Построение технологических процессов и проектирование операций, выполняемых на станках с ЧПУ

автоматизации процессов механической обработки заготовок в условиях среднесерийного и мелкосерийного производства является применение станков с ЧПУ.

Это объясняется следующими причинами.

1. Более 60% парка металлорежущих станков в машиностроительной и приборостроительной промышленности работает в условиях среднесерийного и мелкосерийного производства.

времени, а на вспомогательное время приходится 70-80%.

3. Автоматизация производственных процессов в условиях среднесерийного и мелкосерийного производства с целью сокращения затрат вспомогательного времени посредством приме-нения высокопроизводительных станков тради-ционного исполнения (автоматы, агрегатные станки, автоматические линии и т.п.) практически невозможна и экономически нецелесообразна.

Поэтому необходимо использовать станки с ЧПУ.

на станке по управляющей программе (УП), в которой данные приведены в цифровой форме.

УП представляет собой совокупность команд на языке программирования, соответствующих заданному алгоритму функционирования станка по обработке конкретной заготовки.

УП заранее составляется человеком или другой специальной программой, называемой постпроцессором.

человека по управляющей программе.

УЧПУ формирует команды на перемещение управляемого объекта (режущего инструмента, заготовки, схвата сварочного робота и т.д.) по заранее рассчитанной траектории при заданной скорости и точности движения, а также включение и выключение различных устройств (двигателей, электромагнитных муфт, реле, пускателей и т.д.) на различных этапах работы технологического оборудования.

которых совершают рабочие и вспомогательные движения автоматически по заранее установленной программе, записанной на перфоленте, магнитном диске или управляемые непосредственно от ЭВМ.

Сложные, дорогостоящие в изготовлении и в наладке кулачки, копиры и упоры в системах ЧПУ не требуются.

Это значительно удешевляет и ускоряет наладку станков с ЧПУ и делает рентабельным их применение при обработке малых партий заготовок и даже единичных заготовок (особенно при высокой сложности конструкции изготавливаемой детали).

70-80% для станков с ручным управлением, до 30-50%, а в некоторых случаях с интенсификацией режимов резания;

Эффективность применения станков с ЧПУ

повышается точность и однородность размеров и формы обрабатываемых заготовок, полностью определяемых правильностью программирования и точностью автоматических перемещений соответствующих узлов станка;

самих станков;

сокращается время наладки и переустановки заготовок в среднем на 30%;

резко сокращаются расходы на межстаночную транспортировку заготовок за счет концентрации операций на каждом станке;

исключаются предварительные разметочные операции;

резко сокращаются слесарно-доводочные и другие работы;

сложных и точных заготовок на предварительно настроенных и автоматически работающих станках;

сокращается период освоения новых изделий в результате применения на станках с ЧПУ более простой и универсальной оснастки, а также за счет возможности широкого использования ЭВМ при технологической подготовке производства.

фасонные поверхности, изготов-ление которых на традиционных станках не-возможно или требует больших затрат време-ни и труда (турбинные лопатки, гребные винты, детали самолетов и т.п.).

Направления применения станков с ЧПУ

Обработка заготовок обычных машинострои-тельных деталей с точностью 7…9 квалитета и шероховатостью Ra = 5…10 мкм (экономичес-кая целесообразность применения станков с ЧПУ оправдывается уже при партиях в 15…20 шт. и более).

(в последнее время не используются).

Магнитная проволока (в последнее время не используется).

Магнитные барабаны (в последнее время не используются).

Магнитные диски (широко используются).

перфолент шириной 25,4 мм.

Программа на перфоленте записывается комбинациями отверстий, располагаемых на поперечных строчках восьми дорожек.

помощью барабана в считывающем устройстве. Размещена она на ленте несимметрично, что препятствует неправильной установке в считывающем устройстве.

В последнее время устройства считывания с перфоленты из-за ряда своих недостатков и бурного развития вычислительной техники заменяются на устройства считывания программ с магнитных дисков (дискет).

предлагается специальное устройство С-300.

подключается непосредственно к системе ЧПУ;

обеспечивает замену перфолен-точного ввода-вывода информа-ции в УЧПУ на дискетный;

обеспечивает возможность подключения ПК типа NoteBook;

обеспечивает возможность подключения нескольких С-300 к удаленному компьютеру;

обеспечивает хранение УП в собственной энергонезависимой памяти емкостью до 480 Кб.

расчетно-технологических карт тесно связаны с системами координат.

В основу положена правая система координат, при которой оси X, Y, Z указывают положительные направления перемещений инструмента относительно неподвижных частей станка.

Если инструмент неподвижен, а движется заготов-ка относительно инструмента, то соответствующие ее положительные перемещения обозначаются буквами X', Y', Z'.

которых инструмент и заготовка удаляются друг от друга.

Стандартная система координат в станках с ЧПУ

Кроме перечисленных принципов расположения осей пользуются еще следующими правилами: ось X всегда располагают горизонтально, а ось Z совмещают с осью вращения инструмента.

Лишь в токарных станках ось Z совмещают с осью вращения шпинделя (заготовки).

стрелке, если смотреть из начала коор-динат в положительном направлении оси.

Стандартная система координат в станках с ЧПУ

При этом поворот вокруг оси X обозначается буквой A, вокруг оси Y – буквой B, вокруг оси Z – буквой C.

Круговые перемещения заготовки обозначаются соответственно буквами A', B', C', а положительные направления меняются на обратные.

с ЧПУ оси координат относительно заготовки располагаются по разному

за-готовки и используется для их задания при программи-ровании, а также для коррекции инструмента.

других орга-нов в параллельных направлениях, то соответствующие вторичные и третичные оси обозначаются буквами: U, V, W – вторичные оси; P, Q, R – третичные оси.

системы. Ее устанавливает изготовитель станка, она заложена при проектировании и изменена быть не может.

У токарных стан-ков эта точка обычно находит-ся на оси шпин-деля станка и на поверхности фланца шпинде-ля, на котором закрепляется патрон.

изготовителя, различным. Но обычно оно находится в углу рабочей области.

система (суппорт) по специальной команде системы управления. Это может быть «нулевое» положение суппорта, из которого он совершает программируемые перемещения.

Расстояния до этой точки от «нуля» системы координат станка XMR и ZMR задаются с высокой точностью и могут быть проверены.

на точность получаемых размеров. Так как инструмент позиционируется от этой точки, а заготовка от «нулевой» точки станка.

Это точка, определяющая положение державки инструмента.

Должны быть известны координаты этой точки относительно начала координат всего станка M или точки начала отсчета R.

Относительно этой точки производится контроль положения режущих лезвий инструмента.

должны относиться к началу координат станка M.

Точку начала координат заготовки W программист выбирает так, чтобы ее положение относительно начала координат станка можно было легко устанавливать и контролировать.

Размеры до начала координат заготовки XMW, YMW и ZMW называются сдвигом начала координат и должны задаваться системой управления.

и установке приспособления для закрепления заготовки.

системы ЧПУ делятся на три группы :

контурные;

смешанные.

его рабочих органов происходит в заданные точки, причем траектории перемещения не задаются.

Позиционное управление

только высокую точность совмещения оси шпинделя с осью обрабатываемого отверстия);

штамповочных прессах;

машинах для точечной сварки.

Задачей позиционной системы программного управления в большинстве случаев является обеспечение точной установки инструмента или заготовки в рабочую позицию, при этом перемещения от одной позиции к следующей осуществляются без функциональной связи между координатами станка.

его рабочих органов происходит по заданной траектории и с заданной скоростью для получения необходимого контура обработки.

Контурное управление

Контурная система ЧПУ предназначена для управления по двум и более координатам совместными движениями одного, двух и более рабочих органов при наличии непрерывной функциональной связи между ними, что необходимо для обработки заготовок сложной конфигурации, ограниченных криволинейными поверхностями.

позиционного и контурного управления;

применяется на многооперационных и расточных станках с целью расширения их технологических возможностей.

можно расфрезеровать, что является более производительным.

Растачивание канавки также может быть заменено фрезерованием, причем для реализации этого процесса требуется не более трех управляемых от СЧПУ движений.

вводом данных.

Системы цифровой индикации применяются на обычных универсальных станках практически без всякой их переналадки. На экране такой системы непрерывно указываются численные значения координат подвижных органов станка.

после соответствующих преобразований поступают в специальное устройство, называемое визуализатором.

На световом табло визуализатора непрерывно высвечиваются численные значения координат рабочих органов станка, что позволяет оператору сократить время на выверку положений этих органов и замеры в процессе обработки.

на которые должны выйти подвижные органы станка после включения движения подачи.

Такая система называется системой цифровой индикации с ручным вводом данных. Правильность отработки набранных координат контролируется по визуализатору.

также с ручным вводом данных;

Ф2 – позиционная;

Кроме того, в модели станка используются индексы, отражающие его конструктивные особенности, связанные с автоматической сменой инструмента:

Ф3 – контурная;

Ф4 – смешанная.

Р – поворотом револьверной головки;

М – из магазина инструментов.

Примеры моделей: 2Р135РФ2-1; 16К20Ф3; 6Р13РФ3; 6550РФ3; 2254ВМФ4; ИР500ПМФ4.

каждой заготовки;

SNC – системы с однократным чтением всей перфоленты перед обработкой партии одинаковых заготовок;

В соответствии с международной классификацией все системы числового программного управления по уровню технических возможностей делятся на следующие классы:

CNC – системы со встроенной мини-ЭВМ (компьютером, микропроцессором);

DNC – системы прямого числового управления группами станков от одной ЭВМ

HNC – операционные системы с ручным набором программ на пульте управления;

PCNC – системы управления станком от персонального компьютера.

абсолютном способе отсчета положение начала координат остается фиксированным (неподвижным) для всей программы обработки заготовки.

На программоносителе (и при расчете) записываются абсолютные значения координат последовательно расположенных опорных точек, заданных от начала координат.

нача-ла. В результате погрешности перемещений, неизбежные при работе любого станка, не нака-пливаются в процессе выполнения программы.

Для удобства проведения расчетов и настройки станков начало координат может быть выбрано в любом месте в пределах ходов рабочих органов станков.

Такое смещение начала координат называется плавающим нулем и используется в сверлиль-ных и расточных станках с позиционными сис-темами ЧПУ.

принимается положение рабочего органа, которое он занимал перед началом очередного перемещения к следующей опорной точке.

Точность положения подвижного органа в данной точке зависит при этом от точности отработки координат всех предыдущих точек (начиная с исходной). В результате происходит накопление погрешности перемещений.

в обрабатываемых заготовках.

При относительном способе отсчета размеров наиболее рациональной является простановка размеров в заготовке цепочкой.

Относительный способ отсчета используется в контурных системах отсчета.

(УЧПУ) является интерполятор.

Интерполятор – устройство, формирующее траекторию движения объекта управления по заданному закону между двумя опорными точками контура детали, координаты которых указаны в управляющей программе.

Характер движения инструмента между соседними опорными точками определяется видом интерполяции.

при котором инструмент перемещается с максимальным приближением к заданной прямой (или линейной интерполяции) или к дуге окружности (при круговой интерполяции) с определенными шагами движения.

Наименьший контролируемый процессом управления шаг в перемещении рабочего органа, осуществляемый от одного управляющего импульса, называется дискретностью отработки перемещений.

в современных станках составляет от 0,001 до 0,01 мм/имп.

Современные УЧПУ обеспечивают движение от точки к точке траектории и по более сложной кривой (например, параболическая или сплайновая интерполяция при пяти координатной обработке).

попутном фрезеровании.

Осуществляют обработку по одной программе как новыми, так и переточенными фрезами с компенсацией уменьшения их диаметра при переточке за счет работы блока смещения эквидистанты.

В большинстве случаев управляются одновременно по трем координатам (может быть и более).

круглыми рабочими или встроенными столами с точной индексацией по углу, позволяющими выполнить сложную обработку заготовок за один установ (обра-батывать взаимно перпендикулярные (параллель-ные) плоскости, обеспечивая их неперпендикуляр-ность (непараллельность) в пределах 0,05 мм на 500 мм длины, или растачивать точные соосные отверстия с двух сторон, обеспечивая их несоос-ность в пределах 0,05 мм на длине 500 мм).

дисковые кулачки для станков-автоматов), объемное фрезерование, сверление, зенкерование, растачивание.

Обеспечивают точность обработки контура в пределах ±0,05 мм, а точность получения линейных размеров до 10 квалитета.

кондукторов.

Сверлильные станки

При оснащении револьверными головками с автоматической сменой инструмента позволяют обрабатывать несколько разных отверстий разными инструментами.

Обеспечивают точность межцентровых расстояний в пределах ± 0,05 мм.

одного установа обрабатывать в заготовках системы точных отверстий с точными межцентровыми расстояниями, а также группы крепежных отверстий, связанные с точными отверстиями местной системой координат (отверстия для присоединения деталей типа крышек, фланцев и т.п.).

Оснащаются поворотным столом (горизонтально-расточные станки).

заготовки с использованием поворота стола на 180°.

Используют развертки взамен расточных бло-ков для окончательной обработки отверстий по 7 квалитету точности даже для больших диа-метров (200 мм и более), что позволяет полу-чить точное отверстие с высоким качеством по-верхности без сложной и длительной настрой-ки инструмента на размер.

Позволяют выполнять межцентровые расстоя-ния с точностью до ±0,01 мм (для координатно-расточных станков с ЧПУ – ±0,001 мм).

(3-х, 4-х, 5-ти координатную обработку).

Оснащаются магазинами на 30…150 инструментов для его автоматической смены.

Могут выполнять все виды фрезерных, сверлильных и расточных работ, необходимых при обработке корпусных заготовок.

по 8…10 квалитетам, линейных размеров при обработке резцами по 8…9 квалитетам, точность позиционирования ±0,005…0,01 мм.

Обеспечивают точность установки заготовок по осям X и Y ±0,01 мм, а точность повторной установки ±0,0025 мм.

нарезание резьбы, коррекцию положения режущей кромки инструмента и обеспечивают высокую скорость холостых перемещений.

Оснащаются револьверными головками или магазинами сменных резцовых блоков, позволяющими осуществлять автоматическую смену инструмента.

по 8 квалитету (однако, из-за быстрого размерного износа инструмента, так называемая средне-экономическая точность получения диаметральных размеров составляет 8 квалитет, а линейных размеров – 9…10 квалитет).

Обеспечивают шероховатость обрабо-танных поверхностей Ra = 1,25…4 мкм.

квалитета, а линейных до 7…8 квалитета (например, станок ТПК–125М, максимальная глубина резания на котором не должна превышать 0,5 мм).

Обеспечивают установку инструмента в головку или резцедержатель без допол-нительной выверки, при настройке инстру-мента на размер в специальном оптическом приспособлении вне станка с погрешностью настройки в пределах ±0,02 мм.

с его переустановкой. Поэтому иногда применяют специальные подводимые или съемные приспособления, позволяющие контролировать положение режущих кромок инструмента непосредственно на станке.