Лекция №6 Разработка операций технологического процесса, выполняемых на станках

ЧПУ Построение траектории движения инструмента. Схемы фрезерной обработки открытых, полуоткрытых

и закрытых плоскостей. Схемы плоской обработки контуров. Схемы обработки пазов. Схемы обработки отверстий. Схемы токарной обработки основных и дополнительных поверхностей. Составление расчетно-технологической карты. Расчет траектории движения инструмента

эквидистанта;
3 - фреза.
4, 5, 6, 7 – опорные точки
Перемещение

фрезы при контурной обработке

Опорной точкой называется точка траекторий движения инструмента, в которой изменяется направление или характер траектории (линия, параллельная оси X, переходит в окружность, линию, параллельную оси Z, или в наклонную линию и наоборот). Технологическая опорная точка - это точка, в которой изменяется скорость перемещения инструмента.

линии или по окружности путем автоматического расчета промежуточных точек траектории

выполняемого перемещения.

Типы интерполяторов

Если на станке с ЧПУ необходимо выполнить прямолинейное перемещение инструмента (линейную интерполяцию) вдоль одной из осей координат станка, то такое перемещение система ЧПУ исполняет включением привода подач по данной оси, а по другим осям привод подач не включается.
Если же необходимо выполнить круговую интерполяцию или линейную интерполяцию в направлении, непараллельном какой-либо оси координат, то механизм работы системы ЧПУ существенно усложняется.
В этом случае система ЧПУ реализует перемещение инструмента при помощи аппроксимации. Под аппроксимацией в теории ЧПУ понимается замена одной функциональной зависимости на другую более простую функцию с определенной степенью точности. В данном случае аппроксимация сводится к тому, что вместо одного прямолинейного перемещения или перемещения по дуге от исходной точки до точки с заданными координатами система ЧПУ задает инструменту перемещения по ломаной линии, элементарные отрезки которой параллельны координатным осям.

перемещение режущего инструмента (линейная интерполяция)
Аппроксимация линейной

интерполяции

Аппроксимация круговой интерполяции

Система ЧПУ сама определяет величину каждого элементарного перемещения, исходя из двух условий:
1. отклонение траектории элементарного перемещения от траектории заданного перемещения не должно превышать установленную программой величину аппроксимации (общеприня-тым считается погрешность аппроксимации равная 15-25% всего поля допуска на неточ-ность обработки данного размера);
2. элементарные перемеще-ния вдоль разных координат-ных осей должны быть так согласованы между собой, чтобы они одновременно начались в исходной точке и прекратились так же одно-временно при достижении конечной точки заданного перемещения.

классифицировать по числу осей станка с ЧПУ, которые одновременно используют

для выполнения данной операции. Различают 2,5-; 3-; 4- и 5-координатную обработку
При 2,5-координатной, или плоской, обработке одновременно используют не более двух осей. Третья ось служит в основном как установочная для подводов и отводов инструмента. 2,5-координатное фрезерование применяют для обработки цилиндрических и линейных поверхностей (контуров), произвольные направляющие и образующие которых или параллельны оси инструмента, или составляют с этой осью постоянный угол в нормальном сечении. В первом случае обработка осуществляется боковой поверхностью цилиндрических, а во втором — конических фрез. Другое назначение 2,5-координатного фрезерования — обработка плоскостей, перпендикулярных к оси инструмента.
Фрезерование с использованием одновременно трех осей станка предназначено для объемной обработки любых поверхностей, доступных для подвода инструмента при неизменном направлении его оси в пространстве. Остальные разновидности многокоординатной фрезерной обработки принято относить к специализированным технологическим процессам.
На станках с ЧПУ находят применение классические разновидности фрезерования — цилиндрическое и торцовое: цилиндрическое — обработка контуров боковой цилиндрической поверхностью инструмента; торцовое — формообразование торцов узких ребер, ширина которых не превышает диаметра фрезы, а также поверхностей с малым припуском.
На станках с ЧПУ применяют и смешанное фрезерование — одновременную обработку детали боковой и торцовой поверхностями концевых фрез.

делятся на открытые, полуоткрытые, закрытые и комбинированные
Зоны обработки при фрезеровании:

а — в — открытые (а — цилиндрическая фреза; б — торцовая фреза; в — концевая фреза); г — полуоткрытая (концевая фреза); д — закрытая (концевая фреза); е — комбинированная (концевая фреза)

К числу открытых относятся области, не налагающие ограничений на перемещения инструмента вдоль его оси или в плоскости, перпендикулярной к этой оси.
В полуоткрытых областях перемещения инструмента ограничены как вдоль оси, так и в плоскости, ей перпендикулярной.
В закрытых областях перемещение инструмента ограничено по всем направлениям.
Комбинированные области формируются в результате объединения нескольких областей различных типов из числа описанных выше.
При программировании фрезерной обработки областей используют типовые схемы технологических переходов, определяющие правила построения траектории инструмента на станках.

элемент при разработке операций фрезерования принимают совокупность обрабатываемых зон —

обрабатываемую область. Каждому технологическому переходу соответствует обработка одной или нескольких областей.
Различают одномерные и двумерные области.
Одномерные (обычно состоящие из открытых зон), в общем случае, непрямолинейные области получаются при обработке боковой поверхностью инструмента наружных контуров деталей и контуров окон, а также при обработке торцом фрезы узких ребер.
Двумерные односвязные и многосвязные области — при обработке сложных поверхностей. Эти области могут быть определены любой комбинацией самых различных зон: открытых, закрытых, полуоткрытых.
С учетом специфики геометрических расчетов и технологического проектирования двумерные области разделяют на два основных класса: области, располагающиеся на плоскостях, перпендикулярных к оси инструмента, и области на криволинейных поверхностях и плоскостях, не перпендикулярных к оси инструмента.
Для обработки областей первого класса применяют 2,5-координатное фрезерование, в то время как обработка областей второго класса возможна лишь при использовании трех- или пятикоординатного фрезерования. Методы 2,5-координатной обработки более просты в геометрическом и технологическом отношениях

зигзагообразный и спиралевидный. .
Зигзагообразный метод характеризуется тем, что инструмент в

процессе обработки совершает движения в противоположных направлениях вдоль параллельных строчек с переходом от одной строки к другой вдоль границы области. В настоящее время этот метод распространен, хотя и обладает определенными недостатками. Основной недостаток — переменный характер фрезерования: если вдоль одной строки инструмент работает в направлении подачи, то вдоль следующей он будет работать в направлении, противоположном подаче. Аналогичная картина наблюдается и при переходе от одной строки к другой вдоль границы. Все это приводит к изменениям сил резания и отрицательно сказывается на точности и качестве поверхности. (Вместе с тем следует отметить, что в тех случаях, когда расстояние между соседними строками, определяющее глубину фрезерования, незначительно отличается от диаметра инструмента, изменение сил резания невелико.) Другой недостаток зигзагообразной схемы — повышенное число изломов на траектории инструмента. Это также отрицательно сказывается на динамике резания и приводит во многих случаях к увеличению времени обработки в связи с необходимостью выполнения операций по разгону — торможению, которые обусловливаются динамикой приводов подачи станка с программным управлением.
Зигзагообразная схема может иметь несколько разновидностей, связанных с порядком обработки границ: без обхода границ (а); с проходом вдоль границ в конце обработки области (б); с предваритель-ным проходом вдоль границ (в).

(по или против подачи) и не дает дополнительных (кроме имеющихся

на контуре) изломов траектории.
Спиралевидная схема имеет две основные разновидности, одна из которых характеризуется движением инструмента от центра области к периферии (рис. 6.19, г), а другая, наоборот, от границы области к ее центру (рис. 6.19,д). При использовании этих разновидностей следует иметь в виду, что при обработке колодцев с тонким дном на деталях из легких сплавов возможен подрыв дна в конце обработки по схеме от периферии к центру.
Для того чтобы обеспечить необходимый характер фрезерования при правом и левом направлениях вращения шпинделя станка, каждая из описанных разновидностей спиралевидной схемы имеет два типа: с движением инструмента в направлении по или против часовой стрелки при наблюдении со стороны шпинделя (обозначается соответственно ЧС и ПЧС).

Спиралевидный метод отличается от зигзагообразного тем, что обработка ведется круговыми движениями инструмента, совершаемыми вдоль внешней границы области на разном расстоянии от нее. Спиралевидная схема выгодно отличается от

типа. Согласно этой схеме, инструмент после выполнения прохода вдоль строки

отводится на небольшое расстояние от обработанной поверхности и на ускоренном ходу возвращается назад. Ш-образная схема (е—з) может иметь такие же разновидности (ШТИП, 1ШТИП, 2ШТИП), как и зигзагообразная. Существенный недостаток этой схемы — большое число вспомогательных ходов.

фрезами. Траектория перемещения при этом состоит из участков подвода фрезы

к обрабатываемой поверхности, прохода ее вдоль обрабатываемого контура и отвода от обработанной поверхности. Участок подвода фрезы к обрабатываемой поверхности включает участок врезания.
При чистовой обработке детали участок врезания должен быть построен таким образом, чтобы значение силы резания нарастало и плавно приближалось к значению силы, действующей на рабочем участке обрабатываемого профиля. Для этого ввод инструмента в зону резания осуществляется по касательной к обрабатываемому контуру.
При черновой обработке детали врезание чаще производят по нормали к контуру. Аналогично строят участки вывода фрезы из зоны резания.

является участок окружности радиуса, при котором путь врезания примерно равен

(3...4)t (t -глубина резания) (рис. 3.10).
Наружный контур может иметь прямые, тупые и острые углы. Траекториями обвода углов при этом являются дуги окружности с радиусом, равным радиусу фрезы (рис. 3.11, а). Часто вместо перемещений по дуге используются петлеобразные перемещения (рис. 3.11. б).

При проектировании траектории движения инструмента следует уделять внимание методам построения вспомогательных ходов. Обработку фрезерованием внешнего контура рекомендуется начинать резанием фрезы по касательной к нему (рис. 3.9). Участок L1 - путь, на котором скорость холостого хода vSx.x. снижается до скорости подачи врезания vSbp. На участке L2 происходит врезание фрезы с дальнейшим снижением скорости подачи до рабочего vSp.x.
Врезание фрезы в припуск на внутренних поверхностях детали производится по

которые имеют ряд общих признаков.
1. Большинство переходов осуществляют за один

проход (многопроходные технологические переходы характерны для обработки глубоких отверстий с периодическими выводами сверла и обработки отверстий в разных стенках).
2. Траектория инструмента в пределах прохода состоит из участков рабочего и вспомогательного ходов. Рабочий ход, как правило, включает недоход, участок резания и перебег (при обработке глухих отверстий отсутствует).
3. Недоход обычно принимают равным 1...3 мм для предварительно обработанных поверхностей и 5...10 мм для необработанных поверхностей.
4. Перебег зависит от размера заборного конуса инструмента и принимается больше его длины на 1...3 мм.
5. На участке резания траектория инструмента может иметь промежуточные опорные точки, которые характеризуются измене­нием частоты вращения шпинделя и минутной подачи либо выполнением включения, выключения или реверса вращения шпинделя.
6. Вспомогательный ход включает быстрый подвод инструмента к обрабатываемому отверстию и его возврат в исходную точку.

- сверление спиральным, перовым, кольцевым сверлом; д - растачивание; е

- развертывание; ж - растачивание выточки с подрезкой торца; з - растачивание с подрезкой торца выточки; и - обработка ступенчатых отверстий комбинированным сверлом, к - растачивание занижения в отверстии; л - растачивание канавки, м - зенкование фаски; н - расточка фаски; о - нарезание резьбы

позиционирование стола (при необходимости - вращение), выбор частоты и направления

вращения шпинделя, включение вращения шпинделя;
2) быстрое позиционирование ин­струмента по оси Z в точку, находящуюся на расстоянии 1...3 мм от поверхности заготовки;
3) рабочий ход вдоль оси Z с заданной подачей до требуемой глубины отверстия (в зависимости от типа постоянного цикла движение осуществляется непрерывно или прерывисто), в конце рабочего хода может быть задана выдержка времени;
4) подготовку к возврату инструмента в исходное положение (в зависимости от типа цикла это останов шпинделя, изменение на­правления его вращения, фиксация его углового положения);
5) возврат инструмента в исходное положение по оси Z на скорости быстрого хода или на рабочей подаче (с вращением или без враще­ния шпинделя).
Наиболее часто применяются следующие постоянные циклы:
сверления (рис. 3.21, а); центрования или подрезки с выстоем в конце рабочего хода (рис. 3.21, б); глубокого сверления с выводом сверла в исходную позицию после каждого шага образования отверстия (рис. 3.21, в); нарезания резьбы метчиком (рис. 3.21, г); растачивания (развертывания) сквозных отверстий с отводом инструмента в исходное положение на рабочей подаче (рис. 3.21, д); растачивания сквозных отверстий с выстоем инструмента в конце рабочего хода и быстрым отводом в исходное положение (рис. 3.21, е); растачивания с выстоем инструмента в конце рабочего хода и отводом в исходное положение на рабочей подаче (рис. 3.21, ж).
На станках с микропроцессорными системами ЧПУ указанные постоянные циклы реализуются, как правило, в виде подпрограмм

конфигурации отверстий;
2) допустимого отклонения формы и отклонения положения осей;

3) числа групп одинаковых отверстий;
4) возможностей станка с ЧПУ.
Последний фактор характеризуется точностью и продолжительностью позиционирования стола, его поворота, смены инструмента, а также сменой позиций револьверной головки или объемом магазина. Общую последовательность выполнения переходов для всей со­вокупности обрабатываемых отверстий в каждом конкретном слу­чае выбирают исходя из допусков на межцентровые расстояния, а также из условия сведения до минимума времени на вспомогатель­ные перемещения и смену инструментов.
Различают два варианта обработки отверстий:
По первому варианту (параллельная обработка) одним инстру­ментом обрабатываются все одинаковые отверстия в стенке детали, затем производится смена инструмента и цикл повторяется. После этого деталь поворачивается для обработки отверстий с другой ее стороны.
По второму варианту (последовательная обработка) каждое отверстие обрабатывается полностью по всем переходам. После чего осуществляется позиционирование стола, для обработки следующего отверстия. Когда завершается обработка всех отверстий на одной стороне, деталь поворачивается для обработки отверстий с другой стороны что приводит к уменьшению зависимости точности обработки от температурной деформации элементов технологической системы. На станках, оснащенных программно управляемым план-суппортом, все переходы обработки отверстий, их торцев и канавок выполняются одной расточной державкой.

подразделяются на плоскости, перпендикулярные к оси вращения, соосные цилиндры, конусы,

сферы, торы и поверхности вращения с произвольной криволинейной образующей, а также винтовые поверхности, формирующие резьбы. Образующими этих поверхностей являются прямые, окружности и линии, заданные последовательностью точек Контур образующей детали поэтому представляет собой последовательность геометрических элементов: отрезков прямых, дуг окружностей и кривых, заданных в табличной форме С технологической точки зрения эти геометрические элементы и соответствующие им поверхности принято делить на основные и дополнительные (рис. 6.4)
К основным элементам контура детали относят образующие поверхностей, которые могут быть обработаны резцом для контурной обработки с главным углом в плане fi = 95° и вспомогательным углом в плане fi1 = 30° Для наружных и торцовых поверхностей такой резец принадлежит к числу проходных, а для внутренних — к числу расточных.
Элементы образующих поверхностей, формообразование которых не может быть выполнено указанным резцом, принадлежит к числу дополнительных К ним относят торцовые и угловые канавки для выхода шлифовального круга, канавки на наружной, внутренней и торцовой поверхностях, резьбовые поверхности, желоба под ремни и т п

— торцовая; 2 — радиусная торцовая; 3 — цилиндрическая наруж­ная;

4 — конусная; 5 — конусная — фаска; 6 — цилиндрическое отверстие); 7—13 — дополнитель­ные поверхности (7 — зарезьбовая канавка; 8 — резьбовая поверхность; 9 — внутренняя трапе­цеидальная канавка; 10—угловая канавка; // — внутренняя прямоугольная канавка; 12 — торцо­вая канавка; 13 — желоб

формируемого за технологический переход, зоны обработки делятся на открытые, полуоткрытые,

закрытые и комбинированные (рис. 6.6).
Открытая зона (рис. 6.6, а) формируется при снятии припуска с цилиндрической, а в некоторых случаях конической поверхности. При, выборе резца для этой зоны не накладывают ограничений на главный и вспомогательный углы в плане.
Наиболее типичной является полуоткрытая зона (рис. 6.6,б), конфигурация которой регламентирует главный угол резца в плане.
Закрытые зоны (рис. 6.6, в), встречающиеся преимущественно при обработке дополнительных поверхностей, накладывают ограничения как на главный, так и на вспомогательный углы резца в плане.
Комбинированная зона (рис. 6.6, г) представляет собой объединение двух или трех зон, описанных выше

координат, выбирают исходную точку О. При многоинструментальной обработке могут быть

выбраны несколько исходных точек — для каждого инструмента. Контуры детали, подлежащие обработке, и контур заготовки вычерчивают в масштабе с указанием всех размеров, необходимых при программировании.
2. Намечают расположение прижи­мов и зон крепления детали в соответ­ствии с техническими условиями на приспособление.
3. Наносят траекторию движения центра инструмента в двух плоскостях системы координат. Если предполагается многоинструментальная обработка, следует изображать траектории движения центра каждого используемого инструмента.
Началом (и концом) траектории инструмента является исходная точка О. Если положение исходной точки не совпадает с началом координат детали (точкой W), оно должно быть задано координатами XWO, YWO, ZWO относительно этого начала. Траекторию инструмента наносят с учетом его параметров, выбранной ранее последовательности обработки и намеченных типовых траекторий в инструментальных переходах.
4. На траектории движения инструмента отмечают и обозначают цифрами
(реже буквами латинского алфавита) опорные точки траектории и ставят стрелки, указывающие направление движения. Опорные точки необходимо намечать по геометрическим и технологическим признакам, т. е. они должны быть или точками, в которых изменяется геометриче­ский характер траектории инструмента, или точками, в которых изменяется технологическое состояние детали (изменение режимов обработки, включение вертикальной подачи и пр.).

кратковременная ос­тановка инструмента в целях проверки точности отработки программ рабочими

органами станка. Такие точки предусматривают, например, перед окончатель­ными чистовыми проходами при обработке дорогостоящих деталей. Обозначают также точки остановки, необходимые для смены инструмента, изменения частоты вращения шпинделя, перезакрепления детали и пр., указывают продолжительность остановки в секундах.
6. Особо обозначают опорные точки, координаты которых можно определить графически непосредственно на РТК
7. На РТК наносят дополнительные данные (тип станка, шифр, наименование и материал детали), указывают особенности заготовки и ее крепления, параметры инструмента и режимы его работы на отдельных участках, характер движения на отдельных участках траектории и пр. Как один из основных технологических документов РТК обычно шифруют и заносят в специальную картотеку.­

При построении траектории движения центра инструмента на РТК необходимо соблюдать следующие правила.
1. Подводить инструмент к обрабатываемой поверхности и отводить его следует (при необходимости) по специальным траекториям — вспомогательным перемещениям.
Например, при фрезеровании необходимо обеспечить врезание инструмента по касательной со своевременным (за 5—10 мм до края заготовки) переходом с холостого хода на рабочий. Определенный подход должен быть у сверл, разверток, зенкеров, резцов, причем точка перехода с холостого хода на рабочий должна быть определена как опорная.

в процессе резания, когда режущие поверхности лезвия соприкасаются с обрабатываемой

поверхностью, иначе неизбежны повреждения поверхности. Перед остановкой, резким изменением подачи, подъемом или опусканием инструмента необходимо отвести инструмент от обрабатываемой поверхности.
3. Длина холостых перемещений должна быть минимальной.
4. Для устранения влияния на точность обработки люфтов станка желательно предусматривать дополнительные петлеобразные переходы в зонах реверса, обеспечивающие выборку люфта.
5. При необходимости по расчетной силе резания следует определить возможную деформацию детали (инструмента) и ввести требуемое предискажение траектории.

эскизов непосредственно под эскизом заготовки в масштабе, равном масштабу изображения

заготовки.
Опорные точки траектории обозначают арабскими цифрами. Двойная
нумерация одной и той же точки не допускается. На схему траектории наносят начальный и конечный диаметр для поперечных перемещений и величины продольных перемещений для каждого участка траектории.

Пример. Необходимо построить траекторию движения резца при обработке заготовок из прутка Ø 28 х 136 мм (рис. 1.5).

- поперечное перемещение суппорта с инструментом до Ø 24,8 мм;
1

- 2 - продольное перемещение инструмента на длину 51мм;
2 - 3 - отвод инструмента в поперечном направлении до Ø 29 мм;
3 - 4 - продольное перемещение суппорта на быстром ходу для вывода инструмента в исходную точку по координате Z;
4 - 5 - поперечное перемещение инструмента до Ø 20 мм;
5 - 6 - продольное перемещение инструмента на длину 10,36 мм;
6 - 7 - отвод инструмента до Ø 26 мм;
7 - 8 - отвод суппорта в продольном направлении на быстром ходу