Фрезерная Обработка Деталей На Станках С Чпу

Фрезерная обработка деталей на станках чпу - это процесс механической обработки резанием на оборудовании с числовым программным управлением. Режущий инструмент представлен в виде фрезы, которая совершает вращательные движения на большой скорости. Обрабатываемая деталь, при этом, совершает поступательные движения, реже - вращательные.

На сверлильно-фрезерных станках с ЧПУ наиболее часто обрабатывают корпусные, плоские и детали сложной конфигурации. Такие детали можно рассматривать как сочетание элементарных поверхностей, что облегчает формализацию разработки ТП и программирование их обработки.

Из элементарных поверхностей на корпусных деталях чаще всего выделяют отверстия, плоскости, пазы, карманы, окна и т. п.

Отверстия корпусных деталей делят на основные, предназначенные для базирования устанавливаемых в корпусе деталей, вспомогательные, в том числе крепежные, и свободные, которые служат для удобства обработки, монтажа, смазки и ремонта. Основные отверстия могут иметь канавки, фаски и выточки. Они подразделяются на гладкие или ступенчатые, односторонние или двусторонние, могут располагаться в одной плоскости или соосно в нескольких параллельных стенках.

Обрабатываемые плоскости, пазы, окна и другие элементы корпусных деталей располагаются перпендикулярно, параллельно или под углом к оси шпинделя.

Фрезерные станки с чпу позволяют выполнять операции фрезерования прямолинейных и криволинейных поверхностей, центрования, сверления, рассверливания, зенкерования, развертывания, цекования, нарезания резьбы, круговое фрезерование наружных и внутренних цилиндрических, конических и фасонных поверхностей и круговых пазов концевыми и дисковыми фрезами.

Фрезерная обработка деталей на станках чпу по плоскости выполняется торцовыми и концевыми фрезами оснащенными тведосплавными сменными многогранными пластинами. Обычно это осуществляется в два перехода: черновой и чистовой. Для получения малой шероховатости поверхности при малых припусках используют торцовые фрезы из эльбора и минералокерамики. Более подробно про режущий инструмент описано в статье инструменты для работы на фрезерном станке с чпу.

Пазы, окна и уступы обычно обрабатывают концевыми фрезами, оснащенными твердосплавными пластинами. Для повышения точности обработки по ширине паза и сокращения номенклатуры инструментов, диаметр фрезы применяют несколько меньше ширины паза.

Для повышения стойкости, улучшения условий отвода стружки при обработке глухих пазов, используют концевые фрезы с увеличенным углом наклона спирали с полированными канавками. Для облегчения врезания с осевой подачей применяют фрезы с особой заточкой торцовых зубьев. При увеличенных вылетах фрезы, обусловленных конфигурацией заготовки, используют фрезы с усилительным конусом. Уменьшение вибраций достигается у фрез с тремя и четырьмя зубьями, благодаря различному расстоянию между ними (разношаговые фрезы).

Круговое фрезерование - новая операция обработки отверстий, которая применяется на фрезерных станках с контурным и комбинированным устройством ЧПУ. В этом случае фрезе сообщают круговую подачу. Круговую фрезерную обработку деталей на станках чпу рекомендуется использовать для предварительной обработки отверстий длиной до 60...80 мм в литых заготовках (для снятия чернового припуска).

Среди технологических переходов обработки отверстий, выполняемых на фрезерных станках с чпу, отмечают сверление и нарезание резьбы в крепежных отверстиях под болты, винты и шпильки; сверление, зенкерование, развертывание, обработку отверстий в литых деталях.

Для повышения стойкости спиральных сверл используют быстрое автоматическое изменение режима резания. Так, чтобы избежать поломки инструмента из-за скачкообразного изменения нагрузки, рабочую подачу уменьшают на выходе сверла из отверстия; в другом случае в программе меняют частоту вращения шпинделя, когда имеется литейная корка на входе в отверстие или выходе из него.

При обработке системы отверстий широко применяют засверливание отверстий короткими жесткими сверлами – своеобразную разметку расположения осей будущих отверстий. При работе по литейной корке это позволяет решить и другие задачи: облегчить врезание и повысить стойкость сверл небольшого диаметра и, вместе с тем, снять фаску на входе в отверстие, если она предусмотрена чертежом. Засверливание целесообразно использовать для обработки отверстий диаметром до 15 мм в деталях из черных металлов.

Для черновой обработки отверстий в корпусных деталях на станке чпу эффективно применение инструментов, которые раньше назначались при сверлении глубоких отверстий, например двухкромочных сверл с механическим креплением трехгранных твердосплавных пластин. Использование таких сверл, наряду с делением припуска по ширине среза и внутренним подводом СОЖ, позволяет в три-пять раз повысить эффективность резания по сравнению с обычными спиральными сверлами.

Обработка отверстий на сверлильном станке с чпу, а также фрезерном может выполнятся эффективней при использовании комбинированных инструментов разных типов. Так, можно использовать инструмент, сочетающий сверло и зенкер. Применяют и трехступенчатые инструменты, в которых передняя часть (первая ступень) изготовлена из инструментальной стали, а вторая и третья части, работающие с более высокими скоростями резания, оснащены твердосплавными пластинами, такой инструмент работает по ранее просверленному отверстию. Вторая и третья ступени могут иметь различное назначение в зависимости от формы, размеров и расположения твердосплавных пластин.

Если рассматривать полную фрезерную обработку деталей на станках чпу, то для достижения высокой эффективности всю обработку заготовки стремятся выполнить на одном станке за один-два установа. Однако, в отдельных случаях из-за опасности искажения формы деталей вследствие перераспределения остаточных напряжений, имеющихся в исходной заготовке, технологический процесс разделяют на операции черновой (обдирочной) и последующей обработок. Черновую обработку выполняют используя мощные, жесткие портальные фрезерные станки с ЧПУ, затем заготовки направляют на термообработку для снятия внутренних напряжений. Впоследствии механическую обработку продолжают на тоже оборудовании, либо на фрезерном обрабатывающем центре.

Конструкция определяет форму, допуски, материал и техническую характеристику изделия. При конструировании следует придавать детали такую форму, которая может быть выполнена с наименьшими затратами.

Как правило, чем проще форма, тем экономичнее изготовление детали. Это правило не всегда верно, когда речь идет о ЧПУ. Используя фрезерные станки и обрабатывающие центры с ЧПУ можно обрабатывать сложные контуры так же легко и без особой квалификации, как и вести обработку по прямым линиям. Тем самым у конструктора появляется большая свобода в выборе формы детали. Использование ЧПУ оказывает еще и другое важное влияние на конфигурацию детали. Очень часто, после того как конструкция определена, изготовлена оснастка и проведена подготовка к обработке на станке, по экономическим соображениям оказывается невозможным изменить конструкцию детали. Вследствие этого должно пройти много времени, прежде чем окажется возможным внести улучшения в изделие. Большая гибкость станка с ЧПУ, позволяет вносить изменения с минимальной задержкой и при наименьших затратах. Сложные детали, которые раньше делали составными, на станках с ЧПУ можно изготавливать целиком.

При назначении допусков во время конструирования деталей стараются выбрать их так, чтобы деталь выполняла возложенные на нее функции, а ее изготовление требовало наименьших затрат. По мере ужесточения допусков Стоимость обработки обычными методами увеличивается, поэтому конструкторы стараются назначать как можно более свободные допуски. В прошлом прилагалось много усилий, чтобы конструировать детали, не требующие узких допусков, и их производство было дорогим. ЧПУ изменило все эти представления. Точность фрезерной обработки детали определяется точностью самого станка с ЧПУ. При использовании ЧПУ назначение узкого допуска будет стоить не больше, чем назначение широкого. Конечно, это «палка о двух концах». Если станок с ЧПУ гарантирует обработку с определенными допусками, оператор не сможет изменить эти значения. Небрежное отношение может привести и к худшим результатам, однако улучшить их нельзя.

Компании, применяющие ручное программирование, могут с успехом принять метод координатного назначения размеров. Рекомендуется нумеровать отверстия и составлять таблицу, в которой против соответствующего номера отверстия указывались бы его координаты. В этом случае программисты и контролеры будут пользоваться одними и теми же величинами.

Этот же метод можно применять если программирование фрезерной обработки выполняется с использованием персонального компьютера в качестве вспомогательного средства, однако предпочтительнее указывать количество отверстий, диаметр, на котором расположены их центры, а также начальную точку для одного из отверстий.

Необходимо, чтобы задолго до установки на производстве станка с ЧПУ конструкторы хорошо знали его возможности. Отдельные особенности конструкции, которые вполне приемлемы или даже предпочтительны при обычной обработке, часто приходится изменять. Например, если назначить на детали (рис. 1) как можно больший радиус закругления и как можно меньший радиус галтели, то появляется возможность вести обработку фрезой большого диаметра. При этом уменьшается количество проходов, необходимых для обработки дна кармана. Следует также заметить, что увеличение радиуса закругления позволяет вести обработку боковых стенок кармана с большей подачей.

Рис. 1. Рекомендации по выбору радиуса закругления у детали

При назначении одинакового радиуса галтели (рис. 2) можно сократить число используемых фрез. Радиус галтели следует назначать как можно меньшим также и для того, чтобы снизить количество дополнительных чистовых проходов при обработке торца.

Рис. 2. Рекомендации по назначению сопряжений на детали

Радиус вогнутого участка должен быть как можно большим. Программируя фрезерование канавок (рис. 3) желательно чтобы ширина ее должна быть выбрана как можно большей, а глубина как можно меньшей. Это необходимо потому, что стандартные фрезы малого диаметра имеют очень короткий рабочий участок. Специальные маленькие фрезы не только очень дороги, но также больше изгибаются при нагрузке.

Рис. 3. Задание расстояния между стенками и платиком. Ширина α должна быть как можно больше

На рис. 4 показана деталь после фрезерования тела и точения ступицы. На первоначальном чертеже было предусмотрено сопряжение этих двух форм, для чего требовалась сложная слесарная работа. Конструктор, однако, согласился с формой детали, указанной на рисунке.

Рис. 4. Нецелесообразные сочетания форм

Ниже приведены некоторые общие указания, которые могут помочь при конструировании деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ:

• используйте по возможности координатный метод назначения размеров;
• старайтесь не задавать отверстия разного диаметра;
• старайтесь назначать одинаковые радиусы галтелей;
• избегайте суммирования допускаемых отклонений;
• рассмотрите возможность изготовления более сложных деталей за счет сокращения сборочных операций;
• помните, что детали, изготовляемые из поковок, отливок или предварительно обработанных заготовок, во многих случаях могут быть успешно обработаны с помощью ЧПУ;
• знайте характеристики стандартных режущих инструментов, это позволит не применять дорогие специальные инструменты;
• хорошо ознакомьтесь со стандартными приспособлениями и технологическими процессами обработки на станках.

Успех внедрения станков с ЧПУ во многом зависит от правильности выбора деталей для обработки на этих станках и подбора самих станков.

В общем случае трудоемкость обработки Т:

T= C/B,

где C - сложность обработки; B - технологические возможности станков с ЧПУ.

Сложность C характеризует объем выполняемой работы, технологические возможности B - производительность оборудования при заданных качественных показателях продукции, трудоемкость T - время выполнения работы.

Данная зависимость представляется поверхностью трудоемкости обработки, см. рис. 5.

Рис. 5. Поверхность детали и трудоемкость обработки

При постоянной сложности (С) трудоемкость обратно пропорциональна B (гипербола). Если одну и ту же деталь обрабатывать на разных станках, то трудоемкость падает с увеличением технологических возможностей. При сохранении технологических возможностей трудоемкость растет с ростом сложности деталей.

Затраты (З) на обработку складываются из затрат живого труда, зависящих от трудоемкости обработки, и овеществленного труда, зависящего от приобретенного оборудования. Условно можно записать (без коэффициентов)

3=Т+B=C/B+B/

Анализ данной зависимости, см. рис. 6, показывает, что для каждой детали существует оборудование с оптимальными технологическими возможностями. Использование при обработке сложных деталей оборудования с низкими технологическими возможностями требует больших затрат живого труда. При обратном соотношении - эффективность падает из-за увеличения затрат овеществленного труда.

Цель и средства всегда должны соответствовать друг другу. Отсюда - две проблемы: технологические возможности станка должны соответствовать сложности обработки и наоборот. Обе задачи тесно связаны, но каждая имеет самостоятельное значение. Первая важна на стадии приобретения станков и их распределения по цехам. Вторая - актуальна на стадии подбора деталей для обработки.

На практике подобный подход выполняется далеко не всегда, что ведет к снижению технико-экономических показателей станков с ЧПУ.

Рис. 6. Зависимость затрат на обработку детали от трудоемкости и приобретенного оборудования