И приспособлений для станков с ЧПУ

Выбор режущего, вспомогательного инструментов

При обработке на станках с ЧПУ все условия выполнения технологических операций, а именно: выбор режущего и вспомогательного инструментов; конструкции приспособления, задающего определенным образом базирование и закрепление заготовки; последовательность обработки и т. д. должны быть определены на стадии разработки технологического процесса и занесены в программоноситель. В технологическую наладку станка с ЧПУ входят инструменты и приспособления, необходимые для обработки всех поверхностей, а также инструменты, применение которых сокращает время обработки и облегчает обслуживание.

Технологически необходимые инструменты составляют комплект, состав которого зависит от вида заготовки, ее конфигурации, системы ЧПУ и технологических возможностей станка. Например, для токарной обработки в патроне заготовки типа «втулка» из штучной заготовке на станке с контурной системой управления к технологически необходимым относят сверло, резец расточной, резец расточной контурный, резец проходной (при этом чистовая обработка наружного контура, включая фаски и канавки для выхода шлифовального круга, может выполняться контурным резцом). При оснащении станка прямоугольной системой ЧПУ в число технологически необходимых инструментов входят резцы для снятия фасок и прорезки канавок для выхода шлифовального круга. К инструментам, облегчающим условия обработки в данном случае можно отнести сверло большого диаметра или набор сверл, расточную оправку и проходной контурный резец.

Станок с ЧПУ благодаря своим конструктивным решениям (возможность автоматического изменения по программе частот вращения и подач в широком диапазоне) обеспечивает работу инструментов в рекомендуемых для него режимах на каждом переходе.

Инструменты станков с ЧПУ отвечают следующим требованиям: высокая режущая способность, благоприятные условия отвода стружки, стабильность качества и высокая стойкость, возможность настройки на размер вне станка, технологичность изготовления и относительная простота конструкции.

Для обеспечения указанных требований для отдельных групп станков подобраны типовые комплекты (системы) инструментов. Типовой комплект – это минимальный по числу и строго регламентированный по исполнению набор вспомогательных и режущих инструментов, позволяющий реализовать технологические возможности данной группы станков. Такой комплект в сочетании с прибором предварительной настройки должен обеспечить наладку инструмента для работы на станке с ЧПУ.

Режущий инструмент для станков с ЧПУ представлен, как правило, стандартным и специальным инструментами. Специальные инструменты в свою очередь делятся на комбинированные и модульные. Конструкции стандартных инструментов приведены в справочниках, они являются инструментом общего назначения и рекомендуются для использования на различных станках с ЧПУ.

При применении специального комбинированного инструмента позволяет сократить штучное время обработки деталей на 10 … 20 % благодаря уменьшению времени резания и вспомогательного времени. К комбинированным инструментам можно отнести: двухступенчатое сверло, многоступенчатый зенкер и т. д., они обеспечивают высокую производительность и большое количество повторных заточек. Длины ступеней таких зенкеров или сверл равны соответствующим размерам обрабатываемых поверхностей. Комбинированный расточной инструмент представляет собой державку, в которой закреплены сменные головки с резцовыми вставками.

Примером модульной конструкции инструмента является сверла с многогранными неперетачиваемыми пластинами. Такое сверло имеет короткий цилиндрический хвостовик. К режущей части сверла механическим способом крепятся шестигранные неперетачиваемые пластины.

Режущий инструмент, применяемый на станках с ЧПУ подразделяют на мерный, немерный и промежуточный. Мерными инструментами являются развертки, метчики, зенкеры. К немерным относятся резцы, у которых вершина режущей кромки не имеет точных расстояний от трех базовых поверхностей. Промежуточное исполнение имеют стандартные сверла, в диаметральном направлении они являются мерными, а в осевом направлении его вершина занимает переменное положение, в зависимости от числа повторных заточек режущей кромки. Такая классификация режущего инструмента важна для компенсации параметров изнашивания инструмента с помощью системы ЧПУ.

Конструкция вспомогательного инструмента для станков с ЧПУ определяется его основными элементами: присоединительными поверхностями для крепления его самого и режущего инструмента. Устройства, осуществляющие автоматическую смену инструмента и его крепление, определяют конструкцию хвостовика, который должен быть одинаковым для всего режущего инструмента данного станка. Принята конструкция хвостовика с конус-ностью 7:24 (рис. 24.3).

30⁰

30⁰

L

l

t

t

B

Рис. 24.3. Хвостовик оправки для многоцелевых станков

В соответствии со стандартом хвостовики инструмента изготавливают с одним фланцем в стандартном и укороченном исполнениях и с двумя фланцами в стандартном и укороченном исполнениях. Первые два варианта исполнения хвостовиков инструмента предназначены для станков с ЧПУ с ручной сменой инструмента, а последние два − для станков с ЧПУ с автоматической сменой инструмента.

Для получения необходимых размеров деталей без пробных рабочих ходов в соответствии с программой необходимо введение в конструкцию вспомогательного инструмента устройств, регулирующих положение режущих кромок. Для этого применяют различные переходники (адаптеры), у которых хвостовик спроектирован для конкретного станка, а передняя зажимная часть – для инструмента со стандартными присоединительными поверхностями (призматическими, цилиндрическими и коническими по форме). Их размеры регламентированы стандартами, образующими комплект вспомогательного инструмента, состоящий из резцедержателей, патронов, оправок и втулок различных конструкций, предназначенных для крепления режущего инструмента.

К вспомогательному инструменту предъявляются следующие требования: его номенклатура и стоимость должны быть минимальными; крепление режущего инструмента должно обеспечивать требуемую точность, жесткость и виброустойчивость; в необходимых случаях обеспечивать возможность регулирования положение режущих кромок инструмента; инструмент должен быть удобным в обслуживании и технологичным в изготовлении.

Вспомогательный инструмент служит для компоновки специальных функциональных единиц − инструментальных блоков (комбинаций режущего и вспомогательного инструментов), каждый из которых предназначен для выполнения конкретного технологического перехода.

Приспособления к станкам с ЧПУ должны отвечать ряду специфических требований, несоблюдение которых снижает эффективность их использования. К этим требованиям относятся: повышенная точность приспособления; погрешности базирования и закрепления должны быть минимальными. На станках с ЧПУ можно обрабатывать до четырех-пяти поверхностей с одной установки заготовки, поэтому приспособления должны обеспечивать подход инструмента ко всем обрабатываемым поверхностям, а также допускать смену заготовок во время работы станка. Вместе с тем приспособления должны легко сменяться и переналаживаться. Наиболее эффективно применение переналаживаемых приспособлений, обеспечивающих обработку широкой номенклатуры заготовок за счет перекомпоновки устройств, смены или регулирования установочных и зажимных элементов. Приспособления для обработки малогабаритных деталей должны быть многоместными, так как при этом возможна обработка сразу нескольких деталей одним инструментом.

Универсально - безналадочные приспособления (УБП). Конструкции УБП представляют собой механизм долговременного действия с постоянными регулируемыми (несъемными) элементами для установки различных заготовок. К таким приспособлениям относятся: центры, поводковые устройства, оправки, патроны различных типов, цанговые зажимы, магнитные и электромагнитные плиты. УБП применяется для станков с ЧПУ в мелкосерийном производстве.

Универсально – наладочные приспособления (УНП). Они обеспечивают установку конкретной заготовки при помощи специальной наладки. УНП состоят из универсального базового агрегата и сменных наладок. Базовая часть приспособления представляет собой механизм долговременного действия, предназначенный для многократного применения в различных компоновках. Сменная наладка – это элементарная сборочная единица, гарантирующая надежное фиксирование конкретной заготовки в базовом приспособлении.

На рис. 24.4. приведены эскизы сменных наладок к нормализованным скальчатым кондукторам.

а б

Рис. 24.4. Сменные наладки к нормализованному скальчатому кондуктору

В приспособлении, показанном на рис. 24.4, а, нижняя наладка представляет собой плиту 7, которая на корпусе скальчатого кондуктора фиксируется двумя штифтами 1 и винтом 2. На этой плите устанавливают обрабатываемую заготовку 6. Верхняя наладка (плита 5) с зажимным элементом 3 и кондукторными втулками 4 фиксируется на плите кондуктора с нижней стороны аналогичным образом, т. е. штифтами и винтом. В приспособлении, показанном на рис. 5.4, б, нижняя наладка (плита 7) заменена призмой для крепления цилиндрических заготовок 6. Осевая ориентация заготовки достигается при помощи упора 8. Верхняя наладка имеет зажимные элементы 3 и кондукторную втулку 4. Возможны и другие варианты создания УНП на базе скальчатого кондуктора, например, для сверления отверстий в деталях класса рычагов.

УНП целесообразно применять на станках с ЧПУ в мелкосерийном производстве при использовании групповых методов обработки.

Специализированные наладочные приспособления (СНП). Эти приспособления обеспечивают базирование и закрепление типовых по конфигурации заготовок различных размеров в заданном диапазоне. Компоновка СНП состоит из базового агрегата и сменных наладок для отдельных деталей. В системе СНП многоместные приспособления дают возможность производить смену заготовок за пределами станка. Область применения СНП на станках с ЧПУ – серийное производство.

Универсально – сборные приспособления (УСП). Система УСП состоит из набора нормализованных деталей, из которых по принципу универсальной собираемости и взаимозаменяемости собираются различные приспособления одноцелевого назначения. Фиксация элементов и узлов осуществляется по принципу «шпонка - паз». Наиболее эффективно применение этой системы в опытном и мелкосерийном производствах. После использования приспособления разбирают и отправляют на склад, затем из них могут быть собраны другие компоновки. Система УСП универсальна в отношении изготовления приспособлений, а сами приспособления получаются специальными.

Комплект УСП представляет собой набор из 25000 – 30000 деталей и некоторое количество неразборных узлов. Из этого комплекта можно собрать одновременно до 300 приспособлений. На детали и узлы УСП разработан комплекс ГОСТов (примерно 700).

Все детали комплекта УСП можно разделить по своему целевому назначению на семь групп:

I. Базовые детали: прямоугольные плиты, планшайбы, базовые угольники, базовая сторона которых снабжается Т – образными пересекающимися пазами;

II. Корпусные и опорные детали: призмы, угольники, подкладки и опоры различной конфигурации, также снабженные Т – образными пазами, прорезями и отверстиями для выполнения различных компоновок;

III. Установочные детали: шпонки, пальцы, переходные втулки, фиксирующие штыри;

IV. Направляющие и прижимные детали: кондукторные втулки различных типов, кондукторные планки, колонки, прихваты различных типов и их элементы;

V. Детали для соединения: винты, болты, шпильки, гайки, шайбы;

VI. Разные детали: рукоятки, планки, эксцентрики, пружины, детали шарнирных соединений и т. д.

VII. Нормализованные неразборные узлы: регулируемые по высоте опоры, зажимы, делительные устройства и т. д.

На начальной стадии эксплуатации используется сокращенный набор элементов УСП из 1500 – 2000 деталей. Такого количества деталей вполне достаточно для сборки 300 – 400 компоновок приспособлений в год. Некоторые детали набора УСП показаны на рис. 24.5.

Для сборки приспособления из деталей УСП составляется компоновочная схема. Сборку производят рабочие высокой квалификации. Собранное приспособление фотографируют с нескольких позиций и хранят фотографии на случай если потребуется такое же приспособление. На фотографии указывают номера деталей использованных из комплекта УСП. В перспективе при необходимости сборки такого же приспособления фотография используется в качестве компоновочной схемы. В особых случаях изготавливают специальные детали, расширяющие возможности УСП, но их количество не должно превышать 1,0…1,5 % общего числа деталей системы. Продолжительность сборки приспособления средней сложности составляет 2…4 часа. Применение УСП позволяет многократно сократить время изготовления приспособлений, т. е. время подготовки производства.

Рис. 24.5. Примеры некоторых основных деталей УСП

Основные детали УСП выполняют с Т – образными пазами, продолговатыми прорезями, гладкими и резьбовыми отверстиями. Это позволяет использовать одни и те же детали для получения различных компоновок приспособлений. Пазы выполняют с шагом 60 ^+0,05 и шириной 8, 12 и 16 мм. Допускаемое отклонение пазов от взаимной параллельности и перпендикулярности не более 0,01 мм на 200 мм длины. Технические условия на детали с пазом шириной 8 мм регламентированы ГОСТом 14607 – 81.

Корпусные и опорные детали УСП изготавливают с точность. 4…5 квалитета. Сопрягаемые поверхности этих деталей обрабатывают шлифованием до Rа = 0,32…0,08 мкм. Размеры других деталей, от которых зависит точность собираемых компоновок приспособлений, выполняются с точностью (допуском) 5…10 мкм. Угловые допуски принимаются 5 мкм на 100 мм длины. Точность деталей комплекта, от которых не зависит точность обработки, принимают по 6…9 квалитетам. Наборы УСП выпускаются нескольких классов точности, каждый из которых предназначен для обработки деталей соответствующей точности.

Детали УСП должны быть прочными, износостойкими и длительное время охранять форму и размеры. Основные детали комплекта изготавливают из стали 12ХН3А с последующей цементацией и термической обработкой до твердости HRC 60…64. Крепежные детали изготавливают из стали 38ХА с термообработкой до твердости HRC 40...45. Направляющие и установочные детали изготавливают из углеродистых инструментальных сталей У8А и У10А с последующей термообработкой до твердости HRC 50…55. Менее ответственные детали изготавливают из сталей 45 (прихваты) и стали 20 (шайбы и другие детали). Практика эксплуатации УСП показала, что детали, изготовленные из приведенных выше сталей, за 10 лет эксплуатации изнашиваются на величину менее 10 мкм (0,01 мм).

Система УСП обеспечивает значительное сокращение времени и затрат на подготовку производства новых изделий. В последнее время стали применять приспособления собранные из комплекта УСП и для групповой обработки деталей. Особенно эффективно применение УСП в производствах с малой программой выпуска изделий (например, мелкосерийное), где изготовление приспособлений обычным порядком неэкономично.

Универсально – сборные механизированные приспособления для станков с ЧПУ (УСМП - ЧПУ). Данные приспособления являются развитием УСП. Компоновки специальных приспособлений системы УСМП – ЧПУ предназначены для установки заготовок на станках с ЧПУ фрезерной и сверлильной групп в условиях единичного и мелкосерийного производств. Основой комплектов системы УСМП – ЧПУ являются гидравлические блоки, представляющие собой базовые плиты УСП с сеткой пазов и встроенными гидроцилиндрами, а также плиты без гидроцилиндров.

Сборно – разборные приспособления (СРП). Компоновки собираются из стандартных деталей и сборочных единиц, фиксируемых относительно друг друга системой «палец - отверстие». Для этой цели в базовых деталях имеются сетки точных координатно – фиксирующих отверстий. Обрабатываемые заготовки и сборочные единицы компоновок СРП крепятся на базовых деталях. Приспособления переналаживаются путем перекомпоновки, регулирования положения базирующих и зажимных элементов или замены сменных наладок.

Неразборные специальные приспособления (НСП). Специальные приспособления предназначены для выполнения только определенных технологических операций. Представляют собой не переналаживаемые приспособления одноцелевого назначения. Эти приспособления применяются в крупносерийном и массовом производствах, где за каждым рабочим местом закреплена определенная операция. В изготовлении они трудоемки и дорогостоящие, т. к. изготавливают их методами единичного производства (индивидуально). При запуске в производство нового изделия, ранее использовавшиеся специальные приспособления становятся непригодными. Их конструируют и изготавливают вновь для выполнения новых задач. Это занимает около 80% времени на технологическую подготовку производства. Специальные приспособления высокопроизводительны, за счет применения быстродействующих зажимных устройств и выполнения многоместной или многоинструментальной обработки. Очень часто их автоматизируют.

На станках с ЧПУ НСП целесообразно применять лишь в том случае, если невозможно применить ни одну из универсальных переналаживаемых систем. Конструкция такого приспособления для станка с ЧПУ должна быть максимально упрощена.

Дата добавления: 2014-01-07