Кафедра “Авиастроения” ДГТУ
Учебное пособие по выполнению раздела дипломного проекта
“РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ”
Ростов-на-Дону, 2005
1
Флек М.Б., Шевцов С.Н., Родригес С.Б., Сибирский В.В., Аксенов В.Н.
Под общей редакцией кандидатата технических наук, доцента
2
М.Б. Флека
1. СРЕДСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ ОПЕРАЦИЙ ОБРАБОТКИ С ЧПУ Под средствами технологического оснащения понимают совокупность технологического оборудования и технологической оснастки, куда, в свою очередь, входит металлорежущий, вспомогательный инструмент и технологические приспособления. Подробное рассмотрение конструкций технологических приспособлений составляет предмет большого числа специальных справочников [4] и выходит за рамки настоящей книги. Ниже будут рассмотрены принципы работы и типы систем ЧПУ, компоновка и технологические возможности станков с ЧПУ, применяемых в авиастроении, особенности и применение инструмента для металлорежущих станков с ЧПУ. 1.1. Назначение и виды станков с ЧПУ, применяемых в авиастроении Применение станков с ЧПУ особенно эффективно при обработке деталей сложной конфигурации, имеющих большое количество карманов, выборок, рёбер, сложных фасонных поверхностей. Представителями таких деталей в авиастроении являются стрингеры, панели, нервюры, стойки, кронштейны, фитинги и т.д. Современные станки с ЧПУ позволяют выполнять обработку с точностью IT6-IT8 и шероховатостью Rz = (3…10) мкм [10, 11]. Как правило, предприятие – производитель авиационной техники, оснащено следующими видами станков с ЧПУ (в скобках приведены некоторые наиболее распространенные их типы): – токарные (16К20Т1, 16К20Ф3С32, 16К30Ф325); – токарно-револьверные (1В340Ф3, 1325Ф30); – токарно-карусельные (1516Ф2); – фрезерные (ФП-17МН, ФП-17СМН, ФП-7СМН, 6Н13СН2, МА655А; СКФ-250–01); – обрабатывающие центры (ИР-500ПМФ4, ИС-500ПМФ4, АГП-630–800, АГПН-630–800, МС-12–250М1, МС-032, МАНО-600Е); – электроэрозионные (PEG-850, А20.793); – станки для лазерной резки листового материала (L4030). Технические данные некоторых станков отечественных производителей приведены в прил. I. Отличительными особенностями современных станков с числовым программным управлением являются: – жесткая виброгасящая конструкция базовых деталей из чугуна; – упрочненные направляющие качения и скольжения с использованием синтетических накладок;
3
– система стабилизации температуры шпиндельных узлов и ходовых винтов (рис. 1.1) с точностью до 1 град., благодаря которой при значительных изменениях температуры окружающей среды в течение всего рабочего времени в условиях интенсивной работы достигается устойчивая повторяемость позиционирования рабочих органов; – система компенсации нагрузки на инструмент, позволяющая автоматически изменять подачу в зависимости от нагрузки на шпиндель Рис. 1.1. Система термостабилизации стан- (рис. 1.2). Эта функция делает ненужка с ЧПУ ной ручную подстройку в процессе обработки; – оснащение револьверных головок станков токарной группы дополнительным приводом, позволяющим выполнять без переустановок детали операции внецентренного сверления и фрезерования; – улучшенная эргономика и обзор оператора; Рис. 1.2. Система автоматической компенсации нагрузки на инструмент
– расширение возможностей редактирования программ обработки; – дополнительные функции, связанные с индикацией поломок, размерной настройкой, сменой инструмента, с использованием специальной технологической и измерительной оснастки, рассматриваемые в разделах 1.3, 1.4. Электроэрозионные станки с программным управлением используются, как правило, в инструментальном производстве, предназначены для обработки стальных термообработанных изделий, имеющих поверхности с прямолинейной вертикальной или наклонной образующей (рабочие элементы вырубных и гибочных штампов и пресс-форм, фильеры для выпрессовки фасонных профилей, фасонные резцы, шаблоны, элементы струйной техники, детали основного производства из труднообрабатываемых материалов и т.п.). На электроэрозионных проволочных вырезных станках могут также обрабатываться любые токопроводящие материалы независимо от их твердости, в том числе, металлокерамические материалы, цветные сплавы [5, 9]. Электроэрозионная обработка металлов основана на физическом явлении, при котором один или оба электрода разрушаются под действием проходяще4
го между ними электрического импульсного разряда и на их поверхности образуются лунки. Причина появления лунок – локальный нагрев электродов до высокой температуры. Длительность импульсов может изменяться в пределах 10–3–10–8 с. При сближении двух электродов и подключении к ним напряжения, достаточного для пробоя образовавшегося межэлектродного промежутка, возникает электрический разряд в виде узкого проводящего канала с температурой, измеряемой тысячами и десятками тысяч градусов. У основания этого канала и происходит разрушение материала электродов. При периодическом прохождении импульсов тока на поверхности детали (анода) образуется углубление, являющееся отпечатком поверхности и контура инструмента (катода). Электрической эрозии, а следовательно, и обработке этим методом подвержены все токопроводящие материалы. Интенсивность процесса эрозии определяется теплофизическими параметрами материалов электродов (температурой и теплотой плавления и испарения, теплоемкостью и теплопроводностью), электрическими параметрами импульсов тока (энергией, амплитудой, длительностью, частотой следования) и свойствами межэлектродной среды (электропроводностью, текучестью, насыщенностью газами и парами, вязкостью). Электроэрозионная стойкость металлов обусловливается сочетанием их теплофизических свойств и в общей форме оценивается комплексным критерием P = cγλTn2, где c – теплоемкость, кал×г/град.; γ – плотность, г/см3; λ – теплопроводность, кал×см2/град.×г; T – температура плавления металла, ºС. Процесс эрозии значительно интенсифицируется в жидкой среде и имеет, как правило, ярко выраженный полярный эффект, вследствие которого один электрод (инструмент) изнашивается меньше другого (детали). Выбрасываемый из эрозионной лунки металл застывает в жидкой среде в виде мелкодиспергированных гранул шаровидной формы (рис. 1.3). Схемы электроэрозионной обработки приведены на рис. 1.4., 1.5. Электродом-инструментом на вырезном электроэрозионном станке служит непрерывно перематывающаяся проволока из латуни. Способ подачи рабочей жидкости (диэлектрика) – струйный с прокачкой под давлением. Паспортные данные некоторых электроэрозионных станков с ЧПУ приведены в прил. I, табл. 1.8. Как правило, электроэрозионные станки имеют 2–3 или 5 управляемых координат. 5-координатные станки применяются для изготовления деталей сложного профиля с вертикальной, наклонной образующей, в том числе с переменным углом наклона и с различными контурами в верхней и нижней плоскости. Компьютерное ЧПУ интегрированной системы обеспечивает графический контроль детали с визуализацией процесса обработки в реальном времени, позволяет просматривать и редактировать УП в процессе обработки. С помощью инсталлированной системы CAD/CAM можно готовить УП для обработки сложнопрофильных деталей непосредственно на рабочем месте. 5
а
б
в
Рис. 1.3. Стадии образования лунки в месте прохождения электрического импульсного разряда. а – прохождение импульса; б – выброс металла; в – стационарная стадия: 1-канал проводимости; 2 – газовая полость; 3 – зона испарения металла; 4 – зона плавления металла; 5 – гранулы застывшего металла; 6 – электроэрозионная лунка.
Рис. 1.4. Изготовление матрицы разделительного штампа на Рис. 1.5. Воспроизведение формы катодного электровырезном электроэрозионном да (инструмента) на анодном (детали) станке
Станки лазерной резки предназначены для раскроя материала и изготовления плоских деталей сложной формы по управляющей программе.
6
Рис. 1.6. Настройка станка для лазерной резки листового материала
Система CAD/CAM позволяет строить математические модели обрабатываемых деталей, располагать их на раскраиваемом листе в ручном и автоматическом режиме, назначать режимы резания, строить эквидистанту и обрабатывать постпроцессором полученную конструктивную и технологическую информацию (рис. 1.6). Станки обеспечивают точность позиционирования режущей головки при выполнении раскроя листовых материалов до 0,01 мм. Инструментом служит лазерный луч, подводимый к лазерной головке через систему зеркал. Вентиляция всего канала хода луча осуществляется азотом. Газонепроницаемая система вентиляции обеспечивает постоянное избыточное давление в канале хода луча. Все зеркала охлаждаются холодильным агрегатом лазера, стабилизирующим температуру системы (рис. 1.7). Основным конструктивным элементом установки является лазерная режущая головка, приводимая в движение от двигателя оси Z. Линза (ZпSе) собирает параллельные лазерные лучи в фокус, где излучение достигает максимальной плотности энергии. В зависимости от типа применяемой линзы, фокусное расстояние составляет 5˝ или 7,5˝. Для достижения оптимальных результатов обработки фокус должен быть настроен на определенную точку относительно поверхности заготовки. Линза охлаждается потоком режущего газа, который соосно лазерному лучу подводится в свободное пространство под линзой. Через режущее сопло, которое дополнительно охлаждается очищенным сжатым воздухом, излучение и режущий газ подводятся к заготовке.
7
Рис. 1.7. Схема движения лазерного луча и системы автоматической фокусировки 1 – TLF-лазер с лучевым телескопом; 2 – отклоняющее зеркало; 3 – отклоняющее зеркало и фазовращатель; 4 – отклоняющее зеркало на блоке движения; 5.1; 5.2 – отклоняющее зеркало и зеркало автоматической фокусировки; 6 – линза; S – луч.
На режущей головке находится защищенный крышкой сенсорный блок емкостной системы DIAS (Digital Intelligents Abstands System) регулировки расстояния между соплом и листом во время процесса резки. Паспортные данные станка с ЧПУ L4030 для лазерной резки приведены в прил. I, табл. 1.10. 1.2. Принципы работы и типы систем числового программного управления Все станки с программным управлением (ПУ) делятся на станки с цикловым ПУ (ЦПУ), числовым ПУ (NC), компьютеризированным ПУ (CNC) [6, 7, 11]. Принципиальной особенностью станков с ЧПУ (NC и CNC) является наличие управляющей программы (УП) обработки, включающей в себя весь комплекс технологических команд, величины перемещений исполнительных органов станка и постоянные циклы обработки, кроме того, системы ЧПУ имеют диагностику сбоев УП или электронной части. Программоносителем может быть: магнитная лента, перфолента, дискета, флэш-память. Ввод программ может быть также осуществлен с компьютера. Некоторые типы станков позволяют выполнить расчет УП непосредственно на УЧПУ (устройство ЧПУ) станка. Одним из основных узлов существующих контурных систем с ЧПУ является линейный или линейно-круговой интерполятор, который обеспечивает определенный закон движения инструмента по заданной траектории. Интерполятор представляет собой вычислительное устройство, преобразующее кодовую запись на программоносителе величины и направления перемещения инструмента по осям координат в командные импульсы для двигателей подач. Обрабатываемый контур может быть задан только дискретно, т.е. координатами отдельных его точек, называемых опорными точками (рис. 1.8). Траектория движения инструмента между соседними опорными точками опреде8
ляется видом интерполяции, которую выполняет интерполятор.
б
а Рис. 1.8. Интерполяция криволинейного контура: а – линейная; б – круговая
Величины скачков ступенчатой траектории при формировании контура незначительны. Они равны или кратны цене управляющего импульса, поступающего из интерполятора или импульса, формируемого датчиком обратной связи. Наиболее часто используется значение дискреты, составляющее 0,01 мм на каждый импульс; в обрабатывающих центрах значение дискреты составляет 0,01÷0,001 мм. Если контур формируется не точкой (вершиной резца), а радиусом фрезы (рис. 1.9), то в системах NC в программу записывают не координаты точек контура (A, B), а координаты опорных точек (A’, B’) траектории движения фрезы (эквидистанты).
Рис. 1.9 Траектория движения инструмента при обработке криволинейного контура
Однако интерполятор не обеспечивает непрерывную функциональную связь между движениями по осям координат. Фактически он перемещает инструмент по прямой, дуге окружности или параболе приближенно, включая подачу попеременно то вдоль одной, то вдоль другой оси, непрерывно оценивая отклонение от заданной кривой и стремясь свести эти отклонения к минимуму. В системах ЧПУ типа CNC возможно программирование как точек контура, так и координат опорных точек траектории инструмента. 9
Для упрощения разработки программ и эксплуатации станков с ЧПУ руководствуются рекомендациями Международной организации по стандартизации ISO-R841, где за основу принята правая система координат X, Y, Z, оси которой указывают положительные направления движения инструментов относительно детали (рис. 1.10). При этом за положительные приняты направления, при которых инструмент удаляется от детали. Если деталь движется относительно неподвижного инструмента, то ее перемещения положительны (пунктирные оси X’, Y’, Z’ на рис. 1.10), когда она удаляется от инструмента. Ось Х всегда располагают горизонтально, а ось Z совмещают с осью вращения инструмента (или шпинделя в токарных станках).
Рис. 1.10. Стандартные системы координат в станках с ЧПУ
Если вдоль одного направления в станке движется два или три рабочих органа, то используют дополнительные обозначения осей: U, V, W – вторичные оси; P, Q, R – третичные оси. Например, продольное перемещение стола в расточном станке (рис. 1.11, б) обозначено не Z’ (штрих программировать нельзя), а буквой W. Вторичные и третичные оси используют также в станках, где число программируемых координат больше трех. Программирование обработки может осуществляться в системе координат станка или детали. Для удобства составления программ и наладки станков абсолютное начало координат может быть выбрано в любом месте в пределах рабочих ходов исполнительных органов станка. Такое начало координат называется «плавающим нулем» или «смещением нуля» обработки (функции G53 – абсолютная система координат станка, G54, G55…G59 – функции «смещения нуля»), при этом расчет производится в системе координат детали. Существуют два способа программирования станков с ЧПУ: абсолютный и относительный. При абсолютном программировании задаются значения координат опорных точек траектории, при относительном – приращения по координатам между опорными точками. Программа: – представляет собой последовательность фаз обработки; – подразделяется на кадры. Кадр: 10
– содержит информацию об условиях и длине перемещения и вспомогательные функции; – состоит из номера кадра, одного или нескольких слов и знака конца кадра (LF; EOB и т.д., в зависимости от типа УЧПУ); – знак конца кадра должен стоять обязательно!; – может быть различной длины (в зависимости от типа УЧПУ); – последовательность слов любая или в определенном порядке (согласно инструкции по программированию для данного УЧПУ); – N – слово, которое должно всегда стоять в начале кадра.
Рис. 1.11. Расположение осей координат на станках с ЧПУ: а – токарные станки; б – горизонтально-расточные и обрабатывающие центры; в – вертикальные консольно-фрезерные; г) сверлильные и вертикальные бесконсольнофрезерные
Пример (для обрабатывающего центра ИР-500ПМФ40): 11
Слово: – программное слово состоит из буквы адреса и последовательности цифр, обозначающих содержание слова; – слова могут быть различной длины, т.к. в слово записываются только те цифры, которые содержат информацию. Пример (для обрабатывающего центра ИР-500ПМФ40): N0120 G00 X0005000 Т01 M03 S08 $ Тот же пример с переменной длиной слова: N120 G0 X5000 Т1 M3 S8 $ Тот же пример, запрограммированный с десятичной точкой: N120 G0 X5 Т1 M3 S8 $ Структура кадра: – запись адресов; – адрес слова, изображаемый адресной буквой; – содержание слова, отображаемое цифрами; – количество допустимых адресов и цифр (зависит от типа УЧПУ). Таблица 1.1 Основные технологические команды систем УЧПУ Адреса Вызов инструмента. (Например: Т01; Т02…Тi; где i – номер позиции инструментального магазина) S Частота вращения шпинделя F Подача (может быть выражена кодовым числом или запрограммирована в явном виде) G – подготовительные функции G00 (G0) Ускоренное перемещение (позиционирование) G01 (G1) Линейная интерполяция G02 (G2) Круговая интерполяция по часовой стрелке G03 (G3) Круговая интерполяция против часовой стрелке G04 (G4) Выдержка G17 Выбор плоскости обработки ХОY G18 Выбор плоскости обработки ХОZ G19 Выбор плоскости обработки YОZ G41 Коррекция инструмента (инструмент слева) G42 Коррекция инструмента (инструмент справа) G53 Отмена смещения «0» (система координат станка) G54...G59 Смещение «0» (система координат детали) Т
12
Окончание табл. 1.1 G80 G81 G82 G83 G84 G85 ÷G89 G90 и G91 М00 (М0) М01 (М1) М02 (М2) М03 (М3) М04 (М4) М05 (М5) М06 (М6) М10 и М11 М19 М30 М41..М44
Отмена циклов Цикл сверления Цикл цекования Цикл глубокого сверления Цикл резьбонарезания Циклы растачивания Ввод перемещений в абсолютной и относительной системах координат Вспомогательные функции Стоп программы Стоп программы с подтверждением Конец программы Включение вращения шпинделя по часовой и против часовой стрелки Выключение вращения шпинделя Смена инструмента Зажим и разжим Ориентация шпинделя Конец программы Выбор частоты вращения шпинделя
Расчет управляющих программ (УП) для станков с ЧПУ может осуществляться: а – «вручную», т.е. без использования вычислительной техники; б) с помощью систем автоматизированного расчета программ. При работе в CAD/CAM-системе (разд. 6) разрабатывается математическая модель обрабатываемой детали, определяются координаты исходной точки обработки, рассчитывается траектория движения инструмента, назначаются режимы резания, включение, выключение шпинделя и охлаждения, вспомогательные команды. Полученная исходная программа обрабатывается постпроцессором (т.е. информация переводится в коды станка) под соответствующий станок. После пробной обработки детали на станке с ЧПУ и устранения выявленных недостатков технологический процесс и УП сдаются в цех-изготовитель. Завершая раздел, необходимо сказать о все более широком использовании на предприятиях, производящих авиационную технику, так называемых интеллектуальных станков, характеризующихся наличием систем контроля поломки и износа инструмента, встроенных систем контроля размеров детали на станке, развитыми средствами связи с центральной ЭВМ и другим оборудованием механического цеха. При выборе технологического оборудования для оснащения выпуска новых или модернизируемых изделий необходимо пользоваться критериями, изложенными в табл. 1.2.
13
Таблица 1.2 Основные критерии выбора станков с ЧПУ Параметры Общие данные
Критерии Примечания Объем обработки. Уточнить, возможна ли одноЧисло управляемых координат. временная обработка по всем Рабочие подачи. координатам Точность и повторяемость перемещений. Мощность приводов и жесткость системы Система смены Емкость инструментального мага- Учесть допустимый диаметр инструмента зина. осевых инструментов. Быстрота смены инструмента. Возможность обновления Контроль поломки и износа инст- комплекта инструментов в магазине или смены магазина румента Система смены Размеры и масса заготовки. Обратить внимание на безодеталей Быстрота смены деталей. пасность персонала Точность и повторяемость базирования Качество системы Качество диалога «человек – ста- Обратить внимание на возуправления нок». можность подсоединения к Возможность облегчения про- ЭВМ граммирования. Объем памяти для хранения программ обработки. Наличие и совместимость интерфейса для связи с внешними устройствами Дополнительные Контроль на станке. Наличие кожухов, которые функции Отвод стружки. могут мешать доступу наладСмазывание. чика Доступ к станку. Безопасность персонала Капиталовложения Стоимость станка. Примерная стоимость в USD: Стоимость дополнительного обо- Токарный центр c автоматирудования. ческой сменой деталей – 1,8 Стоимость программного обеспе- млн чения. Обрабатывающие центры: Стоимость технического обслу- 31/2 коорд – 1,2 млн; живания и сопровождения фир- 4 коорд – 1,7 млн; мой-изготовителем 5 коорд – 3,9 млн
14
1.3. Особенности инструментального обеспечения операций механической обработки с ЧПУ Номенклатура инструмента для станков с ЧПУ определяется формой, размерами обрабатываемых деталей и технологическими возможностями наличного парка станков [4, 7, 8]. В конкретных условиях могут применяться инструменты, отличные от приведенных ниже в табл. 1.3 – 1.7. Для обработки отверстий следует использовать сверла и расточные резцы ограниченной номенклатуры. Зенкеры и развертки в большинстве случаев нежелательны к применению (их употребление целесообразно при обработке больших партий деталей). Второй и третий классы точности отверстий достигают растачиванием. При обработке внутренних основных поверхностей используются центровочные и спиральные сверла, а также расточные резцы с углами ϕ = 95o , ϕ1 = 5 o для черновой обработки и расточные контурные рез-
цы с углами ϕ = 93o , ϕ1 = 32 o для чистовой обработки (табл. 1.4, 1.5). Размеры расточного инструмента устанавливают соответственно размерам обрабатываемых отверстий: диаметру и длине. Рекомендуемая длина рабочей части оправки расточного инструмента, определенная на основе статистического анализа [8], требований к жесткости и рекомендаций к предельным режимам резания, приведена в табл. 2.7. Производственная практика показывает, что номенклатуру диаметров сверл можно ограничить рядом, приведенным в табл. 1.8, причем значения дробных диаметров определяются диаметрами отверстий под нарезание резьбы. Вместо спиральных сверл, в особенности для обработки глухих отверстий, целесообразно применять пластинчатые (перовые) и перовые донные сверла диаметрами из ряда, приведенного в табл. 1.5. Наружные основные поверхности с образованием прямых уступов формируют проходным подрезным резцом с углами ϕ = 95o , ϕ1 = 5 o для черновой обработки и контурными резцами с углами ϕ = 93o , ϕ1 = 32 o для чистовой обработки (табл. 1.3). Образование наружных и внутренних дополнительных поверхностей выполняется инструментами, приведенными в табл. 1.4, 1.7.
15
Таблица 1.3 Инструмент для токарной обработки наружных основных поверхностей Резец Проходной левый
Форма рабочей части
подрезной
Углы в плане, град. ϕ1 ϕ 95 5
Материал режущей части
TI4K8, T5K10, BK8 95
5
Контурный левый
93
32
Контурный правый
93
32
Контурный левый
63
62
Контурный правый
63
62
Проходной правый
подрезной
16
TI4K8, TI5K6, BK6
Таблица 1.4 Инструмент для токарной обработки наружных дополнительных поверхностей Резец
Форма рабочей части
Для угловых канавок
Размеры, мм b l D 2х2 3х3 5х5 8х8
Прорезной
Для проточки торцовых канавок
Материал режущей части
PI8 –
1 2 3
3 5 10
6 I0
15 25
–
T5K10, BK8
PI8 PI8, TI5K10 TI5K10, BK8
30 PI8 25 70 I50 35 30 70 I50 40 30 TI5K10, BK8 70 I50
3 6 I0
Резьбовой –
–
– TI5K6, BK6
Отрезной
3
35
– PI8
17
Таблица 1.5 Инструмент для обработки отверстий Сверло
Форма рабочей части
Центровочное
Размер Материал режущей часd, мм ти 6,3 (при D = 25 мм) Р6М5, Р18
10,1; 12,5 13,8; 15,3 17,3; 20,0 22,5; 25,0 27,5; 30,0 35,0; 40,0 45,0; 50,0
Спиральное
Пластинчатое (перовое)
Р6М5 Р18
25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 50,0
Р6М5, Р18
Таблица 1.6 Инструмент для токарной обработки внутренних основных поверхностей Резец Расточной проходной
Форма рабочей части
Материал режущей части Т14К8 Т5К10 ВК8
Т14К8 Т15К6 ВК6
Расточной контурный
18
Таблица 1.7 Инструмент для токарной обработки внутренних дополнительных поверхностей Форма рабочей части
Резец Для угловых канавок
Размеры, мм b
l
L
2
60 до 10 – 3 100 10–50 50– 100
5
150
8
200 св. 100
1 3 до 2 5 60
Прорез-ной
d
Мате-риал режу-щей части Р18 Т5К10 ВК8
от 10 Р18
3 10 100 от 16 6 15 150 от 20 10 25 200 от 50 – –
Резьбо-вой
–
–
Т5К10 ВК8 Т15К6 ВК6
Таблица 1.8 Длина рабочей части оправки расточного инструмента и предельные режимы резания Длина Предельные режимы резания для стали (σв<700 МПа) рабочей Минимальный диаметр растачиваечасти мого отверстия, мм оправки, Подача, мм/об Глубина резания, мм мм 50 35 28 22
200 130 100 100
19
0,4 0,4 0,4 0,25
5 5 5 2
На станках с ЧПУ фрезерной группы и обрабатывающих центрах изготавливают детали сложной конфигурации, поверхности которых ограничены плоским или пространственным криволинейным контуром. Предпочтительная номенклатура инструментов, ограниченная ГОСТ и отраслевыми стандартами, приведена в табл. 1.3 – 1.7. Выбор инструмента зависит от конфигурации обрабатываемых заготовок и условий обработки. Для улучшения выхода стружки при обработке глухих колодцев и карманов необходимо увеличивать угол наклона винтовой поверхности зуба. Для обработки тонких плоских заготовок типа панелей, стрингеров и т.д., следует применять праворежущие фрезы с левой винтовой канавкой и леворежущие с правой канавкой, т. к. при этом осевая составляющая силы резания прижимает заготовку к столу станка, улучшая ее крепление. Для уменьшения вибрации зубья фрез должны располагаться несимметрично, с неравномерным угловым шагом. При большой глубине обрабатываемых колодцев и карманов можно применять фрезы с увеличенной сердцевиной (уменьшенной стружечной канавкой) или с сердцевиной, диаметр которой увеличивается к хвостовику. Для сохранения жесткости фрезы при значительном вылете и небольшой длине режущей части можно предусматривать усилительный конус. При обработке наклонных стенок применяют прямые и обратные конические концевые фрезы. Концевые радиусные фрезы применяют при обработке пространственных фасонных поверхностей методом строчечного фрезерования. Наружный диаметр фрез при обработке криволинейного профиля, очерченного дугами окружности, выбирают с учетом обработки вогнутого участка профиля наименьшего радиуса Rmin, который определяют по формуле D≈2 (0,8÷0,9) Rmin. Угол наклона винтовой канавки зуба фрезы ω определяется из условия равномерного фрезерования, обеспечивающего постоянную площадь среза
C = Bz ⋅ tg
ω , πD
(1.1)
где: С – целое число 1,2,3 и т.д.; B – ширина фрезерования; D – диаметр фрезы. Наружный диаметр концевой фрезы должен быть выполнен с повышенной точностью.
20
Таблица 1.9 Инструмент для станков фрезерной группы № Наименование ГОСТ, ОСТ, СТП 1 Фрезы концевые с зубья- 23247–78. Фрезы концевые для обработки деталей из ми на торце лёгких сплавов на станках с программным управлением. Конструкция D – 8–63 мм l – 16–180 мм L – 104–364 мм Z – 2–6 2
24637–81. Фрезы концевые, оснащённые винтовыми Фрезы концевые с винто- твёрдосплавными пластинками для обработки высоковыми прочных сталей и титановых сплавов на станках с пропластинами граммным управлением. Конструкция D – 8–63 мм l – 16–180 мм L – 104–364 мм Z – 2–8
3 Фрезы концевые без зубьев на торце
4
Фрезы концевые радиусные
23247–78. Фрезы концевые для обработки деталей из лёгких сплавов на станках с программным управлением. Конструкция. (Z – –8) 23248–78. Фрезы концевые для обработки высокопрочных сталей и титановых сплавов на станках с программным управлением. Конструкция. (Z – 2–6) D – 8–63 мм l – 16–180 мм L – 104–364 мм
Каталог фрез ОАО «Роствертол». Альбом № 30. 1990 г. Z – 2–6 D – 3–80 мм l – 5–130мм L – 36–406 мм
21
Продолжение табл. 1.9 № Наименование ГОСТ, ОСТ, СТП 5 Фрезы концевые твер- Каталог фрез ОАО «Роствертол». Альбом № 30. 1990 г. досплавные Z – 2–6 D – 6,5–10,3 l = 12–120 мм L = 60–315 мм 6 Фрезы концевые Каталог фрез ОАО «Роствертол». Альбом № 30. 1990 г. угловые с зубьями на торце Z – 2–6 D –10–58; D1 –18–88 l = 20–235 мм L = 120–390 мм 7
Фрезы концевые угловые без зубьев на торце
Каталог фрез ОАО «Роствертол». Альбом № 30. 1990 г. Z – 2–3 D –3–26 мм l = 20–50 мм L = 43–210 мм
8
Фрезы угловые твёрдосплавные
Каталог фрез ОАО «Роствертол». Альбом № 30. 1990 г. Z – 6–12 D –40–85 мм l = 30–80 мм L = 230–240 мм
9
Фрезы концевые Каталог фрез ОАО «Роствертол». Альбом № 30. 1990 г. угловые (обратные) с зубьями на торце Z – 2–6 D –20–76 мм l = 25–110 мм L = 150–275 мм
10
Фрезы концевые Каталог фрез ОАО «Роствертол». Альбом № 30. 1990г. угловые (обратные) без зубьев на торце
22
Окончание табл. 1.9 №
11
Наименование
ГОСТ, ОСТ, СТП Z –3 D –70 мм l = 90 мм L = 120 мм
Фрезы угловые (обратные) Каталог фрез ОАО «Роствертол». Альбом № 30. твёрдосплавные 1990 г. Z – 12 D – 81,5 мм l – 80 мм L – 240 мм
12
Фрезы резьбовые
Каталог фрез ОАО «Роствертол». Альбом № 30. 1990г. Z – 2–3 D – 14–25 мм l – 24–32 мм L – 120–135 мм
Обязательным требованием инструментального обеспечения станков с ЧПУ является автоматизированная смена инструментов для выполнения различных видов обработки, а также замена изношенных и поломанных инструментов, что обусловливает необходимость контроля износа инструмента и пополнения магазина. Магазины инструментов для станков токарной группы строятся по двум принципам: – магазины цепного типа, в которых инструменты хранятся вместе с инструментодержателями (имеют большую вместимость, требуют относительно продолжительного времени смены инструмента ~ 15 с); – револьверные головки на 6–12 позиций (количество инструментов ограничено названными цифрами, но время смены инструмента очень мало – ~ 5 c). Станки фрезерно-расточной группы обычно оснащаются магазинами барабанного (емкость ~ 60 инструментов) и цепного (имеют большую емкость) типа. Основными характеристиками таких магазинов являются быстрота смены инструмента, возможность доступа для автоматического обновления, безопасность траектории движения устройства для персонала. При отслеживании состояния режущего инструмента контролируется случайная поломка режущей части и ее регулярный износ. Обнаружение поломки инструмента осуществляется, в основном, выявлением: пиковой мощности на приводе шпинделя и приводах подач; шума при поломке инструмента; по23
вышенной вибрации в инструментодержателе. Контроль износа инструмента строится по двум различным принципам: по периоду стойкости и по текущему состоянию [4, 12]. В первом случае задается период стойкости каждого инструмента; по истечении этого срока инструмент объявляется «негодным» и заменяется с помощью УЧПУ, позволяющего отслеживать действительное время работы каждого инструмента. При контроле по текущему состоянию износ периодически отслеживается в процессе работы, и по достижении им некоторого критического значения инструмент заменяется. Методы контроля износа инструмента подразделяются на: – прямые – ощупывание специальным щупом режущей кромки (рис. 1.12), измерение количества света, отраженного от изношенной поверхности, считывание формы износа с помощью лазерного устройства; – косвенные – по изменению размеров обработанных деталей и по измерению составляющих сил резания. Прямые методы контроля износа вращающихся инструментов несколько сложнее. Они используют измерение угла изнашивания по изменению угла отражения лазерного луча, синхронизируемого с вращением инструмента, а также отклонение размеров режущих кромок изменению электрической емкости между поверхностями кромок и датчиком. Перечисленные методы не требуют применения специальных режущих пластин и их подготовки [1.9].
Рис. 1.12. Устройство для настройки и контроля износа режущей кромки инструмента токарного станка с ЧПУ
1.4. Технологическая оснастка для металлорежущих станков с ЧПУ Токарные станки с ЧПУ оснащают для крепления заготовок, как правило, автоматическими патронами (пневматическими, гидравлическими, электромеханическими и т.д.). Кулачки в таких патронах имеют относительно небольшой ход. Для изготовления деталей различных размеров и форм на одном станке требуется комплект кулачков, центров и поводков. Состав комплекта определяется спецификой конкретного производственного цеха и номенклатурой выпускаемых деталей.
24
При закреплении заготовки в патроне за необработанную «черную» поверхность применяют термически обработанные (HRC~60) кулачки с рифлениями на поверхности крепления, а при закреплении за окончательно проточенные поверхности – «мягкие» (HRC~30) кулачки с гладкой поверхностью крепления. Применение «мягких» кулачков позволяет в случае необходимости растачивать их для лучшего центрирования заготовки. Для токарной обработки заготовок сложной формы применяют специализированные планшайбы, оснащенные собственными элементами базирования и крепления. Базирование специальных или универсально-сборных приспособлений на станках фрезерной группы осуществляется либо по трем плоскостям, либо по плоскости и двум отверстиям. Приспособление на станке устанавливается несколькими способами. В первом способе ориентация осуществляется с помощью координатной плиты, имеющей базовые отверстия и жёстко закреплённой на столе станка. Приспособление устанавливается при помощи штырей, фиксирующих его по отверстиям в плите. При втором способе приспособление базируется по центральному отверстию станка и шпонкой по продольному пазу. Установка инструмента в исходную точку осуществляется с помощью специального установа, закрепленного в корпусе приспособления. Третий способ ориентации приспособления на столе станка осуществляется по центральному продольному пазу с помощью двух шпонок; при этом необходим упор для фиксации продольного положения. Важным требованием является обеспечение максимальной жесткости технологической системы. Это достигается уменьшением высоты точки приложения усилия резания над опорными точками базирования за счет использования подводимых опор, а также уменьшением вылета концевых фрез. Часто современные станки ЧПУ комплектуются дополнительной оснасткой, управляемой от встроенного УЧПУ. Это, например, устанавливаемые на стол станка поворотные устройства (рис. 1.13), позволяющие изменять угол ориентации закрепленной детали в ходе обработки и обеспечивающие точность позиционирования 10–20 угловых секунд. Вспомогательная оснастка для изменения ориентации и привода инструмента включает различные головки (рис. 1.14), добавляющие станку 1–3 дополнительные степени свободы. Так, угловые шпиндельные головки (рис. 1.14, а) обеспечивают возможность фрезерования, сверления, нарезания резьбы под углами, недоступными со стороны основного шпинделя.
25
Рис. 1.13. Программно управляемые поворотные устройства для станков с ЧПУ фрезерной группы
Еще более широкими возможностями обработки труднодоступных поверхностей обладают головки с регулируемым углом поворота (рис. 1.14, б). Ускорительные головки (рис. 1.14, в) позволяют в 2–12 раз увеличить скорость вращения шпинделя, что значительно повышает производительность при обработке мелких конструктивных элементов на крупных корпусных деталях. Их применение эффективно также для обработки композиционных материалов на основе стекло- и углепластиков. а
б
в
Рис. 1.14. Вспомогательная оснастка для ориентации и привода инструмента: а – угловая шпиндельная головка; б – головка с регулируемым углом поворота; в – ускорительная головка
26
2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ДЛЯ ОБОРУДОВАНИЯ С ЧПУ 2.1. Общие положения При проектировании технологического процесса следует различать количество этапов обработки отдельных поверхностей детали и этапов обработки детали в целом. Количество этапов обработки отдельных поверхностей назначается сразу же после отработки конструкции детали на технологичность и выбора метода получения заготовки. Метод получения заготовки определяется либо конструктором и указывается в рабочем чертеже детали, либо технологом, исходя из конкретных производственных условий, конструкции деталей и производственной программы. Изготовление готовой детали – это есть процесс уточнения заготовки до готовой детали. Как скульптор, отсекая от глыбы мрамора всё лишнее, получает скульптуру, так и технолог, удаляя необходимые припуски, получает готовую деталь. Поэтому для каждой поверхности необходимо определить коэффициент уточнения ε, равный отношению погрешности заготовки к погрешности детали [3, 4].
ε = ∆ заг ∆ дет = ITзаг ITдет ,
(2.1)
отсюда количество этапов обработки поверхности может быть определено по эмпирической зависимости [1] n=
lg ε . 0,46
(2.2)
Второй путь определения количества этапов обработки поверхности основан на расчёте по формуле:
ε = T3 Tд =
n T3 T1 T ⋅ ⋅ ... т −1 = ε 1ε 2 ...ε n = ∏ ε i , T1 T2 Tд i =1
(2.3)
где ε – общее уточнение; εi – отдельные уточнения на каждой ступени; n – число этапов (стадий) обработки; Тз, Тд, Тi – допуски размера заготовки, детали, отдельного этапа обработки. При распределении общего уточнения по этапам следует учитывать следующие типовые рекомендации [7]: – для первой ступени черновой обработки достижимые величины уточнения ε = 4…6; – для промежуточной получистовой обработки ε = 3…4; – для последующих чистовых стадий ε = 1,5…2. Таким образом, представляя общее уточнение в виде произведения сомножителей согласно приведенным рекомендациям, можно определить коли27
чество этапов обработки отдельной поверхности. Третий путь – использование типовых планов обработки отдельных поверхностей, рекомендуемых справочниками и технической литературой [8]. Для обработки на станках с ЧПУ такие рекомендации даны в прил. III – VI. Независимо от того, каким способом назначены планы обработки отдельных поверхностей, отдельные этапы обработки можно выполнять как на разных переходах одной операции, так и на разных технологических операциях. Общую схему рациональной последовательности этапов обработки детали можно представить табл. 2.1.
Таблица 2.1
Этап
Типовые этапы обработки деталей
1 2
3 4 5 6 7 8 9 10
Содержание этапов обработки и выходные характеристики точности геометрических параметров детали Обработка поверхностей, которые будут использованы в качестве технологических баз на последующих этапах (с приданием им заданного положения относительно основных баз детали и системы необрабатываемых поверхностей) Черновая обработка главных поверхностей, имеющих наибольшее значение для работы детали в машине, обладающих большой длиной, не допускающих наличия дефектов. Точность размеров IT12...IT14, форма и расположение X...XII степени, Rz = 10–20 мкм, Ra = 2,5–5 мкм Термообработка для снятия внутренних напряжений Правка баз и получистовая обработка главных поверхностей. Точность размеров IT10...IT12; форма и расположение VIII...IX степени точности, Rz = 6,3–10 мкм, Ra = 1,25–2,5 мкм Термообработка для улучшения качества срединных и поверхностных слоёв материала детали Правка баз и чистовая обработка главных поверхностей... Точность размеров IT8...IT9; форма и расположение VI...VII степени точности, Rz = 3,2–6,3 мкм, Ra = 0,63–1,25 мкм Выполнение второстепенных операций (сверление крепёжных отверстий, снятие фасок, прорезка канавок) и обработка легкоповреждаемых поверхностей (нарезание резьбы) Отделка главных поверхностей. Точность размеров IT5...IT7; форма и расположение IV...V степени точности, Rz = 0,8–1,6 мкм, Ra = 0,16–0,32 мкм Подгонка по массе, зачистка заусенцев и притупление острых кромок Окончательный контроль, испытания
При выборе технологических баз проводят тщательный анализ конструкции детали, выявляют её основные и вспомогательные базы, их взаимосвязь. После этого принимается решение о возможности их использования в качестве технологических баз. При невозможности использования основных и вспомогательных баз в качестве технологических необходимо создать в детали искусственные технологические базы, например, центровые отверстия в валах, платики на боковых поверхностях корпусных деталей, фитингов и т.п. 28
Важным является выбор черновых баз на первых операциях при подготовке чистовых баз. При подготовке баз корпусных деталей, которые очень часто базируются по плоскости и 2-м отверстиям, фрезерование плоскости и развёртывание 2-х отверстий необходимо производить, координируя их от главных отверстий корпусной детали. Обычно подготовка баз для обработки на станках с ЧПУ осуществляется на станках с ручным управлением, т.к. эти операции не являются трудоёмкими. Вследствие того, что на станках с ЧПУ можно производить как предварительную, так и окончательную обработку большого количества поверхностей, в программе необходимо предусматривать перерыв, на котором следует осуществить раскрепление детали с выдержкой или с перенесением дальнейшей обработки на другую операцию. При этом следует определить состояние базовых поверхностей в отношении их коробления и увода других обрабатываемых поверхностей от этих баз. Если происходит только увод обрабатываемых поверхностей без коробления баз, то раскрепление позволит детали покоробиться, а возникшее коробление будет удалено последующей обработкой. Если же происходит коробление и базовых поверхностей, то их необходимо обработать начисто, и уже потом использовать для окончательной обработки основных поверхностей. Эти же рассуждения следует принимать во внимание при планировании операций по обработке длинномерных деталей с большим количеством обрабатываемых полостей. После раскрепления детали могут коробиться, и поэтапная обработка должна заключаться не только в смене режимов и инструмента, а также и в разделении этих этапов во времени с перезакреплением. Поэтому желательно перед окончательным этапом обработки осуществить стабилизирующую операцию. На этапе компоновки маршрутного технологического процесса и первоначального формирования операций осуществляются следующие мероприятия: – распределяются этапы обработки отдельных поверхностей по этапам маршрута (в случае необходимости – включение дополнительных установок или этапов обработки); – установление последовательности и уточнение условий выполнения технологических операций (станок; схема установки; число установок или позиций; перечень обрабатываемых поверхностей для каждой установки или позиции; выходные параметры точности, шероховатости и качества поверхностей); – включение в маршрут вспомогательных операций (контроль, маркирование, консервация и т.п.); – составление маршрутной карты. Первый установ выбирается из условия наиболее удобного базирования на заранее подготовленные черновые или чистовые базы. При первом установе, выполняемом от черновой базы, производят обработку поверхностей, исполь29
зуемых в качестве технологических баз при дальнейшей обработке. Важной задачей определения последовательности операций является обеспечение обработки заготовки с наименьшим числом установов. После определения требуемого количества и последовательности установов определяется последовательность обработки по зонам, образованным конструктивными особенностями заготовки (внутренний и наружный контуры, окна, карманы, приливы и т.п.). В каждой зоне выделяются отдельные элементы (внутренний контур и наружный контур, карман, торец, окна, крепёжные отверстия), для которых устанавливаются вид обработки (черновой, чистовой) и требуемые типоразмеры режущих инструментов. Элементы, обрабатываемые одним инструментом, группируются по всей детали для принятия решения: производить обработку данным инструментом по всем зонам или обрабатывать элементы одной зоны различными инструментами. При этом сравниваются временные затраты на смену и холостые хода инструмента с основным временем обработки. Последовательность обработки по зонам определяется конструкцией детали. При этом необходимо руководствоваться принципом максимальной жёсткости заготовки на каждом участке обработки. Обработку деталей с рёбрами целесообразно начинать с фрезерования торцов рёбер до обработки контура заготовки, т.к. на этом этапе рёбра обладают большей жёсткостью. Обработку внутреннего контура заготовки следует производить от центра к периферии. Точение заготовки необходимо начинать с более жёсткой части (большего диаметра). Более подробные рекомендации по разработке токарных и фрезерных операций с ЧПУ приведены ниже. Завершением перечисленных работ является: – Подготовка полной технологической информации для программирования с учетом выбранных: схемы ориентации заготовки в системе координат, режущего и вспомогательного инструмента. При этом программируются не только технологические, но и вспомогательные переходы; – Расчет и запись управляющих программ на программоноситель и их контроль; – Обработка пробной детали на станке с ЧПУ и, при необходимости корректировка технологии или управляющей программы. 2.2. Особенности проектирования технологических процессов токарной обработки С целью типизации операционной технологии обрабатываемую поверхность представляют состоящей из основных и дополнительных поверхностей. К основным поверхностям относят такие, которые могут быть обработаны резцом с главным углом в плане φ = 93° и вспомогательным углом в плане φ1 = 32° (табл. 2.3). Это цилиндрические и конические поверхности с радиус-
30
ными и криволинейными образующими и поверхности неглубоких канавок. Поверхности, для которых необходим другой инструмент (табл. 2.4), называют дополнительными. К ним относят торцовые и угловые канавки для выхода шлифовального круга, канавки на наружной, торцевой и внутренней поверхностях, резьбовые поверхности и т.д. Заготовки из проката (прил. II, табл. II.4), обрабатываемые в центрах, должны иметь обрабатываемые торцы и центровые отверстия с двух сторон. Отклонение по длине заготовок не должно превышать 0,6 мм. Точная длина заготовки обеспечивается чистовой обработкой на станке с ЧПУ после подрезания торца контурным резцом. Поковки, полученные свободной ковкой, предварительно необходимо обработать на станках с ручным управлением; при обработке горячештампованных заготовок применяют патрон с кулачками, рассчитанными на зажим штамповочных уклонов. Переходы при обработке деталей с закреплением в кулачковом самоцентрирующем патроне выполняются в следующей последовательности: 1) Центрование; 2) Сверление; 3) Черновая обработка основных поверхностей: – подрезание внешнего торца (для поковки, штамповки – срезание припуска на всех торцах); – точение наружных поверхностей; – растачивание внутренних поверхностей; 4) Черновая и чистовая обработка дополнительных поверхностей; 5) Чистовая обработка внутренних и наружных основных поверхностей. При закреплении заготовок в кулачковом самоцентрирующем патроне с поджимом задним центром обработку производят только в направлении к шпиндельной бабке. Переходы при обработке заготовок в центрах выполняются в следующей последовательности: 1) Черновая обработка основных поверхностей; 2) Черновая и чистовая обработка дополнительных поверхностей; 3) Чистовая обработка основных поверхностей: – подрезание торца (только на первом установе); – обработка наружной поверхности; 4) Обработка дополнительных поверхностей, не требующих черновой обработки. Траектория перемещения инструмента при обработке сложного ступенчатого вала предусматривает обработку, начиная с самой длинной наружной ступени. Последний переход производится обходом по всему контуру детали. При обработке узких заготовок большого диаметра резец следует перемещать поперёк. Для прочих заготовок целесообразно для одних ступеней 31
перемещать резец вдоль оси, а для других поперёк. При черновой обработке поковок ступенчатой формы в патроне и в центрах вначале последовательно удаляют припуск на всех торцах заготовки, затем выполняют точение наружных поверхностей. В штамповках припуск на черновую обработку срезают за один проход, кроме отдельных напусков, которые удаляют за большее число проходов. Дополнительные поверхности заготовки обрабатываются после образования основных поверхностей. Обработку наружных, торцевых угловых канавок для выхода шлифовального круга или резьбообрабатывающего инструмента желательно выполнять движением по контуру канавки резцом для обработки основной поверхности (поэтому его углы составляют φ = 93°, φ1 = 32°). Нестандартные канавки выполняются специальными прорезными резцами соответствующего профиля. Ручьи шкивов образуют прорезным резцом с углом φ = 90°, по форме режущей части приближающимся к отрезному. Первый проход – прорезание ручья выполняется движением резца перпендикулярно оси, а последующие – при движении параллельно боковым поверхностям ручья. Последние 2 прохода выполняют в режиме чистовой обработки с глубиной резания 0,5…0,8 мм. Для формирования профиля резьбы (рис. 2.1, а) резец подают на глубину в месте прохождения оси симметрии впадины. Полученное сечение среза будет иметь корытообразную форму. Стружка по мере увеличения глубины впадины станет труднодеформируемой, поэтому формирование резьбы по схеме (а) целесообразно при нарезании резьбы с шагом до 2 мм на заготовках из конструкционных сталей или на заготовках из хрупких материалов без ограничения шага в пределах размеров деталей среднего машиностроения. Обработка заготовок из стали с шагом резьбы больше 2 мм, а также из труднообрабатываемых материалов, с получением легкодеформируемой стружки обеспечивается применением схем (б) и (в). При этом следует иметь в виду, что при использовании недостаточно жестких заготовок, обрабатываемых по схеме (в), возможно ухудшение точности получаемой резьбы из-за изменения направления сил резания, действующих на инструмент. Применение схемы (б) требует выполнения чистового прохода для сглаживания следов обработки на боковой стороне. Каждая из схем, приведенных на рис. 2.1, предусматривает предварительные проходы с перемещением на глубину (штрихованные области) и чистовые проходы (нештрихованные области). Введение зачистных проходов позволяет повысить точность резьбы в условиях пониженной жесткости технологической системы СПИД.
32
Рис. 2.1. Схемы формирования крепежных резьб
Рекомендуемые числа проходов со снятием стружки и зачистных проходов при обработке с охлаждением заготовок из стали 45 (σв = 700 МПа) резцами с пластинами из твердого сплава Т15К6 приведены в прил. VI. При обработке заготовок из сталей большей прочности (30ХГСНА, 40ХНМ2А) число проходов может быть увеличено, причем последние проходы выполняются при меньшем сечении среза. Для нарезания резьб с шагами, отличающимися от приведенных в прил. VI, глубину di проходов резца можно определять по формулам: d i = h n ; i = 1...n ,
(2.4)
где h – глубина резьбовой впадины; n – число формообразующих проходов, или
(
)
d i = d1 i − i − 1 ; i = 2...n .
(2.5)
Расчет по формуле (2.4) отвечает равномерному перемещению резца в каждом проходе; ею целесообразно пользоваться при ручной подготовке программ ЧПУ. Формула (2.5) соответствует неравномерному перемещению резца на каждом последующем проходе, при котором глубина каждого последующего прохода убывает, а суммарная глубина резьбовой впадины пропорциональна квадратному корню из общего числа проходов h = nd1 (d1 – глубина первого прохода). Эта формула более автоматизированного расчета управляющей программы.
удобна
для
Общее число проходов необходимо выбирать, исходя, во-первых, из условия формирования одним инструментом наиболее часто встречающихся резьб с шагом 1,5–5 мм и, во-вторых, так, чтобы обеспечить постоянную нагрузку резцов с одинаковым радиусом при вершине (прил. VI). При этом толщина срезаемого слоя должна находиться в пределах 0,05–0,30 мм, а наибольшее допускаемое сечение среза не должно превышать значений, приведенных в прил. VI, табл. VI.1. 2.3. Особенности проектирования технологических процессов для станков с ЧПУ фрезерной группы На фрезерных станках с ЧПУ обрабатываются заготовки сложной конфигурации, поверхности которых ограничены плоским или пространственным криволинейным контуром. Характер траектории движения инструмента зависит от вида обрабатываемых поверхностей, метода фрезерования и типа инструмента. Зоны обработки детали по доступности делят на: – закрытые (типа глухих колодцев или карманов); – полуоткрытые, обработка которых производится торцом и цилиндром
33
концевой фрезы; – открытые, которые могут быть обработаны только цилиндрической частью концевой фрезы. По форме ограничивающих поверхностей зоны могут быть плоскими (если ограничивающие поверхности – плоскости), контурными (если ограничивающая поверхность – плоский криволинейный контур) и пространственными (если ограничивающая поверхность – пространственный криволинейный контур). Построение рациональной траектории перемещения инструмента является достаточно сложной математической задачей, решению которой посвящен большой ряд специальных работ [3, 4]. На основании расчётов координат опорных точек, режимов резания и принятых технических решений составляют операционную расчётнотехнологическую карту. Она содержит законченный проект обработки заготовки на станке с ЧПУ в виде графического изображения траектории относительного движения центра фрезы с необходимыми пояснениями и таблицы, в которые занесены координаты опорных точек, режимы обработки и технологические команды. Обработку резьбовых отверстий большого диаметра в ряде случаев целесообразно выполнять на станках с ЧПУ фрезерной группы, система программирования которых позволяет выполнять встроенные циклы резьбонарезания. Для этого используются специальные резьбовые червячные фрезы (табл. 2.8) Разработка управляющих программ для фрезерования заготовок, содержащих закрытые, полуоткрытые и открытые пространственные зоны, производится на ЭВМ с помощью системы автоматической подготовки программ. 2.4. Особенности проектирования технологических процессов для обрабатывающих центров На обрабатывающих центрах, как правило, обрабатываются корпусные детали, у которых основные требования предъявляются к неплоскостности, взаимному расположению плоскостей, точности расположения и размеров главных отверстий. Для обработки заготовок с большим количеством сторон требуется наличие соответствующей компоновки станков – вертикальных, горизонтальных, с поворотными или глобусными столами. Определяющее значение при выборе модели обрабатывающего центра имеет конструкция заготовки, взаимное расположение плоскостей, их форма, допускающая возможность обработки на проход, требующая дополнительного врезания инструмента, либо обработки по контуру. На выбор модели обрабатывающего центра также влияет количество инструментов, необходимых для обработки детали и возможность их размещения в магазине станка. Кроме общих положений, касающихся разработки технологии для станков фрезерной группы, проектирование техноло-
34
гических процессов для обрабатывающих центров имеет ряд специфических черт. Выбор технологических баз
Возможности обрабатывающего центра по обработке большого количества поверхностей при одной установке детали накладывают определённые ограничения на выбор технологических баз. Первой задачей при выборе баз и мест крепления является создание условий доступности подхода инструментов ко всем поверхностям, подлежащим обработке. Если возможна полная обработка заготовки за одну операцию при одном её закреплении, то контактными базами могут быть необработанные поверхности. При отсутствии условий крепления заготовки по необрабатываемым поверхностям возможно использование ложементов, отливаемых из алюминиевых сплавов или эпоксидных смол. В противном случае обработку осуществляют в две операции. На первой обрабатывают чистовые базы и поверхности, которые возможно обработать совместно с базовыми. На второй операции обрабатывают поверхности от чистовых баз. Иногда базовые поверхности обрабатывают на станках с ручным управлением. При обработке на обрабатывающих центрах часто используются настроечные базы, которые обрабатываются совместно с остальными поверхностями, и точность взаимного положения обрабатываемых поверхностей определяется уже точностью перемещения рабочих органов и точностью самого процесса обработки. В качестве чистовых баз так же, как и для обработки на станках с ручным управлением, используются конструкторские базы, т.е. принцип единства и постоянства баз должен неукоснительно исполняться и при использовании обрабатывающих центров. Отсчёт всех размеров в процессе обработки ведётся от начала отсчёта, принятого на станке. Для обеспечения требуемых размеров необходимо при установке заготовки совместить начало отсчёта ее размеров с началом отсчёта станка. Особенности обработки отверстий консольным инструментом без направляющих втулок
Растачивание основных и обработка крепёжных отверстий на обрабатывающих центрах консольно закреплённым инструментом без направляющих устройств типа кондукторных втулок может приводить к уводу инструмента. Для уменьшения увода и отжатия инструмента необходимо делать оправки максимально жёсткими за счет их укорочения. По указанным причинам обработку соосных отверстий часто приходится производить на каждой стенке заготовки раздельно с поворотом заготовки на 1800. Соосность в этом случае обеспечивается точностью исполнительных механизмов станка. 35
Отсутствие кондукторных втулок позволяет обрабатывать отверстия с малым расстоянием между осями. Обработка крепёжных и мелких отверстий в сплошном металле должна осуществляться с предварительной зацентровкой, т.к. в противном случае наблюдается увод сверла. Координаты крепёжных отверстий увязываются с системой координат станка. При растачивании неравномерный припуск создает различное отжатие инструмента по периметру всего отверстия, что приводит к образованию некруглости последнего. Однако возникающее при растачивании отклонение положения оси отверстия от заданного значительно меньше, чем при обработке отверстия многолезвийным инструментом типа зенкера. Увод оси отверстия после растачивания устраняется на последующих этапах обработки. Поэтому обработку литых отверстий следует выполнять растачиванием, и только на окончательной стадии – разворачивать плавающей развёрткой, самоустанавливающейся по ранее обработанному отверстию, добиваясь при этом только достижения заданных точности и шероховатости отверстия. Наличие круговой интерполяции позволяет выполнять черновую обработку литого отверстия концевыми фрезами. Это возможно, если диаметр отверстия позволяет войти в него концевой фрезой и осуществить врезание с последующим движением по круговой траектории. В инструкции каждого станка указывается диаметр, с которого можно осуществлять обработку отверстия концевой фрезой. Фрезерование чернового литого отверстия позволяет повысить производительность, т.к. при встречном фрезеровании фреза работает под литейной коркой. Дальнейшая обработка отверстия осуществляется растачиванием с получением точного положения оси. Последовательность обработки отверстий корпусной детали, находящихся в различных её зонах, выбирается исходя из принципа кратчайшего пути перемещения узлов станка. Обработка плоскостей Черновое фрезерование плоскостей необходимо производить торцовыми фрезами малого диаметра последовательными проходами вдоль обрабатываемой поверхности или по траектории, соединяющей плоские поверхности. При этом меньше сказывается влияние неравномерного или повышенного припуска, уменьшается момент резания и вибрации в технологической системе. Установка фрез большого диаметра ограничивается размерами инструментального магазина. Особенности обработки корпусных деталей Корпусные детали характеризуются наличием внутренних напряжений, обусловленных методами получения заготовок, а также процессами их перераспределения в процессе механической обработки. Детали из алюминиевых сплавов проходят процесс искусственного или естественного старения в ходе
36
технологического процесса. Детали из чёрных сплавов в результате съёма припуска и перераспределения внутренних напряжений могут претерпевать большее коробление. В точном машиностроении и авиастроении процесс старения для релаксации внутренних напряжений обязательно регламентируется техническими условиями. В этом случае технология механической обработки разбивается на предварительный и окончательный этапы, между которыми выполняется старение. Если требование стабилизирующего старения отсутствует в конструкторской документации, то возможности обрабатывающих центров позволяют обработать заготовку за одну операцию. Однако при раскреплении детали после обработки возможно её коробление, потеря точности обработанных поверхностей (неплоскостность, овальность и т. п.) и их относительного положения. Для предотвращения этого необходимо при обработке корпусных, маложёстких деталей, при односторонней обработке длинномеров предусматривать разделение технологического процесса на предварительный и окончательный этапы, выполняемые на разных станках с обязательным раскреплением детали. После раскрепления детали происходит её коробление и, возможно, нарушение точности базовых поверхностей. Крайне нежелательным средством устранения таких короблений, особенно для ответственных несущих деталей, является рихтовка, вносящая новые напряжения, снижающая кратковременную и длительную прочность. Коробление устраняют чистовой обработкой баз (при которой деформации детали от сил зажима должны быть минимальными!), и только после этого производится окончательная обработка. Разработка стандартных циклов или повторяемых программ При разработке технологии для оборудования с ЧПУ необходимо стремиться к максимальной типизации обрабатываемых поверхностей и конструктивных элементов деталей. Одной из целей типизации является стремление создать программы обработки типовых модулей. Наличие достаточно обширной базы стандартных циклов позволяет технологу вносить только конкретные размеры конструктивного элемента и режимы резания (глубину резания, подачу и скорость) в готовый модуль программы обработки. Системы управления обрабатывающих центров оснащаются постоянными циклами сверления, растачивания, фрезерования, нарезания резьб и т.п. Это, например, сверление отверстий с периодическим выводом сверла для удаления стружки, растачивание отверстия с внутренним карманом (выточкой), когда необходимо сочетание рабочей подачи и ускоренного хода, это цикл фрезерования отверстий концевой фрезой с врезанием и последующей контурной обработкой по круговой траектории; фрезерование пазов с маятниковой подачей концевой фрезой. При растачивании следует также использовать цикл кинематического дробления стружки (периодическая остановка инстру-
37
мента), что важно для станков, работающих в автоматическом режиме. Назначение режимов обработки Назначение режимов резания производится после: – выбора конструкции и материала режущего инструмента; – определения необходимых этапов (стадий) обработки (черновая, получистовая, чистовая, отделочная); – назначения глубины резания на каждую стадию обработки и включает в себя следующие этапы: – определение подач зависимости либо от жёсткости системы и необходимой мощности, либо от требований чертежа по шероховатости поверхности; – назначение стойкости инструмента; – выбор скорости резания; – определение мощности резания; – определение момента или сил резания. При расчёте режимов на обрабатывающих центрах с ЧПУ необходимо руководствоваться требованием максимальной производительности, а не минимальной себестоимости, т.к. значительно выгоднее использовать каждую минуту работы станка ввиду его высокой стоимости, а не экономить на инструменте. В частности, для резцов рекомендуется назначать стойкость в пределах 25–30 мин, а при работе на некоторых дорогостоящих импортных станках – до 5 мин. При этом скорость резания чёрных металлов может достигать 200–500 м/мин. Задание режимов резания для обрабатывающих центров выполняется, основываясь на отраслевых и общемашиностроительных нормативах [2]. Определение времени автоматической работы станка по программе, как правило, производится на этапе разработки управляющей программы системы автоматизированного программирования – САП. 2.5. Контроль деталей в процессе производства
Процесс контроля в общем случае не может рассматриваться как элемент производственной системы, т.к. он не приносит ощутимой дополнительной стоимости, и капиталовложения в эту область часто ограничены. Однако, несмотря на высокую точность станков с ЧПУ, нельзя гарантировать, что поверхности, полученные после обработки, совпадут с моделью, определяемой чертежом, плазами или электронным 3D образом, созданным в CAD-системе. Поэтому операция механической обработки должна сопровождаться измерением размеров, формы, взаимного положения поверхностей детали и определением их соответствия техническим требованиям конструкторской документации, т.е. контролем, который может быть произведен как непосредственно на месте обработки, так и вне станка. Получивший значительное распространение благодаря развитию средств 38
автоматизации контроль деталей на станке позволяет в ряде случаев исключить необходимость изготовления специальных измерительных приспособлений, т.к. деталь уже идеально базирована установочными элементами станка, а сам станок представляет высокоточное средство позиционирования по линейным и угловым координатам (рис. 2.2). Однако при автоматизированном контроле детали на станке необходимо учитывать следующие факторы, которые могут внести погрешность в измерения: – наличие СОЖ и стружки на поверхности детали; – температурные деформации, обусловленные нагревом в процессе обработки; – возможные упругие деформации после раскрепления под действием остаточных напряжений; – геометрические погрешности самого станка. Контроль детали на станке целесообразно использовать в тех случаях, когда: – интенсивен износ инструмента и, возможно, необходима его неоднократная замена при изготовлении одной детали; – изготавливается деталь с высокой дополнительной стоимостью, и систематический контроль после каждого перехода позволяет прекратить обработку детали, если ее размеры уже не соответствуют установленным допускам; – обрабатывается деталь с одним или несколькими очень точными размерами, при этом контроль до окончания обработки позволяет избежать брака путем оптимизации последнего прохода; – обрабатываются «черные» заготовки (отливки, штамповки), т. к. контроль щупами до завершения обработки позволяет «сбалансировать» припуск. Как правило, автоматизированное измерение размеров детали на станке производится с помощью электронного или индуктивного датчика, вмонтированного в инструментальную оправку, устройства передачи сигнала от датчика к интерфейсной системе, состыковывающей блок контроля с УЧПУ. Кроме погрешностей, отмеченных выше, неточность считывания информации с датчика может быть обусловлена конечной шириной полосы пропускания тракта передачи сигнала. Так, при скорости перемещения датчика по поверхности детали ~6 м/мин ошибка, обусловленная конечностью скорости передачи и обработки импульсов в CNC составляет порядка 20 мкм. Для уменьшения этой погрешности необходимо перемещать датчик с малой скоростью, что снижает производительность системы контроля.
39
Рис. 2.2. Устройство контроля размеров на станке. Используется при установке деталей и измерении размеров, получаемых в процессе обработки
Точность современных средств контроля на станке (за исключением находящихся в стадии лабораторных исследований лазерных систем с восстановлением цифровой 3D модели детали) не превышает 20–30 мкм. Такая точность достаточна для осуществления отдельных операций измерения и позиционирования, необходимых для более эффективного использования станков нового поколения. Однако наличие группы перечисленных факторов, снижающих точность метода, геометрические погрешности рабочих перемещений самого станка, необходимость интенсивного использования машинного времени станка заставляют к обратиться к контролю за пределами процесса обработки. В отличие от тех отраслей машиностроения, где распространен крупносерийный и массовый типы производства, в авиастроении нашли применение, в основном, такие средства геометрического контроля деталей, как координатно-измерительные машины (КИМ) (рис. 2.3). КИМ является материальным воплощением прямоугольной системы координат. Оси этой системы размещаются с помощью аэростатических опор на гранитном основании, а перемещения осуществляются вручную или с помощью управляемых двигателей. КИМ – это единственный тип измерительного оборудования, выполняющий трехмерный контроль, она может при подключении к компьютеру осуществлять необходимые расчеты, выполнять преобразования измеренных координат, что исключает необходимость точного выставления детали в системе координат машины. За счет оснащения несколькими типоразмерами измерительных головок и щупов обеспечивается их проникновение в труднодоступные места.
40
Рис. 2.3. Контроль макрогеометрии внутренней поверхности наконечника лопасти несущего винта вертолета с помощью КИМ «Delta»
Затраты времени при измерении линейных размеров, неплоскостности, неперпендикулярности, соосности с помощью современной координатноизмерительной машины от 5 до 10 раз меньше временных затрат при использовании поверочных плит, линеек, индикаторов и т.п. традиционных средств измерения. Кроме того, файл информации, снятой с КИМ, может быть введен в систему автоматизированного программирования и использован для корректировки УП. Особенно эффективно применение КИМ при изготовлении крупногабаритной штамповой и сборочной оснастки, макетов, шаблонов. Разрешающая способность современных КИМ составляет 0,5–2 мкм, а повторяемость ±1–5 мкм. Измерение координат одной точки с учетом времени подвода щупа занимает 0,2–2 с. 2.6. Особенности технологии изготовления особо ответственных деталей авиационной техники К особо ответственным частям летательных аппаратов относятся детали, сборочные единицы, агрегаты систем, единичные отказы которых в полете приводят к аварийной или катастрофической ситуации. Для обеспечения необходимого уровня безотказности таких частей вертолета необходимо выполнение специальных требований на стадии разработки, производства и эксплуатации, определяемых Положением «Порядок проведения и содержания работ по особо ответственным составным частям самолетов и вертолетов» разработки ВНИИСУ. В частности, значительно повышаются требования к конструкторской, технологической и эксплуатационной документации на изделие основного производства, к системе подготовки производства и самому производству изделия. При изготовлении особо ответственных деталей определяющим является обеспечение гарантированного качества – стабильно высокого качества, заданного конструкторской документацией, под-
41
тверждаемого прилагаемым технологическим паспортом с указанием фактических значений всех регламентируемых параметров, актами контроля детали на всех предусмотренных директивной технологией этапах производства, а также документами, подтверждающими использование в процессе изготовления надлежащих инструментов, оснастки, материалов и режимов обработки. Перечисленные документы подписываются непосредственными исполнителями работ, ОТК и представителем заказчика. Перечень особо ответственных деталей устанавливается КБ – разработчиком на основании анализа прочностных расчетов, динамических, климатических и иных испытаний, условий функционирования деталей в изделии. Конструкторской документацией определяется перечень особо ответственных параметров детали и директивный технологический процесс, обеспечивающий их получение. Такие технологические процессы 1 раз в году установленным порядком проходят проверку на соответствие КД, техническим условиям и иным директивным материалам, нормоконтроль и метрологическую экспертизу. Составной частью этой проверки является проводимый специальной комиссией контроль на соответствие КД и техническим условиям всех особо ответственных деталей, входящих в изделие. При этом сам технологический процесс, оборудование, вся используемая технологическая оснастка, контрольные приспособления и мерительные инструменты проходят аттестацию. Конструкторская документация на технологическую оснастку для механической обработки предусматривает ряд специальных требований, в частности, к характеристикам элементов базирования и закрепления деталей, качество изготовления которых может повлиять на выходные параметры изготавливаемой особо ответственной детали. Измерительная оснастка, испытательные стенды, обеспечивающие контроль качества, должны иметь паспорта с отметкой о результатах их регулярной поверки. В тех случаях, когда контроль качества изготовления детали не может быть обеспечен обычными средствами (специальные технологические процессы), предусматривается использование автоматизированных средств контроля и поддержания технологических режимов с записью на диаграммную ленту. Такие средства аналогичным образом подвергаются регулярной аттестации, а их паспорта и диаграммы записи режимов технологического процесса прикладываются к доказательной документации, сопровождающей изготовленную особо ответственную деталь и передаваемое заказчику изделие.
42
3. РАСЧЕТ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ (УП) ДЛЯ СТАНКОВ С ЧПУ После ознакомления с чертежом детали и технологической проработки, выявления неточностей данных чертежа, проверки соответствия требуемых допусков точностным характеристикам станка, согласования карты условий поставки заготовки, карты контроля и доработок; составления маршрутного технологического процесса; оформления технических заданий на проектирование оснастки и инструмента производится расчет управляющей программы [4, 7, 10]. При использовании CAD/CAM-системы для составления управляющей программы служит математическая модель обрабатываемой детали, позволяющая определить координаты исходной точки обработки, рассчитать траекторию движения инструмента. Как правило, эта модель уже разработана ранее в КБ и представляет собой конструкторскую документацию в электронной форме. При ручном программировании источником информации для выполнения этих расчетов служит чертеж детали, на основе которого выполняется детальная разработка операций технологического процесса с учетом выбранных: схемы ориентации заготовки в системе координат, режущего и вспомогательного инструмента, определения координат опорных точек. Далее назначаются режимы резания, задаются команды включения, выключения шпинделя, охлаждения, вспомогательные команды. Полученная исходная программа обрабатывается постпроцессором (т.е. информация переводится в коды станка) под соответствующий станок. 3.1. Подготовка технологической информации для расчета УП станка токарной группы Ниже приведен пример подготовки технологической информации для расчета УП токарной обработки особо ответственной детали трансмиссии вертолета – наконечника опорной муфты (рис. 3.1). Деталь передает момент вращения двумя исполнительными поверхностями – плоскостью фланца и зубчатым венцом. Заготовкой детали (рис. 3.2) служит поковка из стали 12Х2Н4А-Ш. Основные технические требования: – биение торца К относительно поверхности А – не более 0,02 мм; – биение торца Т относительно поверхности А – не более 0,02 мм; – неперпендикулярность торца Т относительно поверхности А – не более 0,015 мм; – непараллельность торцов Т и М в интервале диаметров 130–170 мм не более 0,03 мм; – неплоскостность поверхности Т не более 0,03 мм; – деталь проверить на магнитном дефектоскопе.
43
Рис. 3.1. Эскиз наконечника опорной муфты
44
Рис. 3.2. Эскиз заготовки наконечника опорной муфты
В партии из 10 поковок одна используется для вырезки образцов, подвергаемых механическим испытаниям. Технологический маршрут токарной обработки с ЧПУ включает операции с 005 по 060 (табл. 3.1). Операции обработки шлиц, зубьев, термическая и контрольные, не использующие оборудование с ЧПУ, опущены. Планы обработки и маршрут составлены в соответствии с рекомендациями разд. 2. Операции 015 и 050 ввиду своей важности приводятся в подробной проработке с операционными эскизами (рис. 3.3, 3.4), таблицами переходов (табл. 3.2, 3.3) и опорных точек (табл. 3.4). Графы таблиц переходов, содержащие информацию о глубине, скорости резания, подаче, числе оборотов шпинделя, мощности, машинном времени опущены. Представленный объем технологической информации достаточен для качественной разработки вручную управляющих программ обработки достаточно сложной детали на всех операциях. При использовании CAD/CAM-системы объем требуемых работ технолога значительно сокращается. Основываясь на представленных операционных эскизах и таблицах координат опорных точек, можно перейти к непосредственному расчету управляющей программы. Однако детальную процедуру расчета УП для конкретной системы УЧПУ целесообразно проиллюстрировать на примере более простой детали (разд. 3.2).
45
46
Технологический маршрут токарной обработки наконечника опорной муфты
Таблица 3.1
Рис. 3.3. Операционный эскиз токарной операции 015 механической обработки наконечника опорной муфты – черновые проходы. Перечень переходов – табл. 3.2, координат опорных точек – табл. 3.3.
Таблица 3.2 Содержание переходов операции 015 (рис. 5.3) № Содержание перехода или хода 16 15 14 13 12
Точить ∅115 до l = 190 Точить ∅110 до l = 175 Точить ∅104 до l = 140 Точить ∅98 до l = 105 Точить ∅92 до l = 70
№ 33 32 31 30 29 28
Содержание перехода или хода Точить ∅94 до l = 168 Точить ∅94,5 до l = 168 Точить ∅98 до l = 168 Точить ∅94,5 до l = 149 Подрезать торец фланца 176/120 l = 203 Точить ∅120 до l = 202
47
Продолжение табл. 3.2 № 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
Содержание перехода или хода Точить ∅139 до l = 202 Точить ∅133 до l = 199 Точить ∅127 до l = 195 Точить ∅121 до l = 191 Точить ∅115 до l = 175 Точить ∅109 до l = 140 Точить ∅103 до l = 105 Точить ∅97 до l = 70 Точить ∅92 до l = 35 Подрезать торец в р-р 214 до ∅25
№ 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17
Содержание перехода или хода Точить ∅127 до l = 202 Точить ∅121 до l = 199 Точить ∅115 до l = 195 Точить ∅109 до l = 190 Точить ∅106 до l = 175 Точить ∅104 до l = 168 Точить ∅98 до l = 140 Точить ∅94,5 до l = 105 Точить ∅133 до l = 202 Точить ∅127 до l = 199 Точить ∅121 до l = 195
Таблица 3.4 Координаты опорных точек операции 015 (рис. 3.3) NT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
X
Z
93 25 25 92 92 97 97 103 103 109 109 115 115 121 121 127 127 133 133 139
0 0 +1,0 +1,0 –35 –35 –70 –70 –105 –105 –140 –140 –175 –175 –191 –191 –195 –195 –199 –199
NT 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
X 199 94 92 92 98 98 104 104 110 110 115 115 121 121 127 127 133 133 133 96
Z NT –198 41 –35 42 –35 43 –70 44 –70 45 –105 46 –105 47 –140 48 –140 49 –175 50 –175 51 –190 52 –190 53 –195 54 –195 55 –199 56 –199 57 –202 58 –198 59 –70 60
48
X 94,5 94,5 98 98 104 104 106 106 109 109 115 115 121 121 127 127 127 120 120 120
Z NT –70 61 –105 62 –105 63 –140 64 –140 65 –168 66 –168 67 –175 68 –175 69 –190 70 –190 71 –195 72 –195 73 –199 74 –199 75 –202 76 –198 77 –198 78 –202 79 –198
X Z 178 –198 178 –203,5 120 –203,5 130 –203,5 96 –105 94,5 –105 94,5 –140 98 –140 98 –168 100 –168 100 –140 94,5 –140 94,5 –168 –96 –168 96 –70 94 –70 94 –168 96 –168 96 –70
49
Рис. 3.4, а. Операционный эскиз токарной операции 015 механической обработки наконечника опорной муфты – обработка цилиндрических поверхностей и инструмент для обработки канавок Перечень переходов см. табл. 3.2 (чистовые проходы)
50
Рис. 3.4, б. Операционный эскиз токарной операции 015 механической обработки наконечника опорной муфты – обработка канавок (зоны А, Б, В) Перечень переходов см. табл. 3.2 (чистовые проходы)
Таблица 3.3 Содержание переходов операции 050 (рис. 3.4, а, б) № 2 3 4 5 6* 6 7* 7 8* 8** 8*** 8 9* 9** 9*** 9 10* 10** 10*** 10 11* 11 12* 12 13* 13 14 15* 15 16* 16 17 18 19 19* 20* 20 21* 21 21**
Содержание перехода или хода Точить нар. цил. пов. ∅91, l = 128 мм Точить галтель R = 3 мм Точить торец уступа до ∅103 Точить нар. цил. пов. ∅103, l = 20 Перейти на ∅109 Точить нар. цил. пов. ∅109, l = 5 Перейти на ∅115 Точить нар. цил. пов. ∅115, l = 6 Отойти от обработанной пов-ти на ∅117 Выйти в ОТ11 для обработки ∅ 89 Выйти на ∅ 89 Точить нар. цил. пов. ∅89, l = 72 Отойти от обработанной пов-ти на ∅90 Выйти в ОТ15 для обработки 83 Выйти на ∅83 Точить нар. цил. пов. ∅83, l = 32 Отойти от обработанной пов-ти на ∅84 Выйти в ОТ19 для обработки ∅81 Выйти на ∅81 Точить нар. цил. пов. ∅81, l = 16 Отойти в исходн. положение Произвести смену Т1 на Т2 Выйти из исходн. положения в ОТ22 Точить выкружку R8 до ∅91 Выйти в ОТ24 на подрезку торца фланца Подрезать торец фланец предварительно Точить конус предварительно Выйти в исходн. положения для смены инструмента Произвести смену Т2 на Т3 Выйти из исходн. положения в ОТ27 Подрезать торец Точить галтель R3 Точить конус Точить радиусную выкружку R8 Отойти от обработанной пов-ти Выйти в исходн. положение Произвести смену Т3 на Т4 Выйти в ОТ33 Точить 1-ю канавку Отойти в ОТ35
51
№ ОТ 1–2 2–3 3–4 4–5 5–6 6–7 7–8 8–9 9–10 10–11 11–12 12–13 13–14 14–15 15–16 16–17 17–18 18–19 19–20 20–21 21–0
Подача Р Р Р Р У Р У Р У У У Р У У У Р У У У Р У
0–22 22–23 23–24 24–25 25–26 26–0
У Р У Р Р У
0–27 27–28 28–29 29–30 30–31 31–32 32–0
У Р Р Р Р У У
0–33 У 33–34 Р 34–35 У
Продолжение табл. 3.3 № 22* 22 22** 23* 23 23** 24* 24 24** 25* 25 26* 26 26** 27* 27 27** 28* 28 28** 29* 29 29** 30* 30 30** 31* 31 31** 32* 32 32** 33* 33 33** 34* 34 34** 35* 35 36 37 38
Содержание перехода или хода Выйти в ОТ36 для формирования канавки Точить 1-ю канавку окончательно Отойти в ОТ38 Выйти в ОТ39 для формирования 2-й канавки Точить 2-ю канавку Отойти в ОТ41 Выйти в ОТ42 для окончат. формирования канавки Точить 2-ю канавку окончательно Отойти в ОТ44 для возврата в ИП Выйти в исходное положение Произвести смену Т4 на Т5 Выйти из исходного положения в ОТ45 Точить канавку поперечной подачей Отойти в ОТ47 Выйти в ОТ48 Точить канавку Отойти в ОТ50 Отойти в ОТ51 Точить канавку Отойти в ОТ53 Выйти в ОТ54 Точить канавку Отойти в ОТ56 Выйти в ОТ57 Точить канавку Отойти в ОТ59 Выйти в ОТ60 Точить канавку Отойти в ОТ62 Выйти в ОТ63 Точить канавку Отойти в ОТ65 Выйти в ОТ66 Точить канавку Отойти в ОТ68 Выйти в ОТ69 Точить канавку Отойти в ОТ71 Выйти в ОТ72 Точить радиусную выкружку R8 Точить дно канавки Точить галтель R3 Точить торец канавки правый
52
№ ОТ 35–36 36–37 37–38 38–39 39–40 40–41 41–42 42–43 43–44 44–0
Подача У Р У У Р У У Р У У
0–45 45–46 46–47 47–48 48–49 49–50 50–51 51–52 52–53 53–54 54–55 55–56 56–57 57–58 58–59 59–60 60–61 61–62 62–63 63–64 64–65 65–66 66–67 67–68 68–69 69–70 70–71 71–72 72–73 73–74 74–75 75–76
У Р У У Р У У Р У У Р У У Р У У Р У У Р У У Р У У Р У У Р Р Р Р
Окончание табл. 3.3 № 39 39* 39** 40 41* 41** 41*** 41 42 43 44 45 46 47 48* 48 49 50 51 52 53 54 54* 2*
Содержание перехода или хода Точить скругление R1 Отойти в ОТ78 Отойти в исходное положение Произвести смену Т5 на Т6 Выйти в ОТ79 Выйти в ОТ80 Выйти в ОТ81 Точить скругление R1 на ∅81 Точить правую сторону канавки Точить галтель правую R3 Точить дно канавки Точить галтель левую R3 Точить сторону левую Точить скругление R1 на ∅83 Выйти в ОТ89 на ∅83 Точить скругление R1 на ∅83 Точить сторону правую Точить галтель правую R3 Точить дно канавки Точить галтель левую R3 Точить сторону левую Точить скругление R1 на ∅89 Отойти в исходное положение Произвести смену Т6 на Т1
№ ОТ 76–77 77–78 78–0
Подача Р У У
0–79 79–80 80–81 81–82 82–83 83–84 84–85 85–86 86–87 87–88 88–89 89–90 90–91 91–92 92–93 93–94 94–95 95–96 96–0
У Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р У
Примечания: Т1 – Т6 – номера инструментов; ОТi – номера опорных точек; У – ускоренная подача; Р – рабочая подача. Знаком * обозначены переходы, вставленные при корректировке операционной технологии. 3.2. Пример расчета УП для станка токарной группы Конкретная реализация технологии обработки существенно зависит от типа применяемого устройства числового программного управления (УЧПУ). Широкое распространение имеет УЧПУ «Электроника НЦ-31» – система контурного управления типа CNC, предназначенная для оперативного управления станками со следящими электроприводами по двум осям и измерительными фотоимпульсными датчиками. Основной областью применения устройства является управление токарными станками. Устройство обеспечивает ввод, редактирование, автоматическое выполнение управляющих программ обработки деталей и управление с клавиатуры пульта оператора. Общие показатели: – 2 одновременно управляемые оси; – линейная и круговая интерполяции; – дискретность, задания размеров 0,01 мм;
53
– точность позиционирования не хуже 1 дискреты задания; – максимальные значения перемещений по осям от +999999 до –999999 дискрет; – наибольшее задание размеров между двумя точками до 999999 дискрет; – ввод программы с клавиатуры; – различные режимы работы: от маховичка, с клавиатуры, по программе; – количество запоминаемых кадров 250 x 5; – возможность коррекции программы; – программирование в абсолютных и относительных размерах и приращениях; – прямое программирование подачи от 0,01 до 20,47 мм/об; – ускоренный ход до 10 м/мин; – 16 коррекций инструмента параллельно осям. Особенности программирования При включении системы активна абсолютная система отсчета. Для перехода из абсолютной системы отсчета в относительную в кадре задается признак относительной системы отсчета (знак ). Если ряд кадров УП требует программирования в приращениях, то необходимо в каждом кадре ставить знак . Отсутствие этого знака означает задание размеров в абсолютной системе отсчета. – (~; +45 º; –45 º) – признак модификации. Указывает на особенность отработки операции (~ – ускоренное перемещение по координате; ±45 º – снятие фаски).
Рис. 3.5. Задание движения под углом 45 º в абсолютных значениях.
Знак ? указывает направление движения по оси, адрес которой отсутствует в кадре. – * – признак принадлежности к группе кадров. Кадры, помеченные знаком *, устройство воспринимает не как самостоятельные операции, а как параметры (компоненты) некоторой операции. Им помечаются все кадры груп54
пы кроме последнего; – G92 – смещение нулевой точки, применяется как вспомогательное, если недостаточно начальной размерной привязки инструмента (например: необходимо использовать другую режущую кромку резца). Описывается предложением, состоящим из 3 кадров. Пример: G92 * Х (Х )* )*
Z (Z
(См. переходы 46–48 в приводимом ниже примере). – задание на перемещение вдоль осей Х (поперечное) или Z (продольное) представляется соответственно буквами Х или Z. Значения буквенных адресов задаются в сотых долях мм. При этом 1 дискрете по оси Z соответствует перемещение 0,01 мм, а по оси Х – 0,005 мм. Поэтому следует помнить, что значение Х задается не на радиус, а на диаметр (удвоенное). Например. Х15000 – перемещение по оси Х в точку с ∅150 мм (радиус 75 мм); Z15000 по оси Z в точку с координатой 150 мм. – G77 – цикл продольного снятия припуска (параллельно оси Z); – G78 – цикл поперечного снятия припуска (параллельно оси Х). Циклы этой группы могут быть описаны так: 1-й – есть G77 или G78 номер функции; 2-й – с адресом Х или Z, характеризующим полную глубину снимаемого слоя; 3-й – с адресом Х или Z, характеризующим минимальную величину снимаемого припуска; 4-й – с адресом Р – припуск на проход; 5-й – с адресом Р – величина скоса по длине (второй адрес Р может отсутствовать); (См. переходы 64–68 в примере расчета УП для токарного станка с ЧПУ 16К20Т1). – Команда обращения к подпрограмме (ПП) по функции G25 задается тремя кадрами, 1-й из которых есть G25, а остальные – с адресом Р, где Р1 – номера начального кадра ПП (первые 3 цифры) и конечного кадра ПП (последние 3 цифры); Р2 – число повторов ПП. (См. переходы 53–55 в примере расчета УП для токарного станка с ЧПУ 16К20Т1). – G2; G3 Круговая интерполяция по и против часовой стрелки для дуг < 90 º. Задаются 5-ю кадрами, где 1-й – есть G2 или G3 номер функции; 55
2-й – с адресом Х координата конечной точки дуги с учетом системы отчета; 3-й – с адресом Z координата конечной точки дуги с учетом системы отчета; 4-й – с адресом Р – координаты исходной точки дуги относительно центра дуги по координате Х; 5-й – с адресом Р – координаты исходной точки дуги относительно центра дуги по координате Z; (См. переходы 80–84 и 97–101 в примере расчета УП для токарного станка с ЧПУ 16К20Т1). Пример расчета УП для токарного станка с ЧПУ 16К20Т1 Для детали «втулка» разработать УП обработки на токарном станке с ЧПУ 16К20Т1. Заготовка – пруток ∅42, материал 12Х18Н9Т (рис. 5.6, 5.7).
Рис. 3.6. Деталь – втулка ДВ-6800–52
Рис. 3.7. Эскиз наладки. Инструмент: Т1 – резец подрезной; Т2 – резец отрезной; Т3 – резец расточной; Т5 – резец отрезной; Т6 – сверло ∅16
56
Программа обработки со всеми необходимыми комментариями приведена в табл. 3.5. Программа должна отрабатываться на станке сначала покадрово, а затем в автоматическом режиме. При наличии необходимого программного обеспечения целесообразна первоначальная отработка УП на компьютерном графопостроителе с контролем выхода программы в исходную точку. В результате такой отработки корректируются ошибки, уточняется «привязка» инструмента к детали, секундомером замеряется время обработки.
Таблица 3.5 Программа обработки детали «Втулка» № перехода 1
Поверхность
2 3 5 6
1. Сверление отверстия ∅16
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
2. Подрезка торца
Кадр Описание кадра программы М39 Задание 2 ступени переключения частоты вращения шпинделя. М3 Включение шпинделя по часовой стрелке S4 T6 Вызов инструмента Т6 (сверло ∅16) Х0 ~ Ускоренное перемещение до координаты Х = 0 Z200 ~ Ускоренное перемещение до координаты Z = 2,00 F50 Установка подачи 50 дискрет на 1 оборот, т.е. F = 0,5 мм/об Z50 Перемещение до координаты Z = 0,5 на подаче F = 0,5 мм/об F10 F = 0,1 мм/об Z-3900 Сверление отверстия на глубину L = 39 с F = 0,1 мм/об Z5000 ~ Ускоренный вывод сверла S5 Установка значений частоты вращения шпинделя T1 Инструмент Т1 (резец подрезной) X4400 ~ Ускоренное перемещение до координаты Х = 44 мм (∅) Z50 ~ -»- до Z = 3,00 мм F30 F = 0,3 мм/об X1500 Перемещение на подаче F = 0,3 мм/об X4300 ~ Ускоренное перемещение до координаты Х = 43 мм (∅)
57
Продолжение табл. 3.5 № переПоверхность хода 20 3. Снятие фаски 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57
4. Выборка припуска
5. Точение наружного контура
Кадр Описание кадра программы Z0 Перемещение на подаче F = 0,3 мм/об X1300 -»Z20 -»X3810~ -»Z0 -»X3980–45 º -»Z-3000 -»X-10000 ~ Выход в точку смены инструмента Z5000 ~ -»T2 Вызов инструмента Т2 (резец отрезной) X4200 ~ Ускоренное перемещение Z-500 ~ -»F50 F = 0,5 мм/об X4050 F10 F = 0,1 мм/об X3140 X4050 ~ Ускоренное перемещение Z-1000 ~ -»X2880 X4050 ~ Ускоренное перемещение Z-1000 ~ -»X2610 X4050 ~ Ускоренное перемещение Z-1500 ~ -»X2340 X4100 ~ Ускоренное перемещение G92 * Смещение нулевой точки. X-20 * -»Z30 -»Z-150 ~ Ускоренное перемещение X4000 F3 F = 0,03 мм/об X3722 G25 Вызов подпрограммы. P99107 P1 X5000 ~ Выход в точку смены инструмента Z15000~ -»-
58
Продолжение табл. 3.5
75 76 77 78 79 80
Кадр программ ы T3 X1600 ~ Z150 ~ F50 Z100 F15 G77~ * X2900 * Z-2400 * P300 * P2400 F100 X3250 * Z40 F15 Z0 X-2700– 45 º Z40 ~ X4100 ~ Z0 F10 X3722 G3 *
81
X2852 *
82 83
Z-334 * P0 *
84
P450
85 86 87 88
F15 X1640 * Z-2600 Z5000 ~
№ перехода 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74
Поверхность
6. Обработка внутреннего контура
59
Описание кадра Резец расточной Ускоренное перемещение -»F = 0,5 мм/об F = 0,15 мм/об
F = 1,0 мм/об
F = 0,15 мм/об
F = 0,1 мм/об Круговая интерполяция против часовой стрелки для дуг < 90 º Координата конечной точки дуги с учетом системы отсчета -»Координата Х исходной точки дуги относительно центра дуги Координата Z исходной точки дуги относительно центра дуги
Выход в точку смены инструмента -»-
Окончание табл. 3.5 № перехода 89 90 91 92 93 94 95 96 97
Поверхность
7. Точение торца, отрезка
Кадр программ ы T5 X4100 ~ * Z-150 ~ F30 X4020 F15 X3722 F7 G3
98
X3142 *
99 100
Z-372 * P0 *
101
P300
102 103 104 105 106 107 108 109
F15 X2000 * Z-2500 X1300 8. Выход в исходную точку, X10000 ~ останов Z20000 ~ M5 M30
Описание кадра Резец отрезной Ускоренное перемещение -»F = 0,3 мм/об F = 0,15 мм/об F = 0,07 мм/об Круговая интерполяция против часовой стрелки для дуг < 90 º Координата конечной точки дуги с учетом системы отсчета -»Координата Х исходной точки дуги относительно центра дуги Координата Z исходной точки дуги относительно центра дуги F = 0,15 мм/об
Выход в ИТ -»Останов шпинделя Конец программы с переходом на кадр № 0: М30 готовит систему к повторному выполнению УП
В отличие от рассмотренной выше особо ответственной детали «Наконечник опорной муфты» к детали «Втулка» не предъявляется специальных технических требований по точности, она достаточно проста по форме, изготавливается из калиброванного прутка, поэтому вся обработка выполняется на одной операции с одной установки. Процесс разработки программы включал ознакомление с чертежом детали, составление эскиза карты наладки, разбиение обрабатываемых поверхностей на характерные участки (прямая, окружность, фаска), расчет координат опорных точек контура и параметров окружностей, построение траекторий черновой и чистовой обработки, заполнение карты кодирования информации, набор УП в текстовом файле с расширением *.msh.
60
3.3. Подготовка технологической информации для расчета УП станка фрезерной группы В разделе рассмотрен пример подготовки технологической информации для расчета УП фрезерной операции механической обработки особо ответственной детали вертолета «Фитинг» (рис. 3.8). Две детали «Фитинг» (левая и зеркально отраженная правая) служат для крепления узла передней стойки шасси к днищу фюзеляжа. Ось коромысла передней стойки крепится в отверстии Б ∅20 втулки, запрессованной в тело фитинга. Привалочной плоскостью А фитинг присоединяется к днищу. Деталь воспринимает интенсивные динамические нагрузки, возникающие при посадке вертолета. Заготовкой детали служит поковка из сплава АК-6Т1. Основные технические требования: – Неперпендикулярность оси отверстия Б привалочной плоскости А – не более 0,05 мм; – Теоретический контур проверяется по шаблону, снятому с плаза.
Для подобного типа деталей сложной конфигурации принципиальное значение имеет правильный выбор технологических баз. В качестве установочной базы, лишающей заготовку 3 степеней свободы, целесообразно выбрать плоскость подошвы. Отверстие Ø37Н8 можно базировать на короткий цилиндрический палец, лишающий заготовку дополнительно 2 степеней свободы (двойная опорная база). В конструкции детали не предусмотрено отверстия, которое могло бы лишить ее еще одной степени свободы. Для образования такого базового отверстия в конструкции заготовки предусмотрено выполнение искусственной прибыли – языка, являющегося естественным продолжением подошвы и удаляемого после завершения основных фрезерных операций. Отверстие Ø8Н8 в языке, базируемое на короткий срезанный (ромбический) палец, будет служить опорной базой, лишающей заготовку 6-й степени свободы. Закрепление детали прижимами можно осуществить по центральному отверстию, языку и малкованным ребрам. Таким образом, на первых операциях механической обработки должна быть выполнена подготовка технологических баз. Технологический маршрут обработки детали «Фитинг» приведен в табл. 3.6, операционный эскиз операции 035 – фрезерования на станке с ЧПУ внутреннего контура – на рис. 3.9, а таблица переходов для этой операции – в табл. 3.7.
61
62 Рис. 3.8. Эскиз фитинга
63
Технологический маршрут изготовления фитинга
Таблица 3.6
64
Таблица 3.6 (Окончание)
65
Рис. 3.9. Операционный эскиз фрезерной операции 035 механической обработки фитинга
Таблица 3.7 Содержание переходов фрезерной операции 035 механической обработки фитинга №
Содержание перехода или хода
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Установить заготовку и закрепить Выйти в начальную точку ОТ1 Выйти в точку ОТ1' Фрезеровать подошву от ОТ1' до ОТ2 Фрезеровать подошву по R = 2 от ОТ2 до ОТ3 Фрезеровать подошву от ОТ3 до ОТ4 Выйти в ОТ5 Фрезеровать подошву от ОТ5 до ОТ6 Фрезеровать подошву по R = 21 от ОТ6 до ОТ7 Фрезеровать подошву от ОТ7 до ОТ8 Фрезеровать подошву от ОТ8 до ОТ9 Фрезеровать подошву от ОТ9 до ОТ10 Фрезеровать подошву по R = 21 от ОТ10 до ОТ11 Фрезеровать подошву и ребро от ОТ11 до ОТ12 Поднять фрезу в ОТ12' Выйти в ОТ13 Фрезеровать подошву от ОТ13 до ОТ14 Фрезеровать подошву по R = 2 от ОТ14 до ОТ15 Фрезеровать подошву от ОТ15 до ОТ16 Фрезеровать подошву по R = 2 ОТОТ16 до ОТ17 Фрезеровать подошву от ОТ17 до ОТ18 Фрезеровать подошву по R = 2 ОТОТ18 до ОТ19 Фрезеровать подошву от ОТ19 до ОТ20 Фрезеровать подошву от ОТ20 до ОТ21 Фрезеровать подошву и малкованное ребро ОТОТ21 до ОТ22 Фрезеровать подошву и верхнюю часть центральной части по R = 2 от ОТ22 до ОТ23 Фрезеровать подошву и верхнюю часть центральной части по от ОТ23 до ОТ24 Выйти в ОТ25 по R = 2 Выйти в ОТ25' Выйти в ОТ26 Выйти в ОТ26' Фрезеровать подошву от ОТ26' до ОТ27 Фрезеровать подошву по R = 2 от ОТ27 до ОТ28 Фрезеровать подошву от ОТ28 до ОТ29 Фрезеровать подошву от ОТ28 до ОТ29 Фрезеровать подошву от ОТ30 до ОТ31
26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
66
Координаты S Х У Z
№ ОТ 1 1' 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 12' 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
109 109 109 111 198 198 107 85 85 76,5 76,5 97 200 200 50 50 52 65 65 48 46 46 41,5 41,5
119 119 88 86 86 73 73 94 141 141 88 64 64 64 182 77 75 75 71 71 73 182 182 68
90 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5
У У Р Р Р У Р Р Р Р Р Р Р У У Р Р Р Р Р Р Р Р Р
23
43,5
66
5
Р
24
99
66
5
25 25' 26 26' 27 28 29 30 31
101 101 194 194 86 84 84 74 74
68 68 –76 –76 –76 –78 –100 –120 –85
5 90 90 4 4 4 4 4 4
У У У У Р Р Р Р Р
Продолжение табл. 3.7 №
Содержание перехода или хода
37 38 39 40
Фрезеровать подошву по R = 15 от ОТ31 до ОТ32 Фрезеровать подошву от ОТ32 до ОТ33 Фрезеровать подошву от ОТ33 до ОТ34 Фрезеровать подошву и нижнюю сторону ребра центральной части ОТОТ34 до ОТ35 Фрезеровать подошву по R = 21 от ОТ35 до ОТ36 Фрезеровать подошву от ОТ36 до ОТ37 Выйти в ОТ37' Выйти в ОТ38 Фрезеровать подошву от ОТ38 до ОТ39 Фрезеровать подошву по R = 2 от ОТ39 до ОТ40 Фрезеровать подошву и нижнюю часть центральной части от ОТ40 до ОТ40' Фрезеровать подошву от ОТ40' до ОТ41 по R = 2 Выйти в ОТ41' Выйти в ОТ42 Фрезеровать подошву и малкованное ребро от ОТ42 до ОТ43 Выйти в ОТ44 Выйти в ОТ44' Выйти в ОТ45 Выйти в ОТ45' Фрезеровать центральную часть от ОТ45' до ОТ46 Фрезеровать центральную часть от ОТ46 до ОТ47 Фрезеровать от ОТ47 до ОТ48 Фрезеровать от ОТ48 до ОТ49 Фрезеровать от ОТ49 до ОТ50 по R = 2 Фрезеровать от ОТ50 до ОТ51 Фрезеровать от ОТ51 до ОТ52 Фрезеровать от ОТ52 до ОТ53 Фрезеровать по R = 2 от ОТ53 до ОТ54 Выйти в ОТ54' Фрезеровать от ОТ54' до ОТ55 Фрезеровать от ОТ55 до ОТ56 по R = 2 Фрезеровать от ОТ56 до ОТ57 по R = 55 Фрезеровать от ОТ57 до ОТ58 по R = 2 Выйти в ОТ58' Отойти в исходное положение
41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
67
32 33 34 35
Координаты Х У Z 89 –70 4 194 –70 4 194 –64 4 88,5 –64 4
Р Р Р Р
36 37 37' 38 39 40 40'
67,5 67,5 67,5 40 40 42 88,5
85 –125 –125 –151 –67 –65 –64
4 4 5 5 5 5 5
Р Р У У Р Р Р
41 41' 42 43
90,5 90,5 34 34
–66 –66 –151 –65
5 20 20 20
Р У У Р
44 44' 45 45' 46
36 36 198 198 152
–67 –67 0 0 0
20 90 90 8 4
У У У У Р
47 48 49 50 51 52 53 54 54 55 56 57 58 58'
179 113 113 115 181 181 115 113 113 117 115 115 111 111
0 0 19 21 21 –21 –21 –19 –19 –21 –19 19 19 19
4 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5
Р Р Р Р Р Р Р Р У Р Р Р Р У У
№ ОТ
S
3.4. Расчет УП для станков фрезерной группы Несмотря на большое разнообразие фрезерных станков и систем УЧПУ, применяемых в авиастроении, методика расчета управляющих программ имеет много общего, поэтому ниже будут рассмотрены важнейшие этапы расчета УП с использованием широко распространенной отечественной системы УЧПУ Н33–2М.
Таблица 3.8 Технические характеристики УЧПУ Н33–2М Символ адресов I
Название слов
Количество занимаемых строк без адреса
Примечание
Координата начальной точки дуги по оси Х
7
Вместе со знаком «+» или «-»
J
То же по оси Y
7
-»-
K
То же по оси Z
7
-»-
F
Функция подачи
4
G
Подготовительная функция
2
L
Коррекция
3
M
Вспомогательная функция
2
N
Номер кадра
3
X
Параметр перемещения Х
7
Y
Параметр перемещения Y
7
-»-
Z
Параметр перемещения Z
7
-»-
S
Функция скорости шпинделя
2
T
Функция инструмента
2
Вместе со знаком «+» или «-»
Рекомендуемая последовательность слов в кадре: N, G, X, Y, Z, I, J, K, F, T, S, M, L. Пример:N010G01X+020000Y-003500I+000000J+001000F0610M08 Слово может быть пропущено, если оно не обязательно для кадра. Формат слов в кадре программы строго регламентирован; запись слов в формате, отличном от приведенных в таблице, будет ошибочной. Программирование в системе Н33–2М ведется в относительной системе координат, т.е. величина указываемого в кадре перемещения по каждой координате равна разности координат конечной и начальной точек перемещения.
68
Таблица 3.9 Таблица наиболее часто употребляемых подготовительных функций Обозначение слова «Подготовительная функция» G00 G01 G02 G03 G04 G17 G18 G19 G40 G41 G42 G50
Значение слова «Подготовительная функция» Ускоренное перемещение (позиционирование) Линейная интерполяция Круговая интерполяция по часовой стрелке Круговая интерполяция против часовой стрелки Пауза Выбор плоскости обработки XY Выбор плоскости обработки XZ Выбор плоскости обработки YZ Отмена коррекции Коррекция радиуса инструмента (инструмент слева); Коррекция радиуса инструмента (инструмент справа); Отмена расчета коррекции радиуса фрезы при отходе от контура
Рассмотрим порядок записи и смысл важнейших подготовительных функций. Запись перемещения из точки 1 в точку 2, изображенного на рис. 3.10: ∆Х = Х2–Х1 = 100–20 = 80; вид слова: Х+008000 ∆Y = Y2–Y1 = –35–10 = –45; вид слова: Y–004500. Соответствующий кадр УП: N050GO1X+008000Y-004500 Рис. 3.10. Линейная интерполяция G01, обеспечивающая перемещение от точки 1 до точки 2 по соединяющей их прямой линии
Рис. 3.11. Круговая интерполяция по часовой стрелке G02, обеспечивающая перемещение по дугам окружностей
69
Перед осуществлением круговой интерполяции, обязательно указывается плоскость обработки G17, G18 или G19. При включении УЧПУ по умолчанию действует функция G17. Перемещение в плоскости XY из точки 1 в точку 2 и далее – в точку 3, как изображено на рис. 3.11, записывается следующими тремя кадрами: N020G17 N050GO2X+001000Y+000300I+001000J+000300 N060X+005000Y-004300I+000000J+006800
Участок круговой интерполяции (дуга окружности) задается кадром, который включает: а) соответствующую G-функцию (G02 или G03), если она не была запрограммирована перед этим; б) параметры перемещения по координатам X, Y, Z (знак и величина параметров определяют направление и величину перемещения по соответствующим осям координат в процессе отработки заданной дуги); в) параметры круговой интерполяции I, J, K, где I – параметр круговой интерполяции по оси Х; J – параметр круговой интерполяции по оси Y; K – параметр круговой интерполяции по оси Z. Поскольку работа ведется в приращениях и центр дуги совпадает с началом координат, параметры круговой интерполяции I, J, K совпадают с координатами начальной точки дуги. Знаки параметров I, J, K не воспринимаются УЧПУ, поэтому при программировании рекомендуется присваивать им знак «+». Пример. Для дуги 1–2 при движении по часовой стрелке I = |X1|; J = = |Y1|. Параметры перемещения по координатам X, Y, Z рассчитывают аналогично линейной интерполяции с точностью не менее одной дискреты, пользуясь при этом обычными правилами округления. Скорость подачи задается словом, содержащим адрес F и следующую за ним функцию подачи, состоящую из четырех цифр (обозначим их А1; А2; А3; А4). Код из 3-х цифр А2; А3; А4 используется для задания величины подачи. Третья и четвертая цифра А3 и А4 (код подачи) образуют число, равное с точностью до двух знаков величине скорости подачи (в миллиметрах в минуту). Если требуемая скорость подачи задана технологом с помощью 3 и более знаков, то ее необходимо округлить (1228Ö1200 мм/мин). Первая цифра – А1 – режим изменения скорости подачи. Существует два режима изменения скорости подачи: нормальный (задается цифрой «0») и с торможением до фиксированной скорости (цифра «4»). При нормальном режиме происходит определение необходимости разгона или замедления в соответствии с подачей в следующем кадре.
70
Пример N001…….F0749 Разгон до 4900 мм/мин и торможение в конце кадра до 2700 мм/мин N002…….F0727 Обработка на подаче 2700 мм/мин и торможение в конце кадра до 100 мм/мин N003…….F0610 Обработка на подаче 100 мм/мин N004…….F0712 Разгон до 1200 мм/мин и обработка на подаче 1200 мм/мин
Режим с торможением до фиксированной скорости используют в случае резкого изменения направления движения. Режим действует только в том кадре, в котором задан. В этом режиме при смене кадра происходит предварительное торможение до скорости 240 мм/мин с последующим разгоном. Пример N001…….F0749 N002…….F0727 N003…….F0610 N004…….F0712
Разгон до 4900 мм/мин и торможение в конце кадра до 240 мм/мин Разгон до 2700 мм/мин и торможение в конце кадра до 240 мм/мин Торможение до 100 мм/мин и обработка на подаче 100 мм/мин Разгон до 1200 мм/мин и обработка на подаче 1200 мм/мин
Примечание. Режим действует, если заданная подача превышает 240 мм/мин. Вторая цифра – А2 (код множителя) представляет собой десятичный множитель, величина которого на 3 больше, чем количество цифр слева от запятой в числе, выражающим величину скорости подачи. При задании скорости подачи меньше 1 мм/мин последняя цифра кода подачи (сотые доли миллиметра в минуту) не воспринимаются УЧПУ. Пример Требуемая скорость подачи, мм/мин 4996 1228 245 57 0,72
Код 0749 0712 0624 0557 0372
Отрабатываемая скорость подачи, мм/мин 4900 1200 240 57 0,7
С помощью подготовительной функции G04 задается режим «Пауза». В этом режиме осуществляется линейная интерполяция заданной в кадре геометрической информации (аналогично функции G01) без выдачи управляющих сигналов на привод станка. Таким образом осуществляется технологический останов на заданное в программе время. Время паузы определяется величиной геометрической информации и заданной скоростью подачи. Рекомендуется задавать подачу, равной 60 мм/мин. При этом задаваемая, например, по адресу Х, геометрическая информация будет соответствовать времени паузы в сотых долях миллиметра. 71
Пример. G04 X+002000 F0560 – Пауза 20 с. G04 X+100000 F0560 – Пауза 1000 с. Действие подготовительной функции G04 сохраняется до прихода другой, отличной от нее подготовительной функции. Задание коррекции Слово коррекции состоит из адреса L и трехразрядного цифрового кода коррекции А1…А3. Слово коррекции стоит в кадре всегда последним. Цифры А2 и А3 определяют номер коррекции (от 1 до 18). Каждому из этих 18 номеров коррекций соответствует набираемое на пульте коррекций УЧПУ число со знаком. Знак коррекции можно задать по программе путем замены первой цифры подготовительной функции G01…G03 на 4 или на 5. При задании подготовительных функций G41…G43 знак коррекции, независимо от набранного на пульте коррекций, будет «плюс», при G51, G52, G53 – «минус». Подготовительная функция в этих случаях действует так же, как при задании функций G01…G03. Первая цифра А1 может принимать значения от 0 до 8 включительно. При линейной интерполяции она определяет координаты, которые должны быть скорректированы, и принимает значения от 1 до 7, причем корректируется при: А1 = 1 – X A1 = 2 – Y A1 = 3 – X, Y A1 = 4 – Z A1 = 5 – X, Z A1 = 6 – Y, Z A1 = 7 – X, Y, Z В двоичной системе счисления координате X соответствует 20 = 1; координате Y – 21 = 2; координате Z – 22 = 4. Поэтому восьмиричному представлению числа А1 в виде двоичной триады соответствует порядок его расшифровки для задания корректируемых координат. Например, при корректировании координат X, Z число А1 = 1 + 4 = 5 Значения 0 и 8 цифра А1 принимает при осуществлении круговой интерполяции. Коррекция при линейной интерполяции Коррекция геометрической информации при линейной интерполяции осуществляется путем алгебраического сложения геометрической информации с введенной величиной коррекции. Величина коррекции набирается на пульте УЧПУ в виде четырехзначного числа, лежащего в диапазоне от –9999 до +9999.
72
Пример. Пусть пятому номеру коррекции соответствует число ‘+1234’. Тогда, если Y = –185743, при отработке кадра: N 235 G01 Y-185743 L205
по координате Y будет выполнено перемещение, соответствующее Y = – 185743 + (+1234) = –184509.
Пример. Пусть 16 номеру коррекции соответствует число минус 1000 и отрабатывается кадр N151 G01 Y-801234 Z+000015 L716
Тогда значения скорректированных координат будут: X = 0 + (–1000) = –1000 Y = –801234 + (–1000) + –802234 Z = +000015 + (–1000) = –000985
Пример. Пусть 2 номеру коррекции соответствует число +200 и отрабатывается участок программы N156 G41 L202 N157 Z+000300 L602 N158 G51 L102 В кадре N156 откорректированная геометрическая информация будет: X = 0; Y = 0 + (+200) = +200; Z = 0. В кадре N 157 X = 0; Y = 0 + (+200) = +200; Z = +300 + (+200) = +500. В кадре N 158 X = 0 + (–200) = –200; Y = 0; Z = 0. В трех приведенных примерах величины перемещений и коррекции даны в дискретах. Коррекция при круговой интерполяции Коррекция траектории движения фрезы при круговой интерполяции (например, если применена фреза с измененным радиусом) осуществляется с помощью блока «эквидистанта». Такая коррекция может выполняться только после отхода фрезы от обрабатываемого контура. При отходе инструмента от отработанного контура по прямой, параллельной осям координат, в кадре используется функция G50.
73
Возможная величина изменения радиуса фрезы, набираемая на пульте коррекции УЧПУ, лежит в диапазоне ±255 дискрет. Подход рабочего инструмента как к внешнему, так и внутреннему контуру детали должен происходить по нормали к этому контуру. При подходе к внешнему контуру (величина смещения центра фрезы от контура с увеличением радиуса фрезы увеличивается) цифре А1 присваивают значение 0. Пример. Пусть пятому номеру коррекции (рис. 3.12) соответствует число +250, тогда в кадре N 023 G01 X-000400 Y+000300 L005
для данной величины отклонения радиуса фрезы блок «эквидистанта» рассчитывает величины поправок XЭ1’ = 200 и YЭ1’ = 150, учитывая положение нормали, проведенной из точки Р1 к обрабатываемому контуру. Рассчитанные поправки алгебраически складываются со значениями координат точки Р1. Перемещения по координатам X и Y для данной величины коррекции будут равны: X1’ = X1 + XЭ1’ = –000400 + (–000200) = –000600 Y1’ = Y1 + YЭ1’ = –000300 + 000150 = 000450, что соответствует точке Р1’ на рис. 3.12. Если пятому номеру коррекции соответствует число нуль, набранное на пульте коррекции УЧПУ, координаты начальной точки останутся нескорректированными: X1’ = X1 + XЭ1’ = –000400 + (–000000) = –000400 Y1’ = Y1 + YЭ1’ = 000300 + 000000 = 000300 При отрицательной величине коррекции (–250) величины рассчитанных поправок будут XЭ1’’ = 200, YЭ1’’ = 150, и перемещения по координатам X и Y: X1’’ = X1 + XЭ1’’ = –000400 – (–000200) = –000200; Y1’’ = Y1 + YЭ1’’ = 000300 – 000150 = 000150, что соответствует перемещению в точку Р1’’. При подходе к внутреннему контуру цифре А1 присваивают значение 8.
74
Рис. 3.12. Схема коррекции траектории фрезы при круговой интерполяции
Пример. Пусть десятому номеру коррекции соответствует число +250, тогда в кадре N 010 G01 X+000400 Y-000300 L810,
блок «эквидистанта» рассчитывает абсолютные величины поправок XЭ1’ = 200 YЭ1’ = 150 Перемещения по координатам X и Y будут равны: X’1 = X1 + XЭ1’ = 000400 – 000200 = 000200; Y’1 = Y1 + YЭ1’ = –000300 – (–000150) = –000150, что соответствует перемещению в точку Р’1. Если десятому номеру коррекции соответствует число нуль, координаты начальной точки Р1 будут: X1’ = X1 + XЭ1’ = 000400 – 000000 = 000400; Y1’ = Y1 + YЭ1’ = –000300 – (–000000) = –000300. При отрицательной величине коррекции (–250) и перемещения по координатам будут соответственно равны: X1 = X1 + XЭ1’ = 000400 – 000200 = 000200; Y1 = Y1 + YЭ1’ = –000300 – (–000150) = –000150, 75
что соответствует перемещению в точку Р1. При изменении радиуса фрезы коррекция участка контура, образованного дугой окружности задается: а) для внешнего контура (радиус дуги скорректированного контура увеличивается при увеличении радиуса фрезы) цифре А1 присваивают значение 0; б) для внутреннего контура (радиус дуги скорректированного контура уменьшается при увеличении радиуса фрезы) цифре А1 присваивают значение 8. При круговой интерполяции расчет эквидистанты происходит в 2 этапа, причем рассчитанным поправкам присваивается знак соответствующих координат начальных точек (I, J, K) и параметров перемещения (X, Y, Z). На первом этапе корректируются координаты начальной точки (I, J, K) и параметры перемещения (X, Y, Z) на величину поправок Хэк и Yэк, рассчитанных для конечной точки дуги предыдущего кадра. На втором этапе после расчета поправок для конечной точки дуги данного кадра повторно корректируются параметры перемещения (X, Y, Z) с учетом полученных на предыдущем этапе поправок. Контур обработки должен быть сопряженным, т.е. без изломов. При обработке несопряженных контуров необходимо выполнять их программное сопряжение (рис. 3.13).
Рис. 3.13. Пример несопряженного (а) и сопряженного (б) контуров
Задание частоты вращения шпинделя Функция скорости шпинделя задается словами с адресом S с двухзначным кодом и вспомогательной функцией М, указывающей номер диапазона вращения. М41–1-й диапазон вращения; М42–2-й диапазон вращения; М43–3-й диапазон вращения; М44–4-й диапазон вращения; Пример. В программе частота вращения шпинделя n = 1000 об/мин задается кадрами:
76
N001S80M44 – задание частоты и диапазона вращения; N002M03
– включение вращения по часовой стрелке.
При ручной разработке УП на фрезерную операцию составляется эскиз карты наладки, обрабатываемые поверхности разбиваются на характерные участки (прямая, окружность, теоретический контур); производится расчет траектории черновой обработки, эквидистанты чистовой обработки, заполнение карты кодирования информации, набор УП в текстовом файле с расширением *.upr. 3.5. Расчет УП для обрабатывающих центров Обрабатывающие центры наиболее широко используются для механической обработки корпусных деталей в условиях многономенклатурного мелкосерийного производства. Наличие 3–5 управляемых координат позволяет производить обработку сложных деталей с одной установки, обрабатывать лекальные трехмерные поверхности деталей заготовительной и плазовой оснастки. Особенности разработки УП для обрабатывающих центров будут рассмотрены на примере станков АГП630– 800–1.3, АГПН630–800–1.3, АГП630–800–2.3, входящих в гибкий производственный комплекс ГПК-1. Программное обеспечение устройства CNC1600, которым оснащены перечисленные обрабатывающие центры, состоит из операционной системы и различных модулей, работа которых зависит от требуемых функций числового управления. Емкость оперативной памяти, располагаемой центральным процессором, составляет 96 Кбайт: 64 К – EPROM (память программного матобеспечения станка) и 32 К – RAM (оперативная память с контролем четности). Кроме того, устройство содержит CMOS-платы для управляющих программ, таблиц сдвига нулевой точки, таблиц инструмента, программируемой логики, постоянные циклы и подпрограммы. Емкость CMOS-платы – 32 К. В максимальной конфигурации может быть 4 CMOSплаты с общей памятью 128 К. CMOS-память подразделяется на файлы. Максимально количество файлов составляет 255. Из них одни (с 1 по 119) служат для записи УП, а остальные (с 128 по 255) для программируемой логики, машинных постоянных, постоянных циклов и модулей программного обеспечения. Файл № 127 зарезервирован для таблицы инструмента. Запись управляющих программ устройства CNC1600 осуществляется в коде ISO с дополнительными расширениями. Номер кадра начинается с адреса N, за которым следует число с не более чем 5-ю цифрами целой части числа и не более чем 3-мя десятичными цифрами дробной части. Пример. N12; N12.346; N11142.346. Номер кадра служит для логических обращений внутри программы. Если
77
нет необходимости для таких обращений, номер кадра можно не программировать. Программирование перемещений Ввод числового значения величины перемещения может быть непосредственным, или как результат математической операции. Непосредственный ввод производится в виде десятичной дроби, целая часть которой имеет 5 десятичных знаков, а отделенная от нее точкой или запятой дробная часть – 3 десятичных знака. Программирование параметров математическими выражениями (формулами), содержащими: – постоянные; – числовые значения со знаком, 5-ю целочисленными и 3-мя десятичными цифрами; – ПИ – число Пифагора; – параметры, определенные адресом, связанные математическими операциями: + – сложение - – вычитание * – умножение / – деление SN – синус RQ – корень квадратный CS – косинус AT – арктангенс открывающие или закрывающие скобки. Эти выражения записываются в специфической форме, например: Х<X–10> – уменьшить Х на 10 мм. Y<X*SN30> – Y равен Х, умноженному на синус 30о. Нулевые точки Адрес «0» указывает ЧПУ, что программируется нулевая точка программы. Значения нулевых точек могут быть заданы в файле 126 или в самой УП. В каждой программе или на каждой оси может быть задано до 50 нулевых точек. Пример задания таблицы нулевых точек. :OS X1 = 381 X2 = 390,86 Y1 = 27,38 Для вызова нулевой точки внутри программы указывается следующее: алфавитный знак «О», наименование выбранной оси, знак выбранной нулевой точки. Пример вызова нулевой точки.
78
OX1OY1 – нулевая точка получает значения координат X1 = 381 и Y1 = 27,38. При вызове и каждом включении программы активными являются нулевые точки оси /0. о/. Отмена нулевой точки осуществляется программированием нулевой точки нулей – OXоOYо. Смена инструмента Находящиеся в магазине инструменты описываются в глобальной секции (файл 127) или в местной (в конце программы). Местные секции активизируются через G37TL, глобальная – через G37TG. Таблица инструментов начинается строкой: :TL (L – номер инструмента) далее следует описание инструмента. Пример. Строки описания инструмента T4#5L276.78R-0.05 (R7.986; T4-FREZA D16 CORR.:R = 0, …)
расшифровывается следующим образом: T4 – номер инструмента; # – знак разделения; 5 – номер гнезда; L276.78 – длина инструмента, измеренная прибором для настройки; R–0.05 – величина коррекции. Информация в круглых скобках является справочной и не влияет на обработку – здесь допускаются пробелы: R7.986 – радиус инструмента, измеренный прибором при настройке; T4-FREZA D16 – информация об инструменте для наладчика; CORR.:R = 0 указывает, что выполнен расчет на эквидистанту; если описан контур детали, то указывают CORR.:R = 8, т.е. сразу вводится коррекция на полный радиус инструмента. Смена инструмента осуществляется командой Т4М6, где T4 – номер требуемого инструмента; М6 – команда смены. Кадры высокого уровня (КВУ) Кадры высокого уровня, не вызывающие никаких движений, дают возможность более гибкого программирования, выполнения переходов, команд и т.д. Как и кадры ISO, КВУ могут иметь номер и отличаются от строк ISO восклицательным знаком, находящимся за номером кадра. Кадры ISO и КВУ не могут помещаться в одной строке. КВУ разделены на поля, каждое из которых выполняет определенную операцию. Различные поля разделяются между собой знаком «!» или “ “и выполняются в последовательности их записи (рис. 3.14). Содержание полей: 1. При программировании кадров КВУ возможно задание параметров со значением, являющимся результатом вычисления математического выражения.
79
Рис. 3.14. Структура кадра высокого уровня
Пример. N14!X = 100! – параметру Х присваивается значение 100; N14!X = 100–2*R! – параметру Х присваивается значение, являющееся результатом вычисления выражения 100 – 2*R. 2. Преобразование декартовых координат в полярные и обратно. Полем !СP! производится преобразование декартовых координат с параметрами НХ и НY в полярные HR (радиус) и НТ (тригонометрический угол в градусах). После выполнения преобразования параметры HR и НТ содержат результат преобразования в то время, как НХ и НY остаются неизменными. Пример. После строки: N14!НХ = 1; НY = 1;СР! HR = 1.4142… НТ = 45 обратное преобразование производится полем !РС!. Переходы Используются 3 типа перехода. Переход на определенный кадр без возврата. Примеры. N14 !G0N64! – выполнение программы переходит на кадр 64. N14 ! Х = 100;Y = -11!G0N64! – сначала параметру Х присваивается значение 100, затем параметру Y – значение –11, затем переход на кадр N64. N14 !G0N64!Х = 100;Y = -11! – переход на кадр N64, затем параметру Х присваивается значение 100 и параметру Y – значение –11. Переход на последовательность кадров с возвратом. Примеры. N140 !G0N60-G0N120! – УЧПУ переходит к выполнению программы от кадра 60 до кадра 120. После выполнения кадра 120 обработка продолжается
80
с кадра, стоящего после кадра, в котором запрограммирован этот переход (в нашем случае – с кадра 141). Переход на подпрограммы. Пример. !G0Р96! – УЧПУ оставляет выполнение основной программы и переходит на выполнение подпрограммы, находящейся в памяти. Вызванная подпрограмма должна начинаться знаком % и заканчиваться G26 (конец подпрограммы). После выполнения подпрограммы УЧПУ переходит на выполнение кадра основной программы, который стоит после кадра команды перехода на подпрограмму. Условные функции Условные функции записываются в следующем формате !IF (выражение 1 < = > выражение 2); (поле А); (поле Б);.! (поле С) ! Если значение первого выражения меньше, равно или больше значения второго выражения (можно употребить одно или два условия), выполняется поле А. В противоположном случае, выполняется переход до первого восклицательного знака, и выполняется поле С. Пример. N14!IF AA<>2;GON30!GON47! – если АА ≠ 2, выполняется переход на кадр 30, если АА = 2 – на кадр 47. Постоянные циклы Постоянные циклы вызываются программированием G27С…, где после С следует номер постоянного цикла. Возможны два типа постоянных циклов: – постоянные циклы СИСТЕМЫ (от 1 до 30); – постоянные циклы ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ (от 31 до 119). Постоянные циклы системы внесены в защищенную зону памяти и не могут быть изменены. Постоянные циклы пользователя могут программироваться пользователем в зависимости от его специфических задач обработки. Отмена постоянных циклов производится командой G27C0. При записи постоянных циклов для программирования движения осей применяются исключительно параметры АА, АВ, АС вместо Х, Y, Z. Ц и к л с в е р л е н и я (C1) (рис. 3.15). Состоит из: – подхода на быстром ходу до начала отверстия; – движения на рабочей подаче до конца отверстия; – выхода из отверстия на быстром ходу. Параметры: НА – начало отверстия; НВ – конец отверстия; НС – длина выхода.
81
Рис. 3.15. Схема движения инструмента в цикле сверления С1
Пример. ПОСТОЯННЫЙ ЦИКЛ СВЕРЛЕНИЯ % N1G0AC
N2G1 AC N2G0 ACG26 %-знак обязателен после текста (текст не обязателен). Ц и к л с в е р л е н и я с п а у з о й (C2) (рис. 3.16). Состоит из: – подхода на быстром ходу до начала отверстия; – движения на рабочей подаче до конца отверстия; – паузы; – выхода из отверстия на быстром ходу. Параметры: НА – начало отверстия; НВ – конец отверстия; Рис. 3.16. Схема движения инструмента в цикле НС – длина выхода; сверления С2 ТТ – время паузы. Пример. ЦИКЛ СВЕРЛЕНИЯ С ПАУЗОЙ % N1G0AC N2G1 ACG4… N3G0 ACG26 Ц и к л г л у б о к о г о с в е р л е н и я (C4) (рис. 3.17). Состоит из: – подхода на быстром ходу до значения диаметра сверла; – движения на рабочей подаче до конца отверстия; – выхода до начала отверстия на быстром ходу (выброс стружки); – подхода на быстром ходу до позиции окончания сверления; – дальнейшей обработки до конца сверления; – выхода из отверстия на быстром ходу. Параметры: НА – начало отверстия; НВ – конец отверстия; НС – длина выхода; R – радиус инструмента; НЕ – параметр окончания сверления в данный момент. 82
Рис. 3.17. Схема движения инструмента в цикле сверления С4
Пример. ЦИКЛ ГЛУБОКОГО СВЕРЛЕНИЯ % N1НЕ (устанавливает НЕ до сверления) N2G0AC (на быстром ходу до начала сверления); N3!НЕ = НЕ-2*R;IFHE< = HB;HE = HB! (увеличить НЕ на 2R, ограничивая его в конце отверстия) N4G1 AC (сверление до НЕ) N5G0 AC (выход до начала отверстия на быстром ходу – выброс стружки); N6!IFHE>HB;GON2! (повторение, если сверление отверстия не закончено) N7G0 ACG26 (выход на быстром ходу до НС и конец цикла) Ц и к л н а р е з а н и я п р а в о й р е з ь б ы (C8) (левой – С9) (рис. 5.18)]. Состоит из: – подхода на быстром ходу до входа в отверстие; – движения на рабочей подаче до конца отверстия; – остановки шпинделя и паузы; – включения шпинделя в противоположном направлении и возвращения на рабочей подаче до входа отверстия; – возврата на быстром ходу до НС; – установления предыдущего направления вращения шпинделя. Параметры: НА – начало отверстия; НВ – конец отверстия; НС – длина выхода; ТТ – время паузы. Рис. 3.18. Схема движения инструмента в цикле нарезания резьбы С8, С9
Пример. ЦИКЛ РЕЗЬБОНАРЕЗАНИЯ % N1G0ACМ3 83
N2G1 ACМ5 N3G4 N4ACM4 N5G0 AC N6M3G26 Ц и к л р а с т о ч к и с о с т а н о в о м ш п и н д е л я (C10). Состоит из: – позиционирования на быстром ходу на координаты центра отверстия; – обработки на рабочей подаче до конца отверстия; – остановки шпинделя и паузы; – выхода на быстром ходу до НС. Параметры цикла и схема движения инструмента полностью аналогичны циклу сверления С2 (рис. 3.15). Пример. ЦИКЛ РАСТОЧКИ % N1G0AC N2G1 ACМ5 N3G4 N4G0 AC N4М3G26 Растачивание с позиционированием шпинделя при в о з в р а т е (C11) (рис. 3.19). Цикл состоит из: – позиционирования на быстром ходу на координаты центра отверстия; – обработки на рабочей подаче до конца отверстия; – остановки шпинделя и его позиционирования; – перемещения центра инструмента на 0,1 мм; – выхода на быстром ходу до НС; – выключения шпинделя. Параметры: НА – начало отверстия; НВ – конец отверстия; НС – длина выхода. Рис. 3.19. Схема движения инструмента в цикле растачивания С11
Пример. N1G0AC N2G1 ACМ19 N3G0АА N4AC N4М3G26
84
Внутреннее фрезерование отверстия (C12) (рис. 3.20). Цикл состоит из: – достижения НА обработки; – внутреннего кругового фрезерования с возвратом в центр; – возврата на быстром ходу на НС. Параметры: НА-рабочая позиция; НС-исходная позиция; HD-диаметр отверстия; R-радиус инструмента. Пример.
Рис. 3.20. Схема движения инструмента в цикле внутреннего фрезерования отверстия С12
N1!FHD< = 2*R СЛИШКОМ ТОЛСТЫЙ ИНСТРУМЕНТ N2G1AC N3G2AA ABIJ N4AAABIJ<J> N5AAAB<J> I J<J> N6G0ACG26 В кадре 1 производится сравнение диаметров инструмента и отверстия и, если диаметр инструмента больше диаметра отверстия, то дается сообщение «СЛИШКОМ ТОЛСТЫЙ ИНСТРУМЕНТ». Подготовительные функции (табл. 3.10).
Таблица 3.10 Часто употребляемые подготовительные функции Обозначение слова Значение слова «Подготовительная функция» «Подготовител ьная функция» G12 Координация третьей оси. Представляет третью ось как прямую, проходящую через две точки с заданными координатами на двух осях плоскости. Является активной и при коррекции на радиус. Движение в плоскости, к которой относится G12, может быть прямолинейным или круговым, включая входы и выходы из контура (G41 и G42). При круговом движении в плоскости выполняется геликоидальная интерполяция G13 Отмена G12
85
Окончание табл. 3.10 Обозначение слова Значение слова «Подготовительная функция» «Подготовител ьная функция» G25 Выбор тройки осей. (G25XYZ – активными являются оси X; Y; Z). G26 Конец подпрограммы и переход в основную программу G27 Вызов постоянного цикла. G27С0 – отмена. G37 Вызов локальных и глобальных файлов. G37PL Вызов локальной секции параметров G37PG Вызов глобальной секции параметров (файл 125) G37ОL Вызов локальной секции нулевой точки G37OG Вызов глобальной секции нулевой точки (файл 126) G37ТL Вызов локальной секции G37ТG Вызов глобальной секции коррекции инструмента (файл 127) G38 Вызов смены инструмента. Выполняет автоматическую смену инструмента G39 Отмена автоматической смены инструмента G40 Отмена коррекции радиуса инструмента. Программируется при активных G41, G42 и отменяет их G41 Включение коррекции радиуса инструмента, инструмент слева. Программируется контур обрабатываемой детали вместо траектории центра инструмента G42 Действует аналогично G41, но инструмент справа G53 Отмена коррекции нулевой точки и длины инструмента G54 Включение коррекции нулевой точки и длины инструмента G80 Отмена цикла резьбонарезания G84 Включение цикла резьбонарезания
Примечания: 1. После сброса активными остаются G37PG; G37OG; G37ТG. 2. Локальные секции – это секции параметров (начинающиеся «:РА»), нулевой точки (начинающиеся «:OS»), коррекции инструмента (начинающиеся «:ТL»), расположенные в конце программы (см. выше Смена инструмента). 3. Глобальные секции – это файлы 125 (параметров), 126 (нулевой точки), 127 – (коррекции инструмента).
Рис. 3.21. Схема коррекции радиуса инструмента при исполнении подготовительных функций G41 и G42
86
Вспомогательные функции Действие вспомогательных функций М0; М1; М2; М3; М4; М6; М8; М9 полностью аналогично действиям, рассмотренным в разд. 3.4 для УЧПУ Н33– 2М. М19 – позиционирование шпинделя. Вызывает останов и позиционирование шпинделя в строго определенном положении. Подача Программируется адресом «F», которому соответствует значение подачи, выраженной целочисленными единицами в минуту. Пример. F100 соответствует подаче 100 мм/мин. При вращательном движении F100 соответствует подаче 100 град./мин. Разрядность подачи FХХХХХ, ХХХ. Скорость шпинделя «S» Программируется адресом «F», имеющим разрядность SХХХХХ, ХХХ. Программирование перемещений Способы описания прямой линии. УЧПУ CNC 1600 принимает и идентифицирует следующие комбинации параметров и функций G: − G1XY ⎫ ⎪ − G1X ⎬ – координаты конечной точки; − G1Y ⎪⎭ – G1QF – конечный наклон; – G1 – линейная интерполяция. Конечный наклон программируется параметром QF в градусах и десятичных долях градуса. Относится к первой рабочей оси рабочей плоскости в тригонометрическом направлении (положительное направление против часовой стрелки) (рис. 3.22).
Рис. 3.22. Программирование наклона прямой линии в CNC 1600
87
Способы описания окружностей. Иллюстрируются следующими примерами G2/G3 I J X Y; G2/G3 I J QF; G2/G3 X Y; G2/G3 RA; G2/G3 I J; G2/G3 RA QF где X, Y – координаты конечной точки; I, J – координаты центра окружности; RA – радиус окружности; QF – конечный наклон. Стандарт ИСО сопрягает параметр I с осью Х, а J с осью Y. В CNC 1600 I сопряжен с первой осью рабочей плоскости, а параметр J – со второй осью рабочей плоскости. Параметр К Рис. 3.23. К формату описания окружностей в CNC 1600 (слева) отсутствует.
Пример При назначении порядка рабочих осей G25XYZ параметр I сопряжен с осью Х, а J с осью Y. После переназначения порядка осей G25ZXY параметр I будет сопряжен с осью Z, а J – с осью X. Комбинация п р я м а я л и н и я – д у г а о к р у ж н о с т и . Программируется следующими кадрами G1 G2/G3 I J X Y G1 G2/G3 I J RA QF G1 G2/G3 I J RA где комбинация G1 G2/G3 означает, что прямая, задаваемая функцией G1, является касательной к дуге окружности, определенной параметрами, указанными выше. Если в кадре не запрограммированы параметры конечных точек, некоторые сегменты контура открыты (G1, G1 QF, G2/G3 I J, G2/G3 RA, G1 G2/G3 I J RA). Если конечные точки полностью определены, сегменты контура закрыты. Недопустимо программировать два открытых сегмента подряд, т.к. конечная точка предыдущего сегмента не определена, и следующий открытый сегмент не имеет начальной точки. Открытыми сегментами кривой могут быть: – прямая линия с определенным наклоном и начальной точкой; – окружность с определенными центром и радиусом. Коррекция радиуса инструмента Программирование контура обычно производится без учета радиуса инструмента, поэтому траектория перемещения инструмента отличается от запрограммированного контура.
88
Рис. 3.24. Перемещение центра фрезы (A – G) относительно программированной траектории (1–6)
При внимательном рассмотрении рис. 3.24 можно отметить следующее: – некоторые внутренние углы (зоны 3–4 и 4–5) невозможно обработать изза слишком большого радиуса инструмента; – около внешних углов контура на траектории вводятся незапрограммированные дуги для соединения обрабатываемых поверхностей; – некоторые участки программированной траектории выпадают из обработки из-за большого радиуса инструмента (зона 5). Вообще, если в программе активна коррекция радиуса инструмента (G41; G42), устройство выполняет для каждого программированного контура определенные операции с целью преобразования этого контура в движение центра инструмента. Ниже приведены основные действия, выполняемые устройством CNC1600 по формированию перемещения центра инструмента. Изменение положения прямолинейного сегмента контура на величину радиуса инструмента (рис. 3.25). Рис. 3.25
Уменьшение длины или отмена сегментов, которые складываются с остальными участками контура (рис. 3.26). Рис. 3.26
Введение дуги окружности вокруг внешнего угла с радиусом, равным радиусу инструмента (рис. 3.27). Рис. 3.27
89
Уменьшение / увеличение радиуса внутренней / внешней дуги окружности на значение радиуса инструмента. Отказ от дуги окружности, если радиус окажется отрицательным (в случае внутренней дуги) (рис. 3.28). Рис. 3.28
Очевидно при формировании эквидистантной траектории для обработки сложного контура, состоящего из цепочки связанных сегментов, УЧПУ должно на каждом шаге (формируя траекторию обработки каждого сегмента) «заглядывать» вперед на один шаг, чтобы учесть влияние последующего сегмента на предыдущий. Рис. 3.29 иллюстрирует обратную ситуацию: при формировании сложного контура последующие сегменты могут влиять на траекторию обработки предыдущих. Для разрешения этой ситуации УЧПУ должно заранее анализировать 9 последовательно идущих сегментов, а, также, дополнительные сегменты, служащие для соединения углов.
Рис. 3.29. Влияние последующих сегментов контура на траекторию обработки предыдущих (девятый сегмент воздействует на первый)
Из-за физических ограничений емкости памяти приходится ограничивать число сегментов, анализируемых заранее. Учитывается также факт, что, сколько бы ни анализировалось сегментов заранее, всегда можно допустить как угодно сложное продолжение контура. Поэтому CNC 1600 на каждом шаге анализирует два последующих сегмента контура относительно обрабатываемого. Подход к контуру В начале каждой программы активна функция G40 – отмена коррекции радиуса инструмента. Если коррекция радиуса инструмента отменена, запро-
90
граммированные координаты являются не траекторией перемещения центра фрезы, а координатами профиля детали. Для включения коррекции радиуса необходимо программировать G41 (деталь с правой стороны) или G42 (деталь с левой стороны). Траектория перемещения центра фрезы сдвинута по отношению к запрограммированной на значение радиуса инструмента. Поэтому сегмент подхода и выхода из обрабатываемого контура необходимо программировать особо. Т. к. G41 и G42 отменяют G1, G2 и G3, то в следующем кадре необходимо обязательно определить, какая именно интерполяция выполняется (G1; G2 или G3). Вместе с G41 или G42 программируются X; Y; QF (X; Y – координаты конечной точки; QF – конечный наклон надвязываемого входного сегмента). Длина и радиус дуги рассчитываются автоматически УЧПУ и зависят от координат начальной точки. На рис. 3.30 представлено перемещение инструмента для трех различных начальных сегментов подхода к контуру с конечным нулевым наклоном.
Рис. 3.30. Перемещение фрезы при подходе к контуру
Отход от контура Ситуация при отходе от контура подобна ситуации подхода к контуру. В этом случае УЧПУ также должно перейти от координат траектории к координатам контура детали, но в противоположном направлении. Подготовительной функцией является G40. Как и при включении коррекции на радиус инструмента, после G40 необходимо задать вид интерполяции: G1, G2 или G3. Коррекция на радиус инструмента заканчивается в конечной точке контура. Следующий кадр должен иметь в качестве конечной точки координаты центра фрезы (рис. 3.31). Изложенное иллюстрируется двумя приводимыми ниже примерами коррекции радиуса инструмента.
91
Рис. 3.31. Перемещение фрезы при отходе от контура
Пример коррекции радиуса инструмента при обработке наружного контура (рис. 3.32). N0 M6T1 (R10) N1 GOX0Y-50S1000M3F1000 N1,5 Z-10 N2 G42X0Y-25QF0 N3 G3I0J0 N4 G1G3I40J45RA15 N5 G1G3I0J80RA20 N6 G1G3I-40J45RA15 N7 G1G3I0J0RA25QF0 N8 G40X0Y-50 Рис. 3.32
Пример коррекции радиуса инструмента при обработке внутреннего контура (рис. 3.33). N0 M6T1 (R10) N1 GOX0Y0S1000M4 N2 Z-10 N3 G41X-20Y0QF-90F200 N4 G3RA20 N5 G1G3I60J15RA25 N6 G1G3I20J60RA15 N7 G1G3I0J0RA20QF-90 N8 G40X0Y0F1000 Рис. 3.33
92
3.6. Пример расчета УП для электроэрозионного станка Порядок составления программ обработки на электроэрозионных проволочных вырезных станках мало отличается от такового для фрезерных станков. Так, в примере составления управляющей программы обработки пуансона (рис. 3.32) для электроэрозионного вырезного станка с ЧПУ модели А207 обработка ведется в плоскости XY по двум координатам (табл. 3.11). В начале обработки на пульте оператора задается величина коррекции (радиус проволоки).
Рис. 3.34. Контур образующей и система координат пуансона, вырезаемого на электроэрозионном проволочном станке
93
94
Таблица 3.11
4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ CAD/CAM-СИСТЕМ ДЛЯ РАСЧЕТА УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ СТАНКОВ С ЧПУ Одним из основных звеньев современного производства являются CAD/CAM/CAE системы, которые в зависимости от решаемых ими задач можно разделить на две группы: специализированные и универсальные. Специализированные программные комплексы могут использоваться как автономно, так и включаться в состав универсальных систем. По функциональному признаку они классифицируются на: – программы для конструкторского проектирования (CAD – Computer Aided Design), например, AutoCAD, Solid Works, ядра систем Parasolid – Unigraphics, Solid Edge; – системы для функционального моделирования (CAE – Computer Aided Engineering), реализующие различные инженерные расчеты, в том числе прочностные, термодинамические и оптимизационные, которые, в свою очередь, также делятся на системы общего применения (ProEngineer) и проблемно-ориентированные системы (NASTRAN, ANSYS, COSMOS/M); – системы подготовки управляющих программ для технологического оборудования (CAM – Computer Aided Machining), такие как Power Mi11, SurfCAM, ГеММа-3D и др. Универсальные системы предназначены для комплексной автоматизации процессов проектирования, анализа и производства продукции машиностроения. В зависимости от функциональных возможностей CAD/CAM – системы можно условно подразделить на: – низкого уровня (ADEM, Gemma-3D); – среднего уровня (Solid Edge, SolidWorks, Cimatron, T-Flex); – высокого уровня полномасштабные (CATIA, UNIGRAPHICS, Pro/ENGINEER). Еще раз отметим, что такое подразделение является условным, потому что ежегодно выпускаемые разработчиками обновления расширяют спектр возможностей систем, а также могут обеспечивать их работу в комплексе с другими системами и модулями проектирования, обеспечивая тем самым значительное наращивание числа доступных функций. Рассмотрим структуру и возможности некоторых современных зарубежных и отечественных интегрированных САD/CAM систем. 4.1. Краткая характеристика современных CAD/CAM/CAE систем CAD/CAM-системы нижнего уровня Отечественными представителями простых универсальных систем являются система автоматизированного проектирования и черчения ADEM – продукт, создаваемый и распространяемый фирмой «Omega Technologies ltd» (Россия) и ГеММа-3D.
95
Система CAD/CAM ADEM – полностью интегрированная, универсальная система, предназначенная для организации и поддержки сквозного проектирования. Система обеспечивает подготовку конструкторской документации, создание твердотельных геометрических (объемных) моделей изделия и формирование управляющих программ на станки с ЧПУ. В системе ADEM возможны две стратегии проектирования: от двумерного (плоского) эскиза и от трехмерной твердотельной модели. Многофункциональность системы совместно с интуитивно понятным интерфейсом делают возможным применение ADEM как в отделах САПР, так и непосредственно на производстве. Наличие учебной версии системы ADEM for Education, практически почти не отличающейся от самой последней модели для профессионалов, и простого ее описания на русском языке позволяет ее использование для обучения специалистов. Система ГеММа-3D, последняя версия которой 9.0 выпущена в 2004 г., отличается предельно дружественным интерфейсом. Назначение системы: – построение математических моделей деталей и агрегатов любой степени сложности; – доработка математических моделей в соответствии с требованиями технологического процесса обработки конкретным инструментом на определенном оборудовании с ЧПУ; – подготовка управляющих программ для станков с ЧПУ: фрезерных (2-, 3-, 4-, 5-координатных), электроэрозионных (2-, 3-, 4-координатных), сверлильных, токарных, гравировальных; – подготовка технологических эскизов и технологических карт; – обработка результатов измерений изделий для оценки точности изготовления. Система располагает следующими возможностями моделирования: – построение кривых: отрезки, дуги окружностей, сплайны, кривые 2-го порядка, эволюты и эвольвенты, табличные кривые, кривые по произвольной формуле; – создание поверхностей деталей и агрегатов любой степени сложности: поверхности линейчатые, выдавливания, вращения, Безье, NURBS, по одному и двум семействам каркасных кривых, сопряжения для поверхностей и оболочек (с постоянным и переменным радиусом); – сопряжения поверхности с кривой (подсечка), кинематические, эквидистантные, литейный уклон, чемоданный угол; – обрезка поверхностей. Возможность создания сложных композиций поверхностей, с вырезами и ограничениями и выполнения всех геометрических и технологических операций; – работа с произвольными конструкционными плоскостями; – геометрические операции: проецирование кривых на поверхность; навертка кривых на поверхность; развертка кривых, лежащих на поверхности на 96
плоскость; построение эквидистантных кривых на плоскости и поверхности; сечения поверхностей произвольными плоскостями; пересечение поверхностей; обрезка поверхностей по заданным границам; построение оболочек, построение линий на поверхностях, границы поверхностей. Система позволяет выполнять произвольные преобразования построенных объектов, в частности, поворот в базовых плоскостях или вокруг произвольной оси, сдвиг, привязка, масштаб, а также комбинации различных преобразований для трехмерной привязки объектов; изменение масштаба трехмерных объектов вдоль базовых осей или вдоль произвольного направления. Набор технологических утилит, таких как: – объединение кривых, составляющих детали, в контуры; – задание начальных и конечных точек обработки на изделии, а также углов подхода к детали и отхода от нее; – ввод изображений (сканированных или построенных) из системы CorelDraw и формирование на их основе данных для гравирования; – построение зоны обработки детали при ограничениях фрезой данной геометрии; проецирование подготовленного шаблона траектории обработки (плоского или пространственного) на поверхность детали; – построение литейных уклонов к заданной линии на детали; – построение линий перегиба и изолиний точек с равными углами наклона касательных к базовой плоскости; – автоматическое скругление контуров позволяет переходить от описания произвольно сложной геометрии детали к формированию технологических команд обработки на станках с ЧПУ. Для программирования процесса обработки пользователь располагает следующими возможностями: – наличием встроенных программ обработки контуров деталей, карманов и колодцев с учетом попутного или встречного фрезерования, а также введения режима коррекции; – обработкой поверхностей по изопараметрическим линиям или шаблонам; – проецированием плоских траекторий инструмента (шаблонов) на обрабатываемую поверхность (оболочку) и обработкой контура на поверхности по полученной в 2D обработке траектории инструмента; – черновой послойной обработкой, позволяющей для заданной заготовки построить наиболее эффективную траекторию черновых проходов с различными способами снятия припуска (штриховка, эквидистанта, петля, подборка); – получистовой обработкой, в том числе группы поверхностей, объединенных в оболочку, по плоским сечениям; – чистовой обработкой, в том числе для 3-, 4-, 5-осевых станков и оболочек с различными видами ограничений; 97
– токарной обработкой; – подготовкой специализированных 4- и 5-координатных программ для обработки межлопаточных каналов в центробежных вентиляторах; – гравированием вогнутых и выпуклых изображений на плоскости и поверхностях, контурной гравировкой с импортом изображений из CorelDRAW. Кроме своего основного назначения – программирования механической обработки – система позволяет обрабатывать результаты измерений, полученные с контрольно-измерительной машины, сопоставляя их с исходной математической моделью измеренного агрегата и получая оценку точности изготовления. Система ГеММа-3D может использоваться в следующих вариантах. При автономном использовании в ней создаются математические модели по чертежам и готовятся программы обработки на станках. Возможно использование моделей, подготовленных в других системах. Из систем конструирования могут быть переданы каркасные кривые для построения поверхностей в системе ГеММа-3D. ГеММа-3D используется в комплексе с системами низкого и среднего уровня (комплекс Компас-3D – ГеММа-3D). В системе ГеММа-3D дорабатываются переданные математические модели, выполняются геометрические построения, необходимые технологу для формирования программ для станков с ЧПУ. При необходимости переданная в систему ГеММа-3D информация может быть возвращена в конструкторскую систему. ГеММа-3D используется как расширение технологических рабочих мест для САПР высокого уровня. Также в данном комплексе ГеММа-3D может эффективно выполнять построение управляющих программ, подготовленных, в том числе, в САПР высокого уровня, обеспечивая связь со станочным оборудованием. Для управления станками с ЧПУ система ГеММа-3D оснащена библиотекой из 70 постпроцессоров в исходных текстах на все отечественные и зарубежные системы управления станками (FANUC, BOCSH, CNC-600, Sinumeric, 2C42, H33, 2M42–65 и др.), а также универсальным постпроцессором, позволяющим дорабатывать готовые и создавать новые постпроцессоры. Универсальный постпроцессор обеспечивает использование ряда корректоров в управляющих программах, применение подпрограмм и циклов, включение гладкой аппроксимации траектории движения инструмента. Система подготавливает управляющие программы для станков с ЧПУ фрезерной группы (2-, 3-, 4-, 5-координатных), электроэрозионных (2-, 3-, 4координатных), сверлильных, токарных, вырубных, гравировальных. Выполнение всех операций – моделирования, пространственных преобразований (масштабирования, вращений, перемещений), отображения проходов инструмента, подготовки управляющих программ – осуществляется в тоно98
вом, каркасном и тоново-каркасном режимах. Для построения технологических ограничений и выделения зон обработки, а также быстрого получения сложного профиля детали на плоскости имеется утилита, позволяющая быстро обозначить зоны ограниченной обработки. Система имеет широкие возможности в области программирования объемного фрезерования. В качестве заготовки для черновой обработки может быть использован не только параллелепипед или тело, полученное выдавливанием, но и тело, ограниченное произвольной системой поверхностей (например, отливка), а также тонкостенная оболочка. Обеспечение заданного шага перемещения инструмента относительно выбранной каркасной линии или характерного сечения детали позволяет выдержать заданный шаг на вертикальных, наклонных и горизонтальных участках, обеспечивая равномерность «гребешков» (следов фрезы) на обрабатываемой поверхности. При черновой обработке деталей, содержащих глубокие карманы, может быть задана последовательность выборки материала, при которой минимален износ инструмента. Реализована возможность создания гладких траекторий рабочих движений инструмента, подвода и отвода инструмента по дугам окружностей, переходов между строками на высоте безопасного перехода и др. Наряду с оптимизацией траекторий система выполняет оптимизацию режимов обработки. Так, модуль оптимизации подач на основе анализа условий окружения фрезы материалом детали (по радиусу, глубине и ширине) автоматически корректирует заданную типовую подачу. Эта опция позволяет на 20–30 % сократить время обработки детали с неравномерным припуском. Модуль создания расчетно-технологических карт позволяет выдавать формы, необходимые оператору станка для его наладки. Система ГеММа-3D работает под управлением операционной системы Windows-95 и выше, предъявляя минимальные требования к аппаратной части компьютера. Пример использования системы для построения управляющей программы фрезерования приведен в разделе 6.1. CAD/CAM-системы среднего уровня T-FLEX – система параметрического трехмерного твердотельного моделирования, разработанная фирмой «Топ Системы», используется для создания трехмерных моделей проектируемого изделия. Функциональные возможности системы T-FLEX CAD 3D позволяют сопоставлять ее с лучшими системами трехмерного моделирования. T-FLEX CAD 3D отличает то, что помимо достаточной функциональности в области трехмерного моделирования система содержит в себе полный набор средств двумерного проектирования и оформления чертежной документации. Чертежи и документация, созданные в T-FLEX CAD 3D, доступны в любой другой системе T-FLEX CAD.
99
T-FLEX CAD 3D построена на геометрическом ядре Parasolid фирмы Unigraphics Solutions, которое сегодня считается лучшим ядром для трехмерного твердотельного моделирования. Использование ядра Parasolid обеспечивает T-FLEX CAD 3D мощными и надежными инструментами и средствами прямой интеграции с лучшими программами проектирования. T-FLEX CAD 3D поддерживает двунаправленную ассоциативность, т. е. изменение параметров чертежа будет приводить к изменению трехмерной модели, а изменение параметров трехмерной модели приводит к автоматическому обновлению чертежа. T-FLEX ЧПУ – Подготовка программ для станков с ЧПУ Для подготовки программ для станков с ЧПУ фирма «Топ Системы» предлагает разработку T-FLEX ЧПУ, полностью интегрированную с T-FLEX CAD. Система T-FLEX ЧПУ поставляется в двух вариантах: T-FLEX ЧПУ 2D и T-FLEX ЧПУ 3D и построена по модульному принципу. T-FLEX ЧПУ 2D состоит из базового модуля, модуля электроэрозионной обработки, модуля токарной обработки, модуля сверления, модуля лазерной обработки и модуля 2,5-координатной фрезерной обработки. T-FLEX ЧПУ 3D состоит из базового модуля, модуля 3-координатной фрезерной обработки и 5-координатной фрезерной обработки. Лазерная обработка основана на съёме материала при воздействии на него концентрированными световыми лучами. В системе T-FLEX ЧПУ возможно проектировать следующие виды лазерной обработки: одноконтурное резание (2D-обработка); угловое резание (2,5D-обработка); двухконтурное резание (4D-обработка). Используя описанные выше типы обработки, в системе TFLEX ЧПУ можно создавать программы обработки плазменной и гидроструйной резкой. К токарной обработке (2D-обработка) относится обработка наружных, внутренних, цилиндрических, конических, фасонных и торцовых поверхностей заготовок. Сверлильная обработка (2,5D-обработка) включает сверление, рассверливание, зенкерование, развёртывание отверстий и нарезание резьбы в отверстиях. Фрезерная обработка – самая распространённая обработка, при которой применяются станки с ЧПУ. В системе T-FLEX ЧПУ есть возможность проектировать процесс обработки и генерировать управляющие программы для оборудования с ЧПУ для следующих типов фрезерной обработки: – 2,5D-фрезерование применяется для обработки цилиндрических и линейчатых поверхностей (контуров) заготовок с произвольными направляющими и образующими либо параллельными оси инструмента, либо имеющими с этой осью постоянный угол в нормальном сечении; – 3D-фрезерование предназначается для объёмной обработки любых поверхностей; – 5D-фрезерование предназначается для обработки поверхностей торцо100
вой либо боковой частью инструмента в тех случаях, когда применение обычной объёмной обработки невозможно или неэффективно, и обработки линейчатых поверхностей боковой частью инструмента. Для генерации управляющих программ пользователь может использовать постпроцессоры, поставляемые в библиотеке постпроцессоров, или самостоятельно создать необходимый для обработки постпроцессор с использованием модуля генерации постпроцессоров системы T-FLEX ЧПУ. Одновременно с системой T-FLEX ЧПУ поставляется система T-FLEX NC TRACER – специализированный инструмент технолога-программиста, предназначенный для просмотра готовых управляющих программ с возможным их редактированием. T-FLEX NC TRACER поставляется в следующих вариантах: T-FLEX NC TRACER 2D – позволяет просматривать созданные управляющие программы для 2-координатной обработки (токарная обработка, растачивание, осевое сверление и другие операции, возможные на токарных обрабатывающих центрах); T-FLEX NC TRACER 3D выполняет те же функции для 2,5- и 3-координатной обработки, а T-FLEX NC TRACER 5D – для 5-координатной. Система Cimatron является разработкой ирландской компании Cimatron Corporation и представляет собой полный набор средств для конструирования, анализа, черчения и производства на станках с ЧПУ и удовлетворяет всем современным требованиям, предъявляемым к системам такого класса предприятиями машино- и прибороcтроительных отраслей. Основными характеристиками конструкторской части системы являются дружественный интерфейс, стабильность действий пользователя, интеллектуальная обработка ошибок, гибкое управление графической средой, настройка на требуемый режим работы, развитые средства моделирования, автоматическое получение проекций на базе трехмерной модели, эффективная структура базы данных. Сimatron используется не только для проектирования отдельных деталей, но еще и предоставляет удобные способы разработки сложных сборочных проектов. Проектирование выполняется «сверху – вниз» – от концепции к отдельным сборочным единицам и деталям и «снизу – вверх», когда вначале проектируются детали, затем группируются в сборочные единицы. Возможно сочетание обоих методов. Создаваемое системой «дерево» изделий сопровождает проект на всех этапах конструирования, черчения, разработки управляющих программ. Сimatron может быть связана с любой другой CAD/CAM-системой с помощью стандартных интерфейсов данных, таких как IGES, VDA, DXF. Cистема проектирует управляющие программы для фрезерных (включая пятикоординатные станки), сверлильных, токарных, электроэрозионных станков, листопробивных прессов. Она генерирует траекторию движения инструмента для обработки множества поверхностей с автоматическим контролем зарезаний, имеет средства создания библиотеки инструментов. Графиче101
ский режим моделирования позволяет отладить управляющую программу до выхода на станок. Ввод данных возможен с дигитайзера или координатноизмерительной машины, вывод – на стереолитографические машины. Сimatron функционирует под управлением операционных систем Windows, UNIX, Solaris на компьютерах 86 серии, SGI, SUN, хорошо масштабируем. Система КОМПАС Отечественная СAD/CAM-система «КОМПАС», разработанная АО «Аскон», является полномасштабной интегрированной системой для моделирования сложных изделий с мощными средствами черчения и разработки приложений, а также многочисленными готовыми прикладными САПР и библиотеками. Полнофункциональная система объемного моделирования КОМПАС-3D предназначена для создания трехмерных параметрических моделей отдельных деталей и сборочных единиц, содержащих как типичные, так и нестандартные, уникальные конструктивные элементы. Параметризация позволяет быстро получать модели типовых изделий на основе однажды созданных спроектированного прототипа. Ключевой особенностью КОМПАС-3D является использование собственного математического ядра и параметрических технологий, разработанных специалистами АСКОН. КОМПАС с набором приложений предназначен для проектирования изделий, выпуска различной чертежно-конструкторской документации, разработки технологических процессов, проектирования управляющих программ для изготовления деталей на станках с ЧПУ и т.д. основные модули комплекса КОМПАС: – чеpтежно-констpуктоpский pедaктоp КОМПAС-ГPAФИК; – система пpоектиpовaния спецификaций; – мaшиностpоительнaя библиотекa; – система управления проектом в рабочих группах и отделах КОМПАСМЕНЕДЖЕР; – системa пpоектиpовaния тел вpaщения КОМПAС-SHAFT с расчетным модулем GEARS; – системa пpоектиpовaния пpужин КОМПAС-SPRING; – СAПP технологических пpоцессов КОМПАС-АВТОПРОЕКТ, интегрированный с КОМПАС-ГРАФИК; – системa aвтомaтизaции пpогpаммиpовaния обоpудовaния с ЧПУ КОМПAС-ЧПУ. КОМПАС интегрируется с продуктами третьих фирм, в частности с: – системой тpехмеpного твеpдотельного моделиpовaния КОМПAС-К3; (разработка НВЦ «ГеоС»из Нижнего Новгорода);
102
– системой проектирования штамповой оснастки КОМПАС-ШТАМП (разработка МСКТБ АТП из Минска); – системой управления проектными данными PartY (разработка фирмы ЛоцияСофт); – системой пpогpаммиpовaния объемной обpaботки нa стaнкaх с ЧПУ ГЕММA-3D; – СAПP paскроя листового мaтеpиaлa ИНТЕХ; – системой автоматизированного моделирования литейных процессов ПОЛИГОН; – инструментально-экспертной системой автоматизированного расчета и проектирования в машиностроении и строительстве APM WinMachine; – системой для обработки сканированных чертежей и перевода бумажных архивов в электронный вид Vectory и Spotlight (Consistent Software). Передача данных из КОМПАС-3D в другие системы производится через стандартные форматы обмена – IGES и SAT. Для передачи геометрии детали (точнее информации о ее поверхности) на стереолитографическое оборудование используется формат STL. Основные задачи, которые решает система КОМПАС-3D – формирование трехмерной модели детали с целью передачи геометрии в различные расчетные пакеты или пакеты разработки управляющих программ для оборудования с ЧПУ, а также создание конструкторской документации на разработанные детали. Детали, смоделированные в КОМПАС-3D, можно передать для создания сборочной единицы в другие системы трехмерного моделирования. Например, на рабочем месте, оснащенном SolidWorks или SolidEdge, производится сборка изделия из деталей, спроектированных на нескольких рабочих местах в КОМПАС-3D. Такая схема позволяет существенно оптимизировать затраты на приобретение программного обеспечения САПР. Очень эффективно взаимодействие КОМПАС-3D с системами прочностных расчетов (рис. 4.1). Некоторые механические расчеты (масса, объем, площадь поверхности, массо-центровочные характеристики детали) можно произвести непосредственно в КОМПАС-3D, после чего данные о деталях и сборках могут использоваться в пакетах SimMechanics и SimPowerSystem системы MATLAB для математического моделирования динамики проектируемой машины.
103
Рис. 4.1. Расчет в системе ANSYS напряженно-деформированного состояния шестерни, сформированной в КОМПАС-3D (проектные расчеты шестерни производились в библиотеке КОМПАС-SHAFT)
Отметим еще некоторые особенности системы КОМПАС-3D, существенно уменьшающие объем работ по технологической подготовке процессов механической обработки новых изделий. Это использование в качестве основания (первого объемного элемента) детали ранее подготовленной модели (она называется деталью-заготовкой). Детальзаготовку можно вставить в модель, сохранив ссылку на содержащий ее файл (иначе говоря, сохранив связь с файлом-источником). В этом случае любые изменения модели в файле-источнике будут передаваться во все модели, содержащие данную заготовку. На рис. 6.2 показаны модели, использующие в качестве заготовки одну и ту же деталь. Для построения каждой из них требуется всего две операции: вставка детали-заготовки и вырезание одного объемного элемента.
104
Рис. 4.2. Заготовка полумуфты и использующие ее детали в разных исполнениях
В модель можно вставлять не только деталь-заготовку, но и ее зеркальную копию. Благодаря этому модели зеркально симметричных деталей (рис. 6.3) можно создать за несколько секунд. Причем зеркальная деталь может отслеживать все изменения, вносимые в ее прототип, и автоматически перестраиваться в соответствии с изменениями, сохраняя свойство симметрии. При создании плоских изображений детали можно выбирать не только ее стандартные проекции (вид слева, вид сверху и т.д.), но и любую пользовательскую ориентацию детали. Допускается также создание разрезов и сечений детали. Эта опция чрезвычайно эффективна для плазовошаблонного производства. Так, для штамповки детали, изображенной на рис. 4.4, необходимы матрица и пуансон. Они изготавливаются на фрезерном станке. Для контроля формы изготовленных матрицы и пуансона требуется набор шаблонов, соответствующих сечениям отбойника через каждые 50 мм. Построение таких сечений выполняется функциями КОМПАС-3D. После формирования трехмерной модели детали задаются положения плоскостей сечений и вызова команды построения чертежа детали все нужные сечения, а также указанные виды детали автоматически строятся системой КОМПАСГРАФИК. Напечатанный в масштабе 1:1 лист чертежа может быть использован для получения шаблонов, либо координаты точек сечений могут быть переданы в КОМПAС-ЧПУ или ГЕММA-3D для создания управляющей программы.
105
Рис. 4.3. Пары зеркально симметричных деталей, сформированных в КОМПАС-3D
Система SolidWorks представляет собой мощное средство проектирования, которое полностью решает проблемы ежедневной практической работы конструктора. SolidWorks служит основой для построения интегрированного комплекса автоматизации предприятия и позволяет осуществить сквозной процесс проектирования, инженерного анализа и подготовки производства изделий любой сложности и назначения. Эта система не имеет ограничений по количеству компонентов сложных сборок, предоставляет богатые возможности для оформления конструкторской документации, работы с листовым металлом, создания фотореалистичных изображений. SolidWorks сертифицирован на соответствие требованиям CALS-технологий и позволяет осуществлять поддержку полного жизненного цикла изделия, включая создание интерактивной документации на изделие и обеспечение обмена данными с другими системами. Преимуществом системы является её полная русификация. SolidWorks полностью поддерживает стандарты ЕСКД в части оформления конструкторской документации.
106
Рис. 4.4. Трехмерная модель детали и набор ее сечений
Модуль механообработки CAMWorks включает в себя (рис. 4.5): – 3-координатную фрезерную и 2/4-координатную токарную обработку; – генератор постпроцессоров в составе базового модуля CAMWorks; – поддержку ассоциативности с геометрией модели; – визуализацию процесса обработки, анализ недорезов и зарезов; – обширную базу данных станков, инструмента, режимов резания. Модуль механической и электроэрозионной обработки Mastercam обеспечивает: – прямой интерфейс обмена с SolidWorks; – фрезерную обработку до пяти осей; – возможность обработки детали боковой поверхностью фрезы; – токарную и электроэрозионную обработку; – функции высокоскоростной обработки. Утилита простановки допусков Допуски и посадки: – простановку на чертежах допусков и размеров по квалитетам. SolidWorks работает по принципу задания размеров. При их изменении меняется форма и размеры деталей, но структура проекта остается неизменной. Математическое обеспечение поддерживает стандарты твердотельных элементов, поверхностей и каркасов STEP, ACIS, VDAFS, DWG., стандарты графики VRML, TIFF, Viewpoint, CATIA Graphics, Highly 107
CompressedGraphics, ZGL, а также имеет прямые трансляторы, обеспечивающие совместимость с Parasolid, Unigraphics, ProEngineer, Autodesk Inventor, Solid Edge, Mechanical Desktop.
Рис. 4.5. Примеры 3D-моделей деталей, выполненных в SolidWorks, подготовленных к разработке УП в Mastercam
SolidWorks предоставляет возможность построения сквозного комплекса 108
автоматизации конструкторских и технологических работ, оптимизируя его состав и функциональность в соответствии с решаемыми задачами и финансовыми возможностями предприятия. Системы верхнего уровня Системы верхнего уровня отличаются от остальных систем двумя основными признаками. Во-первых, возможностью обеспечения всего цикла создания изделия – от концептуальной идеи до реализации – внутри самой системы, без дополнительного использования внешних приложений. Вовторых, обеспечением единой среды для разработки изделия и поддержкой параллельного инжиниринга, т. е. созданием единой цифровой модели, с которой все участники проекта могут работать одновременно. Такие системы должны иметь достаточно мощные средства параметризации, позволяющие проводить изменения сложных структур в больших сборках, иметь возможность построения сложных ассоциативных связей, а также определенную гибкость, т. к. изделие в процессе проектирования постоянно изменяется. Эти системы называют еще системами сквозного проектирования, т. е. обладающими функциями CAD/CAM/CAE-систем. Представление о возможностях полномасштабных CAD/CAM/CAE-систем можно получить, рассмотрев одни из самых распространенных программных продуктов – UNIGRAPHICS и Pro/ENGINEER. CAD/CAM-система высокого уровня UNIGRAPHICS наиболее эффективно применяется в авиа- и судостроении, где для выполнения сложных поверхностей обводов традиционно используют трудоемкую плазовую подготовку производства. Она использует то же самое ядро твердотельного моделирования (Parasolid), что и SolidEdge, а также одинаковую индексацию данных, что обеспечивает их полную ассоциативность. Это очень удобно при автоматизации предприятий, т. к. обеспечивается обмен данными между рабочими местами SolidEdge и Unigraphics без потерь информации []. Unigraphics имеет много модулей для различных приложений, начиная с концептуального проектирования и заканчивая работой с листовым металлом. Технология «WAVE» позволяет управлять проектом, создав сначала простую модель и добавляя к ней впоследствии детали. Моделирование сложных поверхностей в системе выполняется следующим образом. На основе полученных теоретических чертежей выстраивается поверхность агрегата. Определяющие поверхность каркасные кривые можно задавать в системе Unigraphics различными способами: по точкам, по полюсам, при помощи математических формул и т.д. Файл с координатами точек обычно получают от разработчика как результат экспериментальной проработки и расчетов в специализированных программах. Помимо координат, при необходимости, могут быть заданы касательная и кривизна в любой точке кривой. Построенные кривые анализируются по кривизне, наличию экстре-
109
мумов и точек перегиба. Если это необходимо, каждая кривая редактируется до тех пор, пока не будут получены нужные характеристики. При редактировании кривой в определяющий ее набор точек можно добавлять новые точки или удалять из него заданные, изменять координаты определяющих точек. Можно определить дополнительные условия наклона касательной в различных точках кривой, изменить степень кривой и многое другое. Способ построения кривых при помощи математических формул позволяет создать кривую по системе параметрических уравнений x = x (t); y = y (t); z = z (t), где t – независимый параметр. Построенные кривые служат основой для создания поверхностей: линейчатых, поверхностей по набору кривых, по сетке кривых, протягиванием вдоль направляющих. Так создаются базовые поверхности. Кроме того, есть целый ряд поверхностей, которые можно определить как дополнительные. Это различные поверхности сопряжения, а также поверхности, полученные на основе базовых. При создании поверхности в окружении других поверхностей (рис. 4.6) можно задать условия касания создаваемой поверхности к граничным поверхностям или условия сохранения кривизны между поверхностями. При необходимости есть возможность создать поверхность, у которой одно ребро вырождается в точку.
Рис. 4.6. Пример выполнения сопряжения поверхностей обводов в Unigraphics
Инструмент анализа поверхностей позволяет оценить деформационные характеристики формы поверхности, проверить условие соблюдения непрерывности касательной и кривизны при переходе с одной поверхности на другую. Проследить изменение характеристик на сечениях построенной поверхности, управляя положением секущих плоскостей, помогают специальные функции анализа (рис. 4.7). Используя мощный инструмент редактирования поверхностей, система позволяет внести необходимые коррективы. Существует возможность редактирования отдельных точек или ряда точек поверхности, ее полюсов. Результатом построения является трехмерная модель теоретической поверхности, представляющая собой совокупность «выглаженных» 110
поверхностей с заданными граничными условиями.
Рис. 4.7. Определение качества сопряжения поверхностей в Unigraphics
Поверхностная модель служит основой для построения твердотельной модели детали. Обводы определяются как кривые, полученные в результате пересечения теоретической поверхности и конструкционных плоскостей (продольных, поперечных и вертикальных), определяющих положение элементов конструкции. Если детали содержат типовые элементы (вырезы, технологические окна, отверстия и т.д.), нет необходимости всякий раз вырисовывать их конфигурацию на деталях. Создается упрощенная деталь без этих элементов. Когда создана модель заготовки твердотельной детали, из библиотеки конструктивных элементов выбираются и позиционируются на детали компоненты нужного типоразмера (рис. 4.8). Библиотеки конструктивных элементов создаются инженерами предприятия из наборов построений типизированных компонентов. Конструктивные элементы в таких библиотеках параметризованы и всегда могут быть дополнены элементами с новыми типоразмерами. Применение библиотек конструктивных элементов позволяет значительно ускорить создание трехмерной модели конструкции и сократить время отработки различных изменений, вносимых в нее при подготовке производства.
111
Рис. 4.8. Выбор и позиционирование на проектируемой детали компонентов нужного типоразмера из библиотеки конструктивных элементов Unigraphics
Технологическая подготовка производства летательного аппарата предполагает решение ряда специфических задач. В трехмерной модели конструкции изделия точно определена геометрия деталей, выходящих на теоретическую поверхность обводов, сопрягающихся между собой, имеющих сложное пространственное положение. Если это плоские детали, то в зависимости от технологии их изготовления понадобится различная информация об этой детали и различная технологическая оснастка. Это могут быть шаблоны контура детали, по которым будут производиться изготовление и проверка деталей. Для получения металлического шаблона на фрезерных станках с ЧПУ формируется программа обхода фрезой по контуру детали (при помощи технологических приложений системы Unigraphics). Возможность создания в Unigraphics управляющих программ для станков с ЧПУ (до пяти степеней свободы включительно) по любой стратегии обработки позволяет изготовить сложную формообразующую оснастку. Управляющие программы формируются на основе тех же математических моделей, что были созданы на этапе плазовой подготовки производства. Математическая модель создается один раз, после чего используется в различных приложениях: для выпуска чертежной документации, определения технологии обработки деталей, анализа конструкции на прочность и т.д. Поскольку управляющие программы ассоциативно связаны с математической моделью, изменение последней повлечет автоматическое изменение управляющей програм112
мы. Определив стратегию обработки, выбрав инструмент и режимы резания, инженер не тратит время на повторный ввод этих данных: достаточно дать команду на регенерацию программы по новой геометрии. Часто повторяющиеся операции организуются в виде шаблонов цепочек операций с заранее установленными необходимыми параметрами, что позволяет выполнять работу быстро и эффективно. Система ProEngineer (Parametric Technology Corporation) представляет собой модульную структуру на математическом ядре ACIS, основа которой базовый модуль ProEngineer с множеством различных подключаемых модулей, охватывающих весь спектр конструкторско-технологических разработок. ProEngineer используется конструктором с самого начала работы над изделием – от момента определения объектов и характеристик конструкции (рис. 4.9).
Рис. 4.9. Подвергаемые механической обработке ЧПУ детали на различных стадиях проектирования технологии в ProEngineer
Моделирование геометрии детали в ProEngineer основано на концепции «feature-based design» – «фичерах», таких как фаски, ребра, скругления, оболочки и др., что позволяет создавать геометрию любой сложности. Наряду с информацией об их местоположении и связях с другими объектами «фичеры» содержат негеометрическую информацию, например, процесс изготовления и связанные с ним расходы. Твердотельное моделирование в ProEngineer основано на безгранной технологии двойной точности, что обеспечивает высокую точность представления геометрии, характеристик массы и проверки всевозможных зазоров и пересечений. Модуль ProEngineer Complete NC Machining: – полностью ассоциирован с системами проектирования 3D графики, экспертной системой, подсистемами прочностных и термодинамических рассчетов; – поддерживает от 3 до 5 координат фрезерования, 2- и 4-координатное точение и электроэрозионную обработку, многокоординатную обработку на многоцелевых станках; 113
– исключает погрешности и несогласованность при экспорте 3D моделей из других систем; – снижает и даже исключает ошибки при работе управляющих программ на станке путем программной симуляции процесса обработки; – демонстрирует превосходство в качестве над другими системами при разработке управляющих программ обработки; – обеспечивает высокую гибкость и производительность при моделировании сложных поверхностей; – включает модуль Pro/NC-GPOST, позволяющий создавать и модифицировать постпроцессоры для любого типа УЧПУ; – автоматически подбирает инструмент из библиотеки с учетом геометрии обрабатываемой поверхности и материала; – совместно работает с координатно-измерительными машинами; – обеспечивает гибкость при разработке различных видов конструкторской и технологической документации и автоматическое внесение изменений в КД и ТД на изделие при изменении конструкции или технологии изготовления одного конструктивного элемента; – обеспечивает увеличение производительности процесса резания за счет применения стратегий программирования HSC (High Speed Cutting strategies). В настоящее время является наиболее мощной универсальной системой CAD/CAM/CAE, стандартом de facto и реализован на всех известных вычислительных платформах. Среди САПР высокого уровня система CATIA 5 на сегодняшний день является одной из самых перспективных и быстро развивающихся систем, ориентированных в значительной степени на проектирование изделий и технологий авиастроения. Ее возможности позволяют решать сложные задачи производства. К таким возможностям можно отнести мощную визуализацию процессов обработки, большое количество стратегий обработки, обработку сборок, наличие редактора программ и специализированных приложений для конструкторов и т.п. Кроме того, система имеет широкий набор каталогов библиотек и каталогов. Благодаря этим возможностям CATIA 5 позволяет автоматизировать весь цикл проектирования и производства оснастки и решать весьма специфические задачи производства летательных аппаратов (рис. 4.10, 4.11). Рассмотренные системы постоянно развиваются, дополняясь все новыми модулями и возможностями, приобретая способность одинаково эффективно решать в своей «весовой» категории предъявляемые пользователем задачи. В этом случае пользователь при выборе той или иной системы руководствуется в первую очередь ее ценой. Развитие всех CAD/CAM/CAE-систем имеет тенденцию перехода в более «тяжелую» категорию, но никогда наоборот. В большинстве случаев такое усовершенствование приводит к необходимости использования все более и более мощного аппаратного обеспечения, а также более высокой квалификации пользователя. 114
Рис. 4.10. Концептуальное проектирование вертолета в системе CATIA
Рис. 4.11. Проектирование обводообразующей поверхности отсека в CATIA
Общие требования к современным CAD/CAM-системам включают: – работу в интерактивном режиме; – высокое быстродействие; – простоту и быстроту в освоении и использовании; – компактность продукта и создаваемых в его среде файлов; – соблюдение правил и условностей ГОСТов ЕСКД; – наличие дополнительных возможностей профессиональных систем, используемых на современном производстве (прочностные, гидроаэромеханические, термодинамические, конструктивные расчеты); – простоту просмотра, ввода и вывода графической информации; 115
– высококачественный вывод созданной графической информации на плоттер; – создание и модификацию (редактирование) изображений с возможностью получения твердотельных объемных и плоских геометрических моделей из простых и сложных элементов, поддержкой технологии получения плоских моделей по эскизам, объемных – твердотельным моделированием, возможностью их масштабирования, поворота, переноса, копирования и зеркального отображения; – обеспечение творческого процесса реконструирования ранее созданных объемных и плоских геометрических моделей; – возможность создания параметризованных моделей без необходимости прямого программирования в скриптах; – возможность вывода графической информации для составления управляющих программ на станки с ЧПУ; – наличие генератора постпроцессоров; – возможность осуществления контроля обработанной поверхности по данным обмера готовой детали, полученным непосредственно на станке или при помощи контрольно-измерительной машины; – наличие (или возможность простого создания) библиотек типовых (желательно параметризованных) конструктивных элементов. 4.2. Пример разработки УП фрезерования в системе ГеММа-3D В качестве примера (составленного по материалам фирмы-разработчика) будет рассмотрен комплекс действий программиста по разработке управляющей программы фрезерования колодцев и карманов носка нервюры (рис. 4.12). Пример иллюстрирует возможности выборки замкнутых областей разными инструментами при наличии ограничений: прижимов (1), которыми деталь крепится к столу станка, внешних контуров карманов и выступающих элементов детали внутри карманов (2). Построение детали в примере не производится. Используется подготовленная модель детали, входящая в состав примеров системы. В данном примере реализована возможность так называемого планирования инструмента, т.е. определения наибольшего рационального размера инструмента для первоначального съема основного материала. Планирование производится путем последовательного задания значений диаметра фрезы, для каждого из которых система строит максимально возможную зону обработки (шаг 1). Для выбранной зоны обработки строятся проходы фрезы, указав тактику обработки – эквидистантой или штриховкой (шаг 2). Затем фрезой меньшего диаметра осуществляется добор оставшегося материала (шаг 3). После перестановки прижимов, удерживающих деталь во время съема основного материала, фрезеруется материал, оставшийся под ними (шаг 4). Для полученных траекторий движения фрезы строится программа обработки в инвариантном виде (шаг 5).
116
Рис. 4.12. Исходная 3D – модель детали и прижимов перед построением УП фрезерования
Шаг 1. Планирование инструмента После загрузки модели (рис. 4.14), перехода в геометрический редактор 2D и указания плоскости обработки XY вызывается утилита «Вписать фрезу». Указание диаметра фрезы, величины оставляемого припуска, контуров и стороны их обхода приводит к закрашиванию площади колодца, который может быть обработан выбранной фрезой (рис. 4.14). Если обрабатываемая зона незначительна, с помощью правой кнопки мыши производится отказ от выбора данного размера инструмента и выбор другой фрезы меньшего диаметра.
117
Рис. 4.13. 3D-модель в каркасном представлении, готовая к разработке управляющей программы
Рис. 4.14. В окне 2D редактора отображаются контуры детали и прижимов, а также зона, обрабатываемая фрезой выбранного диаметра
118
Шаг 2. Построение проходов фрезы для выборки основной массы материала После вызова утилиты «Обработка 2D» и указания режима работы «Карман эквидистантой» в окне параметров инструмента последовательно указываются его номер, диаметр, радиус скругления, число зубьев, общая длина. Далее в окне «Выборка эквидистантами» задается тактика обработки, включающая: – способ врезания (вертикальное автоматом, вертикальное ручное, наклонное автоматом, наклонное ручное); – направление фрезерования (справа от контура, слева от контура); – величину оставляемого припуска; – перекрытие эквидистант в долях Dфр (для компенсации уменьшения диаметра торцевой части фрезы из-за скругления), а также максимальные углы обкатки и обрезки. На всех обрабатываемых контурах стрелками указывается обрабатываемая сторона. Для выполняемого действия записывается комментарий, который по завершении работы будет включен в листинг программы. Траектория движения фрезы строится автоматически (рис. 4.15).
Рис. 4.15. Траектория движения фрезы при выборке основного объема материала колодцев
Существенно, что траектория обхода препятствий при ускоренных перемещениях инструмента (переход между колодцами) строится системой автоматически путем использования данных 3D-модели. Шаг 3. Подборка необработанных зон колодцев фрезой меньшего диаметра Выполняется аналогично шагу 2, но дополнительно указываются контуры, оставленные фрезой на предыдущем переходе. На рис. 4.16 показана траекто119
рия фрезы меньшего диаметра, выполняющей подборку материала штриховкой с перекрытием 0,5 Dфр.
Рис. 4.16. Траектория движения фрезы при подборке штриховкой необработанных зон колодцев
Шаг 4. Подборка в области прижимов (после их перестанова) После выполнения действий, аналогичных шагам 2, 3, система строит проход фрезы (рис. 6.17), убирающий материал из-под прижимов.
Рис. 4.17. Траектория движения фрезы при подборке материала после перестанова прижимов
Шаг 5. Построение исходной АPТ-программы Указание в главном меню пункта «Упр. прогр.» (формирование управляющей программы) – «Новая» вызывает меню «Построение управляющей программы», в котором заполняются окошки задания: координаты положения 120
инструмента: начальная точка X, Y, Z; конечная точка X, Y, Z; «0» программы; точка смены инструмента; величина коррекции и вид обработки: «Фрезерная». В окне «Параметры APT-программы» вводятся данные о: подачах при быстрых, рабочих перемещениях, при врезании и торможении; высоте инструмента в начале обработке и при послойном снятии припуска; числе оборотов шпинделя на каждом проходе и точности обработки. На завершающем этапе построения программы система демонстрирует программисту каждый кадр созданной программы с комментариями для редактирования и генерирует УП в кодах используемого УЧПУ.
121
ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение I Паспортные данные станков с ЧПУ
Таблица I.1 Паспортные данные токарных и токарно-револьверных станков с ЧПУ Наименование станка Наименование устройства
16К20Т1
1В340Ф30 16М30Ф3141 (токарно-револьверный)
Общие Класс точности П П П Диаметр обрабатываемой детали, мм: над станиной 500 500 400 над суппортом 215 320 Диаметр прутка, проходящего 53 70 40 через отверстие шпинделя, мм Количество позиций автоматической поворотной 6 8 8 резцедержки Перемещения по координатам, мм Максимальные по Х 315 330 110 Максимальные по Z 1400 1260 120 Дискретность перемещений: по оси Х 0,005 0,001 0,005 по оси Z 0,01 0,001 0,01 Пределы шагов, нарезаемых резьб 0,01…40,959 Шпиндель Главный привод, КВт 10 30 7,1 Обороты шпинделя, об/мин 10…2000 8…2000 45…2000 Бесступенчато Число ступеней 24 12 е Максимальный крутящий момент 980 2290 400 на шпинделе, Нм Механизм подачи Мощность привода подач, КВт по оси Х 1,1 1,5 по оси Z 2,2 1,5 Рабочие подачи, мм/об: по оси Х 0,005…1,4 1…1250 мм/мин
122
Продолжение табл. I.1 Наименование станка Наименование устройства по оси Z
1В340Ф30 16М30Ф3141 (токарно-револьверный) 1…2500 мм/мин
16К20Т1 0,01…2,8
Быстрый ход, мм/мин по оси Х
5000
10000
10000
по оси Z
6000
10000
10000
20
5,9
Наибольшее усилие резания, кН УЧПУ Тип ЧПУ
Электроника НЦ-31
Число управляемых осей координат (всего/ одновременно):
2/2
Система отсчета Мощность, КВт
2/2
2/2
В приращениях и абсолютная 0,4
0,4
0,4
Габариты и масса Габаритные размеры, мм
3175х 1700х 1700
5290х 3600х 2130
2840х 1770х 1670
Масса, кг
3800
8000
3600
Таблица I.2 Частоты вращения (устанавливаемые вручную) некоторых токарных станков с ЧПУ Наименование станка
16К20Т1
Частоты вращения шпинделя I диапазон: 12,5;18; 25, 35,5; 50; 71; 100; 140; 200 II диапазон: 50; 71; 100; 140; 200 280; 400; 560; 800 III диапазон: 125; 180; 250; 355; 500; 710; 1000; 1400; 2000.
123
Таблица I.3 Паспортные данные фрезерных станков с ЧПУ Наименование станка ФП-7 ФП-17 Наименование устройства 6М13СН2 CМН (МН; МН7; СМН) Общие Класс точности Н Н Н Размеры стола 1600х400 1600х500 3000х500 Перемещения по координатам, мм по оси Х 900 1600 3000 по оси Y 320 600 600 по оси Z 150 320 320 Шпиндель Главный привод, КВт 7,5 30 30 Обороты шпинделя, об/мин 40…2000 20…2000 20…2000 Число ступеней 18 8 СМН Максимальный крутящий момент на 500 1200 1200 шпинделе, Нм Механизм автоматической смены инструмента Количество инструментов в магазине, шт. 8 (только для СМН) Время смены инструмента, сек 8 8 Скорость подачи, мм/мин Рабочие подачи 5…2400 0…1500 0…1500 Быстрый ход 2400 2400 2400 УЧПУ Тип ЧПУ Н33–2М Система отсчета В приращениях Число управляемых осей координат (всего/ 3/2 3/2 3/2 одновременно): Габариты и масса 8200х 5670х 4000х Габаритные размеры, мм 4770х 4770х 2300х 3400 3400 3045 Масса, кг 6600 18000 21000
124
Таблица I.4 Частоты вращения станка
ФП-17СМН и ФП-7СМН Фактическая частота Код частоты вращения, мин-1 вращения (S) 20 46 22,5 47 25 48 28 49 31,5 50 35,5 51 40 52 45 53 50 54 56 55 63 56 71 57 80 58 90 59 100 60 112 61 125 62 140 63 160 64 180 65 200 66 I диапазон (М41) -S46÷S63 II диапазон (М42) -S46÷S69
Фактическая частота вращения, мин–1 224 250 280 315 355 400 450 500 560 630 710 800 900 1000 1120 1250 140 1600 1800 2000
Код частоты вращения (S) 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86
III диапазон (М43) -S54÷S75 IV диапазон (М44) -S63÷S86
Таблица I.5 Частоты вращения (устанавливаемые вручную) некоторых фрезерных станков Наименование станка Частоты вращения шпинделя 6М13СН2 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000 ФП-17МН I диапазон: 44; 61; 88; 123; 178; 247; 256; 493. II диапазон: 89; 124; 178; 248; 362; 498; 716; 992
125
Таблица I.6 Паспортные данные обрабатывающих центров, входящих в состав ГПК-1 Наименование станка Наименование устройства
АГП630– 800–1.3
АГПН630– 800–1.3
АГП630– 800–2.3
Шпиндельная бабка Положение шпинделя
Горизонтальное
Количество бабок
1
1
Конус шпинделя
ИСО45
Скорость вращения
20÷6000
Мощность электро двигателя, Квт
11
2
11
11х2
Величина перемещений по координатам Продольный ход (Х)
500
500
1000 (коорд. X; u)
Вертикальный ход (Y)
800
800
800 (коорд. Y; v)
Поперечный ход (Z)
500
500
500 (коорд. Z; w)
Наименьшее/наибольшее расстояние оси шпинде-ля от поверхности стола
30/830
30/830
30/830
Наименьшее/наибольшее расстояние торца шпин-деля от центра стола, мм
280/780
280/780
280/780
Поворот планшайбы стола (коорд. В), град.
360 п
360 п
360 п
–
+35÷–20
–
Диаметр планшайбы, мм
630
630
630
Предельная масса заго-товки со спутником, кг
1200
1200
1200
10÷3000
10÷3000
Наклон стола (коорд. А), град. Рабочий стол
Скорости перемещения по координатам Рабочие подачи: По прямолинейным координатам, мм/мин
126
10÷3000
Продолжение табл. I.6 Наименование станка Наименование устройства
АГП630–800– АГПН630– АГП630–800– 1.3 800–1.3 2.3
По круговым координатам, об/мин
0,002÷1
0,002÷1
0,002÷1
10
10
10
Быстрые перемещения: По прямолинейным координатам, м/мин По круговым координатам, об/мин
В-6
В-6/А-1
В-6
Усилие по координатам По прямолинейным, Н
10000
10000
10000
По круговым, Н
2000
2000
2000
Измерительная система Тип датчика положения
Индуктосин
Дискретность по линейным координатам, мм По круговым, угл. сек. Точность позиционирования по линейным координатам, мм По угловым координатам, угл. сек.
0,001
0,001
0,001
3,6
3,6
3,6
±0,010
±0,010
±0,010
±10
±10
±10
Механизм автоматической смены инструмента Кол-во инструментов в магазине, шт.
30
30
30х2
Наибольшая масса инструмента, кг
15
15
15
Время смены инструмента, сек
8
8
8
Устройство ЧПУ Тип
CNC1600
Количество координат
4
5
4+3
Система отсчета
В приращениях и абсолютная
Память для программ обработки, Кб
64
64
64
2
2
Оперативный накопитель Количество спутников (палет), шт.
2
127
Таблица I.7 Паспортные данные обрабатывающих центров МС032 Наименование устройства
Станок МС032
Шпиндельная бабка Положение шпинделя
Горизонтальное
Конус шпинделя
ИСО40
Скорость вращения
12÷3760
Мощность электродвигателя, Квт.
11
Величина перемещений по координатам Продольный ход (Х), мм
550
Вертикальный ход (Y), мм
500
Поперечный ход (Z), мм
500
Наименьшее/наибольшее расстояние оси шпинделя от поверхности стола Наименьшее/наибольшее расстояние торца шпинделя от центра стола, мм Поворот планшайбы стола (коорд. C), град.
360
Поворот стола (коорд. А), град.
220 Рабочий стол
Диаметр планшайбы, мм
320
Центрирующий диаметр, мм
150
Предельная масса заготовки со спутником, кг
100
Скорости перемещения по координатам Рабочие подачи: По прямолинейным координатам, мм/мин Наименование устройства
1÷4000 Станок МС032
По круговым координатам, (коорд. C), град./мин
1÷360
Быстрые перемещения: По прямолинейным координатам, м/мин
10
По круговым координатам, (коорд. А), об/мин
5
128
Продолжение табл. I.7 По круговым координатам, (коорд. C), об/мин
10
Усилие по координатам По прямолинейным, Н
6000
Момент по оси С, Нм
360 Измерительная система
Тип датчика положения
Индуктосин
Дискретность по линейным координатам, мм
0,001
По круговым (коорд. C), град.
0,001
Точность позиционирования по линейным координатам, мм
0,03
По координате А, угл. сек.
60
По координате С, угл. сек.
30
Механизм автоматической смены инструмента Количество инструментов в магазине, шт.
30
Наибольшая длина консольной части инструмента, мм
250
Максимальный диаметр, мм
80
Наибольшая масса инструмента, кг
6
Время смены инструмента, сек
8 Устройство ЧПУ
Тип
H&K 785M
Количество координат
5
Количество одновременно работающих координат Система отсчета
По 2 из осей X, Y, Z и С и позиционирование по оси А В приращениях и абсолютная
Память для программ обработки, Кб
64
Габариты и масса Габаритные размеры, мм
2500х 3500
Масса, кг
7500
129
Таблица I.8 Паспортные данные электроэрозионных проволочных вырезных станков с ЧПУ Наименование станка 4733Ф3 МА96Ф3 ЛФ96Ф3 СК95Ф3
СКЭ200Ф2 СКЭ200Ф3
СКЭ250Ф3
Общие Наибольший габарит обрабатываемой детали, мм
460× 410× 120
250× 160× 80
460× 410× 100
Наибольшая масса заготовки, кг
150
45
140
Наибольшие размеры вырезаемого контура (L×B×H), мм
250× 250× 120
200× 125× 80
250× 250× 120
Наибольшая высота детали при обработке наклонной поверхности, мм
100
50
100
Максимальный угол наклона образующей к цилиндрической поверхности, град.
±3,5
±1,75
±3,5
Инструмент Электрод-проволока
ДКРПМ 0,1–0,3 Л63 ГОСТ 1066–80
Расход электрода-проволоки
Катушка 3–4 кг – более 4 смен непрерывной работы
Рабочая жидкость
Вода водопроводная
Объем рабочей жидкости в системе, л
300
120
300
3
2/3
3
1400
1260
120
Перемещения по координатам Количество управляемых координат Дискретность перемещений линейных, мкм
1
угловых, град.
0,1 (6’)
130
Продолжение табл. I.8 Наименование станка 4733Ф3 МА96Ф3 ЛФ96Ф3 СК95Ф3 Пределы рабочих подач:
СКЭ200Ф2 СКЭ200Ф3
СКЭ250Ф3
стола, мм/мин скобы, мм/мин стола, мм/мин
наибольший
30
наименьший
0,01
Наибольшая установочная скорость перемещения, мм/мин Пределы изменения скорости перемотки проволоки, м/мин
Стола – 480
Скобы – 480
Стола – 480
0–6
0,5–1,5
0–6
Точность обработки и качество поверхности, производительность Непараллельность плоскостей, мкм
(образец 175×175×15) 18
Неперпендикулярность плоскостей, 20 мкм Точность обработки контура, мкм – Некруглость цилиндрического 10 отверстия ∅20 мм, мкм Некруглость конического отверстия 20 ∅20 мм, мкм Шероховатость поверхности Ra, мкм 0,8–1,25 при чистовой обработке Наибольшая производительность, мм2/мин Габариты, масса Габариты (L×B×H), м с дополнит. оборудованием Масса, кг, с дополнительным оборудованием
1,1
18 –
20
18–30
–
–
10
–
20
1,25
0,8–1,25
50–70 1500× 1050× 1700
2100× 1860× 1940
1590
1750
Система управления Тип ЧПУ Генератор Блок управления электрооборудованием
«Арта»
131
Таблица I.9 Паспортные данные электроэрозионного проволочного вырезного станка с ЧПУ СКЭ250Ф5 1
2 Общие
Наибольший габарит обрабатываемой детали, мм (L×B×H) Наибольшая масса заготовки, кг Наибольшие размеры вырезаемого контура (l×b×h) мм
440×410×100 140 250×250×100
При высоте заготовки, мм: Максимальный технологический угол конусного 20 30 резания, град. 70 15 100 7 Максимальный угол наклона образующей к ±3,5 ±1,75 ±3,5 цилиндрической поверхности, град. Инструмент Электрод-проволока ДКРПМ 0,1–0,3 Л63 ГОСТ 1066–80 Катушка 3–4 кг – более 4 смен Расход электрода-проволоки непрерывной работы Рабочая жидкость Вода водопроводная Объем рабочей жидкости в системе, л 300 Перемещения по координатам Количество управляемых координат X, Y, Z, U, 5 V Дискретность перемещений: линейных, мкм X, Y – 1 U, V – 4 Z–5 угловых, град. 1,8 Конусног Пиноли рабочего о узла головки Координатные перемещения по осям, мм: стола (X×Y) (U×V) Z 250×250 40×40 115 Точность обработки и качество поверхности, производительность Неперпендикулярность Точность изготовления контура стального плоскостей – 25 образца размерами (175×175×15), мкм Непараллельность плоскостей – 20 Некруглость цилиндрического отверстия 12 ∅20 мм, мкм Некруглость конического отверстия ∅20/∅10 мм 25 в верхнем и нижнем сечениях, мкм
132
Продолжение табл. I.9 Шероховатость поверхности Ra, мкм, при чистовой обработке стали Наибольшая производительность формообразования заготовки толщиной 60 мм и электроде-проволоке ∅0,25 мм, мм2/мин Габариты, масса Габариты (L×B×H), м с дополнительным оборудованием Масса, кг, с дополнительным оборудованием Система управления Тип ЧПУ Генератор Блок управления электрооборудованием
133
0,8–1,25 По меди – 70 По стали – 60 2100× 1860× 1940 1750 «Арта»
Таблица I.10 Паспортные данные станка с ЧПУ для лазерной резки L4030 Рабочая зона, мм 4000 X 2000 Y 115 Z Максимальный диапазон перемещения 4150 X 2140 Y 117 Z CNC TRUMPF Simens Sinumeric Система ЧПУ 840D Мощность, Квт 71 Средний расход сжатого воздуха, м3/ч 31 Не требующие обслуживания Тип привода 3-фазные серводвигатели Скорости перемещений, м/мин Параллельно осям 60 Сложное движение 85 Максимальная мощность лазера в режиме 3000 непрерывной резки, Вт Максимальная толщина материала, мм 20 Габаритные размеры станка, мм 11500х6000х2000 Технические данные лазерной головки Длина волны излучения 10,6 мкм Максимальная выходная мощность 3000 Вт Область плавно регулируемой мощности 150 –3000 Вт Диаметр луча зеркала для вывода энергии 15 мм Угол расхождения (половинный угол) 1,0 Частота следования импульсов 100ГцДлительность импульса 10мкс
134
Приложение II Примерные цены на различные виды заготовок из основных применяемых материалов (на 30.06.2004)
Таблица II.1 Прокат, кг Вид заготовки
Цена единицы, руб.
Примечание
Черный прокат (ст. 3; ст. 20) Лист
16
с НДС
14,5
-“-
Шестигранник
19
-“-
Уголок
13
-“-
11
-“-
Круглый
Швеллер
Черный прокат (легированные, жаропрочные и нержавеющие стали) 30ХГСА – лист
13
с НДС
– круглый
15
-“-
– лист
13
с НДС
– круглый
33
-“-
– лист
105
с НДС
– круглый (Ø8÷ Ø40)
71
-“-
40ХНМА
12Х18Н9Т
Цветной прокат. Титан
1000
с НДС
Алюминий
90
-“-
Магний (чушки)
72
-“-
Латунь
65
-“-
Медь
110
-“-
Бронза
90
-“-
135
Таблица II.2 Литье, кг Вид заготовки
Цена единицы, руб.
Примечание
Стальное (35ХГСЛ)
250
с НДС
Алюминиевое (АЛ 9)
560
-“-
Магниевое (МЛ 5)
1100
-“-
Таблица II.3 Штамповки и поковки Цена единицы, руб.
Вид заготовки Поковки: Стальные низколегированные
44,1
Стальные высоколегированные (30ХГСА)
57,3
Нержавеющие стали:
95,6
– алюминиевые
129,9
– титановые
486,3 Штамповки:
– стальные
106,74
– алюминиевые
204,60
– титановые
270,00
136
Примечание
Таблица II.4
. Припуски и допуски по длине заготовок из проката Диаметр заготовки, А, мм
b– на разрезку (без обработки торцов) 2а – на обработку торцов при длине l, м
П р и п у с к, мм
до 11– 10 20 Пилой
дисковой
–
21– 30
31– 80
81– 151– 201– 261– 150 200 260 300
4 4 5,5 6,5 7 7,5 9 (275) (275) (275) (275) (660) (810) (910)
ножовочной 2,0 2,5
2,5
2,5
3
3
–
–
газовой горелкой (автогеном)
–
–
–
5
6
7
8
10
абразивным кругом
2
2
3
5
5
6
–
–
анодно-механической обработкой
1
1
1
2
2
–
–
–
до 1
2
4
6
7
8
9
10
10
1–5
4
5
7
8
10
10
12
12
Свыше 5
5
7
9
10
12
12
14
14
Допуск по длине l, мм
±1,0
±1,5
±2
Примечание. В скобках указан диаметр диска дисковой пилы в мм.
137
±2,5
Приложение III Рекомендуемые планы обработки отверстий
Таблица III.1
Шероховатость Ra, мкм
Квалитеты отверстий
Рекомендуемые планы обработки отверстий диаметром D = 18–30 мм, вариант 1
Рекомендуемые переходы
13
80–40 1. Сверление
12
40–20 1. Сверление; 2. Зенкерование получистовое.
11
20–10 1. Сверление; 2. Зенкерование чистовое
10
10–5 1. Сверление; 2. Зенкерование получистовое; 3. Зенкерование чистовое
9
8
5
1. Сверление; 2. Зенкерование получистовое; 3. Зенкерование чистовое
2,5
1. Сверление; 2. Зенкерование чистовое; 3. Развёртывание получистовое
2,5
1. Сверление; 2. Зенкерование получистовое.; 3. Зенкерование чистовое; 4. Развёртывание получистовое
1,25 1. Сверление; 2. Зенкерование получистовое; 3. Развёртывание черновое; 4. Развёртывание получистовое 7
1,25 1. Сверление; 2. Зенкерование чистовое; 3. Развёртывание черновое; 4. Развёртывание получистовое 0,6
1. Сверление; 2. Зенкерование получистовое; 3. Зенкерование чистовое; 4. Развёртывание получистовое; 5. Развёртывание чистовое
Примечание. Состояние отверстия заготовки – не подготовлено; вид устройства ЧПУ – позиционные и контурные
138
Таблица III.2
Шероховатость Ra, мкм
Квалитеты отверстий
Рекомендуемые планы обработки отверстий диаметром D = 18–30 мм, вариант 2
Рекомендуемые переходы
13
80–40 1. Сверление
12
40–20 1. Сверление; 2. Растачивание получистовое
11
20–10 1. Сверление; 2. Растачивание получистовое
10
10–5 1. Сверление; 2. Растачивание получистовое; 3. Растачивание чистовое
9
8
5
1. Сверление; 2. Растачивание получистовое; 3. Развёртывание черновое
2,5
1. Сверление; 2. Растачивание получистовое; 3. Развёртывание получистовое
2,5
1. Сверление; 2. Растачивание получистовое; 3. Растачивание чистовое; 4. Развёртывание получистовое
1,25 1. Сверление; 2. Растачивание получистовое; 3. Развёртывание черновое; 4. Развёртывание получистовое 7
1,25 1. Сверление; 2. Растачивание получистовое; 3. Развёртывание черновое; 4. Развёртывание получистовое 0,6
1. Сверление; 2. Растачивание получистовое; 3. Развёртывание получистовое; 4. Развёртывание чистовое
Примечание. Состояние отверстия заготовки – не подготовлено; вид устройства ЧПУ – позиционные и контурные
139
Таблица III.3
Шероховатость Ra, мкм
Квалитеты отверстий
Рекомендуемые планы обработки отверстий диаметром D = 30–50 мм, вариант 1
Рекомендуемые переходы
13
80–40 1. Сверление; 2. Рассверливание
12
40–20 1. Сверление; 2. Рассверливание; 3. Растачивание получистовое
11
20–10 1. Сверление; 2. Рассверливание; 3. Растачивание получистовое
10
10–5 1. Сверление; 2. Рассверливание; 3. Растачивание получистовое; 4. Растачивание чистовое
9
8
5
1. Сверление; 2. Рассверливание; 3. Растачивание получистовое; 4. Развёртывание черновое
2,5
1. Сверление; 2. Рассверливание; 3. Растачивание получистовое; 4. Развёртывание получистовое
2,5
1. Сверление; 2. Рассверливание; 3. Растачивание получистовое; 4. Развёртывание чистовое; 5. Развёртывание получистовое
1,25 1. Сверление; 2. Рассверливание; 3. Растачивание получистовое; 4. Развёртывание черновое; 5. Развёртывание получистовое 7
1,25 1. Сверление; 2. Рассверливание; 3. Растачивание получистовое; 4. Развёртывание черновое; 5. Развёртывание получистовое 0,6
1. Сверление; 2. Рассверливание; 3. Растачивание получистовое; 4. Растачивание чистовое; 5. Развёртывание получистовое; 6. Развёртывание чистовое
Примечание. Состояние отверстия заготовки – не подготовлено; вид устройства ЧПУ – позиционные и контурные
140
Таблица III.4
Шероховатость Ra, мкм
Квалитеты отверстий
Рекомендуемые планы обработки отверстий диаметром D = 30–50 мм, вариант 2
Рекомендуемые переходы
13
80–40 1. Сверление; 2. Растачивание черновое
12
40–20 1. Сверление; 2. Рассверливание; 3. Зенкерование получистовое
11
20–10 1. Сверление; 2. Рассверливание; 3. Зенкерование чистовое
10
10–5 1. Сверление; 2. Рассверливание; 3. Зенкерование получистовое
9
8
5
1. Сверление; 2. Рассверливание; 3. Зенкерование чистовое; 4. Развёртывание
2,5
1. Сверление; 2. Рассверливание; 3. Зенкерование чистовое; 4. Развёртывание
2,5
1. Сверление; 2. Рассверливание; 3. Зенкерование получистовое; 4. Зенкерование чистовое; 5. Развёртывание получистовое
1,25 1. Сверление; 2. Рассверливание; 3. Зенкерование получистовое; 4. Развёртывание черновое; 5. Развёртывание получистовое 7
1,25 1. Сверление; 2. Рассверливание; 3. Зенкерование получистовое; 4. Развёртывание черновое; 5. Развёртывание получистовое 0,6
1. Сверление; 2. Рассверливание; 3. Зенкерование получистовое; 4. Зенкерование чистовое; 5. Развёртывание получистовое; 6. Развёртывание чистовое
Примечание. Состояние отверстия заготовки – не подготовлено; вид устройства ЧПУ – позиционные и контурные
141
Таблица III.5
Шероховатость Ra, мкм
Квалитеты отверстий
Рекомендуемые планы обработки отверстий диаметром D = 50–120 мм, вариант 1
Рекомендуемые переходы
13
80–40 1. Растачивание черновое
12
40–20 1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое
11
20–10 1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое
10
10–5 1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое; 3. Растачивание чистовое
9
8
5
1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое; 3. Развертывание черновое
2,5
1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое; 3. Развертывание получистовое
2,5
1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое; 3. Растачивание чистовое; 4. Развертывание получистовое
1,25 1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое; 3. Развертывание черновое; 4. Развертывание получистовое 7
1,25 1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое; 3. Развертывание черновое; 4. Развертывание получистовое 0,6
1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое; 3. Растачивание чистовое; 4. Развертывание получистовое; 5. Развертывание чистовое
Примечание. Состояние отверстия заготовки – обработано с точностью 14 квалитета. Вид устройства ЧПУ – позиционные.
142
Таблица III.6
Шероховатость Ra, мкм
Квалитеты отверстий
Рекомендуемые планы обработки отверстий диаметром D = 50–120 мм, вариант 2
Рекомендуемые переходы
13
80–40 1. Зенкерование черновое
12
40–20 1. Зенкерование черновое; 2. Зенкерование получистовое
11
20–10 1. Зенкерование черновое; 2. Зенкерование получистовое
10
10–5 1. Зенкерование черновое; 2. Зенкерование чистовое
9
8
5
1. Зенкерование черновое; 2. Зенкерование чистовое; 3. Развертывание черновое
2,5
1. Зенкерование черновое; 2. Зенкерование чистовое; 3. Развертывание получистовое
2,5
1. Зенкерование черновое; 2. Зенкерование чистовое; 3. Развертывание получистовое
1,25 1. Зенкерование черновое; 2. Зенкерование получистовое; 3. Зенкерование чистовое; 4. Развертывание получистовое 7
1,25 1. Зенкерование черновое; 2. Зенкерование получистовое; 3. Зенкерование чистовое; 4. Развертывание получистовое 0,6
1. Зенкерование черновое; 2. Зенкерование получистовое; 3. Зенкерование чистовое; 4. Развертывание получистовое; 5. Развертывание чистовое
Примечание. Состояние отверстия заготовки – обработано с точностью 14 квалитета. Вид устройства ЧПУ – позиционные Если отверстие заготовки обработано с точностью 13 квалитета, выполняется на один переход меньше, чем для заготовок 14 квалитета (исключается черновой переход)
143
Таблица III.7
Шероховатость Ra, мкм
Квалитеты отверстий
Рекомендуемые планы обработки отверстий диаметром D = 50–120 мм, вариант 3
Рекомендуемые переходы
13
80–40 1. Растачивание черновое
12
40–20 1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое
11
20–10 1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое
10
10–5 1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое; 3. Растачивание чистовое
9
8
5
1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое; 3. Развертывание черновое
2,5
1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое; 3. Развертывание получистовое
2,5
1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое; 3. Развертывание черновое; 4. Развертывание получистовое
1,25 1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое; 3. Развертывание черновое; 4. Развертывание получистовое 7
1,25 1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое; 3. Развертывание черновое; 4. Развертывание получистовое 0,6
1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое; 3. Развертывание получистовое; 4. Развертывание чистовое
Примечание. Состояние отверстия заготовки – литое или штампованное. Вид устройства ЧПУ – позиционные.
144
Таблица III.8
Шероховатость Ra, мкм
Квалитеты отверстий
Рекомендуемые планы обработки отверстий диаметром D = 50–120 мм, вариант 4
Рекомендуемые переходы
13
80–40 1. Фрезерование
12
40–20 1. Фрезерование; 2. Растачивание получистовое
11
20–10 1. Фрезерование; 2. Растачивание получистовое
10
10–5 1. Фрезерование; 2. Растачивание получистовое; 3. Растачивание чистовое
9
8
5
1. Фрезерование; 2. Растачивание получистовое; 3. Развертывание черновое
2,5
1. Фрезерование; 2. Растачивание получистовое; 3. Развертывание получистовое
2,5
1. Фрезерование; 2. Растачивание получистовое; 3. Развёртывание получистовое
1,25 1. Фрезерование; 2. Растачивание получистовое; 3. Развертывание черновое; 4. Развертывание получистовое 7
1,25 1. Фрезерование; 2. Растачивание получистовое; 3. Развертывание черновое; 4. Развертывание получистовое 0,6
1. Фрезерование; 2. Растачивание получистовое; 3. Развертывание получистовое; 4. Развертывание чистовое
Примечание. Состояние отверстия заготовки – литое или штампованное Вид устройства ЧПУ – контурные
145
Таблица III.9
Шероховатость Ra, мкм
Квалитеты отверстий
Рекомендуемые планы обработки отверстий диаметром свыше 120 мм, вариант 1
Рекомендуемые переходы
13
80–40 1. Растачивание черновое
12
40–20 1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое
11
20–10 1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое
10
10–5 1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое; 3. Растачивание чистовое
9
8
5
1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое; 3. Растачивание чистовое
2,5
1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое; 3. Растачивание чистовое
2,5
1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое; 3. Растачивание чистовое
1,25 1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое; 3. Растачивание чистовое 7
1,25 1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое; 3. Растачивание чистовое 0,6
1. Растачивание черновое; 2. Растачивание получистовое; 3. Растачивание чистовое
Примечание. Состояние отверстия заготовки – обработано с точностью 14 квалитета. Вид устройства ЧПУ – позиционные Если отверстие заготовки обработано с точностью 13 квалитета, выполняется на один переход меньше, чем для заготовок 14 квалитета (исключается черновой переход)
146
Таблица III.10
Шероховатость Ra, мкм
Квалитеты отверстий
Рекомендуемые планы обработки отверстий диаметром свыше 120 мм, вариант 2
Рекомендуемые переходы
13
80–40 1. Фрезерование
12
40–20 1. Фрезерование; 2. Растачивание получистовое
11
20–10 1. Фрезерование; 2. Растачивание получистовое
10
10–5 1. Фрезерование; 2. Растачивание получистовое; 3. Растачивание чистовое
9
8
5
1. Фрезерование; 2. Растачивание получистовое; 3. Растачивание чистовое
2,5
1. Фрезерование; 2. Растачивание получистовое; 3. Растачивание чистовое
2,5
1. Фрезерование; 2. Растачивание получистовое; 3. Растачивание чистовое; 4. Растачивание отделочное
1,25 1. Фрезерование; 2. Растачивание получистовое; 3. Растачивание чистовое; 4. Растачивание отделочное 7
1,25 1. Фрезерование; 2. Растачивание получистовое; 3. Растачивание чистовое; 4. Растачивание отделочное 0,6
1. Фрезерование; 2. Растачивание получистовое; 3. Растачивание чистовое; 4. Растачивание отделочное; 5. Дополнительная отделочная операция для окончательного получения заданной шероховатости
Примечание. Состояние отверстия заготовки – литое или штампованное Вид устройства ЧПУ – контурные
147
Приложение IV Рекомендуемые планы обработки плоскостей торцевым фрезерованием Инструмент – фрезы торцевые с пластинами из твёрдого сплава, быстрорежущей стали, сверхтвёрдых материалов и минералокерамики
Таблица IV.1 Рекомендуемые планы обработки плоскостей торцевым фрезерованием Квалитеты детали
Рекомендуемые стадии обработки
15
1. Черновая
14
1. Черновая
13–12
1. Черновая; 2. Получистовая
11–10
1. Черновая; 2. Получистовая; 3. Чистовая
9–8–7
1. Черновая; 2. Получистовая; 3. Чистовая 4. Отделочная
Примечание. Состояние заготовки – литьё стальное, цветных металлов и сплавов III кл. точности в песчаные формы; прокат горячекатаный обычной и повышенной точности, квадратного сечения; горячая ковка и штамповка стальных деталей в штампах, на прессах и молотах, 16–17 квалитета точности
Таблица IV.2 Рекомендуемые планы обработки плоскостей торцевым фрезерованием Квалитеты детали 14
Рекомендуемые стадии обработки 1. Черновая
13–12
1. Черновая; 2. Получистовая
11–10
1. Черновая; 2. Получистовая; 3. Чистовая
9–8..7
1. Черновая; 2. Получистовая; 3. Чистовая 4. Отделочная
Примечание. Состояние заготовки – литьё стальное II кл. точности в песчаные формы, стальное в кокиль и центробежное, цветных металлов и сплавов II и III кл. точности в песчаные формы, в кокиль и центробежное; прокат горячекатаный высокой точности квадратного сечения; горячая ковка и штамповка стальных деталей в штампах, на прессах и молотах, 15 квалитета точности
148
Таблица IV.3 Рекомендуемые планы обработки плоскостей торцевым
фрезерованием Квалитеты детали 13–12 11–10 9–8..7
Рекомендуемые стадии обработки 1. Получистовая 1. Получистовая; 2. Чистовая 1. Получистовая; 2. Чистовая; 3. Отделочная
Примечание. Состояние заготовки – литьё стальное II кл. точности, I кл. точности в песчаные формы, стальное в кокиль и центробежное, цветных металлов и сплавов II кл. точности в песчаные формы, в кокиль, центробежное и по выплавляемым моделям; горячая ковка и штамповка стальных деталей в штампах, на прессах и молотах, 14 квалитета точности
Таблица IV.4 Рекомендуемые планы обработки плоскостей торцевым
фрезерованием Квалитеты детали 11–10 9–8..7
Рекомендуемые стадии обработки 1. Получистовая; 2. Чистовая 1. Получистовая; 2. Чистовая; 3. Отделочная
Примечание. Состояние заготовки – литьё стальное I кл. точности в песчаные формы, в оболочковые формы и по выплавляемым моделям, цветных металлов и сплавов по выплавляемым моделям и под давлением., 13 квалитета точности
Таблица IV.5 Рекомендуемые планы обработки плоскостей торцевым
фрезерованием Квалитеты детали 11–10 9–8..7
Рекомендуемые стадии обработки 1. Чистовая 1. Чистовая; 2. Отделочная
Примечание. Состояние заготовки – литьё стальное I кл. точности в песчаные формы, в оболочковые формы и по выплавляемым моделям, цветных металлов и сплавов под давлением, 12 квалитета точности
149
Приложение V Рекомендуемые планы обработки точением Таблица V.1 Рекомендуемые планы обработки точением Квалитеты детали 14
Рекомендуемые стадии обработки 1. Черновая
13–12*
1. Черновая; 2. Получистовая
11–9*
1. Черновая; 2. Получистовая; 3. Чистовая
8–7*
1. Черновая; 2. Получистовая; 3. Чистовая 4. Отделочная
Примечание. Состояние заготовки – литьё стальное, цветных металлов и сплавов III кл. точности в песчаные формы, прокат горячекатаный обычной и повышенной точности, горячая ковка и штамповка стальных деталей в штампах, на прессах и молотах, 16–17 квалитета точности *. При обработке на станках класса точности П, В, А и С количество стадий обработки уменьшается на одну
Таблица V.2 Рекомендуемые планы обработки точением Квалитеты детали 14
Рекомендуемые стадии обработки 1. Черновая
13–12*
1. Черновая; 2. Получистовая
11–9*
1. Получистовая; 2. Чистовая
8–7*
1. Получистовая; 2. Чистовая; 3. Отделочная
Примечание. Состояние заготовки – литьё стальное III кл. точности в песчаные формы, стальное кокиль и центробежное, цветных металлов и сплавов II и III кл. точности в песчаные формы, кокиль и центробежное, прокат горячекатаный высокой точности, горячая ковка и штамповка стальных деталей в штампах, пресcах и молотах, 15 квалитета точности * При обработке на станках класса точности П, В, А и С количество стадий обработки уменьшается на одну
150
Таблица V.3 Рекомендуемые планы обработки точением Квалитеты детали
Рекомендуемые стадии обработки
13–12
1. Получистовая
11–9
1. Получистовая 2. Чистовая
8–7
1. Получистовая 2. Чистовая 3. Отделочная
Примечание. Состояние заготовки – литьё стальное II кл. точности в песчаные формы, стальное в кокиль, центробежное, цветных металлов и сплавов II кл. точности в песчаные формы, оболочковые формы, в кокиль, центробежное и по выплавляемым моделям, горячая ковка и штамповка стальных деталей в штампах, на прессах и молотах, 14 квалитета точности
Таблица V.4 Рекомендуемые планы обработки точением Квалитеты детали 13–12
Рекомендуемые стадии обработки 1. Получистовая
11–9
1. Чистовая
8–7
1. Чистовая 2. Отделочная
Примечание. Состояние заготовки – литьё стальное I кл. точности в песчаные формы, в оболочковые формы и по выплавляемым моделям, цветных металлов и сплавов по выплавляемым моделям и под давлением. Сверление, зенкерование – 13 квалитет точности
Таблица V.5 Рекомендуемые планы обработки точением Квалитеты детали
Рекомендуемые стадии обработки
11–9
1. Чистовая
8–7
1. Чистовая 2. Отделочная
Примечание. Состояние заготовки – литьё стальное I кл. точности в песчаные формы, в оболочковые формы и по выплавляемым моделям, цветных металлов и сплавов по выплавляемым моделям и под давлением. Сверление, зенкерование – 12 квалитет точности
151
Таблица V.6 Рекомендуемые планы обработки точением Квалитеты детали
Рекомендуемые стадии обработки
10–9
1. Чистовая
8–7
1. Отделочная
Примечание. Состояние заготовки – литьё стальное в оболочковые формы и по выплавляемым моделям, зенкерование – 11 квалитет точности
152
Приложение VI Рекомендуемые схемы формирования крепежных метрических треугольных резьб, числа проходов и величины перемещения резца
на 1 проход Инструмент – резцы резьбовые с пластинками из твердого сплава Т15К6.
Для нарезания резьб с шагом до 2 мм на заготовках из конструкционных сталей и хрупких цветных сплавов
Для нарезания резьб с шагом свыше 2 мм на заготовках из труднообрабатываемых материалов при Необходим зачистной Неприменимо жесткости проход для сглаживания малой обработки на СПИД следов боковой стороне
Таблица VI.1 Допускаемое сечение среза при нарезании крепежных резьб с шагом 1,5–5 мм Радиус при вершине Допускаемое сечение Радиус при вершине Допускаемое сечение резца, мм среза, мм2 резца, мм среза, мм2 0,10
0,1700
0,29
0,3005
0,11
0,1836
0,30
0,3100
0,15
0,2050
0,35
0,3450
0,20
0,2400
0,40
0,3800
0,22
0,2500
0,43
0,4100
0,25
0,2750
153
Таблица VI.2 Число проходов и величина перемещения резца на проход при нарезании метрической треугольной резьбы шагом S резцом с радиусом r при вершине (r<0,144 S) 1,5
2,0
x/z 0,39 –0,18 – 0,10 0,15 –0,13 – 0,08 0,11 –0,10 – 0,06 0,09 –-
x/z 0,40/--
0,1 ОсьÖ 1
Величина перемещения резца, мм/проход, на проход номер Ø
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
0,18/–0,10 0,15/-0,13/–0,08 0,11/-0,10/–0,06 0,10/-0,09/–0,05 0,08/-0,08/–0,05 0,08/-0,07/–0,04
Шаг резьбы, мм 3,0 1,5 2,0 Радиус при вершине резца, мм 0,15 x/z x/z x/z 0,38 0,43/-0,43/-–0,19/–0,11 0,20/–0,12 0,18 – 0,10 0,15 0,16/-0,17/-–0,13 0,14/–0,08 0,15/–0,09 – 0,08 0,12/-0,13/-0,12 –0,11/–0,06 0,12/–0,07 0,11 – 0,06 0,10/-0,10/-0,10/–0,06 0,09/-0,08/–0,05 0,08/-0,08/–0,05 0,07/-0,07/–0,04 0,07/-0,07/–0,04 0,06/-0,06/–0,03 0,06/-0,06/–0,03 0,06/-0,06/–0,03 0,05/-0,05/–0,03
0,10/–0,06 0,10/--
Примечания: * означает нарезание только наружной резьбы. Координату z учитывают при нарезании резьбы по схеме в) .
154
3,0
x/z 0,43/-0,20/–0,12 0,17/-0,15/–0,09 0,13/-0,12/–0,07 0,11/-0,10/–0,06 0,10/-0,09/–0,05 0,09/-0,08/–0,05
Таблица VI.3 Число проходов и величина перемещения резца на проход при нарезании метрической треугольной резьбы шагом S резцом с радиусом r при вершине (r<0,144 S)
Величина перемещения резца, мм/проход, на проход номер Ø
1,5*
x ОсьÖ z 1 0,33 –2 0,17 – 0,10 3 0,15 –4 0,13 – 0,08 5 0,12 –6 0,11 – 0,06 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
2,0 0,20 x z 0,41 –0,20 – 0,12 0,17 –0,15 – 0,09 0,14 –0,13 – 0,08 0,12 –0,11 – 0,06
Шаг резьбы, мм 2,0* 3,0 2,0* 3,0 Радиус при вершине резца, мм 0,25 0,30 x x x x x z z z z z 0,43 0,36 0,42 0,40 0,42 –––––0,21 0,19 0,22 0,22 0,22 – 0,12 – 0,11 – 0,13 – 0,13 – 0,13 0,18 0,17 0,19 0,19 0,20 –––––0,16 0,15 0,16 0,17 0,17 – 0,09 – 0,09 – 0,09 – 0,10 – 0,10 0,14 0,13 0,15 0,15 0,16 –––––0,13 0,12 0,14 0,14 0,14 – 0,08 – 0,07 – 0,08 – 0,08 – 0,08 0,12 0,11 0,13 0,14 ––––0,11 0,11 0,12 0,13 – 0,06 – 0,06 – 0,07 – 0,07 0,11 0,11 0,12 –––0,10 0,11 0,11 – 0,06 – 0,06 – 0,06 0,10 0,10 0,11 –––0,09 0,10 0,10 – 0,05 – 0,06 – 0,06 0,09 0,09 0,10 –––0,09 0,09 – 0,05 – 0,05 0,08 0,08 ––0,08 – 0,05
3,0
Примечания: * – нарезание только наружной резьбы. Координату z учитывают при нарезании резьбы по схеме в.
155
3,0*
3,0*
0,35 x z 0,40 –0,22 – 0,13 0,20 –0,18 – 0,10 0,16 –0,15 – 0,09 0,14 –0,13 – 0,08 0,12 –0,12 – 0,07 0,11 –0,11 – 0,06
0,40 x z 0,38 –0,22 – 0,13 0,20 –0,19 – 0,11 0,17 –0,16 – 0,09 0,15 –0,14 – 0,08 0,13 –0,12 – 0,07 0,12 –-
Таблица VI.4 Число проходов и величина перемещения резца на проход при нарезании метрической треугольной резьбы шагом S резцом с радиусом r при вершине (r = 0,144 S) 1,5
ОсьÖ 1
Величина перемещения резца, мм/проход, на проход номер Ø
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
0,11 x/z 0,38 –0,18 – 0,10 0,14 –0,13 – 0,08 0,11 –0,10 – 0,06 0,09 –-
Шаг резьбы, мм 2,0 3,0 1,5 2,0 Внутренней Наружной Радиус при вершине резца, мм 0,15 0,22 0,22 0,29 x/z x/z x/z x/z 0,43 0,43 0,36 0,42 ––––0,20 0,21 0,19 0,22 – 0,12 – 0,12 – 0,11 – 0,13 0,17 0,18 0,16 0,19 ––––0,15 0,16 0,14 0,17 – 0,09 – 0,09 – 0,08 – 0,10 0,13 0,14 0,13 0,16 ––––0,12 0,13 0,14 – 0,07 – 0,08 – 0,08 0,10 0,12 ––0,10 0,12 – 0,06 – 0,07 0,10 0,11 – -– -0,10 – 0,06 0,10 –0,09 – 0,05 0,09 –0,09 – 0,05 0,08 – -0,08 – 0,05
Примечания: * – нарезание только наружной резьбы. Координату z учитывают при нарезании резьбы по схеме в.
156
3,0
0,43 x/z 0,39 –0,23 – 0,13 0,21 –0,19 – 0,11 0,18 –0,16 – 0,09 0,15 –0,15 – 0,09 0,14 – -0,13 – 0,08
157
158
159
160
Дубл. Взам. Подл. 7 Разраб. Пров.
24–0600– 02
161 пр1
Дубл. Взам.
46–24–02
5
Подл.
7 Разраб. Пров.
24–0600–02
6
46–24–02
162 Дубл. Взам. Подл.
7
7
Разраб. Пров.
24–0600–02
46–24–02
163
Приложение VIII. Нормативы по определению трудозатрат на разработку УП для станков с ЧПУ (см. также разд. 7) Таблица VIII.1 Нормы времени на разработку технологического процесса обработки деталей на фрезерном станке с ЧПУ Группа сложности технологической операции Вид работы
1
2
3
4
5
6
7
8
Номер нормы
Норма времени
164
Ознакомление с чертежом детали, увязка проектируемой технологической операции с функциональными возможностями 0,22 0,25 0,29 0,33 0,38 0,44 0,50 0,58 станка и устройства с ЧПУ
1
Выбор оптимального варианта технологической операции
0,44 0,51 0,58 0,67 0,77 0,89 1,02 1,17
2
Выбор схемы базирования технологической оснастки, режущего, 1,66 1,91 2,20 2,53 2,91 3,35 3,85 4,42 мерительного и вспомогательного инструмента
3
Составление и вычерчивание эскиза обработки и схемы наладки с 2,10 2,41 2,77 3,19 3,67 4,22 4,85 5,58 расчетом вылетов инструментов
4
Нормирование технологической операции
0,55 0,63 0,72 0,83 0,95 1,10 1,26 1,45
5
Разработка операционной технологии
1,41 1,63 1,87 2,15 2,47 2,84 3,27 3,76
6
Контроль технологической подготовки, нормоконтроль
0,61 0,70 0,81 0,93 1,07 1,23 1,41 1,63
7
Итого
6,99 8,04 9,24 10,63 12,22 14,07 16,16 18,59
Примечание: За единицу объема работы принята одна программа
Таблица VIII.2 Нормы времени на разработку технологического процесса обработки деталей на многоцелевом станке с ЧПУ Вид работы
165
Ознакомление с чертежом детали, увязка проектируемой технологической операции с функциональными возможностями станка и устройства с ЧПУ Выбор оптимального варианта технологической операции Выбор схемы базирования технологической оснастки, режущего, мерительного и вспомогательного инструмента Составление и вычерчивание эскиза обработки и схемы наладки с расчетом вылетов инструментов Нормирование технологической операции Разработка операционной технологии Контроль технологической подготовки, нормоконтроль Итого
1
Группа сложности технологической операции 2 3 4 5 6 7 Норма времени
-
-
0,87
1,00
1,15
1,32
-
-
1,75
2,01
2,31
-
-
6,61
7,60
-
-
8,32
-
-
-
8
Номер нормы
1,52
1,73
1
2,66
3,06
3,52
2
8,74
10,05
11,56
13,29
3
9,57
11,01
12,66
14,55
16,74
4
2,17 5,01
2,49 6,45
2,86 7,42
3,29 8,53
3,79 9,01
4,36 11,28
5 6
-
2,43
2,79
3,21
3,69
4,24
4,88
7
-
27,76
31,91
36,7
42,2
48,53
55,82
Примечание: За единицу объема работы принята одна программа
Таблица VIII.3 Нормы времени на ввод в ЭВМ управляющей программы для фрезерного станка с ЧПУ Вид работы
1
Группа сложности технологической операции 2 3 4 5 6 7 8 Норма времени
Построение математической модели обрабатывае0,32 0,36 0,42 мой детали Построение технологической модели проектируе0,30 0,39 0,45 мой операции Запись исходной информации на языке САП 0,30 0,39 0,45 Контроль исходной информации 0,21 0,24 0,28 Итого 1,70 1,94 2,25 Примечание: За единицу объема работы принята одна программа
Номер нормы
0,48
0,55
0,63
0,73
0,84
1
0,52
0,60
0,69
0,79
0,91
2
0,52 0,32 2,58
0,60 0,37 2,97
0,69 0,42 3,41
0,79 0,49 3,93
0,91 0,56 4,51
3 4
166
Таблица VIII.4 Нормы времени на ввод в ЭВМ управляющей программы для многоцелевого станка с ЧПУ Вид работы
1
Группа сложности технологической операции 2 3 4 5 6 7 8 Норма времени
Построение математической модели обрабатываемой 1,26 детали Построение технологической модели проектируемой 1,37 операции Запись исходной информации на языке САП 3,06 Контроль исходной информации 0,77 Итого 6,46 Примечание: За единицу объема работы принята одна программа
Номер нормы
1,45
1,67
1,92
2,21
2,54
1
1,58
1,82
2,09
2,40
2,76
2
3,52 0,88 7,43
4,05 1,01 8,55
4,66 1,14 9,83
5,35 1,34 11,3
6,16 1,54 13,0
3 4
ЛИТЕРАТУРА
1. Гельфгат Ю.И. Собрание задач и упражнений по технологии машиностроения: Учебное пособие для машиностр. спец. техникумов. – 2-е издание, перераб. – М., 1986. – 271 с. 2. ГОСТ 3.1404–86. Единая система технологической документации. Формы и правила оформления документов на технологические процессы и операции обработки резанием. 3. Дальский А.М., Суслов А.Г., Косилова А.Г. и др. Справочник технолога-машиностроителя. Т.I. М., Машиностроение, 2000. – с. 941. 4. Жолобов А.А. Технология автоматизированного производства. Учебное пособие для вузов. Изд. Дизайн-ПРО, 2000. – 240 с. 5. Иоффе В.Ф. и др. Автоматизированные электроэрозионные станки. Л., «Машиностроение», 1984. – 227 с. 6. Константинов М.Т. «Расчёт программ фрезерования на станках с ЧПУ»: – М., Машиностроение, 1985, – 160 с. 7. Маталин А.А. Проектирование технологических процессов обработки деталей на станках с ЧПУ. Изд-во Ленинградского университета, Л., 1977. – 356 с. 8. Операционная технология обработки деталей общемашиностроительного применения на токарных станках с ЧПУ. Методические рекомендации. М.: ЭНИМС, 1985, 88 с. 9. Попилов Л.Я. Электрофизическая и электрохимическая обработка материалов. М., «Машиностроение», 1969, 297 с. 10. Рыбаков С.П. Устройства ЧПУ в России: современное состояние. «Индустрия», № 2, 2002. 11. Станки с программным управлением. Справочник. М., «Машиностроение»,1975 12. Флек М.Б., Заковоротный В.Л., Лукьянов А.Д, Моделирование процесса изнашивания инструмента с помощью интегральных операторов. Станки и инструмент. – 2004. – № 4
167