Обработка на станках с ЧПУ, как передовой метод производства, широко используется в аэрокосмической, судостроительной и электронной промышленности для производства высокоточных и сложных деталей. При обработке на станках с ЧПУ процесс от чертежа детали до производства качественной готовой детали представляет собой тесно интегрированную и сложную последовательность этапов. Если какое-либо звено этой цепи столкнется с проблемой, весь процесс обработки будет прерван.
В этой статье анализируются некоторые ключевые факторы обработки с ЧПУ на трех этапах на основе конкретных примеров обработки, чтобы улучшить понимание операций с ЧПУ и предоставить рекомендации для производства.
1. Этап планирования процесса
Большинство станков с ЧПУ не имеют встроенных возможностей планирования процессов. Цель планирования процессов с ЧПУ аналогична цели обычных станков; однако, поскольку каждая деталь обработки с ЧПУ должна быть заранее определена и выполнена автоматически, она имеет свои особенности по сравнению с традиционной подготовкой процесса.
1.1 Настройка и смена инструмента
При традиционной механической обработке соотношение положения между инструментом и заготовкой устанавливается вручную с помощью измерительных инструментов и маховиков. Если положение инструмента неправильное, оператор может отрегулировать его в любое время.
Однако при обработке на станках с ЧПУ часто используется несколько инструментов за одну установку. Параметры каждого инструмента должны быть введены в компьютер, который устанавливает взаимосвязь между инструментом и заготовкой с помощью преобразований координат. В отличие от обычной обработки, где настройка инструмента не считается основным фактором, обработка с ЧПУ требует точной настройки инструмента перед выполнением программы, иначе могут возникнуть серьезные последствия.
Смена инструмента при традиционной обработке часто зависит от ощущения оператора, но при обработке с ЧПУ положение смены инструмента должно быть тщательно продумано, чтобы избежать столкновений.
1.2 Выбор метода зажима
Поскольку каждый зажим при обработке с ЧПУ требует повторной настройки инструментов, многократные настройки значительно увеличат время вспомогательной обработки и снизят эффективность, при этом недостаточно используя возможности станка с ЧПУ. Поэтому предпочтительно обрабатывать все необходимые поверхности за один зажим, полностью используя потенциал станка с ЧПУ.
Пример:
- Оборудование:Обрабатывающий центр с ЧПУ Schaublin
- Инструменты:(1) Инструмент для черновой обработки, (2) Инструмент для чистовой токарной обработки, (3) Инструмент для черновой обработки канавок, (4) Инструмент для чистовой обработки канавок, (5) Центральное сверло, (6) Сверло, (7) Расточный инструмент, (8) Отрезной инструмент
- Арматура:Пневматический трехкулачковый патрон
При обработке с ЧПУ вышеуказанный процесс может быть выполнен за один зажим, в то время как обычная обработка обычно требует четырех.
1.3 Проектирование инструментов
По сравнению с обычной обработкой, оснастка с ЧПУ имеет следующие характеристики:
-
Упрощение проектирования инструмента
Например, при обработке поверхности детали (как показано на рис. 2) для обычной обработки потребуется инструмент обоюдоострой формы для обеспечения точности позиционирования и размеров. Станки с ЧПУ, однако, могут точно контролировать положение инструмента, что позволяет использовать инструменты с одной кромкой. Специально разработанный однолезвийный инструмент для обработки канавок успешно завершил обработку. -
Проектирование специальных инструментов
В то время как обработка с ЧПУ упрощает конструкцию некоторых инструментов, она часто требует специальной оснастки для деталей, которые трудно или невозможно обработать на обычном оборудовании. Например, для обработки непрерывной криволинейной поверхности (рис. 3) может потребоваться специально разработанный инструмент с учетом состава поверхности, траектории инструмента, минимального радиуса, выпуклых/вогнутых переходов и потенциальной интерференции. Поскольку обработка криволинейных поверхностей является ключевым направлением в ЧПУ, для этой цели были разработаны три конструкции инструмента (рис. 4–6), из которых были успешно изготовлены и испытаны на рис.
2. Этап математической обработки
2.1 Расчетная работа
Система координат на чертежах деталей часто отличается от используемой в программах обработки, требуя преобразования. Кроме того, размеры, указанные на чертежах, могут не совпадать с требованиями программы, поэтому необходимые координаты необходимо рассчитывать в соответствии с характеристиками машины.
Для сложных поверхностей, состоящих из линий и дуг, расчеты должны включать начальные/конечные точки линии, начальные/конечные точки дуги и координаты центра дуги.
2.2 Анализ траектории центра инструмента
Большинство современных систем ЧПУ имеют функции компенсации фрезы, которые позволяют программировать непосредственно из контура детали. Однако в некоторых особых случаях, особенно при непрерывной обработке поверхности, может произойти пересечение инструмента и заготовки, что делает компенсацию непригодной для использования. В таких случаях траектория центра инструмента должна быть проанализирована вручную.
Пример:
- Оборудование:Обрабатывающий центр Schaublin
-
Траектория полукруглого инструмента
Анализ движения инструмента и траектории резания показывает, что траектория центра инструмента соответствует непрерывной кривой, состоящей из параллельных сегментов, концентрических окружностей и эксцентриковых окружностей относительно контура детали (рис. 7). -
Траектория инструмента с двойной дугой
Анализ такой же, как и для полукруглого инструмента. Точки траектории центра инструмента показаны на рисунке 8.
3. Этап программирования
Программа ЧПУ — это единственный «язык», который может понимать станок с ЧПУ, отправляя ему пошаговые команды для управления каждой операцией. Качество программы напрямую влияет на точность и эффективность обработки. Это требует не только глубокого понимания производительности станка и каждого этапа обработки, но и постоянной практики для улучшения навыков программирования.
3.1 Эффективное использование встроенных программ
Современные станки с ЧПУ становятся все более мощными как в механических, так и в программных функциях. Многие системы поставляются с проверенными встроенными программами обработки для выполнения общих операций. Выбор и эффективное применение этих встроенных программ является важной частью работы по программированию.
3.2 Управление программами
Программы обработки, созданные на основе данных траектории инструмента и обработанных координат с использованием определенных кодов ЧПУ, являются ценными техническими документами, содержащими методы, техники обработки и даже отражающими технический уровень цеха. Они должны быть бережно сохранены и заархивированы.
Часто используемые программы часто хранятся в системе управления ЧПУ с записанными названиями деталей. Менее часто используемые программы должны быть задокументированы в письменной форме, с добавлением пометок о потенциальных проблемных областях, чтобы помочь их использованию в будущем.
3.3 Использование параметрического программирования для решения практических задач
Пример:
- Часть:Внутреннее отверстие с дугообразной поверхностью дна
- Машина:Шанхайский прецизионный токарный станок с ЧПУ
При общей дуговой обработке часто используется стандартный цикл G66 (рис. 9). Однако на практике слабая прочность наконечника инструмента может привести к снижению стойкости инструмента, когда инструмент подвергается воздействию двунаправленных сил на острых углах. Анализ процесса позволил выбрать альтернативную траекторию движения инструмента (рис. 10).
Прямое программирование для этой траектории потребовало бы пересчета координат инструмента для каждого прохода, что занимает много времени, особенно когда требуется несколько неглубоких проходов из-за низкой жесткости инструмента. Вместо этого было использовано параметрическое программирование, позволяющее быстро регулировать глубину резания без пересчета всех координат, эффективно решая проблему обработки.
Заключение
Анализ ключевых факторов обработки с ЧПУ обеспечивает практическую основу для повышения коэффициента использования станков с ЧПУ. Применение этих знаний может эффективно обеспечить точность обработки и достижение высококачественных результатов.
