- Рейтинг Литрес:5
Полная версия:
Адиль Танатаров Профессия в деталях. Технолог-программист ЧПУ
- + Увеличить шрифт
- - Уменьшить шрифт
1.4. Анализ результатов измерения – принятие решений
По результатам измерения программист определяет:
Деталь годна – все размеры в допуске, шероховатость соответствует.
Деталь брак исправимый – можно догнать (например, недобор металла на наружном размере – точёный вал можно переточить, но это увеличит время). Решение принимается с технологом.
Деталь брак неисправимый (окончательный) – размер меньше нижнего предела или больше верхнего так, что исправление невозможно (например, отверстие переточено). Деталь утилизируется, выявляется причина.
Тренд – если размеры последовательно смещаются в одну сторону (например, отверстие становится больше от детали к детали), это сигнал об износе инструмента или тепловом расширении станка.
Контрольные карты (Шухарта) используются в серийном производстве: на график наносятся измеренные значения, и при выходе за контрольные границы производство останавливается для корректировки.
2. Практическая часть
Пример приведен в ознакомительных профориентационных целях. Все работы необходимо производить только после прохождения инструктажа по технике безопасности и охране труда на рабочем месте, а также при наличии необходимых допусков к работе. Измерения на работающем станке запрещены. Перед измерениями деталь должна быть очищена от стружки и СОЖ, а измерительный инструмент – продезинфицирован (для медицинских деталей) и проверен на точность.
2.1. Исходные данные
Деталь: «Вал-шестерня», материал – сталь 40Х, термообработанная до HRC 38–42.
Чертежные требования (выборочно):
Диаметр посадочной шейки ∅35h6 (размер 35,000 / -0,016 мм). Допуск = 0,016 мм (IT6).
Отверстие в центре вала (для шлицев) ∅12H7 (+0,018 / 0).
Биение поверхности ∅35 относительно центральных отверстий ≤ 0,02 мм.
Шероховатость посадочной шейки Ra 0,8.
Длина вала 150 мм ±0,1.
Производственная ситуация: Настроена УП для токарного станка с ЧПУ. Первая деталь (нулевая) обработана. Программист должен выполнить контроль качества и принять решение: годна ли деталь, можно ли запускать серию (100 шт.), а если нет – какие корректировки внести в УП или режимы.
2.2. Поэтапное решение – контроль качества и анализ
Шаг 1. Подготовка к измерениям
Программист:
Очищает деталь от стружки и масла (продувка воздухом, протирка).
Выдерживает деталь в цехе при температуре 20±1°C в течение 30 минут (после обработки вал был тёплым – около 35°C).
Проверяет измерительный инструмент: микрометр 25–50 мм по эталонной плите (настройка на 35,000 мм), индикатор часового типа с магнитной стойкой, нутромер 10–20 мм с установкой по кольцу, шаблон шероховатости Ra 0,8.
Шаг 2. Измерение диаметра посадочной шейки ∅35h6
Микрометром делается 3 измерения в разных поперечных сечениях (на расстоянии 10 мм от торца, в середине, и у буртика) и в двух направлениях (0° и 90°) для выявления овальности.
Результаты:
Сечение 1 (10 мм): 34,992 мм (0°) и 34,990 мм (90°)
Сечение 2 (середина): 34,995 мм и 34,993 мм
Сечение 3 (у буртика): 34,996 мм и 34,995 мм
Оценка: Наименьший размер 34,990 мм, наибольший 34,996 мм. Допуск 35,000 / -0,016 (от 34,984 до 35,000). Все результаты выше 34,984, следовательно, размер годен. Овальность до 0,002 мм – допустимо.
Шаг 3. Измерение отверстия ∅12H7
Используется нутромер. Измерения в трех сечениях по длине и двух направлениях:
1-е сечение: 12,006 мм и 12,008 мм
2-е сечение: 12,005 мм и 12,007 мм
3-е сечение: 12,010 мм и 12,011 мм
Допуск ∅12H7 = 12,000…12,018 мм. Все значения в допуске, но в последнем сечении ближе к верхней границе. Причина: вероятно, развертка немного разбила отверстие у выхода. Требуется наблюдение за тенденцией.
Шаг 4. Контроль биения
Вал устанавливается в центрах (или на призмы). Индикатор часового типа подводится к поверхности ∅35. Вращая вал вручную, фиксируется максимальное отклонение стрелки.
Показания: биение = 0,025 мм (допуск ≤ 0,02 мм).
Обнаружено превышение допуска. Биение 0,025 мм больше 0,02 мм. Программист должен выяснить причину.
Шаг 5. Анализ возможных причин биения
Погрешность центровых отверстий (если вал обрабатывался в центрах). Проверка: индикатором контролируются сами центровые отверстия на биение – в норме.
Перекос при зажиме в патроне (если обработка в патроне). В данном случае вал обрабатывался в патроне с опорой в задний центр. Возможен перекос патрона или несоосность центра и патрона.
Остаточные деформации после термообработки – вал «повело». Программист проверяет биение на других участках (например, на середине тела) – оно тоже около 0,02–0,025 мм. Значит, проблема не в обработке конкретной шейки, а в общей несоосности.
Решение: программист перепроверяет настройку станка – смещение задней бабки по индикатору (проверка центров). Обнаруживается расхождение 0,02 мм. Бабка подстраивается. Затем повторно обрабатывается один пробный вал – биение снижается до 0,008 мм.
Шаг 6. Контроль шероховатости
Сравнение с эталонным образцом Ra 0,8 (визуально или профилометром). Поверхность шейки не блестит, есть мелкие риски. По визуальному сравнению – соответствует Ra 0,8 (допустимо). Программист делает запись в протоколе.
Шаг 7. Заполнение протокола измерений
Программист оформляет протокол контроля первой детали (образец):
Параметр
Требование
Результат
Заключение
Примечание
∅35h6
35,000 / -0,016
34,990–34,996
годен
овальность 0,002
∅12H7
+0,018 / 0
12,005–12,011
годен
–
Биение ∅35
≤0,02 мм
0,008 (после корр.)
годен
была корректировка бабки
Шероховатость
Ra 0,8
соотв.
годен
визуально
Длина 150 мм
±0,1
150,02
годен
штангенциркуль
Все параметры в допуске после корректировки. Серия может быть запущена.
Шаг 8. Планирование выборочного контроля в серии
Программист указывает в карте наладки:
Первые 3 детали контролировать по полной программе (все размеры).
Далее – выборка: 1 деталь каждые 10 штук (контроль только диаметра ∅35h6 и биения).
При обнаружении выхода за допуск – остановка партии, анализ, корректировка.
Шаг 9. Действия при обнаружении брака в серии (гипотетическое продолжение)
На 25-й детали биение внезапно подскочило до 0,04 мм. Программист останавливает производство, проверяет:
Сменный инструмент? – резец не менялся.
Задняя бабка? – не смещалась.
Выявляет, что у 25-й детали изменилась твёрдость (пришла другая партия заготовок). Корректирует режимы резания (снижает подачу на 15%). После этого биение возвращается в норму. Бракованные детали (25–28) изолируются, принимается решение о возможном исправлении (перешлифовка).
2.3. Рекомендации для эффективного контроля качества
Рекомендация
Пояснение
Перед измерениями изучить чертёж и выделить критические размеры (CC – critical characteristic)
На них следует обратить особое внимание; они часто имеют допуски IT6 и выше.
Использовать статистические методы (X-R карты)
Даже если размеры в допуске, их дрейф может сигнализировать о проблемах станка/инструмента.
Калибровать измерительный инструмент в начале смены
Проверка микрометра по концевым мерам, нутромера по кольцу, штангенциркуля по эталонной плите.
Измерять деталь на твёрдой плите (поверочной плите) для контроля плоскостности и параллельности
Без плоской основы ошибка может достигать 0,05 мм.
При спорных результатах провести повторное измерение другим инструментом или другим оператором
Исключается субъективная ошибка.
Фиксировать результаты в электронной базе или журнале
Это позволяет отслеживать долгосрочные тренды и накапливать статистику для корректирующих действий.
Для серийного производства применять активный контроль (измерение на станке через щуп и автоматическая коррекция)
Сокращает время контроля и уменьшает вероятность брака.
Обучать операторов основам метрологии
Часто оператор первым замечает отклонение, но не может его квалифицированно измерить.
2.4. Контрольный чек-лист операций контроля качества для программиста
Выбран и поверен измерительный инструмент с погрешностью ≤ 1/5 допуска.
Деталь выдержана при нормальной температуре (20±2°C) не менее 30 минут после обработки.
Измерения проведены в нескольких сечениях, исключая деформированные участки (например, заусенцы).
Результаты сравнены с чертёжными значениями и допусками.
При обнаружении несоответствия проведён анализ причин (станок, инструмент, материал, УП).
Корректирующие действия задокументированы (изменение режимов, подналадка, замена инструмента).
Составлен план выборочного контроля для серии.
Протокол измерений подписан и передан в ОТК.
Итог дня
Седьмой день показал, что работа с измерительным инструментом и контроль качества – это не формальность, а ключевой механизм обратной связи для технолога-программиста. Теоретическая часть описала основные средства измерения, их погрешности и правила применения. Практический кейс с валом-шестерней продемонстрировал полный цикл: от подготовки инструмента, через измерения диаметра, отверстия, биения и шероховатости, до анализа причин брака (биение) и корректировки настройки станка. Программист, владеющий метрологией, способен не только фиксировать брак, но и активно влиять на его предотвращение.
День 8: Материаловедение. Взаимодействие с операторами/наладчиками
Охваченные компетенции
Навык: материаловедение – знание свойств обрабатываемых материалов: как они ведут себя под резцом, как нагреваются и деформируются
Задача: взаимодействие с операторами/наладчиками – объяснение программы, совместное решение проблем, передача знаний о поведении материала в реальном процессе резания
1. Теоретическая часть
1.1. Почему материаловедение критично для технолога-программиста ЧПУ
Материаловедение в контексте механической обработки – это понимание физико-механических свойств заготовки и того, как эти свойства влияют на процесс резания, качество поверхности, стойкость инструмента и безопасность. Без этого знания программист:
не может обоснованно выбрать режимы резания (скорость, подача, глубина);
не может предсказать поведение материала при нагружении (наклёп, вибрации, тепловое расширение);
не может объяснить оператору, почему стружка идёт той или иной формы или почему инструмент перегревается.
Ключевые характеристики материала, важные для обработки:
Характеристика
Обозначение
Влияние на обработку
Твёрдость
HB, HRC
Чем выше твёрдость, тем ниже скорость резания, выше износ инструмента
Предел прочности
σв (МПа)
Определяет усилие резания, потребную мощность станка
Относительное удлинение
δ (%)
Пластичные материалы дают сливную стружку, трудно дробятся
Теплопроводность
λ (Вт/(м·К))
Низкая теплопроводность (титан, нержавейка) → тепло концентрируется в инструменте
Модуль упругости
E (ГПа)
Низкий E (алюминий, пластики) → упругие отжатия, вибрации
Наклёпываемость
–
Нержавеющие и жаропрочные сплавы упрочняются при резании, следующий проход идёт по твёрдому слою
1.2. Группы материалов и особенности их обработки
Конструкционные стали (Ст3, 20, 45, 40Х, 40ХН):
Хорошо обрабатываются, дают сыпучую или сливную стружку в зависимости от режимов.
Рекомендуемые скорости для твёрдого сплава: V = 80–200 м/мин (в зависимости от твёрдости).
Проблемы: наклёп при затупленном инструменте, налипание при низких скоростях.
Нержавеющие и жаропрочные стали (12Х18Н10Т, ХН77ТЮ):
Низкая теплопроводность, высокая вязкость. Тепло уходит в инструмент, стружка не дробится.
Скорости резания V = 30–70 м/мин (в 2–3 раза ниже, чем для конструкционных сталей).
Требуют острых кромок, обильной СОЖ, малых глубин резания.
Чугуны (СЧ20, ВЧ50):
Хрупкие, стружка сыпучая (пыль). Абразивно изнашивают инструмент.
Скорости V = 60–120 м/мин. Не требуют СОЖ (сухая обработка, но с пылеудалением).
Проблемы: поверхностный наклёп при затуплении, выкрашивание кромок.
Алюминиевые сплавы (АД31, Д16Т, АК6):
Высокая теплопроводность, пластичность. Требуют высоких скоростей (V = 300–800 м/мин).
Склонность к налипанию на инструмент (построение режущей кромки). Нужны острые кромки, полированные канавки.
Применяются специальные СОЖ на масляной основе или туман.
Титановые сплавы (ВТ1-0, ВТ22):
Низкая теплопроводность, высокий модуль упругости, химически активны.
Скорости V = 20–50 м/мин, требуют жёсткой системы станок–оснастка–инструмент.
Стружка неломкая, опасность возгорания (мелкая стружка может вспыхнуть).
Пластмассы (капролон, АБС, текстолит, ПВХ):
Низкая теплопроводность, размягчаются при нагреве.
Скорости высокие (V = 200–500 м/мин), но нужен специальный инструмент (острая геометрия, большие передние углы).
Без СОЖ (только обдув), требуется удаление пыли.
1.3. Взаимодействие с операторами и наладчиками – передача материаловедческих знаний
Оператор и наладчик видят процесс «своими глазами» – звук, вибрации, цвет стружки, форму стружки. Программист должен делегировать наблюдательность и дать им понятные критерии:
Форма стружки – сливная (хорошо для пластичных материалов, но опасна наматыванием) требует стружколомов или прерывистой подачи. Сыпучая (элементная) – норма для чугуна.
Цвет стружки (только для стали/нержавейки):
Соломенный – нормально (температура около 200°C).
Синий – перегрев (выше 300°C), нужно снизить скорость или подачу.
Белый – критический перегрев, возможен отжиг инструмента.
Звук – свист (высокочастотные вибрации) – слишком мала подача или большая глубина; глухие удары – возможно, биение инструмента или налипание.
Вибрации – могут быть вызваны нежёсткой оснасткой, длинным вылетом инструмента, неоптимальными режимами.
Программист должен провести инструктаж перед запуском новой программы, указав:
какой материал, его твёрдость и особенности (например, «нержавейка – не терпит остановок подачи»);
критические режимы (минимальная подача для предотвращения наклёпа);
признаки проблем (стружка не дробится, инструмент краснеет – немедленно остановить).
1.4. Типичные производственные проблемы, связанные с материаловедением
Проблема
Материал
Причина
Решение (передаётся оператору)
Быстрый износ пластин
Нержавейка
Низкая скорость резания (налипание)
Повысить V до 60 м/мин, использовать покрытие TiAlN
Стружка не ломается
Алюминий
Отсутствие стружколома, слишком малая подача
Увеличить подачу на зуб до 0,15–0,2 мм, использовать фрезы с полированными канавками
Поверхностные задиры
Титан
Вибрации, остановки подачи
Не останавливать подачу в процессе резания, программировать плавные входы/выходы
Оплавление кромок
Пластмасса
Высокая температура, тупой инструмент
Увеличить скорость, использовать острый инструмент с положительным углом, обдув воздухом
Трещины в детали
Чугун
Ударный вход инструмента
Использовать G02/G03 для плавного врезания, снизить подачу на входе
2. Практическая часть
Пример приведен в ознакомительных профориентационных целях. Все работы необходимо производить только после прохождения инструктажа по технике безопасности и охране труда на рабочем месте, а также при наличии необходимых допусков к работе. При работе с материалами, выделяющими токсичную пыль (стеклотекстолит, некоторые пластмассы), обязательно использовать респиратор и промышленный пылесос. Оператор должен быть предупреждён о свойствах материала до начала работы.
2.1. Исходные данные
Деталь: «Фланец корпуса гидроаппаратуры», материал – нержавеющая сталь 12Х18Н10Т (аналог AISI 321).
Заготовка: прокат ∅150×40 мм.
Операция: фрезерование пазов и карманов на обрабатывающем центре (3 оси).
Инструмент: концевая фреза D10 с покрытием TiAlN (карбид), 4 зуба, вылет 35 мм.
Назначенные программистом режимы (по CAM):
n = 2500 об/мин → V = π×10×2500/1000 ≈ 78,5 м/мин
F = 500 мм/мин → fz = 500/(2500×4) = 0,05 мм/зуб
Глубина резания t = 3 мм, радиальный шаг ae = 6 мм.
Проблема: при пробной обработке оператор сообщает программисту о следующих явлениях:
Фреза сильно греется (через 30 секунд обработки из сопла СОЖ идёт пар).
Стружка – длинная, волнистая, не ломается, наматывается на фрезу.
На поверхности паза видны задиры и следы налипшего металла.
Оператор остановил станок вручную, боясь поломки инструмента.
Задача: программист должен выйти в цех, совместно с оператором проанализировать ситуацию, используя знания материаловедения, скорректировать режимы и дать оператору инструкции по дальнейшей работе.
2.2. Поэтапное решение – взаимодействие и корректировка
Шаг 1. Выход на станок, визуальный осмотр и опрос оператора
Программист подходит к станку, отключает подачу СОЖ (после остановки). Вместе с оператором осматривает:
Инструмент: на режущих кромках заметен нарост металла (налипание), цвет пластин – синеватый (перегрев).
Заготовку: на дне паза – задиры, шероховатость больше Ra 6,3, хотя требуется Ra 3,2.
Стружку: длинные ленты длиной до 200 мм, туго намотанные на фрезу (уже сбиты оператором).
Оператор комментирует: «Материал вязкий, стружка не хочет ломаться. СОЖ подаётся обильно, но всё равно греется».
Шаг 2. Анализ причин на основе материаловедения
Программист вспоминает свойства нержавеющей стали 12Х18Н10Т:
Высокая пластичность (δ > 40%), склонность к налипанию.
Низкая теплопроводность (≈15 Вт/(м·К) против 50 у конструкционной стали).
При низких скоростях резания происходит нарост на кромке, что приводит к ухудшению качества и перегреву.
Диагноз программиста:
Скорость резания 78,5 м/мин находится в нижней части рекомендуемого диапазона для карбида по нержавейке (оптимум 100–150 м/мин). Подача на зуб 0,05 мм – слишком мала для стружкообразования, стружка не ломается и налипает. Глубина 3 мм при ae=6 мм – большая нагрузка на фрезу, тепло не успевает отводиться с материалом.
Шаг 3. Расчёт корректировки режимов (на месте, совместно с оператором)
Программист предлагает изменить параметры, основываясь на справочных данных и опыте:
Повысить скорость резания до V = 120 м/мин (верхняя граница для карбида по нержавейке).
n = 1000×120 / (3,14×10) ≈ 3820 об/мин (допустимо для станка).
Увеличить подачу на зуб до fz = 0,08 мм/зуб (для улучшения стружкообразования).
F = 3820 × 0,08 × 4 = 1222 мм/мин (округляется до 1200 мм/мин).
Снизить глубину резания t с 3 до 1,5 мм, чтобы уменьшить теплонапряжённость.
Уменьшить радиальный шаг ae с 6 до 4 мм для снижения силы резания.
Программист вносит изменения в УП прямо в стойке (или просит оператора временно изменить параметры через окно редактирования) и поясняет каждое изменение.
Шаг 4. Передача знаний оператору и проведение тестового прохода
Программист говорит оператору:
*«Это нержавейка – материал с низкой теплопроводностью. Если мы будем резать слишком медленно или с малой подачей, тепло не уходит в стружку, а идёт в инструмент. Сейчас мы подняли скорость до 3800 и подачу до 1200. Стружка должна стать более ломкой, цвет стружки – соломенный или светло-синий, но не тёмно-синий. После изменения глубины и ширины фрезерования вибрации должны снизиться. Запускай тестовый проход на одной детали, а я постою рядом. Если услышишь визг или увидишь искры – жми стоп. Нормальная стружка – короткая, до 20–30 мм».*
Оператор запускает программу. Наблюдения:
Звук ровный, без вибраций.
Стружка – короткая, витая, длиной 15–25 мм, легко отлетает.
Поверхность паза – чистая, блестящая, без задиров.
Инструмент после прохода тёплый (не горячий).
Шаг 5. Совместное заполнение карты наладки с пометками для оператора
Программист вносит в карту наладки (раздел «Особенности материала и режимы»):
Параметр
Значение
Примечание для оператора
Материал
12Х18Н10Т
Нержавейка, вязкая, низкая теплопроводность
Скорость резания
120 м/мин
Не снижать ниже 100 м/мин
Подача на зуб
0,08 мм/зуб
Не снижать ниже 0,06, иначе налипание
Глубина резания
1,5 мм (черн), 0,3 мм (чист)
Черновая – максимум 2 мм
СОЖ
Эмульсия 8%, давление 8 бар
Направлять струю непосредственно в зону резания
Контроль стружки
Длина 15–30 мм
Если стружка длинная (>50 мм) – увеличить подачу
Аварийные признаки
Синий цвет фрезы, дым, искры
Немедленно остановить, вызвать программиста
Шаг 6. Обучение оператора визуальной диагностике по материалу
Программист проводит 10-минутный инструктаж прямо у станка, показывая:
Образцы стружки: «хорошая» (короткая, витая) и «плохая» (длинная лента).
Цветовую шкалу нагрева на старой пластине (соломенный – норма, синий – перегрев).
Как проверить биение инструмента индикатором (если есть сомнения в зажиме).
Оператор задаёт уточняющие вопросы: «А если деталь из другой партии, с другой твёрдостью?» Программист объясняет: «Если твёрже – снижаем скорость на 20%, если мягче – можно немного повысить подачу. Но в любом случае стружка должна оставаться короткой. При любых сомнениях – звони мне».
Шаг 7. Закрепление результата – пробная партия из 3 деталей
Оператор обрабатывает 3 детали по скорректированным режимам. Контроль ОТК показывает:
Все размеры в допуске.
Шероховатость пазов Ra 2,8–3,1 (удовлетворяет Ra 3,2).
Инструмент выдержал 3 детали без видимого износа (можно продолжить).
Программист сохраняет итоговую версию УП и карту наладки в архиве с комментарием: «Режимы подобраны для 12Х18Н10Т, обязательно использовать СОЖ высокого давления. При смене партии материала проверить твёрдость».
2.3. Рекомендации для эффективного взаимодействия с операторами/наладчиками
Рекомендация
Обоснование
