5 Проектирование операций на станке с чпу

Проектирование технологической операции – работа комплексная и объемная. При этом надо учитывать большие возможности этих станков, особенности базирования детали (приспособления), размеры рабочего пространства станка, перемещение органов станка.

В ходе проектирования технологической операции устанавливается последовательность переходов, возможность их совмещения во времени.

Нужно стремиться к минимальному числу установов с высокой степенью детализации, предусматривая необходимое число переходов, рабочих и вспомогательных ходов, подробное назначение всех элементов режима резания. Необходимо определить траекторию движения инструмента, что позволит рассчитать координаты опорных точек, и увязать траекторию движения инструмента с системой координат станка, исходной точкой положения инструмента и положения заготовки.

Под траекторией инструмента понимают путь, проходимый центром инструмента при относительном перемещении.

1. Выбор параметров режущего инструмента

Основным видом инструмента, предназначенным для обработки широкой номенклатуры деталей среднего машиностроения на фрезерных станках с ЧПУ, являются калиброванные по наружному диаметру праворежущие и леворежущие цилиндрические концевые фрезы, изготовляемые по заводским или отраслевым нормалям или по ГОСТу.

В ряде случаев к фрезам предъявляются следующие особые требования, вызывающие необходимость проектирования специального инструмента:

а) обеспечение усиленного выхода стружки при обработке глубоких глухих колодцев. Это требование достигается увеличением угла наклона спирали;

б ) изменение направления осевой составляющей усилия резания таким образом, что составляющая прижимала деталь к столу станка. Это требование достигается применением праворежущих фрез с левой спиралью и леворежущих с правой спиралью, что способствует улучшению условий обработки тонких плоских деталей;

в) уменьшение вибраций инструмента, которое осуществляется несимметричным расположением зубьев фрезы (рисунок 1.6 - а );

г) заточка торца фрезы, позволяющая осуществлять вертикальное врезание в металл. Такая заточка может быть выполнена на двузубых или на четырехзубых фрезах. В последнем случае два противолежащих зуба стачиваются под углом, как это показано на рисунке 1.6 - б;

д) повышение жесткости режущей части инструмента, что достигается увеличением сечения сердечника (т.е. уменьшением глубины канавки), а также применением конического сердечника (канавки переменной глубины), как это показано на рисунке 1.6 - в;

е) увеличение вылета инструмента в том случае, когда при обработке не требуется слишком длинной режущей части, однако выступающие элементы детали не позволяют опустить пиноль на требуемый уровень. В этом случае для сохранения жесткости инструмента необходимо предусмат-ривать усилительный конус (рисунок 1.6 - г);

ж) повышение класса чистоты поверхности обработки, которое в некоторых случаях может быть обеспечено специальной формой заточки зубьев, работающих в этом случае на «затирание».

Рисунок 1.7

При необходимости обработки больших участков плоской поверхности (например, на деталях типа панелей) могут быть применены торцевые фрезы (рисунок 1.6 - д).

Для обработки малкованных стенок применяются конические концевые фрезы (рисунок 1.6 - е), изготавливаемые по заводским или отраслевым нормалям.

Возможно применение различного вида фасонных и специальных фрез, форма образующей которых соответствует конфигурации, при обработке элементов обводообразующей оснастки.

В ряде случаев при обработке криволинейных глухих пазов в деталях типа рельсов, рычагов и звеньев могут быть применены дисковые и грибковые фрезы, устанавливаемые на специальных оправках.

Как правило, для обработки правой детали (и детали, не имеющей себе подобной, зеркально отраженной) выбирается праворежущая фреза с правой спиралью. Для обработки левой детали по той же программе, но с переключением полярности сигналов, применяется леворежущая фреза с левой спиралью.

При наличии у заготовки твердой корки или абразивных включений фрезы, выбираемые по приведенным выше условиям для правой детали, могут быть использованы при обработке левой или наоборот (так называемое фрезерование «под корку»).

Процесс выбора режущего инструмента для фрезерных станков с ЧПУ может быть условно разбит на четыре этапа (рисунок 1.7):

1		Назначение совокупности видов инструментов, определяющей маршрут обработки данной детали на фрезерном станке с ЧПУ.
2		Определение технологических параметров каждого вида инструмента (материала режущей части, углов заточки режущих кромок, количества зубьев, и пр.), которое производится по общемашиностроительным рекомендациям.
3		Определение геометрических параметров инструмента, отражающее специфику обработки на станках с ЧПУ и определяющее, как правило, содержание операции.
4		Определение конструктивных особенностей для каждого типа фрез.

Геометрические параметры фрез (рисунок 1,8) выбираются для каждого из позиционных переходов, на которые расчленяется зона обработки детали, с учетом конструктивно-технологических параметров элементарных обрабатываемых поверхностей (ЭОП), входящих в переход.

В связи с тем, что при обработке детали формообразование в элементарных переходах происходит тремя поверхностями режущего инструмента – периферией, торцем и радиусом сопряжения, ниже рассматриваются соответственно параметры фрез, определяемые обработкой стенок контура, примыкающих к ним плоскостей и сопрягающих радиусов.

Диаметр инструмента Д – концевой фрезы для чистовой обработки контура выбирается по номинальному размеру наименьшего типового радиуса направляющей вогнутой поверхности (конструктивного радиуса в плане R_тип) без учета допуска на изготовление, предназначенного для компенсации погрешностей системы СПИД.

Выбранный диаметр Д проверяется:

• по ограничениям Д_max и Д_min, налагаемым станком;

• по условию жесткости инструмента Н2,5Д, где Н – максимальная высота стенки данного контура.

В случае невыполнения условия Н2,5Д, принимается номинальный размер ближайшего большого типового радиуса, удовлетворяющий условию жесткости.

Радиус заточки торца фрезы r для чистовой обработки определяется номинальным размером наибольшего типового конструктивного радиуса сопряжения стенок в вертикальном сечении r_тип.

Длина режущей части l инструмента для внутреннего глухого контура определяется по формуле:

l = Н + (57) мм,

а для наружного и внутреннего сквозного контура – по формуле:

l = Н + r = 5 мм.

Возможность использования фрезы для одновременной торцовки примыкающих к контуру плоскостей определяется наличием достаточной площади торца фрезы Дт, диаметр которого равен:

Д_т = 2 (R – r) (1)

Экономически целесообразным для торцовки данной фрезой считается условие, при котором длина строки при торцовке не превышает длину траектории обработки контура.

При выборе инструмента, специально предназначенного для торцовой обработки участков плоскости и, вследствие этого, производящего только черновую обработку примыкающего контура, желательно (из соображений производительности), чтобы торец инструмента имел возможно большую площадь и не имел радиусной заточки. Однако диаметр Д_черн фрезы ограничивается условием доступа инструмента во внутренние острые углы контура. Кроме этого, желательно, чтобы припуск ₁ при обработке внутренних углов не превышал 0,2 – 0,3 диаметра фрезы. Исходя их этих условий, наибольший возможный диаметр инструмента может быть определен по формуле (рисунок 1.9):

, (2)

где	 -	максимальный припуск при обработке внутреннего угла;	Рисунок 1.9
	1-	припуск для чистовой обработки контура;
	 -	наименьший угол сопряжения сторон в данном конуре;
	Д –	диаметр окружности, сопрягающей стороны контура (равный диаметру фрезы для чистовой обработки).

Производя расчет Д_черн по данной формуле, принимать фрезу без радиусной заточки торца возможно только в случае ₁>r. При ₁r следует назначать r_черн в соответствии с r_черн = r_тип -  + 0,1Д_черн.

При обработке колодца диаметр фрезы Д не должен быть более ¾ макси-мального диаметра До окружности, вписанной во внутренний контур колодца (рисунок 1.10).

При этом, в случае необходимости врезания по наклонной линии, должно быть обеспечено перемещение фрезы без зарезов колодца (с учетом припуска на окончательный проход) на длине не менее 3-х диаметров фрезы.

Диаметр торца фрезы для торцовки ребер (рисунок 1.11) назначается равным

Дт = (510)b;

где b – окончательная толщина стенки.

Радиус заточки торца определяется типовыми радиусами впадин на ребрах. Длина режущей части выбирается в зависимости от максимального перепада высоты ребра h.

Для черновой обработки величину радиуса заточки торца r_черн следует выбирать по следующим правилам:

а) если величина радиуса сопряжения стенки с полкой r_тип, выполняемого при чистовой обработке, меньше величин припусков по стенке ₁ или полке ₂, то радиус заточки торца принимается равным минимально возможному (рисунок 1.12 - а, б), т.е. 0,5  1 мм;

б) если величина радиуса сопряжения стенки с полкой rтип больше величины припуска по стенке ₁, а припуск по полке ₂ равен нулю (рисунок 1.12 - в), то радиус заточки торца фрезы определяется по формуле:

r_черн = r_тип -  + 0,1Д_черн (3)

в) если величины припусков по стенке и полке меньше величины радиуса сопряжения r_тип стенки (рисунок 1.12 - г), то радиус заточки торца определяется по формуле:

(4)

Рисунок 1.12

После уточнения выявленных технологических и геометрических параметров и конструктивных особенностей инструмента производится его окончательный выбор и заказ по ГОСТу или нормалям. При отсутствии подобного инструмента в ГОСТе или нормалях он заказывается как специальный. Диаметры фрез, предназначенных для чистовой обработки в целях компенсации износа и переточек, выполняются с допуском (+0,3; – 0,3)мм.

После окончательного выбора инструмента для всех позиционных переходов последние объединяются по общности инструмента или по совокупности возможного набора инструмента в магазине (для станков, оснащенных устройствами автоматической смены инструмента) в операции, что является завершающим этапом разработки маршрутной технологии.