Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Брестский политехнический институт

Кафедра машиноведения

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: "Системы управления станками"

на тему: "Разработка программ управления для токарной и фрезерной обработки на станках с ЧПУ"

Выполнил: студент группы ТО-8

Лялько Е.А.

Проверил: преподаватель

Хоронжевский Ю.А.

Брест 2013



Содержание

1. Разработка управляющей программы для токарной обработки

1.1 Исходное задание

1.2 Выбор материала обрабатываемой детали

1.3 Выбор заготовки ее обоснование

1.4 Разработка маршрутного технологического процесса

1.5 Выбор инструмента

1.6 Расчет режимов резания

1.7 Разработка схем обработки

1.8 Управляющая программа для токарной обработки

2. Разработка управляющей программы для фрезерной обработки

2.1 Исходное задание

2.2 Выбор материала обрабатываемой детали

2.3 Выбор заготовки ее обоснование

2.4 Выбор инструмента

2.5 Расчет режимов резания

2.6 Схема обработки (с указанием расположения инструментов)

2.7 Определение координат точек

2.8 Разработка управляющей программы

3. Система управления технологическим оборудованием

3.1 Принципиальная схема СУ

3.2 Назначение и принцип СУ

Использованные источники

токарный фрезерный деталь резание



1. Разработка управляющей программы для токарной обработки с ЧПУ

1.1 Исходное задание

Эскиз обрабатываемой заготовки с указанием осей координат изображён на рисунке 1.1

Рисунок 1.1 - Деталь-вал

1.2 Выбор материала обрабатываемой детали

В качестве материала для заготовки выбираем сталь конструкционную легированную 20ХГСА (ГОСТ 4543-71). Механические свойства стали представлены в таблице 1.1, химический состав стали в таблице 1.2.

Таблица 1.1 - Механические свойства стали 20ХГСА (ГОСТ 4543-71).

Механические свойства
?в?? МПа	?т?? МПа	d,%	g,%	KCU кДж/м2
780	640	12	45	690

?_т - предел текучести.

?_в - временное сопротивление разрыва.

d - относительное удлинение.

KCU - ударная вязкость.

g - относительное сужение.

Таблица 1.2 - Химический состав стали 20ХГСА(ГОСТ 4543-71).

Хим. элемент	содержание
Кремний(Si)	0,9 - 1,2
Марганец(Mn)	0,8 - 1,1
Медь(Cu)	до 0,3
Никель(Ni)	до 0,3
Сера(S)	до 0,025
Углерод(C)	0,17 - 0,23
Фосфор(P)	до 0,025
Хром(Cr)	0,8-1,1

1.3 Выбор заготовки и ее обоснование

В качестве заготовки принимаем калиброванный прокат диаметром 65 мм ГОСТ 2590-88. Такие заготовки применяют при изготовлении валов большим количеством ступеней и перепадами диаметров.

Рисунок 1.2 - Заготовка.



1.4 Разработка маршрутного технологического процесса

Операция - Токарная с ЧПУ.

Переход 1 - Подрезание торца

Переход 2 - Черновое контурное точение

Переход 3 - Чистовое контурное точение

Переход 4 - Подрезка канавок

Переход 5 - Сверление внутреннего отверстия

1.5 Выбор инструмента

Для выполнения токарной операции с ЧПУ будем использовать станок нормальной точности 16А20Ф3, оснащённый оперативной системой ЧПУ, что дает возможность быстрого изменения задающей программы в условиях высокой гибкости производства. В станке присутствует шестипозиционная инструментальная поворотная головка, которая даёт возможность установить все необходимые инструменты на токарные переходы.

Таблица 1.3 - Технические характеристики станка 16А20Ф3.

Максимальная длина детали, мм	Мощность ПГД, кВт	Диапазон частот вращения шпинделя, мин-1	Максимальная рекомендуемая скорость продольной подачи, мм/мин	Максимальная рекомендуемая скорость поперечной подачи, мм/мин
1000	11	20-2500	2000	1000

Для получения данной детали понадобятся следующие инструменты: контурные резцы для чистовой и черновой обработки, отрезной резец, спиральное сверло.

Для контурной обработки выбираем токарные сборные контурные резцы ГОСТ 19073-80 с механическим креплением клин-прихватом трехгранных пластин из твердого сплава. Для черновой и чистовой обработки используем материал режущей части - Т15К6 (ГОСТ 20872-80)

Рисунок 1.3 - Резец контурный.

Размеры резца: h?b=25?25мм; L=150мм; Р=36мм; f=12,5мм.

Для обработки канавки выбираем отрезной резец с пластиной из твердого сплава (по ГОСТ 18884-73).

Рисунок 1.4 - Резец отрезной.

Размеры резца: h?b=20?12мм; L=120мм; P=25мм; l=5мм.

Для сверления отверстия выбираем спиральное сверло из быстрорежущей стали с коническим хвостовиком для станков с ЧПУ (ОСТ 2 И20-2-80). Материал - Р6М5.

Рисунок 1.5 - Сверло спиральное.



Размеры сверла: d=8мм; l=118мм; L=180мм.

1.6 Расчёт режимов резания

Расчёт режимов резания производим по эмпирическим формулам согласно методики приведённой в литературе [1].

Режимы резания при черновом точении.

Принимаем глубину резания: t=2мм.

Определение подачи:

Подачу выбираем по [1], таблица 11 : S=0,8 мм/об.

Скорость резания рассчитывается по эмпирической формуле:

, (1)

где T - период стойкости инструмента;

K_V - коэффициент обрабатываемости;

Общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условия резания,

, (2)

где К_MV - коэффициент, характеризующий качество материала.

К_ПV - коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки.

К_ИV - коэффициент, учитывающий материал заготовки.

=, (3)



К_Г - коэффициент, учитывающий группу стали по обрабатываемости.

?_в - предел прочности стали, МПа.

n_V - показатель степени.

Тогда для черновой обработки имеем:

Обрабатываемый материал сталь 20ХГСА (?_в=780 МПа).

При обработке резцами из твёрдого сплава по [1] таблица 2 принимаем:

=1,0; n_V =1,0;

=.

По [1] таблица 5: К_ПV =0,9.

По [1] таблица 6: К_ИV =1,0 (материал режущей части Т15К6).

Тогда коэффициент обрабатываемости К_V:

К_V=0,962Ч0,9Ч1,0=0,8658.

Коэффициент и показатели степени принимаем по [1] таблица 17.

С_V =280; m=0,2; х=0,15; y=0,45;

Выбираем среднее значение стойкости материала режущей части при одноинструментальной обработке: Т=30 мин

Скорость резания:

.

Частота вращения шпинделя:



(4)

Определяем силу резания при черновом точении:

,

К_Р - поправочный коэффициент

,

, , , , - коэффициенты учитывающие фактические условия резания.

=,

n - показатель степени

=.

По [1] таблица 23 для :



= 0,89, = 1, = 1, = 0,93

По [1] таблица 23 для :

= 0,5, = 1, = 1, = 0,82

По [1] таблица 23 для :

= 1,17, = 1, = 1, = 1

Коэффициент и показатели степени принимаем по [1], таблица 22.

для :=300; n= -0,15; х=1; y=0,75;

для :=243; n= -0,3; х=0,9; y=0,6;

для : =339; n= -0,4; х=1; y=0.5;

тогда:

H

H

H



Определим мощность резания:

где N - мощность резания

Режимы резания при чистовом точении.

Принимаем глубину резания: t=0,5 мм

Подача при чистовом точении при шероховатости R_a=2,5 определяем по [1], таблица 14.

S=0,2 мм/об

Скорость резания рассчитывается по формуле 1,а коэффициент С_V и показатели степеней m,x,y как и для чернового точения равны:

С_V =350; m=0,2; х=0,15; y=0,2;

Коэффициент K_V находим по формуле 2, используя формулу 3.

=

По [1] таблица 5: =1,0.

По [1] таблица 6: =1,0 (материал режущей части Т15К6).

Тогда коэффициент обрабатываемости К_V:



К_V=0,962Ч1,0Ч1,0=0,962

Тогда скорость резания:

Частоту вращения шпинделя находим по формуле 4:

n=1071 мин^-1

Определяем силу резания при чистовом точении:

сила резания рассчитывается по формуле 5, а коэффициент С_р и показатели степеней n,x,y как и для чернового точения равны:

для :=300; n= -0.15; х=1; y=0,75;

= 0,89, = 1, = 1, = 0,93

для : =243; n= -0.3; х=0.9; y=0,6;

= 0,5, = 1, = 1, = 0,82



для : =339; n= -0.4; х=1; y=0.5;

= 1,17, = 1, = 1, = 1

тогда:

H

H

H

Определим мощность резания:

Точение канавок.

1. Подача s=0.2 мм/об.

2. Материал режущей части Т5К10

3. Скорость резания, м/мин:

=,

По [1] таблица 5: К_ПV =1,0;

По [1] таблица 6: К_ИV =0,65 (материал режущей части Т5К10).



К_V=0,96Ч0,65Ч1,0=0,624

Частота вращения, мин^-1:

Сила резания при точении:

(1.11)

где - коэффициент, учитывающий условия обработки;

Коэффициенты и показатели степеней определяем по таблицам:

С_Р = 408; х=0,72; у = 0,8; n =0;

Находим мощность резания:



(1.12)

Определим режимы резания для сверления отверстия:

Принимаем глубину резания: t= D/2= 8/2=4 мм;

Подача S=0,20 мм/об;

Стойкость инструмента - Т=15 мин;

Скорость резания при сверлении рассчитываем по следующей формуле:

(1.13)

где Cv- коэффициент скорости резания;

m, y, q - показатели степени;

Кv - общий поправочный коэффициент на скорость резания,

учитывающий фактические условия резания:

,

где K_МV - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого

материала, для Р6М5



K_ИV - коэффициент, учитывающий материал инструмента, для Р6М5

K_ИV = 1,0;

K_lV - коэффициент, учитывающий глубину сверления;

K_lV =0,6;

Значения коэффициентов и показателей степени:

С_V = 7; q = 0,40; y = 0,7; m = 0,20;

Таким образом, окружная скорость вращения сверла:

м/мин;

Частота вращения шпинделя:

Крутящий момент M_кр определяем по формуле:

(1.14)

Коэффициенты и показатели степеней:

С_М = 0,0345; у = 0,8; q = 2,0;

Коэффициент, учитывающий условия обработки К_Р = К_МР =1,22;

Подставив значения, получим:



Найдём значение осевой силы:

(1.15)

Коэффициенты и показатели степеней определяем по [3, т.2 таблица 32]: С_Р = 68; у = 0,7; q = 1,0;

Подставив значения, получим:

Мощность резания:

1.7 Разработка схем управления

Рисунок 1.6 - Схема черновой и чистовой обработки



Рисунок 1.7 - Схема обработки канавок

Рисунок 1.8 - Схема обработки отверстия

1.8 Управляющая программа для токарной обработки

№ параметра	Содержание параметра	Пояснения
001	Р0*
002	Р-500 *	Максимальная координата по Х "-"
003	Р400 *	Максимальная координата по Х "+"
004	Р-100 *	Максимальная координата по Z "-"
005	Р1000 *	Максимальная координата по Z "+"
006	Р318 *	nmax первого диапазона
007	Р875 *	nmax второго диапазона
008	Р2188 *	nmax третьего диапазона
009	Р0 *	nmax четвертого диапазона
010	Р12 *	nmin первого диапазона
011	Р30 *	nmin второго диапазона
012	Р80 *	nmin третьего диапазона
013	Р0 *	nmin четвертого диапазона
014	Р10 *	Ползучая скорость шпинделя
015	Р1(0) *	Индикация рассогласования вкл. (выкл.)
016	Р1000 *	Рекомендуемая nmax при постоянной скорости резания
017	Р100 *	Рекомендуемая nmin при постоянной скорости резания
№ Кадра	Содержание кадра	Пояснения
001	F 0,8 S 2 242 T1*	F=0,8 мм/об - подача S 2 - второй диапазон частот вращения. 242 - частота вращения шпинделя. Т1 - инструмент (резец для черновой обработки по контуру).
002	X 75 Z 110 E*	Подвод инструмента с исходного положения в точку с координатами Z=110; X=75 E - быстрый.
003	Х -2*	Подрезка торца
004	L 08* A 1 P 0,8*	L 08 - цикл многопроходной обработки из цилиндрических заготовок с автоматическим разделением на проходы. А=1 мм - припуск под чистовую обработку. Р=0,8 мм - максимальная глубина резания за один проход.
005	Х 20 С2,5*	Снятие фаски 2,5ґ450.
006	Z 90*	Точение наружной цилиндрической поверхности диаметром 20 мм
007	X 45 Z-30 R 10*	Обработка дуги радиусом 10 мм
008	Z 58*	Точение наружной цилиндрической поверхности диаметром 45 мм
009	X-49,28*	Подрезка торца.
010	X 60 Z 38*	Точение конической поверхности.
011	Z 0*	Точение наружной цилиндрической поверхности диаметром 60 мм.
012	M 17 *	Конец описания детали для многопроходного цикла
013	F 0,2 S 3 1071 T1*	F=0,09 мм/об - подача S 3 - третий диапазон частот вращения. 1071 - частота вращения шпинделя. Т1 - инструмент (резец для чистовой обработки по контуру).
014	X 75 Z 110 E*	Быстрый подвод в точку.
015	L10* B5*	Цикл чистовой обработки. Повторение программы с 5-го кадра
016	F 0,2 S 3 190 T3*	F=0,2 мм/об - подача S 3 - третий диапазон частот вращения. 190 - частота вращения шпинделя. Т3 - инструмент (резец отрезной).
018	X70 Z-100 E*	Подвод инструмента
019	L 02 D 0,5 X 50 A 20 P 4*	Обработка канавки D0,5-время выдержки X50-диаметр A20-ширина канавки P4-ширина резца
020	S 3 694 T 4*	S 3 - третий диапазон частот вращения. 694 - частота вращения шпинделя. Т4 - инструмент (сверло).
021	X 0 Z 113 E*	Подвод в точку
022	L 06 P 30 W-100*	Сверление отверстия на глубину 30 в начальную точку; ускоренное перемещение по оси Z на 27 мм; сверление на глубину 60 мм за второй проход и т.д.
023	M 02*	Выключение шпинделя



2. Разработка управляющей программы для обработки детали на фрезерном станке с ЧПУ

2.1 Исходные данные

Эскиз обрабатываемой заготовки с указанием осей координат и точки начала цикла изображён на рисунке 2.1. Станок 6Р13Ф3.

Рисунок 2.1 - Эскиз обрабатываемой детали.

2.2 Выбор обрабатываемого материала

В качестве материала для плиты применим конструкционную углеродистую обыкновенного качества сталь СТ3. Механические и физические свойства представлены в таблице 2.

Таблица 2.1 - Механические и физические свойства стали СТ3.

?в?? МПа	?т?? МПа	d,%	KCU кДж/м2
400	230	25	400



?_т - предел текучести.

?_в - временное сопротивление разрыва.

d - относительное удлинение.

KCU - ударная вязкость.

g - относительное сужение.

Таблица 2.2 - Химический состав стали СТ3.

Хим. элемент	содержание
Кремний(Si)	0.15…0.30
Марганец(Mn)	0.4…0.65
Медь(Cu)	0…0.3
Никель(Ni)	0…0.3
Сера(S)	0…0.05
Углерод(C)	0.14…0.22
Фосфор(P)	0…0.04
Хром(Cr)	0…0.3

2.3 Выбор заготовки и ее обоснование

В качестве заготовки принимаем прямоугольную приту.

Рисунок 2.2 - Заготовка



2.4 Выбор инструмента

Размеры фрезы определяются размерами обрабатываемой поверхности и глубиной срезаемого слоя. Диаметр фрезы для сокращения основного технологического времени и расхода материала выбирают по возможности наименьшей величины, учитывая при этом жёсткость технологической системы, схему резания, форму и размеры обрабатываемой заготовки. Поэтому диаметр фрезы рассчитываем по формуле:

мм

принимаем 16 мм

где, В - ширина фрезерования.

Остальные размеры фрезы выбирам по (ГОСТ 17026-71). Эскиз фрезы изображён на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Концевая фреза.

Число зубьев фрезы - 4.

d=16мм

l=32мм

L=117мм

Материал фрезы - быстрорежущая сталь марки Р6М5.

2.5



Расчёт режимов резания

Глубина резания t=3 мм.

Ширина фрезерования В=12 мм.

Определение подачи:

При фрезеровании исходной величиной подачи является величина её на один зуб.

Получаем по [1] таблице 77:

=0,06 мм/зуб

Скорость резания:

(2.1)

Значения коэффициента C_V и показателей степени находим по [1]

таблице 81, а период стойкости Т- по таблице 82.

=46,7 q=0,45 х=0,5 y=0,5 u=0,1 p=0,1 m=0,33.

Общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условия резания,

где, К_MV - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала.



=, (2.2)

- коэффициент, учитывающий группу стали по обрабатываемости.

?_в - предел прочности стали, МПа.

n_V - показатель степени.

Коэффициент и показатель степени определяем по [1] таблица 2:

=1,0; n_V =0,9;

=,

- коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки.

По таблице 5.

=1,0

-коэффициент, учитывающий материал заготовки.

По таблице 6.

=1,0

.

Получаем:

Частота вращения :



Минутная подача:

S_М=S_z z n=0,06·4·2062 = 494,9 мм/мин (2.3)

Определяем силу резания при фрезеровании:

(2.4)

Мощность резания:

(2.5)



2.6 Схема обработки ( с указанием расположения инструмента)

Рисунок 2.4 - Схема обработки



2.7 Определение координат точек

Рисунок 2.5 - Схема обработки детали

Таблица 2.4 - Координаты точек

Точка	Координаты
ТЧ0	0,0
ТЧ1	40;0
ТЧ2	0;40
ТЧ3	7,3;60,1
ТЧ4	21,4;70
ТЧ5	40;70
ТЧ6	70;40
ТЧ7	50;0
W	38;10

Нам неизвестны координаты ТЧ3 и ТЧ4, а также координата Y для точки 4. Найдем их графическим способом. Для этого построим пластину в программе КОМПАС по данным нам размерам, а затем при помощи функции "линейный размер" найдем неизвестные координаты.



Рисунок 2.6 - Схема нахождения координаты.

2.8 Разработка управляющей программы

Таблица 2.5 - Управляющая программа с использованием подготовительных функций.

№	Содержание кадра	Пояснение
	%LF	Начало программы
1	G90 S2062. F495. LF	Задание режимов обработки
2	G41 X 40. Y 0. L13 LF	Выход в точку 1.
3	G44 I 40. J 0. X 0. Y 40. L13 LF	Круговая интерполяция против часовой стрелки, в точку 2.
4	G01 X 7,3. Y 60,1. L13 LF	Обработка прямой. Линейная интерполяция Перемещения по прямой к точке 3.
5	G43. I 7,3. J 60,1. X 21,4. Y 70. L13 LF	Круговая интерполяция по часовой стрелке с эквидистантой плюс, в точку 4.
6	G01 X 40. Y 70. L13 LF	Обработка прямой. Линейная интерполяция Перемещения по прямой к точке 5.
7	G43. I 40. J 70. X 70. Y 40. L13 LF	Круговая интерполяция по часовой стрелке с эквидистантой плюс, в точку 6.
8	G01 X 50. Y 0. L13 LF	Обработка прямой. Линейная интерполяция Перемещения по прямой к точке 7.
9	G01 X 400. Y 0. М02 LF	Конец программы



3. Система управления технологическим оборудованием

3.1 Принципиальная схема СУ

Рисунок 3.1 - Принципиальная схема адаптивной СУ

3.2 Назначение и принцип работы СУ

Технологический процесс изготовления детали или изделия на машинах-автоматах (станках, роботах и другом оборудовании) подразделяется на ряд последовательных операций. Выполнение отдельной операции обеспечивается элементарным приводом, который соответствует определённому рабочему органу. В состав элементарного привода входят путевые выключатели, определяющие положение рабочего органа, и распределительные устройства, предназначенные для подачи рабочего тела в полости цилиндров или моторов в соответствии с поступающими на входы распределителей сигналами.

Сигналы, поступающие от путевых выключателей и сигналы от управляющего устройства могут принимать лишь два значения: сигнал отсутствует "0" и сигнал присутствует "1". На рисунке 5.1 показаны типовые элементарные приводы, для которых двигателями служат пневматические или гидравлические цилиндры, а положение рабочих органов контролируется с помощью струйных путевых выключателей a₁, a₂, a₃ .

Для привода, приведенного на рисунке 3.1.а, позиция распределителя Р зависит от значения управляющего сигнала, поступающего на его вход. Управляющий сигнал от блока логических условий БЛУ усиливается усилителем У, и поступает на вход распределителя Р. Например, если сигнал "0", то распределитель под действием пружины перемещен в крайнее правое положение, и рабочая среда поступает в штоковую полость цилиндра. Шток цилиндра находится в исходном положении. При сигнале "1" распределитель занимает крайнее левое положение, при этом рабочая среда поступает в поршневую полость, и шток цилиндра перемещается в крайнее правое положение.

Шток в начале и в конце хода взаимодействует с путевыми выключателями a₁ и a₂, сигналы от которых принимают значение "0" или "1" в зависимости от положения рабочего органа. Эти сигналы поступают на входы блока логических условий, входящего в состав управляющего устройства.



Использованные источники

Справочник технолога-машиностроителя в 2-ух томах под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова - М.: Машиностроение, 1986 г.

Справочник инструментальщика под ред. И.А. Ординарцева - Л.:Машиностроение, 1987 г.

Краткий справочник металлиста под ред. П.Н. Орлова, Е.А. Скороходова -М.: Машиностроение, 1987 г.

Методические указания для выполнения дипломного проекта по специальности 12.01 "Технология машиностроения". Брест. БрПИ, 1994 г.

Размещено на Allbest.ru

...