eng
Выпуск #4/2020
А. САХАРОВ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ВЕРТИКАЛЬНОГО ФРЕЗЕРНОГО ОБРАБАТЫВАЮЩЕГО ЦЕНТРА
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ВЕРТИКАЛЬНОГО ФРЕЗЕРНОГО ОБРАБАТЫВАЮЩЕГО ЦЕНТРА
Просмотры: 1471
DOI: 10.22184/2499-9407.2020.21.04.48.52
Показано определение технологических возможностей вертикального фрезерного обрабатывающего центра по изготовлению модулей поверхностей деталей.
Показано определение технологических возможностей вертикального фрезерного обрабатывающего центра по изготовлению модулей поверхностей деталей.
Теги: machine precision milling center shaping movements surface modulus technological capabilities модуль поверхностей обрабатывающий центр технологические возможности точность станка формообразующие движения
Определение технологических возможностей вертикального фрезерного обрабатывающего центра
Александр САХАРОВ
Показано определение технологических возможностей вертикального фрезерного обрабатывающего центра по изготовлению модулей поверхностей деталей.
Под технологическими возможностями станка понимается перечень изготовляемых предметов производства с определенными диапазонами характеристик (размеров и точности) на деталях с определенными габаритными размерами. Технологические возможности станка необходимо знать при проектировании технологических процессов изготовления деталей для выбора станков на технологические операции и для обоснования производственной программы предприятия.
Исследование формулировок назначения и технических характеристик большого количества станков разных типов показало, что технологические возможности станков в них либо не отражены, либо представлены недостаточно. Данная проблема связана с неоднозначным пониманием предмета производства на станке. Поверхность, сочетание поверхностей или деталь из-за неограниченного разнообразия не могут выступать в качестве предмета производства для станка.
Чтобы уйти от неограниченного разнообразия возможных вариантов сочетаний поверхностей и деталей, было предложено принять за предмет производства на станке модуль поверхностей детали. Модулем поверхностей (МП) называется сочетание поверхностей, объединенных совместным выполнением определенной служебной функции детали [1]. В соответствии с классификацией МП имеет ограниченную номенклатуру, насчитывающую 26 видов МП, разделенных на три класса: базирующие, рабочие и связующие. При этом каждый МП имеет свой ряд типовых конструкций, а каждая конструкция – свою классификацию по размерам, точности и шероховатости.
Для определения технологических возможностей станков по изготовлению МП была разработана методика, которая состоит из шести этапов [2]. Исходными данными являются: реализуемые методы обработки, применяемый режущий инструмент и технические характеристики станка. С помощью этой информации последовательно выполняются
следующие этапы:
Рассмотрим в качестве примера определение технологических возможностей станков класса «вертикальный фрезерный обрабатывающий центр». Объектом исследования был выбран вертикальный фрезерный обрабатывающий центр Smart 430A фирмы Mazak. В соответствии с формулировкой назначения данный станок предназначен для выполнения различных станочных операций: от обработки при тяжелых режимах резания до высокоскоростной обработки. В этой формулировке назначения не отражены технологические возможности станка.
Согласно методике вначале установим поверхности, изготовляемые на станке. Они определяются методами обработки на станке, схемами формообразующих движений станка (СФД) и в некоторых случаях применяемыми режущими инструментами.
Рабочие органы станка Mazak Smart 430A совершают следующие формообразующие движения (рис. 1): – вращение шпинделя с инструментом вокруг оси Z, – перемещение шпинделя с инструментом вдоль оси Z, – перемещение рабочего стола вдоль оси X, – перемещение рабочего стола вдоль оси Y.
В табл. 1 представлены СФД по каждому методу обработки, реализуемому на станке, применяемый обрабатывающий инструмент и изготовляемые поверхности.
В соответствии с табл. 1 на станке Mazak Smart 430A могут быть изготовлены следующие виды поверхностей: плоская наружная, плоская внутренняя, цилиндрическая наружная, цилиндрическая внутренняя, резьбовая внутренняя, резьбовая наружная, фасонная поверхность замкнутого контура, фасонная поверхность незамкнутого контура.
По перечню поверхностей, изготовляемых на станке, определяются виды МП, в составе которых присутствуют эти поверхности. Виды МП определяются с помощью номограммы (рис. 2), где на оси Y отмечены поверхности, из которых состоят все МП, на оси X обозначены виды МП, а на оси Z отмечается модель станка. В плоскости XY отмечены поверхности, содержащиеся в каждом МП, в плоскости YZ отмечаются поверхности, изготовляемые на станке, а в плоскости XZ отмечаются виды МП, соответствующие станку.
Для определения видов МП в плоскости YZ номограммы были выделены все поверхности, изготовляемые на вертикальном фрезерном обрабатывающем центре Mazak Smart 430A. Затем в плоскости XY номограммы в строке каждой отмеченной поверхности были найдены все заштрихованные ячейки, которые указывают на виды МП, в составе которых присутствуют эти поверхности.
Например, в строке плоской наружной поверхности, согласно номограмме, отмечены ячейки, соответствующие следующим модулям: Б12, Б211, Б212, Б311, Б312, Б321, Б322, Б42, Р112, С112. Из номограммы видно, что модули Б311, Б312, Б321, Б322, Б42 состоят не из одной плоской наружной поверхности. Модуль Б311 содержит еще плоскую и цилиндрическую внутренние поверхности, которые изготовляются на станке, а модуль Б42 имеет еще и коническую наружную поверхность, которая не изготовляется на станке, что видно из плоскости YZ номограммы. Конструкцию МП можно изготовить на станке, если на станке могут быть изготовлены все поверхности МП. Поэтому модуль Б42 был исключен из перечня видов МП, в составе которых присутствуют изготовляемые на фрезерном обрабатывающем центре поверхности.
Таким образом были проанализированы все изготовляемые на станке поверхности и установлен перечень из двадцати двух видов МП: Б11, Б12, Б211, Б212, Б311, Б312, Б321, Б322, Б51, Б52, Р111, Р112, Р121, Р122, Р21, Р22, С111, С112, С121, С122, С21, С22.
После определения видов МП на следующем этапе следует проверить соответствие положений поверхностей в конструкциях МП с положениями этих поверхностей в рабочем пространстве станка при изготовлении.
С этой целью конструкцию МП проецируют в рабочее пространство станка таким образом, чтобы одна из поверхностей МП занимала положение относительно рабочих органов станка, обеспечивающее возможность ее изготовления. После этого проверяется соответствие требуемому положению других поверхностей МП. Если положение одной из поверхностей МП не соответствует требуемому положению, то такая конструкция МП не может быть изготовлена на станке.
Например, проверим конструкцию МП Б312, состоящую из плоской наружной поверхности (торца), цилиндрической наружной поверхности, перпендикулярной торцу и цилиндрической внутренней поверхности, ось которой перпендикулярна оси цилиндрической наружной поверхности (рис. 3). Расположим конструкцию МП Б312 в рабочем пространстве станка таким образом, чтобы плоская наружная поверхность была перпендикулярна оси вращения шпинделя станка. При этом ось цилиндрической наружной поверхности МП Б312 расположена параллельно оси вращения шпинделя, что соответствует ее положению при изготовлении на станке методом фрезерования с винтовой интерполяцией. Цилиндрическая внутренняя поверхность оказывается расположена перпендикулярно оси вращения шпинделя, что не соответствует требуемому положению при изготовлении на станке. Поэтому такая конструкция МП Б312 не может быть изготовлена на станке.
Диапазоны размеров МП определяются с помощью схемы рабочего пространства станка. На схеме указываются размеры рабочего пространства станка, размеры обрабатываемой заготовки и диапазоны перемещений рабочих органов станка по координатным осям.
В качестве примера определим диапазоны размеров МП Б321, которые могут быть получены на вертикальном фрезерном обрабатывающем центре Mazak Smart 430A. Этот МП состоит из плоской наружной поверхности и двух соосных цилиндрических внутренних поверхностей, расположенных перпендикулярно плоской наружной поверхности (рис. 4).
На схеме рабочего пространства станка показаны диапазоны перемещений фрезерного шпинделя и рабочего стола по координатным осям (Х, Y, Z) и максимальные размеры обрабатываемой заготовки.
Размеры МП, получаемые на станке, определяются по техническим характеристикам станка: диапазонам перемещений рабочих органов станка по координатным осям и размерам обрабатывающего инструмента.
В табл. 2 показана взаимосвязь размеров МП Б321 с техническими характеристиками станка Mazak Smart 430A и характеристиками обрабатывающего инструмента.
На заключительном этапе устанавливается достижимая точность изготовления МП на станке. Она зависит от геометрической точности 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.
В результате определения технологических возможностей станка Mazak Smart 430A был установлен перечень МП, изготовляемых на станке, и диапазоны их характеристик (размеры, точность и шероховатость). Формулировка назначения станка будет иметь следующее содержание: «Станок предназначен для обработки по программе следующих МП: Б11, Б12, Б211, Б212, Б311, Б312, Б321, Б322, Б51, Б52, Р111, Р112, Р121, Р122, Р21, Р22, С111, С112, С121, С122, С21 и С22 на деталях призматического типа с максимальными габаритными размерами по длине до 900 мм, по ширине до 430 мм и по высоте до 570 мм».
Рассмотренный пример показывает, что с помощью данной методики можно определить технологические возможности по изготовлению МП для любого вертикального фрезерного обрабатывающего центра и автоматизировать выбор таких станков при проектировании технологических процессов изготовления деталей в САПР ТП.
литературА
1. Базров Б.М. Модульная технология в машиностроении. – М.: Машиностроение, 2001. 368 с., ил.
2. Сахаров А.В., Родионова Н.А. Определение технологических возможностей токарного обрабатывающего центра // Станкоинструмент. 2019. № 4. С. 36–40.
САХАРОВ Александр Владимирович –
кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории теории модульной технологии Института машиноведения им. А. А. Благонравова РАН
Александр САХАРОВ
Показано определение технологических возможностей вертикального фрезерного обрабатывающего центра по изготовлению модулей поверхностей деталей.
Под технологическими возможностями станка понимается перечень изготовляемых предметов производства с определенными диапазонами характеристик (размеров и точности) на деталях с определенными габаритными размерами. Технологические возможности станка необходимо знать при проектировании технологических процессов изготовления деталей для выбора станков на технологические операции и для обоснования производственной программы предприятия.
Исследование формулировок назначения и технических характеристик большого количества станков разных типов показало, что технологические возможности станков в них либо не отражены, либо представлены недостаточно. Данная проблема связана с неоднозначным пониманием предмета производства на станке. Поверхность, сочетание поверхностей или деталь из-за неограниченного разнообразия не могут выступать в качестве предмета производства для станка.
Чтобы уйти от неограниченного разнообразия возможных вариантов сочетаний поверхностей и деталей, было предложено принять за предмет производства на станке модуль поверхностей детали. Модулем поверхностей (МП) называется сочетание поверхностей, объединенных совместным выполнением определенной служебной функции детали [1]. В соответствии с классификацией МП имеет ограниченную номенклатуру, насчитывающую 26 видов МП, разделенных на три класса: базирующие, рабочие и связующие. При этом каждый МП имеет свой ряд типовых конструкций, а каждая конструкция – свою классификацию по размерам, точности и шероховатости.
Для определения технологических возможностей станков по изготовлению МП была разработана методика, которая состоит из шести этапов [2]. Исходными данными являются: реализуемые методы обработки, применяемый режущий инструмент и технические характеристики станка. С помощью этой информации последовательно выполняются
следующие этапы:
- 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 допустимых положений конструкций МП в рабочем пространстве станка;
- определение диапазонов размеров МП, получаемых на станке;
- определение достижимой точности изготовления МП на станке.
Рассмотрим в качестве примера определение технологических возможностей станков класса «вертикальный фрезерный обрабатывающий центр». Объектом исследования был выбран вертикальный фрезерный обрабатывающий центр Smart 430A фирмы Mazak. В соответствии с формулировкой назначения данный станок предназначен для выполнения различных станочных операций: от обработки при тяжелых режимах резания до высокоскоростной обработки. В этой формулировке назначения не отражены технологические возможности станка.
Согласно методике вначале установим поверхности, изготовляемые на станке. Они определяются методами обработки на станке, схемами формообразующих движений станка (СФД) и в некоторых случаях применяемыми режущими инструментами.
Рабочие органы станка Mazak Smart 430A совершают следующие формообразующие движения (рис. 1): – вращение шпинделя с инструментом вокруг оси Z, – перемещение шпинделя с инструментом вдоль оси Z, – перемещение рабочего стола вдоль оси X, – перемещение рабочего стола вдоль оси Y.
В табл. 1 представлены СФД по каждому методу обработки, реализуемому на станке, применяемый обрабатывающий инструмент и изготовляемые поверхности.
В соответствии с табл. 1 на станке Mazak Smart 430A могут быть изготовлены следующие виды поверхностей: плоская наружная, плоская внутренняя, цилиндрическая наружная, цилиндрическая внутренняя, резьбовая внутренняя, резьбовая наружная, фасонная поверхность замкнутого контура, фасонная поверхность незамкнутого контура.
По перечню поверхностей, изготовляемых на станке, определяются виды МП, в составе которых присутствуют эти поверхности. Виды МП определяются с помощью номограммы (рис. 2), где на оси Y отмечены поверхности, из которых состоят все МП, на оси X обозначены виды МП, а на оси Z отмечается модель станка. В плоскости XY отмечены поверхности, содержащиеся в каждом МП, в плоскости YZ отмечаются поверхности, изготовляемые на станке, а в плоскости XZ отмечаются виды МП, соответствующие станку.
Для определения видов МП в плоскости YZ номограммы были выделены все поверхности, изготовляемые на вертикальном фрезерном обрабатывающем центре Mazak Smart 430A. Затем в плоскости XY номограммы в строке каждой отмеченной поверхности были найдены все заштрихованные ячейки, которые указывают на виды МП, в составе которых присутствуют эти поверхности.
Например, в строке плоской наружной поверхности, согласно номограмме, отмечены ячейки, соответствующие следующим модулям: Б12, Б211, Б212, Б311, Б312, Б321, Б322, Б42, Р112, С112. Из номограммы видно, что модули Б311, Б312, Б321, Б322, Б42 состоят не из одной плоской наружной поверхности. Модуль Б311 содержит еще плоскую и цилиндрическую внутренние поверхности, которые изготовляются на станке, а модуль Б42 имеет еще и коническую наружную поверхность, которая не изготовляется на станке, что видно из плоскости YZ номограммы. Конструкцию МП можно изготовить на станке, если на станке могут быть изготовлены все поверхности МП. Поэтому модуль Б42 был исключен из перечня видов МП, в составе которых присутствуют изготовляемые на фрезерном обрабатывающем центре поверхности.
Таким образом были проанализированы все изготовляемые на станке поверхности и установлен перечень из двадцати двух видов МП: Б11, Б12, Б211, Б212, Б311, Б312, Б321, Б322, Б51, Б52, Р111, Р112, Р121, Р122, Р21, Р22, С111, С112, С121, С122, С21, С22.
После определения видов МП на следующем этапе следует проверить соответствие положений поверхностей в конструкциях МП с положениями этих поверхностей в рабочем пространстве станка при изготовлении.
С этой целью конструкцию МП проецируют в рабочее пространство станка таким образом, чтобы одна из поверхностей МП занимала положение относительно рабочих органов станка, обеспечивающее возможность ее изготовления. После этого проверяется соответствие требуемому положению других поверхностей МП. Если положение одной из поверхностей МП не соответствует требуемому положению, то такая конструкция МП не может быть изготовлена на станке.
Например, проверим конструкцию МП Б312, состоящую из плоской наружной поверхности (торца), цилиндрической наружной поверхности, перпендикулярной торцу и цилиндрической внутренней поверхности, ось которой перпендикулярна оси цилиндрической наружной поверхности (рис. 3). Расположим конструкцию МП Б312 в рабочем пространстве станка таким образом, чтобы плоская наружная поверхность была перпендикулярна оси вращения шпинделя станка. При этом ось цилиндрической наружной поверхности МП Б312 расположена параллельно оси вращения шпинделя, что соответствует ее положению при изготовлении на станке методом фрезерования с винтовой интерполяцией. Цилиндрическая внутренняя поверхность оказывается расположена перпендикулярно оси вращения шпинделя, что не соответствует требуемому положению при изготовлении на станке. Поэтому такая конструкция МП Б312 не может быть изготовлена на станке.
Диапазоны размеров МП определяются с помощью схемы рабочего пространства станка. На схеме указываются размеры рабочего пространства станка, размеры обрабатываемой заготовки и диапазоны перемещений рабочих органов станка по координатным осям.
В качестве примера определим диапазоны размеров МП Б321, которые могут быть получены на вертикальном фрезерном обрабатывающем центре Mazak Smart 430A. Этот МП состоит из плоской наружной поверхности и двух соосных цилиндрических внутренних поверхностей, расположенных перпендикулярно плоской наружной поверхности (рис. 4).
На схеме рабочего пространства станка показаны диапазоны перемещений фрезерного шпинделя и рабочего стола по координатным осям (Х, Y, Z) и максимальные размеры обрабатываемой заготовки.
Размеры МП, получаемые на станке, определяются по техническим характеристикам станка: диапазонам перемещений рабочих органов станка по координатным осям и размерам обрабатывающего инструмента.
В табл. 2 показана взаимосвязь размеров МП Б321 с техническими характеристиками станка Mazak Smart 430A и характеристиками обрабатывающего инструмента.
На заключительном этапе устанавливается достижимая точность изготовления МП на станке. Она зависит от геометрической точности 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.
В результате определения технологических возможностей станка Mazak Smart 430A был установлен перечень МП, изготовляемых на станке, и диапазоны их характеристик (размеры, точность и шероховатость). Формулировка назначения станка будет иметь следующее содержание: «Станок предназначен для обработки по программе следующих МП: Б11, Б12, Б211, Б212, Б311, Б312, Б321, Б322, Б51, Б52, Р111, Р112, Р121, Р122, Р21, Р22, С111, С112, С121, С122, С21 и С22 на деталях призматического типа с максимальными габаритными размерами по длине до 900 мм, по ширине до 430 мм и по высоте до 570 мм».
Рассмотренный пример показывает, что с помощью данной методики можно определить технологические возможности по изготовлению МП для любого вертикального фрезерного обрабатывающего центра и автоматизировать выбор таких станков при проектировании технологических процессов изготовления деталей в САПР ТП.
литературА
1. Базров Б.М. Модульная технология в машиностроении. – М.: Машиностроение, 2001. 368 с., ил.
2. Сахаров А.В., Родионова Н.А. Определение технологических возможностей токарного обрабатывающего центра // Станкоинструмент. 2019. № 4. С. 36–40.
САХАРОВ Александр Владимирович –
кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории теории модульной технологии Института машиноведения им. А. А. Благонравова РАН
Отзывы читателей
