Обработка на токарных станках с ЧПУ

Особенности обработки. Токарные станки с ЧПУ имеют классификацию по расположению оси шпинделя (горизонтальные и вертикаль­ные), структуре инструментальной системы (с многопозиционным суппортом, револьверной головкой, инструментальными магазинами), по расположению направляющих (горизонтальные, вертикаль­ные и наклонные), а также по виду выполняемых работ (центровые, патрон­ные, патронно-центровые и карусельные).

Центровые станки с ЧПУ применяются для наружной обработки ва­лов, в том числе, для нарезания резьбы резцом с наибольшим диаметром обрабатываемой детали 250—380 миллиметров. Они составляют около 10% всей группы токарных станков с ЧПУ. Станки 1713ФЗ, 1719ФЗ и другие имеют горизонтальные направляющие, 1Б732ФЗ и другие имеют на­клонные направляющие. Патронные станки с ЧПУ используют для на­ружной и внутренней обработки таких деталей как втулка и фланец. Кроме обтачивания, растачивания и подрезания торца на станках можно также производить сверление, развертывание, зенкерование, цекование, нарезание резьбы метчиками в осевых отверстиях. Также возможно нарезание наружной и внутренней резьбы резцом. Стан­ки этой группы составляют примерно 40% в группе токарных станков с ЧПУ. К ним относятся станки горизонтальной компоновки с преде­лами наибольших диаметров обрабатываемых деталей от 160 до 1250 миллиметров (1П717ФЗ, 1П732ФЗ и другие); вертикальной компоновки с пределами наибольших диаметров 200—500 миллиметров (1723ФЭ, 1734ФЭ и другие); токарно-револьверные (1П430ФЗ и другие) с пределами наи­больших диаметров обрабатываемых деталей до 200—320 миллиметров; лоботокарные (РТ725ФЗ и другие); токарные многооперационные (1755Ф4 и другие). Патронно-центровые станки с ЧПУ (35% группы) облада­ют технологическими возможностями первых двух групп. Они предназначены для патронной и центровой обработки деталей с предела­ми наибольших диаметров 160—630 миллиметров. Наиболее распростране­ны станки 16К20ФЗ, 16КЗОФЗ, 1А616ФЗ. Для обра­ботки крупных деталей применяют карусельные станки с ЧПУ: одностоеч­ные 1512Ф2, 1516Ф2 и другие и двухстоечные 1525Ф2, 1Л532Ф2 и другие.

В случае серийного производства обрабатывают партию заготовок сначала с одной стороны, затем с другой. Это две отдельные и самостоятельные операции. Даже при единичном производстве каждая установка требует отдельной наладки и отдельной программы, поэтому в соот­ветствии с изложенными ранее условиями здесь предусмотрены две самостоятельные операции. При использовании первого варианта мень­ше операций, выше концентрация и эффективность об­работки, но применить этот вариант не всегда возможно. При черновой обработке снимают большой припуск, в это время происходит перераспределение внутренних напряжений, возможно ко­робление детали и повреждение ранее начисто обработанных поверх­ностей. Например, при зажиме обработанной стороны и черновой обработке другой стороны требуются большие силы зажима, из-за чего возможно повреждение кулачками патрона ранее обрабо­танной поверхности.

Технологические процессы токарной обработки различных деталей имеют много общего. Отдельные типовые элементы конструк­ции обрабатывают одинаковыми способами. Это дает возможность использовать при программировании стандартные программы, каж­дая из которых играет роль макрокоманды — содержит типовую последовательность движений, связанных с обработкой определен­ного конструктивного элемента. Стандартные программы сокраща­ют трудоемкость программирования, а также уменьшают число ошибок. В существующих системах программирования часто применяют стандартные автоматические циклы: черновой и чистовой обработ­ки, прорезки канавок, сверления, резьбонарезания и другие. Стандарт­ные циклы обычно имеют следующие элементы: по­ворот револьверной головки, тор­можение и медленный подвод инструмента, быстрый подвод инструмента,  обработку, отвод инструмента и быстрое возвращение его в исходное положение.

Токарную операцию обычно начинают с черновой обработки, которая содержит  несколько прямолинейных черновых проходов. Проходы выполняются вдоль оси детали, перпендикулярно к оси или под углом к ней. Первый проход предусматривает удаление с поверхности поковки или отливки окалины и исправление погреш­ностей формы детали. Последующие черновые проходы имеют, как правило, посто­янную глубину резания. Если припуск для последнего чернового прохода оказался небольшим, то следует несколько увеличить припуск предыду­щих черновых проходов или удалить оставшуюся часть при чистовой обработке. Таким образом, можно избежать выполнения лишнего прохода.

После каждого прохода отвод инструмента осущест­вляется одним из трех способов (см. рис).: а — перпендикулярно к оси детали; б — под углом к оси, в – параллельно профилю.

Профиль заготовки после черновой обработки не сов­падает с профилем готовой детали (меньшее число эле­ментов, более простая фор­ма элементов). На рисунке профиль детали выполнен по сложной табулированной кривой. При черновом про­ходе его точное воспроизве­дение не требуется. Соответ­ствующий участок чернового контура очерчен отрезком прямой и дугами окружно­стей. Если припуск невелик, черновая обработка может отсутствовать.

Если деталь имеет не­сколько ступеней, то припуск делят на зоны (перпендикулярно к оси де­тали). Сетка горизонталь­ных и вертикальных линий делит припуск на опреде­ленное число элементарных участков. Каждый участок можно обозначить двузнач­ной цифрой: первая — номер уровня, вторая — зоны. Возникает задача: в какой последователь­ности удалять участки, чтобы путь инструмента был минимальным.

      Рис.:  Профиль детали и заготовки после черновой обработки

Два первых варианта примерно равноценны и имеют меньшую длину траектории по сравнению с третьим. Но последний вариант позволяет более полно оптимизировать глубину резания; вторая зона имеет два участка с различной глубиной; при удалении верх­него участка резец будет загружен больше, а при удалении нижне­го — меньше; при обработке по зонам можно реализовать такой алгоритм программирования, чтобы припуск второй зоны делился пополам; зона сохранит два участка, но с одинаковой глубиной припуска.

Чистовая обработка также содержит стандартные циклы: обра­ботка наружной поверхности, внутренней поверхности и другие. Обра­ботка осуществляется контурным резцом. Скругления и фаски вы­полняются во время контурной обработки, обработка канавок вы­деляется в специальные циклы.

На токарных станках с ЧПУ можно нарезать крепежные и хо­довые резьбы. Крепежные метрические резьбы имеют угол при вер­шине 60°. К ходовым резьбам относят трапецеидальные, прямо­угольные, упорные, трубные и др. Различают также резьбы цилин­дрические и конические, наружные и внутренние, однозаходные и многозаходные. В конструкции детали может быть предусмотрена или не предусмотрена канавка для выхода резьбы.

Для нарезания используют резьбовые резцы или метчики и плашки. Технология нарезания зависит от вида инструмента.

Резец должен иметь профиль, соответствующий профилю резь­бы. Следует точно устанавливать резец относительно детали, ибо все неточности изготовления и установки инструмента будут сни­жать точность изготовления резьбы. Для нарезания резьбы обычно требуется несколько проходов. Стандартные циклы могут компоноваться различными способами. Врезание может осуществляться перпендикулярно к оси детали или параллельно профилю зуба. Пере­менную подачу выбирают так, чтобы обеспечить постоянную пло­щадь сечения среза. В конце цикла резьбонарезания программист может задать калибрующие проходы или остановку станка для руч­ного контроля параметров резьбы. В некоторых случаях калибру­ющие проходы выполняют отдельным чистовым резцом. Резец отводится параллельно профилю зуба резьбы, если есть канавка для выхода резьбы, или перпендикулярно к оси детали, когда канавки нет. При нарезании многозаходных резьб можно сначала нарезать один заход, затем перейти к следующему или сначала обработать все заходы, а затем изменить глубину резания. Стандартный цикл нарезания резьбы содержит переходы: выбор инструмента, быстрый подвод инструмента, врезание, выполнение одного прохода, отвод инструмента. Затем операции, начиная с врезания, повторяются до достижения заданной глубины резьбы. Кончается цикл быстрым отводом инструмента в исходное положение.

Резьба метчиками и плашками нарезается за один проход, но для каждого типоразмера резьбы требуется свой инструмент. Чтобы отнести инструмент после нарезания, нужно реверсировать враще­ние шпинделя. Если применить разжимные метчики или самооткрывающиеся резьбонарезные головки, то можно избежать реверса шпинделя и повысить производительность резьбонарезания. Стан­дартный цикл при нарезании резьбы метчиками и плашками со­держит переходы: выбор инструмента, быстрый подвод, нарезание резьбы, реверс шпинделя и вывод инструмента из детали, быстрый отвод инструмента в исходное положение. Обычно стандартный цикл резьбонарезания задастся одним оператором программы.

Канавки прорезают на цилиндрической, конической и торцевой поверхности детали с помощью канавочных и прорезных резцов. Для обработки канавок предусмотрены стандартные циклы, их про­граммирование осуществляют обычными методами.

На рисунке по­казаны стандартные циклы: а — прорезание узкой фасонной канав­ки фасонным канавочным резцом за один поперечный проход (про­филь резца должен соответствовать профилю канавки); б—прорезание канавки средних размеров канавочным резцом за несколько поперечных проходов; в — прорезание широкой канавки прорезным резцом за один или несколько поперечных проходов и проходным резцом за несколько продольных проходов.