Особенности построения технологических процессов обработки заготовок на станках с ЧПУ

Особенности построения технологических процессов обработки  заготовок на станках с ЧПУ.

1. Значение и область применения станков с ЧПУ.

Серийное и мелкосерийное  производства выпускают до 75-80 % общей  продукции машиностроения, характеризуются  большими затратами рабочего времени на выполнение вспомогательных операций.  70-80% затрат составляет вспомогательное время, 20-30 основное. Для сокращения затрат вспомогательного времени нужна автоматизация производственных процессов. Использование револьверных, агрегатных станков нецелесообразно из-за большой трудоемкости предварительной наладки станков. Главное направление автоматизации – применение станков с ЧПУ.

Под ЧПУ понимается управление обработкой заготовки на станке по управляющей программе, в которой  данные приведены в цифровой форме. Управляющая программа представляет собой совокупность команд на языке программирования, соответствующих заданному алгоритму функционирования станка по обработке конкретной детали.

Станки с ЧПУ представляют собой полуавтоматы или автоматы, все подвижные органы которых совершают рабочие и вспомогательные движения автоматически по заранее установленной программе, записанной на бумажной перфоленте или диске.

Эффективность применения станков с ЧПУ выражается:

• В повышении точности и однородности размеров и формы обрабатываемых заготовок;
• В повышении производительности обработки, связанной с уменьшение доли вспомогательного времени с 70-80% для обычных станков с ручным управлением до 40-50% (при использовании обрабатывающих центров до 20-30%) также с интенсификацией режимов резания. В среднем при переводе обработки на станки с ЧПУ производительность возрастает в 2-3 раза для токарных станков; в 3-4 раза для фрезерных; в 5-6 раз для обрабатывающих центров;
• В снижении себестоимости обработки, связанном с повышением производительности;
• В значительном снижении потребности в высококвалифицированных станочниках, связанном с упрощением изготовления сложных и точных деталей на настроенных и автоматически работающих станках с ЧПУ.

Применение станков с ЧПУ в промышленности развивается в 2-х направлениях:

1. Обработка очень сложных заготовок уникальных деталей, имеющих сложную конфигурацию и различные фасонные поверхности.
2. Обработка заготовок обычных машиностроительных деталей с точностью IT6 – IT8 и шероховатостью Rz=(3-10)мкм, оправдывается экономически для партий 15-25 штук и более.

Целесообразно создание по возможности крупных участков станков с ЧПУ, обслуживание которых  упрощается. Экономическая эффективность  повышается при 2-х и 3-хсменной работе и устранения простоев станков.

Отечественное  станкостроение быстро расширяет производство этого вида станков .

2. Технологические возможности станков с программным управлением. Системы программного управления и их возможности.

Станки с ПУ по конструкции  системы управления подразделяются на станки с цикловым и числовым управлением. Системы циклового программного управления позволяют запрограммировать последовательность и скорость перемещения подвижных органов станка. Такая программа задается путем определенного набора коммутирующих элементов (штекеров, переключателей) на панели управления или на штекерном барабане. Настройка станка с цикловым ПУ требует значительного времени. Поэтому эти станки используют при больших партиях заготовок.

Существенным отличием станка с ЧПУ является то, что вся программа его работы записывается на программоносители в виде комбинаций отверстий, выражающих цифры, буквы и другие символы. В состав такой программы входят и числовые значения перемещений подвижных органов, что составляет принципиальное отличие станка с ЧПУ от станка с цикловым ПУ.

Переналадка станка с  ЧПУ, включая смену программы  требует незначительного времени, поэтому эти станки наиболее пригодны для автоматизации серийного  и мелкосерийного производств. Станок с ЧПУ оборудуется устройством ЧПУ, т.е. электронным устройством со встроенной панелью управления, размещаемом в отдельном шкафу, который обычно монтируется рядом со станком.

Управляющая программа для обработки  заготовки на станке с ЧПУ записывается на программоносителе в виде отдельных блоков информации или кадров, разделенных отдельными знаками.

Исходной документацией для  разработки управляющей программы  является чертеж заготовки, технологическая  карта, а также расчетно-технологическая  карта или схема движения инструментов при обработке.

Системы ЧПУ по характеру управления движениями рабочих органов станка делятся на 2 группы: позиционные (координатные) и контурные (непрерывные).

Позиционное управление представляет собой числовое программное управление станком, при котором перемещение его рабочих органов в заданные точки, причем траектории перемещения не задаются. Такие системы применяются при расточных и сверлильных станках, где важно обеспечить высокую точность совмещения оси шпинделя с осью отверстия.

Контурное управление – это числовое программное управление станком, при котором перемещение его рабочих органов происходит по заданной траектории и с заданной скоростью для получения необходимого контура обработки. Такими системами оснащаются токарные и фрезерные станки, т.к. контурное управление расширяет их технологические возможности по сравнению с позиционными системами программного управления.

Кроме этих двух систем ЧПУ существуют системы с цифровой индикацией положения и с цифровой индикацией с ручным вводом данных. У первой на экране непрерывно указываются численные значения координат подвижных органов станка. У второй оборудуется пульт с панелью набора значений координат, на которые должны выйти подвижные органы станка после включения движения подачи. Системы ручного ввода и цифровой индикации в основном предназначены для сокращения времени на контроль размеров заготовок.

Введена специальная  индексация в обозначениях моделей  станков. После основного обозначения  модели станка ставится: индекс

«Ц» - для станков с цикловым управлением;

1 – для станков  с цифрой индикацией положения,  а также с ручным вводом  данных;

2 – для станков  с позиционной системой программного  управления;

3 – для станков  с контурными системами управления

Введены также индексы, отражающие конструктивные особенности станка, связанные с автоматической сменой инструментов:

Р – сменой инструмента  поворотом револьверной головки;

М – смена инструмена из магазина;

Эти индексы ставятся перед Ø2 и Ø3. Еще используются индексы Ø4 и Ø5 для станков особой группы – обрабатывающие центры – многоинструментальные станки с ЧПУ с автоматической сменой инструмента из инструментального магазина.

Ø4  - для ОЦ с позиционными системами управления, Ø5 – для  ОЦ с контурными системами управления.

Расположение и обозначение осей координат, отвечающие направлениям независимых управляемых движений в современных станках, принимают по стандарту ISO – R 841 Международной организации по стандартизации. В основу положено правая система координат с осями X, Y, Z, которые указывают положительные направлении движения инструментов относительно неподвижной заготовки.

В системе с ЧПУ  используются 2 способа отсчета: абсолютный и относительный (в приращениях).

При абсолютном – положение  начала координат остается фиксированном (постоянным) для всей программы обработки. Достоинства такого способа отсчета состоят в том, что станок каждый раз отрабатывает заданные координаты от одной и той же точки. И отсутствует процесс накопления ошибок обработки перемещений и достигается высокая точность позиционирования рабочих органов.

В системах с относительным  способом отсчета координат за нулевое  каждый раз принимается положение  исполнительного органа, которое  он занимал пред началом очередного перемещения к следующей опорной  точке. Первая опорная точка программы называется исходной точкой. Она выверяется при настройке станка и играет роль начала координат.

Такой способ отсчета  используется почти во всех современных  контурных системах ЧПУ. При этом наиболее рациональной является простановка  размеров цепочки. Ошибки в обработке отдельных перемещений могут накапливаться.

3. Технологическая подготовка обработки заготовок на станках с ЧПУ.

Технологическая подготовка производства предусматривает обеспечение  технологичности конструкции изделия, проектирование технологических процессов и средств технологического оснащения, расчет технически обоснованных материальных и трудовых нормативов, необходимого числа оборудования и производственных площадей, внедрение технологических процессов и управление ими в производстве, т.е. комплексы работ, дающих возможность приступить к изготовлению нового изделия в заданных объемах.

Организация и управление процессом технологической подготовки производства регламентируются стандартами  ЕСТПП.

Первый этап – предварительная  технологическая подготовка производства выполняется в техническом отделе завода.

Второй этап  технологической  подготовки производства выполняет  специально подготовленная группа специалистов. Этап разработки управляющих программ.

Третий этап – подготовка станка к работе и отладка готовой программы непосредственно на станке с ЧПУ. Подбирается и налаживается режущий инструмент, технологическая оснастка. Производится наладка станка.

4. Порядок разработки и правила оформления технологической документации.

Существуют следующие виды основных документов:

• Маршрутная карта, применяется совместно с картой эскизов или с конструкторским документом;
• Карта технологического процесса совместно с картой наладки инструмента и картой эскизов;
• Операционная карта применяется совместно с картой наладки инструмента и картой эскизов;
• Карта наладки инструмента, где указывается полный состав вспомогательного и режущего инструмента в технологической последовательности совместно с картой технологического процесса, операционной картой и картой эскизов;
• Карта эскизов, где помещаются графические иллюстрации к операционной карте, карте технологического процесса, маршрутной карте;
• Карта кодирования информации для кодирования информации при разработке управляющих программ к станкам с ЧПУ совместно с картой эскизой

При разработке технологического процесса, операций и управляющих  программ установлены правила оформления следующих документов ГОСТ 3.1404-86:

• Карта технологического процесса;
• Операционные карты;
• Карта кодирования информации;
• Карты заказов на разработку управляющей программы;
• Ведомости обрабатываемых деталей на станках с ЧПУ

5. Особенности достижения точности и выбора технологических баз на станках с ЧПУ.

Конструктивные особенности  станков с ЧПУ, специфика проектирования процессов и управляющих программ для них вносят по сравнению с оборудованием с ручным управлением дополнительные  погрешности. При обработке на станках с ЧПУ погрешности, связанные с упругими отжатиями ТС меньше, а погрешности настройки приспособлений инструментов больше, чем на станках с ручным управлением.