Вспомогательный Инструмент Для Фрезерных Станков с ЧПУ

Вспомогательный инструмент для фрезерных станков – это оборудование, обеспечивающее качественную и высокоточную обработку материала. Подобные устройства позволяют повысить производительность и скорость производства. При работе с фрезерными станками задействуются элементы с определенной комплектацией. Без вспомогательных инструментов область выполняемых функций весьма ограничена.

Можно сформулировать следующие требования к вспомогательному инструменту для фрезерных станков с ЧПУ:

• крепление режущего инструмента с требуемыми точностью, жесткостью и виброустойчивостью;
• возможность регулировки положения режущих кромок относительно координат технологической системы станков с ЧПУ;
• расширение технологических возможностей станков с ЧПУ;
• концентрация технологических переходов;
• удобство в эксплуатации заключающееся в быстрой смене, простоте сборки, наладки;
• возможность выполнять все технологические операции, предусмотренные техническими характеристиками фрезерного станка;
• технологичность изготовления;
• легко и быстро устанавливаться и сниматься;
• иметь межразмерную унификацию;
• обеспечивать настройку инструмента вне станка

Пример комплекта вспомогательного инструмента многоцелевого станка ЧПУ показан на рис. 1.

В систему (рис. 1) включены оправки насадных фрез 1, 2, предназначенные для крепления торцовых, трехсторонних, цилиндрических и других фрез. Цанговые патроны 3, 4, 16 предназначены для крепления инструмента с цилиндрическим хвостовиком, стандартных сверл, зенкеров, разверток, фрез диаметром 3-20 мм и специальных фрез диаметром 20-50 мм. Нерегулируемые переходные втулки 5, 6 предназначены для инструмента с конусом Морзе от 2-5.

Рис. 1. Вспомогательный инструмент для фрезерных станков с ЧПУ

Системой вспомогательного инструмента для фрезерных станков предусмотрена номенклатура расточных оправок для чистовой и черновой обработок. Включены оправки 9 для чистовой обработки отверстий диаметром 50-180 мм, изготовляемые с наклонными гнездами под резцовые расточные вставки с микрометрическим регулированием. В однолезвийных оправках 8 для чернового растачивания отверстий диаметром 50-180 мм предусмотрено использование стандартных расточных резцов, устанавливаемых в державку.

В качестве адаптера в системе используются переходные державки, состоящие из корпуса с внутренним цилиндрическим отверстием и винта для фиксации положения закрепляемого хвостовика 7.

В державках закрепляются:

• переходные цилиндрические втулки 10;
• оправки для насадных зенкеров и разверток 12;
• патроны для метчиков 13;
• расточные оправки 14;
• расточные патроны 15.

Комплект вспомогательного инструмента фирмы Sandvik Coromant показан на рис. 2. В состав комплекта входят набор хвостовиков, отвечающих требованиям различных стандартов; переходники, предназначенные для увеличения вылета инструмента; набор патронов для крепления насадных фрез и концевого инструмента; набор черновых и чистовых расточных оправок, а также концевых фрез и сверл, имеющих унифицированные присоединительные поверхности Coromant Capto.

Рис. 2. Вспомогательный инструмент для фрезерных и сверлильных станков фирмы Sandvik Coromant

При работе на фрезерных станках с чпу с высокими частотами вращения шпинделя (более 10000 об/мин) одним из основных требований к вспомогательному инструменту являются высокие и стабильные усилия закрепления и минимальное биение инструмента. Им соответствуют оправки с гидропластом, гидромеханическим и термическим зажимами (рис. 3).

В оправках первого типа давление зажима создает малосжимаемое вещество «гидропласт» при завинчивании винта в корпус.

Принцип работы гидромеханических оправок схож с предыдущим, только давление создается не винтом, а специальным насосом. При этом жидкость, находящаяся в корпусе, действует на клиновой механизм, зажимающий инструмент.

Оправки с термическими зажимами используют свойство металлов расширяться при нагревании. Корпус помещается в специальное устройство индукционного нагрева, нагревается и в него устанавливается инструмент. После охлаждения посадочный диаметр уменьшается и инструмент закрепляется силами упругости. Данный тип оправок используется только для твердосплавного инструмента, т. к. его коэффициент теплового расширения ниже, чем у стали.

Рис. 3. Оправки с зажимом инструмента гидропластом и гидравлическим способом

Существует отдельная группа вспомогательного инструмента для фрезерных станков, предназначенного для расширения их технологических возможностей и носящего название «специальный вспомогательный инструмент». К такому инструменту относятся многошпиндельные, угловые и ускорительные головки, устройства удаления стружки, дозаторы.

Автоматически сменяемые многошпиндельные головки имеют, как правило, два, три или четыре шпинделя. Вращение этих шпинделей осуществляется с той же частотой, что и вращение шпинделя с сохранением направления вращения. В двухшпиндельной головке (рис. 4) центральная шестерня 1, размещенная на хвостовике 15, вращающаяся в подшипниках 14, через блоки колес 13 и 12 передает крутящий момент от шпинделя станка на шестерни 9, размещенные на шпинделях 6 головки. Шпиндели 6 размещены в корпусах 5 с эксцентриситетом относительно осей 2 и 10, расположенных в корпусе 4 головки с межосевым расстоянием, равным 68 мм. При вращении корпусов 5 вокруг осей 10 расстояние между шпинделями 6 головки изменяется от минимального до максимального. Режущий инструмент цилиндрическим хвостовиком диаметром до 13 мм закрепляется в цангах 8 с помощью гаек 7.

Рис. 4. Исполнение двухшпиндельной регулируемой головки станка

Для сокращения времени, затрачиваемого на базирование и закрепление заготовок, используются сменные головки, в которых шпиндель головки расположен относительно оси шпинделя станка под углом.

На рис. 5 представлена конструкция головки с углом α = 45°. На хвостовике 1 размещена коническая шестерня 2, которая находится в зацеплении с шестерней 3, закрепленной с проставкой 4 на шпинделе 5 с конусом Морзе. Достижение произвольного положения оси инструмента относительно оси шпинделя достигается с помощью регулируемых угловых головок, Они выполняются с двумя разъемами, каждый из которых обеспечивает поворот соединяемых частей относительно друг друга на 360°. В результате может быть обработана любая точка в пределах полусферы.

Рис. 5. Головка с шпинделем, расположенным под углом α = 45°

Ускорительные головки (мультипликаторы) предназначены для обработки на станках с ЧПУ конструкционных сталей и чугунов нормальной обрабатываемости концевыми твердосплавным и быстрорежущим инструментами диаметром до 12 мм (сверла, центровки, зенкеры, концевые и шпоночные фрезы и т. п.) со скоростями резания, имеющими оптимальные значения. Необходимость в таких головках предопределяется тем, что ряд станков для обработки корпусных деталей имеют ограниченную частоту вращения шпинделя, недостаточную для достижения необходимой скорости резания.

Пример конструкции ускорительной головки представлен на рис. 6. Корпус 1 выполняет роль водила, в котором на осях 9 закреплены сателлиты 7. Корпус 1 неподвижно соединен с хвостовиком 3, устанавливаемым в шпиндель станка. Сателлиты 7 находятся в зацеплении с корончатым колесом 8, которое может быть остановлено путем соединения с позиционирующим блоком. Через солнечное колесо 2 вращение передается на выходной вал 5, который движется с частотой, в пять раз большей частоты вращения шпинделя. На открытом конце выходного вала размещен цанговый патрон с цангой 10, которая с помощью гайки 11 закрепляет цилиндрический хвостовик инструмента 12. На другом конце выходного вала 5 с помощью шайбы 4 закреплен маховик 6, предназначенный для повышения равномерности вращения инструмента.

Рис. 6. Ускорительная головка для станка с чпу

После сверления глухого отверстия оставшуюся в нем стружку удаляют с помощью специального устройства для удаления стружки (рис. 7), который подключается к индустриальному пылесосу через специальный разъем 2. Подвод сменного наконечника 6 к детали осуществляется при подаче 4-6 м/мин. После упора в деталь наконечника 6 колено 7 перемещается относительно хвостовика 1 и через трубу 5 перемещает плунжер 4 разъема 2 до срабатывания конечного выключателя 3, который подает команду на прекращение подачи устройства.

Дозатор для подачи масла (рис. 7) пригоден как для станков с вертикальным, так и с горизонтальным расположением оси шпинделя. Дозатор позволяет вводить масло в отверстие или в другие зоны, которые требуют смазывания, а также в тех случаях, когда СОЖ, находящаяся в системе станка, не пригодна для этих целей. Объем дозатора составляет 400, 600 и 800 см3, доза масла может регулироваться от 0 до 2 см3.

Рис. 7. Устройство для удаления стружки

Дозатор (рис. 8) имеет хвостовик 1 для установки в шпинделе станка, который соединяется с емкостью 2. Емкость 2 снабжена перепускным клапаном 8, втулкой 3 с запорной иглой 4, который функционирует как в вертикальном, так и в горизонтальном положениях, однако в последнем случае необходима ориентация дозатора по углу вращения шпинделя.

Из камеры 8 масло поступает в наконечник 5, в котором находится плунжер 6 с шариковым клапаном 7. При наличии масла в камере 8 дозатор со скоростью 4-6 м/мин прижимается к детали до упора форсункой 10. При этом плунжер 6 перемещается в наконечнике 5, создавая давление в камере 8. Под этим давлением срабатывает шариковый клапан 7, и порция масла выбрасывается в зону предстоящей обработки. Сменные форсунки 10 обеспечивают различную форму впрыска для достижения наилучшего эффекта смазки.

После впрыска дозатор отводится от детали и плунжер 6 под действием пружины 9 возвращается в исходное положение, функционируя при этом как поршень насоса. В камере 8 создается разрежение, клапан 4 открывается и камера заполняется маслом. Количество масла определяется величиной хода плунжера 5. При максимальном ходе 15 мм обеспечивается подача 2 см3 масла.

В этой статье мы рассмотрели виды вспомогательного инструмента для фрезерных станков, требования предъявляемые к ним и принципы работы некоторых.

Рис. 8. Дозатора для подачи масла

Вспомогательные инструменты служат для соединения режущих инструментов со шпинделями станков или суппортами. Обрабатывающие центры с ЧПУ для обработки корпусных заготовок располагают вспомогательными инструментами являются оправки различного назначения. Необходимость применения нескольких оправок связана с разнообразием конструкций, размеров и другими особенностями режущих инструментов. Для того чтобы сократить номенклатуру оправок, снизить затраты на их изготовление и эксплуатацию, разрабатывают и используют системы унифицированных вспомогательных инструментов. Система вспомогательных инструментов для мс (кроме токарных) включает наборы элементов для инструментальных оправок с конусностью 7:24, размерами (по ИСО) 30, 40, 45, 50 и 60 мм.

В каждый из наборов кроме основной оправки, закрепляемой в шпинделе станка, входят различные оправки, переходные втулки и патроны для закрепления режущих инструментов. Среди них - переходные втулки с посадочным отверстием конуса Морзе и дополнительным осевым креплением винтом концевого режущего инструмента, цанговые патроны, расточные головки с тонкой регулировкой на размер, оправки и патроны для закрепления фрез и другие. Схема построения инструментального комплекса для многооперационных станков представлена на рис. 9. В него входят шпиндельные оправки ШО, предназначенные для непосредственного закрепления режущего инструмента РИ или для установки переходных оправок по, позволяющих регулировать вылет закрепляемых в них инструментов. Шпиндельная оправка вставляется в коническое отверстие шпинделя Ш и затягивается в нем с помощью хвостовика 4. Крутящий момент передается шпонками 5, входящими в пазы фланца оправки. Для закрепления инструментов используют винты 1, шайбы 2, 3, патроны. П. Вылет переходной оправки из шпинделя регулируется гайкой 8, а ее закрепление осуществляется винтом 6. Крутящий момент передается шпонкой 7.

Рис. 9. Схема построения инструментального комплекса

Инструментальный комплекс в целом представлен на рис. 10. Показаны типичные конструкции шпиндельных и переходных оправок и закрепляемые в них инструменты.

Рис. 10. Схема инструментального комплекса а-л - шпиндельные оправки; м-у - переходные оправки

Большая работа по унификации вспомогательных инструментов для станков с ЧПУ и обрабатывающих центров проведена в ЭНИМСе. Разработан руководящий материал РТМ2 П10-2-79 «Система вспомогательного инструмента для станков с ЧПУ». Система включает три подсистемы: 1 - для станков с коническим посадочным отверстием шпинделя; 2, 3 - для токарных станков.

Первая подсистема (рис. 11, а) включает ряд шпиндельных оправок (1.1-1.15), переходных оправок (1.16-1.25) и патронов (1.26-1.29). Среди оправок, закрепляемых непосредственно в шпинделе станка, оправки 1.1-1.3 для закрепления фрез с использованием торцовых или продольных шпонок для передачи инструменту крутящего момента; цанговые патроны 1.4 и 1.6 для стандартных сверл, зенкеров, разверток, фрез диаметром до 20 мм и специальных фрез диаметром 20-40 мм, имеющих цилиндрический хвостовик; патрон 1.5 для специальных концевых фрез.

Рис. 11. Система вспомогательных инструментов для станков с коническим посадочным отверстием шпинделя (а) и токарных станков (б, в)

Серия оправок 1.10-1.15 предназначена для расточных инструментов: 1.10 - для стандартных расточных резцов, выполняющих черновое растачивание отверстий диаметром 55-180 мм; 1.11 и 1.12 - для вставок, выполняющих чистовое растачивание отверстий диаметром 45-350 мм; 1.14 - для закрепления неперетачиваемых твердосплавных пластин, предназначенных для чернового растачивания отверстий диаметрами 80-250 мм; 1.15 - универсальная оправка для резцов, обрабатывающих канавки на торце заготовки; 1.13 - для специальных резцов.

Инструменты с коническим хвостовиком можно устанавливать непосредственно в оправки 17 и 1.8 или в переходные втулки. В оправке 1.7 инструмент удерживается силой трения в коническом сопряжении (конус Морзе), в оправке 1.8 затягивается винтом, вставленным со стороны хвостовика оправки. Такими же способами присоединяются патроны 1.26-1.29, предназначенные для сверл 1.26, метчиков 1.27, расточных резцов 1.28 и насадных разверток 1.29.

Применение переходных оправок 1.16-1.25, закрепляемых в шпиндельной оправке 1.9, позволяет регулировать вне станка осевые размеры инструментов. Кроме оправок, аналогичных по назначению ранее рассмотренным, имеются оправки для насадных зенкеров и разверток 1.19, перовых сверл 1.23, расточная головка 1.22.

При разработке конструкций оправок учтен многолетний опыт проектирования и изготовления вспомогательных инструментов для агрегатных станков. Это позволяет использовать одинаковые переходные оправки подсистемы в агрегатных станках и обрабатывающих центрах.

Вспомогательные инструменты для токарных станков с ЧПУ объединены во вторую и третью подсистемы (рис. 11, б, в). Одна из них (рис. 11, б) включает вспомогательные инструменты с цилиндрическим хвостовиком, другая (рис. 11, в) - инструменты с базирующей призмой.

Резцедержатели 2.1-2.9 служат для резцов с державками сечением 16x16-40х40 мм, предназначенных для наружного и внутреннего точения, обработки канавок различной формы. Среди них - резцедержатель 2.9 для контурной наружной обработки. Державка 2.11 служит для закрепления режущих пластин - перовых сверл. Другие державки имеют конструкцию, близкую к оправкам с коническим хвостовиком. В подсистему включены также оправки 1.21, 1.16 и 1.17 и патрон 1.26 из первой подсистемы.

Третья подсистема отличается конструкцией основного базового элемента (призмы), в который можно устанавливать вспомогательные инструменты первой и второй подсистемы. В подсистему включены также резцедержатели 3.1 и 3.2 для обдирочных резцов, 3.3 для крепления двух резцов, универсальный трехсторонний резцедержатель 3.5, резцедержатель 3.4 с дополнительным подводом СОЖ.

Разработка унифицированной системы вспомогательных инструментов создает условия для организации массового производства вспомогательных инструментов, снижения его стоимости, упрощения инструментального хозяйства заводов.

Необходимая жесткость соединения вспомогательного инструмента со шпинделем достигается высокой силой закрепления (затяжки) оправки. На различных обрабатывающих центрах она составляет порядка 12-15 кН и чаще всего обеспечивается набором (пакетом) тарельчатых пружин. Пакет пружин предварительно сжимают регулировочными гайками. При определенном числе и размерах пружин сила, создаваемая набором, зависит от степени сжатия пружин, т.е. от его длины. Так, например, станок ИР500ПМФ4 - горизонтальный обрабатывающий центр имеет пакет из 132 попарно сложенных пружин, сжатый до размера 395 мм, который обеспечивает силу затяжки шпиндельной оправки 12,5 кН. Уменьшение длины пакета завертыванием гайки на 1 мм приводит к увеличению силы затяжки на 0,5 кН.

На сверлильно-фрезерно-расточных станках (как универсальных, так и с ЧПУ) широкое распространение получил инструмент, имеющий хвостовик с конусом 7:24, с помощью которого инструмент надежно крепится в шпинделе станка и легко вынимается после окончания работы. Вспомогательный инструмент должен отвечать следующим требованиям: быть достаточно простым по конструкции, технологичным в изготовлении, удобным в эксплуатации, универсальным, жестким, быстросменным, быстро переналаживаемым.

Режущая часть инструмента должна иметь высокие режущие способности, высокую и стабильную стойкость, благоприятные условия стружкоотвода, возможность настраиваться на размер вне станка. Эти параметры закладываются в период, когда выполняется проектирование металлорежущих инструментов.

На рис. 12 приведена подсистема вспомогательного инструмента для сверлильно-фрезерно-расточных станков. В верхней части рис. 12 показан конец шпинделя станка; во втором ряду вспомогательный инструмент, который крепится непосредственно в шпиндель станка; в третьем ряду - переходные регулируемые оправки, патроны и втулки с цилиндрическим хвостовиком; в четвертом ряду - оправки и патроны с конусом Морзе.

Рис. 12. Подсистема вспомогательного инструмента для сверлильно-фрезерно-расточных станков: 1 - оправка с конусом 7:24 для насадных фрез с поперечной шпонкой; 2 - то же, для торцовых фрез с продольной шпонкой; 3 - то же, для трехсторонних и дисковых фрез; 4 - патрон цанговый с конусом 7:24 и диапазоном зажима 20-40 мм; 5 - втулка переходная с конусом 7:24 (для концевых фрез); 6 - патрон цанговый с конусом 7:24 и диапазоном зажима 5-20 мм; 7 - втулка переходная с конусом 7:24 для инструмента, имеющего конус Морзе с лапкой; 8 - то же, с резьбовым отверстием; 9 - державка с конусом 7:24 для регулируемых патронов, втулок и оправок; 10 - оправка с конусом 7:24 для получистового растачивания; 11 - то же, для чистового растачивания; 12 - то же, сборная для чистового растачивания; 13 - оправка с конусом 7:24 для подрезных пластин; 14 - головка расточная с конусом 7:24, двухзубая; 15 - то же, универсальная; 16 - патрон цанговый регулируемый с диапазоном зажима 5-25 мм; 17 - втулка регулируемая с внутренним конусом Морзе, универсальная; 18 - втулка регулируемая длинная с внутренним конусом Морзе; 19 - то же, для насадных зенкеров и разверток; 20 - патрон регулируемый резьбовой; 21 - регулируемая для получистового растачивания; 22 - то же, расточная двузубая; 23 - то же, для крепления пластин перовых сверл; 24 - то же, для дисковых фрез; 25 - патрон регулируемый для крепления пластин перовых сверл; 26 - патрон с конусом Морзе сверлильный (без ключа); 27 - то же, резьбонарезной; 28 - то же, расточный; 29 - оправка с конусом Морзе для насадных зенкеров и разверток

Режущий инструмент, который крепится в оправке с конусом 7:24, не имеет тонкой регулировки на размер. Поэтому при эксплуатации на станках с ЧПУ необходимо иметь возможность корректировки инструмента путем компенсации с пульта управления несоответствия действительного настроечного размера инструмента с размером, заложенным в управляющую программу. Учитывая типаж выпускаемых сверлильно-фрезерно-расточных станков с ЧПУ и типаж режущего и вспомогательного инструмента к ним, нашей промышленностью выпускается четыре модификации приборов (рис. 13) для настройки инструмента вне станка. Наибольшее распространение получил прибор мод. БВ-2015.

Рис. 13. Техническая характеристика приборов для настройки инструмента