Обработка деталей на станках с программным управлением методом многократных рабочих ходов

Ю.И. Моисеев

Курганский государственный университет

ОБРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ НА СТАНКАХ С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ МЕТОДОМ МНОГОКРАТНЫХ РАБОЧИХ ХОДОВ

Одним из принципов проектирования технологических процессов изготовления деталей в машиностроении является деление процесса обработки на отдельные этапы. Обычно выделяют три этапа обработки: черновую, чистовую и отделочную. При таком подходе стабильно можно обеспечить требования по качеству обрабатываемой детали при оптимальном распределении во времени упругих и тепловых деформаций технологической системы, коробления заготовки вследствие перераспределения внутренних напряжений и т.д.

Но соблюдение принципа деления процесса на этапы имеет и отрицательные стороны, в частности, нарушается принцип концентрации операций, увеличивается номенклатура и количество используемых средств технологического оснащения, прежде всего, режущего инструмента, увеличивается длительность производственного цикла.

В то же время следует отметить повсеместное использование современного технологического оборудования с числовым программным управлением, прогрессивного режущего инструмента и новых инструментальных материалов, позволяющих вести процесс обработки деталей на высоких скоростях резания и подачах. Так, современные многооперационные станки типа "обрабатывающий центр" имеют скорости ускоренных перемещений порядка 40-60 м/мин и больше. К примеру, станок модели ХНС 240 фирмы EX-CELL-O имеет максимальную частоту вращения шпинделя 20 ООО мин1, скорость ускоренных перемещений 120 м/мин при точности позиционирования 5 мкм. Фреза диаметром 12,7 мм фирмы OSG Тар & Die позволяет вести обработку детали из закаленной стали твердостью HRC48 с глубиной резания 0,13-0,5 мм, частотой вращения 3 800 мин-1 и рабочей подачей 8,6 м/мин [1].

В подобных случаях имеет смысл не делить операцию на черновые, чистовые, отделочные переходы, а проводить обработку на одном режиме при относительно небольших глубинах резания, максимальных значениях скорости резания и рабочей подачи. Очевидно, режимы обработки должны гарантировать минимальный уровень деформаций технологической системы, позволяющий обеспечить высокие требования по точности и качеству обрабатываемых поверхностей.

Рассмотрим показатели, определяющие производительность технологической операции для двух вариантов построения процесса:

1. Традиционный, с разделением операции на несколько технологических переходов, выполняемых, как правило, разными инструментами на разных режимах резания.

2. Обработка методом многократных рабочих ходов одним инструментом на одном и том же режиме резания. В общем случае оперативное время операции определяется как сумма основного и вспомогательного времени. В свою очередь, вспомогательное время представим как сумму времени на установку и снятие обрабатываемой детали tycT, время ускоренных (холостых) перемещений t^, время на смену инструмента tCH и время на

контрольные измерения 1изм. Очевидно, при сравнении рассматриваемых вариантов построения операции можно не учитывать времена 1уст и 1изм. Тогда для обоих вариантов оперативное время можно записать в виде:

1=1+1+1=11/3 +1_ ¡/Э + 1

ОП О XX см рх МИН XX XX см v '

где 1_рх -длина рабочего хода; Ц^, - длина холостого хода; ¡-число рабочих/холостых ходов; Змин - минутная рабочая подача; Зхх-скорость холостых ходов.

Вначале проведем оценку только по основному времени.

Для определенности будем считать, что в первом варианте обработка проводится за к технологических переходов, а каждый переход состоит из одного рабочего хода.

Для обеспечения необходимой производительности по второму варианту должно соблюдаться условие

tc2 < или:

S

мин2

S..

где SMUHk-минутная рабочая подача на к-том переходе.

Рассмотрим пример обработки условной детали по первому варианту с длиной рабочего хода Lpx = 100 мм; длиной холостого хода Lxx = 150 мм за три перехода: S = 400 мм/мин; S . = 250 мм/мин; S . = 200 мм/

мин к1 ' мин к2 ' мин кЗ

мин. Снимаемый припуск (глубина резания) соответственно составляет t, = 3 мм; t2 = 1 мм; t3 = 0,2 мм. Для второго варианта примем обработку на рабочей подаче S = 200 мм/мин с глубиной резания t = 0,2 мм.

мин J ~ '

. _ 3 + 1 + 0,2 Тогда /——

= 21

S„

< — + — + —= 0,0115

Отсюда $мин2 -

400 250 200 21

= 1826 мм/ мин

0,0115

Таким образом, в приведенном примере для обеспечения той же производительности при семикратном увеличении числа рабочих ходов реализация второго варианта требует почти такого же повышения рабочей подачи (в рассматриваемом примере с 200 до 1826 мм/ мин). Это возможно при использовании современных инструментальных материалов, позволяющих существенно поднять скорости резания и рабочие подачи. Проведем сравнение по вспомогательному времени без учета времен 1уст и ^зн. В соответствии с формулой (1) и предполагая, что по второму варианту нет необходимости в смене инструмента, можно записать:

или

i-k

IZi

<t„

А

L,

где 1см - время автоматической смены инструмента.

Анализ последней формулы показывает, что эффективность обработки методом многократных рабочих ходов повышается с ростом скорости ускоренных перемещений рабочих органов станка. Например, для 1см = 0,1 мин, = 10000 мм/мин и исходных данных предыдущего примера соотношение (3) будет иметь вид или 9 <6,7, т.е. условие не выполняется. В то же время при Зхх = 20000 мм/мин характер соотношения меняется: 9 <13,3.

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 4

81

Проведем анализ изменения оперативного времени в целом (также без учета времен и ^зм). В этом случае второй вариант будет более производительным при соблюдении условия:

bxxlL+hi! ++(k - i)t

о о jL^ О V

мин2 хх MUHk xx

Отсюда

Sмин2 ^

L • i

рх

У^ + к^х +

/ ' гг С С

минk хх хх

Для вышеприведенных данных зависимость (4) представлена на рисунке 1. Из графика следует, что при повышении скорости ускоренных перемещений рабочая подача имеет тенденцию к незначительному снижению. Следовательно, наиболее значимым фактором обеспечения производительности обработки при методе многократных рабочих ходов является повышение рабочей подачи.

3000 2500

<в

У

Л!

ч о с

к

W У

о ю (в а

1 2000

1500 1000 500

1015203040

50

Рис.

Скорость ускоренных перемещений, м/мин.

1. Зависимость рабочей подачи от скорости ускоренных перемещений

Таким образом, определены условия, при которых применение метода многократных рабочих ходов в одном технологическом переходе может конкурировать с традиционной обработкой за несколько технологических переходов по производительности, а иногда - и превышать ее. Особенно ярко преимущества проявляются при небольших припусках на обработку. С другой стороны, даже если на первом плане не стоит вопрос обеспечения высокой производительности, предлагаемый метод дает ряд существенных преимуществ: минимизацию упругих и тепловых деформаций технологической системы и, тем самым, снижение погрешностей обработки; сокращение числа смен инструментов и его номенклатуры; сокращение подготовительно-заключительного времени, связанного с подготовкой и размерной настройкой инструментальных комплектов.

Список литературы

1. Воскобойников Б.С., Гречиков М.И. Применение современных

станков в машиностроении //Комплект: Инструмент, технология, оборудование. - 2007. - №8. - С.48-55.

А.М. Гениатулин, В.П. Кузнецов Курганский государственный университет

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ МЕТЧИКОВ-ПРОТЯЖЕК НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

В современном машиностроении резьбопротягива-ние получило достаточно широкое распространение при обработке крупных внутренних резьб [1]. В некоторых случаях резьбопротягивание является единственным способом обработки специальных гаек с отверстием большой длины при сравнительно малом диаметре. Метчики-протяжки позволяют нарезать внутреннею резьбу любого профиля с любым числом заходов при большой длине нарезанной части, обеспечивая высокое качество резьбы с точностью по 6Н.

В отличие от многих других методов обработки металлов резанием высокая надежность зависит от ряда начальных параметров, определяемых конструкцией метчика-протяжки: схемы резания, толщины срезаемого слоя, геометрических параметров.

Основные особенности метчика - протяжки:

• расположение хвостовика впереди режущей части, что обеспечивает работу метчика на растяжение в отличие от обычных метчиков, работающих на сжатие;

• выполнение рабочей части метчика в виде конической резьбы на всей его длине;

• режущая часть метчиков-протяжек может быть выполнена для работы по одинарной (профильной или генераторной) или по групповой (прогрессивной) схеме резания;

• продольные стружечные канавки делают спиральными. Угол подъема спирали канавки выбирают соответственно углу подъема винтовой линии резьбы и ее направлению.

У метчиков - протяжек различают следующие основные части (рис. 4 а): замковая (присоединительная) часть, передняя направляющую часть, режущая часть, калибрующая часть, хвостовая часть.

Замковая (присоединительная) часть соединяет протяжку с суппортом токарно-винторезного станка. Основные конструкции присоединительной части приведены на рис. 4 а ,б.

Переднее направление предназначено для центрирования обрабатываемого изделия относительно оси инструмента в начальный момент. Оно должно быть такой длины, чтобы после установки заготовки крепежная часть была свободной и выступала за торец изделия. Диаметр переднего направления выполняют с полем допуска h9, принимая за номинал внутренний диаметр нарезаемой резьбы.

В зависимости от количества стружки, снимаемой при нарезании резьбы, метчики-протяжки изготовляют односекционными (рис. 4 а,б) или многосекционными (рис. 4 в). Выточки между отдельными секциями служат для уменьшения числа режущих витков, участвующих одновременно в работе.

В комбинированной конструкции метчика-протяжки предусматривают режущую и режуще-деформирующую части. За счет наличия в конструкции режущей и режуще-деформирующей секций таким метчиком-протяжкой можно получать резьбу точности 4Н и шероховатости Ra=0,5...0,8 мкм.

Калибрующая часть имеет полный профиль нарезаемой резьбы. Она предназначена для зачистки наре-

82

ВЕСТНИК КГУ, 2008. №3