Шпаргалка: Шпаргалка по Технологии резания
ГПС оснащены современными системами ЧПУ, управляющими перемещениями механизмов станка, инструментом, транспортом, си стемами загрузки — выгрузки. Такие системы ЧПУ имеют дисплеи, помогающие оператору увидеть отклонения в работе станка, мониторные устройства, обеспечивающие диагностирование режущего инструмента, контроль размеров обрабатываемых заготовок непосредственно на станке и т. д.
Действующие в настоящее время гибкие автоматические системы значительно различаются по уровню технических возможностей. Рассмотрим, например, схематические планировки четырех вариантов ГПС с различными техническими возможностями (рис. 10.30).
Вариант «а» представляет собой участок станков с ЧПУ работой которых управляет центральная ЭВМ. Эта же ЭВМ планирует загрузку станков на участке и управляет работой ремонтной службы. Транспортирование заготовок, деталей инструментов и их складирование выполняются с помощью обычных неавтоматических средств. Установка и снятие заготовок на станках осуществляются рабочими.
Вариант «б» отличается от варианта «а» только наличием автоматической транспортно-складирующей системы заготовок и деталей.
По варианту «в» дополнительно используются промышленные роботы, заменяющие операторов.
Наконец, в варианте «г» реализованы все функции развитого ГПС: управление станками с предварительным проектированием и программированием процессов обработки, автоматическое транспортирование, а также установка и снятие заготовок, планирование работы участка, автоматическое обеспечение станков инструментами с помощью второй транспортно-складирующей системы.
Основной составной единицей при создании гибких производств является комплекс оборудования или так называемый гибкий (автоматический переналаживаемый) производственный модуль, представляющий собой комплекс взаимосвязанных машин:
а) металлорежущий станок;
б) промышленный робот;
в) местное транспортно-накопительное устройство для подачи заготовок и удаления деталей, а также для накопления их запаса у станка.
Заготовки в специальных контейнерах 4 (прямоугольные ящики с ячейками) подаются на правую ветвь кольцевого транспортера-накопителя 5, откуда они периодически поступают на тележку 3 робота 2.
Робот берет из ячейки заготовки, устанавливает их на станок 1, снимает после обработки со станка и укладывает в те же ячейки контейнера. Когда заготовки всех ячеек обработаны, тележка робота с контейнерами переходит в крайнее левое положение (показано пунктиром). Здесь стол освобождается от деталей и получает новый контейнер с заготовками.
Контейнер с готовыми деталями передается на левую ветвь кольцевого транспортера-накопителя. Подача контейнеров с заготовками на кольцевой транспортер-накопитель и удаление с него контейнеров с готовыми деталями осуществляются краном-штабелером общей транспортно-складирующей системы ГПС. Такой производственный модуль может использоваться и как отдельный станок-автомат. В этом случае обслуживание кольцевого транспортера-накопителя осуществляется обычным краном или вилочным погрузчиком.
Гибкие производственные модули обычно применяются при изготовлении деталей типа тел вращения. Этому способствует геометрическое подобие заготовок таких деталей.
3.2. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ
Стремление избавиться от перечисленных в предыдущем разделе недостатков привело к созданию кинематических методов повышения производительности, прочности инструмента и повышения износостойкости, а также за счет применения многозубых лезвийных инструментов.
Кинематический метод основан на создании определенной кинематики движения инструмента, при которой режущая кромка перемещается относительно поверхностей резания, из-за чего отдельные участки режущей кромки то входят, то выходят из зоны обработки. К этим методам относятся инструменты, работающие по принципу огибания, многозубые, а также ротационные инструменты. Особенностью ротационных инструментов является наличие резцов, имеющих возможность вращения вокруг фиксированной оси.
Вращение происходит принудительно или под действием сил резания. Режущая кромка этих резцов является дугой окружности или дугой фасонной поверхности. К настоящему времени накоплен определенный опыт в использовании такого инструмента, разработано большое количество различного вида инструментов, от простых резцов до торцовых фрез, работающих по принципу протягивания.
Однако, широкое внедрение этих инструментов в промышленное производство сдерживается тем, что режущие ротационные элементы устанавливаются на подшипники качения, что существенно усложняет конструкцию и увеличивает ее габаритные размеры. Главным недостатком является возникновение вибраций (подшипники качения имеют зазоры между шариками и беговыми дорожками). Кроме того, нельзя обрабатывать поверхности, имеющие буртики или перепады диаметров.
Заметное повышение производительности произошло, когда стали применяться многозубые инструменты такие, как протяжки, зенкеры, развертки, фрезы. Это связано с тем, что увеличение подачи оказалось возможным за счет распределения припуска между зубьями, в связи с чем усилие резания, приходящееся на один зуб, может быть уменьшено. Так как минутная подача равна произведению числа зубьев и подачи на зуб, то результирующая производительность за счет большого количества зубьев значительно увеличивается. Несмотря на то, что многозубые инструменты являются сложными по конструкции и дорогостоящими в изготовлении, работают с неравномерными нагрузками, они нашли широкое применение в производственной практике.
Однако не все методы обработки, известные в литературе, нашли свое воплощение в производстве. Из инструментов, применяемых для механической обработки резанием, наиболее производительным является протягивание, позволяющее за один проход протяжки полностью снимать весь припуск с обрабатываемой детали. Высокая производительность этого инструмента обусловлена наличием большого количества зубьев и значительной длиной режущих кромок, одновременно участвующих в процессе резания. При этом, для увеличения срока службы, одновременно снижают подачу на зуб и скорость резания. Подача на зуб конструктивно заложена в самой протяжке, в результате чего достаточно только одного продольного перемещения протяжки относительно детали. Главный недостаток процесса протягивания – наличие больших усилий резания.
В литературе [63] предлагаются схемы обработки цилиндрических поверхностей, использующих принцип протягивания (рис. 3.1). Для реализации принципа протягивания в предлагаемых схемах необходимо кроме главного движения и подачи обеспечить вращение инструмента. Несмотря на очевидные преимущества обработки показанных схем они не нашли широкого применения в производственной практике. В качестве станков, на которых могут применяться предложенные технологические схемы, могут быть использованы любые токарно-винторезные и горизонтально-расточные станки, для чего необходимо произвести соответствующую их модернизацию. Модернизация имеющихся типов станков позволит реализовать и другие методы обработки с применением вращающегося инструмента: фрезоточение, в том числе и с разделением припуска между резцами, упрочнение чеканкой, центробежное раскатывание и центробежное хонингование.
Повышение производительности и стойкости режущего многозубого инструмента базируется на следующих соображениях. При непрерывном точении передняя поверхность режущего клина постоянно находится в контакте со сбегающей стружкой. В начале процесса резания в рабочей зоне возникает высокая температура и в течение некоторого промежутка времени процесс является нестационарным. При непрерывном точении температура резания θ вначале быстро возрастает, затем темп роста её снижается и, наконец, достигнув некоторого значения θ = θс – стабилизируется. Если же процесс обработки остановить в момент, когда температура резания не достигла своего наибольшего значения и возобновить его после некоторого перерыва, то предельное значение температуры на поверхности инструмента будет ниже, чем θс. Снижение температуры будет тем больше, чем длительнее цикл τц = τр + τв и чем больше отношение времени вспомогательного хода τв к времени рабочего хода τр инструмента. Это видно из сопоставления кривых 2 и 3.
Кривая 2 соответствует циклу, длительность которого τц = 10 с, причем τр = τв = 5 с. Кривая 3 описывает изменение температуры на контактных поверхностях инструмента в цикле длительностью τц = 33 с, причём рабочий ход и соответствующее ему повышение температуры продолжается 3 с, а вспомогательный ход и остывание резца 30 с. При механической обработке существуют операции, при которых естественно возникают перерывы в работе режущего инструмента. t = 4·10-3м; S = 0,5·10-3об/мин; без охлаждения): 1 – точение непрерывное; 2 – точение прерывистое
По достижению момента tст – температура в зоне обработки достигает максимального для данных условий стационарного значения Θmax. Скольжение стружки по поверхности лезвия происходит в условиях практически сухого трения, между стружкой и лезвием имеет место схватывание и образование нароста, затрудняющих сход стружки, что вызывает увеличение касательных и нормальных составляющих силы резания.
При охлаждении смазывающе-охлаждающая жидкость не в состоянии проникнуть между стружкой и передней поверхностью. При прерывистом резании в зависимости от скорости протекания процесса режущий клин не успевает нагреться до величины Θ′max и в момент t1 выходит из зоны обработки. За время прохождения резца по дуге окружности от точки t1 до точки t2 и следующего вхождения в зону обработки режущий клин охлаждается до температуры Θmin. Этот процесс периодически повторяется. Разность ΔΘ1 = Θ Бmax − Θ2 является резервом повышения износостойкости.
Для операций с прерывистым процессом резания может быть применен метод скоростного фрезерования наружных и внутренних крупномодульных резьб, который известен еще как вихревое нарезание резьбы. Для этого при расточке необходимо выбрать такую подачу и ширину резцов, чтобы весь металл срезался целиком, а не только во впадинах витков резьбы. Учитывая, что скоростное резьбофрезерование является эффективным, при условии, когда шаг нарезаемой резьбы не менее 4 мм, а эффективность этого метода в 2,5…3 раза больше по сравнению с обычным резьбофрезерованием, то его применение может значительно повысить производительность расточки отверстий. Для скоростной расточки могут использоваться токарные станки, оснащенные специальным устройством для крепления резцовой головки и приводом, осуществляющим ее вращение. Важным моментом при такой обработке является образование мелкой раздельной стружки, срезаемой отдельно каждым резцом. В этом случае стружка легко удаляется из отверстия вымыванием смазывающе-охлаждающей жидкостью. Появляется возможность автоматизации процесса обработки. Таким образом, проведенный анализ особенностей процесса резания показывает, что в настоящее время возможно повышение производительности в основном на базе выбора и обоснования новых кинематических схем резания, внедрения в производство новых прогрессивных многозубых режущих инструментов, работающих с периодическим смещением режущей кромки в зоне резания или периодической заменой работающих зубьев. Эксперименты показывают, что при этом существенно уменьшается и сила резания при одних и тех же подачах.
Современная тенденция к миниатюризации показала, что вещество может иметь совершенно новые свойства, если взять очень маленькую частицу этого вещества. Частицы размерами от 1 до 100 нанометров обычно называют «наночастицами». Так, например, оказалось, что наночастицы некоторых материалов имеют очень хорошиекаталитические и адсорбционные свойства. Другие материалы показывают удивительные оптические свойства, например, сверхтонкие пленки органических материалов применяют для производства солнечных батарей. Такие батареи, хоть и обладают сравнительно низкой квантовой эффективностью, зато более дёшевы и могут быть механически гибкими. Удается добиться взаимодействия искусственных наночастиц с природными объектами наноразмеров — белками, нуклеиновыми кислотами и др. Тщательно очищенные наночастицы могут самовыстраиваться в определённые структуры. Такая структура содержит строго упорядоченные наночастицы и также зачастую проявляет необычные свойства.