Особенности и принципы обработки на станках с ЧПУ
Особенности и принципы обработки на станках с ЧПУ
Применяемая технология обработки деталей на станках с ЧПУ позволяет добиться высокого качества продукции, свести к минимуму время изготовления и, в итоге, трудиться с большим экономическим эффектом.
На таком оборудовании выполняют механическую обработку металлов, сплавов или других материалов, применяя резец, сверло, фрезу, ножовочное полотно, ленточную пилу – любые режущие инструменты. Внутренняя структура материала остаётся прежней, изменяются только размеры и конфигурация. Посредством этого деталь подгоняется под заданные параметры.
Когда высококвалифицированным рабочим в обработке заготовок используется станок, имеющий ручное управление, оператор сам выбирает нужный инструмент, определяется с приспособлениями и режимом работы оборудования, выбирая последовательность выполнения операций производственного процесса. В случае изменяются условия (обрабатывается заготовка другого типа, нужны другие припуски), сам специалист корректирует их, подбирает новую инструментальную оснастку, изготавливая нужную деталь.
Всё обстоит иначе, если производственный процесс проходит на станке с ЧПУ. Много времени занимает программирование, учитывающее параметры режущих и вспомогательных инструментов, приспособления; технологические режимы, с соблюдением норм затраченного времени на каждую операцию.
Например, процесс образования отверстий с последующей обработкой предусматривает использование двух технологических схем:
- Параллельной – каждым инструментом обрабатываются отверстия с одним диаметром, а после смены инструментов, циклы повторяются (если предъявляют низкие требования относительно показателя точности).
- Последовательной, когда первое из отверстий подвергается обработке совокупности инструментов. После изменения позиционирования и то же происходит со следующим отверстием (вариант приемлем, когда нужна очень высокая точность).
2.2 Выполнение операций на тренажёре УЧПУ Sinumerik 810/840 M
Идея использования имитационных моделей в процессе обучения была впервые реализована в сфере военной подготовки в виде тренажеров для пилотов (flight simulator), и именно оттуда она перекочевала в систему образования.
В основе имитационных методов обучения лежит модель, построенная на основании норм и правил реальной практической деятельности. В российской практике этот метод часто называют «симуляцией», «симулятором», встречается также термин «имитационная игра».
Сам по себе симулятор (компьютерная модель, имитирующая ту или иную деятельность) едва ли способен привнести нечто уникальное в образовательный процесс. Как ни банально, образовательный результат будет зависеть от того, каким образом имитационная модель встроена в образовательный процесс. Корректное использование симуляторов станков с ЧПУ позволяет:
— обеспечить знакомство обучающихся с УЧПУ различных типов;
— свести к минимуму материальные затраты при обучении;
— проводить занятия в условиях с высоким уровнем безопасности работ.
Однако симуляторы станков не обладают свойством самодостаточности. Занятия на них обязательно должны быть закреплены работой на станках с УЧПУ. Для организации самостоятельных работ с использованием симуляторов станков необходима разработка соответствующего методического обеспечения.
В работе делается попытка решить перечисленные проблемы. В неё включены разделы, посвящённые освоению профессиональных компетенций, связанных с работой на современном станочном оборудовании. Первые две части описывают работу на симуляторах станков. Последние две части посвящены практическим занятиям на станках HAAS.
Работа может быть полезна преподавателям и студентам образовательных организаций профессионального образования, осуществляющих подготовку по направлению 151900 Конструкторско — технологическое обеспечение машиностроительных производств.
Авторы выражают благодарность директору ГБОУ НПО Профессиональный лицей № 42 Шорникову Г.Ф. за оказанное содействие в подготовке данной работы.
Важнейшие детали оборудования
Обычно станина делается литой. Конструкция получается очень жёсткой, обладающей демпфирующим потенциалом. Если форма станины имеет сложную конструкцию, прибегают к сварочным работам.
Любой станок обязательно имеет направляющие скольжения. Благодаря силе трения, скорость движения рабочих механизмов становится минимальной. Линейные направляющие обеспечивают высокую точность перемещения.
Для обработки, заготовку закрепляют в шпинделе станка, имеющим несколько видов:
- Ротор с электродвигателем.
- Вращение осуществляется с помощью ремённой передачи.
Роторный шпиндель вращается со скоростью 100 тыс. об. мин. Этот механизм устанавливается на станки, производящие обработку сложных штампов, а также различных пресс-форм.
Ремённая передача не развивает такой высокой скорости. Обычно около 15 тыс. оборотов. Она предназначена для работы с более простыми деталями.
Установка режущих и вспомогательных инструментов в магазин
Измерения длин и диаметров, на которые настроен инструмент, проводятся вне станка. Оператор вводит эти данные в корректор системы ЧПУ.
Дополнительную поднастройку некоторых инструментов выполняют в случае необходимости непосредственно на станке по результатам контрольных измерений обработанных поверхностей. Изменение некоторых размеров обрабатываемых поверхностей возможно за счет введения коррекции на пульте управления. Проще всего корректируется длина обработки по координате Z Часто коррекцию вводят на радиус фрезы при работе в режиме круговой интерполяции (например, при обработке отверстий, криволинейного наружного контура и в других случаях).
Расстановку инструментов в гнезда магазина, револьверной головки и др. выполняют в соответствии с программной картой. При этом необходимо тщательно сверить номер инструмента (оправки) с номером гнезда магазина, а на станках, где кодируется номер инструмента, установить соответствующую кодовую комбинацию на хвостовике оправки.
При установке в магазин особое внимание необходимо обращать на инструмент, работающий с первоначально ориентированным шпинделем, так как он должен быть установлен в ячейку определенным образом. Кроме того, необходимо проверить: заточку инструмента; крепление сверлильных патронов на конусе оправки и сверл в патроне; крепление концевых фрез в переходных втулках; крепление инструмента в цанговых патронах; настройку резьбонарезных патронов и закрепление метчика в переходной втулке; крепление насадных зенкеров и разверток на плавающих оправках; биение сверл и метчиков при установке в патроны с целью его уменьшения.
Если прибор для настройки инструмента вне станка отсутствует, длину инструмента определяют на станке. В зависимости от значения координаты Z измеряют длину инструмента от торца шпинделя до вершины режущей кромки или определяют отклонение действительной длины инструмента от запрограммированной.
При обработке с применением СОЖ необходимо проверить состояние защитных элементов станка, отсутствие щелей между элементами защиты, работу насоса и наличие СОЖ в системе.
Комплексной проверкой качества наладки на станке с ЧПУ является изготовление по УП годной детали, качество которой оценивает измерительная лаборатория.
При нормальной эксплуатации станка с ЧПУ в случае повторной обработки заготовки необходимо не реже раза в неделю пропустить тест-программу. В случае брака детали при работе по УП также вводят тест-программу, позволяющую установить ошибки при составлении программы, неисправность ЧПУ, неудовлетворительную работу приводов подачи, нарушение последовательности технологических команд и другие дефекты в функционировании станка.
По оценке результатов прогонки тест-программы определяют с участием наладчика или технолога неисправность в цепи, блоке или группе блоков. Дальнейшие действия характерны для конкретной конструкции УЧПУ и указаны в технической документации.
Обработка деталей на станках ЧПУ
Особенность обработки деталей на станках с программным управлением состоит в том, что отпадает, как таковая, надобность изготавливать какие-то дополнительные приспособления да транспортировка деталей из станка на станок не нужна. С различными операциями прекрасно справляется и один станок.
Обработка деталей на станках ЧПУ производится соответственно программе, реализовать которую можно двумя способами: импортируя чертеж детали в основную программу управления или же составив программу согласно чертежу.
При обработке деталей на станках с ЧПУ необходимо и очень важно обеспечить максимально возможную жесткость для каждого участка работы. Например, точение предусматривает начало работы с более жесткой части (большего диаметра) и завершать в зоне меньшей жесткости. Но это важная технологическая информация для специалистов или для тех, кто интересуется. А важная информация для потребителя: обработка на вышеназванных станках – это как в яблочко попасть.
Видимо, поэтому особое внимание уделяется контролю точности – ведь это показатель качества работы, престижа программного метода обработки металла. Обычно для этой цели используют контрольно-измерительный центр, который каждую деталь изучает очень детально: от диаметра вертикального сверления до ровности и прямоты краев.
Особенности токарных и фрезерных обработок
Несмотря на то, что фрезерная и токарная обработка могут обеспечивать аналогичные результаты, эти операции имеют существенные различия, заключающиеся в технологии процесса. И в том, и в другом способе выполняется снятие стружки, выработка пазов и отверстий. Но рабочие узлы токарного и фрезерного станка кардинально отличаются.
Механическое токарное оборудование относится к одному из первых изобретенных технических устройств. В процессе обработки заготовка вращается, а инструмент с режущими поверхностями осуществляет поступательное движение подачи. Токарные станки применяются в изготовлении:
- дисков,
- валов,
- втулок,
- осей,
- муфт,
- гаек и др.
Оборудование осуществляет подрезание, обтачивание, резку, растачивание. Сочетание вращательного и поступательного движения позволяет эффективно обрабатывать различные типы поверхностей: резьбовые, цилиндрические, конические, фасонные и др. Точность размеров, конфигураций обеспечивается применением специальных приборов: нутромера, микрометра, штангенциркуля. Токарная обработка используется в создании деталей из стали, алюминия, свинца, полимеров.
Фрезерные станки появились позже, в начале XIX века. В процессе обработке заготовка надежно фиксируется, вращательные движения совершает рабочий режущий инструмент. В производстве используются устройства горизонтального, вертикального типа, универсальные конструкции. Это позволяет выполнять обработку под любым нужным углом. При помощи фрезерования изготавливаются различные детали, вырабатываются подсечки и канавки, обрабатываются поверхности. Станки различного типа выполняют фрезерование:
- торцовое,
- концевое,
- фасонное.
Фрезерная обработка может применяться для заготовок из разных материалов. Оборудование работает с несколькими видами рабочих инструментов. Есть фрезы для стальных деталей, твердых и мягких сплавов, керамических заготовок и др. Большое количество операций обусловлено широким сортаментом инструментов: шпоночных, дисковых, торцовых, цилиндрических.
В изготовлении деталей сложной конфигурации нередко приходится использовать оба вида работ. В целях упрощения процессов и оптимизации производства были сконструированы комбинированные станки, выполняющие токарные и фрезерные операции.
Токарная обработка ЧПУ
Токарные ЧПУ станки позволяют обрабатывать изделия типа тел вращения различной сложности. Заготовками являются прутки круглого, квадратного, шестигранного сечения и прочие заготовки различной формы, в том числе плиты. Такое оборудование идеально подходит для серийной обработки. Таким образом, токарная ЧПУ обработка предоставляет следующие возможности:
Что такое ВСО?
Исследования в области высокоскоростной обработки были начаты на заводах Круппа (Германия) в 30-х годах XX века. Одним из инженеров компании, Карлом Соломоном, была установлена зависимость силы от скорости резания для разных материалов. Результаты его исследований были положены в основу современной высокоскоростной обработки. На графиках зависимости (кривых Соломона) в некоторых областях скоростей наблюдается снижение усилий резания. Оно сопровождается перераспределением температур: нагреву подвергается только стружка, а обрабатываемая заготовка и инструмент остаются «холодными».
Изменение распределения тепла положительно сказалось на качестве обрабатываемой детали. Снизилось количество прижогов на поверхности, увеличилась стойкость режущей кромки фрез. Кроме того, появилась возможность обрабатывать детали без применения СОЖ: достаточно удалять стружку воздухом из зоны резания.
К организации ВСО сформулирован ряд технологических требований:
- высокая скорость вращения шпинделя;
- большие линейные подачи;
- малый шаг;
- малая глубина врезания;
- минимально возможная толщина стружки.
Как это выглядит на практике? Любая CAM-система, в которой есть алгоритм расчета машинного времени, покажет, что высокоскоростная обработка проходит в 1,5 – 3 раза быстрее обычной. При этом количество проходов и снимаемых слоев возрастает в несколько раз.
Однако основные преимущества ВСО заключаются не в сокращении машинного времени, а в повышении качества поверхности и в возможности обработки материалов с высокой твердостью, например, закаленных сталей.
Заключение
Станки, изготовляющие самые различные детали, выполняют обработку заготовок согласно своему назначению и программному обеспечению. Качественная разработка управляющей программы, надежные крепления, отличный наточенный инструмент – вот залог успеха в выполнении данных технологических операций. Оператор станка с ЧПУ должен хорошо разбираться в оснастке и знать возможности оборудования разного типа, чтобы подобрать то, которые оптимально подходит в данном случае.
