В данной статье рассмотрены вопросы решения прямой задачи выбора скорости резания, и обратной задачи по прогнозированию стойкости твердосплавного инструмента в САПР ТП, когда выполняется токарная обработка на станках с ЧПУ. Для обеспечения надежности выполняемого процесса резания на автоматизированном станочном оборудовании, особенно в режиме многостаночного обслуживания, важно рассчитать скорость резания на токарном станке, ее точное значение, которое определяет производительность процесса резания, время работоспособности резца (стойкость) и качество обработанной поверхности. Не менее важно при этом знать ресурс работоспособности инструмента при смене хотя бы одного элемента контактной пары.
Существующие методики как правильно выбрать скорость при токарной обработке, ориентированы на постоянство режущих способностей твёрдосплавных резцов внутри одной марки и формы и среднее значение физико-механических свойств стальных заготовок. Свойства инструмента и стальной заготовки оцениваются усредненными, постоянными значениями поправочных коэффициентов для определенной марки стали и твёрдого сплава. Практика металлообработки указывают на значительные изменения режущих свойств резцов в партиях поставки, достигающих (до 40-90%) и изменения обрабатываемости стальных заготовок (10-20%), что допускается по техническим условиям их изготовления. При этом, контактная пара «резец-стальная заготовка» в зоне резания токарного станка чпу по металлу собирается случайным образом из их допустимых диапазонов разброса свойств. Возможности учета изменяющихся свойств контактных пар существующие методики не имеют. Предложена принципиально новая методика определения скорости резания с учетом изменяющихся режущих способностей для каждой марки твёрдого сплава партиях поставки инструмента и обрабатываемости определённой марки стали.
Для решения задачи прогнозирования периода стойкости режущего инструмента при изменении параметров токарной обработки на станках с ЧПУ, авторами предлагается блок-схема алгоритма функционирования станочной САПР ТП (Рис. 1). В данном алгоритме обозначено: значение стойкости Т мин., подача S мм/об, глубина резания t мм, скорость резания V м/мин., значение термоЭДС Е мВ. Применение этого способа позволяет предотвратить достижение критического износа который получает режущий инструмент станка. Модуль станочной САПР ТП работает следующим образом. При первом запуске системы в работу вводятся значения флагов i = 1 и j = 1 (блок 1 и 2), которые определяют смену контактной пары «инструмент – деталь» (флаг i) и режимов резания в процессе работы (флаг j). Поскольку флаги на данном этапе принимают значения i = 1 и j = 1, то производится предварительная обработка детали в режиме пробного прохода (блок 4), измерение и фиксирование сигнала термоЭДС E для идентификации физико-механических свойств контактной пары «инструмент – деталь» (блок 5), в последующем назначаются соответствующие режимы резания на токарном станке. Следует отметить, что перед выполнением системой повторного цикла работы производится опрос оператора (блок 17) и в случае, если контактная пара не менялась, флаг принимает значение i = 0 и пробный проход системой в очередном цикле уже не выполняется (см. блок 3), а если контактная пара изменилась, то флаг принимает значение i = 1 и пробный проход вновь выполняется системой (блок 4 и 5).
Аналогичным образом происходит опрос оператора о смене режимов резания (блок 18). Если данные о режимах вводятся впервые и первоначально j = 1 (блок 2), то система переходит к процедуре ввода данных (блок 7). Затем, в зависимости от вида обработки (блок 8 и 9), выбирается режим черновой, получистовой или чистовой обработки, после чего производится расчет скорости резания V (блок 10) с последующим выводом значения скорости резания на экран оператора. Если необходимо изменить режимы обработки, то флаг принимает значение j = 1 и после проверки условия блока 6 система снова переходит к процедуре ввода данных о режимах обработки. Поскольку первоначально при вводе исходных данных о параметрах обработки оператор вводит желаемое значение периода стойкости T, и расчет скорости резания V производятся с использованием данного значения, то при смене контактной пары «инструмент – деталь» или режимов резания возникает необходимость обратного пересчета стойкости, исходя из текущего значения скорости резания.
Если же оператора не устраивает текущее значение периода стойкости после изменения условий обработки, то он переходит к коррекции режимов резания (блок 16), где может вернуться к условию 6 (начало цикла коррекции) и перенастроить режимы резания на токарном станке с чпу для последующей оценки периода стойкости или выйти из цикла по альтернативной ветви. Таким образом, система в диалоговом режиме автоматически подстраивается под изменения условий обработки и помогает оператору быстро адаптировать станочную систему к новым производственным условиям.
Таким образом, существующая тенденция переноса модуля расчёта режимов обработки из САПР ТП в систему ЧПУ, построенных на использовании мощных вычислительных комплексов, в конечном итоге, открывает перспективу создания нового класса станочных САПР, встроенных в системы ЧПУ. Их эффективная работа может быть обеспечена разработкой адекватных математических моделей, на основе которых будут разработаны алгоритмы автоматизированного расчета параметров процесса резания при токарной обработке на станках с ЧПУ.
Рис. 1. Алгоритм работы модуля САПР ТП токарной обработки
