CC BY
45
УДК 65.011.5/621.9
МЕТОДЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ БАЗ И СХЕМ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ДЛЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ ПРИ 2,5 КООРДИНАТНОЙ ОБРАБОТКЕ НА ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКАХ С ЧПУ
© 2011 г. Е.В. Лутова
МГТУ «Станкин» MSTU «Stankin»
Рассматриваются методы выбора технологических баз и способов закрепления заготовок в рабочей зоне станка при 2,5 координатной обработке корпусных деталей на фрезерном оборудовании с ЧПУ. Проводится анализ влияния ошибок при выборе технологических баз на качество детали, а также на продолжительность и удорожание процесса изготовления детали. Предлагается альтернативный метод выбора технологических баз и схем закрепления, уменьшающий влияние человеческого фактора.
Ключевые слова: технологические базы; корпусная деталь; механическая обработка; оборудование с ЧПУ; схема закрепления; технологический процесс.
In article methods of selection of technological bases and workpiece positioning ways in working area during 2,5 coordinate machining on CNC milling equipment are considered. Analysis of error's influence on work-piece quality, time duration and appreciation of workpiece's manufacture, during selection of technological bases is performed. Alternative method of selection of technological bases and workpiece clamping scheme to reduce human factor influence is offered.
Keywords: technological bases; box-like workpiece; machining; equipment with CNC; clamping scheme; technological process.
Роль и место выбора технологических баз при На рис. 1 отображен процесс формирования
технологической подготовке производства достаточно технологического процесса (ТП) механической обра-значимы. ботки. Штриховыми линиями показаны параллельно
А) ЧЕРТЕЖ Б) 3D МОДЕЛЬ
О
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
ТЕХНОЛОГ-
1
8 5
Этапы формирован технологического процесса
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАГОТОВКИ ~ 1
1 ' »
ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ БАЗ _j 1
1 !
ФОРМИРОВАНИЕ ПЕРЕХОДОВ J i
1 !
ВЫБОР РЕЖУЩЕГГО ИНСТРУМЕНТА 1 (
1 1
ПОДБОР РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ ] 1 1
t 1
ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ 1 j
1 i
РАЗРАБОТКА СХЕМ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ЗАГОТОВКИ . j
\ f
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ
> ОПЕРАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА
Рис. 1. Процесс формирования технологического процесса механической обработки
протекающие этапы формирования ТП, зависящие от выбора технологических баз.
Как следует из рис. 1, без выбора технологических баз невозможно продолжить процесс формирования ТП, следовательно, невозможно получить готовую деталь, или же при условии выбора неверного комплекта технологических баз возникает бракованная деталь, негодная к употреблению. К не менее пагубным последствиям приводит выбор неверной схемы закрепления заготовки, который также зависит от схемы технологических баз. Ошибки при закреплении могут привести не только к браку детали, но и к поломке инструмента и оборудования. Особенно сложно выбрать схему закрепления заготовки для изготовления корпусных деталей.
Специалистам приходится довольно часто сталкиваться с проблемами обработки корпусных деталей, обширная номенклатура которых объясняется характером выпускаемой продукции. При обработке большинства корпусных деталей возникает ряд сложностей. Во-первых, довольно редко удается обойтись малым количеством траекторий движения и коротким списком используемого для обработки инструмента. Во-вторых, обработка корпусных деталей, как правило, сочетает в себе двух-, трех-, а иногда и пятикоор-динатные траектории движения инструмента. В-третьих, корпусные детали обрабатываются за большое число технологических установов с частой сменой опорных точек и поверхностей базирования, т.е. сменой технологических баз, что приводит к увеличению погрешности базирования. Это ведет к увеличению производственной погрешности, которая зависит от установки заготовки в рабочей зоне станка.
Алгоритм выбора технологических баз заключается в следующем (рис. 2). Технолог получает задание в виде чертежа или электронной 3D модели с указанными технологическими требованиями, которые должны быть обеспечены в процессе механической обработки. Технологические требования - это задание
на соблюдение точности линейных и угловых размеров, точности межосевых расстояний (соосность, параллельность, перпендикулярность и т.д.), шероховатости поверхности, квалитета и т.д. Чтобы обеспечить точность, указанную в задании, необходимо верно выбрать технологические базы (ТБ). Как известно, ТБ должны совпадать с конструкторскими базами (КБ), поэтому технолог в первую очередь должен их определить.
К сожалению не всегда можно опираться на КБ, указанные на чертеже. Многолетний опыт показывает, что не все конструктора выполняют свою работу добросовестно и не все знакомы с принципом единства баз. Поэтому следующим этапом алгоритма решения задач базирования является проверка на соответствие комплекта КБ для определения заданной точности. Выбор конфигурации заготовки - третий этап алгоритма решения задач базирования. Как только технолог определит конечный вариант комплекта технологических баз, он приступает к оформлению решений в технологической документации.
При традиционном методе выбора комплекта технологических баз технолог опирается на личный профессиональный опыт и теоретические знания. Этот способ проверен годами, но не всегда эффективен, так как опыта бывает недостаточно, а знания рассеиваются с годами и специалисту приходится вновь обращаться к учебной литературе. Последняя не всегда оказывается под рукой, а на поиски нужной информации тратится время.
Надо учитывать еще и отсутствие опыта у молодых специалистов. Как уже говорилось выше, расплатой за неправильный комплект баз и схему закрепления может стать бракованная, негодная к использованию деталь, поломка инструмента и оборудования, следовательно, потеря времени и удорожание детали и изделия в целом.
Опишем более подробно влияние традиционного метода выбора технологических баз на примере разработки ТП для корпусной детали «Кольцо» (рис. 3).
Рис. 2. Последовательность решения задач базирования
3D модель детали
ТЕХНОЛОГ
Предполагаемая схема ^базирования, закрепления и ^ ^ а присп
приспособление _
YY
Проектирование маршрута технологического процесса механической обрабо1пки_
____I
\ /у
Отработка 577 н а станке с ЧПУ
\
ii ойзиров;
^Дешал,ь)
Рис. 3. Влияние традиционного метода выбора технологических баз на примере разработки ТП
для корпусной детали «Кольцо»
Сложности обработки данной детали создают ее габаритные размеры - 379,5x2 мм, технологические требования - обеспечение плоскостности дна детали. Материал обрабатываемой детали - латунь. Он немагнитный. Обработка на магнитной плите невозможна. Заготовка лист размером 400x400 мм. Схема базирования кажется здесь очевидной даже для выпускника технологического факультета, а именно по установочной базе, направляющей базе и опорной базе в соответствию со справочной литературой [1, 2]. Но как же быть со схемой закрепления заготовки в рабочей зоне станка и приспособления?
Есть два предполагаемых варианта схем закрепления, которые показаны на рис. 3. Какой из них верный, не все специалисты смогут ответить сразу. Был проведен эксперимент. Изначально заготовку закрепили прижимами по краям. Данная схема оказалась недостаточно жесткой, что привело к отклонению от технологических требований и неисправимому браку. Затем приступили к реализации второй схемы закрепления. Для этого технологу пришлось корректировать переходы механической обработки и заново рассчитывать управляющую программу. Оператору потребовалось дополнительное время на повторную установку заготовки в рабочей зоне станка и ее обработку. Хотя в результате использования второй схемы закрепления получилась деталь, соответствующая точности по технологическим требованиям, нельзя пропустить такие огромные минусы, как потеря по времени, потеря по качеству, потеря по износу инструмента и эксплуатации оборудования, потери на материал.
На рис. 3 показано, что недостатки схем базирования и закрепления могут проявиться в момент, когда деталь еще установлена на станке. Тогда появляется шанс сэкономить время на дополнительный уста-нов. Если же выявление недостатков схем базирования и закрепления заготовки выявляется только после получения готовой детали, то все этапы приходится проходить заново, не избегая всех вышеперечисленных минусов.
Несколько лет технологи задаются вопросом: как же можно сократить риск выбора неверных схем базирования и избавиться от потерь при обработке корпусных деталей? Создано множество наработок и программных продуктов, которые до сих пор не нашли своего практического применения. Использование компьютерной базы знаний (КБЗ) - один из возможных вариантов. Она может в себя включать:
- словарь понятий;
- общую информацию о базировании и закреплении из справочной и учебной литературы;
- расчетную часть;
- классификацию корпусных деталей по конфигурации, габаритным размерам и т.д.;
- электронные модели деталей;
- предлагаемые схемы базирования и закрепления, приспособления с рекомендациями специалистов по обработке.
При этом нельзя создать единую КБЗ для всех корпусных деталей, так как их номенклатура очень велика. Они сильно различаются по конфигурации, габаритам, материалу. Есть корпусные детали, ко-
торые можно обработать на 2,5 координатном станке с ЧПУ, а есть те, которые с пятью координатами сложно обработать. Так же на способ обработки и схемы базирования и закрепления влияет серийность производства. Для создания данной КБЗ введены ограничения по геометрической форме, габаритным размерам и по количеству координат обработки (рис. 4). Предусмотрены параметры приспособлений и оснастки, влияние технологических требований и последовательности обработки на выбор технологических баз и схем закрепления заготовок в рабочей зоне станка. Учтена научная литература по выбору технологических баз и схем закрепления [1].
Принцип применения КБЗ для выбора схем базирования и закрепления на примере разработки ТП и механической обработки корпусной детали «Кольцо» показан на рис. 5. На схеме отображена обратная связь в самом начале процесса проектирования ТП и получения детали. Технолог, не найдя подходящую деталь, может воспользоваться традиционным методом. Затем у него есть возможность дополнить КБЗ этой деталью и своим опытом. Так происходит накопление профессионального опыта поколений и облегчение работы технолога в будущем. Возможно, что этот же самый технолог через годы забудет, как он базировал и закреплял свою деталь и обратится к КБЗ.
Рис. 4. Параметры, учтенные для создания КБЗ по базированию КД при 2,5 координатной обработке
на фрезерных станках с ЧПУ
30 модель
Кольцо М7
щ Щ
1 ' - J 2 |
ЗШ1 -Л ^ Ф222 • ''Щ^^Ш*/
Ж К"" -
М/
¿'НтГ УУ?. Ж
Детал ь тон когте чнЭЯ. Мэтер, ал - латунь. При . ^
фрезеровании затягиван ие / /
материала инструментом. что приводит к ""'г;-1";"" •/
большому ОТ К/1 1нени® раз леров. Заготовка
тре бует жестког Закрепления для обеспечения
тех. требований и устранения погрешностей.
КБЗ
'^.ДА
<
Расчет УП а G-кодах
9
___
Проектирование маршрута технологического процесса механической обработки
шшш&лшмшшжж
N23X-148312Y-20 "Z4.466 N24X-148.752Y-17.26SZ4.164 N25X-149.11Y-1 J.B26Z3.862 N26X-14939Y-lÜ.37iZ3.558 N27X-149.59Y-6.92Z3 256 N2 8Х-149.71Y-3.4 6Z2.9 52 N29X-149.75YÜ.Z2.6 5
N31G1Y144.Ü5 N32G2XÜ.Y144.05IO.J-144.05 N33G1Y14I.05 N34G2XO.Y141.0aO.J-141.O5 N35G1YB5.05
Отработка УП на станке с ЧПУ
Деталь
Рис. 5. Принцип применения КБЗ для выбора схем базирования и закрепления на примере разработки ТП и механической обработки корпусной детали «Кольцо»
Технолог, получив технологическое задание, может сразу обратиться к КБЗ, найти схожую со своей моделью деталь и получить готовую форму заготовки, схемы базирования и закрепления, вид приспособления. Тем самым сокращается влияние человеческого фактора не только на выбор технологических баз, но и на весь технологический процесс.
Из рис. 5 понятно, что применение КБЗ не допускает повторного прохождения этапов получения детали, следовательно, сокращает потери по времени, потери по качеству, потери по износу инструмента и эксплуатации оборудования, потери на материал.
Эксперимент показал, что потери по времени при традиционном методе выбора схем базирования и закрепления составили 125 мин. Из них выбор самих схем 52,5 мин, потери на наладке 30 мин., потери на многократном создании управляющих программ 15 мин., на многократной отработке управляющих программ 80 мин. Кроме того, к дополнительным затратам стоит отнести материальные потери на материал, износ инструмента и оборудование, на почасовую
Поступила в редакцию
оплату оператора станка с ЧПУ. На выбор технологических баз и схем закрепления с помощью КБЗ было затрачено 24 мин. Из них 15 мин занял анализ чертежа на технологичность. Дополнительных временных затрат при использовании КБЗ не было. Качество детали после обработки удовлетворяло технологическим требованиям, указанным в чертеже.
Литература
1. Базирование заготовок и расчеты точности механической обработки / Л.В. Худобин [и др.]: учеб. пособие для студентов специальности 1201. Ульяновск, 1994. 188 с.
2. Цицилин А. Обработка корпусных деталей в системеT-FLEX ЧПУ 10. URL: http://www.sapr.ru/Article.aspx?id=16371 (дата обращения 29.02.2011).
11 апреля 2011 г.
Лутова Екатерина Викторовна - аспирант, МГТУ «Станкин». Тел. 8(926) 566-83-06. E-mail: katya_lutova@inbox.ru
Lutova Ekaterina Viktorovna - post-graduate student, MSTU «Stankin». Ph. 8(926) 566-83-06. E-mail: katya_lutova@inbox.ru
