Требования к технологичности обрабатываемых поверхностей
Конструкция детали должна позволять обработать ее простым стандартным режущим инструментом. Поэтому необходима максимально возможная унификация форм и размеров обрабатываемых элементов.
Нежелательно предусматривать отверстия с обработанным дном или обработку торцов с обратной стороны стенки.
Необходима максимальная унификация и стандартизация размеров, допусков и посадок, внутренних и наружных радиусов скруглений, резьб, пазов, канавок и т.д.
Необходимо проектировать ширину канавок одного размера с целью уменьшения номенклатуры инструмента и его унификации;
Шпоночные пазы, выполняемые на различных шейках вала, необходимо располагать с одной стороны детали, чтобы избежать переустановок и дополнительного ориентирования заготовок;
В ступенчатых отверстиях угол перехода между отверстиями должен быть равен стандартному углу заточки сверла;
Радиусы сопряжений должны быть больше стандартных радиусов при вершине инструмента. Наиболее распространенными являются радиусы 0,2, 0,4, 0,8, 1,2 мм.
Примеры технологичных и нетехнологичных конструктивных элементов деталей приведены в табл. 1.
Таблица 1 – Формы конструктивных элементов деталей для обработки на станках с ЧПУ
-
Нетехнологичное решение
Технологичное решение
2.2Особенности назначение режимов резания
Работа станка с ЧПУ не может быть успешной, если имеются ошибки в выборе параметров режимов резания. Эти параметры назначаются технологом-программистом на основании справочников, либо формируются автоматически ЭВМ, на которой ведется подготовка УП, по ряду исходных данных.
В современных УЧПУ возможно получение параметров режимов резания по данным материала заготовки, материала режущей части инструмента, по назначенной точности и заданной шероховатости. При этом ЭВМ определит не только режимы обработки на каждом переходе и проходе, но и количество черновых и чистовых проходов, их последовательность, схему исполнения, время каждого и многое другое.
При обработке деталей на станках с ЧПУ повышение производительности достигается за счет интенсификации обработки, а не за счет совмещения операций. Добиться существенного повышения эффективности обработки детали на станке с ЧПУ можно только за счет одновременного сокращения и рабочего, и вспомогательного времени. Стремление совершенствовать станок только сокращая вспомогательное время и время холостых ходов экономически невыгодно.
Пути снижения машинного времени:
улучшение качества твердого сплава
совершенствование геометрии инструмента
использование износостойких покрытий пластинок
применение СОТС
снижение экономической стойкости инструмента
Так как станки с ЧПУ по сравнению с универсальным оборудованием обладают значительно более высокой стоимостью, относительная стоимость инструмента в себестоимости обработки значительно ниже, чем для универсального оборудования. Поэтому выгодно снизить экономическую стойкость инструмента, сократив при этом машинное время. Считается, что не стоит экономить на инструменте, используя дорогие станки.
К числу факторов, препятствующих снижению экономической стойкости, относится вероятность хрупкого разрушения инструмента, которая повышается при снижении стойкости. На вероятность хрупкого разрушения влияет качество инструмента, силы резания, стабильность нагружения. Чем больше мгновенная сила при прерывистом или неравномерном резании, тем больше вероятность хрупкого разрушения. Важным условием является равномерный припуск.
Максимальная производительность будет получена при назначении экономической стойкости с учетом хрупкого разрушения.
Твердосплавной инструмент выходит из строя из-за изнашивания или хрупкого разрушения. Обычно при выборе параметров режима резания для универсального оборудования с ручным управлением хрупкое разрушение не рассматривают. Имеется в виду, что рабочий непрерывно наблюдает за резанием и при выкрашивании инструмента отводит резец, чем предотвращает нежелательные последствия хрупкого разрушения. Станок с ЧПУ работает по полуавтоматическому циклу, а зона обработки на токарных станках закрыта кожухом, поэтому выкрашивание резца может вести к браку детали и поломке станка. Практика показывает, что до 30 — 50 % резцов выходят из строя вследствие хрупкого разрушения. Процесс выкрашивания носит вероятностный характер. Точно никогда нельзя сказать, произойдет ли выкрашивание инструмента в той или иной конкретной ситуации, можно только учитывать и предупреждать явления, которые повышают вероятность выкрашивания.
Вероятность хрупкого разрушения зависит от уровня технологического обеспечения станка. Чем он выше, тем вероятность хрупкого разрушения ниже. Уровня технологического обеспечения зависит от надежности системы СПИД и стабильности обработки. Под стабильностью обработки понимают степень вариации параметров обработки (сил, деформации, температуры и др.). Различают три уровня технологического обеспечения:
Высоким считается уровень, если выполняются следующие условия:
СМП проходят предварительный контроль и разбраковку
литые, кованые и штампованные заготовки проходят предварительную обдирочную обработку
заготовки подвергают термообработке для снятия или выравнивания внутренних напряжений и получения оптимальной структуры
используется качественный инструмент с оптимальной геометрией
используется качественная, жесткая оснастка
наличие высококвалифицированных операторов, наладчиков, программистов
Если указанные мероприятия осуществляются частично или не выполняются вообще, уровень обеспечения считается средним или низким.
В современных УЧПУ возможно получение параметров режимов резания по данным материала заготовки, материала режущей части инструмента, по назначенной точности и заданной шероховатости. При этом ЭВМ определит не только режимы обработки на каждом переходе и проходе, но и количество черновых и чистовых проходов, их последовательность, схему исполнения, время каждого и многое другое.
При ручном программировании при выборе режимов резания при обработке деталей на станках с ЧПУ, в принципе, сохраняется методика, разработанная для обычных станков, но вместе с тем существуют некоторые особенности.
По сравнению с обычными станками при выборе параметров режима резания для станков с ЧПУ должны быть учтены хрупкое разрушение твердосплавного инструмента, экономическая стойкость инструмента и стабильность режимов резания.
Учет хрупкого разрушения. Твердосплавной инструмент выходит из строя из-за изнашивания или хрупкого разрушения. Обычно при выборе параметров режима резания для универсального оборудования с ручным управлением хрупкое разрушение не рассматривают. Имеется в виду, что рабочий непрерывно наблюдает за резанием и при выкрашивании инструмента отводит инструмент, чем предотвращает нежелательные последствия хрупкого разрушения.
Станок с ЧПУ работает по полуавтоматическому циклу, а зона обработки закрыта кожухом, поэтому выкрашивание может вести к браку детали и поломке станка. Практика показывает, что до 30—50 % резцов выходят из строя вследствие хрупкого разрушения. Процесс выкрашивания носит вероятностный характер. Точно никогда нельзя сказать, произойдет ли выкрашивание инструмента в той или иной конкретной ситуации, можно только учитывать и предупреждать явления, которые повышают вероятность выкрашивания.
Факторы, связанные с разрушением инструмента, можно разделить на три группы: 1) качество твердосплавного инструмента (марка материала, остаточные напряжения, микротрещины); 2) величина и характер нагружения пластины, 3) стабильность процесса обработки.
Любые дестабилизирующие факторы повышают вероятность выкрашивания: неравномерный припуск, дефекты поверхности, вибрации технологической системы и т. д.
Учет экономической стойкости инструмента.
Экономическая стойкость — стойкость, которая для заданных условий обработки обеспечивает наибольшую производительность и минимальную стоимость обработки.
На станках с ЧПУ с автоматической заменой инструмента экономическая стойкость инструмента может быть принята равной 15—25 мин, т. е. значительно меньшей, чем на станках с ручным управлением. Это позволяет форсировать режимы и получать на станках с ЧПУ большую производительность обработки. Однако интенсификация режимов .повышает вероятность хрупкого разрушения инструмента. Устранение последствий выкрашивания пластин требует значительных затрат времени, а это снижает производительность. Если в данных условиях вероятность выкрашивания инструмента высока, то интенсификация режимов резания недопустима и не имеет смысла снижать экономическую стойкость инструмента.
Последовательность выбора параметров.
На стойкость инструмента наибольшее влияние оказывает скорость резания, потом подача, потом глубина резания. Назначают режимы резания в обратном порядке.
Выбор глубины резания. Ее выбирают максимально возможной. Если предусмотрено несколько проходов, то стремятся сделать по одному черновому и чистовому проходу.
Чистовой припуск зависит от ряда факторов, основными из которых являются требуемые точность и шероховатость детали, необходимость в последующей обработке, характер предыдущей обработки и т. д.
Глубину резания при черновом проходе в первом приближении задают в зависимости от жесткости инструмента, прочности и размеров пластины твердого сплава.
При оптимизации параметров резания первоначально назначенную глубину резания обычно корректируют в соответствии с назначаемой подачей и скоростью резания.
Подача. Подачу назначают максимально допустимой по условиям технических ограничений. Такими ограничениями для подачи при черновой обработке являются: жесткость обрабатываемой детали, жесткость резца, прочность державки резца, прочность режущих пластин резца, прочность механизма подач станка, наибольший крутящий момент, мощности главного привода и привода подач, предельные минутные подачи на станке.
Подачи при черновом точении обычно приводятся в соответствующих таблицах и корректируются различными коэффициентами в зависимости от условий обработки.
Подачу при чистовом точении назначают с учетом требований к шероховатости и точности соответствующих поверхностей в зависимости от требуемой точности детали и погрешности заготовки.
Скорость резания. При выбранных глубине резания и подаче задают такую скорость резания, которая обеспечивала бы оптимальную стойкость инструмента.
Подачу и скорость резания рассчитывают или выбирают по специальным нормативом для станков с ЧПУ. В зависимости от уровня технологического обеспечения подачу и скорость, рекомендованные для универсальных станков, умножают на соответствующие коэффициенты.
Уровень обеспечения Подача Стойкость
Высокий 1.1…1.4 0.25…0.3
Средний 1 1
Низкий 0.5…0.9 1.1…2.0
Для высокого уровня обеспечения экономическая стойкость составляет 25…30 мин.
Особое влияние на выбор параметров режима резания на станках с ЧПУ оказывает возможность быстро заменять изношенный инструмент новым с автоматической его подналадкой.