eng
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
Выпуск #1/2024
А. В. Сахаров
Определение технологических возможностей портального фрезерного станка с ЧПУ
Определение технологических возможностей портального фрезерного станка с ЧПУ
Просмотры: 397
DOI: 10.22184/2499-9407.2024.34.1.46.49
Показано определение технологических возможностей портального фрезерного станка по изготовлению модулей поверхностей деталей.
Показано определение технологических возможностей портального фрезерного станка по изготовлению модулей поверхностей деталей.
Теги: forming movements machine accuracy portal milling machine surface module technological capabilities модуль поверхностей портальный фрезерный станок технологические возможности точность станка формообразующие движения
Определение технологических возможностей портального фрезерного станка с ЧПУ
А. В. Сахаров
Показано определение технологических возможностей портального фрезерного станка по изготовлению модулей поверхностей деталей.
В работе [1] была предложена идея выбора модуля поверхностей детали в качестве предмета производства на станке. Модулем поверхностей (МП) называется сочетание поверхностей, объединенных совместным выполнением определенной служебной функции детали [2]. Главным преимуществом МП является номенклатура, ограниченная двадцатью шестью видами МП, разделенными на три класса: базирующие, рабочие и связующие. Каждый МП имеет ряд типовых конструкций, а каждая конструкция – свою классификацию по размерам, точности и шероховатости.
Такой подход позволил устранить неоднозначность в выборе предмета производства на станке и перейти к определению его технологических возможностей.
Для определения технологических возможностей станка была разработана специальная методика, включающая следующие исходные данные:
Согласно методике технологические возможности станка по изготовлению МП определяются в следующей последовательности:
Данная методика прошла успешную апробацию при определении технологических возможностей токарного и фрезерного обрабатывающих центров, шлифовальных и других типов станков [3, 4, 5].
Вместе с тем, есть типы станков, технологические возможности которых еще не определялись. К таким станкам относятся фрезерные станки портального типа. В связи с этим, в данной работе будут показаны этапы определения технологических возможностей типового представителя данной группы станков – портального фрезерного станка с ЧПУ модели ФЦ1512П.
Фрагмент формулировки назначения данного станка имеет вид [6]: «Исполнение обрабатывающего центра с ЧПУ ФЦ1512П имеет портальную компоновку и выполнено согласно высоких требований производств к подобным станкам. Портальный фрезерный станок ФЦ1512П обеспечивает стабильные характеристики работы даже при обработке тяжелых заготовок из чугуна, черного металла и других материалов. Массивные узлы портального фрезерного станка ФЦ1512П отлично гасят вибрацию. Система охлаждения предохраняет шпиндель от перегрева во время работы, повышая работоспособность и долговечность устройства. Стойка ЧПУ портального станка ФЦ1512П имеет удобный интерфейс, облегчающий работу оператора. Система ЧПУ станка обладает функцией записи, благодаря чему выполненные ранее программы можно сохранять и в дальнейшем снова воспроизводить без потери времени». Из этой формулировки неясно, какие поверхности можно изготовлять на станке. Поэтому сначала установим эти поверхности.
Изготовляемые поверхности определяются методами обработки, схемами формообразующих движений (СФД) рабочих органов станка и в некоторых случаях применяемыми режущими инструментами.
Рабочие органы станка ФЦ1512П совершают формообразующие движения, показанные на рис. 1.
В табл. 1 представлены рабочие органы станка ФЦ1512П и их формообразующие движения.
Анализ формообразующих движений станка показывает, что на нем можно реализовать шесть методов обработки. В табл. 2 представлены методы обработки, реализуемые на станке ФЦ1512П, варианты СФД по каждому методу обработки, применяемые обрабатывающие инструменты и изготовляемые поверхности.
Анализ полученных данных (табл. 2) показывает, что на станке ФЦ1512П могут быть изготовлены одиннадцать видов поверхностей:
По видам поверхностей, изготовляемых на станке, определяем виды МП, в составе которых присутствуют эти поверхности. Виды МП определяются с помощью прямоугольной матрицы М (рис. 2), столбцы которой соответствуют видам МП, а строки – видам поверхностей, из которых образованы МП. На пересечении j–го столбца и i–й строки проставлена единица, если поверхность входит в состав МП, и ноль, если поверхность не входит в состав МП.
Прямоугольная матрица-столбец М1 показывает поверхности, изготовляемые на станке ФЦ1512П (рис. 2). Теперь по матрице (М) видов поверхностей в МП определяем виды МП, в составе которых присутствуют поверхности, изготовляемые на станке ФЦ1512П. К ним относятся: Б11, Б12, Б211, Б212, Б221, Б222, Б311, Б312, Б321, Б322, Б41, Б51, Б52, Р111, Р112, Р121, Р122, Р21, Р22, С111, С112, С121, С122, С21 и С22.
Далее необходимо проверить, какие базирующие МП из установленного перечня нельзя изготовить в виде полного комплекта баз, лишающего присоединяемую деталь всех степеней свободы. Такими МП являются Б311, Б312 и Б41, поскольку полный комплект баз в их конструкции реализован с помощью боковых поверхностей шпонки и шпоночных пазов, которые не могут быть изготовлены на станке ФЦ1512П. Вместе с тем, перечисленные базирующие МП имеют конструкции, образующие неполные комплекты баз. Поэтому необходимо проверить возможность изготовления конструкций данных МП в виде неполных комплектов баз. К ним относятся конструкции Б312, Б311 и Б41 без боковых поверхностей шпонки и шпоночных пазов, которые можно изготовить на портальном фрезерном станке.
Задача следующего этапа – проверить соответствие положений поверхностей в конструкциях МП с положениями этих поверхностей в рабочем пространстве станка при изготовлении. В ходе проверки каждая конструкция МП располагается на схеме рабочего пространства станка таким образом, чтобы одна из поверхностей МП заняла положение относительно рабочих органов станка, обеспечивающее возможность ее изготовления. После этого проверяется соответствие требуемому положению остальных поверхностей МП. Если положение какой-либо поверхности МП не соответствует требуемому положению, то делается вывод о том, что такая конструкция МП не может быть изготовлена на станке.
Проверка показала, что положения поверхностей в конструкциях МП совпадают с положениями этих поверхностей в рабочем пространстве станка ФЦ1512П при изготовлении.
Для определения диапазонов размеров МП, получаемых на станке, используется схема рабочего пространства станка. На схеме указываются размеры рабочего органа станка, несущего заготовку, максимальные размеры обрабатываемой заготовки, чертеж МП и диапазоны перемещений рабочих органов станка по координатным осям.
В качестве примера определим диапазоны размеров МПБ12, получаемые на портальном фрезерном станке ФЦ1512П. Данный МП состоит из трех плоских наружных поверхностей, образующих координатный угол. На рис. 3 показаны чертеж МПБ12, расположенный на рабочем столе портального фрезерного станка ФЦ1512П, диапазоны перемещений фрезерного шпинделя по координатным осям (Х, Y, Z) и размеры рабочего стола.
Для определения размеров МП, получаемых на станке, необходимо установить связи технических характеристик станка с размерами МП. Кроме того, следует учитывать, что получаемые размеры МП могут зависеть от характеристик обрабатывающего инструмента, например, диаметра резания и длины режущей части.
Установленные связи технических характеристик портального фрезерного станка ФЦ1512П с размерами МПБ12, а также получаемые диапазоны размеров МПБ12 показаны в табл. 3.
Достижимая точность изготовления МП на станке будет определяться геометрической точностью станка, поскольку на чистовых режимах обработки, когда получают максимальную точность, действие других факторов незначительно. Геометрическая точность станка характеризуется показателями точности, которые для каждого типа станка регламентированы соответствующими стандартами.
Согласно техническим характеристикам портальный фрезерный станок ФЦ1512П относится к станкам повышенной точности. Точность позиционирования рабочих органов станка составляет ±0,03 мм, что позволяет достигать точности размеров по 7 квалитету. Минимальная шероховатость поверхностей, обработанных на станке повышенного класса точности, составляет Ra 2,5 мкм.
В результате определения технологических возможностей портального фрезерного станка ФЦ1512П был установлен перечень видов МП, изготовляемых на станке, показан алгоритм определения диапазонов размеров МП, получаемых на станке. Установлен достижимый квалитет точности и шероховатость изготовления МП на станке.
На основе полученных данных уточненная формулировка назначения станка ФЦ1512П будет иметь вид: «Станок предназначен для изготовления следующих видов МП: Б11, Б12, Б211, Б212, Б221, Б222, Б311, Б312, Б321, Б322, Б41, Б51, Б52, Р111, Р112, Р121, Р122, Р21, Р22, С111, С112, С121, С122, С21 и С22 на деталях с максимальными габаритными размерами по длине, ширине и высоте 1 500 × 1 200 × 600 мм и точностью изготовления по 7 квалитету с минимальной шероховатостью поверхностей по Ra 2,5 мкм».
Литература
Базров Б. М., Сахаров А. Определение технологических возможностей станочного парка предприятия // Станкоинструмент. 2016. № 2(3). С. 29–34.
Базров Б. М. Модульная технология в машиностроении. М.: Машиностроение, 2001. 368 с., ил.
Сахаров А. В., Радионова Н. А. Определение технологических возможностей токарного обрабатывающего центра // Станкоинструмент. 2019. № 4(17). С. 36–41. DOI: 10.22184/2499-9407.2019.17.04.36.40.
Сахаров А. В. Определение технологических возможностей вертикального фрезерного обрабатывающего центра // Станкоинструмент. 2020. № 4(21). С. 48–53. DOI: 10.22184/2499-9407.2020.21.04.48.52.
Сахаров А. В. Определение технологических возможностей универсальных станков шлифовальной группы // Станкоинструмент. 2021. № 4(25). С. 32–37. DOI: 10.22184/2499-9407.2021.25.4.32.36.
Станкостроительный завод STANOTEX: официальный сайт. г. Набережные Челны, 2023. [Электронный ресурс] URL: https://www.stanotex.ru/portalnyj-stanok-s-chpu-fz3/ (дата обращения 20.06.2023).
Автор
Сахаров Александр Владимирович – кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории теории модульной технологии Института машиноведения им. А. А. Благонравова РАН
А. В. Сахаров
Показано определение технологических возможностей портального фрезерного станка по изготовлению модулей поверхностей деталей.
В работе [1] была предложена идея выбора модуля поверхностей детали в качестве предмета производства на станке. Модулем поверхностей (МП) называется сочетание поверхностей, объединенных совместным выполнением определенной служебной функции детали [2]. Главным преимуществом МП является номенклатура, ограниченная двадцатью шестью видами МП, разделенными на три класса: базирующие, рабочие и связующие. Каждый МП имеет ряд типовых конструкций, а каждая конструкция – свою классификацию по размерам, точности и шероховатости.
Такой подход позволил устранить неоднозначность в выборе предмета производства на станке и перейти к определению его технологических возможностей.
Для определения технологических возможностей станка была разработана специальная методика, включающая следующие исходные данные:
- реализуемые методы обработки;
- применяемый режущий инструмент;
- технические характеристики станка.
Согласно методике технологические возможности станка по изготовлению МП определяются в следующей последовательности:
- определение поверхностей, изготовляемых на станке;
- определение видов МП по составу поверхностей, изготовляемых на станке;
- определение соответствия положений поверхностей в конструкциях МП с их положениями в рабочем пространстве станка при изготовлении;
- определение диапазонов размеров МП, получаемых на станке;
- определение достижимой точности изготовления МП на станке.
Данная методика прошла успешную апробацию при определении технологических возможностей токарного и фрезерного обрабатывающих центров, шлифовальных и других типов станков [3, 4, 5].
Вместе с тем, есть типы станков, технологические возможности которых еще не определялись. К таким станкам относятся фрезерные станки портального типа. В связи с этим, в данной работе будут показаны этапы определения технологических возможностей типового представителя данной группы станков – портального фрезерного станка с ЧПУ модели ФЦ1512П.
Фрагмент формулировки назначения данного станка имеет вид [6]: «Исполнение обрабатывающего центра с ЧПУ ФЦ1512П имеет портальную компоновку и выполнено согласно высоких требований производств к подобным станкам. Портальный фрезерный станок ФЦ1512П обеспечивает стабильные характеристики работы даже при обработке тяжелых заготовок из чугуна, черного металла и других материалов. Массивные узлы портального фрезерного станка ФЦ1512П отлично гасят вибрацию. Система охлаждения предохраняет шпиндель от перегрева во время работы, повышая работоспособность и долговечность устройства. Стойка ЧПУ портального станка ФЦ1512П имеет удобный интерфейс, облегчающий работу оператора. Система ЧПУ станка обладает функцией записи, благодаря чему выполненные ранее программы можно сохранять и в дальнейшем снова воспроизводить без потери времени». Из этой формулировки неясно, какие поверхности можно изготовлять на станке. Поэтому сначала установим эти поверхности.
Изготовляемые поверхности определяются методами обработки, схемами формообразующих движений (СФД) рабочих органов станка и в некоторых случаях применяемыми режущими инструментами.
Рабочие органы станка ФЦ1512П совершают формообразующие движения, показанные на рис. 1.
В табл. 1 представлены рабочие органы станка ФЦ1512П и их формообразующие движения.
Анализ формообразующих движений станка показывает, что на нем можно реализовать шесть методов обработки. В табл. 2 представлены методы обработки, реализуемые на станке ФЦ1512П, варианты СФД по каждому методу обработки, применяемые обрабатывающие инструменты и изготовляемые поверхности.
Анализ полученных данных (табл. 2) показывает, что на станке ФЦ1512П могут быть изготовлены одиннадцать видов поверхностей:
- плоская наружная;
- плоская внутренняя;
- цилиндрическая наружная;
- цилиндрическая внутренняя;
- коническая внутренняя;
- резьбовая внутренняя;
- резьбовая наружная;
- резьбовая коническая наружная;
- резьбовая коническая внутренняя;
- фасонная поверхность замкнутого контура;
- фасонная поверхность незамкнутого контура.
По видам поверхностей, изготовляемых на станке, определяем виды МП, в составе которых присутствуют эти поверхности. Виды МП определяются с помощью прямоугольной матрицы М (рис. 2), столбцы которой соответствуют видам МП, а строки – видам поверхностей, из которых образованы МП. На пересечении j–го столбца и i–й строки проставлена единица, если поверхность входит в состав МП, и ноль, если поверхность не входит в состав МП.
Прямоугольная матрица-столбец М1 показывает поверхности, изготовляемые на станке ФЦ1512П (рис. 2). Теперь по матрице (М) видов поверхностей в МП определяем виды МП, в составе которых присутствуют поверхности, изготовляемые на станке ФЦ1512П. К ним относятся: Б11, Б12, Б211, Б212, Б221, Б222, Б311, Б312, Б321, Б322, Б41, Б51, Б52, Р111, Р112, Р121, Р122, Р21, Р22, С111, С112, С121, С122, С21 и С22.
Далее необходимо проверить, какие базирующие МП из установленного перечня нельзя изготовить в виде полного комплекта баз, лишающего присоединяемую деталь всех степеней свободы. Такими МП являются Б311, Б312 и Б41, поскольку полный комплект баз в их конструкции реализован с помощью боковых поверхностей шпонки и шпоночных пазов, которые не могут быть изготовлены на станке ФЦ1512П. Вместе с тем, перечисленные базирующие МП имеют конструкции, образующие неполные комплекты баз. Поэтому необходимо проверить возможность изготовления конструкций данных МП в виде неполных комплектов баз. К ним относятся конструкции Б312, Б311 и Б41 без боковых поверхностей шпонки и шпоночных пазов, которые можно изготовить на портальном фрезерном станке.
Задача следующего этапа – проверить соответствие положений поверхностей в конструкциях МП с положениями этих поверхностей в рабочем пространстве станка при изготовлении. В ходе проверки каждая конструкция МП располагается на схеме рабочего пространства станка таким образом, чтобы одна из поверхностей МП заняла положение относительно рабочих органов станка, обеспечивающее возможность ее изготовления. После этого проверяется соответствие требуемому положению остальных поверхностей МП. Если положение какой-либо поверхности МП не соответствует требуемому положению, то делается вывод о том, что такая конструкция МП не может быть изготовлена на станке.
Проверка показала, что положения поверхностей в конструкциях МП совпадают с положениями этих поверхностей в рабочем пространстве станка ФЦ1512П при изготовлении.
Для определения диапазонов размеров МП, получаемых на станке, используется схема рабочего пространства станка. На схеме указываются размеры рабочего органа станка, несущего заготовку, максимальные размеры обрабатываемой заготовки, чертеж МП и диапазоны перемещений рабочих органов станка по координатным осям.
В качестве примера определим диапазоны размеров МПБ12, получаемые на портальном фрезерном станке ФЦ1512П. Данный МП состоит из трех плоских наружных поверхностей, образующих координатный угол. На рис. 3 показаны чертеж МПБ12, расположенный на рабочем столе портального фрезерного станка ФЦ1512П, диапазоны перемещений фрезерного шпинделя по координатным осям (Х, Y, Z) и размеры рабочего стола.
Для определения размеров МП, получаемых на станке, необходимо установить связи технических характеристик станка с размерами МП. Кроме того, следует учитывать, что получаемые размеры МП могут зависеть от характеристик обрабатывающего инструмента, например, диаметра резания и длины режущей части.
Установленные связи технических характеристик портального фрезерного станка ФЦ1512П с размерами МПБ12, а также получаемые диапазоны размеров МПБ12 показаны в табл. 3.
Достижимая точность изготовления МП на станке будет определяться геометрической точностью станка, поскольку на чистовых режимах обработки, когда получают максимальную точность, действие других факторов незначительно. Геометрическая точность станка характеризуется показателями точности, которые для каждого типа станка регламентированы соответствующими стандартами.
Согласно техническим характеристикам портальный фрезерный станок ФЦ1512П относится к станкам повышенной точности. Точность позиционирования рабочих органов станка составляет ±0,03 мм, что позволяет достигать точности размеров по 7 квалитету. Минимальная шероховатость поверхностей, обработанных на станке повышенного класса точности, составляет Ra 2,5 мкм.
В результате определения технологических возможностей портального фрезерного станка ФЦ1512П был установлен перечень видов МП, изготовляемых на станке, показан алгоритм определения диапазонов размеров МП, получаемых на станке. Установлен достижимый квалитет точности и шероховатость изготовления МП на станке.
На основе полученных данных уточненная формулировка назначения станка ФЦ1512П будет иметь вид: «Станок предназначен для изготовления следующих видов МП: Б11, Б12, Б211, Б212, Б221, Б222, Б311, Б312, Б321, Б322, Б41, Б51, Б52, Р111, Р112, Р121, Р122, Р21, Р22, С111, С112, С121, С122, С21 и С22 на деталях с максимальными габаритными размерами по длине, ширине и высоте 1 500 × 1 200 × 600 мм и точностью изготовления по 7 квалитету с минимальной шероховатостью поверхностей по Ra 2,5 мкм».
Литература
Базров Б. М., Сахаров А. Определение технологических возможностей станочного парка предприятия // Станкоинструмент. 2016. № 2(3). С. 29–34.
Базров Б. М. Модульная технология в машиностроении. М.: Машиностроение, 2001. 368 с., ил.
Сахаров А. В., Радионова Н. А. Определение технологических возможностей токарного обрабатывающего центра // Станкоинструмент. 2019. № 4(17). С. 36–41. DOI: 10.22184/2499-9407.2019.17.04.36.40.
Сахаров А. В. Определение технологических возможностей вертикального фрезерного обрабатывающего центра // Станкоинструмент. 2020. № 4(21). С. 48–53. DOI: 10.22184/2499-9407.2020.21.04.48.52.
Сахаров А. В. Определение технологических возможностей универсальных станков шлифовальной группы // Станкоинструмент. 2021. № 4(25). С. 32–37. DOI: 10.22184/2499-9407.2021.25.4.32.36.
Станкостроительный завод STANOTEX: официальный сайт. г. Набережные Челны, 2023. [Электронный ресурс] URL: https://www.stanotex.ru/portalnyj-stanok-s-chpu-fz3/ (дата обращения 20.06.2023).
Автор
Сахаров Александр Владимирович – кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории теории модульной технологии Института машиноведения им. А. А. Благонравова РАН
Отзывы читателей
