книги / Оптимизация технологических процессов механической обработки

Контур обрабатываемой поверхности может рассматри-

ваться как траектория относительного рабочего перемещения инструмента и заготовки. В настоящее время при анализе МО обычно принципиальные кинематические схемы формообразо-

вания рассматриваются как заданные, определяемые кинемати-

кой существующих станков. Это значительно снижает возмож-

ности применения новых схем формообразования, что особенно важно при синтезе новых МО.

Известны различные классификации принципиальных ки-

нематических схем формообразования [16]. Большинство из них строится на сочетании двух элементарных движений: прямоли-

нейного и вращательного. При этом выделяется восемь групп сочетаний элементарных движений при формообразовании: 1 –

прямолинейное; 2 – два прямолинейных; 3 – одно вращательное;

4 – одно вращательное и одно прямолинейное; 5 – два враща-

тельных; 6 – два прямолинейных и одно вращательное; 7 – два вращательных и одно прямолинейное; 8 – три вращательных движения. Как показывает анализ различных кинематических схем формообразования, применяемых в практике, наибольшее распространение находят первые шесть групп приведенной классификации. При сочетании нескольких элементарных дви-

жений одно из них определяет скорость обработки, другие – движения подач.

101

Анализ существующих методов обработки и кинематических схем формообразования при их реализации показывает, что они охватывают только часть возможных решений. Возможно создание принципиально новых кинематических схем формообразования, которые могут быть положены в основу создания новых методов обработки. При решении задачи выбора кинематических схем формообразования виды элементарных и сложных движений, которые могут совершать заготовка и (или) инструмент, кодируются следующим образом: 0 – неподвижное; 1 – прямолинейное; 2 – вращательное; 3 – вращательнопоступательное. При этом общее число возможных сочетаний элементарных видов движений, которые формируют количество элементарных движений в кинематических схемах формообразования от 0 до 4, равно 16 (табл. 4.1).

Таблица 4.1 Виды элементарных исложных движений заготовки (инструмента)

Код вида движе-	Код вида движения	Количество элемен-
ния заготовки	инструмента	тарных движений
0	0	0
0102	1020	1
112203	121230	2
1233	3312	3
3	3	4

4.4. Классификация методов обработки (МО)

При решении задач выбора МО в условиях автоматизированного проектирования возникает необходимость классифика-

102

ции МО, в которой должны быть отражены принцип действия МО, его назначение и область применения. С позиций системного подхода МО на первом уровне могут быть разделены на три класса по способу воздействия на предмет производства: без съема материала; со съемом материала; с нанесением материала. На втором уровне для каждого класса могут быть выделены подклассы, характеризующие вид используемой при обработке Эраб. На третьем уровне каждый подкласс может быть охарактеризован ФХМ воздействия на предмет производства. И на четвертом уровне может быть отражена разновидность МО в зависимости от используемого инструмента и кинематики формообразования.

Таким образом, любой МО может быть описан четырехзначным кодом: Х1Х2Х3Х4, где X1 – класс; X2 – подкласс; Х3 – вид; Х4 – разновидность. В качестве примера приведем структурную схему классификации и кодировки известных МО со съемом материала (рис. 4.4).

Кодовое обозначение МО, приведенных на рис. 4.4, следующее:

2111 – точение, 2112 – растачивание, 2113 – строгание, 2114 – долбление, 2115 – нарезание резьбы, 2116 – шабрение; 2121 – сверление, 2122 – зенкерование, 2123 – развертывание, 2124 – фрезерование, 2125 – протягивание, 2126 – прошивание, 2127 – резьбонарезание, 2128 – зубонарезание, 2129 – шевингование; 2131 – шлифование кругами, 2132 – хонингование, 2133 –

103

104

2

МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ СО СЪЕМОМ МАТЕРИАЛА

Электро-

Механические

1

2

физические

2

4

1

2

3

4

1

3

Свя-

Од-

Сво-

Мно-

Луче-

Элек-

Элек-

Ульт-

но-

го

зан-

бод-

тро-

тро-

вые

разву-

лез-

лез-

ным

ным

эро-

меха-

ковые

вий-

вий-

абра-

абра-

зион-

ниче-

ные

ные

зивом

зивом

ные

ские

	Электро-						Комбиниро-
3		4		Химические
						5
	химические						ванные

		1				1
	Электро-
					Хими-
	химиче-				ческие
		ские

	1			2			3
Элек-			Элек-			Элек-
	тро-		тро-			тро-
хими-			эрози-			эрози-
	ко-		онно-			онно-
меха-			хими-			меха-
ниче-			ческие			ниче-
ские						ские

Рис. 4.4. Классификация методов обработки со съемом материала

104

суперфиниширование, 2134 – ленточное шлифование, 2135 – притирка; 2141 – виброабразивная обработка, 2142 – доводка, 2143 – абразивная обработка в струе жидкости, 2144 – магнит- но-абразивная, 2145 – свободным абразивом, уплотненным инерционными силами, 2146 – турбо-абразивная; 2211 – электроискровая, 2212 – электроимпульсная; 2221 – электрогидравлическая, 2222 – электромагнитно-импульсная; 2231 – элек- тронно-лучевая, 2232 – ионно-лучевая, 2233 – лазерная; 2241 – ультразвуковая; 2311 – электрохимическое профилирование, 2312 – электрохимическое шлифование; 2411 – химическое фрезерование; 2511 – анодно-абразивная, 2512 – электроалмазная; 2521 – электрозрозионно-химическая; 2531 – абразивноэлектроэрозионная, 2532 – электроконтактная.

4.5. Выборметодовобработки

При формировании маршрута обработки детали, обеспечи-

вающего получение заданных характеристик точности и каче-

ства поверхностей, возникает необходимость выбора рациональных МО. При выборе МО должны учитываться признаки предмета производства, характеризующие обрабатываемую за-

готовку и готовую деталь. Наиболее важными среди них явля-

ются: вид и размеры обрабатываемой поверхности, вид материала, твердость материала, точность обработки, характеристи-

ки шероховатости, физико-механические свойства поверхност-

ного слоя. Кроме названных признаков, при выборе МО учиты-

105

ваются интегральные характеристики, описывающие более об-

щие свойства материала обрабатываемых заготовок. К таким характеристикам относится обрабатываемость материала – одно из важнейших технологических свойств, характеризующее со-

вокупность качества материалов, которые определяют произво-

дительность процесса обработки и себестоимость продукции.

Обрабатываемость зависит от химсостава и структурного состояния материала, определяемого способом получения заго-

товки, термообработки и др. Причем материалы, имеющие оди-

наковые физико-механические свойства, могут существенно от-

личаться по обрабатываемости.

Обрабатываемость материала оценивается относительным коэффициентом. За единицу принимается обрабатываемость стали 45. Коэффициент обрабатываемости Коб = Vмет / Vст.45 , где

Vмет , Vст.45 – допустимые скорости обработки. Кроме допустимой скорости резания, для оценки обрабатываемости материала используют показатели интенсивности износа инструмента, ка-

чества обрабатываемой поверхности, возникающих сил резания и температуры в зоне обработки. Для оценки материалов по об-

рабатываемости устанавливаются относительные коэффициенты обрабатываемости (табл. 4.2). Табличные данные показывают,

что обрабатываемость материалов для различных процессов об-

работки существенно отличается. Это связано с принципиально различными ФХМ воздействия на обрабатываемый материал.

106

Таблица 4.2 Относительные коэффициенты обрабатываемости материалов

для различных процессов обработки

			Элект-		Элект-	Ульт-
				Лазер-	рохи-	ра-
	Материал	Резание	роиск-
			ровая	ная	ми-	звуко-
					ческая	вая
	Стали:
	конструкционная (уг-	1	1	1	1	1
	леродистая , С < 0,6 %)
	хромоникелевая	0,9	1,2	1	1	0,8
	углеродистая марган-	0,8	1,2	1	–	1
	цовистая
	инструментальная бы-	0,6	1,2	1	1,4	2
	строрежущая
	жаропрочная сложно-	0,3	1	–-	0,8	–
	легированная
	Чугун (серый, ковкий)	0,9	1	–	–	–
	Сплавы:
	медные	2	1,5	0,26	–	–
	алюминиевые	3,5	3	0,8	1,5	–
	титановые	0,3	1	1,12	1,2	1
	твердые	–	0,3	0,25	–	2
	Тугоплавкие металлы	–	0,4	0,2	–	2
	(вольфрам, молибден)
	Минералокерамика	–	–	–	–	15

Каждый МО имеет определенную область рационального использования. Существует понятие критических условий для МО [17] (обрабатываемый материал, параметры режима резания, конструкция инструмента, геометрия его заточки), при которых его использование по техническим и экономическим показателям становится невозможным. При обработке резанием

107

основными факторами, определяющими критические условия, являются: соотношение прочностных характеристик инструментального и обрабатываемого материалов; параметры износостойкости и кромкостойкости инструментального материала. Это определяет границы рационального использования МО, при переходе которых должны приниматься качественно новые процессы обработки. Приведем характеристики технологических возможностей методов обработки со съемом материала [18] (табл. 4.3).

При формировании информационного обеспечения АБД технологий систематизацию информации о МО наиболее удобно представлять в виде паспортов МО. В качестве примера приведем часть паспорта метода электроискровой обработки (табл. 4.4). Разнообразие и полнота информации в паспорте МО позволяют решать различные задачи, возникающие при технологическом проектировании с использованием АБД в САПР ТП. При паспортизации МО предварительно разрабатываются правила описания и представления информации конструктор- ско-технологического назначения. Для этого составляются системы классификации обрабатываемых поверхностей, материалов, обосновываются возможности достижения характеристик качества деталей с учетом исходного качества заготовок, определяются необходимые параметры режимов обработки для различных МО.

108

		Характеристики эффективности методов обработки со съемом материала					Таблица 4.3
							Глубина
			Средняя удельная	Средний удельный	Шерохова-	Точ-	структурного
		Метод обработки	производитель-	расход энергии,	тость Rа,	ность,	изменения
			ность, см3/c	Дж/см3	мкм	квали-	поверхност-
						тет	ного слоя,
							мкм
		Резание однолезвийным	5 10–2–5	(1,7–2,5) 103	0,16–2,5	7–14	20–200
		инструментом (точение)
		Резание многолезвийным ин-	2 10–3–1	(5–7,5) 103	0,32–2,5	7–13	20–70
	109	струментом (фрезерование)
		Шлифование	(0,5–3) 10–2	(5,5–7) 104	0,16–2,5	6–9	1–60
		Электроискровой	1,7 10–7–10–2	(0,4–5,5) 106	1,25–2,5	7–8	20–60
		Электроимпульсный	8,3 10–4–3,3 10–2	(3,5–7) 105	1,25–2,5	7–10	100–1000
		Электроконтактный	8,3 10–4–8,3	(0,3–1,2) 105	1,25–2,5	8–9	300–5000
		Электронно-лучевой	2 10–4–6,2 10–3	(2,4–5,8) 105	2,5–6	–	1–50
		Лазерный	(1–2) 10–6	(2,8–4,7) 107	2,5–6	–	10–500
		Ультразвуковой	3 10–5–2 10–1	6 105–3,6 106	0,63–2,5	7–8	1–50
		Электрохимическое профи-	8 10–3–1,6	(2,2–4,3) 105	0,32–2,5	7–10	–
		лирование
		Электрохимическое шли-	1,7 10–6–4,1 10–4	(1,4–5,8) 105	0,16–0,63	6–8	–
		фование
				109

Таблица 4.4

Пример оформления паспорта метода электроискровой обработки отверстий

Код МО

Паспорт метода обра-

Наименование МО

ботки

Электроискровая обработка

2211

Вид инструмента

Тип оборудования

Электрод (медь)

Электроискровой станок 4Д722А

Вид обрабатываемой поверхности

Продольные размеры обработки, мм

Отверстия

1,5–50

× 1–200

Материал

Исходное

Достижимые характе-

качество за-

ристики качества

Параметры режима обработки

110

готовки

обработки

Средняя

удельная

Глуби-

Про-

на де-

производи-

должи-

Часто-

Напряже-

Квали-

Rz,

Ква-

Rа, мкм

фект-

тельность,

тель-

Энергия им-

тет

мкм

литет

ного

мм3/ с

ность

та,

ние пита-

пульса, Дж

слоя,

импуль-

кГц

ния, В

мкм

са, мкс

Сталь 45

10–12

40–80

7–8

1,1–2,5

40–60

(5–300) 10–5

10–20

6 –50

5–15

(0,5–1) 10–2

………….

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

Твердый

10–12

40–80

8–9

0,4–1,25

20–40

1–10

40–

15–35

сплав

(0,1–1) 10–5

(1–20) 10–2

200

ВК6

110