Трудоемкость обработки отверстий в ряде деталей достигает 40 % и более общей трудоемкости обработки детали, поэтому выбору рациональной схемы обработки отверстий следует уделять особое внимание. Практически все ос­новные типы станков с ЧПУ годятся для обработки отверстий, последователь­ность операций устанавливают по общим правилам.

Технологическая классификация отверстий

Конфигурация любого от­верстия— сквозного или глухого — может быть сформирована из основных и дополнительных элементов.

Основные элементы (табл. 6.2) могут быть сквозными или глухими, причем у последних форма дна может быть пло -

Таблица 6.2. Типовые основные элементы отверстий

Основной элемент

Тип отверстия

Глухое отверстие

Сквозное отверстие

ЕШ

Гладкое цилиндрическое Цилиндрическое с резьбой Гладкое коническое Коническое с резьбой

Га

Ской или произвольной. Большинство ос­новных элементов составляют гладкие цилиндрические отверстия различных квалитетов: от свободных размеров, ко­торые при технологическом проектирова­нии обычно приравнивают к 13-му ква - литету, до отверстий 7-го квалитета. От -

UJJ. J* 0

Рис. 6.1. Пример обрабатываемого отверстия

Верстия, выполняемые по 6-му квали - тету и выше, встречаются сравнительно редко.

К числу дополнительных элементов Относятся фаски и углубления прямо­угольного профиля со свободными раз­мерами, наружные и внутренние торцы, требующие обработки, канавки и разного рода препятствия.

Заготовка может быть трех ти­пов: сплошная, с литым отверстием и с предварительно обработанным отвер­стием (табл. 6.2).

Отверстия сложной кон­фигурации могут быть представ­лены ступенями, которые располагаются вдоль оси отверстия и отделяются друг от друга торцовыми поверхностями, пред­ставляющими собой плоскости, перпен­дикулярные к этой оси (рис. 6.1). Таким образом, любое отверстие представ­ляется как совокупность отдельных сту­пеней, расположенных вдоль одной оси.

Каждую ступень рассматривают вме­сте с торцом, от которого начнется ее обработка. Торцы можно пронуме­ровать.

В принципе каждая выделенная сту­пень может быть обработана за один или несколько типовых переходов.

Типовые переходы при обработке отверстий

Для одной ступени отверстия может быть установлена определенная после­довательность технологических пере­ходов [17].

1. Центрование. Выполняется спе­циальным центровым инструментом, сверлом или конусной зенковкой (рис. 6.2, Поз. 1).

2. Черновая обработка отверстия. Может быть выполнена за один или несколько проходов сверлами, зенкерами, резцами и фрезами (рис. 6.2, поз. 2, 5, 7, 8).

3. Обработка торца отверстия. Вы­полняется прямой зенковкой с направ­ляющей цапфой, торцовой пластиной (рис. 6.2, поз. 3) или фрезой, а также резцами, установленными в плансуп - порте.

4. Коническое зенкерование. Выпол­няется специальным коническим зенке­ром.

5. Прямое зенкование. Этот переход может осуществляться прямой зенков­кой с направляющей цапфой, зенкером для глухих отверстий или резцом для глухих отверстий на борштанге и в план - суппорте (рис. 6.2, поз. 3, 7).

6. Коническое зенкование—'переход для обработки фасок, выполняемый ко­нусной зенковкой, сверлом или резцом (рис. 6.2, поз. 4).

7. Резьбонарезание. Выполняется метчиками для сквозных и глухих от­верстий (рис. 6.2, поз. 6).

8. Получистовая обработка отвер­стия. Производится зенкерами или рез­цами для глухих и сквозных отвер­стий, включая плансуппортную обработ­ку (рис. 6.2, поз. 2, 5, 7).

9. Обработка канавки. Этот переход

8 Зак. 338

Рис. 6.2. Типовые переходы об­работки отверстий: 1 — центрование центровочным или спиральным сверлом; 2 — сверле­ние, зенкерование, развертывание; 3 — зенкерование донным зенкером, цекование; 4 — зенкование фаски конусной зенковкой, сверлом или резцом; 5 — растачивание отвер­стия; 6 — нарезание резьбы; 7 — растачивание глухого отверстия; 8 — фрезерование отверстия конце­вой фрезой; (1 — недоход; /2 — пе­ребег; I — глубина отверстия 225

		1
	W////S
А	1	К

Выполняют или плансуппортом, или вруч­ную.

10. Чистовая обработка. Выполняют развертками или резцами для сквоз­ных или глухих отверстий, включая плансуппортную обработку.

Этапы проектирования операций обработки отверстий

При проектировании ТП обработки сложных отверстий (многоступенчатых, разностенных) чистовые переходы, в ре­зультате которых достигается качество готовой ступени, назначают в основном независимо от обработки других сту­пеней. Черновые переходы для разных ступеней, как правило, взаимосвязаны, что требует их объединения с уточне­нием размеров инструмента, а также плана рабочих и вспомогательных ходов.

Прежде чем приступить к назна­чению технологических переходов, не­обходимо установить, будет ли применен стержневой инструмент (сверла, зенкеры, развертки), расточный (резцы) или тот и другой. При решении этого вопроса не­обходимо учитывать как размеры отвер­стия и назначение станка (сверлиль­ный, расточный, многоцелевой), так и общие технологические указания, в кото­рых могут содержаться требования к черновой обработке (фрезерование или растачивание) и к виду заготовки.

Использование фрезерования для черновой обработки позволяет сократить номенклатуру инструмента, необходи­мого для выполнения операции.

В технологических указаниях может содержаться требование выполнить обра­ботку детали в несколько операций на специализированных станках. В та­ком случае назначение технологии на первом этапе ведется применительно к станку с максимальными возможно­стями, а разделение на отдельные опе­рации с учетом возможностей станков производится на других этапах.

Технологические переходы, выпол­няемые расточным инструментом, на­значают при допустимом отклонении расположения оси отверстия менее 0,1 мм

Ш - и при таких диаметрах отверстия, кото­рые допускают применение расточного инструмента.

Проектирование операций с использо­ванием стержневого инструмента. В этом случае схема переходов при обработке отверстия может быть следующей. Пе­реход центрования назначают во всех случаях, когда надо выполнить отвер­стие в сплошном материале (т. е. исход­ная заготовка отверстия не имеет). Ис­ключение составляют короткие отверстия 13-го квалитета с диаметром менее 25 мм. Отверстия 13-го квалитета и ниже с параметром шероховатости поверхно­сти по диаметру /?г> 20 мкм могут быть получены сверлением, кроме от­верстий, имеющих плоское дно и поэтому требующих зенкерования.

Для получения отверстия 11-го ква­литета необходим чистовой проход зен­кером, диаметр которого равен окон­чательному размеру отверстия.

Если требуется получить отверстия 7—10-го квалитетов, чистовой переход выполняют разверткой соответствующего квалитета, диаметр и поле допуска ко­торой равны соответствующим парамет­рам отверстия. Перед развертыванием отверстия зенкуют.

Припуски на обработку отверстий, а также рекомендуемый характер пере­ходов и типы используемого 'инстру­мента приведены в справочной лите­ратуре [57, 62].

Обработка дополнительных элемен­тов отверстий стержневым инструмен­том, как правило, не вызывает затруд­нений. Рекомендации по назначению пе­реходов обработки этих элементов доста­точно известны [17, 62, 69].

Проектирование операций с исполь­зованием расточного инструмента. Ра­сточный инструмент позволяет получить отверстия высокой точности с достаточ­ной прямолинейностью и небольшими уводами. При использовании расточ­ного инструмента число переходов для от­верстия заданных диаметра, длины, точ­ности и шероховатости зависит от раз­ных факторов и во многом от паспорт­ной точности настроенного инструмента, которую может в автоматическом цикле обеспечить данный станок.

Припуски на обработку отверстий, рекомендуемый характер переходов, типы инструмента и другие данные приведены в литературе [57, 62].

Следует отметить, что особенно сложны для обработки так называе­мые глубокие отверстия, отношение дли­ны которых к диаметру больше пяти. Их обработка требует не только спе­циальных инструмента и технологии, но и оборудования [62].

Проектирование с использованием ЭВМ. Решение задачи построения пере­ходов при обработке отверстий доста­точно просто формализуется с помощью ЭВМ (рис. 6.3). Естественно, что в раз­вернутых автоматизированных системах подготовки ТП эта задача решается с учетом значительно большего числа факторов, в том числе и технических данных оборудования.

При оперативном программировании с использованием микроЭВМ данного УЧПУ станка в ряде случаев операции по обработке отверстий разрабатывают в режиме диалога. Технолог-програм­мист последовательно отвечает на воп­росы ЭВМ, формируя на первом этапе работ исходные данные, а на втором — схемы обработки отверстий. В процессе работы ЭВМ предлагает меню типовых переходов, при отклонении условий об­работки от типовых требует дополни­тельных данных и т. д.

Выбор режимов обработки отверстий

Входными данными для определения режимов обработки при сверлении, рас­сверливании, зенкеровании и разверты­вании отверстий являются: Rms — род обрабатываемого материала (сталь, чугун, цветные металлы); Rn — прочность стали, МПа; НВ — твердость материала, МПа; Rmo — род материала инструмента (твер­дый сплав, быстрорежущая сталь);

Т — стойкость инструмента, мин; s — марка (сорт) материала;

8*

D — диаметр обрабатываемого отвер­стия, мм; D —диаметр инструмента, мм; TlT — квалитет точности IT; H — параметр шероховатости Ra, мкм; I —длина (глубина) обрабатываемо­го отверстия, мм; R — вид обработки; RQZ — черновая; Rod — чистовая; li — перебег инструмента, мм; 1 — недоход инструмента, мм; г — схема обработки; Я — множество частот вращения

Шпинделя станка; я — множество подач станка. Входные данные позволяют опреде­лить следующие параметры (выходные данные): S — подача, мм/об; п — частота вращения, об/мин; Tm — машинное время, мин; Tmtoo—табличное машинное время, мин; СН — информация об охлаждении.

Выходные данные достаточно просто найти или по таблицам, или расчетом по соответствующим зависимостям [58], или выбором (расчетом) на ЭВМ в соот­ветствии с определенным алгоритмом. В работе [58] приведен достаточно про­стой вариант алгоритма для выбора па­раметров резания при сверлении, рас­сверливании, зенкеровании и разверты­вании стальных и чугунных деталей.

Для выбора параметров резания при Растачивании отверстия дополнительны­ми входными данными являются сле­дующие:

R? — вид обработки резцом; L — длина точения, мм; T — глубина резания, мм; Ф — угол резания в плане, ° (рад); гр — тип крепления инструмента (креп­ление в шпинделе, крепление с опо­рой, крепление без опоры, крепле­ние с опорой с люнете); Li —длина инструмента, мм. г — радиус загругления режущей кром­ки, мм;

У — передний угол резца, ° (рад); F — площадь сечения тела инструмента, мм2.

227

Последовательность обхода отверстий инструментами

Методы обхода отверстий. Проекти­рование операций обработки отверстий на станках с ЧПУ сверлильно-расточ - ной группы завершается назначением последовательности обхода отверстий ин­струментами. Последовательность обхо­да зависит от того, как строятся опера­ции (переходы) — последовательно или параллельно.

При .параллельном методе каждый инструмент обходит все отверстия, под­лежащие обработке этим инструментом, а затем его меняют, и цикл повторяется. Последовательный метод отличается тем, что каждое отверстие обрабатывают всеми необходимыми инструментами, а затем после изменения позиции обрабатывают следующее отверстие.

В большинстве случаев выбор метода обработки связан с выполнением усло­вия минимизации времени холостых перемещений. Исключение составляют те случаи, когда метод определяется технологическими условиями обработки. Например, при обработке отверстий 7—9-го квалитетов или отверстий с жест­кими допусками на межцентровое рас­стояние (менее 0,2 мм) целесообразно первые переходы (центрование, свер­ление, зенкование, зенкерование) выпол­нять параллельно, а заключительные переходы — последовательно, без пере­мещений детали.

Время холостых перемещений при обработке группы одинаковых отверстий одним комплектом инструментов склады­вается из времени на смену инстру­ментов т2 и времени на перемещения при позиционировании 02;

Гх = ts + 9s. (6.1)

При параллельном методе каждый инструмент меняют один раз, поэтому время, затраченное на смену инстру­ментов, составляет t^ = mx, а время об­хода отверстий одним набором инстру­ментов 0s = m0, где т — среднее время смены одного инструмента; 0 — время обхода всех отверстий одним инструмен­том; m — число инструментов.

Общее время на холостые перемеще­ния при параллельном методе.

Г„ар = т(т + 0). (6.2)

При последовательном методе каж­дый инструмент меняют столько раз, сколько отверстий (п) в группе, т. е. Ts = Nmr, а время обхода комплектом инструментов всех отверстий будет 0Е = = 0, поскольку обход осуществляется один раз.

Общее время на холостые переме­щения при последовательном методе

Т„ос = >?тт + 9. (6.3)

Для выбора метода обработки можно воспользоваться коэффициентом

K=T„ap/Tmc= (+k)/(n + k/m), (6.4)

Где k = Q/x.

Если К> 1, то более предпочти­тельным является последовательный ме­тод обработки; при К< 1 большую произ­водительность обеспечивает параллель­ный метод.

Общее время обхода группы отвер­стий

E = nfp. T+(Ј-Ep. Tn)/oy> (6.5)

Где п — число отверстий в группе; /р. т — суммарное время на разгон и тор­можение; ер. т — суммарный путь разгона и торможение; £ — длина пути обхода отверстий группы; Vy — средняя скорость ускоренного перемещения.

Методы выбора маршрута инструмен­та при обходе отверстий в процессе об­работки. Задача заключается в выборе маршрута обхода п точек, проходящего через каждую точку только один раз. Поскольку этот маршрут определяет время вспомогательных перемещений, он должен иметь минимальную длину.

Задача в такой постановке идентич­на известной в математике задаче о ком­мивояжере. При всей простоте поста­новки этой задачи (перебрать все маршруты и взять из них наименьший) ее решение отличается трудностью вы­числительного характера. Поэтому в ма­тематике разработан ряд точных мето­дов, позволяющих найти оптимальный маршрут, не прибегая к перебору всех возможных вариантов. Наиболее извест­ны из них методы целочисленного ли­нейного и динамического программиро­вания, метод ветвей и границ [17].

Методы оптимизации маршрута ин­струмента. При выборе метода оптими­зации маршрута инструмента необходи­мо руководствоваться соображениями экономики. Если оптимизация маршрута позволяет сократить время обработки на величину Т (мин), то выигрыш в стоимости за счет оптимизации состав­ляет TNCcr, где Сет — стоимость стан- ко-минуты; N — размер партии деталей, обрабатываемых по данной управляю­щей программе. Расходы на расчет Сэвм/о, где Сэвм — стоимость минуты времени работы ЭВМ; to — время, необ­ходимое для расчета оптимизированного маршрута, мин. Для оценки экономич­ности можно ввести коэффициент

Э=ТЫС„/(Сэш*о). (6.6)

Если 3> 1, то оптимизация целе­сообразна.

Помимо точных математических ме­тодов оптимизации маршрутов широко используют эвристические методы, осно­ванные на догадках и не претендую­щие на точность решения. Применение эвристических методов приводит к ре­зультатам, которые намного лучше про­извольного, взятого наугад решения и которые обычно близки к наилучшему варианту, хотя никогда не дают полной уверенности в том, что наилучшее ре­шение достигнуто.

Простейший эвристический алгоритм формулируется так: «идти в ближайшую еще не пройденную точку». Для п точек этот алгоритм требует порядка п2 ариф­метических операций. Усовершенство­ванием его является эвристический ал­горитм, состоящий в я-кратном его по­вторении с выбором каждый раз дру­гой начальной точки. В качестве опти­мального принимается лучший из п ва­риантов. Число арифметических опера­ций, требуемое для выполнения этого усовершенствованного алгоритма, имеет порядок я3. Эти два эвристических алго­ритма называются локально-оптималь­ными и дают удовлетворительные ре­зультаты для малого числа точек (п <20).

Имеются рандомизированные вари­анты этих алгоритмов, в которых пере­ход из г-й точки производится не в бли­жайшую непройденную, а случайно — в любую непройденную. При этом ве­роятность перехода взвешена в соответ­ствии с расстоянием: чем ближе точка, тем вероятнее переход в нее.

Второй рандомизированный алго­ритм отличается от первого рандоми­зированного тем, что каждый раз за начало случайным образом выбирается другая точка. Этот алгоритм по сравне­нию с маршрутом, назначенным чело­веком, повышает производительность станка на 14—17% [17].