CC BY
155
Сорокин Евгений Владиславович, канд. техн. наук, доцент, sev7107@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
DETERMINA TION OF PARAMETERS OF THE FORM OF THE WORKING PART OF THE
AXIAL CUTTING TOOL
A.V. Doronin, M.V. Ushakov, E.V. Sorokin
An approach is proposed for determining the parameters of complex profile generatrices of end instruments.
Key words: generatrix, helical flute groove, technological curve.
Doronin Andrey Vasilyevich, director of the company, imsda@rambler. ru, Russia, Tula, LLCRPA«Tulatehosnastka»,
Ushakov Michael Vitalevich, doctor of technical science, professor, imstul-gu@pochta.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Sorokin Evgeniy Vladislavovich, candidate of technical science, docent, sev7107@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.9
ОСОБЕННОСТИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ЧПУ РЛШС-01 ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ ТОРЦОВЫМИ ФРЕЗАМИ И ПРИ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКЕ
Н.В. Грибов, О.В. Миловзоров, Д.Н. Жарков
Рассмотрены подходы к разработке управляющей программы для фрезерования плоскостей торцовой фрезой на станках с ЧПУ, оснащенных системой Fanuc-0i. Проведен анализ значений погрешности контура детали при токарной обработке фасонных поверхностей без коррекции на радиус резца.
Ключевые слова: фрезерование плоскости, торцевые фрезы, система ЧПУ Fa-пж0 коррекция на радиус инструмента, управляющая программа, сменная многогранная пластина, погрешность траектории.
При обработке корпусных деталей одной из задач является разработка оптимальной управляющей программы с возможностью использования на разных системах ЧПУ с применением имеющихся в наличии стандартных режущих инструментов различных диаметров. В условиях реального производства часто возникает задача продолжения обработки партии деталей при отсутствии в настоящий момент или выходе из строя того или иного инструмента с заменой другим инструментом, отличающимся от исходного, например, диаметром, но способным выполнить аналогичную обработку.
Обработка на фрезерных станках плоских поверхностей осуществляется торцовыми фрезами. Номенклатура используемого инструмента, в процессе фрезерования деталей, имеет следующий номинальный ряд значений диаметров в миллиметрах 40, 50, 63, 80, 84, 100, 125, 160, 200, 315 и т.д.
Чтобы не привязывать траекторию перемещения к конкретному диаметру инструмента, система ЧПУ предусматривает использование коррекции на радиус инструмента, что позволяет повысить универсальность управляющей программы. Однако при этом могут возникнуть проблемы, связанные с недоступной пользователю автоматически запрограммированной на заводе-изготовителе траектории инструмента при введении и отмене коррекции на радиус.
Рассмотрим реализацию обработки плоскости размером 200 мм на 150 мм на фрезерном станке со «стойкой» ЧПУ Fanuc Series 0/ - МС. Отметим при этом, что при разработке и реализации технологических процессов чрезвычайно важно формирование управляющих программ (УП) для станков с ЧПУ с наименьшим количеством холостых перемещений, или их полным отсутствием. Покажем это на примере УП:
N010 G40 G49 G80 (Плоскость 150х200 - 150 по Х, 200 по Y);
N020 T1M6 (Фреза торцовая);
N030 G0 G59 G90 X-50 Y50;
N040 G43 Z50 H52;
N050 Z0;
N060 X-45;
N070 G1 G42 X80 D52 F2000;
N080 Y0;
N090 X0:
N100 Y-50;
N110 X150;
N120 Y-100;
N130 X0;
N140 Y-150;
N150 X150;
N160 Y-200;
N170 X-50;
N180 G0 Z200;
N190 G40 X0 Y110;
N200 G28 X-10 Y120;
N210 M30;
В управляющей программе перемещение по координате Y взято 50 мм, что позволяет использовать минимальный радиус фрезы 25 мм. Однако при введении в таблицу корректоров радиуса инструмента равного Y/2 из-за особенностей математического обеспечения при включении коррек-
ции 042 фреза будет располагаться всегда с права от детали. Следовательно, при изменении направления подачи по координате Х с права на лево и наоборот инструмент будет занимать положение выше или ниже относительно оси Х. Если уменьшить численное значение коррекции на радиус инструмента, оставив физический размер фрезы тот же, то возможно уменьшить ширину необработанных участков (рис. 1, б, в). При физическом значении Яф = У/2 добиться полной обработки не возможно.
Для исключения необработанных участков можно использовать фрезу диаметром больше У/2 (рисунок 1,г). Например, 063 мм или 0 80 мм. Однако необходимо помнить, что величина коррекции на радиус инструмента, вводимая в таблицу корректоров, не должна превышать половину смещения по координате У, а необработанные участки можно устранить эмпирическим подбором численного значения коррекции, вводимого в таблицу станка.
Рассмотрим еще один вариант обработки плоских поверхностей торцовыми фрезами. Покажем на рисунке 2 траекторию перемещения инструмента при его движении без смены положения относительно оси Х. Такой подход применяют при написании управляющей программы для обработки контуров.
Из рисунка 2,а видно, что если для реализации рабочего хода смещение по оси Х (расстояние между точками 1 и 5), меньше диаметра фрезы, то остается необработанный участок на детали. Если диаметр фрезы больше, чем смещение, то участки перекрываются (рисунок 2,в), как было отмечено выше, смещения не привязывают к радиусу конкретного инструмента. Следовательно, необходимо ориентироваться на минимальный диаметр используемой торцовой фрезы. Тогда программа получится универсальной, т.к. появится возможность применения фрез большего радиуса.
Кроме этого, следует иметь в виду, что станки с ЧПУ средней размерности не позволяют работать инструментом больших диаметров (125 мм и более), из-за особенностей привода главного движения с частотным регулированием, у которого, как известно, с уменьшением частоты вращения падает мощность двигателя. Следовательно, потеря в производительности у торцовых фрез малого диаметра (50-100 мм) по сравнению с большими отсутствует по причине увеличения минутной подачи, пропорционально диаметру (частоте вращения).
Теперь рассмотрим особенности токарной обработки фасонных поверхностей. На современном этапе фасонные поверхности деталей типа тел вращения обрабатывают не фасонными резцами, а на станках с ЧПУ с использованием круговой интерполяции. Все инструменты оснащаются сменными многогранными пластинами (СМП) с радиусом скругления при вершине (угловой радиус).
а
б
в г
Рис. 1. Траектория перемещения инструмента
а б в
Рис. 2. Обработка плоскости с применением стратегии «Обработка контура»
12
В системе ЧПУ предусмотрена функция «коррекция на радиус инструмента». С ее помощью станок пересчитывает координаты вершины режущей части инструмента и тем самым изменяет траекторию перемещения рабочего органа.
Однако, на производстве, операторы-программисты зачастую не пользуются данной функцией на токарном оборудовании, полагаясь на незначительные погрешности из-за малых значений радиусов при вершине токарного инструмента. Чтобы проверить необходимость использования данной функции сначала проведем анализ обработки на станках с ЧПУ.
Вершина СМП резца имеет округление, его образует окружность определенного радиуса г. При настройке инструмента, пластиной касаются датчика положения в двух крайних точках (рис. 3).
Рис. 3. Наладка инструмента токарного станка
После чего, станок определяет координату вершины пластины, как пересечение двух перпендикулярных прямых. Следовательно, ЧПУ будет отрабатывать перемещение по заданной траектории мнимой точки вершины режущей кромки. При обработке ступенчатых валов погрешностей не возникает, так как в работе находится всегда крайняя точка режущей кромки, от которой происходила настройка оборудования.
Однако, при резании фасонной поверхности профилирующая точка режущей кромки смещается («бежит») в процессе обработки по дуге окружности вершины инструмента, а сам станок «предполагает», что режет неподвижной вершиной. В связи с этим появляется погрешность обработки.
Рассчитаем в общем виде величину погрешности для обработки фасонной поверхности резцом с радиусом округления г при вершине (рис. 4).
АН = АО-НО НО = г_
АО = Л2 + г2 АО = г^2 АН = г^2 - г = г(^2 - 1) 13
Рис. 4. Расчетная схема
Далее, при подстановке любого из значений радиуса г из наиболее распространенных 0,4 мм; 0,8 мм; 1 мм; 1,2 мм можно легко узнать наибольшее отклонение профиля. Представим погрешности обработки в графическом виде. Для этого для наглядности воспользуемся программой T-FLEX CAD.
На рисунке 5 построим заданный профиль обрабатываемой детали, приняв размеры большего диаметра 200мм, меньшего 100мм, а радиус фасонной поверхности 100мм. Также, схематично изобразим режущую часть пластины резца.
На рисунке 6 графически смоделируем процесс обработки и покажем отклонение действительного обработанного профиля и заданного. В начальный момент резания погрешность равна 0. Затем погрешность нарастает до максимума при угле в 45 градусов, а затем начинает уменьшаться до 0.
Для большей наглядности, покажем увеличенное изображение с наибольшим отклонением (рис. 7).
Рис. 5. Контур детали типа тела вращения с фасонной поверхностью
14
Рис. 6. Погрешность обработки фасонной поверхности
Рис. 7. Наибольшая погрешность
Таким образом, заданный профиль и обработанный значительно отличаются друг от друга. При использовании резцов со округлением при вершине большего радиуса, погрешность, соответственно, будет увеличиваться. Это подтверждается и расчетами, произведенными выше. Для наглядной зависимости погрешности обработки от радиуса округления вершины резца, покажем на рисунке профили после обработки резцами с различными радиусами (рис. 8), где
1 - заданный профиль;
2 - действительный профиль при радиусе г=0,4 мм;
3 - действительный профиль при г=0,8 мм;
4 - действительный профиль при г=1 мм;
5 - действительный профиль при г=1,2 мм.
Итак, после проведенного исследования, можно заключить, что чистовая обработка фасонных поверхностей на токарных станках с ЧПУ должна вестись с использованием функции «коррекция на радиус инструмента».
В заключении необходимо отметить, что коррекция на радиус инструмента необходима и при шлифовании фасонных поверхностей. При этом шлифовальный круг необходимо заправлять по радиусу отличному от радиуса шлифуемой криволинейной поверхности, который может достигать десятка миллиметров.
1. Грибов Н.В. Миловзоров О.В., Седых А.В. Особенности программирования системы ЧПУ FANUC-0I при фрезеровании плоскостей торцовыми фрезами. Новые технологии в учебном процессе и производстве: материалы XIV межвузовской научно-технической конференции посвященной 60 - летию института / Под. Ред. Начальника НИО Платонова А.А., канд. техн. наук Бакулиной А.А. Рязань: РИПД «ПервопечатникЪ»,
2. Грибов Н.В. Миловзоров О.В. Концептуальное проектирование операции фрезерования. Материалы международной научно-технической и научно-методической конференции «Современные технологии в науке и образовании», Рязань, РГРТУ, 2017.
3. Грибов Н.В. Миловзоров О.В., Турукин Н.А. К вопросу о возникновении погрешностей обработки на токарных станках с ЧПУ Наука и инновации в технических университетах: материалы Седьмого всероссийского форума студентов, аспирантов и молодых ученых. С-Пб.: Взд-во Политех. ун-та, 2013. 233 с.
Рис. 8. Профили после обработки
Список литературы
2016. 572 с.
Грибов Николай Владимирович, канд. техн. наук, доцент, dmnmt@mail.ru Россия, Рязань, Рязанский институт - филиал Московского государственного политехнического университета,
Миловзоров Олег Владимирович, канд. техн. наук, доцент, dmnmt@mail.ru Россия, Рязань, Рязанский государственный радиотехнический университет,
Жарков Дмитрий Николаевич, канд. техн. наук, dmnmt@mail.ru, Россия, Тула, ПАО «НПО «Стрела».
PARTICULARITIES OF THE PROGRAMMING THE SYSTEM CHPUFANUC-0I UNDER FREZEROVANIITORCOVYMIMILLING CUTTER AND UNDER TURNING PROCESSING
N. V. Gribov, O.V. Milovzorov, D.N. Zharkov
The Considered approaches to development controlling program for фрезерования planes торцовой by milling cutter on tool with CHPU, equipped by system Fanuc-Oi. The Organized analysis of importance's of inaccuracy of the sidebar of the detail under turning processing the shaped surfaces without correcting on radius incisor
Key words: processing planes, butt end of the milling cutter, system CHPU Fanuc-Oi, correction on radius of the instrument, controlling program, removable polyhedral plate, inaccuracy to paths.
Gribov Nikolay Vladimirovich, candidate tehnicale sciences, docent, dmnmt@mail.ru, Russia, Ryazani, Ryazanskiy institute - a branch Moscow state pollytechnic university,
Milovzorov Oleg Vladimirovich, candidate tehnicale sciences, docent, dmnmt@mail.ru, Russia, Ryazani, Ryazanskiy institute - a branch Moscow state pollytechnic university,
Zharkov Dmitriy Nikolaevich, candidate tehnicale sciences, dmnmt@,mail.ru, Russia, Tula, STEP "NPO "Dart"
