способ обработки деталей на станках с чпу

Формула изобретения

Способ обработки деталей на станках с числовым программным управлением (ЧПУ), включающий выполнение нескольких проходов по общей управляющей программе без переустановки детали, предусматривающий выполнение при технологическом останове контроля с последующим измерением отклонения размеров от заданных техпроцессом и внесением коррекции в программу, причем контрольный проход выполняют перед окончательным проходом с режимами, установленными для окончательного прохода, отличающийся тем, что острозаточенным резцом выполняют контрольный проход на первой детали, определяют зону стабильной обработки, в которой шероховатость поверхности детали имеет допустимые чертежом значения, путь резания и радиальный износ резца до зоны стабильной обработки, затем острозаточенным резцом выполняют контрольный проход на серийной детали, причем длина контрольного прохода равна пути резания до зоны стабильной обработки, а при технологическом останове контролируют сохранность резца и сравнивают радиальный износ резца после контрольного прохода на серийной детали с радиальным износом резца до зоны стабильной обработки первой детали и вносят коррекцию в программу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке деталей резанием.

Известен способ создания шероховатости деталей, основанный на механическом изменении геометрии поверхности, включающем шлифование и последующую пескоструйную обработку (патент РФ 2019381, В 24 В 39/00, 16.07.92).

Недостатком известного способа является то, что обработка по известному способу не позволяет достичь необходимого качества обработанных поверхностей деталей из труднообрабатываемых материалов, не обеспечивается необходимая шероховатость обработанной поверхности (шероховатость по известному способу равна 1,25 мкм), возможно появление концентраторов напряжений на обработанных поверхностях.

Наиболее близким по технической сущности является способ обработки деталей на станках с ЧПУ, включающий выполнение нескольких проходов по общей управляющей программе без переустановки детали, предусматривающей выполнение контроля с последующим измерением отклонения размеров от заданных техпроцессом и внесением коррекции в программу, причем контрольный проход выполняют перед окончательным проходом с режимами, установленными для окончательного прохода (а.с. СССР 1704928, В 23 В 1/00, 09.01.89).

Недостатком известного способа является то, что обработка по известному способу не позволяет достичь требуемого качества обработанных поверхностей деталей из труднообрабатываемых материалов, не обеспечивается необходимая шероховатость обработанной поверхности, возможно появление концентраторов напряжений на обработанных поверхностях.

Задачей изобретения является повышение качества обработки деталей из труднообрабатываемых материалов за счет снижения шероховатости и исключения концентраторов напряжений на контурных поверхностях деталей при обработке на токарных станках с ЧПУ.

Задача решается за счет того, что в способе обработки деталей на станках с ЧПУ, включающем выполнение нескольких проходов по общей управляющей программе без переустановки детали, предусматривают выполнение контроля с последующим изменением отклонения размеров от заданных техпроцессом и внесением коррекции в программу, причем контрольный проход выполняют перед окончательным проходом с режимами, установленными для окончательного прохода, на первой детали остро заточенным резцом выполняют контрольный проход, определяют зону стабильной обработки, в которой шероховатость поверхности детали имеет допустимые чертежом значения, путь резания и радиальный износ резца до зоны стабильной обработки, контрольный проход на серийной детали выполняют остро заточенным резцом, причем длина контрольного прохода равна пути резания до зоны стабильной обработки, а при технологическом останове контролируют сохранность резца и сравнивают радиальный износ резца после контрольного прохода на серийной детали с радиальным износом резца до зоны стабильной обработки первой детали и вносят коррекцию в программу.

При обработке остро заточенным резцом при точении жаропрочных сплавов на никелевой основе возможно получить шероховатость R_a=2,5-1,6 мкм ("Оптимизация процессообразования жаро- и особо прочных материалов". Межвузовский тематический научный сборник. - Уфа: УАИ, 1986, с. 158).

В предлагаемом техническом решении шероховатость получают в пределах R_a= 0,4-0,6 мкм. Такие показатели шероховатости соответствуют требованиям технологии и обеспечивают необходимое качество обрабатываемых поверхностей деталей.

Известно, что при обработке жаропрочных сплавов уже в начальный период обработки резанием происходит деформация режущих лезвий, например из стали Р18, до 0,04 мм с одновременным их упрочнением и созданием более формоустойчивого лезвия инструмента. Для разных по прочности металлов и в зависимости от пути резания интенсивность радиального износа инструмента различна. (В.А. Остафьев. Расчет динамической прочности режущего инструмента. - М.: Машиностроение, 1979, с 79-80).

На фиг.1 - графики интенсивности радиального износа резца, шероховатости и двух коэффициентов вариаций для жаропрочного сплава на никелевой основе;

на фиг. 2 - схема прохода резца по наружной поверхности обрабатываемой детали.

Способ осуществляют следующим образом.

Первую деталь (или образец материала серийной детали), прошедшую черновую и получистовую обработку, обрабатывают остро заточенным резцом на режимах резания, выбранных для окончательной обработки серийной детали. Получают значения интенсивности радиального износа i_r и шероховатости поверхности R_a. Строят графики интенсивности радиального износа i_r и шероховатости поверхности R_a к пройденному пути резания l_р (фиг.1). На оси R_a откладывают значение шероховатости (точка А), которую необходимо получить при окончательной обработке серийной детали (задана технологией), и проводят прямую, параллельную оси абсцисс. Расстояние между точками Б и В является предварительной зоной стабильной обработки, в которой изменение шероховатости поверхности имеет минимальные значения.

Для исключения влияния случайных факторов при выборе зоны стабильной обработки рассчитывают два коэффициента вариаций.

Коэффициент вариации интенсивности радиального износа резца i_r определяют по формуле



где S(i_r) - среднеквадратичная интенсивность радиального износа;

- средняя интенсивность радиального износа резца. Среднюю интенсивность радиального износа резца определяют из соотношения



где r - радиальный износ резца;

l_p - пройденный путь резца;

n - количество испытаний;

k - порядковый номер испытания.

Коэффициент вариации шероховатости _Ra определяют по формуле



где S_Ra - среднеквадратичная шероховатость;

- среднеарифметическая шероховатость.

На основании полученных данных строят графики коэффициентов вариаций (i_r и _Ra) и определяют точку наиболее стабильной обработки (точка Г) как середину расстояния между двумя минимумами построенных кривых.

По чертежу обрабатываемой детали (фиг.2) определяют длину окончательной обработки серийной детали (точки 16-23) и на графике, (фиг.1) в предварительной зоне стабильной обработки, от точки Б, откладывают целое число раз длину окончательной обработки серийной детали (точки Б₁,...Б_n). Отрезок (Б-Б_n) равен зоне стабильной обработки. Отрезок (Б_n-В) равен возможному смещению зоны стабильной обработки.

Выбирают отрезок (Б"-Б_n"), равный отрезку (Б-Б_n), так, чтобы точка Г находилась в середине зоны стабильной обработки или имела минимальное смещение.

По чертежу обрабатываемой детали определяют возможные варианты длины контрольного прохода [l_пр ¹ (на фиг 2. точки 10-11), l_пр ⁿ (на фиг.2 точки 10-13), l_пр ^к (на фиг.2. точки 10-13 - два прохода)] и откладывают их на оси абсцисс. Выбирают длину пути контрольного прохода (l_пр ⁿ ), т.е. длину приработки резца, таким образом, чтобы отклонение точки Д от точки Б" имело минимальное значение (_min). Значение _min должно быть меньше, чем возможное смещение зоны стабильной обработки. Окончание длины пути контрольного прохода (точка Д) должно находиться в предварительной зоне стабильной обработки (Б-В). Через точку Д проводят прямую, параллельную оси R_a, и по графику (на фиг.1) определяют интенсивность радиального износа резца i_rпр перед началом окончательной обработки детали (после прохождения длины приработки резца - l_пр ⁿ). В зоне стабильной обработки (после точки Д) происходит стабилизация радиального износа резца и формы режущего лезвия, что позволяет получить минимальную шероховатость поверхности детали.

Зону стабильной обработки (Д - Е) выбирают равной (Б"-Б"_n) со смещением _min относительно точки Б".

Определение зоны стабильной обработки, пути резания и радиального износа резца до зоны стабильной обработки для системы "материал - инструмент - режимы обработки" производят один раз.

Серийную деталь устанавливают на станок с ЧПУ и по программе обрабатывают по технологии черновой и получистовой обработки.

Остро заточенным резцом осуществляют контрольный проход на режимах окончательной обработки, при этом длина прохода равна длине приработки резца l_пр ⁿ .

Затем в программе предусмотрен технологический останов, при котором контролируют сохранность резца и сравнивают радиальный износ резца после контрольного прохода на серийной детали (r) с радиальным износом резца до зоны стабильной обработки на первой детали (износ резца, соответствующий точке Д, на фиг.1 r_пр). При необходимости вносят коррекцию в программу с учетом величины полученных отклонений.

Пример конкретного выполнения.

На токарный станок устанавливают первую деталь (или образец материала Х10Н56К16М4Ю5Т2Р, из которого выполнена серийная деталь), прошедшую черновую и получистовую обработку.

Первую деталь обрабатывают остро заточенным резцом на режимах резания, выбранных для окончательной обработки серийной детали: скорость V=22 м/мин, подача S=0,06 мм/об и снимают припуск 0,05 мм (фиг.2, точки 15-23). Получают значения интенсивности радиального износа резца i_r и шероховатости поверхности R_a. Строят графики интенсивности радиального износа i_r и шероховатости поверхности R_a к пройденному пути резания l_р (фиг.1). На оси R_a откладывают значение шероховатости - 0,7 мкм (точка А), которую необходимо получить при окончательной обработке серийной детали (задана технологией), и проводят прямую, параллельную оси абсцисс. Расстояние между точками Б и В является предварительной зоной стабильной обработки, в которой изменение шероховатости поверхности имеет минимальные значения.

Для исключения влияния случайных факторов при выборе зоны стабильной обработки рассчитывают два коэффициента: коэффициент вариации интенсивности радиального износа резца i_r и коэффициент вариации шероховатости _Ra.

На основании полученных данных строят графики коэффициентов вариаций (i_r и _Ra) и определяют точку наиболее стабильной обработки (точка Г) как середину расстояния между двумя минимумами построенных кривых.

По чертежу обрабатываемой детали (фиг.2) определяют длину окончательной обработки серийной детали (зону стабильной обработки) l₀=800 м (точки 16-23) и на графике, (фиг.1) в предварительной зоне стабильной обработки, от точки Б, откладывают целое число раз (точки Б₁,...Б_n). Отрезок (Б-Б_n) равен зоне стабильной обработки. Отрезок (Б_n-В) равен возможному смещению зоны стабильной обработки.

Выбирают отрезок (Б"-Б_n"), равный отрезку (Б-Б_n), так, чтобы точка Г находилась в середине зоны стабильной обработки или имела минимальное смещение.

По чертежу обрабатываемой детали (фиг.2) определяют варианты длины приработки резца: [l_пр ¹=96 м (на фиг 2. точки 10-11), l_пр ⁿ=200 м (на фиг.2 точки 10-13), l_пр ^k=400 м (на фиг.2. точки 10-13 - два прохода)] и откладывают их на оси абсцисс. Выбирают длину пути контрольного прохода равной l_пр ⁿ=200 м так, чтобы отклонение точки Д от точки Б" имело минимальное значение (_min). В нашем случае _min = 133 м. Окончание длины пути контрольного прохода (точка Д) должно находиться в предварительной зоне стабильной обработки (Б-В). Через точку Д проводят прямую, параллельную оси R_a, и по графику (на фиг.1) определяют интенсивность радиального износа резца (i_{r пр} = 8,510^-8) перед началом окончательной обработки детали (после прохождения длины приработки резца l_пр ⁿ=200 м).

Зону стабильной обработки (Д-Е=l₀) выбирают равной (Б"-Б"_n) со смещением _min = 133 м относительно точки Б".

На основании полученных данных (зона стабильной обработки l₀=800 м, путь резания до зоны стабильной обработки (длина приработки резца) l_пр ⁿ=200 м, радиальный износ резца до зоны стабильной обработки r=0,23 мм) производят обработку серийной детали.

Серийную деталь устанавливают на станок с ЧПУ модели MDW-20.

По программе серийную деталь обрабатывают по технологии черновой и получистовой обработки.

Станок останавливают. Производят замену резца на остро заточенный резец, которым выполняют контрольный проход. В точке 5 (на фиг.2) измеряют зазор (между деталью и резцом=0,1 мм) и, при необходимости, корректируют с помощью декадного переключателя.

Осуществляют контрольный проход со скоростью V=22 м/мин, подачей S=0,06 мм/об и снимают припуск 0,05 мм (фиг.2: точки 10-13). Длина контрольного прохода равна пути резания до зоны стабильной обработки, l_пр ⁿ=200 м.

Во время технологического останова контролируют сохранность резца и замеряют его параметры. Радиальный износ резца после контрольного прохода на серийной детали r= 0,232 мм сравнивают с радиальным износом резца до зоны стабильной обработки на первой детали (износ резца, соответствующий точке Д, фиг. 1 r_пр = 0,23 мм), сопоставляют разницу размеров с заданными по техпроцессу и вносят коррекцию в программу с учетом отклонения, т.е. r-r_пр = 0,232-0,23 = 0,002 мм.

После выполнения коррекции программы проводят окончательную обработку детали со скоростью V=22 м/мин, подачей S=0,06 мм/об и снимают припуск 0,05 мм (фиг.2, точки 15-23).

Установлено, что при окончательном проходе сплава Х10Н56К16М4Ю5Т2Р стабилизация интенсивности радиального износа начинается после наработки 190-200 м пути резания, что соответствует радиальному износу резца r=0,23 мм. Интенсивность радиального износа i_r снижается с (39-22)10⁸ до (3-4)10⁸ при коэффициенте вариации i_r/ с 0,4-0,22 до наиболее стабильного 0,13-0,14, а шероховатость R_а уменьшается с 2,1-1,3 до 0,7-0,4 мкм при коэффициенте вариации _Ra с 0,32-0,21 до 0,16-0,15 мм.

Наиболее стабильные результаты получают при чистовом точении сплава Х10Н56К16М4Ю5Т2Р после износа резца более 0,23 мм.

Изготовлены две партии деталей из сплава Х10Н56К16М4Ю5Т2Р по известной (прототип) и предлагаемой технологиям.

Шероховатость поверхности, обработанной по известному способу, равна шероховатости поверхности R_а= 1,1-1,9 мкм, предел усталостной прочности _-1 = 25 кг/мм², величину степени наклепа Н/Н=53,4%.

Шероховатость поверхности, обработанной по предложенному способу, равна шероховатости поверхности R_а= 0,4-0,5 мкм; предел усталостной прочности _-1 = 42,7 кг/мм², величину степени наклепа Н/Н=17-20%.

Полученные размеры укладываются в допуски, заданные чертежом.

Изобретение обеспечивает повышение качества обработки деталей из труднообрабатываемых материалов за счет снижения шероховатости и увеличения усталостной прочности, увеличивает ресурс деталей за счет исключения концентраторов напряжений на контурной поверхности деталей.