Механическая обработка материалов. Обработка деталей на станках с ЧПУ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

«МАТИ» ИМ. К.Э. ЦИОЛКОВСКОГО

 

 

 

 

 

ДОКЛАД

По дисциплине: «Технологии и материаловедение»

На тему: «Механическая обработка материалов. Обработка деталей на станках с ЧПУ.»

 

 

Выполнил: студент 2 курса

Группа 7ИНТ-2ДБ-091

Грапененко О.Ф.

Руководитель: доцент

Луценко А.Н.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ

 

Большинство деталей машин изготовляется путем обработки резанием. Заготовками таких деталей служат прокат, отливки, поковки, штамповки и др.

Процесс обработки деталей резанием основан на образовании новых по­верхностей путем деформирования и последующего отделения поверхностных слоев материала с образованием стружки. Та часть металла, которая снимает­ся при обработке, называется припуском. Или, говоря иначе, припуск — это избыточный (сверх чертежного размера) слой заготовки, оставляемый для снятия режущим инструментом при операциях обработки резанием.

После снятия припуска на металлорежущих станках обрабатываемая де­таль приобретает форму и размеры, соответствующие рабочему чертежу де­тали. Для уменьшения трудоемкости и себестоимости изготовления детали, а также ради экономии металла, размер припуска должен быть минималь­ным, но в то же время достаточным для получения хорошего качества дета­ли и с необходимой шероховатостью поверхности.

В современном машиностроении имеется тенденция снижать объем обработки металлов резанием за счет повышения точности исходных за­готовок.

Основные методы обработки металлов резанием, в зависимости от характера выполняемых работ и вида режущего инструмента, подразделяются на точение, фрезерование, сверление, зенкерование, долбление, протягивание, развертывание и др.

 

 

 

Точение

 

Точением называется метод лезвийной обработки резанием цилиндрических и торцовых поверхностей, главное движение (Dр) – вращательное, придается заготовке, движение подачи (Ds) – прямолинейное, поступательное, придается инструменту под углом к оси вращения главного движения.

К технологическому режиму точения относятся:

Скорость главного движения, м/мин (скорость резания Vр) - путь, пройденный точкой на обрабатываемой поверхности заготовки относительно инструмента в единицу времени. Величину скорости резания определяют по формуле Vр = (πdзnз)/1000, где: dз  – диаметр заготовки, мм; nз – частота вращения заготовки, мин. Скорость движения подачи (подача s) перемещение режущего инструмента в минуту (минутная подача sм, мм/мин) или за один оборот заготовки (подача на оборот sо, мм/об). Глубина резания t, мм – расстояние по нормали между обработанной и обрабатываемой поверхностями. Глубина резания определяется по формуле: t = 0,5(dз – dд), где: dз – диаметр обрабатываемой поверхности (диаметр заготовки), мм; dд – диаметр обработанной поверхности (диаметр детали), мм.

Основные схемы механической обработки точением.

В зависимости от вида обработанной поверхности различают: обтачивание (обработка наружных поверхностей) и растачивание (обработка внутренних поверхностей). В зависимости от направления движения подачи различают: продольное точение (рис. 2.1, а) - движение подачи направлено вдоль оси вращения заготовки; поперечное точение (рис. 2.1, б) - движение подачи направлено перпендикулярно оси вращения заготовки; точение конусов (рис. 2.1, в) - движение подачи направлено под углом к оси вращения заготовки); точение фасонных поверхностей. Продольным обтачиванием обрабатывают цилиндрические шейки валов с одновременной обработкой конических, фасонных или плоских переходных поверхностей. Поперечным обтачиванием подрезают торцы, протачивают прямые или фасонные канавки, отрезают готовую деталь. Продольным растачиванием обрабатывают гладкие или ступенчатые сквозные отверстия с конической переходной поверхностью. Если в конце рабочего хода резцу придать поперечное движение подачи, то можно получить плоскую переходную поверхность.

Обработка конических поверхностей может проводиться несколькими способами: Широкими токарными резцами с продольным или поперечным движением подачи. Таким способом получают поверхности с длинной образующей не более 30 мм. Используют способ при снятии фасок с обработанных цилиндрических поверхностей. Перемещением токарного резца под углом к оси вращения заготовки. Таким способом получают поверхности с длинной образующей не более 150 мм. Смещением оси вращения заготовки на угол равный половине угла при вершине обрабатываемого конуса. Таким способом обрабатывают длинные конические поверхности с углом конуса не более 8º. Смещение равно: h = Lsinα, где: h – смещение, в мм; L – полная длина заготовки, в мм, α – половина угла конуса. При использовании вместо токарного резца осевого инструмента (сверла, зенкера, развертки) возможно получение глухих или сквозных отверстий (рис. 2.1, г) Нарезание резьбы (рис. 2.1, д) проводится специальными резьбовыми резцами.

Режущий инструмент и рабочие приспособления.

В зависимости от вида работы различают резцы: проходные прямой, отогнутый и упорный (рис. 2.2, а, б, в); отрезной (рис. 2.2, г); канавочные прямой и радиусный (рис. 2.2, д, е); расточные и радиусный (рис. 2.2, ж, з, и, к): проходной, упорный, канавочный, резьбовой.

 Характер базирования и закрепления заготовки в рабочих приспособлениях токарных станков зависит от типа станка, вида обрабатываемой поверхности, типа заготовки (вал, диск, кольцо, некруглый стержень …), отношения длины заготовки к ее диаметру, требуемой точности обработки и т.д. При обработке круглых стержней на универсальных токарных станках чаще всего применяется трех, четырех или шести кулачковые патроны (рис.

2.3).

 

Сверление

 

Сверлением называется метод лезвийной обработки резанием цилиндрических отверстий с прямолинейной образующей, главное движение - вращательное и движение подачи – прямолинейное, поступательное придаются инструменту. К сверлению относятся: сверление (рис. 2.5, а), рассверливание (рис. 2.5, б), зенкерование (рис. 2.5, в), развертывание (рис. 2.5, г), зенкование (рис. 2.5, д) и цекование (рис. 2.5, е)           Сверлением получают сквозные и глухие отверстия. Рассверливанием увеличивают диаметр ранее просверленного отверстия. Зенкерованием увеличивают диаметр отверстия, ранее полученного в заготовке литьем или давлением. Развертывание - чистовая операция, обеспечивающая высокую точность отверстия. Развертыванием обрабатывают цилиндрические и конические отверстия после зенкерования или растачивания. Зенкованием обрабатывают цилиндрические и конические углубления под головки болтов и винтов. Для обеспечения перпендикулярности и соосности обработанной поверхности основному отверстию, режущий инструмент (зенковку) снабжают направляющим цилиндром. Цекованием обрабатывают торцевые опорные плоскости для головок болтов, винтов и гаек. Перпендикулярность обработанной торцевой поверхности основному отверстию обеспечивает направляющий цилиндр режущего инструмента (цековки). 

 

Фрезерование

 

          Фрезерованием называется метод лезвийной обработки резанием плоских и фасонных линейных поверхностей многозубым инструментом – фрезой, главное движение – вращательное с постоянным радиусом, придается фрезе; движение подачи – прямолинейное, поступательное придается заготовке вдоль или под углом к оси вращения фрезы. Фреза – многозубый цилиндрический инструмент с зубьями на торцевой и (или) образующей поверхностях. В зависимости от положения оси вращения фрезы различают: горизонтально-фрезерные станки (ГФС) – ось расположена горизонтально; вертикально-фрезерные станки (ВФС) – ось расположена вертикально.

            Фрезерованием обрабатывают: горизонтальные, вертикальные и наклонные плоскости; одновременно несколько плоскостей; уступы и пазы

(прямолинейные или фасонные); фасонные поверхности (рис. 3.5).

К технологическому режиму сверления относятся:

 Скорость главного движения, м/мин (скорость резания Vр): Vр=(πdфnф)/1000, где: dф – диаметр фрезы, мм; nф – частота вращения фрезы, мин. Скорость движения подачи (подача s) – перемещение фрезы в минуту (минутная подача sм, мм/мин), или за один её оборот (подача на оборот sо, мм/об), или на угол поворота фрезы равный шагу между зубьями (подача на зуб sz, мм/зуб). Глубина резания t, мм - расстоянию по нормали между обработанной и обрабатываемой поверхностями, мм.

Режущий инструмент и технологическая оснастка.

В зависимости от соотношения длины фрезы к ее диаметру (К=L/Dф), различают (рис. 3.6): цилиндрические фрезы (К = 0,5…3); концевые или пальцевые фрезы (К≥3) и дисковые фрезы (К≤0,5). В зависимости от расположения главной режущей кромки различают: фрезы с прямым зубом (главная режущая кромка параллельна оси вращения фрезы); косозубые фрезы (главная режущая кромка направлена под углом к оси вращения фрезы); шевронные фрезы (главные режущие кромки соседних зубьев расположены под углом друг к другу). В зависимости от конструктивного исполнения режущей части различают: цельные фрезы (фрезы целиком выполнены из быстрорежущей стали); фрезы с напаянными пластинками инструментального материала; фрезы с механическим креплением пластинок инструментального материала; фрезы сборные (инструментальный материал закреплен на отдельных резцах, вставленных в корпус фрезы). В зависимости от расположения зубьев различают: фрезы односторонние (зубья располагаются только на образующей): фрезы двухсторонние (зубья располагаются на образующей и одном из торцов); фрезы трехсторонние (зубья располагаются на образующей и обоих торцах).

В зависимости от формы главной режущей кромки

различают: фрезы с прямолинейной режущей кромкой; фрезы с ломанной режущей кромкой (одноугловые и двухугловые); фасонные фрезы (фрезы выпуклые полукруглые и фрезы вогнутые полукруглые); специальные фрезы. Цилиндрические фрезы обычно используются в наборе из двух и более фрез для обработки ступенчатых поверхностей заготовок. Дисковые фрезы используются для обработки различных пазов и для отрезания материала. Концевые фрезы используются для обработки плоскостей, уступов, прямоугольных и призматических пазов; криволинейных поверхностей. К специальным фрезам относятся: концевые фрезы для получения Т-образных пазов; шпоночные фрезы для получения шпоночных пазов под призматическую или сегментную шпонку; модульные дисковые или концевые фрезы для нарезания зубчатых венцов по методу копирования; червячные фрезы для нарезания зубчатых венцов или шлиц методом обката; резьбовые фрезы.

 

ОБРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ НА СТАНКАХ С ЧПУ

 

Числовое программное управление станком (ЧПУ) - это управление обработкой заготовки на станке по управляющей программе, в которой данные заданы в цифровой форме. Различают позиционное и контурное ЧПУ. При позиционном управлении перемещение рабочих органов станка происходит в заданные точки, причём траектория перемещения не задаётся; при контурном управлении перемещение рабочих органов станка происходит по заданной траектории и с заданной скоростью для получения необходимого контура обработки.

Адаптивное ЧПУ станком (адаптивное управление) обеспечивает автоматическое приспосабливание процесса обработки заготовки к изменяющимся условиям обработки по определённым критериям.

Различают аппаратное и программируемое устройства ЧПУ. В аппаратном (NC) устройстве алгоритмы работы реализуются схемным путём и не могут быть изменены после изготовления устройства. В программируемых устройствах (CNC) алгоритмы работы реализуются с помощью программ, вводимых в память устройства, и могут быть изменены после изготовления устройства.

 

Типовые и постоянные циклы обработки элементов деталей на станках с ЧПУ

 

На станках с ЧПУ обработка деталей выполняется автоматически по управляющей программе. Программа содержит указания последовательности обработки элементарных поверхностей (конструктивных элементов детали) и циклограммы перемещений рабочих органов станка для каждого перехода обработки. Общий цикл обработки детали состоит из совокупности единичных циклов обработки отдельных элементов (поверхностей) детали.

Индивидуальные параметры детали (геометрической формы, требований точности и качества поверхностного слоя) учитываются при технологическом проектировании маршрута (последовательности) и выборе методов обработки.  Последовательность выполнения рабочих и вспомогательных ходов в единичном цикле принимается типовой и не зависит от особенностей конкретной детали. Использование при программировании типовых циклов (библиотеки подпрограмм) обработки элементов детали значительно упрощает составление управляющей программы, сокращает трудоёмкость и уменьшает возможность появления ошибок программирования.

Существует несколько видов единичных циклов обработки: типовые, постоянные и гибкие.

При составлении общего и единичных циклов необходимо стремиться к сокращению вспомогательного времени, использовать возможности станков с ЧПУ для совмещения перемещений по нескольким координатным осям, а также отводить рабочие органы станка на необходимые расстояния.

 

Расчёт координатных перемещений

 

При обработке деталей на станках с ЧПУ необходимо обеспечить минимальные перемещения инструмента при подходе к детали. Методика расчёта координатных перемещений учитывает особенности конструкции станка и устройства ЧПУ.

 

Последовательность выполнения переходов обработки деталей на станках с ЧПУ

 

Порядок выполнения переходов обработки при изготовлении деталей на сверлильно-фрезерно-расточных станках с ЧПУ типа ОЦ и на станках с ручным управлением принципиально одинаков; характерны лишь большая концентрация переходов обработки на одном станке с ЧПУ и стремление полностью обработать деталь за один установ (это возможно, если обработка детали не прерывается термической обработкой).