PRZYKA
AD ZAUTOMATYZOWANEGO DOBORU NARZ
DZI I
PARAMETRÓW TOCZENIA OSTRZAMI Z W
GLIKÓW
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 nmax = 3000 [obr/min] i maksymalna siła zacisku Fu max = 3500 [N], oraz kieł obrotowy PZKk 4.
" Obrabiarka TKX50SN1 i jej dane: moc silnika napÄ™du Ps = 17 [kW], sprawność · = 0.75, wymiary
gniazda narzędziowego h x b: 32x25, maksymalna prędkość obrotowa nmax = 1800 [obr/min].
" Materiał obrabiany to stal 15GA, którą zakwalifikowano do grupy CMC 2.1 (CMC - klasyfikacja
materiałów obrabianych wg firmy Coromant), twardość HBmat = 128.
" Zabieg obróbkowy, z którego wynika, że należy zastosować nóż lewy o kÄ…cie przystawienia ºr > 90°.
" Dane powierzchni obrabianej: średnica D = 90 [mm], długość L = 150 [mm], głębokość skrawania ap = 3
[mm] oraz wymagana chropowatość Ra = 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 ąo musi być właściwy dla danej oprawki,
" PromieÅ„ naroża pÅ‚ytki rµ musi być wÅ‚aÅ›ciwy 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 dz
wigniowy
(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 ap 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 ap [mm]
Min Max Min Max
Bardzo dokładna 0,05 0,15 0,25 2,0
Wykańczająca 0,1 0,3 0,5 2
Średniodokładna 0,2 0,5 1,5 4
Lekko zgrubna 0,4 1 3 10
Zgrubna 0,5 1,5 6 15
Ciężko zgrubna 0,7 > 8 20
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 promieÅ„ naroża pÅ‚ytki rµ, np. dla toczenia Å›redniodokÅ‚adnego zalecany promieÅ„ rµ = 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.) wynikajÄ…cy z umiejscowienia usuwanego naddatku. W rozpatrywanym przypadku dla
usuwanego naddatku należy zastosować nóż lewy o kącie przystawienia
ºr > 90°. W przypadku dużej iloÅ›ci rozwiÄ…zaÅ„ można również uwzglÄ™dnić 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, rµ =0.8, ºr = 91°, pÅ‚ytka TNMG 160408-PM z wÄ™glika 4025.
5. Dobór parametrów katalogowych
Jako kolejne kroki algorytmu doboru parametrów skrawania przyjęto:
1. Odczyt z bazy danych materiału obrabianego: grupy CMC i twardości HBmat.
2. Odczytanie wartości oporu właściwego skrawania kc0.4 oraz typowej twardości HBgr w danej grupie
CMC.
3. Ustalenie zakresu obróbki na podstawie danych z zabiegu obróbkowego. Znając zadaną głębokość
skrawania ap, można, korzystając z tabeli 1, ustalić zakres obróbki, czyli przedział dopuszczalnych
wartości posuwów fmin i fmax. 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
vc 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:
" f1max z zakresu obróbki,
" f2max z dopuszczalnego zakresu posuwów dla gatunku i geometrii płytki,
" f3max z założonej wartości chropowatości Rt (odniesionej do Ra), wg wzoru:
8Å" rµ Å" Rt
f3max = (1)
1000
6. Dla ustalonego posuwu f odczyt odpowiadającej mu prędkości vc, która ustalana jest na podstawie
zależności katalogowych.
7. Korekta wartości prędkości skrawania vc ze względu na:
" twardość rzeczywistą materiału  uwzględnia się różnicę HBmat-HBgr,
" dane techniczno-ruchowe obrabiarki. Uwzględnia się tu maksymalne obroty nmax możliwe do
uzyskania na danej obrabiarce. Prędkość obrotowa wrzeciona n [obr/min]:
1000 Å" vc
n = (2)
Ä„ Å" D
Jeżeli n > nmax to podstawia się n = nmax i oblicza nową wartość prędkości skrawania vc [m/min] wg
wzoru (ale nie wolno przekroczyć dopuszczalnego zakresu prędkości dla danego gatunku węglika,
więc czasem lepiej zmienić węglik!):
Ä„ Å" n Å" D
vc = (3)
1000
8. Ustalenie wartości okresu trwałości ostrza T [min]. Jeżeli prędkość skrawania vc 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 siÄ™:
s
T1 Å" v1
T2 = (4)
s
v2
gdzie: T1, v1  wielkości przed korektą, T2, v2  wielkości po korekcie,
s  wykładnik potęgowy wzoru Taylor a.
9. Korekta oporu właściwego skrawania kc0.4 ze względu na:
" wartość przyjętego posuwu.
" geometrię płytki,
" kÄ…t przystawienia narzÄ™dzia ºr,
10. Obliczenie parametrów:
" Główna siła skrawania Fc [N]:
Fc = kc Å"a Å" f (5)
p
oraz sprawdzenie ograniczenia wynikajÄ…cego z zastosowanego sposobu mocowania PO, np. dla
mocowania PO w uchwycie samocentrującym porównanie obliczonej wartości siły z maksymalną
przenoszonÄ… przez dany uchwyt: Fu max e" Fc,
" Moc skrawania od głównej siły Pc [kW]:
Fc Å" vc
Pc = (6)
60000
oraz sprawdzenie ograniczenia wynikającego z mocy silnika napędu wybranej
obrabiarki: Pe = · Å" Ps e" Pc . Jeżeli moc zostanie przekroczona to możnÄ… jÄ… zmniejszyć poprzez:
redukcję prędkości vc, redukcję posuwu f lub podział głębokości skrawania ap na większą liczbę
przejść (zalecane). Najlepsze wyniki daje redukcja prędkości (ale nie można wyjść poza
dopuszczalny zakres).
" Objętościowa wydajność skrawania Q [cm3/min]:
Q = vc Å" ap Å" f (7)
obliczana dla wszystkich dopuszczalnych rozwiązań stanowi kryterium decydujące o wyborze
danego narzędzia  największa jest najlepsza,
" Czas główny skrawania tg [min]:
L L Å"Ä„ Å" D L Å" D
tg = = = (8)
n Å" f 1000 Å" vc Å" f 318Å" vc Å" f
" Ilość wykonanych sztuk w okresie trwałości ostrza i [sztuk]:
T
i = (9)
tg
" Teoretyczna wysokość nierównoÅ›ci Rt [µm]:
2
f
Rt = Å"1000 (10)
8Å" rµ
W wyniku działania programu otrzymano następujące wyniki: f = 0.37 [mm/obr],
vc = 339 [m/min], n = 1199 [obr/min], T = 21 [min], Fc = 2254 [N], Pc =12.75 [kW], Q = 376 [cm3/min],
tg = 0.338 [min], i = 62 [sztuk].