CC BY
219
УДК 621.883.382; 681.3.068
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ CAM-СИСТЕМ ДЛЯ СОСТАВЛЕНИЯ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ МНОГОПРОХОДНОГО НАРЕЗАНИЯ ВИТКОВ ЧЕРВЯКОВ
Е. Ю. Кузнецов, А. С. Ямников
Обоснована необходимость использования средств автоматизации для формирования управляющей программы многопроходного нарезания витков червяков резцом на станках с ЧПУ. На примере двух универсальных и одной специализированной САМ (АСТПП) систем показано, что имеющиеся стандартные инструменты автоматизированной разработки управляющих программ для станков с ЧПУ ограничены в выборе и настройках режимов обработки, а также не имеют специализированного модуля по обработке витков червяков.
Ключевые слова: червяк, нарезание червяков, станки с ЧПУ, САМ-система.
На сегодняшний день проблему составления управляющих программ (УП), на уровне подготовки производства, решают путем использования систем автоматизированного программирования ЧПУ различного уровня. В большинстве своем это достаточно сложные пакеты незаменимые для обработки сложных деталей (2,5 D и выше фрезерная и фрезернотокарная обработка). Такое программное обеспечение требует высококвалифицированных специалистов, имеющих широкие знания как в области технологии машиностроения, так и непосредственно в области программирования станков с ЧПУ. УП для сравнительно простой обработки (простой токарный контур, координатное сверление одним инструментом небольшого числа отверстий и так далее) часто, особенно на цеховом уровне оперативного управления, составляют «вручную». Основным преимуществом в данном случае является простота чтения и редактирования УП на рабочем месте, что в первую очередь определяется широким использованием стандартных циклов станка, использование которых для нарезания винтовых поверхностей рассмотрено выше. Недостатком, в данном случае будет ориентированность УП на конкретное оборудование с конкретной системой ЧПУ и набором опций. Однако, при отказе от использования стандартных циклов, например для реализации технологических режимов, выходящих за пределы возможностей конкретного стандартного цикла станка, или по причине отсутствия таковых в списке опций программирование «вручную» становится малоэффективным, программы сложночитаемыми на рабочих местах. То есть программирование «вручную» теряет одно из своих основных преимуществ - простоту чтения и редактирования УП, а часто повторяемые одинаковые блоки команд, как при удалении большого слоя материала (черновое точение или растачивание), требуют особого внимания при их написании и чтении, так как значительно повышается ве-
роятность ошибки программирования последствия которой могут привести к поломке режущего инструмента и (или) заготовки, ударам и перегрузке станка. Таким образом, реализация некоторой многократно повторяемой обработки, технологические режимы которой не поддерживаются стандартными циклами станка без CAM (англ. computer-aided manufacturing или АСТПП - термин, применяющийся в русскоязычной литературе) систем нерациональна. Отметим, что стандартных циклов для многопроходного нарезания червяков не существует.
Многие CAM (АСТПП) системы с точки зрения обработки винтовых поверхностей, как и стандартные циклы, имеют ряд заложенных стратегий обработки, параметры которой выбирает пользователь. Выход за рамки имеющихся параметров достаточно сложен и требует дополнительных, глубоких навыков программирования на языках высокого уровня. Поэтому технолог-программист вынужден пользоваться базовыми возможностями CAM-систем, что может не удовлетворять оптимальным технологическим параметрам обработки, как и в случае со стандартными циклами станка. Рассмотрим некоторые CAM-системы, представленные на рынке, с точки зрения составления УП для нарезания витков червяков.
Одной из наиболее заметных «тяжелых» САМ-систем является Pro|Engineer, разработанная фирмой «Parametric Technology Corporation» (США). Pro|Engineer не предусматривает специализированного раздела для составления УП токарной многопроходной обработки витков червяков (рис. 1).
Обработка
^ ОБРАБОТКА
ЧПУ последователь
ТИП РЕЗЬБЫ
Унифицировав
Трапецеидальн; Упорная
Общая
Наружний
Внутренний
Грань
Стандарт 150
Рис. 1. Варианты токарной обработки, предлагаемые Pro\Engineer
Рис. 2. Меню выбора типа резьбы в Pro\Engineer
Однако одинаковые принципы составления УП для многопроходного нарезания резьб и червяков позволяют выбрать соответствующий раздел меню (рис. 1). При его выборе открывается меню, представленное на рис. 2, из которого видно, что некоторые виды резьб (трапецеидальная, упорная), для упрощения программирования их обработки, заложены в список меню.
В таких резьбах часть параметров, отвечающих за технологические режимы обработки, предусмотренные в Pro|Engineer для винтовых поверхностей, заполнены по сравнению с «унифицированной» резьбой, представляющей собой некоторую винтовую поверхность, со всеми изначально доступными для корректирования параметрами. Таким образом, для обработки червяков в меню, представленном на рис. 2, необходимо выбрать именно «унифицированную» резьбу.
Доступно назначение следующих параметров, относящихся к технологическим режимам обработки: частота вращения шпинделя, мин-1 (spindle speed); высота профиля резьбы, мм (thread depth); угол врезания, град (infeed angle); величина первого прохода, задается в процентах от общей высоты профиля резьбы (percent depth); число формообразующих проходов резца (number cuts); припуск на чистовую обработку (stock allow). Такой набор параметров незначительно отличается от соответствующего набора параметров стандартного цикла станка G76 системы ЧПУ FANUC Series oi-TC [1, 2].
Наиболее заметной отечественной разработкой среди CAM-систем является SprutCAM, разработанная фирмой «СПРУТ-Технология». Программа имеет гораздо более скромные возможности, чем Pro|Engineer, однако незначительно уступает последнему с точки зрения обработки винтовых поверхностей, а простое и полностью русифицированное меню, и также значительно более мягкая ценовая политика позволяет ему в ряде случаев успешно заменять Pro|Engineer.
Покажем, что SprutCAM, так же, как и Pro|Engineer, незначительно отличается от стандартного цикла станка G76 системы ЧПУ FANUC Series oi-TC [1, 2] с точки зрения формообразования витков червяков. Как и Pro|Engineer, SprutCAM не имеет модуля, ориентированного на обработку червяков (рис. 3), но имеет специальный - унифицированный модуль обработки винтовых поверхностей - «специальная» в библиотеке «резьба».
Настройка параметров позволяет регулировать обе составляющие схемы резания: направление врезания резца относительно перпендикуляра к оси детали и закон изменения подачи от прохода к проходу (рис. 4 и рис. 5).
С точки зрения направление врезания резца SprutCAM реализует профильную (стратегия «Радиально»), последовательную (стратегия «Гранью»), профильно-последовательную (стратегия «Под углом») и прогрессивную (стратегия «Попеременно гранями») схемы резания, что значительно шире одноименных возможностей рассмотренной базовой версии Pro|Engineer.
Рис. 3. Выбор типа резьбы в SprutCAM
Рис. 4. Выбор направления врезания резца относительно перпендикуляра к оси детали в SprutCAM
При этом, в отличие от Pro|Engineer, есть возможность реализовать наиболее рациональное, с точки зрения размерной стойкости и равномерности износа режущего инструмента, попеременное резание то правой то левой режущими кромками резца (см. рис. 4).
89
Что касается закона изменения подачи от прохода к проходу, то SprutCAM предлагает два варианта, соответствующих равнопроходной (определение глубины «Равная глубина») и равноплощадной (определение глубины «Равная площадь») схемам резания (см. рис. 5), что также выгодно отличает его от Pro|Engineer, который реализует лишь равнопроходную схему. С точки зрения чистовой обработки SprutCAM не имеет преимуществ по сравнению с Pro|Engineer так как также как и последний предусматривает как саму возможность назначения чистовых проходов, так и величину припуска удаляемого на каждом из них.
Рис. 5. Выбор закона изменения подачи от прохода к проходу в SprutCAM
Кроме универсальных САМ-систем, существуют также и специализированные программы. Такие САМ-системы весьма эффективны, так как существует довольно широкий класс деталей с винтовой поверхностью имеющих несложный, легкопрограммируемый контур. На первый план в технологическом плане и в плане составления УП в таких деталях выходит именно формообразование винтовых поверхностей. Специализированные САМ-системы, в данном случае, позволяют автоматизировать разработку УП на наиболее сложный и наиболее ответственный переход - формообразование винтовой поверхности. При этом исключаются ошибки программирования, что особенно актуально при многопроходном нарезании. Также пользователь получает возможность регулировать технологические режимы обработки в сравнительно широком диапазоне, в случае если имеющиеся стандартные циклы станка этого не позволяют или при полном от-
сутствии таковых. Управляющая программа, сформированная такой CAM-системой, простым копированием вставляется в тело основной УП по обработки детали. Подобные программы отличаются простотой использования, что дает возможность пользователям с низкой компьютерной грамотностью составлять сложные в технологическом плане УП для обработки винтовых поверхностей.
К представителям такой CAM-системы можно отнести Vardex Tread Turning Tools Generator v 5.0.3, несмотря на то, что последняя в отличие от своего «собрата» Vardex Tread Milling CNC Generator v 9.0.1, посвященного резьбофрезерованию, не является полноценной CAM-системой в общепринятом понимании этого термина и не формирует УП для станка с ЧПУ, а лишь рассчитывает координаты, необходимые для ее составления.
Программа Vardex TT Generator v 5.0.3 разработана фирмой «Vargus LTD» (Израиль). С точки зрения вариантов направления врезания резца Vardex TT Generator v 5.0.3 не отличается от SprutCAM и реализует профильную, последовательную, профильно-последовательную и прогрессивную схемы резания (рис. 6), при этом в зависимости от конкретного случая Vardex TT Generator v 5.0.3 рекомендует одно из обозначенных направлений врезания, что выгодно отличает его от SprutCAM и Pro|Engineer, выбор направления врезания в которых осуществляется пользователем на основе личного опыта. Vardex TT Generator v 5.0.3 имеет наиболее широкий выбор законов изменения подачи от прохода к проходу (рис.7).
Рис. 6. Выбор направления врезания резца относительно перпендикуляра к оси детали в Vardex TT Generator v 5.0.3
Как видно из рис. 7, кроме схемы резания с постоянным значением подачи от прохода к проходу (равнопроходная) и схемы резания с делени-
91
ем припуска [2] (которая в общем случае соответствует равноплощадной по боковой режущей кромке) - «стандартных» схем резания для большинства САМ-систем и стандартных циклов станка, Vardex TT Generator v 5.0.3 реализует модифицированную равноплощадную по боковой режущей кромке.
Рис. 7. Выбор закона изменения подачи от прохода к проходу в Vardex TT Generator v 5.0.3
Изменение подачи от прохода к проходу при такой схеме резания осуществляется с тем исключением, что первый проход разделен на два в соотношении 137/250.
Схема «Multi+» доступна только при выборе фирменных многозубых пластин (резьбовых гребенок) «Multi+».
Помимо отсутствия возможности автоматизированного составления УП, что не исключает ошибки программирования, другим существенным недостатком программы Vardex TT Generator v 5.0.3 является то, что последняя не предусматривает обработку червяков и, в отличие от вышерассмотренных SprutCAM и Pro|Engineer, не имеет модуля обработки нестандартной резьбы или винтовой поверхности общего вида (рис. 8), вследствие чего заложенные в нее зависимости могут не «выполнять» свои функции.
Так, например, при обработке метрической резьбы с делением припуска [3-6] реализуется равноплощадная схема резания, в случае с червяком тот же закон деления припуска реализует иную схему резания - равноплощадную по боковой режущей кромке.
Однако необходимо отметить, что с точки зрения обработки резьб Vardex TT Generator v 5.0.3 является наиболее продуманной и мощной программой.
Это объясняется не только более широким выбором законов изменения подачи от прохода к проходу, но и возможностью автоматического подбора режущего инструмента из каталога, и назначения скорости резания, рекомендуемой каталогом для материала режущей части, выбранного режущего инструмента и материала заготовки.
Рис. 8. Выбор типа резьбы в Vardex TT Generator 5.0.3
Такая система обеспечивает комплексный подход к назначению технологических режимов обработки и существенно сокращает время технологической подготовки производства. Однако, Vardex TT Generator v 5.0.3 осуществляет выбор инструмента только из каталога фирмы «Vargus LTD», что вполне понятно, учитывая цели продвижения и максимально эффективного использования собственной продукции, преследуемые при разработке данного программного продукта.
Как было указано выше, Vardex TT Generator v 5.0.3 не составляет УП. Результат работы программы пользователь получает в виде отчета с указанием исходных и справочных данных, параметров режущего инструмента и данных для его заказа, а также таблиц с указанием технологических режимов обработки и координат точек, необходимых для составления УП.
Из вышесказанного следует, что использование средств автоматизации для формирования управляющей программы многопроходного нарезания витков червяков резцом на станках с ЧПУ позволит существенно облегчить задачу составления УП, а также позволит исключить ошибки программирования. На примере универсальных (Pro|Engineer, SprutCAM) и специализированной (Vardex TT Generator v 5.0.3) САМ (АСТПП) систем показано, что имеющиеся стандартные инструменты автоматизированной разработки управляющих программ для станков с ЧПУ ограничены в выборе и настройках режимов обработки, а также не имеют специализированного модуля по обработке витков червяков, чем объясняется переход к специализированной САМ-системе, предложенной в работе [2].
Список литературы
1. FANUC Series oi-TC. Operator’s manual. B-64114EN/01. Fanuc LTD, 2001. 848 c.
2. Кузнецов Е. Ю. Особенности технологии нарезания червяков резцом на станках с ЧПУ: дис. ... канд. техн. наук. Тула, 2012. 214 с.
3. Кузнецов Е. Ю. Особенности автоматизации нарезания витков многозаходных червяков за счет использования токарных станков с ЧПУ // Вестник ТулГУ. Автоматизация: проблемы, идеи, решения. 2009. Ч. 2. С. 63-66.
4. Кузнецов Е.Ю., Ямников А.С. Система автоматизированного программирования токарных станков с ЧПУ для многопроходного нарезания витков червяков // Известия ТулГУ. Технические науки. 2010. № 1. С. 97-104.
5. Кузнецов Е.Ю., Ямников А.С. Прогрессивная технология нарезания витков червяков: монография / Изд-во «Ламберт», 2012. 187 с.
6. Прогрессивная технология обработки винтовых поверхностей и резьб: монография / А.С. Ямников [и др.]. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. 233с.
Кузнецов Евгений Юрьевич, канд. техн. наук, асс., ke2007@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ямников Александр Сергеевич, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
CAM-SYSTEMS USED FOR MAKING PROGRAMS FOR SCREW PRODUCTION ON CNC LATHES
E.Yu.Kuznetsov, A.S.Yamnikov
Article shows that is necessary to use CAM-systems for making programs for CNC lathes. In article speaks about restrictions for making programs for CNC lathes on the example of several CAM-systems.
Key words: worm, CNC lathes, Computer-aided manufacturing.
Kuznetsov Evgeny Yuryevich, candidate of technical sciences, assistant,
ke200 7@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yamnikov Alexander Sergeyevich, doctor of technical sciences, professor, yamnikovas@mail. ru, Russia, Tula, Tula state university
УДК 621.833.002
ОСОБЕННОСТИ ЗУБОНАРЕЗАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС РЕЗЦОВЫМИ ГОЛОВКАМИ ЧЕРВЯЧНОГО ТИПА
Ю.Н. Федоров, В.Д. Артамонов, О.Л. Золотухина
Рассматриваются особенности перспективного способа зубонарезания цилиндрических колес резцовыми головками червячного типа. Устанавливаются рациональные соотношения параметров зуборезных резцовых головок и обрабатываемых зубчатых колес. Обосновывается целесообразность нарезания цилиндрических зубчатых колес резцовыми головками червячного типа с радиальной подачей заготовки.
Ключевые слова: цилиндрические зубчатые колеса, резцовые головки, метод обката, радиальная подача заготовки.
Повышение производительности зубонарезания зубчатых колес может быть достигнуто различными путями, каждый из которых обладает характерными преимуществами и недостатками. Умелое использование положительных особенностей того или иного пути позволяет наиболее эффективно осуществить его реализацию в производстве определенного вида зубчатых колес. Так, возможность повышения производительности зубонарезания за счет уменьшения количества кинематических подач целесообразно использовать при изготовлении узковенцовых зубчатых колес, характерных для автомобилестроения и мотопроизводства.
Реализация этого направления связана с внедрением нового типа зуборезного инструмента - резцовых головок дискового и червячного типа. Дисковые резцовые головки целесообразно применять для зубообра-ботки цилиндрических зубчатых колес при скоростных режимах резания, так как они позволяют наиболее полно использовать режущие свойства таких инструментальных материалов, как твердые сплавы. Однако существенные затраты времени, связанные с необходимостью периодического поворота заготовки для деления на зуб после каждого цикла зубонареза-ния, ограничивают возможность достижения максимальной производи-
95
