Современный режущий инструмент

Выбор режущего инструмента производится с учётом требований передовой технологии обработки деталей, принципов концентрации операций и повышения производительности труда.

Для нового технологического процесса выбран режущий инструмент компании Sandvik Coromant. Sandvik Coromant занимает лидирующее положение в мире среди производителей инструмента для точения, фрезерования и сверления. Sandvik Coromant предлагает обширную программу токарного инструмента для наружной и внутренней обработки [4].

При обработке деталь «Корпус» был использован следующий инструмент: фрезы торцевые, свёрла центровочные и спиральные различных диаметров; развёртки; расточные оправки; зенковки; метчики.

Для оснащения станка 400V применяют фрезы быстрорежущие и твёрдосплавные, цельные и насадные, короткие и удлинённые. На рисунке 2.6 представлена торцевая фреза СoroMill 245, используемая для фрезерования плоскостей детали «Корпус».

Рисунок 2.6 – Фреза торцевая

Для получения отверстий диаметром до 10 миллиметров применяются твердосплавные сверла марки CoroDrill Delta-C R-840, которые представлены на рисунке 2.7.

Рисунок 2.7 – Сверло спиральное

Развёртки являются качественным инструментом, они изготовляются в соответствии с требованием стандарта DIN 1420. На точность отверстия влияет не только точность развёртки, но и множество других факторов, среди которых углы режущей кромки и наклона канавки, сила зажима инструмента и другие.

Для данного оборудования рекомендуется применять цельные развертки (рисунок 2.8) с цилиндрическим хвостовиком.

Рисунок 2.8 –развёртки с цилиндрическим хвостовиком

Зенковка - режущий инструмент, предназначенный для зенкования. Зенковки при обработке детали «Корпус» предназначены для снятия фасок. Режущую часть зенковок изготовляют из быстрорежущей стали; зенковки с коническими хвостовиками делают сварными, хвостовики — из углеродистой конструкционной стали. На рисунке 2.9 представлены зенковки.

Рисунок 2.9 – Зенковки

Для обработки внутреннего контура детали применяются расточные оправки фирмы Sandvik Coromant, в частности для обработки отверстий и торцев используюется расточной инструмент CoroBore 820с тремя пластинами. CoroBore 820 обеспечивает высокопроизводительную обработку и позволяет получать высокое качество обработанной поверхности. Инструмент универсален и имеет диапазон диаметров, позволяющих настроиться на нужный размер.

Расточная оправка представлена на рисунке 2.10

Рисунок 2.10 – Расточной инструмент CoroBore 820

Для обработки отверстий меньшего диаметра используются расточные оправки Coromant Capto, представленниые на рисунке 2.11

Рисунок 2.11 – Расточная оправка Coromant Capto

Для станков с ЧПУ рекомендовано применять машинные метчики. Они имеют следующие особенности:

- метчики диаметром до 16 мм изготовляются цельными;

- регламентирован параметр шероховатости центровых отверстий и предусмотрено

наличие предохранительной фаски;

- ужесточены требования в отношении биения режущих кромок и резьбовых элементов;

- внутренний диаметр метчиков ограничен нижним и верхним отклонениями.

В станке применяется инструмент, изображённые на рисунке 2.12

Рисунок 2.12 – Машинные метчики

2.6 Автоматизация подготовки программ для оборудования с ЧПУ

2.6.1 Назначение систем автоматизированного проектирования изделий (CAM системы)

CAM (англ. Computer-aided manufacturing) - подготовка технологического процесса производства изделий, ориентированная на использование ЭВМ. Под термином понимаются как сам процесс компьютеризированной подготовки производства, так и программно-вычислительные комплексы, используемые инженерами-технологами.

Русским аналогом термина является АСТПП — автоматизированная система технологической подготовки производства. Фактически же технологическая подготовка сводится к автоматизации программирования оборудования с числовым программным управлением (2- осевые лазерные станки), (3- и 5-осевые фрезерные станки с ЧПУ; токарные станки, обрабатывающие центры; автоматы продольного точения и токарно-фрезерной обработки; ювелирная и объёмная гравировка).

CAM системы имеют очень широкое распространение. Примером таких систем могут быть NX CAM, SprutCAM, ADEM.

NX CAM — система автоматизированной разработки управляющих программ для станков с ЧПУ (числовым программным управлением) от компании Siemens PLM Software.

В зависимости от сложности детали применяется токарная обработка, фрезерная обработка на станках с тремя-пятью управляемыми осями, токарно-фрезерная,электроэрозионная обработка проволокой. Система обладает всеми возможностями для формирования траекторий инструмента для соответствующих типов обработки.

Кроме того, система имеет широкий набор встроенных средств автоматизации — от мастеров и шаблонов до возможностей программирования обработки типовых конструктивных элементов.

Генератор программ ЧПУ включает в себя стратегии обработки, предназначенные для создания программ с минимальным участием инженера.

Концепция мастер-модели является базой, на которой строится распределение данных между модулем проектирования и остальными модулями NX, в том числе и модулями CAM. Ассоциативная связь между исходной параметрической моделью и сформированной траекторией инструмента делает процесс обновления траектории быстрым и лёгким.

Для того чтобы программу можно было запустить на определённом станке, необходимо её преобразовать в машинные коды данного станка. Это делается с помощью постпроцессора. В системе NX существует специальный модуль для настройки постпроцессора для любых управляющих стоек и станков с ЧПУ. Основные настройки выполняются без использования программирования, однако возможно подключение специальных процедур на языке Tcl, что открывает широкие возможности по внесению в постпроцессор любых необходимых уникальных изменений.

NX CAM включает следующие элементы:

- токарная обработка;

- 3-х координатное фрезерование;

- высокоскоростное фрезерование;

- 5-координатное фрезерование;

- программирование многофункциональных станков;

- электроэрозионная обработка;

- визуализация процесса обработки;

- автоматизация программирования;

- пополняемая библиотека постпроцессоров;

- управление данными, связанными с обработкой;

- разработка технологических процессов;

- создание цеховой документации;

- управление ресурсами;

- средства обмена данными;

- средства моделирования в среде CAM.

Интерфейс программы NX CAM представлен на рисунке 2.13

Рисунок 2.13 – Интерфейс программы NX CAM

NX CAM обеспечивает колоссальную гибкость методов обработки и широчайшие возможности программирования для станков с ЧПУ. Система получила широкое распространение на промышленных предприятиях во всем мире [5].

Другим примером САМ систем является SprutCAM.

SprutCAM — программное обеспечение для разработки управляющих программ для оборудования с ЧПУ. Система поддерживает разработку УП для многокоординатного, электроэрозионного и токарно-фрезерного оборудования с учетом полной кинематической 3D-модели всех узлов в том числе.

Программа позволяет создавать 3D-схемы станков и всех его узлов и производить предварительную виртуальную обработку с контролем кинематики и 100 % достоверностью, что позволяет наглядно программировать сложное многкоординатное оборудование. Сейчас для свободного использования доступны более 45 схем различных типов станков.

SprutCAM используется в металло-, дерево-, обрабатывающей промышленности; для электроэрозионной, фрезерной, токарной, токарно-фрезерной, лазерной, плазменной и газовой обработке; при производстве оригинальных изделий, штампов, пресс-форм, прототипов изделий, деталей машин, шаблонов, а также гравировки надписей и изображений.

Характеристики системы:

- широкий набор операций 2, 2.5, 3 и 5 координатной обработки;

- операции электроэрозионной, токарной, фрезерной и токарно-фрезерной обработки;

- минимальная трудоемкость разработки УП;

- оптимальные траектории инструмента;

- совместимость и интеграция с современными CAD системами (SolidWorks ™, КОМПАС ™, SolidEdge ™, Rhinoceros ™, Autodesk AutoCAD ™, Alibrе Design ™, Cobalt ™);

- встроенный генератор постпроцессоров, позволяющий произвести настройку на любую систему ЧПУ;

- расчет траектории практически с любой точностью;

- автоматический контроль оправки инструмента;

- дружественный интерфейс;

- обширная библиотека готовых постпроцессоров;

- реалистичная симуляция процесса обработки;

- легкость в использовании;

- получение результата сразу после установки системы;

- невысокие требования к конфигурации компьютера;

- обучение, сервис, документация, поддержка, «горячая линия»;

- бесплатное обновление в пределах версии;

- быстрая окупаемость капиталовложений;

- независимо от типа вашего производства и отрасли, SprutCAM обеспечивает целый ряд автоматических функций, позволяющих быстро и эффективно использовать современную технологию разработки УП.

Рассмотрим SprutCAM на примере токарной обработки. Система содержит полный набор стратегий для токарной обработки деталей любой сложности. Для этого используются операции чернового и чистового радиального и торцевого точения и растачивания, операции нарезания канавок, обработка осевых отверстий и всех видов резьбонарезания. Программа поддерживает все известные циклы токарной обработки. Все траектории строятся с автоматическим учетом остаточного материала. Режимы резания устанавливаются автоматически из библиотеки

инструмента. Система обеспечивает возможность программного управления любыми органами станка: люнет, задняя бабка, зажим заготовки, уловитель деталей и прочее [6].

Интерфейс программы представлен на рисунке 2.14

Рисунок 2.14 – Интерфейс программы SprutCAM

Следующим примером САМ систем является ADEM.

ADEM – интегрированная CAD/CAM-система, ориентированная на сквозной процесс проектирования и подготовки производства и предназначенная для автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства.

Система условно разделена на три основных модуля: ADEM CAD (конструкторская часть), ADEM CAM (технологическая часть – подготовка управляющих программ) и ADEM TDM (подготовка полных комплектов конструкторской и технологической документации.)

Модуль ADEM CAD является частью интегрированной системы, созданной как инструмент конструктора-проектанта, работающего с нечеткой геометрией, когда конечный вид изделия формируется непосредственно в ходе работы над проектом. Этим определяются характерные особенности идеологии проектирования и создания конструкторской документации, заложенные в систему. Работа в ADEM основывается на создании интеллектуальных комплексных элементов, обладающих рядом параметрически управляемых свойств.

Система объединяет в едином конструкторском пространстве все известные методы геометрического проектирования:

- плоское двумерное проектирование;

- черчение и оформление конструкторской документации;

- твердотельное пространственное моделирование;

- поверхностное моделирование;

- подготовка геометрической модели для механообработки, включая автоматический пересчет размеров на середину ширины поля допуска.

Плоское моделирование и черчение:

- возможность плоского моделирования с использованием как булевых операций, так и аппликативноси;

- развитие функции работы со слоями;

- корректная штриховка многосвязных областей с сохранением ассоциативности контура, штриховки и сопряжений;

- динамическая модификация модели с сохранением ее геометрической целостности;

- эвристическая параметризация модели с автоматическим распознованием технологических ограничений

- параметризация с явным заданием параметрической модели;

- редактирование сканированных чертежей, разработка векторной модели на базе сканированного изображения;

- импорт и экспорт плоской геометрической информации через DXF;

- создание параметрических библиотек фрагментов, обозначений, элементов, деталей и сборочных узлов;

- поддержка стандартов ЕСКД, ANCI.

Твердотельное и поверхностное моделирование:

- рабочий проект может одновременно содержать любое количество отдельных твердых тел и поверхностей. Все преобразования (перенос, поворот, масштабирование) выполняю одинаково для всех типов объектов с учетом абсолютной (мировой) и относительной (локальной для данной операции) систем координат;

- автоматическое построение пространственных моделей на основе рассчитанных сечений;

- использование плоских построений для формирования пространственных тел без дополнительных преобразований;

- использование в качестве основы пространственных построений как плоских контуров, так и ребер и граней созданных или импортированных тел и поверхностей;

- работа в произвольно ориентированных рабочих плоскостях;

- полноценное твердотельное моделирование с использованием как булевых, так и базовых операций;

- единые методы работы с твердыми телами, поверхностями и открытыми оболочками;

- осуществление взаимодействия между твердыми телами и поверхностями (например, обрезка твердого тела поверхностью или поверхности твердым телом);

- локальные операции редактирования (метод применим как к собственным, так и к импортированным моделям);

- построение сопряжений заданным радиусом (постоянным или переменным), а также фасок (равносторонних или разносторонних) на ребрах твердых тел и открытых оболочек;

- уникальные операции удаления отдельных граней тела в автоматическое достраивание его до замыкания ( в частности, это позволяет эффективно) редактировать модели, импортированные из других систем), построение сопряжения, имеющего сингулярную точку перехода с вогнутой поверхностью на выпуклую, и построения скругления на вершине тела;

- работа со сборками включает в себя функции по заданию взаимного расположения деталей, анализу пересечений и определению величин зазоров;

- автоматическая генерация чертежных видов на базе пространственной модели;

- получение вырезов, разрезов и сечений;

- импорт объемной геометрической информации через IGES;

- подготовка данных для быстрого прототипирования.

Модуль ADEM CAM является частью интегрированной системы и включает ряд подсистем, совместно функционирующих в едином технологическом пространстве:

- подготовка управляющих программ (УП) с использованием любых видов геометрических данных, плоских эскизов, чертежей, поверхностей, твердых тел и их комбинаций;

- полная ассоциативность геометрической и технологической моделей, автоматическое отслеживание в УП изменений, внесенных конструктором;

- динамическое моделирование процесса обработки с возможностью задания сложной заготовки (штамповка, литье) и сравнение результата обработки с математической моделью;

- генерация постпроцессоров для всех типов с ЧПУ, возможностью доработки и корректировки постпроцессоров;

- листопробивка с параметрами вибровысечки, контролем остаточного припуска, нахлеста, выхода перед и после;

- электроэррозия 2- и 4-координатная, коррекция подачи в углах и контроль величины недореза с последующей доработкой после перезахвата;

- токарная обработка по схемам: черновое, предварительное, смещенное, прорезка, контурное, черновая прорезка;

- Формирование переходов точить, расточить, отрезать, подрезать, нарезать резьбу (токарный);

-Задание токарных переходов с моделированием объемов удаляемого припуска для каждого перехода;

- создание собственной библиотеки токарных резцов с точным моделированием объемов удаляемого припуска для каждого перехода;

- создание собственной библиотеки токарных резцов с точным моделированием режущей кромки и заданием настроечной точки

Фрезерование 2-, 2,5-, 3- и 5-координатное

ADEM CAM может комплектоваться различными устройствами передачи УП на станки с ЧПУ.

Модуль ADEM TDM является частью интегрированной системы и предназначен для автоматического формирования комплектов конструкторской и технологической документацией в формате, определяемом пользователем.

- разработка и оформление конструкторской документации: технологических процессов, карт наладки, ведомости материалов, ведомости оснастки и т.д.;

- специализированный технологический язык, позволяющий реализовать любые прикладные алгоритмы: заполнение выходных форм, организация поиска в базе данных, расчет режимов резания, нормирование и т.д. Язык имеет как стандартные операторы (операторы присваивания, сравнения, организации циклов и др.) так и специализированные (операторы работы с базами данных, форматирования, загрузки эскизов и др.);

- выходные формы и карты любой конфигурации: в соответствии с ЕСКД, ЕСТД, стандартом предприятия и др. Подготовка карт осуществляется в модуле ADEM CAD;

- нормативно-справочная информация хранится в таблицах базы данных; структура таблиц не ограничивается ADEM TDM, поэтому можно использовать как вновь созданные таблицы базы данных, так уже и существующие на предприятии. Имеется возможность формировать SQL- запросы к базам данных, разработанных с помощью СУБД различного типа: FoxPro, MS Access, Paradox и др.;

- возможность обмена информацией с другими системами через текстовый файл.

Благодаря вышеперечисленным возможностям ADEM используется для массового оснащения машиностроительных предприятий на основных и подготовительных этапах проектирования и изготовления [7].