CC BY
41
УДК 621.883.382; 681.3.068
ОСОБЕННОСТИ ДВУХРЕЗЦОВОГО СПОСОБА ОБРАБОТКИ ВИНТОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НА СТАНКАХ С ЧПУ
Е.Ю. Кузнецов
Показаны проблемы, возникающие при реализации последовательной многоинструментальной обработки винтовых поверхностей на станках с ЧПУ. Рассмотрены возможные пути их решения
Ключевые слова: червяк, нарезание витков червяков резцом, нарезание винтовых поверхностей.
Последовательная многоинструментальная обработка винтовых поверхностей на станках с ЧПУ, частным случаем которой является двухрез-цовый способ нарезания винтовой поверхности, особенно актуальна для автоматизированного, в том числе, безлюдного производства, так как позволяет обеспечить стабильность точности и шероховатости боковой поверхности получаемого профиля.
Реализация двухрезцового способа нарезания винтовой поверхности на станке с ЧПУ подразумевает решение ряда специфических задач связанных с типом оборудования, а именно: взаимная привязка чернового и чистового инструмента и реализация рекомендуемой для материала режущей части резцов скорости резания. Для решения первой задачи в работе [1] предложен способ взаимной привязки профильного инструмента с помощью шаблона. Решение второй задачи потребовало дополнительного изучения особенностей образования винтовых поверхностей на станках с ЧПУ с точки зрения величин участков разгона и торможения.
Скорость резания, рекомендуемая для чернового и чистового резцов, в общем случае разная и определяется используемым инструментальным материалом. Применительно к оборудованию с ЧПУ, в котором отсутствует механическая кинематическая связь между вращательным движением заготовки и прямолинейным движением резца вдоль её оси, это означает разные величины участков разгона 81 и торможения 82 для чернового и чистового резцов. Следовательно, при изменении частоты вращения винтовая линия, нарезаемая на заготовке, будет смещаться в осевом направлении. То есть, при двухрезцовом методе обработки при идентичных координатах перемещения чернового и чистового инструмента при разных значениях £ (частота вращения заготовки), взаимопривязанные резцы будут нарезать разные, смещенным друг относительно друга в осевом направлении, винтовые линии. Это будет проявляться в том, что резец, вступающий в работу вторым, не «попадет» во впадину, нарезанную первым резцом при условии, что резцы взаимопривязаны, а координаты перемещения заданные программой идентичны.
202
Для проверки сказанного на цилиндрической заготовке резьбовым резцом была нарезана винтовая линия малой глубины, как показано на рис. 1 (линия 1) по следующей управляющей программе:
вогюо.
в978975М3 Х31. в1Х29. в322-15.Р15. в0Х35.0
/ 2
Рис. 1. Винтовые линии, нарезанные при разных частотах вращения заготовки: 1- при 975 мин1; 2 — при 350 мин1
Для исключения ошибок взаимопривязки двух резцов вторая линия была нарезана тем же резцом по той же УП, с предварительно уменьшенной частотой вращения шпинделя с S=975 до S=350. При этом начало и конец продольного перемещения резца осуществляются «в теле» заготовки для наглядного отображения различий участков разгона и торможения на разных скоростях вращения заготовки.
Величина осевого смещения образованных винтовых линий будет зависеть от разницы частот вращения при черновом и чистовом нарезании. Заметим, что при нарезании винтовых поверхностей, инструкция по программированию [2], ссылаясь на «проблемы срабатывания сервосистемы», обязывает отменить постоянное управление скоростью резания, то есть запрещает изменять частоту вращения при обработке винтовых поверхностей даже при использовании одного инструмента. С этой же целью, как отмечалось выше, G-коды, применяемые для формообразования винтовых поверхностей (в системе ЧПУ Fanuc series oi-TC это функции G32, G92, G76) «блокируют» тумблер ручной коррекции скорости продольной подачи. К слову сказать, возможность последовательной многоинструментальной обработки винтовых поверхностей в [2] не рассматривается вовсе. Таким образом, следуя рекомендациям [2] направленным на исключение проблем несовпадения нарезаемых винтовых линий при разных частотах
вращения шпинделя, технолог-программист вынужден заведомо ухудшать условия резания несоблюдением рекомендуемой скорости резания для одного из инструментов, принимая единую скорость резания по лимитирующему инструменту или для обоих резцов принимая усредненное значение скорости резания. В этом смысле становится более привлекательной практика, когда черновой резец получается из отработавшего свой период стойкости чистового резца [3], так как материал режущей части — основной критерий влияющий на выбор скорости резания, идентичен и нет необходимости менять скорость резания.
Зависимость реализуемого шага от текущей координаты Ъ для заготовки на рис. 1 была измерена на микроскопе и представлена в виде графика на рис. 2.
♦ 350 - 975
Рис. 2. Зависимость реализуемого шага от текущей координаты Z для разных частот вращения заготовки
Экспериментально полученный график вполне ожидаем с учетом графика представленного в соответствующем разделе [2]. Из рис. 2 видно, что, начиная движение (рабочий ход), после прохождения нульметки, резец разгоняется до достижения необходимого сочетания скоростей вращательного и поступательного движений, при котором непосредственно должно осуществляться нарезание винтовой линии для обеспечения необходимого шага с заданной точностью. При разных скоростях резания участки разгона резца до достижения заданного шага также будут разными, что определяет несовпадение начала двух винтовых линий на заготовке. Аналогичная ситуация происходит и при торможении.
204
Таким образом, для того, чтобы траектории чернового и чистового резцов при разных частотах вращения заготовки совпадали необходимо
предусмотреть соответствующие компенсирующие участки Ар^зг и
на которые необходимо сместить начальную и конечную точки траектории движения одного из резцов для компенсации разницы во времени их разгона.
Из-за сложной кинематики процесса разгона и торможения, простой расчет компенсирующих участков А^зг и как арифметической раз-
ницы соответствующих участков разгона и торможения, рассчитанных по зависимостям представленным в [2, 4], не дает ожидаемого результата. То есть для рассмотренного выше случая:
б975 = 36,402 мм, б275 = 8,044 мм, 5350 = 13,067 мм, 53250 = 2,888 мм. Откуда: Ар^зг = 23,335 мм, Аторм = 5,156 мм.
Скорректировав координаты начала и окончания траектории перемещения одного из резцов на соответствующие компенсирующие участки и отработав УП на станке, полученный результат принципиально не отличается от представленного на рис. 2. Неудачной оказалась и попытка расчета компенсирующих участков через ускорение, которое принималось
равным для обоих резцов. Это объясняется тем, что при расчете Аразг и
АА^юрм необходимо учитывать, что при разгоне (торможении) продольное
перемещение резца не связано механически с вращательным движением заготовки. Следовательно, необходимо учитывать, что за время разгона (торможения) чернового и чистового резца заготовка повернется на разный угол ввиду того, что последняя на протяжении всего процесса многопроходного нарезания витков червяка вращается с постоянной скоростью.
Так же при аналитическом определении величин компенсирующих участков должно учитываться множество факторов относящиеся к конкретному оборудованию как, например, масса движущихся частей [5, 6], или конкретный реализуемый на данном станке закон нарастания подачи (разгона) который в соответствии с [5, 6] может быть экспоненциальным, по прямой и колоколообразным.
Таким образом, сложность и низкая точность универсального аналитического расчета величин А^зг и Ат°рм, а также разнообразие вариантов сочетания исходных условий вынуждает в случаях последовательной многоинструментальной обработки винтовых поверхностей на станках с
ЧПУ рекомендовать сохранять одинаковые скорости обработки для всех инструментов участвующих в обработке. Для случая, когда материал режущей части чернового и чистового резцов этого не позволяет, рекомендовать определять величины компенсации разгона и торможения эмпирическим путем. Например, экспериментально установлено, что для обеспечения «попадания» в виток второго резца при смене частоты вращения шпинделя с 51000 до 5500 на станке TNL-85 ^2 осуществляя обработку винтовой поверхности с шагом 10 мм необходимо сместить начальную
точку траектории на
Аразг
= 7,4 мм.
Список литературы
1. Кузнецов Е. Ю., Ямников А. С. Прогрессивная технология нарезания витков червяков: монография. LAP Lambert Academic Publishing, 2012. 187 с.
2. FANUC Series oi-TC. Operator's manual. B-64114EN/01.-Fanuc LTD, 2001. 848 c.
3. Гамов С. Г. Автоматизированное нарезание резьб резцами на нежестких заготовках при использовании станков с ЧПУ: дис. ... канд. техн. наук. Тула, 1998. 159 с.
4. Кузнецов Е. Ю. Особенности автоматизации нарезания витков многозаходных червяков за счет использования токарных станков с ЧПУ / Е. Ю. Кузнецов // Вестник ТулГУ. Автоматизация: проблемы, идеи, решения. 2009. Ч. 2. С. 63-66.
5. FANUC AC servo motor ai, ais series. Descriptions. B-65262EN/03 .-Fanuc LTD, 2004. 368 c.
6. FANUC AC spindle motor ai series. Descriptions. B-65272EN/04. Fanuc LTD, 2004. 424 c.
Кузнецов Евгений Юрьевич, канд. техн. наук., доц., ke_tsu@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
FEATURES OF SCREW MANUFACTURING ON CNC LATHES WITH TWO CUTTERS
E. Yu. Kuznetsov
АгЫе1е shows problems with multi-tool screw manufacturing on CNC lathes and its solutions.
Key words: screw, worm manufacturing on CNC lathes.
Kuznetsov Evgeny, candidate of technical science, docent, ke tsu a mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
