Сверление Отверстий На Станке С Чпу

Сверление отверстий на станке чпу - это процесс изготовления цилиндрических отверстий посредством металлорежущего инструмента на фрезерном и сверлильном оборудовании с числовым программным управлением. Сверление является основным способом получения отверстий.

Операцию сверления можно выполнять на различном оборудовании, таком как: сверлильный станок, фрезерный станок, сверлильно-фрезерные станки с ЧПУ. Сверление на станке, как правило, предшествует таким операциям как растачивание или развертывание. Общим для всех этих операций является сочетание вращательного и поступательного движения инструмента. Существует большое различие между сверлением отверстий небольшой глубины и глубоких отверстий, для обработки которых разработаны специальные методы, позволяющие сверлить отверстие глубиной, во много раз превышающей диаметр инструмента.

С развитием инструмента для обработки коротких отверстий последовательность процесса сверления на станках с чпу и подготовка к нему претерпевают существенные изменения. Современный инструмент позволяет засверливаться в сплошной материал и не нуждается в предварительной зацентровке отверстий. Достигается высокое качество поверхности и, зачастую, отпадает необходимость в последующей чистовой обработке отверстия.

В некотором смысле сверление на станке с чпу можно сравнить с операциями точения и фрезерования, но при сверлении уделяется большее значение эвакуации стружки. Обработка в ограниченном пространстве отверстия накладывает повышенные требования в отношении контроля за стружкообразованием.

Сверление в сплошном материале является одним из наиболее распространенных методов изготовления отверстия заданного диаметра за одну операцию (рис. 1, а).

Трепанирующее сверление на станках используется, в основном, при обработке отверстий большого диаметра, так как этот метод не требует таких затрат мощности, как сверление сплошного материала. Трепанирующие сверла превращают в стружку не весь материал отверстия, а оставляют целым сердцевину отверстия и, следовательно, предназначены только для обработки сквозных отверстий (рис. 1, б).

Растачивание - это процесс увеличения диаметра отверстия инструментом специальной формы (рис. 1, в).

Развертывание - это процесс, использующий много- или однолезвийный инструмент для повышения точности формы и размеров отверстия, а также снижения шероховатости поверхностей (рис. 1, г).

Рис. 1. Обработка отверстий на станках с чпу: а - сверление; б - трепанирующее сверление; в - растачивание; г - развертывание.

Режимы резания при сверлении отверстий на станке с чпу задаются такими параметрами, как скорость резания, подача на оборот, скорость подачи или минутная подача (рис. 2). Скорость резания (vc) выражается в м/мин и определяет скорость на периферии сверла.

Скорость резания изменяется вдоль режущей кромки от максимума на периферии до нуля на оси сверла. Рекомендуемые значения скорости относятся к скорости на периферии сверла.

Подача на оборот (rn), измеряемая в мм/об, определяет величину осевого перемещения инструмента за один его оборот и используется для вычисления скорости осевой подачи сверла.

Рис. 2. Основные параметры при сверлении

Скорость подачи или минутная подача (vf), измеряемая в мм/мин, это подача инструмента по отношению к пройденному им пути в единицу времени. Другое название этой величины – машинная подача, или подача стола. Скорость, с которой сверло проникает в заготовку, равняется произведению подачи на оборот и скорости вращения шпинделя.

Основные факторы, характеризующие операцию сверления на станке:

• диаметр отверстия;
• глубина отверстия;
• точность и качество поверхности;
• обрабатываемым материал;
• условия обработки;
• надежность обработки;
• производительность.

Образование стружки с формой и размерами, позволяющими легко удалять ее из отверстия, является первоочередным вопросом при рассмотрении любой операции сверления (рис. 3). Без удовлетворительной эвакуации стружки, работа сверла станет невозможной вследствие забивания стружечных канавок и закупоривания сверла внутри отверстия.

Рис. 3. Образование и удаление стружки, подвод СОЖ при сверлении

Высокопроизводительная обработка отверстий современными сверлами на портально сверлильном станке с чпу возможна только при обеспечении беспрепятственного отвода стружки посредством использования достаточного количества охлаждающей жидкости.

Большинство коротких сверл имеет две стружечные канавки для эвакуации стружки. Современное оборудование и инструмент позволяют осуществлять подвод СОЖ по внутренним каналам в сверле, через которые она поступает непосредственно в зону резания, уменьшая действие сил трения и вымывая стружку из отверстия.

Стружкообразование зависит от типа обрабатываемого материала, геометрии инструмента, режимов резания и, в некоторой степени, от выбранной охлаждающей жидкости. Обычно мелкая стружка образуется при увеличении подачи и/или уменьшении скорости резания. Длина и форма стружки считаются в норме, если они позволяют гарантированно удалять ее из обрабатываемого отверстия.

Поскольку скорость резания уменьшается от периферии к центру, вершина сверла не будет участвовать в резании. На вершине сверла передний угол отрицательный и скорость резания равна нулю, а это означает, что она будет просто давить материал, что повлечет за собой появление пластической деформации. В свою очередь, это приведет к увеличению осевой силы резания. Если оборудование не имеет достаточной мощности и жесткости, появляется биение шпинделя и, в результате, форма отверстия может получиться овальной.

Сверление отверстий на станке чпу при помощи современных сверл со сменными пластинами позволяет вести обработку с высокими скоростями и большими объемами образующейся стружки, которая вымывается из отверстия потоками охлаждающей жидкости, подающейся под определенным давлением по внутренним каналам. Необходимые давление (МПа) и объем (л/мин) СОЖ зависят от диаметра отверстия, а также от условий обработки и типа материала заготовки.

При внутреннем подводе СОЖ для вращающегося сверла ее давление должно быть выше, по сравнению со сверлом невращающимся, из-за влияния центробежной силы. В этом случае рекомендуется компенсировать недостаток давления дополнительным объемом жидкости. Определенные потери давления при прохождении по трубопроводам должны также учитываться при подводе СОЖ.

Для выбора сверла для станка с чпу необходимо:

• Определить диаметр, глубину и требования по качеству поверхности отверстия (принимаются во внимание вопросы надежности обработки).
• Выбрать тип сверла (выбрать сверло для черновой или чистовой обработки, в соответствии с обрабатываемым материалом и требованиями к качеству отверстия, и обеспечивающее максимальную экономичность обработки).
• Выбрать марку сплава и геометрию (при использовании сверл со сменными пластинами, пластины должны быть выбраны отдельно, в соответствии с диаметром сверла, геометрией и сплавом, предназначенными для обработки данного материала; для цельных сверл и сверл с напаянным твердым сплавом достаточно выбрать марку твердого сплава).
• Выбрать тип хвостовика (выбрать тот тип, который подходит для используемого оборудования).

С появлением станков с ЧПУ наиболее распространенным и успешным применением было их использование для сверления. Большинство разработок представляло собой координатный стол с управлением от ЧПУ, устанавливаемый под траверсой радиально-сверлильного станка. В тот период рекламировалась экономия, достигаемая тем, что больше не нужны кондукторы и специальные зажимные приспособления. Однако накопленный потребителями опыт показал, что экономия, достигаемая за счет устранения кондукторов, часто оценивалась неправильно. В результате исследований установлено, что оператор, работающий на радиально-сверлильном станке с кондуктором, может вести позиционирование отверстий быстрее, чем это может быть сделано системой ЧПУ (это особенно характерно для систем с малой скоростью позиционирования). Даже в тех случаях, когда система ЧПУ может дать выигрыш во времени, более высокая часовая стоимость эксплуатации станка с ЧПУ приводит к удорожанию обработки. Используя ЧПУ станок происходит общее снижение расходов благодаря значительному уменьшению времени на пригонку.

Пример: Обрабатываемая деталь - дверь (рис. 4) из низкоуглеродистой стали. При обработке с использованием ЧПУ применяют сверлильный станок портального типа, при обычном методе обработки - радиально-сверлильный станок. Операции: сверление, зенкование и нарезание резьбы в 137 отверстиях диаметром 3/16 - 1 3/4 in. Детали обрабатывают партиями из 60 деталей по 12 партий в год.

Рис. 4. Сверлильные операции на детали «Дверь»

Уменьшение времени, необходимого на пригонку и сборку, объясняется в основном следующим. Во всех дверях имелся ряд одинаковых отверстий, в каждой двери, в то же время имелось по нескольку неповторявшихся отверстий, расположенных в соответствии с требованиями потребителей. Было очень просто добавить эти дополнительные отверстия к программе обработки и при этом сохранить высокую точность. При обычных методах обработки дополнительные отверстия необходимо было разметить, и они поэтому не были выполнены с точностью, достижимой при использовании кондукторов.

Наилучшим использованием сверлильного станка совместно с координатным столом с ЧПУ можно считать случай, когда вообще нецелесообразно применять кондуктор, например из-за того, что малы размеры партий обрабатываемых деталей. При этом экономия достигается из-за отсутствия разметки, а также и во время самого сверления, так как на станке с ручным управлением намного труднее попасть в центр, размеченный керном.

Пример: Обрабатываемая деталь - фланец (рис. 5) из латуни. При обработке с использованием ЧПУ применяют координатный стол и радиально-сверлильный станок. При обычном методе обработки - радиально-сверлильный станок. Операции: сверление шести отверстий диаметром 15/32 in, расположенных по окружности диаметром 5 1/8 in через 60°. Детали обрабатывают партиями из восьми штук.

Рис. 5. Операции сверления на детали «Фланец»

Что касается скорости индексирования головок, то во многих случаях еще имеется широкое поле деятельности в направлении дальнейших улучшений конструкций с тем, чтобы скомпенсировать дополнительные расходы, вызванные добавлением поворотной головки. Однако нет сомнений, что принятый принцип оправдан так как при добавлении команд на изменения подачи и скорости цикл обработки становится полностью автоматическим и совершенно не зависит от «эффективности» и старательности рабочего.