Технологические особенности обработки деталей на токарных станках с ЧПУ

Технологические особенности обработки
деталей на токарных станках с ЧПУ

Эквидистанта контура и система координат

Детали, обрабатываемые на токарном станке с ЧПУ, можно рассматривать как геометрические тела, состоящие из простых геометрических фигур, например, цилиндр, конус, сфера и др

С технологической точки зрения эти геометрические элементы и соответствующие им поверхности принято делить на основные и дополнительные. К основным элементам контура детали относят образующие поверхностей, которые могут быть обработаны резцом для контурной обработки с главным углом в плане ф = 95° и вспомогательным углом в плане φ = 30°. Для наружных и торцовых поверхностей такой резец принадлежит к числу проходных, а для внутренних — к числу расточных. Элементы образующих поверхностей, формообразование которых не может быть выполнено указанным резцом, принадлежит к числу дополнительных. К ним относят торцовые и угловые канавки для выхода шлифовального круга, канавки на наружной, внутренней и торцовой поверхностях, резьбовые поверхности, желоба под ремни и т. п.

Обобщенная последовательность переходов при токарной обработке

При технологическом проектировании структуры операций, выполняемых на токарных станках с ЧПУ, могут быть использованы типовые последовательности переходов.

При обработке деталей в центрах можно рекомендовать такую обобщенную последовательность переходов:

1.0 — черновая обработка основных поверхностей, из числа которых первыми обрабатываются поверхности, требующие рабочих перемещений режущего инструмента по направлению к передней бабке;

2.0 — черновая (при необходимости) и чистовая обработка дополнительных элементов, кроме зарезьбовых канавок, канавок для выхода шлифовального круга, резьб и мелких выточек;

3.0 — чистовая обработка основных поверхностей, в том числе: 3.1 — подрезка торца (на первом установе); 3.2 — обработка наружных поверхностей;

4.0 — обработка дополнительных элементов, не требующих черновых переходов.

Количество и типаж инструмента (инструментальная наладка), необходимого для выполнения операций обработки в центрах, зависит от применяемой крепежной оснастки и характера обработки (односторонняя или двусторонняя), а также от числа дополнительных элементов контура обрабатываемой детали.

Для выполнения операций обработки деталей в патроне рекомендуется такая обобщенная последовательность технологических переходов:

1.0 — центрование (выполняется при сверлении отверстий диаметром менее 20 мм);

2.0 — сверление, для ступенчатых отверстий при использовании двух сверл процесс разбивают на два перехода: 2.1 — сверление сверлом большего диаметра (большая ступень); 2.2 — сверление сверлом меньшего диаметра (меньшая ступень);

3.0 — черновая обработка основных поверхностей: 3.1 — подрезка внешнего торца предварительно и окончательно^.2 — обработка наружных поверхностей; 3.3 — обработка внутренних поверхностей;

4.0 — черновая и чистовая обработка дополнительных элементов контура детали, кроме зарезьбовых канавок для выхода шлифовального круга, резьб и мелких выточек (в тех случаях, когда для черновой и чистовой обработки внутренних поверхностей используют один резец, все дополнительные элементы обрабатывают после выполнения чистовых переходов);

5.0 — чистовая обработка основных поверхностей детали, кроме внешнего торца: 5.1 — внутренних поверхностей; 5.2 — наружных поверхностей;

6.0 — обработка дополнительных элементов, не требующих черновой обработки: 6.1 — в отверстиях или на торце; 6.2 — на наружных поверхностях.

Схемы выполнения операций при обработке деталей в патроне и инструментальная наладка зависят от числа дополнительных элементов контура детали и от размеров и формы осевого отверстия.

При обработке перемещение инструмента осуществляется относительно детали (заготовки). Траекторию движения рабочего органа, т.е. траекторию определенной точки инструмента, называемую центром, задают при помощи управляющей программы.

У проходного, расточного и контурного резцов вершиной или центром

инструмента (точка Р) служит вершина резца или центр радиуса при вершине, у прорезного (канавочного) резца – левая вершина (рис. 3). Для сверла, зенкера, зенковки, цековки, плашки и метчика рабочие вершины показаны в табл. 1.

Рис. 3. Вершина прорезного резца

При контурной обработке центр инструмента должен перемещаться по эквидистанте контура детали, т.е. по геометрическому месту точек, равноудаленных от какой-либо линии и лежащих по одну сторону от нее. Эквидистанты бывают наружные Э_нар и внутренние Э_вн, как показано на рис. 4. Частным случаем эквидистанты при токарной обработке резцом с острой вершиной является сам контур детали.

Отдельные участки траектории перемещения центра инструмента (циклограммы) могут быть отрезками прямых, дуг окружностей или других кривых. На рис. 5 показаны схемы траекторий движения вершины резца для черновой и чистовой обработки вала.

Рис. 4. Эквидистанта контура детали

Рис. 5. Типовые траектории вершины резца при токарной обработке детали: а) - черновые рабочие проходы; б) - чистовой рабочий проход

Особенности нарезания резьбы

Автоматизация цикла движения резца при нарезании резьбы на токарном станке с ЧПУ позволяет применять твердосплавные резьбовые резцы. Резьбовые резцы для нарезания внутренних резьб позволяют обрабатывать резьбу с близким подходом к торцу.

Число рабочих ходов (проходов) зависит от шага резьбы Р, обрабатываемого материала и заданной шероховатости. Например, для нарезания резьбы с шагом Р = 3 мм по стали резцом, оснащенным твердым сплавом Т15К6, рекомендуется три черновых и два чистовых прохода, а для нарезания трапецеидальной резьбы с шагом Р = 3 мм - пять черновых и три чистовых прохода.

Глубина резания для каждого прохода выбирается из условия постоянства нагрузки на резец, т.е. примерного равенства суммарной площади среза для каждого прохода. При черновых проходах глубина резания должна быть прогрессивно убывающей в каждом проходе, а глубина последнего прохода принимается в пределах 0,1... 0,2 мм.

Чтобы определить глубину резания и соответственно координату вершины резца по оси X для каждого прохода, необходимо знать высоту профиля резьбы и разделить ее на части в соответствие с принятым количеством проходов. Высота профиля зависит от вида резьбы и шага. Например, для метрической резьбы с шагом 3 мм рабочая высота профиля h = 1,95 мм. При отсутствии справочных таблиц высоту профиля можно определить приближенно по зависимости h = 0,65 Р. ЭВМ, встроенная в систему ЧПУ, рассчитывает число рабочих ходов и автоматически обеспечивает требуемую глубину чистового прохода.

Врезание резца для выполнения резьбы с шагом до 2,5 мм обычно производится перпендикулярно к оси резьбы, как показано на рис 13, а. При работе по этой схеме в процессе резания участвуют одновременно обе режущие кромки резца, в результате образуется жесткая стружка корытообразной формы, что увеличивает нагрузку на резец и снижает его стойкость. Для выполнения резьбы с шагом более 2,5 мм врезание производится под углом ε/2 (рис. 13, б). В этом случае работает одна режущая кромка резца. Нарезание резьбы по этой схеме позволяет обеспечить хорошие условия стружкообразования, но приводит к неравномерному износу режущих кромок резца.

Для облегчения стружкообразования и повышения стойкости резца рекомендуется нарезать резьбу с разбивкой, т.е. со смещением в разные стороны при каждом проходе. В этом случае в работе участвуют попеременно обе режущие кромки (рис. 13, в). Разбивку осуществляют путем углубления по оси X и одновременного смещения по оси Z вершины резца перед каждым рабочим ходом. Такая схема рекомендуется при нарезании трапецеидальных резьб и канавок модульных винтов-червяков (рис. 14). Чистовые проходы обычно выполняют с врезанием перпендикулярно к оси резьбы.

Рис. 13. Схемы удаления припуска при нарезании резьбы:

а) - перпендикулярно к оси детали; б) – под углом ε /2; в) - в разбивку

Рис. 3.14. Схема нарезания трапецеидальной резьбы

Путь прохода резца определяют по зависимости:

l_np = l + ΔZ+b/2 (1)

где l - длина резьбового участка, мм;

ΔZ - путь подхода (воздушный зазор), мм;

b - ширина зарезьбовой канавки, мм.

Схема для определения пути рабочего хода резьбового резца по формуле (1), представлена на рис. 15.

Путь подхода задается с целью компенсации возможного «мертвого хода» из-за износа деталей шариковой винтовой пары механизма подач. Величину пути подхода по оси Z принимают по специальной номограмме, представленной на рис. 16.

Рис. 15. Схема для определения пути рабочего хода резьбового резца

Рис. 16. Номограмма для определения пути подхода резца по оси Z

Например, при n = 700 об/мин и шаге резьбы Р = 3 мм скорость продольной подачи V_прод = 700*3 = 2100 мм/мин, путь подхода по номограмме ΔZ = 6,5 мм.

Врезание для левой резьбы производится в зарезьбовую канавку, а выход за пределы резьбового участка (перебег) задают равным шагу резьбы. Перед возвратными ходами следует задавать отход резца от поверхности детали на 2.. .3 мм, т.е. координата точки вершины резца при его выходе по оси X равняется d+(2...3) мм. При нарезании резьбы по автоматическому циклу этот отход задается системой ЧПУ. В случае нарезания резьбы без зарезьбовой канавки, т.е. со сбегом, путь прохода резца L = l+ ΔZ мм.

В случае нарезания многозаходной резьбы деление на заходы производится смещением исходного положения резца по оси Z на шаг резьбы Р по управляющей программе перед нарезанием каждого захода.

Например, при нарезании двухзаходной резьбы МЗ0х6 с шагом Р = 3 мм на длину 40 мм при ширине зарезьбовой канавки b = 4 мм и ΔZ =12 мм, путь рабочего хода L₁ для первого захода равен:

L₁= 40 + 12 + 4/2 = 54 мм.

Путь рабочего хода для второго захода L₂ равен:

L₂ = 40 + 12 + 4/2 + 3 = 57 мм.