Введение к работе
Актуальность, опыт промышленной эксплуатации станков с ЧПУ показывает, что наибольший экономический эФФект может быть получен при обработке на них сложных деталей, имеющих иного точных поверхностей, в тон числе Фасонных. Тела вращения с коническими, сферическими поверхностями, а также с поверхностями, имеющими более сложную форму в продольном сечении широко используются в узлах и механизмах, выпускаемых на предприятиях машиностроительного комплекса и авиаиионо-космической промышленности.
При этом, операции, выполняемые на станках с ЧПУ. часто являются окончательными, то есть обработка должна обеспечить получение конечных, достаточно жестких требований чертежа по точности и шероховатости. Это особенно важно при обработке Фасонных поверхностей, так как отклонение Формы, полученное при обработке, оказывает влияние на работоспособность соединения (конического или сферического) в механизме или узле. Например, в топливозапорной аппаратуре важным для герметичности соединения является точность прилегания конуса вала и отверстия.
При обработке Фасонных поверхностей на станках с ЧПУ к нес-такионарности процесса, обусловленной исходной неравномерностью припуска из-за колебаний размеров заготовки добавляется влияние следующих Факторов:
1. Форма исходных заготовок (прокат) обычно не совпадает с Формой готовой детали, что характерно для серийного производства, где в основном и применяются станки с ЧПУ. При обработке таких заготовок широко применяются стандартные многоходовые аиклы с автоматическим разбиением на рабочие хода, что связанно с простотой программирования и значительным уменьшением длины управляющих программ. Предварительные рабочие хода для удаления напуска в этих циклах выполняются по схеме "прямоугольная петля" и только один или два завершающих рабочих хода эквидистакты конечному контуру. Это приводит к появлению ступенчатого припуска (каждая ступень треугольной Формы) перед заключительными рабочими ходами, что вызывает значительные колебания силы резания и обуславливает отклонение Формы в продольном сечении из-за копирования ступеней.
г. При движении вершины резыа вдоль криволинейной образующей обрабатываемой поверхности происходит постоянное изменение направления контурной подачи, чтс приводит к изменению активной длины режушей чромки. кинематических углов в плане и плошали сечения среза, то есть к изменению составляющих сил резания (их величины и направления).
Анализ показал, что на производстве, чтобы обеспечить заданное качество обработки, подготовку управлявшей программы производят в г этапа. На 1-й этапе в управляюшея программе задаются начальные ("стартовые") параметры многоходового цикла, исходя из рекомендаций по обеспечению прочности инструмента (для. черновой стадии) и шероховатости обрабатываемой поверхности (Для чистовой). На г-н этапе проводятся пробные обработки детали с многочисленными корректировками параметров многоходового цикла (изменяется уровень режимов для черновой обработки, вводятся дополнительные получистовые и чистовые рабочие хода), сравнение "стартовых" и внедренных в производство управляющих программ показало. что время выполнения (то есть производительность) различается в і.5...г раза, что свидетельствует о низкой эффективности проектной методики, применяемой на 1-м этапе.
Высокие требования к точности поверхностей и переходные процессы на чистовых рабочих ходах (из-за переменности глубины резания) обусловили необходимость разработки методов управления режимами резания на стадии проектирования управляющих программ для обработки Фасонных поверхностей, с учетом динамических свойств процесса точения и ориентированных на возможности современных устройств с ЧПУ.
Цель работы: Разработка методики проектирования многоходовых циклов с автоматический разделением на рабочие хода для токарных станков с чпу с учетом динамических свойств процесса точения для повышения точности и производительности токарной обработки.
основные задачи: 1. Разрабочать.аналитические силовые зависимости для контурной обработки деталей на токарных станках с чпу, учитывающие наличие радиуса при вершине резца и изменение направления контурной подачи при обработке фасонных поверхностей.
г. описать процесс контурного точения с помощью уравнений динамики и получить зависимость изненения силы резания от изменения параметров,срезаемого слоя с учетом инерционности технологической системы, разработать расчетно-аналитическую методику определения постоянной вренени процесса точения, как основной динамической характеристики токарной обработки.
3. Сформировать методику и алгоритм расчета параметров высокопроизводительных многоходовых циклов точения с автоматическим разделением на рабочие хода, обеспечивающих заданную точность и учитывающих динамические свойства процесса точения, для применения в системах автоматизированного проектирования технологических процессов.
-
Разработать измерительно-вычислительный стенд и выполнить на нем комплекс экспериментов по проверке адекватности нолелей.
-
Дополнить существующие обшеиашиностроительные нормативы режимов резания для станков с чпг методикой расчета параметров многоходовых циклов токарной обработки с автоматическим разделением на рабочие хола.и.необходимыми нормативными картами.
-
Внедрить разработанные методики на производственных предприятиях и в учебный процесс.
Методы исследования. Теоретические исследования проводились на базе научных основ технологии машиностроения, теории резания металлов, законов механики, аналитической геометрии и теории автоматического управления.
Достоверность результатов аналитических решений проверялась экспериментально на специально разработанном измерительно-вычислительном стенде, обеспечивающем автоматизированные комплексные экспериментальные исследования процесса точения. Обработка экспериментальных данных проводилась методами математической статистики, вычисления и математическое моделирование выполнялось на эвн ГВЦ PC.
Научная новизна. 1. На основе закона механики о равенстве активных и реактивных сил,, а также основных законов теории плас -тичности, разработаны аналитические силовые зависимости для контурной обработки деталей на токарных ст нках с ЧПУ. учитывавшие наличие радиуса при вершине резца и изменение направления контурной подачи при обработке Фасонных поверхностей.
г. Получена аналитическая зависимость изменения силы резания от изменения параметров срезаемого слоя с учетом инерционности технологической системы. Разработана расчетно-аналитическая нето-дика определения постоянной времени, как основной динамической характеристики процесса точения.
3. Исследовано влияние динамических характеристик процесса контурного точения на рєзультируюшую погрешность обработки, на этой основе сформирована метолика и алгоритм расчета параметров высокопроизводительных многоходовых циклов точения с автоматическим разделением на рабочие хола, обеспечивающих заданную точность и учитывающих динамические свойства пропесса точения, для о применения в системах автоматизированного проектирования технологических процессов.
Практическая ценность и промышленная реализация работы. впервые разработаны, прошли промышленную апробаии» на зо предприятиях и изданы в 1990 году "Обшеиашиностроительные норнативы вре-'
мени и режимов резания для нормирования работ, выполняемых на универсальных и многоцелевых станках с ЧПУ. Часть П. Нормативы режимов резания", В главе "Точение и растачивание" (вил обработки - точение продольное и подрезание торцов) приведены карты выбора подачи и поправочных коэффициентов на подачу, подученных при использовании разработанных аналитических зависимостей сил резания, в нормативах решена задача обеспечения расчетно-обоснованного минимального основного времени обработки в зависимости от точности заготовки и необходимой точности обработки только для деталей, обработка которых осуществляется последовательным снятием с заготовки слоев материала рабочими ходами, эквидистантными обрабатываемой поверхности.
Поэтому, используя полученные расчетные модели, описывающие взаимосвязь получаемой при токарной обработке на станке с чпу точности размеров И Формы деталей е режимами резания на каждой вталии многоголового аккдд точения и учитывающие динамические свойства процесса точения, разрабртанна методика расчета параметров многоходовых викдов и необходимые нормативные карты, которые дополняют изданные нормативы режимов резания и обеспечивают разработку управляющих програнн наибольшей производительности.
По заказу 13БНТ ГОСКОНТРУДа СССР и других предприятий разработана автоматизированная система проектирования и нормирования операции для станков с ЧПУ. ориентированная на различные типы ЭВМ.
Результаты исследований в виде,руководящих технических материалов и систем автоматизированного проектирования и нормирования операции внедрены на г предприятиях. Их промышленное использование на ряде операций показало, что учет динамических характеристик процесса точения повысил эффективность разработки управляющих' програнн. содержащих многоходовые автоматические циклы, и позволил сократить время их отладки в среднем на ЗОХ. а производительность обработки (при той же точности) повысить на разных операциях от 10 до чох.
Разработанные САПР нормирования операций используются в курсовом и дипломном проектировании студентами специальности ігоі.
Апробация работы, основные результаты работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях (НТК) и научно-методических семинарах (НМС): на ННС "Внедрение микропроцессорных средств в машиностроении", Челябинск, 1987 г. і на Республиканской НТК "Опыт создания и эксплуатации гибких автоматизированных производственных систем механической обработки". Киев, 1987, 1966,
19в9 гг. ; на Всесоюзной НТК "Технологическое и норнативное обеспечение станков с ЧПУ и ПК:". Челябинск. 1988 г.; на всесоюзной нлс "Роботы и ПТС", Челябинск. 1988 г.; на Республиканском ННС "Автоматизация контроля качества в ГПС". Севастополь. 1989 г. : на Всесоюзном НИС "Новое в метрологической обеспечении машиностроения", Москва, 1989 г. ; на зональной НТК "Совершенствование процессов резания и средств автоматизации для повышения производительности гибких станочных систем". Курган. 1990 г.. на ряде НТК Челябинского государственного технического университета
1987-1993 ГГ.
Публикации, Основное содержание диссертации изложено в 12 публикациях и в 4 отчетах по НИР.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, обших выводов, списка литературы и приложении. Работа изложена на 107 страницах машинописного текста, содержит 49 рисунков, 7 таблиц, список литературы из 99 наименований и 9 приложения на 52 страницах. Обший объем работы 223 страницы.
