eng
Выпуск #1/2017
Б. Базров, А. Сахаров
Определение технологических возможностей станков токарной группы на модульном уровне
Определение технологических возможностей станков токарной группы на модульном уровне
Просмотры: 2074
На примере токарного патронноцентрового станка показан подход к определению технологических возможностей станков токарной группы на модульном уровне.
Теги: shaping movements technological capabilities the machine tool accuracy the surface module turning machine tool модуль поверхностей технологические возможности токарный станок точность станка формообразующие движения
Под технологическими возможностями станка понимается перечень изготовляемых на нем конструкций модулей поверхностей (МП) с определенными диапазонами размеров, точности и шероховатости поверхностей на деталях с определенными габаритными размерами [1]. Эта информация должна присутствовать в формулировке назначения станка.
Проведенное исследование [2] показало, что в формулировках назначения станков, приводимых в паспортных данных и рекламных проспектах, как правило, информация об их технологических возможностях отсутствует или представлена неполно. В большей степени это актуально для универсальных станков и в меньшей степени − для специализированных и специальных (операционных) станков.
Из-за недостатка информации о технологических возможностях станков возникают трудности при формировании производственной программы предприятия, определении возможности выполнения отдельных заказов по выпуску деталей, при проектировании технологических процессов изготовления деталей и приобретении соответствующего оборудования.
Для решения этой проблемы была разработана методика определения технологических возможностей станков на модульном уровне.
Рассмотрим токарную группу станков, как наиболее распространенную на машиностроительных предприятиях. В качестве примера для определения технологических возможностей выберем станок с наибольшей универсальностью: токарный патронно-центровой станок с ЧПУ 16Р35Ф3 в комплектации с 3-кулачковым самоцентрирующим патроном и 8-позиционной револьверной головкой с горизонтальной осью.
Токарный станок 16Р35Ф3 имеет следующую формулировку назначения: «Предназначен для обработки по программе цилиндрических, торцовых, конических, ступенчатых и криволинейных поверхностей деталей, включая нарезание резьб».
Исходными данными для определения технологических возможностей станка на модульном уровне являются методы обработки, реализуемые на станке, применяемый обрабатывающий инструмент и технические характеристики станка. Методика определения технологических возможностей станка состоит из следующих этапов:
Ф определения поверхностей, изготовляемых на станке;
Ф определения МП по составу поверхностей, изготовляемых на станке;
Ф определения соответствия положений поверхностей в конструкциях МП с их положениями в рабочем пространстве станка при изготовлении;
Ф определения диапазонов размеров МП, получаемых на станке;
Ф определения достижимой точности изготовления МП на станке.
Установим перечень поверхностей, изготовляемых на станке. Они определяются методами обработки, схемами формообразующих движений станка (СФД) и, в некоторых случаях, видами применяемых обрабатывающих инструментов.
Рабочие органы токарного патронно-центрового станка 16Р35Ф3 совершают следующие формообразующие движения (рис. 1): вращение шпинделя с заготовкой вокруг оси Z (), продольное () и поперечное () перемещение суппорта с револьверной головкой.
В табл. 1 сопоставлены методы обработки, реализуемые на станке 16Р35Ф3, СФД станка по каждому методу обработки, применяемый обрабатывающий инструмент и изготовляемые поверхности.
По перечню поверхностей из табл. 1 определим МП, в составе которых присутствуют эти поверхности. Согласно определению [3], МП представляет собой сочетание поверхностей, объединенных выполнением определенной служебной функции детали. Классификация МП содержит двадцать шесть видов модулей поверхностей, разделенных на три класса: базирующие, рабочие и связующие. Каждый МП имеет свой ряд типовых конструкций, а каждая конструкция – свою классификацию по размерам, точности и шероховатости.
Определение МП осуществляется по номограмме (рис. 2), где на оси Y отмечены поверхности, входящие в состав всех МП, на оси X обозначены виды МП, а на оси Z размещены модели станков.
В плоскости YZ номограммы были выделены поверхности, изготовляемые на токарном станке 16Р35Ф3. Затем в плоскости XY номограммы были найдены заштрихованные ячейки, показывающие виды МП, в составе которых присутствуют эти поверхности.
Например, резьбовая внутренняя поверхность (рис. 2) есть в составе МП Б211, фасонная внутренняя поверхность вращения присутствует в МП Б51, МП Р21, МП С21, а цилиндрическая внутренняя поверхность есть в составе МП Б311, МП Б321, МП Р121 и МП С121.
Конструкцию МП можно изготовить на станке, если все поверхности данного МП могут быть изготовлены на этом станке. Например, из номограммы на рис. 2 видно, что в составе МП Б211 кроме резьбовой внутренней поверхности имеется и плоская наружная поверхность. Проверка по номограмме показывает, что плоская наружная поверхность может быть изготовлена на токарном станке 16Р35Ф3, следовательно, вся конструкция данного МП может быть изготовлена на этом станке.
В результате анализа номограммы был установлен перечень видов МП, изготовляемых на токарном станке 16Р35Ф3: Б211, Б212, Б221, Б222, Б311, Б312, Б321, Б41, Б42, Б51, Б52, Р111, Р112, Р121, Р122, Р21, Р22, С111, С112, С121, С122, С21 и С22.
На следующем этапе определяется соответствие положений поверхностей в конструкциях МП с положениями этих поверхностей в рабочем пространстве станка при изготовлении.
Для проверки составляется схема, на которой конструкцию МП условно размещают в рабочем пространстве станка так, чтобы одна из поверхностей МП занимала положение, обеспечивающее возможность ее изготовления. Затем проверяют остальные поверхности МП на соответствие требуемому положению. При несовпадении с ним хотя бы одной из поверхностей МП всю конструкцию этого МП нельзя будет изготовить на станке, и данный МП исключается из перечня.
Например, положение поверхностей конструкции МП Б211 в рабочем пространстве станка 16Р35Ф3 (рис. 3) соответствует требуемому положению, а второе цилиндрическое отверстие МП Б321 расположено несоосно оси вращения шпинделя, поэтому МП Б321 нельзя изготовить на токарном станке за одну установку заготовки. Конструкцию МП Б311 с боковой поверхностью шпоночного паза невозможно изготовить на данном токарном станке, поскольку нельзя получить плоскую внутреннюю поверхность, расположенную параллельно оси вращения шпинделя токарного станка.
В связи с этим, МП Б321 и конструкция МП Б311 с боковой поверхностью шпоночного паза были исключены из перечня МП, изготовляемых на станке.
Далее определяем диапазоны размеров МП, получаемые на станке. Для этого необходимо знать габаритные размеры рабочего пространства станка, диапазоны перемещений его рабочих органов и, в некоторых случаях, размеры рабочей части обрабатывающего инструмента.
Например, определим диапазоны размеров конструкции МП Б311, состоящей из цилиндрического отверстия и торца, получаемых на токарном станке 16Р35Ф3: диаметра (d) и длины (l) цилиндрического отверстия и диаметра торцовой поверхности (D). Составим схему рабочего пространства станка, на которой покажем его рабочие органы в исходном положении с диапазонами перемещений (ХС, ZC) и максимальные размеры обрабатываемых заготовок (рис. 4).
Изготовление МП Б311 на токарном станке предполагает установку заготовки в 3-кулачковом самоцентрирующем патроне. Из условия обработки заготовки в патроне следует, что длина заготовки L < 4D. В соответствии с техническими характеристиками станка, наибольший диаметр заготовки D1, устанавливаемой над станиной, составляет 700 мм, а наибольший диаметр обработки над суппортом D2 равен 400 мм. Поэтому, исходя из условия обработки заготовки в патроне, максимальная длина заготовки при обработке над станиной L1 не должна превышать 2 800 мм, а при обработке над суппортом L2 < 1 600 мм. Эти размеры будут определять и диапазоны длин цилиндрического отверстия МП Б311: l1 < 2 800 мм и l < 1 600 мм. Диаметр цилиндрического отверстия МП Б311 также определяется наибольшими диаметрами обработки над станиной и суппортом: d1 < 700 мм и d2 < 400 мм. Диаметр торца будет равен: – 0−700 мм и – 0−400 мм.
Следующим этапом является установление достижимой точности изготовления МП. Она зависит от геометрической точности станка, поскольку на чистовых режимах обработки, когда получают максимальную точность, действие других факторов незначительно. В свою очередь, геометрическая точность станка характеризуется показателями точности, которые для каждого типа станка регламентированы соответствующими стандартами.
Точность токарных станков согласно ГОСТ 18097-93 [4] регламентирована восемнадцатью показателями, к которым относятся, например, точность установки направляющих в продольном и поперечном направлении, прямолинейность продольного перемещения суппорта в вертикальной и горизонтальной плоскости, осевое биение шпинделя передней бабки и др.
Точность МП описывается точностью размеров, точностью формы поверхностей, точностью относительного положения и шероховатостью поверхностей. Например, точность МП Б311 (рис. 5) описывается:
Ф точностью размеров: диаметра (d) и длины (l) цилиндрического отверстия, диаметра торца (D);
Ф точностью формы: отклонением от цилиндричности и круглости цилиндрического отверстия, отклонением от плоскостности торца;
Ф точностью относительного положения поверхностей: отклонением от перпендикулярности торца относительно оси цилиндрического отверстия;
Ф шероховатостью цилиндрического отверстия (Ra1) и торца (Ra2).
Задача заключается в установлении показателей точности станка, влияющих на каждый показатель точности МП, и определении величины их влияния. Величины погрешностей МП, возникающие от действия геометрических погрешностей станка, определяются путем геометрических построений на схемах, показывающих влияние геометрических погрешностей станка на показатели точности МП.
В качестве примера в табл. 2 показаны результаты определения достижимой точности изготовления МП Б311 на токарном станке 16Р35Ф3.
После определения технологических возможностей токарного станка 16Р35Ф3В на модульном уровне, формулировка его назначения будет иметь следующее содержание: «Станок предназначен для обработки по программе следующих МП: Б211, Б212, Б221, Б222, Б311, Б312, Б41, Б42, Б51, Б52, Р111, Р112, Р121, Р122, Р21, Р22, С111, С112, С121, С122, С21 и С22 – на деталях типа тела вращения с максимальными габаритными размерами по длине до 2 000 мм и до 700 мм по диаметру».
Результаты по определению технологических возможностей станка оформляются в виде приложения к паспорту станка, в котором приводится перечень МП, изготовляемых на станке, с указанием диапазонов получаемых характеристик (размеров, точности и шероховатости). В табл. 3 представлен фрагмент такого приложения с технологическими возможностями токарного станка 16Р35Ф3 на примере МП Б311.
Использование предложенной методики позволяет определять технологические возможности как отдельных станков, обладающих различной универсальностью, так и всего станочного парка предприятия.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сахаров А.В. Установление технологических возможностей станков для проектирования технологических процессов и обоснования производственной программы : Дис. … канд. техн. наук. – М., 2012. 135 с.
2. Базров Б.М., Сахаров А.В. Определение технологических возможностей станочного парка предприятия // СТАНКОИНСТРУМЕНТ. 2016. № 2. С. 29–34.
3. Базров Б.М. Модульная технология в машиностроении. – М.: Машиностроение, 2001. 368 с.
4. ГОСТ 1809793. Станки токарновинторезные и токарные. Основные размеры. Нормы точности. – М.: Издво стандартов,1996. 23 с.
5. Косилова А.Г., Мещеряков Р.К. Справочник технологамашиностроителя. В 2х т. / 4е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1986. Т. 1. 656 с., Т. 2. 496 с.
БАЗРОВ Борис Мухтарбекович –
доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией теории модульной технологии Института машиноведения им. А.А. Благонравова РАН
САХАРОВ Александр Владимирович –
кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории теории модульной технологии Института машиноведения им. А.А. Благонравова РАН
Проведенное исследование [2] показало, что в формулировках назначения станков, приводимых в паспортных данных и рекламных проспектах, как правило, информация об их технологических возможностях отсутствует или представлена неполно. В большей степени это актуально для универсальных станков и в меньшей степени − для специализированных и специальных (операционных) станков.
Из-за недостатка информации о технологических возможностях станков возникают трудности при формировании производственной программы предприятия, определении возможности выполнения отдельных заказов по выпуску деталей, при проектировании технологических процессов изготовления деталей и приобретении соответствующего оборудования.
Для решения этой проблемы была разработана методика определения технологических возможностей станков на модульном уровне.
Рассмотрим токарную группу станков, как наиболее распространенную на машиностроительных предприятиях. В качестве примера для определения технологических возможностей выберем станок с наибольшей универсальностью: токарный патронно-центровой станок с ЧПУ 16Р35Ф3 в комплектации с 3-кулачковым самоцентрирующим патроном и 8-позиционной револьверной головкой с горизонтальной осью.
Токарный станок 16Р35Ф3 имеет следующую формулировку назначения: «Предназначен для обработки по программе цилиндрических, торцовых, конических, ступенчатых и криволинейных поверхностей деталей, включая нарезание резьб».
Исходными данными для определения технологических возможностей станка на модульном уровне являются методы обработки, реализуемые на станке, применяемый обрабатывающий инструмент и технические характеристики станка. Методика определения технологических возможностей станка состоит из следующих этапов:
Ф определения поверхностей, изготовляемых на станке;
Ф определения МП по составу поверхностей, изготовляемых на станке;
Ф определения соответствия положений поверхностей в конструкциях МП с их положениями в рабочем пространстве станка при изготовлении;
Ф определения диапазонов размеров МП, получаемых на станке;
Ф определения достижимой точности изготовления МП на станке.
Установим перечень поверхностей, изготовляемых на станке. Они определяются методами обработки, схемами формообразующих движений станка (СФД) и, в некоторых случаях, видами применяемых обрабатывающих инструментов.
Рабочие органы токарного патронно-центрового станка 16Р35Ф3 совершают следующие формообразующие движения (рис. 1): вращение шпинделя с заготовкой вокруг оси Z (), продольное () и поперечное () перемещение суппорта с револьверной головкой.
В табл. 1 сопоставлены методы обработки, реализуемые на станке 16Р35Ф3, СФД станка по каждому методу обработки, применяемый обрабатывающий инструмент и изготовляемые поверхности.
По перечню поверхностей из табл. 1 определим МП, в составе которых присутствуют эти поверхности. Согласно определению [3], МП представляет собой сочетание поверхностей, объединенных выполнением определенной служебной функции детали. Классификация МП содержит двадцать шесть видов модулей поверхностей, разделенных на три класса: базирующие, рабочие и связующие. Каждый МП имеет свой ряд типовых конструкций, а каждая конструкция – свою классификацию по размерам, точности и шероховатости.
Определение МП осуществляется по номограмме (рис. 2), где на оси Y отмечены поверхности, входящие в состав всех МП, на оси X обозначены виды МП, а на оси Z размещены модели станков.
В плоскости YZ номограммы были выделены поверхности, изготовляемые на токарном станке 16Р35Ф3. Затем в плоскости XY номограммы были найдены заштрихованные ячейки, показывающие виды МП, в составе которых присутствуют эти поверхности.
Например, резьбовая внутренняя поверхность (рис. 2) есть в составе МП Б211, фасонная внутренняя поверхность вращения присутствует в МП Б51, МП Р21, МП С21, а цилиндрическая внутренняя поверхность есть в составе МП Б311, МП Б321, МП Р121 и МП С121.
Конструкцию МП можно изготовить на станке, если все поверхности данного МП могут быть изготовлены на этом станке. Например, из номограммы на рис. 2 видно, что в составе МП Б211 кроме резьбовой внутренней поверхности имеется и плоская наружная поверхность. Проверка по номограмме показывает, что плоская наружная поверхность может быть изготовлена на токарном станке 16Р35Ф3, следовательно, вся конструкция данного МП может быть изготовлена на этом станке.
В результате анализа номограммы был установлен перечень видов МП, изготовляемых на токарном станке 16Р35Ф3: Б211, Б212, Б221, Б222, Б311, Б312, Б321, Б41, Б42, Б51, Б52, Р111, Р112, Р121, Р122, Р21, Р22, С111, С112, С121, С122, С21 и С22.
На следующем этапе определяется соответствие положений поверхностей в конструкциях МП с положениями этих поверхностей в рабочем пространстве станка при изготовлении.
Для проверки составляется схема, на которой конструкцию МП условно размещают в рабочем пространстве станка так, чтобы одна из поверхностей МП занимала положение, обеспечивающее возможность ее изготовления. Затем проверяют остальные поверхности МП на соответствие требуемому положению. При несовпадении с ним хотя бы одной из поверхностей МП всю конструкцию этого МП нельзя будет изготовить на станке, и данный МП исключается из перечня.
Например, положение поверхностей конструкции МП Б211 в рабочем пространстве станка 16Р35Ф3 (рис. 3) соответствует требуемому положению, а второе цилиндрическое отверстие МП Б321 расположено несоосно оси вращения шпинделя, поэтому МП Б321 нельзя изготовить на токарном станке за одну установку заготовки. Конструкцию МП Б311 с боковой поверхностью шпоночного паза невозможно изготовить на данном токарном станке, поскольку нельзя получить плоскую внутреннюю поверхность, расположенную параллельно оси вращения шпинделя токарного станка.
В связи с этим, МП Б321 и конструкция МП Б311 с боковой поверхностью шпоночного паза были исключены из перечня МП, изготовляемых на станке.
Далее определяем диапазоны размеров МП, получаемые на станке. Для этого необходимо знать габаритные размеры рабочего пространства станка, диапазоны перемещений его рабочих органов и, в некоторых случаях, размеры рабочей части обрабатывающего инструмента.
Например, определим диапазоны размеров конструкции МП Б311, состоящей из цилиндрического отверстия и торца, получаемых на токарном станке 16Р35Ф3: диаметра (d) и длины (l) цилиндрического отверстия и диаметра торцовой поверхности (D). Составим схему рабочего пространства станка, на которой покажем его рабочие органы в исходном положении с диапазонами перемещений (ХС, ZC) и максимальные размеры обрабатываемых заготовок (рис. 4).
Изготовление МП Б311 на токарном станке предполагает установку заготовки в 3-кулачковом самоцентрирующем патроне. Из условия обработки заготовки в патроне следует, что длина заготовки L < 4D. В соответствии с техническими характеристиками станка, наибольший диаметр заготовки D1, устанавливаемой над станиной, составляет 700 мм, а наибольший диаметр обработки над суппортом D2 равен 400 мм. Поэтому, исходя из условия обработки заготовки в патроне, максимальная длина заготовки при обработке над станиной L1 не должна превышать 2 800 мм, а при обработке над суппортом L2 < 1 600 мм. Эти размеры будут определять и диапазоны длин цилиндрического отверстия МП Б311: l1 < 2 800 мм и l < 1 600 мм. Диаметр цилиндрического отверстия МП Б311 также определяется наибольшими диаметрами обработки над станиной и суппортом: d1 < 700 мм и d2 < 400 мм. Диаметр торца будет равен: – 0−700 мм и – 0−400 мм.
Следующим этапом является установление достижимой точности изготовления МП. Она зависит от геометрической точности станка, поскольку на чистовых режимах обработки, когда получают максимальную точность, действие других факторов незначительно. В свою очередь, геометрическая точность станка характеризуется показателями точности, которые для каждого типа станка регламентированы соответствующими стандартами.
Точность токарных станков согласно ГОСТ 18097-93 [4] регламентирована восемнадцатью показателями, к которым относятся, например, точность установки направляющих в продольном и поперечном направлении, прямолинейность продольного перемещения суппорта в вертикальной и горизонтальной плоскости, осевое биение шпинделя передней бабки и др.
Точность МП описывается точностью размеров, точностью формы поверхностей, точностью относительного положения и шероховатостью поверхностей. Например, точность МП Б311 (рис. 5) описывается:
Ф точностью размеров: диаметра (d) и длины (l) цилиндрического отверстия, диаметра торца (D);
Ф точностью формы: отклонением от цилиндричности и круглости цилиндрического отверстия, отклонением от плоскостности торца;
Ф точностью относительного положения поверхностей: отклонением от перпендикулярности торца относительно оси цилиндрического отверстия;
Ф шероховатостью цилиндрического отверстия (Ra1) и торца (Ra2).
Задача заключается в установлении показателей точности станка, влияющих на каждый показатель точности МП, и определении величины их влияния. Величины погрешностей МП, возникающие от действия геометрических погрешностей станка, определяются путем геометрических построений на схемах, показывающих влияние геометрических погрешностей станка на показатели точности МП.
В качестве примера в табл. 2 показаны результаты определения достижимой точности изготовления МП Б311 на токарном станке 16Р35Ф3.
После определения технологических возможностей токарного станка 16Р35Ф3В на модульном уровне, формулировка его назначения будет иметь следующее содержание: «Станок предназначен для обработки по программе следующих МП: Б211, Б212, Б221, Б222, Б311, Б312, Б41, Б42, Б51, Б52, Р111, Р112, Р121, Р122, Р21, Р22, С111, С112, С121, С122, С21 и С22 – на деталях типа тела вращения с максимальными габаритными размерами по длине до 2 000 мм и до 700 мм по диаметру».
Результаты по определению технологических возможностей станка оформляются в виде приложения к паспорту станка, в котором приводится перечень МП, изготовляемых на станке, с указанием диапазонов получаемых характеристик (размеров, точности и шероховатости). В табл. 3 представлен фрагмент такого приложения с технологическими возможностями токарного станка 16Р35Ф3 на примере МП Б311.
Использование предложенной методики позволяет определять технологические возможности как отдельных станков, обладающих различной универсальностью, так и всего станочного парка предприятия.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сахаров А.В. Установление технологических возможностей станков для проектирования технологических процессов и обоснования производственной программы : Дис. … канд. техн. наук. – М., 2012. 135 с.
2. Базров Б.М., Сахаров А.В. Определение технологических возможностей станочного парка предприятия // СТАНКОИНСТРУМЕНТ. 2016. № 2. С. 29–34.
3. Базров Б.М. Модульная технология в машиностроении. – М.: Машиностроение, 2001. 368 с.
4. ГОСТ 1809793. Станки токарновинторезные и токарные. Основные размеры. Нормы точности. – М.: Издво стандартов,1996. 23 с.
5. Косилова А.Г., Мещеряков Р.К. Справочник технологамашиностроителя. В 2х т. / 4е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1986. Т. 1. 656 с., Т. 2. 496 с.
БАЗРОВ Борис Мухтарбекович –
доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией теории модульной технологии Института машиноведения им. А.А. Благонравова РАН
САХАРОВ Александр Владимирович –
кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории теории модульной технологии Института машиноведения им. А.А. Благонравова РАН
Отзывы читателей
