Технологии, повышающие качество деталей машин

1. Технологические методы повышения качества деталей машин

Проблема технологического обеспечения качества деталей машин решается на базе разработки типовых технологических процессов. Поскольку существует бесчисленное множество различных деталей, разобрать методы проверки качества для каждой из них не представляется возможным. Все детали классифицируют, разбив их по типам. Такой подход оказался правомерным и полезным, поскольку можно выработать единство технологического решения для деталей каждого типа вне их связи с конкретной отраслью производства.

Возникает понятие о типовой детали. Так, например, зубчатое колесо встречается в технологии машиностроения и в приборостроении. Тем не менее, несмотря на огромную разницу в размерах, зубчатое колесо является типовой деталью и можно говорить о единых технологических методах и особенностях приготовления таких деталей. Поэтому типовая деталь вызывает к жизни типовой технологический процесс.

Типовой технологический процесс (типовая технология) рассчитан на наиболее часто встречающиеся конструктивные решения деталей, устойчиво повторяющиеся элементы. Так, для деталей типа валов характерна ступенчатая форма, определяющая отношение длины к диаметру и др. Поэтому наиболее удобной является типовая обработка в центрах, выбор определенного вида оснастки и металлорежущих станков. Типовая технология является той основой поверхностного качества деталей, на которой могут реализоваться различные методы обработки с учетом эксплуатационных особенностей деталей. Валы, работающие на кручение, и валы, работающие в условиях изгиба знакопеременной нагрузкой, могут иметь одинаковые технические обработки.

Вместе с тем, должен быть проведен учет и наследственных явлений, и особенностей проведения финишных операций, которые могут весьма существенно отличаться в обоих случаях друг от друга. Так, валы, работающие на изгиб, должны иметь специфическую шероховатость поверхности и подвергаться специальной термообработке, чего в случае валов, работающих на кручение можно не предусматривать.

Задача повышения качества машин должна решаться путем повышения качества всех деталей, однако это требование не может быть распространено на все детали в равной степени. Существует круг деталей, которые в наибольшей степени определяют качество всей машины. Для таких деталей достигнуты весьма высокие показатели геометрической точности. Это достигается применением жестких и точных станков с использованием специфических методов обработки и высокоточных измерительных устройств. Большую группу составляют детали типа колец, втулок и гильз. Достижение в производственных условиях высоких показателей качества может быть рассмотрено как своеобразная технологическая надстройка над основой в виде типового процесса обработки деталей.

Корпусные детали имеют две группы ответственных поверхностей, определяющих качественные показатели: отверстия под подшипники и плоские направляющие поверхности.

Названные типы деталей представляют собой основу создания машин. Детали в виде указанных выше тел вращения в общем количестве деталей машиностроения 35 %, на их изготовление приходится 27% общей стоимости изготовления всех деталей; 15% всех деталей составляют корпусные детали, но на их изготовление приходится 53% общей стоимости. Таким образом, на изготовление оставшихся 50% деталей расходуется только 20% средств.

Для деталей типа плит геометрические показатели качества решающим образом зависят от их размеров. Так, для плит-столов 1120х630 мм отклонение от плоскостности в среднем не превышает 6 мкм, а отклонение от параллельности направляющих и основной плоскости стола находится в пределах 5 мкм.

Базовые детали в виде колонн. Стоек могут иметь точные направляющие элементы. Показатели качества в виде геометрических характеристик в этом случае соответствуют отклонениям для поверхностей корпусных деталей плит и находятся в пределах 3-5 мкм.

Для других деталей, которые имеют меньшее распространение в машиностроении, также существуют соответствующие показатели качества.

Приведенные значения не представляют собой предельно допустимую точность формы и размеров; они могут быть и более высокими. Вместе с тем они показывают высокий уровень качественных характеристик, устойчиво достигаемых в механосборочном производстве. Во всех случаях, когда имеется возможность уменьшить требования к геометрической точности, это следует осуществлять по экономическим соображениям. Основная технологическая трудность достижения высоких показателей качества связана с тем, что каждый элемент технологической системы при ее функционировании вносит свои погрешности в общее значение показателя качества. Одним из методов оценки технологического влияния на показатель качества является использование положений теории вероятностей. Установление корреляционных зависимостей позволяет оценить влияние каждого из элементов на их суммарный результат.

Тем не менее, для такой оценки нужна своеобразная информация, полученная как результат измерений уже произведенной продукции. В этом случае существенно ослабляется действие человека на технологический процесс для его совершенствования.

Расчетно-аналитический метод определения показателей качества основан на оценке действия каждого из элементов технологической системы. В первом приближении оценивают значение шести элементов системы еще до начала ее функционирования или даже до создания такой системы в металле.

С помощью расчетов и опытных данных оценивают погрешность установки заготовок на станках, влияние на геометрическую точность детали упругих перемещений системы, тепловых ее деформаций, износа режущих инструментов, погрешности их настройки и геометрической точности металлорежущих станков.

Поскольку каждая из названных погрешностей представляет собой вектор в пространстве, сложение погрешностей как векторных величин для технологических решений представляет известные неудобства. Если же рассматривать погрешности как случайные (а часть из них систематические постоянные) и учесть законы их распределения, то суммирование погрешностей существенно упрощается. Суммарное значение ожидаемой погрешности должно быть меньше или равно допуску на параметр, установленному конструктором.

Если погрешность исчисляется несколькими микрометрами, то ее составляющие оказываются существенно меньше и обеспечение их на практике связано с преодолением существенных технологических трудностей. Рассмотрение путей их преодоления представляет принципиальный интерес. Технологическое обеспечение качества деталей начинается уже на стадии проектирования. Поскольку технологическое наследование конструктивных форм, конструктор должен представить себе картину деформированного состояния вала в процессе обработки. Так, например, полые валы, имеющие коническое отверстие, обрабатывают " от отверстия", т.е. на его базе. При этом в отверстие вала устанавливают коническую пробку и далее проводят обработку в центрах. Деформация как составляющая суммарной погрешности может быть определена расчетом и учтена при установке заготовок на станок. При сложной форме наружной поверхности вала такой расчет несколько затрудняется и на помощь должен прийти эксперимент, организуемый в заводских лабораториях. Конструктор обязан учитывать указанные погрешности наряду с обработкой детали на технологичность.

Целостность ответственных поверхностей валов непосредственно связана с выбором материала и проведением термической обработки. Наиболее правильным решением для таких валов является использование сталей, получаемых в вакууме, хотя недостатки микроструктуры металла не вакуумной плавки, вызванные некачественной термообработкой, могут устраняться нагревом токами высокой частоты рабочих шеек валов с охлаждением на воздухе.

Неметаллические же включения при этом остаются и могут быть обнаружены в виде пороков на поверхности малой шероховатости. Такие пороки могут представляться в виде характерных лунок. Мнение о том, что указанные дефекты не влияют на работу кинематических пар, если последние имеют малые отклонения формы, являются ошибочным. Очевидно, что в целом качество пары вал-втулка снижается.

Большое внимание должно быть обращено на выбор заготовок и формирование требований к ним. Даже для типовой технологии необходимо учитывать, что пространственные отклонения валов после чернового прохода составляют 0,06 от отклонений заготовки, а после чистового прохода - 0,04 отклонения, возникшего после чернового прохода.

Эти данные, естественно, могут меняться в зависимости от жесткости технологических систем, но при обеспечении качества валов должны быть учтены. Нельзя пространственные погрешности исправлять исключительно на финишных операциях. Более того, при многопроходном шлифовании валов с постоянной подачей исходная погрешность, оставшаяся после обработки лезвийным инструментом, постоянно увеличивается, так как постоянно увеличивается разность между заданной и фактической глубинами резания. Для постоянного уменьшения погрешностей следует при каждом последующем проходе уменьшать подачу и глубину.

При бесцентровом шлифовании наиболее часто приходится исправлять отклонение формы в виде наследственных трех - и пятигранников, что обеспечивается рациональной наладкой станков. Поэтому для обеспечения высоких требований по отклонениям формы нельзя при одной и той же наладке станка шлифовать заготовки, например, с овальной исходной погрешностью и заготовки с исходными пятигранниками в поперечном сечении (отклонение формы устанавливаются с помощью кругломеров). Анализ наладок станков очень удобно проводить с помощью рядов Фурье.

Обработку валов, как правило, проводят в центрах. Возникающая наследственная погрешность является весьма устойчивой. Мерами борьбы с такой погрешностью являются использование отверстий с криволинейными образующими, обеспечение необходимого соотношения углов центровых отверстий и центров, повышение точности формы центровых отверстий. Хорошие результаты достигнуты при шлифовании центровых отверстий, а также при правке гранеными твердосплавными центрами с числом граней 3 или 5.

Если уменьшать отклонение формы в еще большей степени, то наступает своеобразный предел, и технологическая система, являясь консервативной, такое уменьшение уже не обеспечивает. Для дальнейшего повышения качества валов по этому параметру следует применять специальные методы. Так. Можно по определенному закону изменять круговую подачу шлифования валов. Другим методом является создание специальных колеблющихся систем, установленных на столе шлифовальных станков, для того чтобы "размыть" наследственные погрешности.

Проблема уменьшения отклонений формы оказывается очень сложной, и ошибочно думать, что такие технологические методы, как супер финиширование, могут всегда уменьшить погрешности. Решить задачу уменьшения погрешностей помогает гармонический анализ.

Промышленность накопила богатый опыт по обеспечению заданной шероховатости как параметра качества. Однако пока не представляется возможным предложить строгие математические зависимости шероховатости от многих производственных факторов и приходится использовать эмпирические формулы. Если известны геометрические размеры детали, ее материал, тип токарного станка, тип инструмента и глубина резания, то можно назначать оптимальные режимы обработки для обеспечения заданной шероховатости.

Успешно решаются аналогичные задачи по выбору оптимальных методов обработки заготовок по заданным параметрам их поверхности. Использование ЭВМ существенно упрощает эту работу.

Типовые технологические процессы изготовления колец, втулок, и гильз схожи между собой. Основными технологическими трудностями изготовления этих деталей является обеспечение требований по малым отклонениям формы наружных и внутренних поверхностей, малым отклонениям от цилиндричности, биению поверхностей. Преодоление этих трудностей на фоне типовой технологии представляет собой основу повышения качества деталей.

Конструктивные элементы деталей в виде отверстий, пазов порождают отклонения формы на ответственных поверхностях. Такие отклонения следует преодолевать на основе расчета возникающих упругих перемещений под действием сил резания. Последние выбирают исходя из соображения того, что перемещения должны быть меньше допуска на отклонение формы.

В деталях указанного типа, изготовленных по неизмененным технологическим маршрутам, одного и того же химического состава, но из заготовок, полученных разными методами, получается в итоге различный уровень остаточных напряжений. Термическая обработка меняет уровень напряжений, даже изменяется их знак, но общий вывод остается неизменным и должен приниматься в расчет при технологическом обеспечении качества.

Эффект технологического наследования особенно следует учитывать при изготовлении типа колец. Заготовки колец, изготовленные на горизонтально-ковочных машинах, неизменно получают отклонение формы наружной поверхности в виде овала. Указанная погрешность оказывается исключительно устойчивой, на всех операциях технологического процесса она уменьшается. Ставя задачу повышения качества, нельзя игнорировать форму заготовки. Для качественных колец необходимо ограничить отклонение формы заготовок. Вторым условием повышения качества следует считать использование зажимных устройств с закреплением заготовок по торцам. Этими мероприятиями вполне можно предотвратить передачу вредных наследственных свойств.

Проблема обеспечения качества деталей типа колец, втулок и гильз непосредственно связана с особенностями закрепления их при обработке резанием. Даже при закреплении заготовок распределенными нагрузками передача погрешностей с наружной поверхности на внутреннюю оказывается ощутимой. Поэтому крайне важно обеспечить малые отклонения формы установочных поверхностей.

Указанные детали часто работают в условиях изнашивания, и в связи с этим в поверхностных слоях предпочтительнее напряжение сжатия. Однако вследствие разнообразия методов обработки, различных сочетаний силовых и тепловых факторов воздействия инструмента на обрабатываемую поверхность возникают остаточные тангенциальные напряжения, различные по величине и по знаку, что следует учитывать при технологическом формировании такого показателя качества, как износостойкость.

Вопрос о напряжениях непосредственно связан с отклонениями формы поверхностей колец, втулок, гильз. Реальные поверхности всегда имеют волнистость (гранность). После токарной обработки заготовок диаметром 50-80 мм под такой поверхностью возникает слой со структурой, отличной от структуры основного материала. Глубина этого слоя составляет 25-50 мкм. После термической обработки на операции шлифования можно достичь очень малых отклонений формы. Однако установлено, что на глубине 10-12 мкм от поверхности прошлифованного образца располагается пояс аустенитных зерен. Толщина этого пояса оказывается различной и периодически повторяющейся. С течением времени нестабильный по структуре слой аустенита превращается в мартенсит. При этом, естественно, изменяется (увеличивается) объем материала. В тех местах, где слой аустенита был шире, происходит большее изменение объема (увеличение), и наоборот. Поэтому деталь, имевшая после шлифования весьма малые отклонения формы, получает наследственную волнистость. Для уменьшения отклонений формы необходимо рассматриваемую поверхность обработать дополнительно с помощью методов, создающих сжимающие напряжения, так как они замедляют процесс превращения аустенита в мартенсит. Одним из таких методов является алмазное выглаживание. В результате такой обработки отклонение формы за один и тот же промежуток времени оказывается почти в 3 раза меньше, чем после шлифования эль бором.

Конструктивные формы корпусных деталей непосредственно влияют на теплоотвод при растачивании основных отверстий. Следствием его является отклонение от сносности. При последовательном растачивании показатели качества более низкие, чем при одновременном. Наилучшие результаты получены при одновременном растачивании симметричных частей корпусов.

Особо следует отметить опасность искажения формы главных отверстий корпусных деталей при их закреплении на металлорежущих станках. Для технологического обеспечения качества корпусных деталей в связи с использованием технологической оснастки необходима экспериментальная отработка в условиях заводских лабораторий схемы закрепления с указанием сил закрепления и координат их приложения. Наивысшую точность обеспечивает схема закрепления, соответствующая схеме закрепления корпуса после сборки его в готовой машине.

Для деталей других типов существуют свои технологические приемы повышения качества, и вопрос решается аналогично тому, как он решается применительно к деталям, рассматриваемым выше.

В различных отраслях машиностроения наблюдается повышенный интерес к гибкому производству, в том числе автоматизированному, использованию станков с программным управлением. В связи с этим иногда полают, что вопросы технического обеспечения качества продукции можно решить только благодаря этой, так называемой новой технике. Такая точка зрения, безусловно, ошибочна. Во-первых, указанные технологические системы обладают практически теми же недостатками, что и системы обычные, во-вторых, масштабы их применения малы и пока не играют ощутимой роли в общей массе изготавливаемых деталей машин, в-третьих, надежность их находится не на таком уровне, чтобы можно говорить об устойчивых технологических процессах.

Вместе с тем тенденция развития и совершенствования таких технологических систем очевидна. Проблема технического обеспечения качества деталей машин должна решаться с применением любых технологических систем в первую очередь - автоматических.

С увеличением точности на сборке требуется особый подход к оценке баз как геометрических образов. Производственные погрешности и деформации на сборке вызывают существенные отклонения от плоскостности, цилиндричности, конусности, перпендикулярности и пр. Поэтому следует принимать в расчет реальные формы базовых поверхностей.

Сборка является заключительным этапом производства. Но этот этап принципиально отличается от других этапов тем, что именно в нем проявляются различные связи деталей, особенности их взаимодействия. После сборки совокупность свойств представляется как показатель качества машины. Машина может считаться качественной, если погрешность лежит в заданных пределах.

Большое разнообразие машин не позволяет дать единой картины повышения качества машин на сборке. Сборка по методу полной взаимозаменяемости, применяемая в массовом и серийном производствах, не допускает подбора деталей, регулировок и пригонок. Качество машины обеспечивается самой компоновкой собираемых деталей, точность которых оказывается сравнительно высокой, равно как мера себестоимость изготовления. Тогда замыкающие звенья имеют жесткие допуски. Экономические оценки играют в этом случае очень важную роль.

Метод неполной взаимозаменяемости не гарантирует необходимое качество всех собираемых машин, так как у сравнительно небольшого количества объектов точность замыкающего звена не будет обеспечена.

Широкое распространение получил метод сборки с групповой взаимозаменяемостью. Все изготовленные детали разбивают на размерные группы, а соединение получают непосредственным подбором деталей, взятых из соответствующих групп. При этом допуски на детали каждой группы оказываются жесткими, что обеспечивает сборку весьма точных соединений. Однако повышение качества изделий этим методом не представляется возможным в условиях поточной сборки, так как нельзя гарантировать, что время на подбор двух деталей соединения будет постоянным и равным такту.

Сборка с регулировкой представляет собой метод обеспечения качества машин. Регулировку выполняют перемещением одной из деталей, которая играет роль компенсатора. Поэтому представляется возможным получать высокое качество всей цепи при сравнительно низкой точности звеньев.

Точные показатели сборки в оценке качества машин являются одними из основных. Их обеспечение сопряжено с преодолением ряда технологических трудностей. Сюда относят неточности изготовления собираемых деталей. Каждый тип производства имеет свои особенности сборки. В массовом производстве характерной является сборка на конвейерах, которые перемещаются непрерывно или периодически. Но главным является наличие потока, когда продолжительность сборки на различных рабочих местах оказывается практически одинаковой и соответствует такту. Именно для этого случая сборки особенно важна обработка конструкции на технологичность, что обеспечивает высокое качество соединений в условиях жесткого такта. Многие вопросы сборки в условиях массового производства успешно решены с помощью средств автоматизации, которая обеспечивает постоянство условий сборки, что повышает качество машины.

Следует считать прогрессивными такие технические решения, когда один узел на сборке устанавливается относительно другого узла с помощью луча света, а оператор, получив сигнал о правильности расположения узлов, дает команду на их закрепление на базовой детали.

В развитие высказанного технического решения можно привести пример сборочной системы, построенной в МВТУ им. Баумана. Она предназначена для сборки деталей типа втулок с корпусными деталями методом охлаждения. Любая втулка имеет на наружной (установочной) поверхности отклонение от цилиндричности (гранность), что объясняется особенностями ее изготовления. Аналогичные отклонения имеет и отверстие корпуса. Сборка с натягом в этих условиях повлечет за собой передачу отклонений от цилиндричности сопрягаемых поверхностей на отверстие втулки.

Сборочная система состоит из трех участков: измерительного, вычислительного и сборочного. На измерительном участке проводят 100%-ную аттестацию всех поступающих на сборку деталей по параметру отклонения формы. Полученную информацию передают на вычислительный участок, где с помощью микропроцессора проводится гармонический анализ обеих сопрягаемых цилиндрических поверхностей. Результаты анализа позволяют провести ориентирование собираемых деталей. Оно состоит во взаимном повороте по разработанной программе одной из деталей вокруг своей оси так, чтобы имеющиеся погрешности формы сочетались на обеих поверхностях оптимальным образом. При этом перенос отклонений формы сопрягаемых поверхностей на отверстие втулки произойдет в наименьшей степени. Далее рука робота переносит уже ориентированную втулку в охлаждающую среду и по истечении определенного времени подает ее в отверстие корпуса для сборки поперечно-прессовым методом. В итоге каждая пара сопрягаемых деталей сочетается характерным только для нее образом, однако все действия системы не нарушают такта поточной сборки. Такой подход может представлять принципиальный интерес для массового производства.

Серийное производство имеет свои существенные отличия на сборке, но именно здесь могут встретиться самые различные организационные формы. С одной стороны, необходимо использовать преимущества автоматизированной сборки, с другой стороны, - автоматизация сдерживает возможность переналадки сборочного оборудования на изготовление новой партии изделий. Как и в массовом производстве, для повышения качества машин большую роль играет отработка конструкций на технологичность и соблюдение требований технологического процесса сборки.

Широкое применение на сборке находят ориентирующие устройства. Их назначение оказывается различным. При больших партиях собираемых деталей эти устройства могут играть роль распознавателей образов и давать команду на поворот и поступательное перемещение в пространстве деталей для сопряжения с другой деталью. В ориентирующих устройствах используются механические, электрические и пневматические элементы. Созданные в МВТУ им. Баумана оптические ориентирующие устройства позволяют подавать на сборку детали с исключительно малой асимметрией. Переналадка таких устройств с целью обеспечения гибкости сборочного оборудования занимают несколько минут.

Положительным фактором является сочетание в этих устройствах функций ориентирования с функциями контроля деталей. Исключительно важную роль играют устройства, которые ориентируют одну деталь на сборке относительно другой. В условиях серийного производства оптические устройства позволяют выверять детали с использованием лучей лазера и затем закреплять их. Использование оптических устройств на сборке в целом позволило значительно повысить качество машин.

Автоматизация собственно процессов сборки в условиях серийного производства для всех видов соединений маловероятна. Вместе с тем для повышения качества отдельных сопряжений или сопряжения группы деталей использование автоматизации необходимо. Логичным оказывается использование сборочных комплексов, которые способны выполнять функции контроля качества сборки. Широкое использование координатно-измерительных машин существенно повышает качество сборки.

Наибольший эффект при сборке обеспечивают гибкие автоматизированные устройства для отдельных наиболее ответственных соединений. Так, в станкостроении выделяют две группы деталей. Для каждой из групп решается проблема обеспечения качества с помощью автоматизации сборке на основе группой технологии.

Повышению качества машин и их соединений способствует появление интересных технологических решений, в частности, сборка пар ходовой винт-гайка. Такая пара обладает высоким качеством, когда обеспечивается заданное прилегание по регламентированному числу витков резьбы. Создан ряд технологических систем, объединяющих станки воедино. Если при окончательном изготовлении гайки возникает погрешность, то она фиксируется, и информация о ней передается на второй станок. Такая информация позволяет самонастраиваться станку для изготовления винтов с учетом погрешностей гайки.

Возможности металлорежущих станков с ЧПУ привели к мысли об объединении в серийном производстве в едином технологическом комплексе процессов изготовления деталей и их сборки. Такое решение может обеспечить высокое качество соединений.

Многообразие методов повышения качества на сборке объясняется условиями единичного производства и широким ассортиментом собираемых изделий - от объектов тяжелого машиностроения до приборов. Для каждого вида продукции требуются особые условия сборки. Например, именно на сборке обеспечивается качество высокооборотных приводов (шпинделей) шлифовальных станков высокой точности. Обеспечение на сборке изделия высокой точности является серьезной технологической проблемой.

Необходимо учитывать деформации деталей на сборке. Упругие деформации вполне соизмеримы с допусками на изготовление деталей. В ряде случаев деформация может превосходить допустимое значение выходного параметра изделия. Так высокоточные детали на сборке могут превратиться в детали низкой точности. Собранное изделие, если и сможет работать, будет иметь низкую надёжность.

2. Исходные данные для проектирования технологического процесса

Для определения технологической классификационной группы детали необходимо изучить исходные данные, в которых содержится информация о детали и располагаемом для ее изготовления оборудовании.

Исходные данные содержат:

. чертеж детали

. сборочный чертеж штампа

. спецификация

В результате изучения этих данных, получаем (например):

Деталь - экран - представляет собой плоскую деталь с конструкторским кодом: РГРА. 755561.002.

Материал: Сталь 10 ГОСТ 914- 56 - качественная низкоуглеродистая сталь с содержанием углерода 0,2 %. Этот сплав хорошо сваривается и обрабатывается резанием, а также давлением в холодном состоянии. Эти свойства доказывают целесообразность использования холодной штамповки для изготовления этой детали.

Сортамент: лист толщиной 1 мм. Из данного материала обычно изготавливают горячекатаные листы.

Шероховатость: для всей поверхности детали высота неровностей профиля по десяти точкам Rz=40 мкм, среднеарифметическое отклонение профиля Ra=10 мкм. Класс шероховатости 4. Поверхность детали образуется без удаления верхнего слоя.

Степень точности: наибольший квалитет 8

Технологический процесс: в данном случае наиболее целесообразно применять холодную штамповку.

Холодная штамповка - это процесс формообразования поковок или готовых изделий в штампах при комнатной температуре.

Масса детали:

M = S*H*,

где S - площадь детали, мм2 ; H - толщина, мм; - плотность, г/мм3

Штамп последовательный

Штамп - деформирующий инструмент, под воздействием которого материал или заготовка приобретает форму и размеры, соответствующие поверхности или контуру этого инструмента. Основными элементами штампа являются пуансон и матрица. Конструкция данного штампа включает пуансон для пробивки отверстия диаметром 18 мм, а также пуансон для вырубки наружного контура детали. Этот штамп является последовательным многооперационным штампом, который предназначен для штамповки деталей из листового материала.

Изготовление заготовки проходит в 2 этапа: сначала пробиваются отверстие диаметром 18 мм, затем получение наружного контура детали.

3. Сущность числового программного управления станком

Сущность программного управления станками может быть представлена в следующем виде. На станке для каждого рабочего перемещения (продольного хода, поперечного или вертикального) применяется отдельный специальный двигатель. Рядом со станком устанавливается пульт программного управления, который соединен с двигателями рабочих перемещений.

Для того чтобы станок начал работать, в пульт вводится программа. Программа представляет собой бумажную перфорированную ленту, на которой в определенной последовательности пробиты круглые отверстия -- перфорации. В пульте рулон ленты устанавливается на ось бобинодержателя, а затем лента пропускается через механизм фотосчитающето устройства. В фотосчитающем устройстве лента освещается пучком света от небольшой электрической лампочки. Если луч света проходит через имеющееся на ленте отверстие, он попадает на фотоэлемент и возбуждает в нем электрический сигнал. Сигнал усиливается и направляется к станку, где он приводит в действие соответствующие двигатели и механизмы.

В современных станках с ЧПУ для обеспечения необходимой точности и надежности работы применяется система обратной связи. Эта система сравнивает заданное перемещение с выполненным и, если оно не соответствует заданному, в него вносятся соответствующие изменения за счет дополнительных команд.

Для осуществления обратной связи на станке устанавливают датчики, представляющие собой механизмы отсчета перемещений, в которых линейное или круговое перемещения вызывают электрические сигналы определенного уровня и формы.

Многие станки с ЧПУ создавались на базе универсальных. Поэтому те и другие внешне очень сходны. Консольно-фрезерный станок с программным управлением модели 6Р13ФЗ относится к числу наиболее простых. Если программой обработки предусматривается смена инструмента, она осуществляется на станке вручную.

Широкоуниверсальный фрезерный станок модели 6А76ПМФ2 изготовлен на базе широкоуниверсального инструментального станка. На левой стенке станка смонтирован цепной инструментальный магазин, в котором могут расположиться до 30 различных инструментов. Смена инструмента в шпинделе станка осуществляется автоматически по программе. Специальным поворотным механизмом инструмент из магазина устанавливается в шпиндель.

Имеются станки, на которых магазины выполняются в виде дисков. Координатно-расточный станок с ЧПУ и инструментальным дисковым магазином модели 243 ВМФ 2. Форма магазинов и место их расположения на станке могут быть различными. На станках с инструментальными магазинами в режиме автоматического управления могут выполняться различные операции: сверление, расточка, нарезание резьбы, фрезерование. Такие станки получили название "обрабатывающих центров".

На станках с инструментальными магазинами можно автоматизировать обработку деталей, изготовляемых малыми партиями. Для установки детали на станке используют либо зажимные устройства типа тисков, либо устройства, которые собирают из элементов универсальных сборных приспособлений. Для того чтобы обработка одиночных деталей или малых партий на таких станках была выгодной, необходимо, чтобы процесс составления программы был нетрудоемким и кратковременным. На первом этапе развития станков с ЧПУ наибольшие препятствия для широкого применения станков возникали из-за большой трудоемкости составления программ. За последнее время в этой области достигнуты большие успехи. Составление программы существенно упрощено.

Например, если на чертеже детали показано определенной глубины резьбовое отверстие, технолог в исходных данных для программирования указывает координаты отверстия, глубину отверстия и обозначение нарезаемой резьбы. Эти данные с помощью печатающего аппарата вводятся в закодированном виде в управляющую машину. Машина выдает в виде перфорированной ленты программу для станка, предусматривающую все необходимые перемещения рабочих органов станка, в том числе смену инструмента; последовательный ввод в работу малого сверла, более крупного сверла, зенкера, метчика и т. д. Параллельно с выдачей программы машина может выдать словесным текстом перечень всех инструментов, их размеры и т. д. Выдача программы осуществляется машиной в короткое время.

Прогресс в области вычислительной техники позволяет применять станки с ЧПУ в условиях мелкосерийного производства там, где до сих пор применялись только универсальные металлорежущие станки. Высокая надежность современных систем программного управления позволяет гарантировать повторение размеров обрабатываемых деталей с высокой точностью. Один человек может обслуживать целую группу станков с ЧПУ. Таким образом, станки с ЧПУ позволяют не только повысить точность обрабатываемых деталей, но и многократно повысить производительность, труда.

Производительность труда на станках с ЧПУ повышается не только за счет возможности их многостаночного обслуживания, но и за счет тою, что на них можно осуществлять такие операции, которые на обычных универсальных станках были бы невыполнимы. Например, если требуется обработать отверстие с большим припуском, на универсальном расточном станке пришлось бы осуществлять большое количество проходов расточным резцом и это заняло бы много времени. На станке с ЧПУ большой припуск снимается концевой фрезой, совершающей путь по круговой траектории. Во многих случаях такая операция может являться не только предварительной, но и окончательной. Производительность труда при замене расточки фрезерованием повышается во много раз. Приведенный пример свидетельствует также о том, что на станках с ЧПУ изготовление деталей, имеющих криволинейную или пространственно сложную форму, не вызывает серьезных затруднений. Это справедливо для станков, у которых возможна одновременная работа по двум координатам. Есть станки, у которых возможно перемещение одновременно в одном, в двух, трех и иногда в большем количестве направлений.

На автоматизированных участках из станков с ЧПУ механизируются операции контроля деталей, складирования заготовок и деталей сборных приспособлений, операции сбора стружки, очистки от стружки приспособлений и обрабатываемых деталей и др. Внедрение станков с числовым программным управлением, является одним из основных средств повышения производительности труда на предприятиях с мелкосерийным характером производства.

Список использованной литературы

1. Машиностроительная энциклопедия в сорока томах. Под ред. К.С. Колесникова Том IV-3. М.: 1998

2. Технологические основы обеспечения качества машин. Под ред. К.С. Колесникова. М.: Машиностроение 1990

3. Технология важнейших отраслей промышленности. Под ред. А.М. Гинберга, Б.А. Хохлова М.: Высшая школа. 1985