Особенности проектирования изготовления деталей на станках с ЧПУ.
Особенности проектирования изготовления деталей на станках с ЧПУ.
ЭТАПЫ ПОДГОТОВКИ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ
Подготовка управляющей программы складывается из следующих этапов:
1. Корректировка чертежа изготавливаемой детали:
· перевод размеров в плоскости обработки:
· выбор технологической базы;
· замена сложных траекторий прямыми линиями и дугами окружности.
2. Выбор технологических операций и переходов обработки.
3. Выбор режущего инструмента.
4. Расчет режимов резания:
· определение скорости резания;
· определение частоты вращения силового привода;
· определение скорости подачи режущего инструмента.
5. Определение координат опорных точек контура детали.
1. Построение эквидистанты и нахождение координат опорных точек эквиднстанты. Ввод исходной точки режущего инструмента.
2. Построение схемы наладки, в которой в графической форме указывается взаимное расположение узлов станка, изготавливаемой детали и режущего инструмента перед началом обработки.
3. Составление карты подготовки информации, в которую сводится геометрическая (координаты опорных точек и расстояния между ними) и технологическая (режимы резания) информация.
4. Составление управляющей программы
Требование к заготовкам
Заготовки для обработки на станках с ЧПУ должны иметь минимальные и равномерные припуски, обеспечивающие получение заданной точности и шероховатости поверхностей. Точность заготовок должна быть выше, чем для станков с ручным управлением, в противном случае при обработке в автоматическом режиме большое рассеивание размеров заготовок обуславливает снижение точности готовых деталей. Этим требованиям хорошо отвечают заготовки из проката.
Представленные эскизы деталей (Приложение А) имеют однородные по конструктивно – технологическому принципу группы поверхностей, их максимальные диаметры не превышают диаметра отверстия в шпинделе станка 55 мм. Следовательно, в качестве заготовок можно применить прокат. Прокат зажимается в трех кулачковом патроне и может быть использован для изготовления нескольких штук деталей.
В таблице 2.3.1 проведен сортамент круглого горячекатаного проката, изготовленного из стали 45, здесь же указана точность его изготовления.
Механические свойства стали 45: δвр =61 МПа, НВ – 241.
Таблица 3.1 Сортамент круглого горячекатаного проката.
| Диаметр проката в мм | |||||||||||
| Точность в мм | +0,4, -0,5 | +0,4, -0,7 | |||||||||
| Диаметр проката в мм | |||||||||||
| Точность в мм | +0,4, -0,7 | +0,5,-1,0 |
Назначение режимов резания
Элементы режима резания назначаются в следующем порядке:
Глубина резания – подача – скорость резания.
При черновой обработке основных форм поверхностей режимы резания следует назначать исходя из полного использования возможностей станка и инструментов, так как от черновых проходов в основном зависит производительность обработки.
Выбор глубины резания
При черновой обработке основных поверхностей заготовок из проката инструмент перемещается по траекториям вдоль оси детали с постоянной по возможности глубиной резания. Таким образом, глубина резания каждого чернового прохода определяется общим припуском на обработку, деленном на число проходов. Значение глубины резания для черновых проходов принимается по возможности максимальной.
При чистовой обработке глубина резания выбирается в зависимости от требуемой степени точности готового изделия и параметров шероховатости обработанной поверхности. Для заготовок из стали 45 при обработке цилиндрических, конических и криволинейных поверхностей с шероховатостью Rz = 20 мкм, припуск составляет 0.25 – 0.4 мм.
Подачу для черновых проходов назначают исходя из жесткости заготовки и резца, прочности державки и режущих пластинок резцов, прочности механизма подачи, допустимого крутящего момента и мощности главного привода станка. Подачи можно выбирать по нормативам для автоматизированного оборудования.
При обработке стали подача, выбранная с учетом выше перечисленных ограничений, должна также удовлетворять требованию формирования стружки, хорошо удаляющейся из зоны обработки.
Подачу для чистовой обработки основных форм поверхностей назначают исходя из требований шероховатости и точности этих поверхностей.
Скорость резания рассчитываются по формулам теории резания металлов. Из-за высокой стоимости станков – минуты работы станка с ЧПУ, стойкость инструментов, особенно с механическим креплением неперетачиваемых пластинок, может быть сокращена примерно в два раза. Что соответствует увеличению скорости резания на 20 – 25%.
При черновой обработке торцов для поддержания постоянства скорости резания следует изменять частоту вращения шпинделя, если скорость резания отклоняется от выбранного значения более чем на 20%.
Методика выбора режимов резания приведена в следующих источниках:
1. Сменные пластины и инструмент САНДВИК-МКТС
2. Справочник технолога-машиностроителя. Т.1
Справочник технолога-машиностроителя. Т.2
Системы координат
В процессе подготовки УП для станков с ЧПУ деталь рассматривается в системе станок – приспособление – инструмент - деталь. Заготовка устанавливается на станке с помощью приспособления, которое фиксирует положение будущей детали относительно начального положения рабочих органов станка.
Траектория инструмента строится относительно контура детали, а затем преобразуется в движение соответствующих рабочих органов станка. В этой связи, большое значение имеют правильный выбор и взаимная увязка систем координат станка, детали и инструмента.
Система координат станка
Система координат станка является главной расчетной системой, в которой определяются предельные перемещения, начальные и текущие положения рабочих органов станка (рис. 4.1.).
Положение рабочих органов станка характеризуют их базовые точки, выбираемые с учетом конструктивных особенностей отдельных управляемых по программе узлов станка. Так, базовыми точками токарного станка служат:
а) для шпиндельного узла – точка пересечения торца шпинделя с осью его вращения Ос (рис. 4.1.);
б) для суппорта – точка пересечения оси вращения автоматической поворотной резцовой головки (АПРГ) и торца инструментального диска Осу , или точка Ои расположенная в пазе инструментального диска, предназначенном для базирования резцовой вставки (рис. 4.2).
Систему координат станка, выбранную в соответствии с рекомендациями комитета ИСО, принято называть стандартной. Стандартная система координат (ГОСТ 23597-79) представляет собой правую прямоугольную декартову систему координат.
Начало стандартной системы координат станка обычно совмещается с базовой точкой рабочего органа, несущего заготовку. Таким образом, за начало системы координат токарного станка принимают базовую точку шпиндельного узла Ос. (рис.4.1.) В этой точке расположена двух координатная система Хс, Zс. Перемещение по оси У на данном станке отсутствует.
Оси системы координат токарного станка указывают на положительные движения инструмента относительно детали. За положительные приняты направления, при которых инструмент удаляется от детали.В соответствии с этим ось Х принимает положительное направление в сторону увеличения диаметра детали. Кроме этого при назначении положительных направлений осей применяют правило, согласно которому ориентация осей стандартной системы координат станка связывается с направлением движения при сверлении. Направление вывода сверла из заготовки принято в качестве положительного для оси Z.
Начало системы координат суппорта расположено в базовой точке Осу. Направление осей координат суппорта совпадает с направлением осей координат станка.
В некоторых случаях бывает удобным расположить базовую точку Осу в точке Ои инструментального диска.
Программирование и наладка станка для работы по управляющей программе осуществляется с использованием характерных точек. В ГОСТ 20523 – 80 эти точки названы нулевой, исходной и фиксированной.
За нулевую точку станка принято начало системы его координат (точка Ос). В управляющей программе относительно нулевой точки задаются абсолютные размеры перемещений рабочих органов станка. В ряде случаев для удобства составления программ и настройки станка начало отсчета станка может быть смещено в другие точки по заданным координатам в пределах рабочих ходов подвижных органов. Такое начало отсчета называется плавающим нулем.
Исходная точка определяется относительно нулевой, с нее начинается работа по управляющей программе. Выбирают исходные точки из условия сокращения вспомогательных ходов и беспрепятственных установочных перемещений.
Фиксированная точка Ф станка определяется относительно нулевой и служит для нахождения положения его рабочего органа. Совмещение базовых точек рабочих органов с фиксированными точками станка производится с помощью датчиков положения.
При программировании обработки используют два способа отсчета координат: абсолютный и относительный (в приращениях).
При абсолютном способе отсчета положение начала координат остается неизменным. При этом система отрабатывает перемещения от одной и той же точки (начала координат). Здесь отсутствует накопление ошибок позиционирования (рис. 4.3).
Рис. 4.3. Абсолютная система координат
В системах с относительным способом отсчета за нулевое каждый раз принимается положение рабочего органа, которое он занимает перед началом перемещения к очередной точке траектории (рис. 4.4).
|
|
Рис. 4.4 Относительная система координат
В этом случае в программе записывают приращение координат от точки к точке. Точность положения рабочего органа в данном случае зависит от точности отработки координат всех предыдущих опорных точек траектории.
Система координат детали
Система координат детали служит для пересчета размеров, заданных на чертеже детали, в координаты опорных точек ее контура. В этой же системе координат производится расчет опорных точек траектории инструмента. Опорными точками, называются точки начала, конца, пересечения или касания геометрических элементов, из которых образованы линии контура детали, а также точки пересечения оси с торцовыми поверхностями (рис. 4.5).
Рис. 4.5 Опорные точки детали
При составлении программы какая-то опорная точка контура детали обязательно принимается за «0» детали.
Точки 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 – опорные точки.
В качестве системы координат для валов преимущественно принимается правая прямоугольная система. Начало такой системы располагается в точке пересечения оси вала с торцовой поверхностью. Направление осей координат вала должно совпадать с направлением осей координат станка. Координатами точки в ней являются расстояния Х, Z от точки до начала координат. Следует принять во внимание, что часто для упрощения подготовки управляющих программ, предусматривают задание размеров по оси Х значениями диаметров, а не радиусов.
При определении координат опорных точек тел вращения учитывают ориентацию детали на станке относительно заданного ее расположения на чертеже. Если предусматривается несколько установок, то таблицы координат опорных точек составляются для каждой установки. Нулевой точкой детали («0» детали) называется точка начала координат, связанных с деталью.
G И M коды
Программирование обработки на современных станках с ЧПУ осуществляется на языке, который обычно называют языком ИСО (ISO) 7 бит или языком G и М кодов. Коды с адресом G, называемые подготовительными,определяют настройку СЧПУ на определенный вид работы Коды с адресом М называются вспомогательнымии предназначены для управления режимами работы станка.
Например, если программист хочет, чтобы инструмент перемещался по прямой линии, он использует G01. А если необходимо произвести смену инструмента, то в программе обработки он указывает М06.
Для управления многочисленными функциями станка с ЧПУ применяется довольно большое число различных кодов. Тем не менее, изучив набор основных G и М кодов, вы легко сможете создать управляющую программу:
Таблица 5.1. Основные G, M коды
| Код (функция) | Назначение и пример кадра с кодом |
| Осевое перемещение | |
| G00 | Ускоренный ход - перемещение на очень высокой скорости в указанную точку. Функция активна до тех пор, пока не будет отменена вводом другой G-фунции. Синтаксис: G00X_Z_ (перемещение одновременно по двум осям, см. рис. а); G00X_ (перемещение только по оси Х). G00Z_ (перемещение только по оси Z). Пример: G00X10.Z25. |
| G01 | Линейная интерполяция - перемещение по прямой линии на указанной скорости подачи. Функция активна до тех пор, пока не будет отменена вводом другой G-фунции. Синтаксис: G01X_Z_F_ (перемещение одновременно по двум осям, причем параметр величины подачи F не является обязательным; если он не указан, то действует предыдущее заданное значение подачи); G01X_ (перемещение только по оси Х). G01Z_(перемещение только по оси Z). Пример: G01Х10.Y20.F100 |
| G02 | Круговая интерполяция - перемещение по дуге по часовой стрелке на указанной скорости подачи. Функция активна до тех пор, пока не будет отменена вводом другой G-фунции. Синтаксис: G02X_Z_I_K_F_ (параметр величины подачи F не является обязательным; если он не указан, то действует предыдущее заданное значение подачи); ГдеX и Z – координаты конечной точки дуги в абсолютных или относительных величинах. I и K – координаты центра дуги относительно начальной точки дуги по осям Х и Z соответственно. Пример: G02X15Z-150I-46K-6F100 |
| G03 | Круговая интерполяция - перемещение по дуге против часовой стрелки на указанной скорости подачи. Функция активна до тех пор, пока не будет отменена вводом другой G-фунции. Синтаксис: G03X_Z_I_K_F_ (параметр величины подачи F не является обязательным; если он не указан, то действует предыдущее заданное значение подачи); ГдеX и Z – координаты конечной точки дуги в абсолютных или относительных величинах. I и K – координаты центра дуги относительно начальной точки дуги по осям Х и Z соответственно. Пример: G03X15Z-150I-46K-6F100 |
| Настройка | |
| G90 | Абсолютное позиционирование - все координаты отсчитываются от постоянной нулевой точки G90 G00X10.Y20. |
| G91 | Относительное позиционирование - все координаты отсчитываются от предыдущей позиции G91 G00X10.Y20. |
| G98 | Задает режим минутной подачи (мм/мин) |
| G99 | Задает режим оборотной подачи (мм/об) |
| Вспомогательные коды (функции) | |
| F | Задание рабочей подачи в мм/мин (по G98) или в мм/об (по G99) |
| S | Задание скорости вращения шпинделя в об/мин |
| D | Задание номера корректора инструмента |
| М00 | Запрограммированный останов - выполнение программы временно прекращается |
| М01 | Запрограммированный останов по выбору -выполнение программы временно прекращается, если активирован режим останова по выбору |
| М03 | Прямое вращение шпинделя - шпиндель вращается по часовой стрелке |
| М04 | Обратное вращение шпинделя - шпиндель вращается против часовой стрелки |
| М05 | Останов шпинделя |
| Т | Задание номера инструмента (при наличии поворотной резцовой головки) |
| М06 | Автоматическая смена инструмента Т02 М06 D1 |
| М08 | Включение подачи охлаждающей жидкости |
| М09 | Выключение подачи охлаждающей жидкости |
| M02 | Конец программы |
| // | Комментарий |
Назначение управляющих программ (УП) - задание исходных данных и их последовательности выполнения для осуществления управления работой станка в автоматическом режиме.
Управляющая программа оперирует двумя видами информации:
1. геометрической (координаты опорных точек траектории, величины перемещения режущего инструмента, координаты исходной точки движения режущего инструмента и т.д.).
2. технологической (частота вращения силового привода, скорость подачи режущего инструмента, вид режущего инструмента и т.д.).
Отдельные участкиконтура изготавливаемой детали могут иметь различный характер траектории, обрабатываться при различной скорости подачи режущего инструмента, частоте вращения силового привода, виде режущего инструмента, которым обрабатывается этот участок. Поэтому, вся управляющая программа состоит из отдельных блоков, которые носят название кадров, в каждом изкоторых задается исходная информация для обработки одного участкадетали.
Схематично любую управляющую программу можно представить в виде следующих областей:
Строкой безопасностиназывается кадр, содержащий G коды, которые переводят СЧПУ в определенный стандартный режим, отменяют ненужные функции и обеспечивают безопасную работу с управляющей программой или вводят СЧПУ в некоторый стандартный режим.
Пример строки безопасности: G40G90G99
Код G40отменяет автоматическую коррекцию на радиус инструмента (будет рассмотрена в следующей лабораторной работе). Коррекция на радиус инструмента предназначена для автоматического смещения инструмента от запрограммированной траектории. Коррекция может быть активна, если вы в конце предыдущей программы забыли се отменить (выключить). Результатом этого может стать неправильная траектория перемещения инструмента и, как следствие, испорченная деталь.
Код G90активизирует работу с абсолютными координатами. Хотя большинство программ обработки создается в абсолютных координатах, возможны случаи, когда требуется выполнять перемещения инструмента в относительных координатах (G91).
Код G99 определяет оборотную подачу.
Пример программы:
Материал детали: Сталь 45
Выбор заготовки – горячекатаный прокат 
Инструмент и реж. резания:
Рисунок 5.2. Эскиз детали
По эскизу детали создаем схему движения инструмента с учетом количества проходов и переходов (смотри рисунок 5.3)
Рис.5.3. Опорные точки движения инструмента.
Таблица 3. Расчет перемещений
| № точки | переход | Δ Х | Х | Z | ΔZ | Прим. |
| Резец проходной с квадратной пластиной из твердого сплава | ||||||
| ноль | ||||||
| быстр.подход Х | -7,25 | 12,75 | ||||
| точение | -45 | -50 | Припуск 0,9-1,45 | |||
| быстр.отход Х | 1,25 | |||||
| быстр.отход Z | ||||||
| быстр.подход Х | -3,75 | 10,25 | ||||
| точение | -26 | -31 | Припуск 2,5 | |||
| отход Х | 2,75 | |||||
| быстр.отход Z | ||||||
| быстр.подход Х | -5,25 | 7,75 | ||||
| точение | -26 | -31 | Припуск 2,5 | |||
| отход Х | 1,25 | |||||
| отход Z | -24,4 | 1,6 | ||||
| подход Х | -1,25 | 7,75 | ||||
| точение | -0,5 | 7,25 | -26 | -1,6 | ||
| отход Х | 10,25 | |||||
| быстр.отход Z | ||||||
| быстр.подход Х | -3,5 | 6,75 | ||||
| подход Z | -5 | |||||
| точение | 9,75 | -3 | -3 | фаска | ||
| отход Z | ||||||
| подход Х | -2,5 | 7,25 | ||||
| точение | -15 | -15 | Припуск 0,5 | |||
| точение | 9,25 | -17 | -2 | фаска | ||
| быстр.ноль | 10,75 | |||||
| Контрольная сумма | ||||||
| Отрезной резец | ||||||
| ноль | ||||||
| быстр.подход | -6 | -39 | -44 | |||
| отрезание | -16 | -2 | ||||
| быстр.ноль | ||||||
| Контрольная сумма |
// Программа
N000 G26 M020
// включение охлаждения
N001 M08
// назначение линейной интерполяции и включение вращения
//шпинделя против часовой стрелки
N002 G01M04
N003 X-00410L13F10150
N004 Z-00808L23F10050
N005 G40X+00110L13
N006 X-00060L14
N007 Z-01492F10050
N008 G40X+00160L14
N009 G40Z+02300L23F10200
N010 X-00500
N011 Z-00548F10050
N012 X+00200
N013 Z+00548F10200
N014 X-00540
N015 Z-00548F10050
N016 X+00140
N017 Z+00548F10200
N018 X-00460L12
N019 Z-00548L22F10050
N020 G40X+00060L12
N021 G40Z+00032L22
N022 X-00060
N023 X-00120Z-00032
N024 X+01180
N025 Z+00548F10200
N026 X-01210
N027 X-00100F10050
N028 Z-00029
N029 X+00200Z-00020
N030 X+00110Z+00029
N031 X-00160L11
N032 Z-00308L21
N033 X+00200Z-00020
N034 G40X+01260Z-00348L31
N035M002
Приложение 1
Эскизы деталей для выполнения заданий по составлению управляющей программы
Деталь 1
Деталь 2
Деталь 3
Деталь 4
Деталь 5
Деталь 6
Деталь 7
Деталь 8
Деталь 9
Деталь 10
Деталь 11
Деталь12
Деталь 13
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Таблица 2.3.1 Сортамент круглого горячекатаного проката
| Диаметр проката в мм | 32 | 33 | |||||||||
| Точность в мм | +0,4, -0,5 | +0,4, -0,7 | ||||||||
| Диаметр проката в мм | 56 60 | |||||||||
| Точность в мм | +0,4, -0,7 | +0,5,-1,0 |
Особенности проектирования изготовления деталей на станках с ЧПУ.
ЭТАПЫ ПОДГОТОВКИ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ
Подготовка управляющей программы складывается из следующих этапов:
1. Корректировка чертежа изготавливаемой детали:
· перевод размеров в плоскости обработки:
· выбор технологической базы;
· замена сложных траекторий прямыми линиями и дугами окружности.
2. Выбор технологических операций и переходов обработки.
3. Выбор режущего инструмента.
4. Расчет режимов резания:
· определение скорости резания;
· определение частоты вращения силового привода;
· определение скорости подачи режущего инструмента.
5. Определение координат опорных точек контура детали.
1. Построение эквидистанты и нахождение координат опорных точек эквиднстанты. Ввод исходной точки режущего инструмента.
2. Построение схемы наладки, в которой в графической форме указывается взаимное расположение узлов станка, изготавливаемой детали и режущего инструмента перед началом обработки.
3. Составление карты подготовки информации, в которую сводится геометрическая (координаты опорных точек и расстояния между ними) и технологическая (режимы резания) информация.
4. Составление управляющей программы