Современное машиностроение немыслимо без высокопроизводительных автоматических линий. Динамика производства, четкий ритм, стабильное качество это важнейшие слагаемые автоматизированного производства. Высокая концентрация одновременно выполняемых технологических операций, применение разнообразного инструмента, внедрение прогрессивных методов обработки в этом заключается совершенное сочетание технической мысли и творения человеческих рук.
В машиностроении сложнейшие формы деталям можно придавать методом пластического деформирования металлов или же путем снятия стружки при помощи инструмента лезвийного, абразивного, алмазного. Рассмотрим некоторые особенности конструкции инструментальной оснастки станков с ЧПУ включающей специальные лезвийный и вспомогательный инструмент. Изучим методы и средства контроля оснастки и настройки.
Чтобы отвечать требованиям современного автоматизированного производства инструмент должен быть быстросменным и взаимозаменяемым. Например, для выполнения расточных операций быстросменность инструмента достигается использованием взаимозаменяемых резцовых вставок. После их закрепления в расточной оправке выполняется контроль и настройка в специальным индикаторном приспособлении. Это обеспечивает высокую точность и качество работы.
Твердосплавные неперетачиваемые режущие пластинки широко применяются во фрезах, резцах. Например, в некоторых резцах пластинка крепится при помощи винта взаимодействующего с рычажком. На эту операцию затрачивается всего несколько секунд.
Минимальные затраты времени на замену режущего инструмента играют важную роль в поддержании четкого ритма и динамики производства. Высокая эффективность использования твердосплавных неперетачиваемых пластинок проявилось в дорогостоящем протяжном инструменте. Замена режущих элементов может проводиться непосредственно на станке, это значительно сокращает время настройки инструмента.
Твердосплавные неперетачиваемые пластинки с механическим креплением могут применяться и при оснащении сверлильного инструмента. Пластинки разнообразны по формам и размерам.
В некоторых фразах они имеют форму шестигранника. Поворотом пластинки заменяется износившийся грань на новую. Фреза после контроля и настройки на индикаторном приборе готова к работе.
Неперетачиваемые твердосплавные пластинки применяемые в различных инструментах постоянно совершенствуется. Чтобы улучшить режущие свойства и повысить стойкость пластинок ученые и специалисты разработали вакуумно-плазменную технологию упрочнения инструмента. В плазменной установке, символически названой «Булат», бушующая плазма титана соединяясь с азотом образует на поверхности инструмента пленку нитрида титана толщиной 5-8 мкм. Обладая чрезвычайно высокой твердостью эта пленка повышает износостойкость инструмента в 3-5 раз.
Для отделочных операций широко используется пластинки из минералокерамики обладающие отличными режущими свойствами и высокой стойкостью. Эти пластинки могут иметь различную композиционную основу.
Для нормальной работы автоматического оборудования важное значение имеет формирование стружки. При этом немаловажную роль играет конструкция самого инструмента. Для заливания и дробления стружки он оснащается специальными канавками и накладными пластинками.
При металлообработке, как известно, применяется смазочно-охлаждающая жидкость. Центральные каналы в инструменте позволяют подавать охлаждающую жидкость непосредственно в зону резания.
Широкое применение получают эжекторные сверла. По наружным каналам инструмента жидкость подается в зону резания, а часть ее отводятся по центральному каналу создавая эффект эжекции, причем жидкость отсасывается вместе со стружкой.
Для сверления глубоких отверстий, без промежуточного вывода инструмента, широкое применение нашли сверла с крутой винтовой спиралью - шнековые.
Такие же операции, при обработке распределительных валиков автомобилей, выполняет и пушечные сверла. Для подвода охлаждающей жидкости в зону резания они оснащены центральными каналами.
В автоматизированном производстве также используется комбинированный режущий инструмент, позволяющие совмещать несколько операций на одной технологической позиции.
Для нарезания резьбы применяют радиальные плоские гребенки монтируемые в специальные головки. Гребенки бывают круглыми. Налаженная резцовая головка устанавливается на шпиндель станка и приводится в действие механизмом сообщающий гребенкам радиальное рабочие перемещение.
Формирование резьбы в автоматических линиях может выполняться также с помощью резьбонакатных головок. Резьбонакатка способствует поверхностному упрочнению обрабатываемых деталей, что повышает их износостойкость и надежность работы в различных машинах и механизмах.
Традиционному метчику пока нет достойного конкурента при нарезании внутренней резьбы.
Для быстрой смены режущего инструмента нужна вспомогательная оснастка. Например, для сверл и зенкеров такой оснастка является удлинитель, для расточных резцов - оправка, для метчиков - специальные патроны со вставками. Вспомогательные оснастка позволяет быстро и точно настроить инструмент вне станка. Гайкой удлинителя настраивается линейный размер инструментальной наладки. Затем гайка стопорится и инструмент готов к работе.
Для крепления развертки используется плавающий патрон. В корпусе патрона установлена втулка с дорожкой для шариков на который перемещается крестовина. На ней вторая дорожка перпендикулярная первой. Сверху расположен хвостовик закрепляемый в шпиндель станка.
Для формирования резьбы, при обработке деталей метчиками, в автоматизированном оборудовании могут применяться специальные копирные устройства монтируемые в кондукторных плитах. Кондукторные плиты направляющие инструмент могут быть связаны со шпиндельными коробками, либо неподвижно закреплены на станке.
Вспомогательной оснасткой для блока дисковых фрез является цилиндрическая оправка, после контроля и настройки которой, блок готов к работе.
При выполнении токарных операций в автоматических линиях роль вспомогательной оснастки играют резцедержки. После настройки, при помощи индикаторных приборов, резцедержки устанавливается в рабочем положении на суппортах станков.
Инструментальная оснастка размещенная в гнездах специального стенда, перед установкой на станок, настраивается в приспособлениях. Точность настройки сверл, зенкеров может контролироваться при помощи подвижного стержня с уступами определяющими границы допуска. При повышенных требованиях к настройке инструмента, контроль выполняется индикаторными приспособлениями с точностью до 0,01 мм. Это обеспечивает требуемое качество обработки деталей и надежную работу автоматического оборудования.
Резцовый инструмент для выполнения токарных или расточных работ может настраиваться при помощи специальных шаблонов или универсального мирителя. Такой метод настройки резцовых инструментальных блоков дает точность обработки в пределах 0,1 мм. Для более точной регулировки инструментов предназначенных для расточных операций служит индикаторный прибор «Наездник». После настройки по эталону «Наездник» переносится на рабочую оправку и по нему контролируется положение резца. Конструкции индикаторов и эталонов могут быть различны в зависимости от условий эксплуатации оборудования.
Надежная работа автоматической линии во многом зависит от состояния инструмента, которое может контролироваться косвенно проверкой и наличием обработанных отверстий. Если при работе сверло сломалось - подается сигнал на остановку линии.
Контроль может выполняться и непосредственно при помощи контактных щупов, специальных приборов регистрирующих нагрузку на инструмент. Измерительные устройства и приборы управляют системами автоматической подналадки инструмента при его размерном износе. Сигналы от измерительного устройства через комплекс преобразующих, усиливающих и анализирующих блоков поступает в исполнительные устройства. Оно управляет подналадкой инструмента. Контроль точности и подналадка выполняется при обработке как внутренних, так и наружных поверхностей.
Одной из форм обслуживания автоматических линий являются принудительная смена инструмента. Счетчики рабочих циклов указывает группу инструмента у которого истек ресурс.
Надежность работы автоматических линий достигается также и внедрением электронных систем управления и диагностики. Информация о состоянии агрегатов, механизмов и инструментальной оснастки позволяет наладчику оперативно устранять неполадки.
Над повышением эффективности автоматизированного оборудования неустанно работают ученые и специалисты, ведущие коллективы предприятий и научно-исследовательских институтов. Результатом дерзания человеческой мысли становятся новые совершенные конструкции инструментальной оснастки. Сегодняшний день автоматики видится в новой совершенной техники, в заводских цехах, где из металла рождаются автомобили, тракторы, комбайны подшипники, изделия различного народнохозяйственного назначения.
Динамика развития науки и техники неразрывно связана с дальнейшим совершенствованием автоматических линий, проектированием металлорежущих инструментов новых типов и их внедрением в производство.
Система инструментальной оснастки станков
Требуемая точность обработки и надежность станка в значительной степени определяются правильным выбором режущего инструмента. Основными элементами системы инструментальной оснастки станков с ЧПУ (рис. 1) являются оправки, патроны и втулки, хвостовики которых имеют конусность 7:24. На базе этих элементов можно собирать инструментальные блоки, закрепляемые в шпинделе станка. Возможные сборочные компоновки показаны стрелками. Предусмотрены варианты оснастки также для станков с конусами Морзе.
Оправки для насадных фрез предназначены для крепления торцовых и цилиндрических фрез. Допустимое биение цилиндрической части относительно оси конуса не более 0,01 мм, торцовое биение поводка в сборе не более 0,02 мм. Цанговые патроны являются главным средством крепления инструмента с цилиндрическими хвостовиками.
Рис. 1. Система инструментальной оснастки станков
Рекомендуются патроны (рис. 2, а), имеющие цанги повышенной эластичности, с большим числом прорезей с каждого торца. Для получения больших усилий затяжки инструмента конусность цанги выбирается 1:5. В патроне можно закреплять инструмент с хвостовиком диаметром 340 мм, обеспечивая необходимый вылет и регулирование положения вершины инструмента. Нерегулируемые переходные втулки служат для крепления инструмента с коническим хвостовиком. Они имеют внутренний конус Морзе и наружный конус 7:24. В таких втулках можно крепить хвостовики с конусом Морзе № 1-5 как сладкой, так и с резьбовым концом. Переходные державки служат для крепления в них цилиндрических регулируемых втулок. Соединение осуществляется по скользящей посадке. Вылет инструмента с точностью до 0,1 мм регулируют с помощью специальных гаек. Такой способ крепления и регулирования рекомендуется для сверл, зенкеров и разверток.
Среди инструментальной оснастки станков предусматривается значительное число расточных оправок для чистовой и черновой обработки. Эти оправки рекомендуются для чистовой обработки отверстий до 2-го класса точности диаметром 20-250 мм. Они могут быть изготовлены с прямыми и наклонными гнездами под резцовые вставки с микрометрическим регулированием. В оправках для чернового растачивания отверстий диаметром 20-320 мм предусмотрено использование стандартных расточных резцов.
Рис. 2. Инструментальная оснастка: а - цанговый патрон; б - оправка
Требования к инструментальной оснастке станка
Стандартный режущий инструмент должен иметь высокое качество и точность изготовления. Нецентричность сердцевины спиральных сверл не должна превышать 0,1 мм, их радиальное биение в зависимости от диаметра допускается не более 0,03-0,1 мм, осевое биение режущих кромок не более 0,04-0,08 мм и смещение поперечной режущей кромки не более 0,04-0,08 мм. Хвостовики сверл для более точного и жесткого их крепления в цанговых патронах целесообразно выполнять без обратной конусности. При обработке отверстий с точными координатами эффективно использование коротких сверл (длиной, равной 45 диаметрам).
Перед сверлением точных по форме и расположению отверстий рекомендуется производить центровку укороченными сверлами с углом при вершине 90°. Диаметры этих сверл должны быть больше или равны диаметру обрабатываемых отверстий. Биение режущей части зенкеров и разверток не должно превышать соответственно 0,03-0,05 и 0,02-0,03 мм в зависимости от диаметра. Радиальное биение калибрующей части разверток относительно оси хвостовика или посадочного отверстия не должно превышать 0,01-0,015 мм. Фрезы торцовые насадные необходимо выполнять с отверстием по 1-му классу точности; биение зубьев фрез не должно превышать 0,03-0,05 мм. Наружный диаметр концевых фрез должен быть выполнен по 2-му классу точности. Для нарезания резьб в автоматическом цикле следует применять метчики повышенной точности со шлифованным профилем.
Помимо инструментальной оснастки станка с ЧПУ существенно повышает эффективность обработки применение специальных режущих инструментов:
- спиральные комбинированные ступенчатые сверла, предназначенные для совмещения операций сверления отверстий и снятия фасок или зенкерования под головки стандартных винтов;
- сборные перовые сверла со сменными режущими пластинами при обработке неглубоких отверстий диаметром 30-100 мм;
- головки для кольцевого сверления;
- многозубчатые расточные головки.
На рис. 2, б показана расточная оправка для отверстий диаметром свыше 45 мм.