Общие положения. Траектория движения инструмента разрабатывается для так называемого центра инструмента. У резцов центр располагается обычно на их вершинах либо в центре скругления вершины, а у фрез всех видов — в точке пересечения оси инструмента с его торцовой плоскостью.
Траектория движения инструмента зависит от формы поверхностей обрабатываемой детали. При контурной обработке траектория является эквидистантой к контуру обрабатываемой детали (эквидистантна — это геометрическое место точек, равноудаленных от какой-либо линии и лежащих по одну сторону от нее).
Траектория формируется из отдельных геометрических элементов (рис. 8.2). Это отрезки прямых, дуг окружностей, другие кривые.
Различные геометрические элементы соединяются в точках пересечения или касания. Точки соединения называют опорными точками. Опорными точками считаются также точки перехода дуги из одного квадранта в другой. Кроме того, на траектории выделяются точки, в которых изменяются технологические параметры (скорость резания, подача инструмент и т.д.). Они называются технологическими опорными точками.
При обработке сложных контуров возникает необходимость проверки точности изготовления детали. Для этого на траектории определяются точки, в которых можно измерить положение обрабатываемого контура относительно базовых поверхностей детали. Такие точки называют контрольными (рис. 8.2, точка 2). Местоположение контрольных точек определяют с таким расчетом, чтобы инструмент не находился в контакте с деталью.
Информация о перемещении инструмента от одной точки траектории к другой записывается в одном кадре управляющей программы.
При разработке траектории необходимо учитывать тип интерполятора системы ЧПУ станка. В условиях использования высокоскоростной обработки очень важны также точность отсчета координат по соответствующим осям и быстродействие системы управления станком.
Построение траекторий рабочих перемещений. При разработке технологии обработки на станках с ЧПУ одной из наиболее сложных проблем является рациональный выбор траектории рабочих перемещений инструмента на переходах.
Правильный выбор траекторий движения режущих инструментов позволяет сократить основное время обработки и количество инструментов в наладке.
Токарную операцию обычно начинают с черновой обработки, которая содержит несколько прямолинейных черновых проходов, выполняемых вдоль оси детали, перпендикулярно или под углом к ней с постоянной по возможности глубиной резания. После каждого прохода инструмент отводится в исходное положение.
Если деталь имеет несколько ступеней, то припуск условно делится на зоны (перпендикулярно к оси детали) и уровни. В результате образуется определенное количество элементарных участков, каждый из которых можно обозначить двумя цифрами: первая — номер уровня, вторая — номер зоны. Выбор рационального варианта зависит от протяженности зон обработки, длины холостого хода, количества проходов и т.д.
Чистовой проход целесообразно выполнять эквидистантно контуру детали, со снятием фасок, проточкой небольших углублений и т.п. Траекторию инструмента представляют в виде участков, разделенных опорными точками, каждая из которых является концом одного участка и началом следующего. Обычно участки представляют собой отрезок прямой или дугу окружности; более сложные кривые также можно заменить одной или несколькими дугами соответствующих радиусов.
При обработке канавок относительно больших размеров можно использовать комбинацию проходного и канавочного резцов.
Нарезание резьб производится за несколько проходов. При этом врезание может осуществляться перпендикулярно к оси детали или параллельно профилю зуба, с постоянной или переменной подачей. В конце цикла можно выполнить калибрующие проходы.
Инструменты для обработки дополнительных поверхностей выбирают исходя из минимальных размеров последних, а остальные аналогичные поверхности формируют с использованием дополнительных рабочих ходов.
При обработке отверстий стержневыми инструментами важное значение имеет правильный выбор подвода и перебега. Эти величины выбирают с учетом обеспечения минимальных холостых перемещений с рабочей подачей и плавного входа инструмента в обрабатываемое отверстие и вывода из него, характера предварительной обработки, геометрии инструмента.
В качестве исходной координаты принимается координата точки касания нижнего торца или перемычки инструмента с плоскостью, на которой расположено обрабатываемое отверстие.
Перемещение фрезерных инструментов с рабочей подачей включает подвод к детали для врезания, резание и перебег для обеспечения полной обработки поверхности детали. Для выбора траекторий и величин врезания и перебега можно воспользоваться типовыми схемами перемещений.
Предварительное фрезерование открытых плоскостей шириной выполняется за один проход. Направление движения выбирается так, чтобы деталь прижималась к опорам.
С позиций проектирования траектории инструментов при фрезерной контурной обработке можно выделить два семейства поверхностей. В первое входят поверхности, обрабатываемые с приданием траектории вида замкнутой строки, которой обводится обрабатываемый контур. Такой путь инструмента получил название строка. Строкой обрабатываются криволинейные контуры плоских деталей. Во второе семейство входят поверхности, которые обрабатываются движением инструмента по траекториям, представляющим собой параллельные строки с противоположными направлениями или спиралеобразные.
Этот вид пути инструмента получил название обход. Обходом обрабатываются выпуклые и вогнутые поверхности пространственно-сложных форм (пуансоны, матрицы и т.д.).
Специфичны подходы к проектированию траекторий черновых чистовых проходов. Основное требование к черновым проходам — обеспечение равномерного припуска для чистовых проходов. Если при чистовых проходах траектория инструмента вполне определенная, то черновые проходы, особенно при обработке выборок, могут иметь самые разнообразные траектории. Такое многообразие затрудняет работу как технологов, так и программистов. Поэтому в станках с ЧПУ широко используют так называемые типовые траектории. Так, для случая фрезерной обработки могут быть применены следующие типовые траектории:
1) спираль Архимеда с проходами, эквидистантными обрабатываемому контуру;
2) ленточная спираль с проходами, эквидистантными обрабатываемому контуру;
3) ленточная спираль с проходами, не эквидистантными обрабатываемому контуру;
4) сложная траектория, форма которой является комбинацией предыдущих видов перемещений.
Использование тех или иных типовых траекторий определяется состоянием заготовки, маркой обрабатываемого материала, а также типом интерполятора системы ЧПУ станка.
При разработке траектории недопустимы остановка фрезы или резкое изменение подачи в процессе резания, когда режущие кромки фрезы соприкасаются с обрабатываемой поверхностью. В этом случае неизбежны повреждения поверхности (зарезы, подрезы).
Построение траекторий вспомогательных перемещений. В силу кажущейся простоты обработки технологами зачастую не учитываются закономерности врезания инструмента в припуск, а также отвода его от обрабатываемой поверхности. Однако анализ показывает, что траектория вспомогательных перемещений существенно влияет на производительность и точность обработки.
При построении траектории часто приходится предусматривать дополнительные перемещения инструмента. Так, при выборке металла внутри контура может использоваться фреза, имеющая радиус, равный радиусу сопряжения стенок. После выборки металла внутри контура остается необработанный участок в виде криволинейного треугольника. Для его удаления необходимо вернуть инструмент в точку А и назначить дополнительный проход (третий) в направлении АВ. Если изменить траекторию при втором проходе, то надобность в третьем отпадет.
Процесс резания на станках с ЧПУ существенно отличается от данного процесса на станках с ручным управлением. Это обусловлено изменением ряда геометрических и физических параметров процесса.
При обработке криволинейного участка детали на станке с ЧПУ резец перемещается по криволинейной траектории.
Подача непрерывно изменяет свое направление, главный угол в плане уменьшается, а вспомогательный — увеличивается. При уменьшении угла ширина среза возрастает, а толщина уменьшается, хотя номинальная площадь среза остается постоянной, равной f = St = ab.
криволинейного участка детали
Изменение углов в плане влияет на шероховатость обработанной поверхности. Изменение высоты микронеровностей на криволинейном профиле наблюдается при обработке острозаточенным резцом и при участии в работе одновременно прямолинейной и радиусной режущих кромок. При резании только радиусной кромкой шероховатость остается практически неизменной.
Обработка деталей на станках с ЧПУ часто осуществляется с переменными режимами резания (скоростью v или подачей S) и с изменением по мере необходимости глубины резания. Вследствие этого изменяются мгновенные значения ширины и толщины среза, а также кинематические углы резца , что не может не сказаться на уровне целого ряда параметров процесса резания.
При обработке с переменной скоростью резания на 15...20 % возрастает уровень сил резания, появляются различия в значениях температуры резания, несколько ниже период стойкости инструмента. При обработке с переменной подачей наблюдается обратная картина: уменьшение уровня сил резания, температуры, высоты микронеровностей и повышение периода стойкости инструмента.
Таким образом, резание на станках с ЧПУ имеет ярко выраженный нестационарный характер, поэтому необходимо предъявлять более жесткие требования к назначению элементов режима резания, выбору геометрии инструмента и формы пластины.