dobor_parametrów.pdf

PRZYKŁAD ZAUTOMATYZOWANEGO DOBORU NARZĘDZI I

PARAMETRÓW TOCZENIA OSTRZAMI Z WĘGLIKÓW

SPIEKANYCH

Jacek HABEL

1. Algorytm działania modułu DPS (dobór parametrów skrawania) na przykładzie toczenia

Na rysunku 1 przedstawiono algorytm działania modułu DPS. Pierwszym krokiem jest odczyt

informacji, które są generowane i przekazywane przez system CAPP. Dla lepszego zobrazowania problemu

zaprezentowano poniższy przykład. Należy dobrać narzędzie i parametry skrawania dla toczenia

powierzchni cylindrycznej zewnętrznej. Dane są:

• Sposób ustalenia PO: w uchwycie 3-szczękowym PUXd 250 (ISO: 2405), dla którego maksymalne

obroty n max = 3000 [obr/min] i maksymalna siła zacisku F u max = 3500 [N], oraz kieł obrotowy PZKk 4.

• Obrabiarka TKX50SN1 i jej dane: moc silnika napędu P s = 17 [kW], sprawność η = 0.75, wymiary

gniazda narzędziowego h x b : 32x25, maksymalna prędkość obrotowa n max = 1800 [obr/min].

• Materiał obrabiany to stal 15GA, którą zakwalifikowano do grupy CMC 2.1 (CMC - klasyfikacja

materiałów obrabianych wg firmy Coromant), twardość HB mat = 128.

• Zabieg obróbkowy, z którego wynika, że należy zastosować nóż lewy o kącie przystawienia κ r > 90°.

• Dane powierzchni obrabianej: średnica D = 90 [mm], długość L = 150 [mm], głębokość skrawania a p = 3

[mm] oraz wymagana chropowatość R a = 5 [µm].

Kolejny krok to utworzenie listy narzędzi, które są odpowiednie dla wykonania zabiegu. Następnie dla

każdego narzędzia dobierane są dane katalogowe z baz danych i obliczane parametry obróbki. Uwzględniane

są tu ograniczenia wynikające z lokalnych warunków obróbki. Tak wyznaczone rozwiązania są sortowane

wg kryterium maksymalnej wydajności objętościowej obróbki i najlepsze z nich jest wybierane. W tym

momencie można zdecydować czy ma być przeprowadzona korekta prędkości ze względu na rzeczywiste

warunki obróbki. Jeżeli wyznaczone parametry mają być zastosowane w praktyce, to koniecznym jest jej

przeprowadzenie. Wiąże się to z realizacją prostych testów w rzeczywistych warunkach obróbki i obliczeń

statystycznych. Po ewentualnej korekcie rozwiązanie (narzędzie+parametry) trafia do systemu CAPP.

Rys.1. Algorytm działania modułu DPS

2. Dobór narzędzia składanego

Dobór narzędzia składanego zostanie przedstawiony na przykładzie, opisanym wcześniej, toczenia

powierzchni cylindrycznej zewnętrznej. W tym przypadku dobór polega na wybraniu odpowiedniej oprawki

narzędzia i płytki. W tym celu należy przygotować odpowiednie bazy danych. Dane zapisane w bazie

zawierają charakterystyki oprawek i płytek dla toczenia produkowanych przez firmę SANDVIK-Coromant.

W tabeli opisującej oprawki znajduje się 608 rekordów (oprawek), a w tabeli opisującej płytki – 1881 sztuk.

Pierwszym krokiem, podczas automatycznego doboru narzędzia, jest skojarzenie (operacja złożenia)

oprawek i odpowiadających im płytek. Aby możliwe było złożenie narzędzia muszą być spełnione dwa

warunki:

• Kształt płytki musi pasować do oprawki,

• Kąt przyłożenia płytki α o musi być właściwy dla danej oprawki,

• Promień naroża płytki r ε musi być właściwy dla danej oprawki,

• Długość krawędzi skrawającej płytki l musi być właściwa dla danej oprawki.

Po zastosowaniu powyższych warunków otrzymano zbiór możliwych do złożenia narzędzi, który w naszym

przypadku stanowi 15 105 różnych kombinacji. Z tego zbioru należy wybrać właściwe do danej operacji

narzędzie. Dokonuje się tego określając kolejne warunki ograniczające zbiór dopuszczalnych rozwiązań.

Podstawowym czynnikiem ograniczającym zbiór poszukiwanych narzędzi jest oczywiście zabieg

obróbkowy. Analizując strukturę zabiegu obróbkowego możemy stwierdzić, że charakteryzują go 4 grupy

informacji, które dotyczą:

• charakterystyki obrabiarki, na której zabieg jest wykonywany, i oprzyrządowania przedmiotowego,

• rodzaju, typu i zakresu obróbki,

• charakterystyk geometrycznych i technologicznych powierzchni obrabianej,

• materiału przedmiotu obrabianego.

Oczywiście część z tych informacji ma wpływ na dobór narzędzia a część na dobór parametrów obróbki.

Kolejne opisane kroki dotyczyć będą parametrów mających wpływ na dobór narzędzia.

Poważnym ograniczeniem zbioru narzędzi jest charakterystyka dobranej do zabiegu obrabiarki. Ze

względu na sposób mocowania narzędzi na obrabiarce istotne są kształt i wymiary gniazda narzędziowego.

W rozpatrywanym przykładzie wybrano zmodernizowaną tokarkę TKX50SN1 (bezstopniowa zmiana n ), w

której gniazdo głowicy narzędziowej ma przekrój prostokątny o wymiarach h na b: 32x25. Ograniczenie to

powoduję zawężenie zbioru dopuszczalnych rozwiązań do 3 416 sztuk.

Kolejną informacją jest rodzaj, typ i zakres obróbki. Są to następujące informacje: rodzaj to np.

toczenie, wiercenie, frezowanie itp., typ: zewnętrzne, wewnętrzne itp. Na podstawie tych informacji możemy

wybrać preferowany typ narzędzi. I tak dla toczenia zewnętrznego zaleca się wykorzystanie noży z grupy

T-MAX P (oznaczenie wg firmy SANDVIK-Coromant) oraz sposób mocowania płytek dźwigniowy

(przyjęte oznaczenie M1). Te dwa warunki ograniczają zbiór do 2 109 dopuszczalnych narzędzi. Równie

ważnym jest zakres obróbki. Poprzez zakres obróbki rozumie się określenie zakresów dopuszczalnych

głębokości skrawania a p i odpowiadających posuwów f . Firma SANDVIK-Coromant rozróżnia 6 zakresów,

które pokazano w tabeli 1.

Tabela 1. Zakresy obróbki przyjęte przez firmę SANDVIK-Coromant [6].

Obróbka

Posuw f [mm/obr] Głębokość skrawania a p [mm]

Min

Max

Min

Max

Bardzo dokładna

0,05

0,15

0,25

2,0

Wykańczająca

0,1

0,3

0,5

Średniodokładna

0,2

0,5

1,5

Lekko zgrubna

0,4

Zgrubna

0,5

1,5

Ciężko zgrubna

0,7

Uwzględniając dane z przykładu można przyjąć, że jest to zakres obróbki średniodokładnej. Na tej podstawie

korzystając z zaleceń producenta możemy określić:

• zalecaną geometrię płytki, dla obróbki średniodokładnej rekomendowaną geometrią płytek jest PM –

ogranicza to zbiór rozwiązań do 240 narzędzi,

• zalecany promień naroża płytki r ε , np. dla toczenia średniodokładnego zalecany promień r ε = 0.8 [mm].

Warunek ten ogranicza zbiór rozwiązań do 162 narzędzi.

• zalecany typ płytki G – płytka dwustronna z łamaczami wióra – 87 narzędzi.

Kolejnym czynnikiem ograniczającym zbiór rozwiązań jest charakterystyka geometryczna

powierzchni obrabianej. Na podstawie informacji o kształcie PO przed i po obróbce można określić:

ograniczenia kątów narzędzia wynikające z kształtu konturu jak i zakresu obróbki oraz typ narzędzia (np.

lewy, prawy itp.) wynikający z umiejscowienia usuwanego naddatku. W rozpatrywanym przypadku dla

usuwanego naddatku należy zastosować nóż lewy o kącie przystawienia

κ r > 90°. W przypadku dużej ilości rozwiązań można również uwzględnić zalecenie producenta tzw.

pierwszego wyboru, które dotyczy odpowiedniego gatunku węglika. Ostatecznie zbiór rozwiązań dla

opisywanego przypadku został zawężony do 8 rozwiązań. Do dalszych rozważań wybrano narzędzie:

oprawka PTGNL 3225P6, r ε =0.8, κ r = 91°, płytka TNMG 160408-PM z węglika 4025.

5. Dobór parametrów katalogowych

Jako kolejne kroki algorytmu doboru parametrów skrawania przyjęto:

1. Odczyt z bazy danych materiału obrabianego: grupy CMC i twardości HB mat .

2. Odczytanie wartości oporu właściwego skrawania k c0.4 oraz typowej twardości HB gr w danej grupie

CMC.

3. Ustalenie zakresu obróbki na podstawie danych z zabiegu obróbkowego. Znając zadaną głębokość

skrawania a p , można, korzystając z tabeli 1, ustalić zakres obróbki, czyli przedział dopuszczalnych

wartości posuwów f min i f max . W tym przypadku będzie to obróbka średniodokładna.

4. Dla wybranego materiału obrabianego (a raczej dla konkretnej grupy CMC) utworzenie listy zalecanych

gatunków płytek dla danej obróbki oraz odczyt z bazy danych zalecanych zakresów prędkości skrawania

v c w funkcji posuwu f . Dzięki znajomości tej funkcji można wyznaczać wartości prędkości dla różnych

posuwów.

5. Ustalenie wartości posuwu f jako najmniejszej wartości z 3 maksymalnych dla poniższych ograniczeń:

• f 1max z zakresu obróbki,

• f 2max z dopuszczalnego zakresu posuwów dla gatunku i geometrii płytki,

• f 3max z założonej wartości chropowatości R t (odnies ionej do R a ), wg wzoru:

⋅

(1)

max

1000

6. Dla ustalonego posuwu f odczyt odpowiadającej mu prędkości v c , która ustalana jest na podstawie

zależności katalogowych.

7. Korekta wartości prędkości skrawania v c ze względu na:

• twardość rzeczywistą materiału – uwzględnia się różnicę HB mat -HB gr ,

• dane techniczno-ruchowe obrabiarki. Uwzględnia się tu maksymalne obroty n max możliwe do

uzyskania na danej obrabiarce. Prędkość obrotowa wrzeciona n [obr/min]:

1000

⋅

(2)

⋅

Jeżeli n > n max to podstawia się n = n max i oblicza nową wartość prędkości skrawania v c [m/min] wg

wzoru (ale nie wolno przekroczyć dopuszczalnego zakresu prędkości dla danego gatunku węglika,

więc czasem lepiej zmienić węglik!):

v c

= π

⋅

(3)

1000

8. Ustalenie wartości okresu trwałości ostrza T [min]. Jeżeli prędkość skrawania v c nie była zmieniana to

przyjmuje się okres trwałości ostrza T = 15 [min] (wg zaleceń katalogowych). Jeżeli jednak nastąpiła jej

korekta, to wówczas należy wyliczyć nowy okres trwałości. Przekształcając równanie Taylor’a w

najprostszej postaci otrzymuje się:

⋅ =

(4)

gdzie: T 1 , v 1 – wielkości przed korektą, T 2 , v 2 – wielkości po korekcie,

s – wykładnik potęgowy wzoru Taylor’a.

9. Korekta oporu właściwego skrawania k c0.4 ze względu na:

• wartość przyjętego posuwu.

• geometrię płytki,

• kąt przystawienia narzędzia κ r ,

10. Obliczenie parametrów:

• Główna siła skrawania F c [N]:

⋅

(5)

oraz sprawdzenie ograniczenia wynikającego z zastosowanego sposobu mocowania PO, np. dla

mocowania PO w uchwycie samocentrującym porównanie obliczonej wartości siły z maksymalną

przenoszoną przez dany uchwyt: F u max ≥ F c ,

• Moc skrawania od głównej siły P c [kW]:

⋅ =

(6)

60000

oraz sprawdzenie ograniczenia wynikającego z mocy silnika napędu wybranej

obrabiarki:

=η . Jeżeli moc zostanie przekroczona to możną ją zmniejszyć poprzez:

redukcję prędkości v c , redukcję posuwu f lub podział głębokości skrawania a p na większą liczbę

przejść (zalecane). Najlepsze wyniki daje redukcja prędkości (ale nie można wyjść poza

dopuszczalny zakres).

• Objętościowa wydajność skrawania Q [cm 3 /min]:

⋅

≥

= (7)

obliczana dla wszystkich dopuszczalnych rozwiązań stanowi kryterium decydujące o wyborze

danego narzędzia – największa jest najlepsza,

• Czas główny skrawania t g [min]:

⋅

(8)

⋅

1000

⋅

318

⋅

• Ilość wykonanych sztuk w okresie trwałości ostrza i [sztuk]:

i =

(9)

• Teoretyczna wysokość nierówności R t [µm]:

R t

⋅

1000

(10)

⋅

W wyniku działania programu otrzymano następujące wyniki: f = 0.37 [mm/obr],

v c = 339 [m/min], n = 1199 [obr/min], T = 21 [min], F c = 2254 [N], P c =12.75 [kW], Q = 376 [cm 3 /min],

t g = 0.338 [min], i = 62 [sztuk].

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: