«РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ И ЗАГОТОВОК НА СТАНКАХ С ЧИСЛОВЫМ ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ...»

Северо-Кавказский горно-металлургический институт

(государственный технологический университет)

На правах рукописи

Сидорчик Елена Владимировна

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ И

АЛГОРИТМОВ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ

ДЕТАЛЕЙ И ЗАГОТОВОК НА СТАНКАХ С ЧИСЛОВЫМ

ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Специальность: 05.13.01 – «Системный анализ, управление и обработка информации (промышленность) по техническим наук

ам»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

д.т.н., проф. Мустафаев Г.А.

Владикавказ – Содержание:

Введение

Глава 1. Анализ современного состояния процесса обработки деталей и заготовок на станках с числовым программным управлением

1.1 Основные этапы процесса обработки деталей и заготовок на станках с числовым программным управлением

1.2 Особенности технологического этапа программирования для повышения эффективности процесса обработки деталей и заготовок на станках с ЧПУ.............. 1.3 Расчеты и анализ этапа программирования для определения погрешностей процесса обработки деталей и заготовок на станках с числовым программным управлением

1.4 Выбор параметров режима процесса резания при токарной обработке с учетом особенностей параметров обрабатываемой детали

Глава 2. Исследование путей повышения эффективности процесса обработки на станке с числовым программным управлением

2.1 Особенности процесса обработки деталей и заготовок на станках с ЧПУ..... 2.3 Повышение качества процесса обработки деталей и заготовок на станках с числовым программным управлением

2.3.1 Учет факторов, влияющих на точность обработки деталей и заготовок на станках с числовым программным управлением

2.3.2. Учет факторов, влияющие на точность системы управления процессом обработки деталей и заготовок на станках с числовым программным управлением 2.4 Разработка методов исследования и контроля точности обработки деталей и заготовок на станках с числовым программным управлением

2.5 Разработка методов обеспечения точности обработки деталей и заготовок на станках с числовым программным управлением

Глава 3. Повышение эффективности обработки деталей на программируемых станках с числовым программным управлением

3.1 Критерии повышения эффективности обработки деталей и заготовок на станках с числовым программным управлением

3.2 Критерии повышения производительности обработки деталей и заготовок на станках с числовым программным управлением

3.3 Основные направления повышения эффективности процесса обработки деталей и заготовок на станках с числовым программным управлением.................. Глава 4. Разработка методик и алгоритмов повышения эффективности процесса обработки деталей и заготовок на станках с числовым программным управлением

4.1 Подготовка управляющих программ для станков с ЧПУ токарной группы. 4.2 Особенности расчета траектории и коррекции инструмента при программировании

4.3 Особенности программирования управляющих программ для токарных станков с ЧПУ Haas.

4.3.1. Исследование коррекций при токарной обработке деталей и заготовок на станках с числовым программным управлением

4.3.2. Использование дополнительных параметров при токарной обработке для повышения точности процесса обработки деталей и заготовок на станках с числовым программным управлением

4.4 Обработка деталей с использованием базы данных разрабатываемых типовых подпрограмм и их вложением в код основной управляющей программы. программным управлением при обработке корпусных деталей

Заключение

Список литературы:

Приложения Введение промышленном производстве широко применяют станки с числовым программным управлением (ЧПУ), в условиях мелкосерийного производства изготавливается 70—75% всей номенклатуры деталей общемашиностроительного применения.

Изыскания и трудоемкий практический опыт влиятельных ученых, в том числе Елиферова В.Г., Горюшкина В.И., Звягинцева Ю.Е., Калянова Г.Н., Пшенникова В.В. свидетельствуют об изменении характеристик процесса резания именно во время механической обработки. Первопричинами нестабильности процесса резания являются нарастающий во времени износ резца, перемена реальных геометрических параметров инструмента, диаметра обработки, жесткости системы резания вдоль обрабатываемой плоскости. Таким образом, применение постоянных режимных условий не могут являться оптимальными на протяжении всего процесса обработки анализируемой плоскости при нестабильных процессах резания.

Недостаток существующих методов создает трудности в решении практической задачи по оптимизации процесса обработки деталей. Все это обуславливает актуальность проведения исследования проблемы повышения эффективности мелкосерийного производства в условиях применения станков с ЧПУ.

Решение данной задачи возможно на основе разработки методов и алгоритмов оптимизации процесса обработки деталей и заготовок на станках с ЧПУ, и является важным научно-прикладным исследованием.

Целью диссертационной работы является разработка методов и алгоритмов оптимизации и повышения эффективности процесса обработки деталей и заготовок на станках с ЧПУ.

Поставленная цель потребовала решения следующих задач:

1. Анализ состояния процесса программируемой обработки деталей и заготовок на станках с числовым программным управлением;

2. Исследование путей повышения эффективности процесса обработки деталей и заготовок на станке с числовым программным управлением;

3. Оптимизация процесса программируемой обработки деталей и заготовок и повышение эффективности обработки деталей на программируемых станках с ЧПУ;

4. Разработка методов и алгоритмов повышения эффективности процесса обработки на станках с числовым программным управлением.

Объект исследования - системы управления обработки информации при программировании процессов обработки деталей на станках с ЧПУ.

Предметом исследования являются модели, методы и алгоритмы, позволяющие повысить эффективность процесса обработки деталей и заготовок на станках с ЧПУ Методы исследования. Для решения поставленных задач достижения цели исследования использованы: методы системного анализа, методы математического анализа, методы математического моделирования, методы линейного программирования, симплекс-метод.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

Разработана математическая модель процесса программируемой обработки деталей на станке с числовым программным управлением, обеспечивающая достижение требуемой точности технологического процесса обработки деталей и заготовок на станке с ЧПУ;

Разработаны методы и алгоритмы, позволяющие обеспечить оптимальное управление параметрами для повышения эффективности процесса обработки деталей и заготовок на станках с ЧПУ;

Разработаны новые методы контроля и обеспечения точности обработки деталей на станках с ЧПУ, основанные на математических свойствах рассеяния размеров деталей;

Предложен подход к определению уровней анализа системы при программировании процесса обработки для станков с ЧПУ, позволяющий оптимизировать эффективность обработки деталей и заготовок на станках с ЧПУ.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

Реализация разработанных алгоритмов позволяет существенно сократить время простоя станка, обеспечить стабильность качества используемого инструмента, повысить надежность производственной системы за счт увеличения рационального времени безостановочной и безотказной работы с ЧПУ;

Оптимизированы основные этапы программирования процесса обработки деталей и заготовок на станках с ЧПУ с учетом коррекции, возникающей в условиях мелкосерийного производства;

управляющей программы процесса обработки на станках с ЧПУ путем ввода дополнительных параметров обработки, позволяют значительно повысить эффективность работы станка;

Результаты диссертации получили внедрение в промышленное производство. Разработанные методы, алгоритмы и комплекс типовых программ приняты к использованию на предприятии ОАО «НПО «Бином» (г.

Владикавказ) с экономическим эффектом 683 тыс. рублей. Отдельные материалы и результаты работы используются в учебном процессе СКГМИ (ГТУ).

Реализация результатов работы. Анализ эмпирических данных, полученных по результатам внедрения разработанных методов и средств оптимизации процесса программируемой обработки деталей на станке с ЧПУ, свидетельствует о корректности предложенных подходов к описанию и исследованию системы управления станком и обработки информации линейными моделями, а также об эффективности применения разработанных схем работы на производстве для дальнейшей оптимизации процесса обработки деталей на станках с ЧПУ.

Обоснованность и достоверность научных положений обеспечивается полученными в ходе вычислений и многочисленных экспериментальных исследований результатами, соответствием полученных результатов, как в ходе теоретических, так и в ходе экспериментальных исследований, а также положительными данными практических результатов внедрения научных исследований в реальное промышленное производство.

На защиту выносятся:

Математическая модель процесса обработки деталей на станке с числовым программным управлением, обеспечивающая достижение требуемой точности технологического процесса обработки деталей и заготовок на станке с ЧПУ;

Методы и алгоритмы, позволяющие обеспечить оптимальное управление параметрами, выбор наиболее оптимальных параметров управления системы процессов обработки (резания), который обеспечивает повышение эффективности процесса обработки деталей и заготовок на станках с ЧПУ;

Методы контроля и обеспечения точности программируемой обработки деталей на станках с ЧПУ, основанные на математических свойствах рассеяния размеров деталей;

Основные уровни анализа системы при программировании процесса обработки деталей и заготовок на станках с ЧПУ с учетом коррекции, возникающей в условиях мелкосерийного производства;

управляющей программы процесса обработки на станках с ЧПУ путем ввода дополнительных параметров обработки, позволяющих значительно повысить эффективность работы станка.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на III Международной заочной научнопрактической конференции «Наука вчера, сегодня, завтра» (21.08.2013), г.

Новосибирск, Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы современной науки в 21 веке» (30.08.2013), г.

Махачкала, X Международной научно-практической конференции «Техника и технология: новые перспективы развития» (28.08.2013), Естественные и технические науки, г. Москва.

Публикации. Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 13 печатных трудах, из них 3 в изданиях, которые входят в перечень рекомендованных ВАК РФ.

Личный вклад. Все результаты, составляющие основное содержание диссертационной работы получены автором самостоятельно.

Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 221 страниц машинописного текста, 57 рисунков, 13 таблиц, 12 приложений. Список литературы состоит из 98 наименований.

Глава 1. Анализ современного состояния процесса обработки деталей и заготовок на станках с числовым программным управлением 1.1 Основные этапы процесса обработки деталей и заготовок на станках с числовым программным управлением В настоящее время в производстве широко применяют станки с ЧПУ.

Оборудование как правило располагают по типам станков, участками, на большинстве рабочих мест которых можно выполнять аналогичные операции [1,55]. В этом производстве станки с ЧПУ используют и как отдельные единицы технологического оборудования, и в составе участков и гибких производственных систем (ГПС).

В крупносерийном производстве применяют как правило автоматы различных типов, в том числе с ЧПУ, автоматические линии. Это оборудование оснащают специальными приспособлениями и специальным режущим инструментом. Оборудование располагают в последовательности технологического процесса. За большинством рабочих мест закрепляют определенные операции. К СЧПУ относят средства, участвующие в выработке по заданной программе.

В условиях единичного и серийного производства изготавливается всей номенклатуры деталей общемашиностроительного 70—75% применения. Одной из определяющих и устойчивых тенденций современного производства являются увеличение номенклатуры изготавливаемых изделий и непрерывное совершенствование производства.

Заданные рабочим чертежом изделия изменения формы и размеров выполняют за счет движений исполнительных органов станка: рабочих (главное движение и движение подачи), вспомогательных и дополнительных.

Все эти движения должны быть согласованы между собой. Требуемая согласованность движений исполнительных органов станка обеспечивается строгой последовательностью управляющих команд — программой.

В станках с ручным управлением состав и последовательность исполнительных команд, в том числе и команд перемещения рабочих органов станка, схему обработки (технологическую операцию) осуществляет рабочий, предварительно изучив чертеж изделия и технологическую документацию [17]. Если необходимо обработать партию заготовок, рабочий многократно повторяет одни и те же элементарные приемы. Он обязан также измерить изделие, сравнить полученные размеры с чертежом, устранить выявленные рассогласования. Эффективность использования станков с ручным управлением в значительной мере зависит от квалификации рабочего. Эти станки эффективны в условиях единичного и мелкосерийного производства.

Для получения изделий правильной формы и размеров относительное положение всех элементов системы станок—приспособление—инструмент— заготовка должно быть увязано между собой. Такую размерную увязку выполняют в системе координат станка, инструмента, детали.

Первоначальный подбор деталей и заготовок для эффективной обработки на станках с ЧПУ. Любую деталь можно представить в виде сочетаний геометрических идеально точных объемов, ограниченных цилиндрическими, плоскими, винтовыми и другими поверхностями. В процессе изготовления деталей и эксплуатации механизмов возникают отклонения размеров, расположения и формы поверхностей. Кроме того, режущие элементы любого инструмента оставляют на образуемых поверхностях следы чередующихся выступов и впадин, т. е. создают шероховатость и волнистость поверхностей. [3,41] В чертежах форму и размеры изделия задают с отклонениями от идеально правильных номинальных поверхностей и размеров, т. е. с отклонениями, обеспечивающими работоспособность детали. Реальные поверхности деталей отличаются от номинальных как по размерам, так и по форме, расположению, шероховатости и волнистости.

Степень приближения изделия к геометрически правильному ее прототипу, описанному чертежом и техническими требованиями, характеризует его точность. Поскольку изделие является сочетанием поверхностей, точность изделия характеризуется показателями составляющих поверхностей.

Стандартами установлены следующие показатели точности:

1. точность размеров, т. е. расстояний между различными элементами изделий;

2. отклонение формы поверхности, т. е. отклонение формы реальной поверхности (профиля) от номинальной поверхности (профиля). В общем случае в отклонение формы входит волнистость поверхности и не входит шероховатость; отклонения формы поверхностей профилей отсчитывают от реальной 3. отклонение расположения поверхностей и осей деталей, т. е.

отклонение реального расположения рассматриваемого элемента от его номинального расположения.

Посадки, указываемые на сборочных чертежах, несут информацию о характере соединений сопрягаемых поверхностей, что помогает правильно определить технологические процессы сборки и разборки изделий.

Станки с ЧПУ являются прогрессивным видом оборудования, но это не означает, что перевод любой детали на станки с ЧПУ дает экономический эффект. Опыт предприятия ОАО НПО «Бином», г. Владикавказ показывает, что при обработке одних деталей эффект может быть весьма значительным, в других случаях эффект небольшой, а иногда обработка деталей на станках с ЧПУ оказывается убыточной. Успех внедрения станков с ЧПУ во многом определяется правильным подбором деталей. Можно иметь современные модели станков, качественные программы, хорошо подготовленные кадры, но если подбор деталей выполнен неправильно [5], то высокого техникоэкономического эффекта при внедрении станков получить невозможно.

В развитие теории и практики применения и эффективного управления станками с числовым программным устройством, а также развития систем программного управления такими станками внесли большой вклад как отечественные, так и зарубежные ученые и специалисты.

Как показали исследования, основой современных станков является числовое программное управление ими для достижения высокой точности изготавливаемых изделий. Подбор номенклатуры деталей является основным из наиболее ответственных этапов технологической подготовки производства для станков с ЧПУ. Именно на этом этапе создаются основные предпосылки для получения наибольшего экономического эффекта от их внедрения.

Главный критерий подбора – эффективность обработки при эффективном использовании самих станков. Чем выше эффективность, тем соответственно, правильнее была проведена работа по подбору деталей.

Показатели эффективности могут быть различными: повышение производительности обработки, снижение ее себестоимости, повышение качества изделия. Обычно используют какой-либо один из этих показателей или их сочетание. При этом предполагается, что сам станок также используют наиболее эффективно, т. е. наиболее полно используют все его конструктивные и технологические возможности. Если, например, на токарном станке с контурной системой управления обрабатывать очень простой ступенчатый валик, то даже высокий эффект, достигнутый при обработке конкретной детали, не может быть гарантией того, что подбор произведен правильно[8,56]. Здесь становится очевидным, что того же эффекта можно было достигнуть при обработке детали на каком-либо другом станке с меньшим диапазоном технологических возможностей, а данный станок с ЧПУ использовать для обработки других более сложных деталей.

Можно сформулировать некоторые общие принципы, которыми следует руководствоваться при подборе деталей для обработки на станках с ЧПУ. Эти принципы непосредственно вытекают из сущности системы числового управления и связаны между собой причинно-следственной зависимостью. Конкретные условия производства инструментального цеха ОАО НПО «Бином» выделяют значение одних принципов и затушевывают значение других.

Чем выше концентрация обработке на станке с ЧПУ по сравнению с универсальным оборудованием, тем выше эффективность применения системы числового управления. При обработке деталей средней сложности на обычных станках технологический процесс насчитывает 10-20 и более операций. Для каждой операции требуется выделить станок, спроектировать оснастку, режущий и измерительный инструмент, разработать операционную технологию. После каждой операции деталь необходимо снимать со станка, транспортировать на другой станок, где заново установить и закрепить, производить необходимую настройку и регулировку станка, приспособления и инструмента. Это увеличивает длительность цикла обработки.

Технологические возможности станков с ЧПУ значительно превышают возможности универсального оборудования, что позволяет сконцентрировать всю обработку на одной или ограниченном числе операций, общее число операций технологического процесса при использовании станка с ЧПУ значительно сокращается[18]. Степень концентрации обработки при переводе изделия на станок с ЧПУ выразим при помощи коэффициента эффективности. Определим коэффициент эффективности как отношение числа операций некоторого базового варианта обработки к числу операций технологического процесса при использовании станка с ЧПУ:

С увеличением трудоемкость обработки будет сокращаться.

Трудоемкость обработки детали можно выразить формулой:

где - машинное время, мин; - вспомогательное время, мин; подготовительно-заключительное время, мин; n – число деталей в партии;

- число операций.

Рассмотрим, как изменяется величина элементов этой формулы при увеличении коэффициента концентрации. Машинное время остается постоянным или сокращается на 20-30% за счет интенсификации режимов резания на станке с ЧПУ. Вспомогательное время включает в себя четыре вида затрат рабочего времени: на постановку и снятие детали; на холостые движения, связанные с переходом от одной обрабатываемой поверхности к другой или с несколькими проходами при обработке одной поверхности; на контроль обработки и управление станком. Первый вид затрат сокращается существенно, так как на каждой операции деталь нужно поставить и снять по одному разу. Затраты времени, связанные с переходами и проходами, сокращаются незначительно только за счет более высоких скоростей холостых перемещений в автоматических циклах. Затраты времени на контроль детали в процессе каждой операции полностью исчезают в силу того, что автоматический цикл не предусматривает промежуточного контроля. Затраты времени на управление сокращаются - вместо ручного управления автоматическое переключение механизмов управления при помощи пневмогидроаппаратуры, электромеханических устройств требует меньше времени. В целом вспомогательное время сокращается примерно на 50% и более.

Подготовительно-заключительное время для станков с ЧПУ в среднем 45-60 минут. Доля этого времени, отнесенная на одну деталь, составляет обычно несколько минут. При концентрации обработки оно сокращается пропорционально величине коэффициента концентрации, а вместе с ней повышается трудоемкость детали. Следовательно, чем больше операций система ЧПУ на станке[78], тем большая эффективность может быть достигнута.

Чем сложнее деталь, тем выше эффективность числового управления.

Сложность детали при обработке определяется числом поверхностей, подлежащих обработке, их формой и расположением, материалом, размерами, необходимой точностью обработки и шероховатостью поверхности, технологичностью конструкции. Производя подбор деталей для станков с ЧПУ, необходимо ориентироваться на сложные детали, имеющие криволинейные поверхности, требующие при обработке значительного числа переходов и проходов и т.д.

Чем меньше серия, тем выше эффективность числового управления.

Под серией обычно понимают общее число изделий в заказе, одинаковых по конструкции и технической характеристике. Увеличение партии приводит к росту незавершенного производства вследствие увеличения длительности производственного цикла и может войти в противоречие с интересами рационального использования оборотных средств промышленного предприятия. Опыт эксплуатации станков с ЧПУ показывает, что при величине 10-15 деталей использование станка уже становится эффективным.

Чем больше объем разметочных и пригоночных работ, тем выше эффективность числового управления. Применение станков с ЧПУ позволяет повысить качество изготавливаемых деталей, уменьшает процент брака и объем слесарных работ, связанных с подгонкой и доводкой деталей при сборе.

Когда говорят, что конструкция детали должна быть технологичной, подразумевают такую деталь, которая полностью удовлетворяет своему эксплуатационному назначению и в то же время может быть изготовлена наиболее просто и эргономично[14,48,79]. Обработка деталей на станках с ЧПУ предъявляет дополнительные требования к технологичности их конструкции.

Так, например, при обработке на фрезерных станках плоских деталей все радиусы R сопряжения смежных участков контура должны быть по возможности одинаковыми. Величина R должна соответствовать нормальному ряду типоразмеров концевых фрез (5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 18, 20, 22, 25, 30мм). Конструкция детали должна обеспечивать ее обработку и наименьшим числом переустановок, чтобы сохранить единство баз. В конструкции корпусных деталей желательно иметь два базовых отверстия, которые должны быть максимально удалены друг от друга.

1.2 Особенности технологического этапа программирования для повышения эффективности процесса обработки деталей и заготовок на станках с ЧПУ Технологический процесс обработки деталей состоит из отдельных операций. Операция – это часть технологического процесса, выполнимая на одном станке одним рабочим по обработке одной детали. Технологический процесс обработки на станках с ЧПУ имеет две особенности: ограниченное число операций в маршрутной технологии вследствие концентрации обработки, детальную разработку операционной технологии (рис.1.1).

Анализируя исходный технологический процесс[33] необходимо его перестроить таким образом, чтобы максимальное число операций объединить в одну. Важной особенностью разработки технологического процесса для станков с ЧПУ является высокая степень ее детализации. Успех обработки во многом зависит от того, насколько правильно и рационально будет составлена траектория движения инструмента.

Рисунок 1.1 - Функциональная схема управления станком с числовым При обработке на станках с ЧПУ точность первых изделий партии получают, используя метод пробных проходов. Этот метод реализуется в процессе настройки станка на размер, когда согласовывают установку настроенного режущего инструмента, рабочих элементов станка и базирующих элементов приспособлений. В результате настройки инструмент должен занять положение, при котором с учетом явлений, происходящих в процессе обработки, обеспечивается получение требуемого размера в пределах допуска на изготовление.

Чтобы настроить станок, первые детали партии обрабатывают обычно несколько раз: сначала, отодвинув инструмент от заготовки с помощью корректоров, затем деталь измеряют и по результатам измерения перемещают инструмент так, чтобы при повторной обработке этой же поверхности получить размер в пределах допуска[12]. Следующую заготовку (иногда несколько) обрабатывают в автоматическом цикле, измеряют и дополнительно корректируют положение инструмента. Все последующие заготовки партии обрабатывают в автоматическом цикле, периодически измеряя деталь и корректируя положение, чаще всего чистового, инструмента.

Анализируя исходный технологический процесс, нужно так его перестроить, чтобы максимальное число операций объединить в одну и выполнять ее на станке с ЧПУ, при этом на одном станке производить сверление, зенкерование, развертывание, нарезание резьбы, а если позволяют технологические возможности станка, то и растачивание, фрезерование корпусных деталей с разных сторон и др.

Для разработки траектории инструмента определяют: поверхности детали, которые должны быть обработаны на станке, величину припусков по каждому из переходов, режущий инструмент, режимы резания, число проходов по каждой из поверхностей, исходное положение инструмента, траекторию движения инструмента.

Важной особенностью разработки технологического процесса для станков с ЧПУ является высокая степень ее детализации. При обработке на универсальных станках излишняя детализация не нужна.

Рабочий, обслуживающий эти станки, имеет высокую квалификацию, он самостоятельно принимает решение о необходимом числе переходов и проходов, их последовательности, выбирает требуемый инструмент, назначает режимы обработки, корректирует ход обработки в зависимости от реальных условий производства.

Погрешности зависят от большого числа различных факторов. Для всех типов металлорежущих станков эти погрешности определяются неточностью станка; погрешностями установки и закрепления заготовок; ошибками настройки инструмента и станка на размер; погрешностями, возникающими в результате погрешностей формы и размера инструмента, а также его изнашивания; погрешностями теплового деформирования заготовки, инструмента, станка; деформациями, возникающими под влиянием внутренних напряжений в материале заготовки, ошибками наладчика, оператора и погрешностями средств измерения. Для станков с ЧПУ погрешности дополнительно зависят от ошибок интерполятора (блока УЧПУ, обеспечивающего функциональную зависимость между перемещениями по координатным осям) и режима[6] интерполяции; геометрических ошибок управляющей программы, из которых наиболее существенной является погрешность аппроксимации (метода приближенного построения траекторий погрешностям[17]. Все эти погрешности можно разделить на две группы:

технологическую систему, и от непостоянства взаимного положения заготовки и инструмента без нагружения технологической системы силами резания.

Для операций, выполняемых на станках с ЧПУ, требуется обязательная разработка операционных расчетно-технологических карт (РТК) и карт эскизов и схем. На стадии разработки технологического процесса необходимо выбрать число переходов и проходов, установить их последовательность и определить траекторию движения инструмента в процессе обработки. Без этого невозможно рассчитать координаты опорных точек. Цель РТК — точная размерная увязка траектории инструмента с системой координат станка, исходной точкой положения инструмента и положением заготовки. Успех обработки во многом зависит от того, насколько правильно и рационально будет составлена траектория движения инструмента.

Для разработки траектории инструмента определяют:

1) поверхности детали, которые должны быть обработаны на станке;

2) величину припусков по каждому из переходов (заготовка уже выбрана);

3) режущий инструмент;

4) режимы резания;

5) число проходов по каждой из поверхностей;

6) исходное положение инструмента;

7) траекторию движения инструмента.

Выбор координатных осей. Траектория инструмента должна быть увязана с системой координат станка. Для станков с ЧПУ принята правосторонняя прямоугольная система координат (рис.1.2, а). В этой системе рассматривают перемещение инструмента относительно детали[14,51].

Если перемещение осуществляется деталью относительно неподвижного инструмента, то знак соответствующей величины нужно поменять на противоположный либо изменить положительное направление осей координат. Можно систему координат представить так, как показано на рис.1.2, б, то есть поменять направление двух осей на противоположное и обозначить их X', Y'. В этом случае можно условно считать, что все перемещения совершаются инструментом при неподвижной заготовке.

Рисунок 1.2 - Правосторонняя прямоугольная система координат При обработке плоских деталей перемещения, инструмента осуществляются в одной плоскости (по двум осям координат), при обработке объемных деталей — в пространстве (по трем осям координат). В отдельных случаях число программируемых координат увеличивается до пяти — перемещение вдоль осей координат и поворот вокруг осей. Траекторией инструмента называют путь, проходимый центром инструмента (осью фрезы, центром окружности при вершине резца и др.) при его относительном перемещении.

В плоскости обработки деталь образует плоский контур — контур детали. Контур ограничен отрезками прямой, дуг окружностей и кривых более высокого порядка (эллипса, гиперболы, параболы и др.). Однако последний тип кривых встречается редко. В подавляющем большинстве случаев контур детали ограничен[19] отрезками прямой и дугами окружностей. Каждая линия ограничивает какой-либо элементарный участок контура. Граничные точки смежных элементарных участков называют опорными или узловыми. Таким образом, контур детали включает в себя определенное число элементарных участков, разделенных опорными точками.

Припуск на обработку — это слой материала, удаляемый в процессе обработки резанием для получения окончательных размеров и требуемого качества поверхностей изделий. Необрабатываемые поверхности припусков не имеют. Операционным припуском называют припуск, удаляемый при выполнении одной технологической операции. При механической обработке различают минимальный, максимальный и номинальный припуски. Расчету подлежит обычно минимальный припуск. Значения номинального припуска используются для определения номинальных размеров, по которым определяют технологическую оснастку (штампы, модели, прессформы).

Максимальный припуск, снимаемый за один рабочий ход обозначает наибольшую нагрузку на режущий инструмент. Значения припусков определяют расчетно-аналитическим или статистическим методом, обобщающим накопленный прогнанный опыт. Припуск указывают на сторону, т. е. на обрабатываемую поверхность. Для изделий типа тел вращения припуск может быть указан на диаметр, т. е. на двойную толщину обрабатываемого слоя.

Припуск должен быть необходимым и достаточным для выполнения операций механической обработки, предусмотренных технологическим процессом. При этом должны быть удовлетворены параметры к точности размеров, качеству и шероховатости поверхности при наименьшем расходе материала и наименьшей себестоимости изделия. Такой припуск называют оптимальным. Поиск оптимальных припусков на обработку является весьма сложной технико-экономической задачей. Излишние припуски вызывают увеличение всех основных затрат, определяющих стоимость изделия (затраты на материал, режущий инструмент, на станок и зарплату производственным рабочим). Слишком малые припуски[45] могут оказаться недостаточными для выполнения операции требуемой точности и качества поверхности. В результате возрастет вероятность получения брака, а следовательно, и стоимость годных изделий.

В массовом производстве стремятся к максимальному уменьшению припусков на обработку и получению заготовок, требующих возможно меньшего объема механической обработки. В условиях производств этих типов припуск как правило снимают за один рабочий ход, большие поверхности не подвергают механической обработке.

В условиях мелкосерийного производства необходимо при выборе припусков рассматривать не только затраты на материал, но и себестоимость получения заготовки. Определяя припуски на обработку, необходимо устанавливать и допустимые отклонения, т. е. допуски на размеры заготовки.

Несоблюдение допусков на заготовки может привести к поломкам инструментов, приспособлений и созданию аварийных ситуаций в работе оборудования, транспортных систем, роботов и измерительных средств.

Значение общего припуска зависит от масштаба производства, размеров и конструктивных форм заготовок [87], материала, вида заготовки (поковка, отливка, прокат), глубины дефектного слоя, состояния оборудования, на котором обрабатывают заготовку, методов и приемов обработки.

Выбор режущих инструментов на этапе программирования включает в себя: выбор типа инструмента, конструктивных особенностей инструмента данного типа, выбор инструментального материала, выбор геометрии инструмента.

Резцы для станков с ЧПУ имеют определенные типовые конструкции.

Все они являются сборными и оснащаются многогранными пластинами из твердого сплава, минералокерамики или сверхтвердых материалов.

Резцы для станков с ЧПУ должны отвечать следующим требованиям:

1. максимально использовать неперетачиваемые пластины, обеспечивает постоянство его конструктивных и геометрических параметров в процессе эксплуатации;

обеспечивающих универсальность инструмента, т. е позволять обрабатывать одним резцом максимальное число поверхностей 3. позволять систематизацию основных и присоединительных 4. резцы с различными углами в плане должны иметь одни и те же программирования технологических операций;

5. допускать возможность работы всех инструментов в прямом и перевернутом положениях.

Успешная и эффективная работа системы ЧПУ на станке возможна в том случае, если правильно произведен выбор. Так, инструмент должен быть изготовлен с более высокой точностью (например, концевой инструмент должен иметь минимальный вылет).

Выбор режимов резания имеет очень важное значение для повышения качества управляющих программ. До 50% ошибок на производстве при обработке составляют ошибки, связанные с неправильным назначением режимов резания.

Режим резания – совокупность трех величин: скорости резания, подачи и глубины резания. Именно эти три величины определяют объем металла, удаляемый с поверхности заготовки в единицу времени. Если необходимо сократить машинное время изготовления детали, то можно увеличить в два раза любой из описанных выше параметров. Но эти параметры по-разному влияют на стойкость инструмента: наиболее значительно влияет скорость резания, меньше подача и весьма слабо глубина резания.

Учитывая это, режимы резания должны быть составлены на основании выбора: максимально возможного значения глубины резания, максимально возможной подачи, скорости резания, обеспечивающей оптимальную стойкость инструмента. При выборе режимов резания для станков с ЧПУ необходимо учитывать следующие особенности числового управления:

значительное удлинение циклов обработки вследствие концентрации операций, наличие автоматической смены инструмента, обеспечивающей возможность использования в течение цикла нескольких инструментов, возможность корректировки размерного износа инструментов, необходимость известного усреднения режимов резания, поскольку за один переход обрабатываются различные поверхности, возможность снижения оптимальной стойкости инструмента и интенсификации режимов резания.

Время обработки на станках может достигать нескольких часов, что превышает в ряде случаев оптимальную стойкость инструмента и, следовательно, ограничивает технологические возможности станков без автоматической смены инструмента. При наличии автоматической смены суммарное машинное время цикла должно быть по возможности равномерно распределено между отдельными инструментами. В случае необходимости следует использовать несколько одинаковых инструментов и вводить каждый следующий инструмент после того, как затупится предыдущий.

При чистовой обработке деталей высокой точности большое значение приобретает размерный износ и размерная стойкость инструмента. Чтобы иметь возможность обрабатывать в этом случае поверхности с большей длиной, в станки с ЧПУ необходимо дополнительно добавлять программный код для коррекции размерного износа инструмента[74]. В программу тут же закладывается коррекция траектории, которая компенсирует износ и обеспечит получение требуемой точности.

Различные участки детали, обрабатываемые за один проход, неодинаковы, они имеют разный припуск, разные требования к точности обработки и шероховатости поверхности, имеют разную жесткость, а следовательно и разные максимально[6] допустимые значения силы резания, диаметр и так далее. В принципе, для каждого участка необходимы свои режимы, но, однако часто скорость устанавливают заранее, и она не может быть изменена по программе. В этих условиях следует выбирать основной участок обработки, для которого необходимо определить оптимальные режимы резания. Для остальных участков режимы не будут оптимальными, но величина подачи должны быть так скорректирована, чтобы отклонение не было значительным. За основной участок следует принимать тот, который имеет более значительные размеры, повышенную точность обработки, меньшую шероховатость.

Автоматическая смена инструмента, использование специальных инструментов более высокого качества, чем на обычных станках, создают предпосылки некоторого снижения экономической стойкости инструмента и повышения в связи с этим режимов резания. Существующие нормы стойкости инструмента получены практикой его многолетней эксплуатации на универсальном оборудовании. Уменьшению стойкости в этих условиях препятствует сложная и трудоемкая ручная смена инструмента, во время которой станок простаивает. На станках с ЧПУ время смены сокращается порой до 2—3с, затупившийся инструмент[16] в магазине или револьверной головке можно заменять, не прерывая рабочего цикла станка. В этих условиях экономическая стойкость инструмента может быть уменьшена, что даст возможность сократить машинное время обработки.

Сокращение машинного времени – важный резерв повышения производительности станков с ЧПУ. В агрегатных станках, специальных и специализированных автоматах массового и крупносерийного производства основным путем сокращения машинного времени является многоинструментальная обработка, при которой деталь одновременно обрабатывается несколькими инструментами. Для станков с ЧПУ этот путь не годится, так как лишает станок основного преимущества — широкой универсальности.

Станок с ЧПУ обладает всеми качествами для оптимизации режимов резания: высокой мощностью главного привода, высокой жесткостью конструкции, высокой виброустойчивостью, широким диапазоном регулирования частоты вращения шпинделя. Исходя из этого, машинное время на станках с ЧПУ может быть сокращено на 20-30%.

1.3 Расчеты и анализ этапа программирования для определения погрешностей процесса обработки деталей и заготовок на станках с числовым программным управлением Определение погрешностей обработки осуществляют обычно одним из следующих методов: расчетно-аналитическим, методом точечных диаграмм, методом кривых распределения.

Для использования расчетно-аналитического метода необходимо располагать данными об элементарных погрешностях обработки, определяемыми действиями каждого отдельного фактора.

Основным назначением этапа является определение координат опорных точек траектории инструмента. На предыдущем этапе была определена траектория инструмента, чтобы ее правильно запрограммировать необходимо знать координаты опорных точек.

погрешностей базирования и закрепления. Погрешность базирования возникает вследствие несовмещения установочной базы с измерительной.

Погрешности настройки инструмента на размер определяются погрешностью самого прибора для настройки. Погрешности обработки, вызванные изнашиванием, связаны, с одной стороны, с изменением размера (размерный износ) и формы рабочих участков инструмента, с другой — с увеличением составляющих сил резания. Размерное изнашивание[52] вызывает смещение размерной стойкости станка и может быть компенсировано поднастройкой.

В ходе обработки заготовки погрешности формы и положения поверхностей при каждом последующем проходе инструмента будут уменьшаться. Отношение погрешности, полученной после обработки, к погрешности, имевшейся до обработки, называют коэффициентом уточнения. Поскольку погрешности заготовки не исчезают полностью, а лишь уменьшаются, можно говорить о копировании и наследовании погрешностей заготовки. Чем выше жесткость станка, тем за меньшее число проходов может быть достигнута требуемая точность. Погрешность окончательно обработанного изделия представляет собой совокупность как остаточных погрешностей, так и погрешностей, возникающих при выполнении окончательных проходов инструментов.

В теории промышленного проектирования линию, равноотстоящую от обрабатываемого контура детали на расстояние, равное радиусу режущего инструмента, принято называть эквидистантой. В металлообработке эквидистанта может описывать траекторию движения инструмента (центра фрезы) относительно контура обрабатываемой поверхности.

руководствоваться следующим. Если два смежных участка контура ограничены отрезками прямых, то опорную точку эквидистанты располагают на биссектрисе угла между прямыми в месте пересечения эквидистанты с биссектрисой.

Если два смежных участка контура ограничены прямой и дугой окружности, то опорную точку эквидистанты необходимо располагать на нормали к прямой. Нормаль проводится через опорную точку контура.

Если два смежных участка контура ограничены дугами окружности, то опорную точку эквидистанты располагают на нормали к совместной касательной.

Расчет сопряжений "окружность-прямая" предусмотренный для станка с ЧПУ позволяет производить расчет координат точек сопряжения окружности и касательной прямой. Путем последовательного ввода двух точек А и В, расположенных на прямой, и точки С, не принадлежащую прямой система управления рассчитывает координаты точки пересечения.

Точка находится там, где нормаль, проведенная из точки С, пересечется с прямой АВ, а также расстояние по перпендикуляру до этой прямой (рис.1.3).

Данная функция позволяет также производить расчет координат точек сопряжения двух окружностей. Пользователю следует указать расположение двух окружностей и их радиусы. ЧПУ рассчитывает координаты точек сопряжения окружностей, образуемого касательными прямыми.

Рисунок 1.3 - Определение опорных точек эквидистанты Следует иметь в виду, что для каждого состояния ввода, где имеются две непересекающиеся окружности, имеются до восьми точек пересечения.

Четыре точки образуются в результате проведения прямых касательных, и еще четыре - в результате проведения перекрещивающихся касательных.

Переключение вариантов производится клавишей F1. При нажатии клавиши F ЧПУ запрашивает ввод координат начальной и конечной точек (A, B, C и т.д.), определяющих сегмент. Если сегмент является дугой, ЧПУ запрашивает ввод направления обхода: C или W (по/против часовой стрелки). После этого в нижней части экрана отображается образец G-кода. При нажатии клавиши T предыдущая конечная точка становится начальной точкой и ЧПУ запрашивает ввод координат новой конечной точки.

Форма представления координат[87] опорных точек должна соответствовать системе отсчета станка. Координаты опорных точек могут быть получены непосредственно из чертежа детали или путем более или менее сложных вычислений.

Контроль, отладка и внедрение программ при оптимизации технологического процесса обработки на токарном станке с ЧПУ.

Координаты опорных точек траектории инструмента указываются непосредственно в коде управляющей программы.

При подготовке программ для станков с ЧПУ возникают ошибки. Они могут появиться на каждом из этапов подготовки: технологическом, расчетно-аналитическом, при кодировании и записи информации. К ошибкам технологического этапа программирования относят погрешности проектирования технологического процесса и определения траектории инструмента (определение числа переходов и проходов, величины припусков и допусков, базирования и закрепления заготовки, выбор станка, инструмента и приспособления, выбор режимов резания и др.). К ошибкам расчетно-аналитического этапа программирования относят погрешности определения координат опорных точек.

Ошибки появляются при кодировании числовой информации и команд (пропуск символов, использование неверных символов, ошибки в написании слов и построении фраз, применение ошибочных адресов, ошибки в разрядности чисел и др.). Возникают ошибки при записи информации на съемный носитель информации — ошибки кодирования. К ним относят различные искажения при записи команд и размерной информации.

На каждом из этапов причинами возникновения ошибок являются:

1. несовершенство, сложность и низкое качество инструкций, методик и руководств программирования, расчетных формул и 2. несовершенство и недостаточная надежность аппаратуры, применяемой для расчета, кодирования и записи программ;

3. недостаточная квалификация технологов, программистов, операторов и других лиц, занятых подготовкой программ;

4. случайные ошибки операторов, поскольку при обработке больших массивов информации неизбежны ошибки при расчетах, преобразовании информации и управлении аппаратурой.

Ошибки программирования ведут к нежелательным последствиям - в лучшем случае снижается эффективность и производительность обработки, в худшем — искажается траектория инструмента[15], что влечет за собой брак продукции[46] или поломку станка, инструмента, выход из строя аппаратуры системы управления. По этим причинам контроль и устранение ошибок программирования приобретает особое значение.

Все мероприятия по устранению ошибок управляющих программ целесообразно разделить на две группы: профилактические мероприятия, связанные с предупреждением ошибок; мероприятия по контролю и устранению возникших ошибок программирования.

К первой группе можно отнести следующие мероприятия:

1. выбор помехоустойчивых кодов для записи информации на программоноситель;

2. использование программных методов обнаружения и устранения программирования, в которых обнаружение или обнаружение и автоматизированного программирования;

3. повышение надежности и удобства обслуживания аппаратуры для расчета, кодирования и записи управляющих программ;

4. создание простых, эффективных, доступных и надежных методик, руководств и инструкций программирования;

5. стандартизация, нормализация и унификация управляющих систем, методик, языков программирования, математического обеспечения, аппаратуры и других средств программирования.

Внедрение автоматизированных систем управления позволяет не только автоматизировать процесс программирования и тем самым повысить производительность труда при подготовке управляющих программ, но и автоматизированном программировании уменьшается число ошибок, появляется возможность программными методами[87] обнаружить и исправлять имеющиеся ошибки. Современные трансляторы, анализируя исходную информацию, обнаруживают отдельные ошибки и выдают информацию об этом на пулы управления или отражают в специальном документе. По мере совершенствования трансляторов эта их особенность будет развиваться. В принципе для ЭВМ возможно создание такого математического обеспечения, при котором будут обнаруживаться и исправляться без вмешательства оператора любые ошибки. Это очень важное направление повышения эффективности и производительности процесса программирования.

Для обнаружения допущенных ошибок предусмотрен специальный этап программирования — контроль программного кода. Способы контроля разнообразны, в зависимости от имеющихся условий и аппаратного обеспечения, от качества программ и их назначения применяют одни из способов или их совокупность.

Заключительным этапом программирования является отладка и внедрение программы на станке. Назначение этапа — увязать подготовленную программу с конкретным станком, инструментальной оснасткой и заготовкой. Процесс обработки детали на станке зависит от очень большого числа факторов, все их невозможно учесть при составлении программы.

Чтобы обеспечить при резании требуемые точность обработки и шероховатость поверхности, отсутствие вибраций, удовлетворительный отвод стружки, заданную стойкость инструмента и достаточную надежность процесса, требуется корректировать режимы резания, наладку инструмента, отдельные элементы переходов, охлаждение и т. д. На эту работу иногда уходит больше времени, чем на все другие этапы, вместе взятые.

Отладку и внедрение программ выполняют в следующей последовательности: 1) отрабатывают программу без установки инструмента, оснастки и заготовки; 2) выполняют пробную обработку детали (или макета) с применением требуемой оснастки и инструмента; 3) обрабатывают контрольную деталь.

Для устранения ошибок и недостатков программирования иногда достаточно воспользоваться устройствами коррекции, которыми снабжен станок. В других случаях требуется внесение изменений в программный код процесса обработки детали на станке с ЧПУ или новый расчет программы.

1.4 Выбор параметров режима процесса резания при токарной обработке с учетом особенностей параметров обрабатываемой детали

Работа станка с ЧПУ не может безуспешной, если имеются ошибки в наборе параметров режимов резания. Несмотря на кажущуюся простоту вопроса, он до сих пор не нашел полного решения. При обработке деталей на станке с ЧПУ в основном сохраняется методика, разработанная для обычных станков, но вместе с тем существует некоторые особенности.

Общая последовательность выбора параметров режима резания при токарной обработке:

1. глубина резания;

3. скорость резания.

возможную глубину резания, которая ограничена припуском на обработку и возможностями станка. Если для обработки какой-либо поверхности предусмотрено два или три прохода (например, черновой, получистовой и чистовой), то общий припуск делят соответственно на две или три части, каждую из которых стремятся снять за один рабочий ход. От глубины резания зависят ширина среза и длина рабочей части режущей кромки.

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 твердосплава. Максимально допустимую глубину резания при черновых соответствующего инструмента или в нормативах. 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, наибольшей крутящий момент, мощности главного привода и привода подач, предельные минутные подачи на станке. Подачи в черновом точении обычно приводятся в соответствующих таблицах и корректируются различными коэффициентами в зависимости от условий обработки. На станках с ЧПУ подачу при первом черновом проходе заготовок, имеющих биение по торцу, наружному диаметру или отверстию, на участке входа резца обычно снижают на 20-30%, чтобы предотвратить сколы режущих кромок.

Подачу при однопроходном чистовом точении назначают с учетом требований к шероховатости и точности соответствующих поверхностей в зависимости от требуемой точности детали и погрешности заготовки:

где допустимая погрешность детали, мм; — погрешность заготовки, мм; — жесткость системы СПИД, Н/м; — коэффициент, зависящий от рода обрабатываемого материала.

Рассчитанные по приведенным формулам подачи не должны быть меньше наименьшей минутной подачи на станке и наименьшей подачи, обеспечивающей нормальное резание.

Скорость резания. При выбранных глубине резания и подаче задают такую скорость резания, которая обеспечивала бы оптимальную стойкость инструмента. При резании различают изнашивание по задней и передней граням. Наиболее часто за критерий изнашивания принимают ширину ленточки изнашивания по задней грани. В каждом случае можно установить допустимый износ, при достижении которого инструмент подлежит переточке.

Ориентировочный допустимый износ:при черновом точении 1,8мм для неперетачиваемых пластин и 1-1,4мм для резцов с напаянными пластинами твердого сплава; при чистовом точении 6мм для твердосплавных резцов.

В практике работ на станках с ЧПУ значения допустимого износа могут отличаться от указанных. Это зависит от требований, предъявляемых к заданной точности обработки, циклам принудительной замены инструмента, циклам подналадки инструмента и т. п.

Особое влияние на выбор параметров режима резания на станках с ЧПУ оказывает возможность быстро заменять изношенный инструмент[17] новым с автоматической его подналадкой.

Резцы для станков с ЧПУ имеют определенные типовые конструкции.

Все они являются сборными и оснащаются многогранными пластинами из твердого сплава, минералокерамики или сверхтвердых материалов.

Резцы для станков с ЧПУ должны отвечать следующим требованиям:

1. максимально использовать неперетачиваемые пластины, обеспечивает постоянство его конструктивных и геометрических параметров в процессе эксплуатации;

обеспечивающих универсальность инструмента, т. е позволять обрабатывать одним резцом максимальное число поверхностей 3. позволять систематизацию основных и присоединительных размеров инструмента; резцы с различными углами в плане должны иметь одни и те же основные координаты, что создает удобство для программирования технологических операций;

4. допускать возможность работы всех инструментов в прямом и 5. обеспечивать повышенную точность инструмента, особенно 6. использовать при обработке многогранные сменные пластины 7. удовлетворительно формировать стружку и отводить ее по Многократное Формирование геометрии Устранение переточек и Сокращение времени Рисунок 1.4 – Повышение эффективности использования инструмента со сменными многогранными пластинами (СМП) на станке с числовым программным управленим По сравнению с обычными станками при выборе параметров режима инструмента и стабильность режимов резания.

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 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.

Факторы, связанные с разрушением инструмента, можно разделить на группы:

остаточные напряжения, микротрещины, 2. величина и характер нагруженной пластины;

3. стабильность процесса обработки.

выкрашивания: неравномерный припуск, дефекты поверхности, вибрации системы СПИД и т. д. Величина нагружения зависит в основном от подачи, а его характер от геометрии инструмента. Пластина может работать на изгиб и на сжатие. Нагружение на сжатие менее способствует хрупкому разрушению инструмента.

Режимы резания определяют также интенсивность изнашивания производительность станка.

экономическая стойкость инструмента может быть принята равной 15— мин, т. е. значительно меньшей, чем на станках с ручным управлением. Это позволяет формовать 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. По результатам главы 1 можно сделать следующие выводы и результаты исследования:

a. Проведен анализ основных требований к процессу обработки деталей на станках с ЧПУ в условиях мелкосерийного и крупносерийного производства;

b. Определены основные показатели эффективности процесса обработки деталей и заготовок на станках с ЧПУ, в том числе прямая зависимость эффективности применения программного управления станком от концентрации и сложности процесса обработки детали на станке;

c. Проанализирован технологический этап программирования и его структурные особенности, с помощью которых возможно добиться значительного повышения эффективности процесса обработки деталей и заготовок на станках с ЧПУ;

d. Разработана функциональная схема управления станком с ЧПУ;

e. Проведен анализ существующих проблем бесперебойной работы на станках с ЧПУ и возможных способов их решения, выделены основные проблемы работы промышленных производств;

f. Определены этапы программирования управляющего кода для технологически правильного процесса обработки деталей и заготовок на станках с ЧПУ;

g. Определены типичные ошибки, возникающие при подготовке программ для станков с ЧПУ на каждом из этапов технологической подготовки процесса обработки, причины таких ошибок и мероприятия, необходимые для их устранения;

h. Проведен анализ основных критериев выбора параметров режимов резания, обеспечивающие оптимальную стойкость инструмента, определены основные принципы, применяемые при выборе параметров режима процесса резания при токарной обработке на станке с ЧПУ с учетом особенностей конструктивных и технологических параметров обрабатываемой детали. Определена последовательность выбора параметров режима резания для токарных станков с ЧПУ для заданных условий обработки;

Глава 2. Исследование путей повышения эффективности процесса обработки на станке с числовым программным управлением 2.1 Особенности процесса обработки деталей и заготовок на станках с ЧПУ Повышение производительности обеспечивает компенсацию больших капитальных затрат, связанных с высокой себестоимостью оборудования с ЧПУ. Однако большинство отраслей мелкосерийного машиностроения изготовляют изделия, состоящие из простых по конструктивнотехнологическим признакам деталей, к системам управления обработкой которых предъявляются упрощенные требования по сравнению с системами для обработки сложных деталей.

Использование станков с ЧПУ и управлением от ЭВМ обеспечивает экономического, организационного и социального характера. К последней отнесены проблемы рабочей силы и соответствия уровня интеллектуального развития и потребностей в производственной деятельности советского человека, имеющего, как минимум, среднее образование. Эффективное применение оборудования с ЧПУ, организация комплексноавтоматизированных участков и производств, управляемых ЭВМ, внедрение автоматической загрузки и разгрузки оборудования существенно изменяют производственные функции человека. В обычном неавтоматизированном производстве человек является звеном производственной цепи, притом наиболее чувствительным, требующим периодического прекращения работы для отдыха.

Качество выполняемых человеком функций в производственном процессе зависит от различных, в том числе и случайных неуправляемых воздействий на него.

Сколько напряжения физического и умственного требуется, например, от высококвалифицированного фрезеровщика для обеспечения высокой производительности и точности обработки при ручном управлении формообразованием по четырем координатам: продольное, поперечное и вертикальное перемещения стола и угловое перемещение фрезерной бабки.

Малейшее нарушение координации движения рук или мгновенное нарушение остроты зрения могут привести к браку. Совершенно иначе чувствует себя оператор при обработке той же детали на пятикоординатном фрезерном станке. Он наблюдает за работой станка и не является последовательно соединенным звеном производственной цепи, благодаря чему может выполнять обработку одновременно на нескольких станках; при этом у него остается время на обдумывание усовершенствований производственного процесса.

Утомляемость рабочих-операторов станков с ЧПУ значительно меньше утомляемости токарей, работающих на универсальных токарных станках.

Главным на комплексно-автоматизированном участке, управляемом ЭВМ, становится наладчик[37]. Он должен иметь навыки квалифицированного рабочего, не менее как среднее общее образование и специальные знания.

Труд такого наладчика органически соединяет умственную и физическую деятельность, Особенности технологического процесса обработки на станках с ЧПУ. Технологический процесс (ТП) обработки на станке с ЧПУ, в отличие от традиционного технологического процесса, требует большей детализации при решении технологических задач и учета специфики представления информации. Структурно технологический процесс также делится на операции, элементами которых являются установки, позиции, технологический и вспомогательный переходы, рабочие и вспомогательные ходы. Детализация технологического процесса для оборудования с ЧПУ приводит к разделению ходов на шаги, каждый из шагов представляет собой перемещение на участке траектории инструмента.

Общие требования к оптимизации процессов обработки деталей на станках с ЧПУ или намеченных к отработке на этих станках:

унификация внутренних и наружных радиусов;

унификация элементов форм деталей и их размеров;

создание такой конфигурации детали, которая обеспечивает свободный доступ инструмента для обработки поверхностей;

обеспечение возможности надежного и удобного базирования детали при обработке.

Все эти требования прежде всего направлены на сокращение типовых размеров применяемого режущего инструмента, использование более производительного (экономически выгодного) инструмента, замену специального инструмента стандартным, уменьшение числа переустановок детали, снижение количества и стоимости требуемой оснастки, повышение точности базирования, а также точности и производительности обработки, последующей слесарной (станочной) ручной доработки, сокращение затрат на расчет и подготовку управляющих программ (УП). Выявленные при анализе чертежа детали условия повышения технологичности разрабатывают и оформляют в виде запроса в отдел технического контроля (рис. 2.1).

Чертежи, технические услов ия, управ ляющая программа -на процесс обработки Рисунок 2.1 – Функциональная схема алгоритма для выбора номенклатуры деталей при обработке их на станке с числовым программным управлением На детали выделяют так называемые зоны обработки, представляющие собой часть припуска на том или ином элементе или какой-то части детали.

Припуск может быть удален различным инструментом за несколько переходов или даже операций. Введение зон обработки позволяет использовать типовые схемы переходов, определяющие правил построения траектории инструмента. А последнее в значительной мере облегчает подготовку УП для станков с ЧПУ.

связанным с конструктивными особенностями детали, намечают отдельно для каждого установа детали.

При реализации метода автоматизированной подготовки ТП возникают сложные задачи выбора оптимального решения из допустимого множества решений. Поэтому в условиях автоматизированного производства решение технологических задач может быть и несколько иным. Но все же в практике работ на станках с ЧПУ этот метод удобен, поскольку он позволяет упростить составление УП.

Указанные требования, как правило, могут быть выполнены путем изменения геометрической формы или отдельных элементов детали, изменения некоторых размеров, смещения отдельных элементов и т. п.

Примеры нетехнологичных и технологичных конструктивных решений деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ, приведены на рис. 2.2.

2.2 Исследование и разработка математической модели для достижения высокой точности технологического процесса обработки на станке с ЧПУ На сегодняшний день при обработке на станке с ЧПУ при точении или резании характерна наиболее высокая и автоматизированная система управления. Каждая система числового программного управления построена на базе постпроцессоров (микропроцессорных точных систем), которые определяются и корригируются режимы резания до сих пор вручную, программа в системе ЧПУ подвергается ручному анализу и редактированию.

конструкторская документация - спецификации - технические условия - чертеж детали Рисунок 2.2 - Элементы формирования структуры типового и группового технологического процесса настоящий момент времени методы и способы подготовки технологической информации практически не поддаются ее последующей формализации, а также зачастую дают не совсем точные результаты, следовательно, требуют последующего исправления и корректировки.

Причиной такой недостаточной достоверности данных в основных процессах токарной работы математических моделей обработки на станке с ЧПУ является большая неточность наиболее важных зависимостей, используемых для расчета скорости и сил резания. Применяемые на автоматизированного расчета режимов обработки на ЭВМ не могут дать точных результатов в силу того, что точно не бывают учтены реальные условия резания, материал и состояние детали и инструмента (резца).

Таким образом, можно утверждать, что проблема, связанная с невозможностью применения существующей математической зависимости в алгоритме автоматизированного определения параметров обработки, а конкретнее, выбора параметров резания, имеет своей первоочередной причиной необходимость проводить предварительные практические механические испытания образцов обрабатываемого материала, что должно производиться с целью точного определения коэффициента поправки на технологические свойства такого материала. Если затрагивать вопрос учета технологических режущих способностей основного материала инструмента (резца) в пределах марки [26], то в используемых на производствах существующих методиках, он отсутствует.

оптимальной обработки формулы, которые основаны на применении мониторинга размера, замеряемого непосредственно в процессе обработки материала в зоне резания. Замеряемый параметр точности обработки детали и инструмента является наиболее полным показателем технологических свойств основных контактирующих друг с другом материалов детали и инструмента. На этой основе предлагаются формулы [16] для определения сил резания и скорости:

где -коэффициент эффективности пробного прохода; W, t, s – коэффициенты условия предварительной обработки, (W=625; t=24,7; s=0,24);

P – принятая за норму стойкость инструмента, мин; l – глубина резания, мм;

F – величина подачи, мм/об;

где – составляющие силы резания, кгс; l – глубина резания, величины, соответственно равные 7; 10; 5,5; - используемые коэффициенты, которые определены из частичных условий предварительной обработки.

В соответствии с проведенными исследования в условиях промышленного производства, данные формулы могут обеспечить более точное соблюдение надежного заданного периода полной стойкости использования указанных формул в алгоритме технологических процессов для расчета режимов резания при обработке на станке с числовым программным управлением.

решения задачи при выборе наиболее оптимальных параметров управления программирования, определяется следующим. Найти при выполнении ограничений где – число параметров управления или переменных; n – число ограничений задачи; - константы.

Целевая функция. Для повышения эффективности в нашем случае следует принимать основное время технологической обработки (величину, обратную mF) в качестве критерия оптимальности:

При условии, что оптимальный период стойкости резца (инструмента) Pне менее установленного, а значение ряда технологических характеристик и параметров процесса обработки не больше установленных в программе предельных значений.

Приведение технических ограничений и целевой функции к линейному виду. Математическая модель для оптимального режима обработки содержит в себе систему технологических ограничений, которые выражены в виде ряда линейных неравенств, а также линейное уравнение целевой функции. Необходимо все указанные технологические ограничения привести путем логарифмирования к линейному виду.

Чтобы определить оптимальный режим обработки детали и заготовки на металлорежущем токарном станке с числовым программным управлением, необходимо знать технологические свойства заготовки и свойства режущего инструмента, законы их физического взаимодействия непосредственно в процессе обработки, динамические и кинематические возможности станка с ЧПУ, на котом производиться обработка, проанализировать свойства системы «чертеж – программный код – станок – инструмент – деталь», обозначить оптимальные подачу и скорость резания, которые помогут обеспечить технологическое формообразование заготовки или детали в соответствии с требуемыми техническими условиями при наименьших затратах производительности труда. В таких условиях глубина резания должны определяться заданной, в соответствии с предыдущими этапами проектирования процесса обработки, то есть каждый из проходов должен нормироваться отдельно[6]. Такое условие ставит в соответствие самый прогрессивные и оптимальный метод обработки в каждой операции в один проход. Чтобы не получить отрицательные значения логарифмов, следует подачу F умножить на 100.

Каждое из ограничений должно быть представлено в следующем виде:

то есть мы получаем систему линейных алгебраических уравнений, которые ограничивают область допустимых значений m и F:

Полученная нами математическая модель не является исчерпывающей, она может быть дополнена в связи с появлением новых дополнительных данных о кинематических, физических и экономических закономерностях, присутствующих в процессе обработки.

Были также выведены и математические зависимости, для технических ограничений, которые непосредственно влияют на оптимальность режимов резания (обработки):

Ограничения I и II устанавливают зависимость подачи, допустимой с кинематическими условиями обработки станком с ЧПУ с расчетной величиной подачи. При этом расчетное значение подачи не должно быть больше, чем максимальная, которая имеется в допустимых значениях подач станка, и не должно быть меньше, чем минимальная.

Ограничения III и IV устанавливают зависимость кинематической величины скорости резания станка с расчетной. При этом величина скорости резания не может быть меньше, чем минимальная возможная и больше, чем максимально возможная. Исходить следует из наименьшего и наибольшего значений числа оборотов станка.

Ограничение V устанавливает зависимость между скоростью резания, которая определяется кинематикой станка с ЧПУ и скоростью резания, которая обусловлена принятой стойкостью режущего инструмента, подачей, глубиной резания.

допустимой минимальной скорости резания с расчетной.

Ограничение VII устанавливает зависимость мощности электропривода затрачивается в процессе резания.

производительности станка с расчетными значениями подачи и скорости резания.

Ограничение IX устанавливает зависимость подачи и скорости резания с предельно допустимыми, исходя из параметров прочности инструмента.

Ограничение X устанавливает зависимость подачи и скорости резания с предельно допустимыми, исходя из параметров жесткости инструмента.

Ограничение XI устанавливает зависимость точности обработки при заданной точности системного процесса «чертеж – программный код – станок – инструмент – деталь» с подачей и скоростью резания.

Ограничение XII устанавливает зависимость значений допускаемых технических требований, которые предъявляются к шероховатости обработанной поверхности с расчетными подачей и скоростью резания.

Систему ограничений можно представить графически (рис. 2.3). В таком случае граничной прямой, определяющей полуплоскость, в которой технологических ограничений. Обозначим область значений F и m редкой штриховкой, которая допустима техническими характеристиками кинематики станка. Частой штриховкой обозначим область значений F и m, которая удовлетворяет всем техническим ограничениям.

Рисунок 2.3 - График зависимостей технологических ограничений при программируемой обработке на станке с числовым программным управлением Величина для ограничений V, VII, IX-XII определяет оптимальный коэффициент эффективности обработки на станке с ЧПУ. В процессе обработки он меняется, а, следовательно, должны изменяться также границы исследуемой области. Наша задача сводится к нахождению точки наиболее оптимальных значений скорости подачи и резания, которые будут удовлетворять техническим ограничениям. Геометрия инструмента, глубина резания, инструмент материала и заготовки предполагаются известными постоянными величинами. При проектировании операций обработки в таком случае нам необходимо в несколько этапов последовательно проводить анализ, включающий в себя определение назначения инструмента (его геометрических параметров и материала режущей части), назначение технических требований для рабочих ходов, определение общего припуска на рабочий ход, в конечном итоге, целью будет определить оптимальный режим обработки для каждого рабочего прохода решением задачи методом линейного программирования, описанного подробно выше.

Граничные прямые образуют многоугольник с конечным числом вершин, внутри которого координаты любой точки являются решением – удовлетворяют всем ограничениям. Теоретические основы линейного программирования дают возможность показать, что при выпуклом многоугольнике имеющихся решений экстремальное значение целевой функции соответствует точке, которая лежит на одной из граничных прямых, либо это точка их пересечения. Следовательно, задача поиска оптимальных значений сводится в нашем случае к последовательному исчислению всех координат возможных точек пересечения только граничных прямых, а также для определения наибольшей суммы. При этом экстремум целевой функции достигается только в одной из вершин многогранника, поэтому нахождение экстремума производится последовательным перебором крайних точек многогранника или вершин (точка Э на рисунке 2.3).

Эффективной возможностью решения такой задачи, которая связаны с повышением эффективности и с поиском оптимальных значений нескольких параметров процесса обработки, является симплекс-метод, автоматизированным способом реализуемый с помощью ЭВМ. Симплексметод один из наиболее распространенных и отработанных методов решения задачи линейного программирования. Симплекс-метод позволяет найти вершину многогранника (крайнюю точку исследуемой допустимой области), а также определить является ли найденная точка экстремумом целевой функции. Именно такая конечность симплекс-метода является его важной особенностью, потому что методы решения задач нелинейного программирования дают приближенные значения, то есть не являются конечными.

Особенно следует обратить внимание исследованию движения точки Э, которое наблюдалось в процессе обработки. При черновой и получистовой обработке точка экстремума исходной целевой функции находилась на пересечении прямых V (ограничение в зависимости от времени стойкости инструмента) и линии XII (ограничение по определенной величине шероховатости поверхности, обрабатываемой на станке). Если такая точка не удовлетворит условию, когда процесс обработки будет сдвигаться в противоположную сторону – в сторону наростообразования, требуется пересмотреть величину времени стойкости инструмента.

Коэффициент эффективности прохода не входит в формулу определения точности процесса обработки, следовательно, прямая XII зависит только от определенной степени шероховатости, то есть статична.

Величина времени стойкости инструмента весьма чувствительна к изменениям, которые происходят в зоне реального стружкообразования. Это означает, что прямая Vбудет сдвигаться параллельно себе. Следовательно, точкаЭ вдоль линии XII будет «скользить».

С помощью программного обеспечения MathCad был разработан и смоделирован процесс обработки, а также определены крайние точки экстремума исходной целевой функции. Основываясь на полученных данных предложен метод перенастройки и поднастройки некоторых параметров процесса обработки на станке с ЧПУ, рассчитаны оптимальные значения величин m и А, которые помогают существенно корректировать исходные параметры в программном коде обработки детали, используя коэффициент эффективности, используемый как интегральный показатель совместимости кинематико - механических свойств.

Изначально этот коэффициент должен быть рассчитан исходя из данных пробного прохода. В процессе обработки его величина требует поддерживания на постоянном уровне, либо не уровне с небольшими отклонениями в силу физических свойств материала инструмента и материала обрабатываемой детали. При повышении величины коэффициента эффективности происходит ухудшение условий обработки, частота вращения шпинделя станка уменьшается на заданную величину m, при этом величина подачи должна оставаться неизменной.

определения оптимальных значений частоты вращения и подачи дает возможность разработать универсальную программу для расчета параметров режимов резания на токарных станках, имеющих предельное число дискретных частот вращения и подач. Программа позволяет выбирать оптимальные параметры резания с учетом всех ограничений, наиболее существенных с точки зрения технологии изготовления и прочности обрабатываемой детали.

На основе разработанной математической модели разработан алгоритм решения задачи линейного программирования, а как следствие задача автоматизированного расчета наиболее оптимальных параметров режима обработки для современной высокоточной системы ЧПУ. Указанные алгоритмы реализованы на производстве, они показали наиболее высокую производительность труда станочника - оператора станка с ЧПУ при минимальных затратах рабочего времени.

математической модели как решение задачи линейного программирования путем достижения высокой точности конечных данных с помощью управления системой обработки на станке с ЧПУ на производстве позволяет существенно уменьшить технологическое время обработки, а особенно, операций точения. Реализация алгоритма разработанной математической модели сократит также время простоя, которое может быть связано с поломкой инструмента, поможет значительно повысить надежность производственной системы за счет непосредственного увеличения рационального времени безостановочной и безотказной работы станка с ЧПУ.

Последовательность выбора параметров. Поправки. С учетом вышесказанного можно рекомендовать выбирать параметры режима резания для токарных станков с ЧПУ в такой последовательности (для заданных условий обработки):

экономическую стойкость;

При этом учитывают уровень технологического обеспечения, под которым понимают создание условий, повышающих надежность системы СПИД и стабильность процесса обработки, правильный выбор и повышение качества заготовок, дробление стружки, обеспечение равномерного припуска заготовок, высокое качество и правильный выбор режущего инструмента, рациональное обслуживание станка и т. д.

При выборе подачи кроме обычных поправок вводят поправку на вероятность выкрашивания пластины. При снижении уровня технологического обеспечения снижается подача, а значит, уменьшаются нагрузка на режущую кромку и вероятность выкрашивания.

Экономическую стойкость инструмента при работе на станках с ЧПУ можно просто определить в зависимости от известной номинальной экономической стойкости, установленной для станков с ручным управлением. При недостатках в технологическом обеспечении вероятность хрупкого разрушения возрастает и может быть больше единицы. Это заставляет программиста снизить параметры режимов, но повышает вероятность безотказной работы, т. е. достигается максимальная производительность обработки. Алгоритм процесса анализа для повышения эффективности работы станка с ЧПУ с учетом рядов поправок и график зависимости от вида действий по сложности выполнения и классу обрабатываемой детали представлен на рис. 2.4.

2.3 Повышение качества процесса обработки деталей и заготовок на станках с числовым программным управлением Одним из главных преимуществ станков с ЧПУ является повышение и стабильность качества обработки (точность размеров и формы обработанной детали, шероховатость обработанных поверхностей), обеспечивающие идентичность деталей всей партии.

На станках с ЧПУ точность размеров и формы обрабатываемой детали, а также шероховатость поверхности обеспечиваются жесткостью и точностью станка, дискретностью и стабильностью позиционирования и ввода коррекции, качеством устройства ЧПУ. Отверстия на этих станках обрабатывают без кондукторов. Автоматическая (по программе) обработка на станках с ЧПУ обеспечивает стабильность качества и идентичность обработанных деталей всей партии в результате исключения факторов, имеющих место при ручном управлении и редактировании параметров управляющей программы вручную (усталость, отвлечение мыслей станочника внешними воздействиями, отрицательные и положительные эмоции, погрешность в наблюдениях и отсчете текущего размера обработки, временное нарушение координации движения рук и др.), и исключения ошибок станочника, связанных с обеспечением точности размеров при переходе от одной обрабатываемой поверхности к другой. Однако сохраняется влияние на точность правильности наладки, а, следовательно, наладчика. Погрешности, базирования уменьшаются вследствие сокращения числа переустановок заготовки во время обработки.

НАЧАЛО

Трудоемкость

КЛАСС ПРОГРАММИРУЕМОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ

поправки для обработки деталей по технологическим возможностям станка и трудоемкости составления программного кода для изготовления детали в условиях мелкосерийного производства повышении жесткости и точности самого станка и обеспечении требований, структура, способ считывания и ввода управляющей информации оказывают влияние на качество и производительность обработки деталей. Методы повышения точности станков достаточно хорошо изучены и опубликованы в Представляет интерес влияние устройств ЧПУ на точность обработки в результате таких факторов, как вид интерполяции, дискретность, величина наименьшего приращения вводимой информации, межкадровые паузы и качество системы автоматического регулирования.

перемещения инструмента относительно заготовки зависит от угла наклона линейного контура. Наибольшая погрешность в одну сторону будет при наименьшем наклоне контура. При круговой интерполяции контура, образованного из дуг окружностей, отклонение по радиусу может достигать двух дискрет, а при интерполяции методом оценочной функции[16,48,79] отклонение по радиусу меньше одной дискреты. Отклонение реального контура вследствие сглаживающего действия концевой фрезы будет меньше одной дискреты.

приращения вводимой информации (дискрета) является и наименьшей величиной отклонения (погрешности) при отсутствии составляющих погрешности от других факторов (податливость системы СПИД, тепловые деформации, износ инструмента, межкадровые паузы и т, д.). Величина дискреты в современных фрезерных и токарных станках с ЧПУ составляет 10, 5, 2 и 1 мкм.

Межкадровые паузы, определяемые временем перерыва в поступлении предыдущего, вызывают прекращение управляемого движения подачи, хотя главное рабочее движение продолжается, например, вращение фрезы (на фрезерном станке) или заготовки (на токарном станке). При этом вследствие восстановления упругой системы СПИД на обрабатываемой поверхности появятся макропогрешности. В устройствах ЧПУ уменьшение влияния межкадровых пауз на погрешность обработки достигается усложнением электронной схемы и структуры, обеспечивающих отработку информации ранее считанного кадра, а также применением круговой интерполяции с использованием дополнительных параметров обработки.

При обработке на станках с ЧПУ возникают погрешности, вносимые воспроизведения программы. При обработке на токарных станках с ЧПУ погрешность, вносимая системой ЧПУ (погрешность подготовки и воспроизведения управляющих программ), составляет 0,2—0,25 допуска на обработку детали. Другие первичные погрешности в суммарной погрешности обработки на токарном станке с ЧПУ:

позиционирования 0,1—0,2;

технологической системы под влиянием нестабильности сил настройки и центровки 0,4—0,45;

погрешность от тепловых деформаций технологической системы Основные пути уменьшения погрешности, вносимой системой ЧПУ:

применение при разработке управляющей программы на ЭВМ уточненных дополнительных параметров для режимов процесса обработки для вычислений и автоматизация подготовки управляющих программ, совершенствование устройств числового управления, поиски новых структурных решений их.

Точность обработки деталей на токарных станках с ЧПУ обеспечивается по 4-му, 3-му классам, а на некоторых станках, даже 2-му классу точности. Точность обработки на фрезерных станках концевой фрезой находится в пределах 4—5-го классов точности при обработке деталей из стали и алюминиевых сплавов. При обработке фрезерованием концевой фрезой значительную долю погрешности составляет упругая деформация инструмента.

технологическими приемами на программном уровне, как, например, проектированием траектории движения инструмента так, чтобы сила резания действовала на кинематические цепи и узлы станка с одной стороны.

На станках с ЧПУ типа многооперационных Haas SL20 и VF достигается точность обработки 2-го класса точности. Такая точность достигается предварительной и окончательной настройкой инструмента на размер обработки. Предварительная настройка инструмента вне станка на приборе с индикатором часового типа обеспечивает точность растачивания первой детали в пределах 0,05 мм. Окончательная настройка (корректировка) происходит переключателями на пульте устройства ЧПУ.

Системы автоматического регулирования по параметрам, определяющим точность обработки (например, регулирование процесса путем стабилизации сил резания, обеспечивающей неизменность величины упругого перемещения системы СПИД), обеспечивают повышение точности обработки в 2—5 раз, при этом стойкость инструмента увеличивается в среднем в 1,5 раза, а поломки уменьшаются.

Для определения путей повышения эффективности обработки на станках с ЧПУ рассмотрим влияние иерархических уровней системы чертеж—деталь.

2.3.1 Учет факторов, влияющих на точность обработки деталей и заготовок на станках с числовым программным управлением Работая в полуавтоматическом или автоматическом режиме, станок с ЧПУ прежде всего должен обеспечить точность обработки, которая зависит от суммарной грешности обработки. На нее влияет ряд факторов (рис. 2.5):

точность станка, точность системы управления, погрешности установки заготовки, погрешности наладки инструментов на размер, погрешности наладки станка на размер, погрешности изготовления инструмента, размерный износ режущего инструмента, жесткость системы СПИД.

Точность станка в ненагруженном состоянии (геометрическая точность). В зависимости от точности характеристики станки с ЧПУ подразделяют в порядке возрастания точности на четыре класса: Н (нормальной точности), П (повышенной точности), В (высокой точности) и А (особо высокой точности). Станки класса П [19] обеспечивают точность обработки в пределах 0,6, класса В - в пределах 0,4, класса А — в пределах 0,25 интервала отклонений, получаемых на станках класса Н (нормальной точности).

Рисунок 2.5 - Суммарная погрешность обработки на станках с ЧПУ:

интерполятора, корректоров интерполятора и формирования команды «выход в нуль»;

5, 6 – ошибки датчика – внутришаговая и накопленная;

7– ошибка нормирующего преобразователя;

8– ошибка дрейфа характеристик привода;

9, 10, 11 – ошибки привода – динамическая, моментная скоростная;

12 – ошибка шариковой винтовой пары;

13 – геометрическая ошибка станка;

приспособления;

16 – размерная ошибка установки инструмента;

17 – износ инструмента;

18 – упругие деформации инструмента;

19– геометрическая ошибка установи детали;

20 – упругое перемещения детали;

21–температурная деформация детали.

При проверке норм точности станков устанавливают точность геометрических форм и относительного положения опорных поверхностей, базирующих заготовку и инструмент; точность движений по направляющим рабочих органов станка; точность расположения осей вращения и траекторий перемещений рабочих органов станка, несущих заготовку и инструмент, относительно друг друга и относительно базирующих поверхностей; точность обработанных поверхностей образца; шероховатость обработанных поверхностей образца.

Точность станков с ЧПУ характеризуют дополнительно следующие специфические проявления: точность линейного позиционирования рабочих органов; величина зоны нечувствительности, т. е. отставание в смещении рабочих органов при смене направления движения; точность возврата рабочих органов в исходное положение; стабильность выхода рабочих органов в заданную точку; точность отработки в режиме круговой интерполяции; стабильность положения инструментов после автоматической смены.

Нормативы точности линейного позиционирования рабочих органов станков с ЧПУ приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1 - Допускаемая накопительная погрешность при одностороннем подходе к заданной координате, мкм Примечание. Погрешность а относится осям X, Y, W, R, погрешность При проверках выявляют как точность, так и стабильность, т. е. многократную повторяемость прихода рабочих органов в одно и то же положение, причем зачастую стабильность важнее для достижения точности обработки на станках с ЧПУ, чем сама точность.

нестабильности при линейном позиционировании.

Таблица 2.2 -Допускаемая нестабильность достижения заданного положения припозиционирования, мкм Примечание. Отклонения а относится осям X, Y, W, R,отклонения б — Общая допускаемая ошибка при позиционировании рабочих Если исходить из допускаемых отклонений, то наибольшая погрешность в отработке перемещения, например на длине в 300 мм по осям X и Y, для станка класса П составит 17,2 мкм, а для станка класса В — 8,6 мкм.

Для сохранения точности станка в течение длительного времени эксплуатации нормы геометрической точности при изготовлении станка по сравнению с нормативными ужесточают на 40%. Тем самым заводизготовитель резервирует в новом станке запас на изнашивание.