Разработка наладки включает базирование детали и крепление детали на обрабатывающем центре с ЧПУ, выбор принадлежностей для базирования и крепления детали на столе, создание инструментальной наладки и выбор режимов резания. Базирование определяет положение детали в рабочей зоне станка. Выбранные базы должны обеспечить точность обработки и минимальное время на базирование и установку. Концентрация операций, которые выполняют обрабатывающие центры с ЧПУ позволяет уменьшить суммарную погрешность базирования, которая возникает при обработке на универсальном оборудовании. Базовыми поверхностями в зависимости от конструкции детали и последовательности операций могут быть необработанные и обработанные поверхности. В первом случае это плоскости, во втором - плоскости и отверстия.
В деталях с обработанными установочными направляющими и опорными базовыми поверхностями за технологические базы принимают две плоскости, отверстие и плоскость или два отверстия. Для круглых деталей в качестве технологической базы принимают обработанное или необработанное центральное отверстие. Чтобы связать координаты обрабатываемых поверхностей детали с отсчетной системой станка, координаты базовых поверхностей вводят в систему ЧПУ. Деталь должна быть ориентирована базирующими элементами так, чтобы расчетные координаты обрабатываемых поверхностей детали были связаны с координатной системой станка. Это сократит время ведения базовых координат в систему ЧПУ. Базирующие элементы должны обеспечивать точность и стабильность установки детали, и поэтому к ним предъявляются особые требования по точности и жесткости. Базирующие элементы не должны препятствовать обработке поверхностей. Аналогичные требования предъявляют к зажимным элементам. При установке на необработанные литые поверхности в качестве базирующих должны использоваться регулируемые элементы. Предпочтительнее базировать деталь по поверхностям, не имеющим жестких (менее 0,1 мм) допусков на размер к обрабатываемым плоскостям или отверстиям, а в случае необходимости переустановки детали базировать ее по поверхностям, обработанным в предыдущей операции.
Для рассмотренных видов базирования и крепления деталей могут быть использованы стандартные и нестандартные системы приспособлений. К стандартным относят системы универсальных безналадочных, сборно-разборных и универсально-сборных приспособлений (УСП), к нестандартным - системы универсально-сборной переналаживаемой оснастки. К любой из систем приспособлений предъявляют требования, основными из которых являются: определение положения детали на столе станка и фиксация этого положения с учетом сил резания; минимальная деформация при максимально снимаемой стружке; равномерная передача зажимных сил сих замыканием на опорах установочных базовых элементов; обеспечение возможности быстрой смены зажимных элементов; удобство установки, зажима и снятия детали.
Универсальные безналадочные приспособления (УБП) типа тисков, трехкулачковых патронов и делительных головок находят широкое применение при обработке деталей на обрабатывающих центрах. Единообразие и точное позиционирование приспособлений обеспечивается закреплением их на монтажной плите, которая крепится на установочной плите, закрепленной на станке. В установочной плите имеются отверстия под штифты, размещенные с шагом 63 мм в продольном и поперечном направлениях. Эти отверстия позволяют быстро монтировать приспособления на станке. Универсальные безналадочные приспособления применяют на обрабатывающих центрах с ЧПУ с вертикальной компоновкой шпинделя. Для обрабатывающих центров с горизонтальной компоновкой шпинделя и поворотным столом необходимо использовать угольники.
Применение находят стандартные сборно-разборные приспособления (СРП), которые представляют собой набор плит с сеткой пазов и встроенными гидроцилиндрами. Сетка отверстий маркируется буквами и цифрами для ускорения установки элементов приспособления. Предельные отклонения размеров между осями отверстий не более ±0,015 мм. На нижней плоскости плиты имеются отверстия для базирования плиты на станке. Плита СРП базируется по двум пальцам, которые устанавливаются на станке, что требует дополнительного времени для наладки. Кроме плит, угольников с сеткой пазов и отверстий используют планки, подкладки, опоры, прижимы, прихваты, домкраты, гидравлические цилиндры. Из элементов УСП собирают приспособления, к которым предъявляют требования, связанные с автоматическим цикЛом работы. Учитывая конструкцию элементов УСП и характер сборки, необходимо обращать внимание на жесткость базирующих и зажимных элементов. Чтобы гарантировать стабильность положения собранных элементов, необходимо их фиксировать и обеспечивать достаточно прочную затяжку болтового соединения. УСП можно использовать для сборки однопозиционной и многопозиционной наладки. Наладку производят на основании, которым служит одна из плит. При габаритной наладке используют наращивание плит с помощью корпусных деталей. В случае обработки высоких деталей лучше использовать угольники. УСП имеет ряд недостатков. Основной из них связан с отсутствием ориентации базовой плиты относительно системы координат станка, что приводит к увеличению подготовительно-заключительного времени. Большая номенклатура элементов не может быть полностью использована, что увеличивает стоимость обработки. Элементы УСП не всегда обеспечивают необходимую жесткость. Поэтому все большее применение находит система универсально-сборной переналаживаемой оснастки. Разработана и применяется система сборно-разборных унифицированных узлов (рис. 1). В ее состав входят базовые сменные подкладные плиты 7401-5028, угольники 7401-5039, 5040 и унифицированные установочные и зажимные элементы. На установочных поверхностях плит и угольников расположены координатные сетки ступенчатых отверстий, верхняя часть которых имеет посадочный диаметр 25H7, а нижняя - резьбу М20, шаг сетки 50±0,015 мм.
Рис. 1. Сборно-разборные унифицированные узлы, разработанные Ивановским заводом тяжелого станкостроения
Для предохранения от попадания стружки свободные отверстия закрываются пластмассовыми колпачками. Универсальность элементов системы обусловливает возможность одноместной и многоместной установки широкой номенклатуры корпусных и плоских деталей, а также деталей сложной конфигурации. Наличие двух плит, на которых устанавливают заготовки или компонуют угольники с базирующими и зажимными элементами, обеспечивает смену заготовок вне станка. При обработке одной заготовки на станке Вторая заготовка устанавливается на идентичное приспособление. Указанный способ смены заготовок рационален при многоместной или многопозиционной обработке, когда время установки и снятия группы деталей велико.
Разработана система сборно-разборных унифицированных узлов, в основе которой подкладные плиты с сеткой пазов, отверстий шагом 80x80±0,015 мм. Координатная сетка отверстий и пазов сориентирована с координатной системой обрабатывающего центра. Базирующие узлы включают упоры для базирования деталей по боковым плоскостям (наружным и внутренним) (рис. 2, а), базовые оси с переходными втулками для базирования деталей по одному отверстию (рис. 2, б) и универсальные пальцы для базирования деталей по двум отверстиям (рис. 2, в).
Рис. 2. Сборно-разборные узлы с плитой
Разнообразие базирующих элементов позволяет обрабатывать широкую номенклатуру деталей. В эту систему входят планки, подкладки и элементы крепления. Упоры служат для базирования по основной плоскости. Корпусные детали можно разделить на детали с двумя сторонами, близкими по длине к размерам стола (рис. 3, а); детали с одной стороной, близкой по длине к размерам стола (рис. 3, б); небольшие детали по сравнению с площадью стола (рис. 3, в).
Рис. 3. Соотношение размеров детали и площади обрабатывающего центра: а - деталь, максимально вписываемая в площадь стола; б - деталь с одной стороной вписываемой в площадь стола; в - малая деталь по сравнению с площадью стола
Детали первого типа обрабатывают с двух-четырех сторон с одной установки при наличии поворотного стола и горизонтального шпинделя. Для обработки всех шести сторон требуется переустановка детали. Обработка деталей второго и третьего типов за одну установку даже с двух-четырех сторон связана с необходимостью использования длинных инструментов или применения специального вспомогательного или режущего инструмента, так как плоскости обработки значительно удалены от торца шпинделя. Смещение таких деталей в зону, удобную для обработки, не позволяет производить обработку со всех сторон за одну установку. Кроме того, не используется полностью площадь стола. Для деталей второго и третьего типов при обработке с двух-четырех сторон и для всех деталей при обработке с шести сторон требуется переустановка или обработка на многопозиционном установочном приспособлении, где за одну операцию можно получать готовую деталь.
Многопозиционные наладки могут предназначаться для обработки за одну операцию двух-четырех деталей. Повышение производительности при обработке на многопозиционной наладке по сравнению с однопозиционной в случае обязательной переустановки деталей происходит за счет сокращения вспомогательного времени на смену инструмента. Учитывая, что время смены инструмента на обрабатывающем центре составляет 15-20% вспомогательного времени, применение многопозиционных наладок позволяет при использовании большого числа инструментов (свыше 15) сократить время обработки на 3-7%.
Сокращение числа смен инструмента повышает надежность механизма смены инструмента и шпинделя станка. Кроме этого, удлиняется цикл работы инструмента, что улучшает условия для Многостаночного обслуживания. При многопозиционной наладке необходимо провести расчет времени работы каждого инструмента по стойкости, чтобы комплектно производить замену инструмента. Это позволяет избежать ошибок при введении коррекции длины инструмента, повышает организацию и улучшает условия работы. При проектировании многопозиционной наладки необходимо пользоваться следующими правилами:
- плоскость обработки должна быть максимально приближена к шпинделю, что позволяет сократить длину инструмента или обойтись без специального инструмента, так как расстояние от торца шпинделя до плоскости обработки невелико; уменьшает время составления программы и число ошибок;
- максимально использовать одни и те же базирующие элементы для нескольких установок, что сокращает время проектирования наладки, время установки и увеличивает точность обработки;
- использовать одинаковые зажимные элементы или зажимной элемент прижима в двух или более позициях, что сокращает время установки, переустановки и снятия, уменьшает время проектирования и изготовления наладки;
- использовать для базирования на каждой последующей позиции плоскости или отверстия, обработанные на предыдущей позиции, что повышает точность обработки.
Кроме сокращения вспомогательного времени при многопозиционной наладке происходит уменьшение подготовительно-заключительного времени. Подготовительно-заключительное время для MC включает в себя время на получение чертежа детали. программы обработки и установки программы в устройство ЧПУ; получение и установку инструмента; введение коррекции инструмента; получение оснастки для крепления детали и установку ее на столе станка; введение базовых размеров в систему ЧПУ.
Если обработка детали на обрабатывающем центре требует нескольких установок и для каждой из них создается своя однопозиционная наладка, то общее подготовительно-заключительное время для полной обработки детали увеличивается. При применении многопозиционных наладок несколько усложняются программы обработки. Однако наличие постпроцессора позволяет упростить и сократить время ее подготовки. Для деталей, требующих обработки с шести сторон, или небольших по размерам деталей по сравнению с площадью стола использование многопозиционных наладок повышает производительность по сравнению с однопозиционной обработкой на 8-12%.
Наибольшую экономическую эффективность при использовании станков с ЧПУ получают, обрабатывая сложные и точные детали, которые по типовым технологическим маршрутам обрабатываются на высокоточных станках или требуют большой номенклатуры сложной и дорогостоящей оснастки. Основную массу составляют детали средних размеров, обрабатываемые на токарных, сверлильных, фрезерных и расточных станках, которые можно разделить на детали с контуром, ограниченным плоскостями (плиты, крышки, панели); детали типа тел вращения (фланцы, втулки, диски) и детали сложной конфигурации с криволинейными контурами (рычаги). Несмотря на очевидную простоту формы, эти детали имеют одно или несколько отверстий по квалитетам H7 или H9, требуют точности межосевых расстояний ±(0,03-0,2) мм. Обработка средних деталей по принятым технологическим, маршрутам предполагает в мелкосерийном и серийном производстве использование нескольких станков, применение накладных кондукторов, разметки и установочных приспособлений. Обработка средних деталей на обрабатывающих центрах не только повышает производительность, но и избавляет от длительных циклов межоперационного «пролеживания» детали.
Обработку деталей указанного типа рационально вести на станках с вертикальной компоновкой шпинделя, так как достаточно велико соотношение длины и ширины детали с ее толщиной. Обработку торцовых плоскостей целесообразно производить на станках с горизонтальным шпинделем и поворотным столом. Чтобы при переустановке деталей получить требуемую точность межосевых расстояний или линейных размеров, необходимы постоянные базирующие поверхности. Такие поверхности могут быть созданы в тисках (рис. 4) с помощью быстросменных губок и боковых упоров. Уступ на губках позволяет точно ориентировать деталь по высоте и освобождать зону для выхода инструмента.
Рис. 4. Тиски обрабатывающего центра: 1- деталь; 2- корпус; 3 - упор; 4 - сменные губки
Базирование детали можно осуществлять постоянными (рис. 5, а, б) и переменными базирующими плоскостями (рис. 5, в). В первом случае (рис. 5, a) точность обработки при переустановке зависит от точности угла между плоскостями 1 и 2 или 1 и 3 (рис. 5, б), от допуска на длину детали и применяется, если обрабатываемые плоскости и отверстия с каждой стороны не связаны между собой допуском или общей осью. Во втором случае (рис. 5, в) точность обработки зависит от точности измерения расстояния между боковыми упорами (размера А).
Рис. 5. Схема базирования детали в тисках обрабатывающего центра
При обработке точных поверхностей необходимо регулировать силу зажима. Обработка в тисках с базирующими упорами позволяет использовать базы один раз для группы различных деталей. Составление одной программы для обработки деталей с двух сторон позволяет сократить операцию «снятие детали». Номенклатура обрабатываемых отверстий и плоскостей требует не более 20-30 инструментов, что дает возможность для большой группы деталей закрепить постоянные номера инструментов и использовать их в программах. Это сокращает подготовительно-заключительное время, упрощает наладку. Базовые координаты при групповой обработке можно вводить один раз для большой номенклатуры деталей. Опыт работ на указанных приспособлениях показал повышение производительности по сравнению с техническими нормами в 1,1-1,5 раз.
Возможность групповой обработки большой номенклатуры деталей на простых универсальных приспособлениях при небольшом количестве инструмента позволяет в кратчайшие сроки внедрить станок. Выбор способа базирования и элементов крепления зависит от имеющейся оснастки и квалификации персонала. Опыт работы показывает, что без развернутой системы инструментальной оснастки как части общей системы, включающей станок, вспомогательный и режущий инструмент, приспособления для базирования и крепления детали, невозможно добиться производительной работы и использования всех технологических возможностей.
