Применяемые команды станка с ЧПУ

15.3 Применяемые команды станка с ЧПУ.

G - подготовительная функция 01,10,11 для линейного перемещения;

03, 30, 31 - для движения против часовой стрелки;

X,Z - задают относительное смещение в координатах станка;

S - задает скорость вращения шпинделя;

F - задает величину подачи;

M - Вспомогательная функция;

T - Смена инструмента;

15.4 Программа для токарного станка с ЧПУ

%

N001 G27 S028 M104 T101

N002 G58 Z+000000 F70000

N003 G58 X+000000 F70000

N004 G26

N005 G01 F10200 L131

N006 X-15100 Z-02000 F10600

N007 X-05400 F10056

N008 X+20500 Z+02000 F70000

N009 G40 F10200 L31

N010 T102

N011 G26

N012 G01 F10200 L32

N013 X-15100 Z-02900 F10600

N014 X-01400 F10050

N015 Z-03500 F10024

N016 X+07400 F10600

N017 Z-03400

N018 X-03900

N019 Z-03100 F10024

N020 X+13000 Z+14000 F70000

N021 G40 F10200 L31

N022 T103

N023 G26

N023 G01 F10200 L33

N024 X-16140 Z-07420 F10600

N025 X-00780 Z-00390 F10024

N026 X+00780 Z+00390 F10120

N027 X+16140 Z+07420 F70000

N028 G40 F10200 L31

N029 T104

N030 G26

N031 G01 F10200 L32

N032 X-16500 Z-07500 F10600

N033 X+07000 F10120

N034 X+02000 F10600

N035 X-07300 Z-05700

N036 X-00600 F10200

N037 G03 X+00600 Z-00300 I+00600 F10120

N038 X+08100 F10120

N039 X+00600 Z-00300

N040 X+04000 Z+14300 F70000

N041 G40 F10200 L31

N042 T105

N043 G26

N044 G01 F10200 L32

N045 X-15100 Z-02000 F10600

N046 X-00400 F10200

N047 Z-01000 F10120

N048 X+06400 Z-04600 F10600

N049 X-00400 F10200

N050 Z-01000 F10120

N051 Z-00200 F10056

N052 X-03900 Z-02000 F10120

N053 G03 X+00600 Z-00300 I-00600 F10120

N054 X+02000 F10600

N055 G40 F10200 L35

N056 G25 X+99999 F70000

N057 M105

N058 G25 Z+99999

N059 M002

16. Технико-экономическое обоснование разработанного технологического процесса

Наиболее точным методом расчета себестоимости вариантов технологи­ческих процессов при их сопоставлении является элементный метод или метод прямого расчета всех составляющих себестоимости.

В отдельных случаях при расчете можно не учитывать затраты, которые во всех сравниваемых вариантах остаются постоянными, и определять себестоимость только по затратам, зависящим от сравниваемых технических процессов. Такая не полная себестоимость, включающая в себя не только затраты, обусловленные вариантом технологического процесса, называется технологической себестоимостью С_т. Она в общем случае соответствует цеховой себестоимости и состоит из:

С_т = С_з + С_зн + С₇ + С_в + С_реж + С_м + С_а + С_р + С_п + С_пл + С_о + С_{исх.заг} ,

где

С_з — заработная плата рабочих с начислениями;

С_зн — зарплата наладчиков с начислениями;

С₇ — затраты на силовую энергию;

С_в — затраты на вспомогательные материалы;

С_реж — затраты на амортизацию, заточку и ремонт универсального и специального режущего инструмента;

С_м — затраты на амортизацию и ремонт универсального и специаль­ного мерительного инструмента;

С_а — затраты на амортизацию оборудования;

С_р — затраты на ремонт и модернизацию оборудования;

С_п — затраты на ремонт и амортизацию приспособлений;

С_пл — затраты на амортизацию, ремонт, отопление, освещение и убор­ку производственного помещения;

С_о — затраты на общие цеховые расходы;

С_{исх.заг} — стоимость исходной заготовки;

При расчете себестоимости для мелкосерийного производства этот метод применяется с учетом укрупненных нормативов затрат.

Отдельные слагаемые себестоимости находят по соответствующим нормативам затрат (таблицам), отнесенным к часу или минуте работы станка.

Технологическая себестоимость операции отсюда будет равна произведению себестоимости станкочаса на общую трудоемкость операции.

Расчет технологической себестоимости сведен в таблицу 16.1.

Расчет себестоимости

Таблица 16.1

Вид станка	Норматив затрат, коп./час	Время работы, час.	Сумма затрат, коп.
Токарный	143.6	0.83	119.18
Сверлильный	121.2	0.16	19.40
Фрезерный	137.8	0.25	34.50
Расточной	200.0	0.3	60.00
Шлифовальный	167.8	0.3	50.34
Итого			283.42

Полная себестоимость детали равна 283 + 586 = 869 коп.

При норме прибыли около 30% оптовая цена хвостовика может составить 11 руб. 29 коп. по ценам 1980-х гг. или $16.

17. Исследовательская часть проекта

Технологические возможности обработки металлов ультразвуком

17.1. Ультразвуковые колебания

Ультразвуковыми называются упругие колебания материальной среды с частотой, превышающей предел слышимости человеческого уха (св. 18000 Гц.). Ультразвуковая энергия передается в виде волны. Основными величинами, характеризующими гармонические колебания, являются:

 l — длина волны,

А — амплитуда колебаний,

f — частота колебаний,

Т — период колебаний.

Малые длины волн дают возможность ультразвуку распространяться в средах направленными пучками, получившими название ультразвуковых лучей. Ультразвуковые лучи получают увеличением частоты колебаний. Так, например, при частоте колебаний 100 кГц длина волны в твердом теле будет около 4 см. При волновом движении материальной точки в каждый момент времени частица обладает определенным значением смещения, скорости и ускорения. Ультразвуковые волны могут распространяться в любых упругих средах: жидких, твердых и газообразных. Различают три вида ультразвуковых волн: продольные поперечные и поверхностные. В твердых телах могут распространяться волны всех трех видов, в жидких и газообразных лишь продольные.

Если к какому-нибудь телу приложить силу, то в нем произойдут деформации, т.е. некоторое смещение одних частиц по отношению к другим. В результате может измениться как объем, так и форма тела. Таким образом, твердые тела обладают не только объемной упругостью, но и упругостью формы. Поэтому в твердых телах наряду с нормальными могут возникать и касательные напряжения сдвига, а вместе с ними и поперечные волны.

Скорость распространения продольных волн в стальном стержне равна 5170 м/с. В более толстых стержнях сказывается эффект поперечного сжатия — увеличение инерции в результате радиальных колебаний, что вызывает уменьшение скорости распространения продольных волн.

Распространение ультразвуковых волн в твердых телах сопровождается потерями энергии на внутреннее трение, теплопроводность и упругий гистерезис. Потери энергии зависят от физико-механических свойств и структуры материала.

Когда ультразвуковая волна попадает на границу раздела между двумя средами, то часть звуковой энергии из первой переходит во вторую, а часть энергии отображается обратно.

При этом распределение энергии между перешедшей в другую среду и отраженной от нее зависит от соотношения акустических сопротивлений этих сред.

17.2. Кинематика ультразвуковой обработки

Для любого процесса резания, в том числе и ультразвукового сопровождающегося скалыванием мельчайшей стружки, необходимо различать два движения: главное - движение резания и вспомогательное - движение подачи. При размерной ультразвуковой обработке главным движением надо считать продольные колебания инструмента с ультразвуковой частотой, которые являются источником энергии абразивных зерен. Рабочий ход осуществляется при перемещении инструмента вниз, холостой ход - при перемещении инструмента вверх.

Время одного периода:

T = T_р.х. + T_х.х.,

где

T_р.х. — время рабочего хода;

T_х.х. — время холостого хода.

Время рабочего хода:

T_р.х. = L / v_р.х

Время холостого хода

T_х.х. = L / v_х.х

где

L — длина рабочего хода инструмента, мм;

v_р.х — средняя скорость рабочего хода;

v_х.х — средняя скорость холостого хода инструмента.

Для применяемых диапазонов частот и амплитуд колебаний инструмента скорость главного движения при размерной ультразвуковой обработке находится в достаточно широких пределах 0.6 ¸ 6 м/с. Максимальная скорость колебаний в 1.5 раза больше чем средняя.

Вспомогательные движения — движения подачи при ультразвуковой обработке — могут быть различными:

продольная подача — s_пр ,

поперечная подача — s_поп ,

круговая подача — s_кр ,

в зависимости от вида движения заготовки или инструмента. В зависимости от вида подачи или комбинации подач, а также профиля в продольном и поперечном сечении инструмента можно осуществлять различные операции ультразвуковой обработки.

Наибольшее промышленное применение получили процессы ультразвукового сверления, прошивания и резания, имеющие предельно простую кинематику — главное колебательное движение и продольную подачу.

17.3. Методы и технологические характеристики ультразвуковой размерной обработки материалов

Большое распространение получил метод размерной ультразвуковой обработки твердых и хрупких материалов несвязанным абразивом, зерна которого получают энергию от инструмента, совершающего колебательные движения. Разрушение обрабатываемого материала происходит главным образом за счет ударного действия инструмента на частицы абразива. Колеблющийся инструмент, ударяя по абразивным зернам, сообщает им энергию. Абразивные зерна, ударяя по заготовке, откалывают небольшие частицы материала заготовки. В качестве абразива обычно применяют карбид бора, в качестве жидкость - воду. Относительно высокая производительность ультразвуковой обработки, несмотря на ничтожно малую производительность каждого единичного удара, обусловлена большой частотой колебания инструмента и большим числом зерен, одновременно движущихся с ускорением ( 20000-100000 зерен на см² ). Съем материала происходит в основном с площадок, расположенных перпендикулярно к направлению колебания инструмента. Ультразвуковой способ обработки представляет собой сложный комплекс процессов, однако в основном съем материала происходит в следствие прямого удара зерен абразива об обрабатываемую деталь.

Производительность размерной ультразвуковой обработки можно оценить величиной подачи инструмента s_пр, объемным и удельным съемом материала.

Средняя подача инструмента при обработке неглубоких отверстий без вывода инструмента для заполнения полости абразивом:

s_пр1 = h₁ / t₁ ,

где

h₁ — глубина обработки полости, мм;

t₁ — время обработки, мин.

Средняя подача инструмента при обработке глубоких отверстий с выводом инструмента для заполнения полости абразивом:

s_пр2 =  ,

где

n — число выводов инструмента;

t₂ — время вывода инструмента.

Средний минутный съем обрабатываемого материала

Q_v = s_пр × F ,

где

F — площадь поперечного сечения инструмента.

При обработке глухих отверстий и полостей сплошным инструментом наиболее целесообразен критерий Q_v, а при сквозной обработке производительность удобнее характеризовать величиной минутной подачи s_пр. Величина подачи s_пр численно равна удельной производительности ультразвуковой обработки. Под удельной производительностью понимают объем обрабатываемого материала, снятый единицей рабочей поверхности инструмента в единицу времени, т.е. отношение Q_v к F. Производительность ультразвуковой обработки зависит от следующих основных факторов: физико-механических свойств обрабатываемого материала, амплитуды и частоты колебаний, статической нагрузки между инструментом и заготовкой, вида абразива, концентрации суспензии и способа ее подачи в зону обработки, площади инструмента и его износа, материала инструмента.

Точность ультразвуковой обработки. Под термином "точность ультразвуковой обработки" сквозных отверстий следует понимать стабильность зазора между контуром отверстия и инструментом. Этот зазор неизбежно возникает при ультразвуковом долблении, и если бы он был абсолютно стабилен, то при соответственно заниженных размерах инструмента можно было бы получить предельно точное отверстие. Колебания этого зазора создают поле допуска, определяющее точность обработки.

Кроме точности размеров контура, сквозное отверстие обработанное ультразвуковым методом, характеризуется конусностью полученного отверстия. Эта конусность возникает при ультразвуковом долблении и может изменяться в очень широких пределах.

Точность изготовления сквозных отверстий. Точность изготовления зависит главным образом от однородности применяемого абразива и наличия поперечных колебаний инструмента. Однородность абразива определяется соответствием размеров всех его зерен указанной в паспорте зернистости.

Утверждение, что в основном от качества абразива зависит точность обработки, предполагает выполнение с необходимой точностью как крепления и подачи инструмента, так и самого инструмента.

Износ инструмента на точность изготовления отверстий практически не влияет, так как изношенные участки инструмента по мере его углубления сменяются неизношенными участками, калибрующими отверстие.

В процессе обработки отверстия абразивные зерна, попадая между инструментом и боковыми стенками отверстия, вызывают износ как инструмента так и стенок отверстия.

Возникновение конусности отверстия и конусного пояска на выходе отверстия, в частности, объясняется различием длительности циркуляции абразива в зазоре между инструментом и боковыми стенками отверстия. Поясок на выходе остается потому, что в этом месте абразив циркулировал недостаточно долго.

Минимальный угол конусности, который удавалось получить при толщине твердого сплава 5¸10 мм, составляет 1.5¸2 мин.

Подача абразивной суспензии под режущую кромку инструмента фонтаном снизу через технологическое отверстие повышает точность отверстия.

Точность изготовления глухих отверстий. Точность изготовления глухих отверстий, а также точная обработка поверхностей деталей в основном ограничивается износом инструмента, так как при обработке глухого отверстия форма его является отпечатком инструмента.

Ввиду того, что величина подачи инструмента соизмерима с глубиной обработанного отверстия, то для получения заданных размеров отверстия приходится обрабатывать его методом последовательного приближения, многократно исправляя раз меры инструмента.

Для того чтобы уменьшить количество исправлений инструмента при обработке твердого сплава, целесообразно предварительно обрабатывать отверстия электроискровым методом, а ультразвуковой обработкой выполнять снятие припуска. Поскольку количество исправлений инструмента ничем не ограничено, то, очевидно, осуществляя необходимое их количество, можно, казалось бы, получить отверстие с любой заданной точностью. Таким образом, абразивный износ инструмента, обусловленный воздействием абразива, точности изготовления глухих отверстий не лимитирует. В действительности, точность изготовления глухих отверстий и обработки поверхностей ограничивается кавитационным износом инструмента, так как износ инструмента происходит не только из-за воздействия абразива, но и в связи с кавитационными явлениями в абразивной суспензии.

В некоторых точках поверхности инструмента его кавитационный износ может преобладать над абразивным. В этих точках образуются лунки, которые на поверхности детали создают выпуклости и горбы соответствующей формы. Высота этих выпуклостей соизмерима с глубиной обработки. Поэтому для получения точной поверхности необходимо осуществить обработку методом последовательного приближения, периодически исправляя инструмент. Глубина каждой последующей обработки должна быть меньше предыдущей.

17.4. Станки и инструмент для обработки ультразвуком

В настоящее время выпущено большое количество станков и установок для размерной ультразвуковой обработки. Для ультразвуковой размерной обработки разработана новая гамма копировально-прошивочных станков. В основу гаммы положены две универсальные базовые модели имеющие соответственно мощность генератора 0.1¸0.4 и 1.6¸2.5 кВт. На основе первой модели гаммы настольного исполнения разработан станок мод.4А771П повышенной точности, рассчитанный на работу с абразивной суспензией и алмазным инструментом. Он имеет вращающийся шпиндель и стол, перемещающийся по координатам. Станок предназначен для обработки отверстий, щелей и фасонных плоскостей. Станок оснащен устройством для правки, микроскопом для контроля размеров инструмента и амплитуды его колебаний. На базе второй модели разработаны и серийно выпускаются станки мод. 4Д772, 4Д772Э, 4Д772К. Станки с индексом Э оснащены источниками технологического тока, что позволяет вести электрохимическую ультразвуковую обработку.

Кроме универсальных станков, разработан ряд ультразвуковых станков специального назначения для сверления алмазных и твердосплавных фильер, отверстий в камнях самоцветах, резки полупроводниковых материалов. Для обработки алмазных фильер серийно выпускается станок мод. МЭ-76.

Схема ультразвуковой обработки приведена на рис.17.1

Рис.17.1. Схема ультразвуковой обработки:

1-магнитострикционный преобразователь;

2-ванна; 3-стол ультразвукового станка;

4-обрабатываемая заготовка; 5- инструмент;

6-концентратор; а-подвод тока от генератора;

б-подвод абразивной суспензии; Р-сила прижима инструмента к детали

18. Промышленный робот для обслуживания токарного станка с ЧПУ

Промышленный робот (ПР) — автоматическая машина, представляющая собой совокупность манипулятора и перепрограммируемого устройства управления, для управления в производственном процессе двигательных и управляющих функций, заменяющих аналогичные функции человека при перемещении предметов производства и (или) технологической оснастки.

Для обслуживания одного станка возможно применить специализированного робота как, например, СМ40Ц.40.11 технические характеристики которого приведены ниже:

 Грузоподъемность суммарная, кг...............................................40

 Число рук/захватов......................................................................1/1

 Число степеней подвижности.......................................................4

 Тип привода.........................................................Гидравлический

 Система управления........................................................Цикловая

 Число программируемых координат...........................................3

 Способ программирования перемещений...................по упорам

 Погрешность позиционирования, мм.....................................±1.5

 Наибольший вылет руки, мм...................................................1672

 Линейные перемещения, мм:

 — горизонтальные....................................................................760

 — вертикальные........................................................................760

 Скорость линейных перемещений, м/с:

 — горизонтальных...............................Вперед-0.41; Назад-0.635

 — вертикальных.......................................Вверх-0.212; вниз-0.38

 Угловые перемещения, градусы........................................270,180

 Масса, кг....................................................................................1400

Робот работает в цилиндрической системе координат и предназначен, в основном, для обслуживания одного станка; он имеет две системы управления - цикловую и ЧПУ - позиционную. В функции робота при обслуживании токарного станка с ЧПУ будет входить установка и съем детали, управление приспособлением закрепления детали, также необходима синхронизация работы робота и обслуживаемого станка с помощью согласованного интерфейса между ними, т.к. для обеспечения полной автоматизации необходимо управление включением/выключением станка роботом.

Вид и тип захватного устройства робота будут зависеть от формы обрабатываемой детали. Для деталей типа хвостовика возможно применение захвата типа С01, диапазон захвата которого 20¸150 мм.

Также необходимо применение тактового стола. Тактовый стол — предназначен для хранения запаса заготовок и подачи их в зону захвата ПР. Заготовку можно устанавливать непосредственно на пластину стола, если форма и размеры заготовки позволяют это сделать, либо на специальные приспособления - спутники, которые крепят к пластинам. Готовую деталь можно ставить на тактовый стол или в специальную тару. Тактовый стол выбирают исходя из габаритов и массы заготовок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе курсового проектирования была разработана и проанализирована технология изготовления хвостовика на станках с ЧПУ с применением средств автоматизации начиная с выбора заготовки и заканчивая термообработкой и упаковкой детали.

Также была обоснована экономическая целесообразность внедрения разработанной технологии: выбор заготовки, обработка детали, затраты на ее изготовление,— с расчетом полной себестоимости готового изделия.

В теоретической части подробно описаны технологические возможности передовой, мало применяемой в нашей промышленности обработки металлов ультразвуком.

В целом курсовой проект вобрал в себя большую часть знаний и навыков полученных нами в теоретическом курсе ТМС, что помогло на конкретном примере закрепить их.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование: Учеб. пособие для вузов.— Минск: Выс. школа, 1983.— 256 с.

2. Ковшов А.Н. Технология машиностроения: Учебник для вузов.— М.: Машиностроение, 1987.— 320 с.

3. Хорбенко И.Г. Ультразвук в машиностроении.— М.: Машиностроение, 1974.— 280 с.

4. Размерная электрическая обработка металлов: Учеб. пособие для вузов/ Под ред. Глазкова А.В.— М: Выс. школа, 1978.— 336 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Программа для сверлильного станка с ЧПУ Приложение 1

%

N001 T01 S10 F11 X+00000 Y+00000

N002 M03 L01 X+006062 Y+003500

N003 G81 M08 R+026000 Z+32650

N004 M09 X-006002

N005 G81 M08 R+026000 Z+32650

N006 M09 Y-003500

N007 G81 M08 R+026000 Z+32650

N008 M09 X+006062

N009 G81 M08 R+026000 Z+32650

N010 T102 S10 F09 X+000000 Y+000000

N011 M09 L02 X+00000 Y+007000

N012 G81 M08 R+026000 Z+032550

N013 M09 Y-007000

N014 G81 M08 R+026000 Z+032550

N015 T03 S10 F13 X+00000 Y+00000

N016 M08 L03 X+007000 Y+00000

N017 G81 M08 R+026000 Z+029000

N018 M09 Y+060621 X-0035000

N019 G81 M08 R+026000 Z+029000

N020 M09 Y-060621 X-003500

N021 G81 M09 R+026000 Z+029000

N022 M09

N023 M02

Программа для фрезерного станка с ЧПУ Приложение 2

%

N001 G17

N002 M43

N003 S75 T01

N004 G01 Z-015500 F0712 M03 L401

N005 X-002800 F0614 M08 L802

N006 Y-004832

N007 G03 i+000010 X+000010 Y-000010 L802

N008 j+000010 X+000005 Y+000002 L802

N009 G01 X+008370 Y+004832

N010 G03 i+000006 j+000008 X+000004 Y+000008 L802

N011 i+000010 X-000004 Y+000008 L802

N012 G01 X-008370 Y+4832

N013 G03 i+000005 j+000008 X-000005 Y+000002 L802

N014 j+00010 X-000010 Y-000010 L802

N015 G01 Y-004832

N016 G50 X+002800 F0660 M09 L802

N017 G04 L000

N018 G01 Z+015500 F0712 M05

N019 G40 L401

N020 S76 T02

N021 G01 Z-017500 F0712 M03 L403

N022 X+005790 F0630 M08

N023 X+001260 F0580 L804

N024 G03 i+000050 X-000025 Y+000043 L804

N025 G01 X-010500 Y+006062

N026 G03 i+000025 j+000043 X-000025 Y+000007 L804

N027 j000050 X-000050 Y-000050 L804

N028 G01 Y-012124

N029 G03 i+000050 X+000050 Y-000050 L804

N030 j+000050 X+000025 Y+000007 L804

N031 G01 X+010500 Y+006062

N032 G03 i+000025 j+000043 X+000025 Y+000043 L804

N033 G01

N034 G50 X-007050 F0630 M09 L804

N035 G04 L000 F0660

N036 G01 Z+017500 F0712 M05 N036 G40 L403