят-
ное распределение нагрузок. Большое влияние на работоспособ-
ность фрезы оказывает переходный участок от торцовой части к
цилиндрической (рис. 64). Для мелких и шпоночных фрез этот
участок заострен или скруглен небольшим радиусом. Радиус воз-
растает с увеличением диаметра фрезы. Для крупных фрез пере-
ходный участок выполняется в виде фаски с углом 45° и шириной
0,5—1,5 мм.
Чем больше передний угол, тем легче осуществлять резание,
уменьшается температура и сила резания, но режущая кромка ос-
лабляется. Практически при обработке стали с б*<600 МПа быстро-
режущими фрезами ун=20°, твердосплавными — ун=15°. Передний
угол уменьшается с увеличением прочности обрабатываемого ма-
териала. Так, для жаропрочных сталей ун = 5°. В зависимости от ти-
па фрезы и обрабатываемого материала задний угол меняют от 6"
до 30°. Применение больших углов нежелательно из-за ослабления
92
Рис. 65. Концевая фреза с СМП
режущей кромки и повышенно-
го изнашивания. Вспомогатель-
ный угол в плане <рх оказывает
влияние на качество обраба-
тываемой поверхности, на проч-
ность вершины зуба и плав-
ность работы. С уменьшением
Ф1 параметр шероховатости
уменьшается, упрочняется вер-
шина зуба, но возрастают виб-
рации. Предельные значения угла <pi = 04-10°.
По форме торцовых зубьев различают фрезы с симметричными
и несимметричными торцовыми режущими кромками. В последнем
случае одна из кромок не доходит до центра фрезы, а вторая пере-
крывает центр на 0,5—1 мм. С такой формой зубьев изготавливают
твердосплавные шпоночные фрезы. Это облегчает их врезание с
торцовой подачей.
Рабочая часть концевых фрез снабжается иногда стружкораз-
делительными ^анавками. Канавки, затылованные или незатыло-
ванные, располагают в шахматном порядке. Концевые обдирочные
фрезы изготовляют со стружкоразделительными канавками на ци-
линдрической части зубьев (ГОСТ 15086—69, 4675—71).
Фрезы для станков с ЧПУ должны иметь увеличенный угол на-
клона зубьев. При обработке нежестких плоских заготовок приме-
няют праворежущие фрезы с левой спиралью и леворежущие с пра-
вой спиралью. В этом случае осевая составляющая прижимает за-
готовку к столу, улучшая условия обработки. Для уменьшения виб-
рации надо, чтобы зубья фрезы имели переменный шаг. Необходи-
мо максимально уменьшить вылет фрезы и увеличить ее жесткость.
Для увеличения жесткости применяют конструкцию концевой фре-
зы с усилительным конусом. Жесткость режущей части фрезы мож-
но повысить, увеличив сечение сердечника (уменьшив глубину ка-
навок) или применив конический сердечник (создав канавки пере-
менной глубины).
На рис. 65 показаны концевые фрезы с пятигранными и ромби-
ческими пластинами. Основными элементами оснастки станков
являются оправки, патроны, втулки, цанговые патроны.
На базе этих элементов собирают инструментальные блоки. Воз-
можные сборочные компоновки показаны стрелкой. Предусмотре-
ны также варианты оснастки для станков с конусами Морзе.
Установка и крепление детали на станке. На рис. 66 показаны
способы установки детали на столе станка: на столе станка уста-
навливают и крепят накладную плиту, на которую устанавливают
приспособление (рис. 66, а); деталь устанавливают и крепят на
накладной плите, приспособление отсутствует (рис. 66, б); приспо-
собление с деталью устанавливают и крепят на столе станка, на-
кладная плита отсутствует (рис. 66, в); деталь устанавливают и
93
Рис. 66. Установка и крепление детали на станке:
1—деталь; 2 — приспособление; 3 — накладная плита; # —стол станка
крепят на столе станка, приспособление и накладная плита отсут-
ствуют (рис. 66, а). Выбор схемы установки зависит от различных
факторов. Наиболее важную роль играют размеры и конструкция
детали, требования к точности, характер обработки и объем выпус-
ка деталей.
Работу по установке и креплению детали на станке выполняют
в определенной последовательности. Часть работы выполняют при
наладке станка, время, затраченное на нее, относится к подгото-
вительно-заключительному времени. Другая часть работы связана
с установкой каждой детали. Это время относят к вспомогатель-
ному. При различных схемах установки меняется соотношение
указанных выше затрат времени. При работе по схеме, показан-
ной на рис. 66, г, подготовительно-заключительнйе время невелико,
но возрастает доля вспомогательного времени, связанного с уста-
новкой и креплением детали. При работе по схемам, полученным
на рис. 66, а, в, подготовительно-заключительное время увеличива-
ется, а вспомогательное уменьшается. Вообще, можно сказать, что
чем больше подготовительно-заключительное время, тем меньше
время вспомогательное.
Для установки детали по схеме, изображенной на рис. 66, г не-
обходимо, чтобы у нее были большие габаритные размеры, хоро-
шая опорная поверхность и удобные поверхности для крепления
детали на станке, чтобы был сравнительно небольшой объем вы-
пуска деталей и высокая трудоемкость обработки. Типичный при-
мер Подобного вида установки — обработка крупных корпусных
деталей на фрезерных или многооперационных станках при высо-
кой концентрации обработки и небольших партиях изделий. Если
деталь имеет небольшие размеры, отсутствуют удобные поверхно-
сти для установки и крепления, повышается объем выпуска, сокра-
щается концентрация обработки, повышаются требования к точно-
сти обработки и быстросменности, установки и закрепления, то це-
94
лесообразно использовать приспособления, которые могут быть
универсальными или специальными. Хорошо себя зарекомендова-
ли на станках с ЧПУ универсально-сборные приспособления.
При обработке изделий на станках с ЧПУ особую роль приоб-
ретают приспособления-спутники. Обычное приспособление уста-
навливают на станок и не снимают, пока не будет обработана вся
партия деталей. Во время смены детали станок простаивает, поэто-
му особое значение приобретает быстросменность установки и креп-
ления. Приспособление должно быть снабжено устройствами для
механизации и автоматизации установки и зажима детали. Приспо-
собление-спутник перемещается вместе с деталью. Станок снабжа-
ют комплектом из двух приспособлений, одно из которых нахо-
дится на позиции обработки, а второе — на позиции загрузки. Сме-
на детали не требует остановки станка, она происходит одновре-
менно с обработкой. В наиболее законченном виде идея приспособ-
лений-спутников реализуется в автоматических линиях и автомати-
зированных технологических комплексах, когда деталь последова-
тельно обрабатывается на различном оборудовании и перемеща-
ется по позициям обработки со своим приспособлением. При ис-
пользовании приспособлений-спутников несколько снижаются тре-
бования к быстродействию установки и зажима, само приспособ-
ление будет мен^е громоздким и сложным, но необходимы большее
число приспособлений, а также специальные механизмы для быст-
рой смены приспособлений-спутников на станке.
Схемы, показанные на рис. 66, а, в, по сравнению со схемой на
рис. 66, г позволяют повысить точность установки, прочность креп-
ления и уменьшить время смены детали.
Приспособление устанавливают непосредственно на столе или
координатной плите. Последняя позволяет повысить точность и
быстросменность установки приспособления. Координатная плита
имеет сетку Т-образных отверстий, что расширяет технологические
возможности станка, упрощает задачу размещения и крепления
деталей или приспособлений, снижает время установки детали или
приспособления. Координатные плиты могут иметь вертикальные
и регулируемые наклонные плоскости или быть многогранными
для установки нескольких приспособлений. И самое главное — ко-
ординатные плиты облегчают выверку положения детали или при-
способления и размерную настройку инструмента. Координатные
плиты более характерны для сверлильных станков. Некоторые
конструкции накладных плит показаны на рис. 67.
Познакомимся со способами базирования координатной плиты
на столе станка; приспособления на координатной плите и корпус-
ной детали в приспособлении. Наиболее распространенный способ
базирования — опорная плоскость и два отверстия в ней. Для уста-
новки используют отверстия, предусмотренные конструкцией де-
тали или специально обработанные в ней (технологические базы).
Точность обработки отверстий — не ниже 7-го квалитета, расстоя-
ние между отверстиями должно быть максимально возможным.
95
Рис. 67. Накладные плиты
Рис. 68. Столы станков с ЧПУ:
а, — с отверстием; б — с поперечным пазом; в — без отверстия и поперечного паза
ч
Базирование по плоскости лишает устанавливаемый элемент
трех степеней свободы, по одному отверстию — двух степеней сво-
боды, по второму отверстию — одной степени свободы (поворот
вокруг первого штифта). Второй штифт делают скошенным. Вместо
двух отверстий для установки могут быть использованы другие
конструкции: три шпонки в пазах стола или плиты, две шпонки
и упор, отверстие и шпонка и т. д. Деталь, установленная на столе
станка, должна быть выверена относительно инструмента, т. е. си-
стему координат станка согласуют с системами координат детали
и инструмента. Размерную настройку инструмента проводят теми
же способами, которые были описаны для токарной обработки. Не
менее важное значение имеет выверка положения детали в си-
стеме координат станка. Выверка должна обеспечить равномерное
распределение припуска с разных сторон детали (см. рис. 7). Лю-
бая погрешность расположения заготовки на станке приводит к
увеличению неравномерности припуска на обработку. При боль-
шой погрешности может оказаться, что некоторые стороны заго-
товки вообще останутся необработанными.
96
Выверять положение детали можно относительно стола или
шпинделя станка. Для ориентирования детали столы станков име-
ют поперечные пазы или отверстия (рис. 68, а, б). Если стол стан-
ка имеет только продольные пазы, базировать приспособление в
продольном направлении можно упором, положение которого пред-
варительно выверяют (рис. 68, в).
Более точными являются способы выверки непосредственно по
оси шпинделя. Для этой цели разработано значительное число кон-
кретных устройств и приспособлений. Оптическую систему 2 (рис.
69, а) устанавливают с помощью хвостовика 1 в шпиндель станка.
На деталь 4 помещают угольник 3, на верхней полированной по-
верхности которого имеется риска. Деталь перемещают вдоль плос-
кости стола до совпадения риски с перекрестием центроискателя.
На рис. 69, б показан случай, когда на шпиндель устанавливают
контрольную оправку. Положение детали относительно оси шпин-
деля измеряют щупом, блоком плоскопараллельных концевых мер,
калибром, шаблоном, индикаторными устройствами, универсальным
микрометрическим, индикаторным инструментом или штангенин-
струментом. На рис. 69, в показан индикаторный центроискатель.
Прибор помещается в шпиндель станка. Индикатор фиксирует по-
ложение детали относительно оси шпинделя (рис. 69, в). Если'на
фрезерном станке нужно обработать корпусную деталь с разных
сторон, то используют поворотные столы. После обработки одной
стороны деталь поворачивают вокруг вертикальной оси на 90° или
180° и обрабатывают другие стороны. В этом случае используют
фрезерные станки с горизонтальным расположением шпинделя.
При обработке наклонных поверхностей применяют глобусный стол
(рис. 70), на котором можно поворачивать деталь вокруг верти-
кальной и горизонтальной осей. "
При обработке стружка заполняет пазы стблов и отверстия ко-
ординатных плит. Рабочему приходится тратить много времени для
удаления стружки, поэтому необходимо защищать поверхность
Рис. 69. Выверка детали относительно шпинделя станка оптическом центроискате-
лем (а), контрольной оправкой (б) и индикаторным центроискателем (в)
97
столов съемными кожухами, пли-
тами, экранами или иметь при-
способления для быстрого ее уда-
ления (продувка сжатым возду-
хом и др.).
Маршрутный технологический
процесс состоит из трех частей:
до станка с ЧПУ, на станке, пос-
ле станка. Первая часть — под-
готовка заготовки для обработки
на станке с ЧПУ. Особое внима-
ние уделяют при этом подготовке
Рис. 70. Глобусный стол баз и улучшению обрабатываемо-
сти материала. Наиболее часГо
базирование производят по плоскости и двум контрольным отвер-
стиям. При этом очень большое значение имеет выравнивание при-
пуска заготовки. Базы заготовки выверяют относительно координат
станка так, чтобы обеспечить равномерное распределение припуска
на всех обрабатываемых поверхностях. Для улучшения обрабаты-
ваемости материала заготовки иногда предусматривают предвари-
тельную термообработку. Если заготовка имеет грубую литейную
корку, раковины, отбеленные участки и другие дефекты, целесооб-
разно обдирку выполнить на обычных станках до обработки на
станке с ЧПУ. Заключительная часть маршрутной технологии со-
держит операции, которые не могут быть выполнены на станке с
ЧПУ (термообработка, окраска и др.).
3. ОБРАБОТКА НА СВЕРЛИЛЬНЫХ И РАСТОЧНЫХ
СТАНКАХ
Сверлильные станки с ЧПУ первого поколения были созданы
на базе универсальных сверлильных станков 2Н118, 2Н135 и 2Н55.
Позиционирование на них производилось с помощью двухкоорди-
натных столов, а вертикальное перемещение инструмента — при
помощи путевых переключателей или штеккерной панели. Смена
инструментов и изменение режимов резания производились вруч-
ную. На станках второго поколения 2Р118Ф2, 2Р135Ф2 с более
широкими технологическими возможностями была введена шести-
позиционная револьверная головка, автоматизирована подача ин-
струмента, станки имеют более высокую жесткость и точность. Точ-
ность позиционирования станков ± (0,025—0,05) мм. Станки по-
вышенной точности 2118ПМФ2, 2135ПМФ2 снабжены инструмен-
тальными магазинами и позиционными системами числового управ-
ления.
Расточные станки с ЧПУ первого поколения также выполняли
на базе существующих моделей станков с ручным управлением,
например 2А620Ф2-1. Станки имели ручную смену инструмента.
Ко второму поколению относят разнообразные модификации мно-
гооперационных станков, о которых речь пойдет ниже.
98
На сверлильных и расточных станках производят обработку
отверстий. Отверстия в деталях машин могут быть цилиндрические,
ступенчатые, конические, фасонные. Их делают открытыми с двух
сторон или с одной стороны (в этом случае они называются глухи-
ми). Отверстия, у которых отношение длины к диаметру более пя-
ти, называют глубокими. По назначению различают основные (от-
верстия под подшипники) и и крепежные отверстия. Основные от-
верстия могут быть разъемными. На сверлильных и расточных
станках обрабатывают в основном детали двух видов: плоские
(фланцы, крышки, панели и др.) и корпусные (станины, картеры,
блоки и др.). В первом случае используют преимущественно станки
с вертикальным шпинделем, во втором — с горизонтальным. От-
верстия различаются размерами, точностью, шероховатостью по-
верхности. В понятие точности включают точность размера отвер-
стия; точность расположения отверстия относительно базовых по-
верхностей детали и смежных отверстий.
На сверлильных станках с ЧПУ обрабатывают цилиндрические
крепежные отверстия в плоских корпусных деталях. Чаще всего
встречаются отверстия, показанные на рис. 71. Диаметр отверстий
меняется до 20—30 мм, отношение длины к диаметру изменяется
до 2—3, точность отверстий — от свободных размеров до 7—-9-го
квалитета. В резьбовых отверстиях нарезается резьба Мб—Ml6,
точность предварительного гладкого отверстия в этом случае — 9-й
квалитет. Точность отверстия и параметр шероховатости поверх-
ности определяются числом и характером проходов при обработ-
ке. Для обработки отверстий применяют в основном сверла, зенке-
ры и развертки.
Сверление — черновая обработка отверстия в сплошном мате-
риале. При этом снимается большой припуск, инструмент работает
в тяжелых условиях. При сверлении имеет место большой объем
стружки, для ее отвода требуются крупные канавки. Поэтому свер-
ло имеет только два зуба, а жесткость и прочность сверла невысо-
ки. Сверление обеспечивает точность не выше 12—14-го квалитета
и Ra= 124-25 мкм. Спиральные сверла выпускают диаметром до
80 мм. Однако при сверлении больших диаметров (свыше 30 мм)
возникает столь значительное осевое усилие, что жесткость станка
становится недостаточной. Поэтому прибегают к двукратному свер-
лению: вводят дополнительный проход — рассверливание. Диаметр
первого сверла выбирают равным 0,5—0,6 от номинального. Спи-
ральные сверла малых диаметров (меньше 10 мм) обладают столь
низкой прочностью и жесткостью при скручивании и продольном
изгибе, что величина подачи лимитируется прочностью самого
сверла. Зенкерованпе—получистовая обработка отверстия (при-
пуск равен V8 диаметра отверстия). Поскольку припуск по сравне-
нию со сверлением уменьшается, уменьшаются силы и объем
стружки. Для отвода не требуется большое сечение канавок, что
дает возможность увеличить число зубьев до 3—6. Повышается
жесткость инструмента, уменьшается угол заборного конуса, улуч-
шаются условия центрования инструмента при обработке. При зен-
99
Рис. 71. Типовые отверстия
керовании точность обработки повышается до 10—11-го квалитета,
a Ra = 3,24-6,3 мкм.
Развертывание — чистовая обработка отверстия (припуск под
черновое развертывание составляет 0,25—0,5 мм на диаметр, а под
чистовое — 0,05—0,15 мм).
Следует заметить, что излишне большой и излишне малый при-
пуски оказывают неблагоприятное влияние на работу инструмен-
та. Излишне малые припуски не годятся в силу того, что зубья
развертки всегда имеют определенный радиус закругления режу-
щей кромки (в особенности при наличии некоторого затупления),
поэтому не могут снимать слишком тонкий слой и скользят по по-
верхности со значительным давлением. Это приводит к увеличению
шероховатости обрабатываемой поверхности и сравнительно быст-
рому затуплению развертки (см. рис. 62, в).
При развертывании образуется мало стружки, что дает возмож-
ность увеличить число зубьев до 12—20. Развертка имеет высокие
жесткость и прочность. Точность отверстия повышается до 7—9-го
квалитета, а № = 0,84-1,6 мкм.
Большое значение имеет точность взаимного расположения от-
верстий. При обработке на сверлильных станках с ручным управ-
лением предварительно производится разметка с последующим
кернением или для направления инструмента используются направ-
ляющие втулки. Оба эти метода неприменимы для станков с ЧПУ.
Для увеличения точности координат отверстий стремятся повысить
жесткость сверла путем уменьшения длины его рабочей части. Бо-
лее эффективным является введение дополнительного прохода пе-
ред сверлением — центрования. Экспериментально установлено,
что точность положения отверстий диаметром 5—10 мм при обра-
ботке стальных деталей на станке мод. 2Р118Ф2 после сверления
без центрования равна 0,12—0,20 мм. Если перед сверлением про-
изводить центрование, то точность повышается до 0,04—0,07 мм.
В некоторых случаях следует рекомендовать глубокое центрова-
ние, что исключает снятие фаски. На точность влияет состояние
поверхности, в которой обрабатываются отверстия. Так, при свер-
лении по литой необработанной поверхности точность межцентро-
вых расстояний на 30—40% ниже чем при сверлении по обработан-
ной поверхности. Фаски отверстий и конусные углубления обраба-
тывают коническими зенкерами, торцовые поверхности — торцовы-
ми зенкерами. Анализ типоразмеров отверстий в плоских деталях
показывает, что 90% из них могут быть обработаны на сверлиль-
ных станках с ЧПУ на одной операции при использовании от двух
100
15. Типовые технологические переходы при обработке отверстия
Типовые переходы
Развертывание
Номер
.комплекта
<D
Я
предвари- оконча-
тельное тельное
Количе-
ство ин-
струмента
в
I
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
до шести инструментов (без снятия фаски в отверстии с противо-
лоложной стороны).
ЭНИМС рекомендует (табл. 15) различать типовые технологи-
ческие переходы (применительно к станку с наибольшим диамет-
ром сверления 35 мм) [1]. Номер комплекта выбирают в зависи-
мости от типа отверстия, размеров и точности обработки. Напри-
мер, если отверстие (рис. 71) требуется обработать по 7—8-му ква-
литетам, применяют комплекты 10—13, по 9—10-му квалитетам —
комплект 7, по 12—14-му квалитетам — комплект 1 и т. д. Если
ла станках (с наибольшим диаметром сверления 18 мм) нужно об-
работать отверстие большего диаметра, то предварительно выпол-
няют рассверливание. Снятие фасок с обратной стороны выполня-
ют при помощи отдельной операции. Центрование отверстий про-
изводят короткими спиральными сверлами с углом при вершине
<р=90° или центровочными комбинированными сверлами.
Период стойкости инструмента зависит от диаметра отверстия
и стоимости станка. В табл. 16 помещены данные для выбора пе-
риода стойкости сверл из быстрорежущей стали при обработке чу-
гуна. Чем дороже станок, тем ниже период экономической стой-
кости. При сверлении стали с твердостью НВ 229—270 при l/d —
= 3-4-4 и диаметрах 2,5—32 мм подачи выбирают в пределах 0,03—
0,35 мм/об. Для сталей с твердостью НВ<22$ подачу умножают на
1,3, для сталей с /ТВ >270— на 0,8. В табл. 17 даны рекомендуе-
мые значения скорости сверления: при изменении твердости исполь-
зуют те же коэффициенты, что для подачи.
При обработке деталей стержневым инструментом последова-
тельность рабочих и холостых ходов следующая: быстрый подвод,
рабочая подача и быстрый отвод. Это дает возможность разрабо-
101
16. Период стойкости сверл при обработке чугуна, мин
Диаметр сверла, мм Стоимость станка, тыс. руб.
30 40 50 75 100
5 10 10 10 9 9
10 11 10 10 9 9
15 15 14 13 13 12
20 22 20 18 17 15
25 25 22 20 19 17
30 31 27 24 22 19
35 38 33 28 22 '20
17. Скорость резания при сверлении стали с НВ 229—270, м/мин
S, мм/об Диаметр отверстия, мм
2,5 4 6 8 10 12 16 20 25 32
До 0,06 22 26 32 . — ,
0,06—0,1 — 20 24 27 30 — —• — — —>
0,1—0,15 — — 21 23 25 27 30 33 .— —
0,15—0,2 — —, 19 2й 23 26 29 32 34
0,2—0,3 — — — — 19 22 24 26 29
0,3—0,4 — — — — — — — 21 23 24
тать стандартные технологические циклы. Информация о циклах
записывается в памяти устройства ЧПУ. Цикл задают одним кад-
ром программы. Могут быть стандартные циклы, когда одним кад-
ром задают обработку нескольких отверстий, расположенных с по-
стоянным шагом по прямой или окружности. В программе задаются
координата первого отверстия, шаг между отверстиями и число от-
верстий.
Обработка отверстий бывает параллельной (каждый инстру-
мент обрабатывает все отверстия, затем производят смену инстру-
мента) и последовательной (каждое отверстие обрабатывается все-
ми инструментами, затем переходят к обработке следующего от-
верстия). Если время смены инструмента меньше времени позицио-
нирования, предпочтение отдают последовательному варианту, ес-
ли больше,— параллельному. Эти рекомендации учитывают только-
производительность обработки. Если принимать во внимание также
точность обработки, то необходимо определить точность позицио-
нирования и поворота револьверной головки. Иногда первые пере-
ходы выполняют по методу параллельной обработки, а заключи-
тельные — последовательной.
Горизонтально-расточные станки с ЧПУ имеют различную ком-
поновку: с неподвижной передней стойкой и крестовым столом; с
неподвижной передней стойкой, с крестовым и поворотными стола-
ми; с поперечно-подвижной передней стойкой, выдвижной бабкой
102
и съемным поворотным столом; с продольно-подвижной передней
стойкой и поперечно-подвижным поворотным столом и т. д. Компо-
новку таких станков отличает отсутствие люнетной стойки и нали-
чие более мощной станины. Станки имеют высокие жесткость и точ-
ность, что позволяет обрабатывать соосные отверстия в противопо-
ложных стенках корпусов с помощью консольных оправок и резко
сокращает время на смену инструмента. Разрешающая способность
горизонтально-расточных станков равна 0,01—0,05 мм. На станках
выполняют различные операции по растачиванию отверстий в кор-
пусных деталях. Различают черновое, получистовое, чистовое и тон-
кое (алмазное) растачивание. Точность чернового растачивания—
15—17-й квалитет, 1?а = 50н-100 мкм. Точность тонкого растачива-
ния повышается до 7-го квалитета, а = 0,44-0,8 мкм.
4. ОБРАБОТКА НА МНОГООПЕРАЦИОННЫХ СТАНКАХ
В производстве часто встречаются сложные корпусные детали
(рис. 72), требующие обработки с шести сторон. Если детали имеют
наклонные плоскости, то число сторон увеличивается до 10 и более.
На каждой из сторон имеются выступы, карманы, пазы, направля-
ющие, ребра и другие конструктивные элементы, т. е. каждая сто-
рона корпуса — поверхность, имеющая несколько уровней по глу-
бине, каждый уровень имеет сложный контур. На каждой стороне
расположено определенное число основных и крепежных отвер-
стий; гладких, ступенчатых, конических и резьбовых, разных
размеров, глубины и точности. Часто требуется обработка внутрен-
ней полости корпусных деталей, в которой имеются перемычки,
стенки, ребра жесткости, карманы. Это заставляет разрабатывать
сложную технологию, предусматривающую значительное число фре-
зерных, сверлильных и расточных операций. При .этом тяжелый
и громоздкий корпус необходимо транспортировать от одного стан-
ка к другому, нужно производить многократную установку на стан-
ке, выверку и крепление, проектировать средства механизации для
подъемно-транспортных работ. Машинное время обычно не превы-
шает 30% штучного времени, а остальное время занимают тяже-
лые вспомогательные ручные движения.
Суммарное время обработки на станках не превышает 5% про-
изводственного цикла изготовления детали. Все остальное время
детали пролеживают около станков в ожидании обработки. Хра-
нение межоперационных заделов требует больших производствен-
ных площадей, приводит к загромождению проходов и необходи-
мости создания специальных стеллажей и поддонов. Многократная
установка корпуса понижает точность его изготовления.
Чтобы устранить эти недостатки, всю (или почти всю) обработ-
ку стали выполнять на одном станке при одной установке и закреп-
лении заготовки. Для решения этой задачи технологические воз-
можности станка и системы ЧПУ должны быть расширены. Такие
станки получили название обрабатывающих центров или много-
операционных станков. Рассмотрим особенности обработки изделий
103
Рис. 72. Типовые детали, обрабатываемые на многооперационных станках
на многооперационном станке. Они позволяют совместить операции
фрезерования прямолинейных и криволинейных поверхностей,
центрования, сверления, рассверливания, зенкерования, разверты-
вания, цекования, растачивания, раскатывания и накатывания от-
верстий и нарезания резьбы метчиками, плашками, резцовыми го-
ловками, резцами, круговое фрезерование наружных и внутренних
цилиндрических, конических и фасонных поверхностей и круговых
пазов концевыми и дисковыми фрезами.
Станки снабжены инструментальными магазинами и устройст-
вами для автоматической смены инструмента. Различают магази-
ны поворотного, цепного и стеллажного типов. Число инструментов
в магазинах у различных станков.меняется от 12 до 120, а время
его замены 5—30 с. Универсальная система управления позволяет
реализовать позиционную и контурную обработку, а также авто-
матически устанавливать для каждого инструмента режимы реза-
ния и поддерживать постоянную контурную скорость резания. Чис-
ло управляющих координат доходит до 7—9, из них одновременно-
управляемых до 3—4. Предусмотрена коррекция 'траекторий инст-
рументов в зависимости от показателей размерной настройки и из-
носа.
Многие станки снабжены маятниковыми столами: один нахо-
дится в рабочей позиции, другой — в позиции загрузки. Это дает
возможность совместить установку и крепление заготовки.
Система буквенно-цифровой индикации дает возможность опе-
ратору осуществлять контроль за ходом технологического процесса.
Обладая достоинствами станков с ЧПУ, многооперационные
станки имеют дополнительные преимущества благодаря концен-
трации обработки, сокращению числа операций, уменьшению за-
трат вспомогательного и подготовительно-заключительного време-
ни, а также тому, что производительность многооперационных стан-
ков в 4—10 раз превышает производительность соответствующего-
оборудования. Один многооперационный станок может заменить
четыре универсальных станка и более.
Повышается коэффициент использования оборудования. В сред-
несерийном и мелкосерийном производстве доля машинного време-
ни на прецизионных станках не превышает 20% штучного времени..
104
На станках с ЧПУ оно увеличивается до 60—80%, а на многоопе-
рационных станках достигает 80—90%. Простои станка при налад-
ке сокращаются в среднем на 80%.
Достигается простота наладки станков при переходе от одной
детали к другой. Отсутствие необходимости в сложной технологи-
ческой оснастке (шаблоны, копиры и др.) создает гибкое и мобиль-
ное производство, позволяет применять многооперационные станки
в условиях мелкосерийного и опытного производства. Высокая кон-
центрация обработки увеличивает длительность цикла обработки,,
что способствует многостаночному обслуживанию. Уменьшаются
объем контрольных операций, число инструментов и оснастки, а
также число контролеров. При правильной эксплуатации станков,
срок окупаемости не превышает 2—3 лет.
Вместе с тем следует отметить, что многооперационные станки
дороги. Их широкие технологические возможности только тогда
правильно используются, когда осуществлен правильный подбор
деталей. Эффективность применения этого оборудования тем выше,,
чем выше сложность деталей.
Многооперационные станки с вертикальным шпинделем пред-
назначены для деталей, обрабатываемых с одной стороны. Их вы-
полняют по типу^вертикального консольно-фрезерного, бесконсояъ-
ного вертикально-фрезерного, одностоечного координатно-расточно-
го, продольно-фрезерного или двухстоечного координатно-расточ-
ного станков (243ВМФ2, СМ-213 и др.). Станки с горизонтальным
шпинделем могут обрабатывать деталь с четырех сторон и более.
Их выполняют по типу горизонтальных консольно-фрезерных и го-
ризонтально-расточных станков. Наибольшее распространение име-
ют станки с крестовым и поворотным столами. К станкам с гори-
зонтальной компоновкой относят 6902ПМФ2, АПРС-14 и др. Клас-
сы точности многооперационных станков П, В.
Резервом повышения производительности станков является сов-
мещение времени установки с работой станка. Первым шагом в
решении проблемы является применение приспособлений-спутников
(рис. 73). Спутник —универсальное приспособление для установки
и закрепления разнообразных деталей. Деталь устанавливается на
спутник вне станка, станок во время установки не простаивает.
После обработки очередной детали она вместе со спутником сни-
мается со станка и уступает место следующей. При этом не тре-
буется времени на выверку детали, а вместо установки и закрепле-
ния детали требуется установка и закрепление спутника. Общее
время смены заготовки 6—60 с. Спутник обычно фиксируется на
столе станка по нижней базовой плоскости и двум отверстиям.
Следующий шаг в решении рассматриваемой проблемы — органи-
зация и упорядочивание работы по установке детали на спутники.
Здесь возможны различные решения. Некоторые варианты даны на
рис. 73.
Станок снабжают отдельным поворотным устройством, не свя-
занным со станком (рис. 73, а). В позиции 1 на столе устанавли-
вают деталь, а в позиции 3 происходит обработка. После обработки
105
Рис. 73. Варианты использования сменных столов:
а — поворотный стол; б —челночный стол; в — накопитель запаса
деталь вместе со столом перемещается в позицию 2. Поворотное
устройство поворачивается на угол 180°. Обработанная деталь
оказывается в позиции 1, а заготовка в позиции 2, откуда
она перемещается в позицию 3 для обработки. Возможны два ва-
рианта конструкции. Станок может иметь два сменных стола, кото-
рые по очереди подаются в рабочую зону, или постоянный стол
и два сменных приспособления. Иногда станок снабжают двумя
сменными столами и устройством для установки деталей вне ра-
бочей зоны станка (рис. 73, б). На рисунке 1 и 2 — позиции уста-
новки, 3 и 4 — обработки. Позиции для установки и обработки по-
очередно меняются. Можно станок оснастить .многопозиционным
накопителем запаса (рис. 73, в). В позиции накопления детали
устанавливают, а затем они автоматически подаются в рабочую зо-
ну. Это позволяет увеличивать время работы станка и сократить
простои.
Многопозиционные станки позволяют осуществить максималь-
ную концентрацию обработки, но при этом предъявляются высокие
требования к качеству программы, которая должна обеспечить
согласование систем координат станка, инструмента и детали, ко-
ординировать работу большого числа инструментов. Высокие тре-
бования предъявляют и к технологичности конструкции детали: оп-
тимальные точность изготовления и. параметр шероховатости эле-
ментов конструкции, минимальное число типоразмеров отверстий,
минимальная обработка внутренней полости корпусов, высокая
жесткость и т. д.
Установку деталей осуществляют по чистовым или необрабо-
танным базам. В первом случае предусматривают специальную
операцию для обработки базовых поверхностей, во втором повы-
шаются требования к точности черновых базовых поверхностей.
Большое число обрабатываемых поверхностей, наличие черно-
вых, получистовых и чистовых проходов при обработке каждой по-
верхности, значительное число инструментов в магазине порождав
106
ют громадное число возможных вариантов обработки. Возникает
задача оптимизации обработки — выбор такого варианта, который
будет иметь наибольшую эффективность. Имеются два основных
критерия оптимизации: производительность и точность обработки.
Можно сначала деталь полностью обработать с одной стороны, за-
тем осуществить ее поворот; можно сначала обработать деталь со
всех сторон начерно, затем приступить к чистовой обработке; мож-
но сначала обработать все плоскости, затем приступить к обработ-
ке отверстий и т. д. Конкретное решение задачи должно учитывать
значительное число разнообразных факторов. Можно изложить
несколько общих принципов, которыми следует руководствоваться
при этом: чем выше точность элемента конструкции, тем позже сле-
дует предусматривать его обработку; сначала следует планировать
черновую обработку, затем чистовую; чем меньше время срабаты-
вания исполнительного органа (смена инструмента, поворот стола
и др.), тем чаще этот орган должен функционировать; чем выше
точность срабатывания исполнительного органа по отношению к
точности обрабатываемой поверхности, тем чаще этот орган дол-
жен функционировать. В частности, при обработке в корпусной
детали сквозного отверстия можно предусматривать обработк^ с
одной стороны йДи с двух сторон с поворотом детали на угол 180°.
При обработке на обычных станках используют первый способ, что
требует длинной расточной оправки. При консольном креплении
такая оправка имеет малую жесткость, а для ее ввода и выводи
требуется большое время. При обработке на станке с ЧПУ пред-
почтение отдают второму варианту. Расточной резец крепят на ко-
роткой жесткой оправке, деталь обрабатывают с одной стороны, а
затем с другой. Разумеется, при этом надо обеспечить высокую точ-
ность поворота детали и точность позиционирования. На многоопе-
рационных станках возрастают число стандартных циклов и объем
обработки.
Круговое фрезерование — новая операция, которая стала воз-
можна с появлением фрезерных и многооперационных станков с
ЧПУ. Отверстия в корпусных деталях всегда обрабатывались рас-
тачиванием. На станке с ЧПУ отверстия могут быть обработаны
фрезерованием. Для этого фреза получает круговую подачу. Если
обозначить время фрезерования а время растачивания tp, то
производительность кругового фрезерования будет выше произво-
дительности растачивания при значении
/ф//р<1. (23)
Время фрезерования
где D — диаметр отверстия; sz — подача; z— число зубьев; п$—частота враще-
ния фрезы; йф — число проходов.
Время растачивания
/р — (Д^р)/(5рДр),
107
где В — глубина отверстия; sp — подача; пр — частота вращения шпинделя; kB —
число проходов.
Частота вращения
lOOOv* lOOOvp
«Л =------ . «Р=——.
ф я</ф л£>
Подставив полученные выражения в формулу (21), получим
^р==(Мпр)/(МЛ (24>
где kK= (nd$)l(Bz) — tz/'B— конструктивный коэффициент; tz— шаг зубьев фре-
зы; йпр=йф/йр — коэффициент числа проходов; k3=sz!sv— коэффициент подач;
^о=Юф/ор — коэффициент скоростей резания.
Согласно формуле (24) эффективность фрезерования возраста-
«ет при увеличении В и уменьшении tz. Но увеличение В приводит к
возрастанию силы резания, упругой деформации и отжатия фрезы,
вызывает необходимость снижения глубины резания и подачи. Ши-
рина фрезерования ограничивается 60—80 мм. При уменьшении tz
уменьшается объем стружечных канавок, что также снижает пода-
чу и глубину фрезерования. Поэтому tz должна быть достаточной
для размещения стружки. Можно привести дополнительно следую-
щие доводы в пользу кругового фрезерования. Оправка с расточ-
ным резцом является мерным режущим инструментом. Для каждо-
го диаметра и прохода при многопроходной обработке поверхности
требуется отдельный инструмент. Если следует обработать наруж-
ную цилиндрическую поверхность, то необходимы резцовые блоки,
причем свой блок для каждого диаметра. Фреза является универ-
сальным инструментом, одной и той же фрезой можно обрабаты-
вать наружные и внутренние поверхности различных диаметров.
Номенклатура инструмента значительно сокращается. При исполь-
зовании расточных оправок для компенсации изнашивания требу-
ется поднастройка инструмента вне станка. При круговом фрезе-
ровании изнашивание можно компенсировать устройствами коррек-
ции по программе.
Стоимость инструмента при растачивании выше, чем при фре-
зеровании, поскольку в первом случае инструмент специальный, во
втором — универсальный. Габаритные размеры и масса инструмен-
та будут больше при растачивании. Громоздкий инструмент зани-
мает больше места в инструментальных магазинах, поэтому возни-
кают трудности с его автоматической заменой. Некоторые работы,
по обработке поверхностей вращения при неподвижной детали,
могут быть выполнены только круговым фрезерованием, например,
обработка неполных поверхностей вращения. При обработке кана-
вок, выточек, поднутрений расточка возможна, но процесс услож-
няется из-за необходимости радиальной подачи инструмента. При
фрезеровании какие-либо трудности отсутствуют.
Точность обработки будет выше при растачивании вследствие
меньшей радиальной составляющей силы резания и упругой дефор-
мации инструмента. В отдельных случаях круговое фрезерование
108
можно использовать для черновой обработки, а растачивание —
для чистовой.
Основной организационной формой использования станков с
ЧПУ является их объединение в участки по предметно-замкнуто-
му признаку. Это позволяет при обработке сложных деталей обе-
спечить условия для их групповой обработки и многостаночного
обслуживания, улучшает обслуживание и ремонт станков, повыша-
ет потенциал резервирования, возможность проведения профилак-
тических мероприятий без нарушения технологического потока.
Улучшаются условия для снабжения станков заготовками, инст-
рументом, приспособлениями, условия учета и хранения программ,
снижаются затраты на обслуживающий персонал.
5. ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СТАНКОВ С ЧПУ
Станки с ЧПУ непрерывно совершенствуются, что сказывается
на технологии обработки деталей. Рассмотрим направления техни-
ческой эволюции оборудования с числовым управлением.
Адаптивные системы управления. Обычные станки с ЧПУ име-
ют постоянный (жесткий) цикл обработки, который зафиксирован
на программоносителе и при обработке каждой детали воспроиз-
водится без изменения. Про такую систему управления говорят,
что она не реагирует на внешние возмущающие воздействия. Не-
равномерный припуск приводит к изменению упругих деформаций
системы СПИД. Поскольку система не реагирует на изменение си-,
лы резания, то действительные размеры детали могут выйти за
пределы поля допуска. Это вызовет появление брака. Чтобы не
допустить брака, приходится уменьшать подачу или назначать до-
полнительные проходы, что снижает производительность обра-
ботки.
Адаптивной называют систему управления, учитывающую внеш-
ние возмущающие воздействия и так корректирующую цикл обра-
ботки, чтобы устранить их влияние на точность обработки. Рассмот-
рим конкретный пример (рис. 74). Резец 2 обрабатывает деталь 1.
Дестабилизирующие факторы обработки вызывают изменение си-
лы Ру, которую измеряет датчик 3. Сигнал датчика через преобра-
зователь 4 воздействует на
привод движения подачи 5—
7 и стабилизирует Ру. При
возрастании Ру подача
уменьшается, это уменьшает
усилие. Наоборот, при
уменьшении Ру подача воз-
растает. Стабилизация силы
резания приводит к умень-
Рис. 74. Схема адаптивной системы
управления
109
шению рассеяния размеров, что повышает точность и производи-
тельность обработки.
Подобным же образом можно стабилизировать мощность, кру-
тящий момент, температуру и др. Наиболее совершенные адаптив-
ные системы те, в которых регулируемый параметр — обрабатывае-
мый размер. В них устройства активного контроля измеряют раз-
меры детали в процессе обработки и так воздействуют на процесс
управления станком, чтобы действительный размер детали нахо-
дится в пределах поля допуска.
В автоматике совокупность автоматического регулятора и объ-
екта регулирования называют автоматической системой регулиро-
вания. Параметры процесса, подлежащие стабилизации или задан-
ным изменениям, называют регулируемыми. Регулируемый объект
имеет статические и динамические характеристики. Статическая
характеристика выражает зависимость между входными и выход-
ными величинами при установившемся режиме. Динамическая ха-
рактеристика обусловливает характер протекания переходного
процесса, т. е. процесса перехода объекта из одного состояния рав-
новесия в другое. Статические и динамические свойства оценивают
аналитически по дифференциальным уравнениям или по экспери-
ментальным характеристикам.
Важным свойством объектов регулирования является устойчи-
вость их работы, т. е. способность объекта сохранять состояние рав-
новесия без регулятора. Устойчивым называют объект, который при
воздействии возмущения стремится вернуться в состояние равно-
весия. Основным показателем, характеризующим качество регули-
рования в установившемся режиме, является точность, с которой
поддерживается постоянство регулируемого параметра. Точность
характеризуется отклонением фактического значения регулируемо-
го параметра от заданного. При обработке деталей на станках с
адаптивной системой управления основное внимание нужно обра-
тить на наладку и обслуживание станка. Наладка усложняется.
Кроме наладки системы ЧПУ, необходимо производить наладку
адаптивной системы, поэтому возрастает доля подготовительно-
заключительного времени. Усложняется станок, возрастает его
стоимость, но повышаются точность обработки, надежность си-
стемы СПИД и производительность. Результаты обработки мень-
ше зависят от квалификации рабочего, обслуживающего Станок.
Адаптивное управление не заменяет, а дополняет программное уп-
равление.
Системы управления со встроенными микропроцессорами.
В станках с ЧПУ первого поколения ЭВМ использовалась для
составления программы работы станка на перфоленте (рис. 75).
Вынесенный интерполятор не был связан со станком, а использо-
вался для переписывания программы на магнитную ленту, которая
использовалась для управления станком. Один интерполятор обслу-
живал группу станков. Система ЧПУ (пульт станка) в этом слу-
чае была простой и дешевой, но технологические возможности стан-
ка были весьма ограничены. Системы ЧПУ второго поколения име-
110
Рис. 75. Использования ЭВМ для управления станками
ют интерполятор, встроенный в пульт управления станка. Перфо-
ленту, полученную с помощью ЭВМ, непосредственно используют
для управления Станком. Система ЧПУ усложнилась, но возросли
технологические возможности оборудования, увеличилось количест-
во команд. Появились системы ЧПУ третьего поколения. Первые
системы использовали мини-ЭВМ, в которых программу записыва-
ют и хранят в памяти машины, а станок имеет встроенный интер-
полятор. Более совершенными являются системы управления со
встроенными микропроцессорами.
Появление микропроцессоров — закономерный результат разви-
тия микроэлектроники. Электронные лампы со стеклянным балло-
ном имели диаметр 33—43 мм и высоту около 100 мм. Эти же лам-
пы в миниатюрном использовании имеют диаметр около 20 мм, а в
сверхминиатюрном — диаметр 10 мм. Полупроводниковые прибо-
ры имеют в десятки раз меньшие объем и массу. Поскольку токи в
цепях транзисторной схемы малы, то для монтажа стали приме-
нять новый метод—печатный. Соединение элементов выполняют
не проводами, а медной фольгой, которую наносят на основание —
плату. Печатный монтаж позволил применить новый метод конст-
руирования— модульный, который позволил примерно в 2 раза
уменьшить габаритные размеры и массу аппаратуры, ускорить ее
монтаж и ремонт. Первоначально модули собирали из обычных ми-
ниатюрных элементов, но после разработки методов нанесения тон-
ких пленок металлов, их окислов, а также керамических пленок
элементы стали выполнять из них. Затем был предложен метод
получения микросхем, при котором пассивные элементы схем из-
готовлялись на одном основании. Следующий шаг — получение
микросхем на одной пластине полупроводникового материала. Так
появились интегральные схемы. Первые интегральные схемы со-
держали всего несколько элементов. Большие интегральные схемы
БИС содержат на пластине диаметром 60—80 мм до 50 тысяч эле-
111
ментов, а размеры отдельного элемента уменьшились до 0,2 мкм.
Процессор ЭВМ размещается на одной или нескольких БИС. Такие
устройства называют микропроцессорами.
Использование микропроцессоров — совершенно новый этап по-
строения систем ЧПУ. В существующих системах функции управле-
ния реализуются с помощью аппаратных средств. Каждая функция
выполняется определенным блоком системы управления: блоком
интерполяции, блоком задания скорости, преобразования формы
сигнала, сравнения сигналов управления, схемы преобразования
кодов и т. д. Чем совершеннее система управления, тем больше
набор блоков, больше габаритные размеры, сложнее обслуживание,
труднее поиск и устранение неисправностей. Если требуется усо-
вершенствовать систему, то необходимо изменение или замена бло-
ков; при существенных изменениях пульт ЧПУ должен быть син-
тезирован заново. Существенная особенность систем с микропро-
цессором— замена аппаратного обеспечения программным. Вместо
функциональных блоков в памяти ЭВМ записаны программы. Каж-
дая программа реализует определенную функцию системы управ-
ления. Содержанием программирования является определенная
организация вычислительного процесса. Чтобы составить програм-
му, нужно определить, какие подпрограммы и в какой последова-
тельности должны отрабатываться. Очень просто изменять про-
граммы, заменять и дополнять их. Пульт управления имеет неболь-
шие габаритные размеры, а его функциональные возможности
практически ничем не ограничены. Программными средствами про-
изводятся интерполяция, формирование и выдача команд, редак-
тирование программ, составление технологических процессов обра-
ботки, формирование стандартных циклов и подпрограмм, поиск
неисправностей системы управления и станка, компенсация систе-
матических погрешностей, адаптивное регулирование и др.
Рабочий, пользуясь клавишами пульта управления, описывает
объект обработки — обрабатываемую деталь. ЭВМ составляет тех-
нологический процесс обработки, определяет координаты опорных
точек, составляет программу обработки, находит и устраняет ошиб-
ки, допущенные при вводе информации, и ошибки программирова-
ния, определяет соответствие разработанной программы парамет-
рам СПИД. Программа записывается в памяти и извлекается из
нее по мере необходимости, поэтому надобность в перфоленте ис-
чезает. В отдельных случаях система может работать от перфо-
ленты или перфолента составляется при обработке первой детали.
Наличие диагностических и контрольных программ повышает на-
дежность системы управления, уменьшает простои оборудования,
повышает качество программ и эффективность использования стан-
ков и качество деталей. В этих условиях большая роль отводится
наладчикам, обслуживающим электронное оборудование. Особое
значение приобретает качество математического обеспечения.
Расширяются технологические возможности станков. Появля-
'\ется возможность осуществить не только линейную и круговую ин-
терполяцию, но и любую другую. Для этого достаточно подготовить
112 X
соответствующую программу и записать ее в памяти машины. Ско-
рость холостых перемещений может быть доведена до 30 м/мин
(и более), перемещение по каждой из координат до 100 м, разре-
шающая способность до 0,5—0,25 мкм. Упрощается управление при-
водом главного движения. Для этого используют двигатели посто-
янного тока с бесступенчатым регулированием частот вращения до
3—3,5 тыс. об/мин. На станках с микропроцессорами могут быть
реализованы такие сложные программы, как нарезание резьбы с
переменным шагом, обработка деталей, являющихся зеркальным
отображением друг друга, и т. д.
Появляются новые пути повышения точности обработки. Стан-
ки снабжают математическим обеспечением, которое автоматиче-
ски компенсирует систематические погрешности станка: люфты и
зоны нечувствительности привода, погрешности обработки. Расши-
ряются возможности точной размерной настройки инструмента.
В частности, в некоторых системах производится измерение на
станке действительных размеров детали перед чистовой обработ-
кой, что дает возможность ввести необходимую коррекцию в про-
грамму.
Использование систем контроля и диагностики повышает надеж-
ность систем ЧПУ. Отечественная система «Электроника НЦ-31»
для токарных станков имеет специальные тест-программы для прсг-
верки работоспособности структурных частей системы. Эти тест-
программы отрабатываются при каждом включении. В случае ис-
правности всех структурных единиц выдается сигнал о готовности
к работе. При работе станка отдельные тест-программы отрабаты-
вают в так называемом фоновом режиме, т. е. не мешая отработке
основной управляющей программы. При неисправности на табло
световой индикации возникает ее код. Система определяет ошибки
при неправильной эксплуатации устройства, превышение пределов
теплового режима, уровень электроемкости аккумуляторов, напря-
жения питания и др.
Автоматизированные гибкие технологические комплексы. Сов-
ременный производственный процесс кроме основных технологиче-
ских операций содержит операции контроля, подъемно-транспорт-
ные, складские и др. Рабочее место нужно снабжать заготовками,
режущим и измерительным инструментом, технологической оснаст-
кой. Если сосредоточить все внимание только на основных техноло-
гических операциях и не уделять должного внимания другим опе-
рациям производственного процесса, то большого эффекта автома-
тизация дать не может. Машиностроительное производство будет
развиваться по пути создания гибких автоматизированных техноло-
гических комплексов оборудования, управляемых ЭВМ. Комплекс
содержит основное технологическое оборудование (станки с ЧПУ
и многооперационные станки); координатные измерительные маши-
ны с ЧПУ для контроля деталей; автоматизированную транспорт-
ную систему, связывающую станки со складами, автоматизирован-
ную складскую систему (склады заготовок, готовых деталей, ин-
струмента, технологической оснастки); манипуляторов, перегружа-
113
Р,ис. 76. Ранги использования ЭВМ
телей для загрузки станков, перевалки грузов с одного транспорт-
ного средства на другое, в ячейки автоматизированных складов
и т. д.; автоматизированную систему удаления стружки.
В зависимости от количества оборудования и объема автомати-
зированных функций система управления имеет разную структуру
(рис. 76).
Функции управления распределяют между ЭВМ. различных ран-
гов. Например, в последнем случае ЭВМ 1 ведет расчет управляю-
щих программ, ЭВМ 2 хранит программы и выполняет предвари-
тельное интерполирование, ЭВМ 3 осуществляет окончательное ин-
терполирование. В отдельных случаях станки с ЧПУ содержат стан-
дартные пульты, управляемые от перфоленты и обслуживающие
рабочими.
В складской системе используется тарный или бестарный прин-
цип хранения. Кроме общего склада могут быть промежуточные
магазины между складом и станками и непосредственно у станков.
Транспортная система для перемещения заготовок, деталей, инст-
румента и оснастки может быть общая, раздельная или смешанная
со спутниками или без спутников. Система управления осуществля-
—ет диагностику неисправностей, контроль поступающих заготовок
и готовых деталей, контроль за инструментом и приспособлениями,
контроль износа инструмента, календарное и оперативное плани-
рование, диспетчеризацию производства, распределение работ, учет,
регистрацию и хранение информации, профилактическую проверку
комплекса, определение неисправностей и диагностику отказов, оп-
тимизацию работы системы и даже разработку рекомендаций по
улучшению работы системы.
В этих условиях коренным образом изменяется представление о
функциях и роли рабочего-станочника. На первый план выдвига-
ется фигура оператора. Производственный процесс включает такое
большое число технических, технологических и организационных
факторов, что все практические ситуации заранее предусмотреть
невозможно. ЭВМ работает в режиме диалога с оператором. Ма-
шина собирает и перерабатывает поступающую информацию о ра-
боте участка, контролирует ход процесса, вырабатывает рекомен-
дации, а окончательное решение принимает оператор. Каждый
представляет себе вид пультов управления электрических станций,
автоматизированных доменных печей, крупных химических произ-
114
водств. Такой же вид будут иметь пульты управления автоматизи-
рованными технологическими комплексами в машиностроении.
Полностью автоматические комплексы, видимо, появятся не сра-
зу. Те комплексы, которые появляются сегодня, являются автомати-
зированными — часть функций на участке выполняется автомати-
чески, а часть вручную или механизированным способом. В этих
условиях человек выполняет отдельные функции управления обору-
дованием, подъемно-транспортные, складские, погрузочно-разгру-
зочные операции, операции контроля, регулировки, настройки и т. д.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Блюмберг В. А., Зазерский Е. И. Справочник токаря. Л.: Машиностроение,
1981. 406 с.
2. Зазерский Е. И., Жолнерчик С. И. Технология обработки деталей на стан-
ках с программным управлением. Л.: Машиностроение, 1975. 208 с.
3. Крюковский Н. Д. Опыт эксплуатации станков с программным управлени-
ем на ГЗФС. — Металлорежущие станки и автоматические линии. Науч-техн. Реф.
сб. НИИМАШ, 1975, вып. 3, с. 6—10.
4. Локтева С. Е. Станки с программным управлением. М.: Машиностроение,
1979. 288 с.
5. Маталин А. А. Технология механической обработки. Л.: Машиностроение,
1977. 464 с.
6. Маталин А. А., Дашевский Т. Б., Княжитский И. И. Многооперационные
станки. М.: Машиностроение, 1974. 320 с. - -Sfc
7. Наладка станков с программным управлением/А. Н. Ковшов, В. А. Рат-
миров, И. А. Вульфсон и др. М.: Машиностроение, 1976. 280 с.
8. Нормирование операций, выполняемых на металлорежущих станках с
ЧПУ. М.: НИИМАШ, 1975, 144 с.
9. Общемашиностроительные нормативы режимов резания резцами с механи-
ческим креплением многогранных твердосплавных пластин. Обработка на станках
с ЧПУ. Серийное и мелкосерийное производство. М.: НИИМАШ, 1978. 56 с.
10. Судоплатов И. П. Обработка деталей на станках с ЧПУ. М.: Машиностро-
ение, 1976. 102 с.
И. Технология обработки на станках с программнвГМ управлением/М. А. Эс-
терзон, С. М. Шрайбман, Б. Н. Струнин и др. М.: НИИМАШ, 1974. 152 с.
12. Шарин Ю. С. Подготовка программ для станков с ЧПУ. М.: Машиностро-
ение, 1980. 144 с.
13. Эксплуатация станков с числовым программным управлением/Р. Э. Саф-
раган, А. Э. Полонский, Г. Э. Таурит и др. Киев.: Техника, 1974. 308 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение................................................................ $
Глава первая
Особенности обработки деталей на станках с ЧПУ
1. Полуавтоматический цикл обработки................................. 4
2. Числовая форма представления управляющей информации................. 8
3. Одноинструментальная обработка..................................... 12
4. Подбор деталей................................................... 13
5. Проектирование технологического процесса обработки................. 20
6. Выбор заготовок................................................... 23
7. Понятие о базах g их выбор.......................................
8. Выбор режимов резания............................................. 30>
Глава вторая
Режущий инструмент для станков с ЧПУ
1. Требования к режущему инструменту................................... 35
2. Инструментальные материалы......................................... 36
3. Выбор геометрии инструмента....................................... 39'
4. Сменные многогранные пластины...................................... 50
Глава третья
Размерная настройка инструмента на станках с ЧПУ (Г
1. Точность обработки.................................................. 55
2. Способы размерной настройки инструмента............................ 58
3. Понятие о динамической настройке................................... 62
4. Приборы для размерной настройки инструментов вне станка .... 65
Глава четвертая
Обработка на станках с ЧПУ ГТ
1. Обработка на токарных станках ...................................... 68
2. Обработка на фрезерных станках..................................... 87
3. Обработка на сверлильных и расточных станках....................... 98
4. Обработка на многооперационных станках............................ 103
5. Пути совершенствования станков с ЧПУ.............................. 109
Список литературы..................................................... 116
ИБ № 3633
Юрий Сергеевич Шарин
ОБРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ
НА СТАНКАХ С ЧПУ
Редактор Ю. И. Подскребко
Художественный редактор И. К. Капралова
Технический редактор В. И. Орешкина
Корректор В. А. Воробьева
Сдано в набор 20.01.83.
Подписано в печать 18.03.83. Т-04082.
Формат 60Х90’/1б. Бумага типографская № 2.
Гарнитура литературная. Печать высокая.
Усл. печ. л. 7,5. Уч.-изд. л. 8.16. Усл. кр.отт. 7,75.
Тираж 20 000 экз. Заказ 1095. Цена 40 к.
Ордена Трудового Красного Знамени
издательство «Машиностроение»,
107076, Москва, Б-76, Стромынский пер., 4.
Московская типография № 8
Союзполиграфпрома
при Государственном комитете СССР
по делам издательств, пол.играфип
и книжной торговли,
Хохловский пер., 7.
ИЗДАТЕЛЬСТВО «МАШИНОСТРОЕНИЕ:
Выпуск 1983 года
Власов В. Ф. Повышение эффективности инструментального
производства в машиностроении. 17 л., ил. В пер.: 1 р.
Власов С. Н., Годович Г. М., Черпаков Б. И. Устройство, налад-
ка и эксплуатация металлообрабатывающих станков и автомати-
ческих линий: Учебник для техникумов. 30 л., ил. В пер.: 1 р. 10 к.
В помощь конструктору-станкостроителю / В. И. Калинин,
В. Н. Никифоров, Н. Я- Аникеев и др. 20 л., ил. В пер.: 1 р. 40 к.
Дьячков В. Б., Кабатов Н. Ф., Носинов М. У. Специальные ме-
таллорежущие станки общемашиностроительного применения:
Справочник. 27 л., ил. В пер.: 1 р. 80 к.
Евгеньев Г. Б. Основы программирования обработки на станках
с ЧПУ. 22 л., ил. В пер.: 1 р. 50 к. (По подписке).
Корсаков В. С. Основы конструирования приспособлений: Учеб-
ник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. 18 л., ил. В пер.: 95 к.
Кузнецов В. Г. Приводы станков с программным управлением:
Учеб, пособие для техникумов. 17 л., ил. В пер.: 70 к.
Кузнецов Ю. И., Маслов А. Р., Байков А. Н. Оснастка для стан-
ков с ЧПУ: Справочник. 30 л., ил. В пер.: 2 р.
Марголит Р. Б. Наладка станков с программным управлением:
Учеб, пособие для техникумов. 18 л., ил. В пер.: 90 к.
Микроэлектронные устройства в системах управления/С. Г. Си-
ничкин, Н. И. Стародуб, Е. А. Чернов и др. 12 л., ил. (Электроав-
томатика станков). 65 к.
Олеров И. М. Допуски на изготовление и износ деталей станоч-
ных приспособлений: Справочник. 2-е изд., перераб. 5 л., ил. 30 к.
Поляков Д. И., Костин А. И. Развитие автоматизации в станко-
строении, 25 л., ил. (Б-ка технолога). В пер.: 1 р. 70 к.
Пружинно-гидравлическая зажимная оснастка для металлоре-
жущих станков/Н. С. Чикирев, И. Я. Шамилевич, Л. Е. Немиров-
ский и др. 15 л., ил. В пер.: 80 к.
Плужников А. И. Точность и оптимизация кинематических це-
пей станков. 16 л., ил. В пер.: 1 р. 20 к. (По подписке).
Сафро Е. С. Наладка одношпиндельных токарно-револьверных
автоматов: Справочник. 15 л. В пер.: 80 к.
Сафронович А. А. Карусельные станки. 18 л., ил. В пер.: 1 р.ЗОк.
Сахаров Г. Н. Обкаточные инструменты. 16 л., ил. В пер.:
1 р. (По подписке).
4 _
Справочник по наладке токарных и револьверных автома-
лов/А. А. Оганян, Э. М. Радинский, Л. Б. Гай, Г. Д. Райвид, 31 л.,
ил. (Серия справочников для рабочих). В пер.: 2 р. 10 к.
Станочные приспособления: Справочник. В 2-х томах. 90 л., ил.
В пер.: 5 р. 60 к. (комплект).
Фолпрехт Я-, Заградник И. Управление металлообрабатываю-
щими станками: Пер. с чешек. 25 л., ил. В пер.: 2 р. 10 к. (По под-
писке).
Шпиндельные узлы агрегатных станков: Альбом/Н. М. Ворони-
чев, Г. И. Плащей, С. С. Гиндин и др. 29 л., ил. В пер.: 2 р. 40 к.
По всем вопросам приобретения новых книг, в том числе оформ-
ления предварительных заказов и подписки, читателям следует об-
ращаться непосредственно в местные магазины, распространяющие
техническую литературу, а также в специализированные магази-
ны — опорные пункты издательства «Машиностроение».
40 коп.
«Машиностроение »