6.5. Режущий и вспомогательный инструмент и приспособления. Часть 5

Инструменты должны быть настроены таким образом, чтобы их вер­шины отстояли от отсчетной точки точно на предусмотренные управляю­щей программой координатные расстояния, что обеспечивается настройкой инструментов на размер.

Конструкцию вспомогательного инструмента определяют его основные элементы: поверхности, предназначенные для его крепления на станке, и поверхности, предназначенные для крепления на нем режущего инструмента. Устройства, осуществляющие автоматическую смену инструмента и его крепление на станках, определяют конструкцию хвостовика, который должен быть однинаковым для всего режущего ин­струмента к данному станку. Принята конструкция хвостовика с конусно­стью 7:24. На рис. 6.10, а показана типовая оправка для сверлильных, фрезерных, расточных и многоцелевых станков с ЧПУ. Оправка имеет: поверхность 1, зажимаемую в шпинделе станка после установки штыря 7 (рис. 6.10,б); поверхность 2, предназначенную для базирования в шпин­деле станка; поверхности 3, контактирующие с захватами; поверхность 4, предназначенную для установки и закрепления режущего инструмента. Поверхность 1 также используют для установки элементов (кодовых 6 и промежуточных 5 колец), кодирующих инструмент при его установке в инструментальном магазине.

6.5. Режущий и вспомогательный инструмент и приспособления. Часть 4

Режущий инструмент, применяемый на станках с ЧПУ, подразделяется на мерный, немерный и промежуточный (между мерным и немерным). К мерному инструменту относятся развертки, метчики, зенкеры; к не­мерному — резцы, у которых вершина режущей кромки не имеет точных расстояний от трех базовых поверхностей; к промежуточным — стандарт­ные сверла (в диаметральном направлении они являются мерными, а в осевом — немерными, так как их вершина занимает переменное положение в зависимости от числа переточек режущих кромок). Такая классифика­ция режущего инструмента важна с точки зрения компенсации износа инструмента с помощью системы ЧПУ.

Размерный износ режущего инструмента по задней и передней поверх­ностям вызывает закономерно изменяющуюся погрешность. Особенно существенно влияет на точность обработки износ по задней поверхности. Размеры обрабатываемой детали меняются как в связи с изменением положения вершины затупившегося инструмента, так и в связи с увеличе­нием радиальной составляющей силы резания и повышенными отжимами инструмента относительно обрабатываемой детали.

Размерный износ инструмента зависит от пути, пройденного инстру­ментом в металле. Поэтому различают: изнашивание в период приработки; установившееся и интенсивное изнашивание, приводящее к разрушению режущей кромки. На этапе установившегося изнашивания наблюдается линейная зависимость размерного износа от пути резания, что позволяет компенсировать его влияние на точность обработки с помощью корректо­ров; на основе анализа результатов обработки можно предусмотреть ве­роятные размеры каждой последующей детали и своевременно внести коррекцию.

6.5. Режущий и вспомогательный инструмент и приспособления. Часть 3

Режущий инструмент. Инструмент подразделяется на стандартный (приведенный в справочниках и являющийся инструментом общего назна­чения, рекомендуемый для использования на токарных, сверлильных, расточных и фрезерных станках с ЧПУ при обработке конструкционных сталей и чугуна) и специальный (комбинированный и модульный).

Комбинированный инструмент используют при относительно большой серийности обработки (например, при изготовлении точных, точно распо­ложенных и взаимосвязанных отверстий и поверхностей), его применение позволяет сократить штучное время при обработке корпусных деталей на 10—20 % благодаря уменьшению времени резания и вспомогательного вре­мени.

На рис. 6.7 приведены схемы обработки отверстий комбинированным инструментом. Двухступенчатое сверло (рис. 6.7, а) предназначено для обработки ступенчатых отверстий. Многоступенчатый зенкер (рис. 6.7, б) обеспечивает высокую производительность и характеризуется большим числом переточек. Длины ступеней этих зенкеров обычно равны соответ­ствующим размерам обрабатываемых поверхностей. Затылование режу­щих зубьев зенкеров выполнено одинаковым на всех ступенях, чтобы при переточке диаметры и длины ступеней изменялись одинаково. Комбини­рованный расточный инструмент (рис. 6.7, в) представляет собой держав­ку 1, несущую сменные головки 2 с резцовыми вставками 3.

Примером модульной конструкции является сверло с многогранными неперетачиваемыми пластинами (рис. 6.8), имеющее цилиндрический короткий хвостовик 1 и штифт 2, передающий крутящий момент. Элемен­том модульной конструкции, применяемым во всех сверлильно-расточных инструментах для соответствующего станка с ЧПУ, является шестигранная неперетачиваемая твердосплавная пластина 3 с механическим креплением.

6.5. Режущий и вспомогательный инструмент и приспособления. Часть 2

Станки с ЧПУ благодаря своим конструктивным решениям (возмож­ность автоматического изменения по программе частот вращения и подач в широком диапазоне) обеспечивают работу инструмента в рекомендуемых для него режимах на каждом из переходов.

Режущие инструменты закрепляются в шпинделе или на суппорте стан­ка с помощью разнообразных вспомогательных инструментов (оправок, втулок, патронов, державок, блоков). К инструментам станков с ЧПУ предъявляют  следующие  требования: высокая режущая способность;

удобство отвода стружки; стабильность качества и высокая стойкость; возможность настройки на размер вне станка; технологичность в изготов­лении и относительная простота конструкции.

Для обеспечения этих требований для отдельных групп станков по­добраны типовые комплекты (системы) инструментов. Указанный комп­лект представляет собой минимальный по числу инструментов и регламентированный по исполнению набор вспомогательных и режущих инстру­ментов, позволяющий реализовать технологические возможности данной группы станков.

Указанный комплект в сочетании с прибором предварительной настрой­ки должен обеспечивать наладку инструмента для работы на станке с ЧПУ.

6.5. Режущий и вспомогательный инструмент и приспособления. Часть 1

Для обработки на станках с ЧПУ все условия выполнения технологи­ческих операций (выбор режущего и вспомогательного инструмента, конструкции приспособления для базирования и крепления заготовки, последовательность обработки и др.) должны быть определены на стадии разработки технологического процесса и занесены в УП. В технологическую наладку станка с ЧПУ входят инструменты и приспособления, необходимые для обработки всех поверхностей, а также инструменты, применение кото­рых снижает время обработки, облегчает обслуживание и т.д.

Технологически необходимые инструменты составляют комплект, состав которого зависит от вида заготовки, конфигурации обрабатываемой детали, системы ЧПУ и технологических возможностей станка. Например, для токарной обработки в патроне детали типа втулки из штучной заго­товки на станке с контурной системой ЧПУ к технологически необходи­мым инструментам относятся сверло, резец расточный черновой, резец расточный контурный, резец проходной черновой. При этом чистовая обра­ботка наружного контура, включая фаски и канавки для выхода шлифо­вального круга, может выполняться расточным контурным резцом. Если на станке нет обратного вращения шпинделя, то в число технологически необходимых инструментов включают также проходной контурный резец. При оснащении станка прямоугольной системой ЧПУ в число технологи­чески необходимых инструментов включают резцы для снятия фа­сок и прорезки канавок для выхода шлифовального круга. К инстру­ментам, облегчающим (для данного примера) условия обработки, отно­сятся сверло большего диаметра (или набор сверл), расточная оправка большего диаметра и проходной контурный резец.

6.4. Точность обработки и выбор технологических баз. Часть 8

Начало отсчета по оси X находится в зоне между максимальным диа­метром заготовки и наибольшим допустимым диаметром обработки по паспортным данным станка.

На токарных станках с автоматической сменой инструментов, как правило, используют несколько позиций инструментальных головок. Це­лесообразно (но не обязательно), чтобы каждый из резцов занимал поло­жение, при котором вершины режущих кромок находились как в одной плоскости, перпендикулярной оси Z, так и в одной плоскости, перпенди­кулярной оси X.

Однако если по каким-либо технологическим или конструктивным условиям (например, конструктивные особенности профиля детали с глу­бокими шейками и т.п.) необходимо применение инструмента или инстру­ментов с большим вылетом, чем у остальных, то здесь координату "нуля детали" назначают исходя из положения вершин режущих кромок резца с самым большим вылетом. Для выхода других инструментов на свои исходные позиции программой (технологическим процессом) предусмат­риваются отдельные холостые перемещения.

6.4. Точность обработки и выбор технологических баз. Часть 7

Шпиндель с инструментом ставят в положение, при котором торец фрезы коснется поверхности корпуса приспособления. В этом состоянии по измерительной линейке станка устанавливают координату по оси Z от начала отсчета станка; из полученной величины вычитают координату Zj и в результате получают величину, на которую надо сместить начало от­счета.

Если обработка ведется на станке с автоматической сменой инстру­ментов (например, с поворотной револьверной головкой) и технологи­ческим процессом предусматривается применение нескольких инструмен­тов, то при назначении координат точки начала отсчета ("нуль детали") по осям X и Y расчет ведут по инструменту (фрезе) с наибольшим диамет­ром, а по оси Z — по инструменту с наибольшим вылетом от оси поворота головки (т.е. с наибольшей длиной).

Установка, базирование и назначение начала отсчета у деталей типа тел вращения имеют некоторые особенности.

Центры, самоцентрирующий патрон или цанговый зажим автоматичес­ки совмещают направление оси заготовки с координатной осью Z. Для определения местоположения начала отсчета необходимо иметь у заготовки базовый торец, который с достаточ­ной точностью и постоян­ством ставил бы заготовку всегда на равном удалении от начала отсчета по оси Z.

На рис. 6.6, а изображе­на деталь (вал), технологи­ческой базой которой (по­мимо обработанной цилиндри­ческой шейки 020/6 и цент­рового гнезда со стороны задней бабки), является торец Б. От этого торца на расстоя­нии (188 ±0,1) мм указана точка расположения "нуля де­тали". Необходимо также знать, на каком расстоянии от "нуля станка" по оси Z находится поверхность В кулачков патрона (рис. 6.6, б). Для выполнения размера детали от базового торца в пределах заданного допуска надо на ее установку и на расположение относительно начала отсчета использовать не более половины допустимого отклонения.

6.4. Точность обработки и выбор технологических баз. Часть 6

В условиях серийного производства экономически целесообразно использовать при обработке деталей специальные приспособления. К таким приспособлениям предъявляются следующие требования: точно ориенти­ровать деталь относительно координатной системы станка; облегчить уста­новку начала отсчета детали в точку, координаты которой заданы програм­мой; обеспечить быстрое и точное координирование инструмента с началом отсчета; быстро и надежно закреплять и освобождать деталь, не вызывая ее деформирования.

На рис. 6.5, а показана деталь (мотальный кулак), весь внешний кон­тур которого обрабатывается. Для ориентирования детали используются торец и два отверстия внутри контура (конструктивное А и тех­нологическое Б). Началом относи­тельной координатной системы вы­бран центр конструктивного отвер­стия А, от оси которого в чертеже заданы размеры. На рис. 6.5, б показано зажимное приспособле­ние, базируемое на столе станка с помощью двух шпонок 4. Чтобы установить инструмент сразу в исходную точку 1, корпус 3 при­способления оснащен угловым уста­новим 2, который позволяет с достаточной точностью установить его с помощью щупа, выдерживая координаты Хх и Yx. Торец инстру­мента (концевой фрезы) также устанавливают под щуп (с помо­щью концевой меры или по шкале станка) от углового установа на координату Z. Положение торца инструмента на этом уровне соот­ветствует нулю по оси Z. Нуль отсчета по оси Z устанавливают следующим образом. Координа­ту Zi (см. рис. 6.5, б) устанавливают, исходя из начального и конечного положений торца фрезы, а также беспрепятственного холостого переме­щения над деталью.

6.4. Точность обработки и выбор технологических баз. Часть 5

Таким образом, выбор технологических баз помимо их основного назначения (обеспечить наиболее точное и неизменяемое в процессе обра­ботки положение обрабатываемых поверхностей детали относительно уста­новочных и направляющих поверхностей зажимного приспособления) должен также обеспечить совмещение направления координатных осей детали с осями координатной системы станка и расположение "нуля дета­ли" в точке, заданной координатами в системе станка.

Требование по совмещению направления указанных осей наиболее просто выполняется, когда направляющие базовые поверхности детали параллельны координатным осям относительной системы (это условие желательно выполнять).

Однако бывают случаи, когда для достижения меньшей сложности программирования становится оправданным назначение относительной координатной системы детали, не удовлетворяющей этому условию, что иллюстрируется рис. 6.4, на котором показана обработка участка поверх­ности штампа. На рис. 6.4, а строчки обхода поверхности инструментом направлены вдоль оси X, а на рис. 6.4, б — вдоль оси Y относительной сис­темы координат. Объем программирования (т.е. объем расчетов по опре­делению координат точек, задающих контур) значительно меньше при движении вдоль оси У, так как на большей части своего пути инструмент совершает прямолинейные перемещения, в то время как при движении вдоль оси X большая часть пути инструмента – криволинейная.

6.4. Точность обработки и выбор технологических баз. Часть 4

Исходную точку обработки выбирают так, чтобы координатные сис­темы инструмента и детали совпадали, в результате чего совмещаются из­мерительная и технологическая базы. Исходную точку обработки по коор­динатам X и У задают, например, от боковых установочных элементов приспособления или от оси установочного цилиндрического пальца или от оси отверстия, предусмотренного в приспособлении. По координате Z (ось шпинделя) исходную точку всегда задают над деталью. На основании принятой схемы базирования, конструкции приспособления и выбранной исходной точки обработки технолог-программист составляет управляющую программу.

На рис. 6.3 приведена схема размерных связей между координатными системами при обработке корпусной детали 1 на вертикальном расточном станке 2. Координаты программируемых точек в общем случае в простран­стве представлены в виде r прог = ri – r0, где ri — радиус-вектор координаты опорной точки; r0 — радиус-вектор размера координаты исходной точки. При подготовке программы возникают размерные связи, представленные векторами.

При наладке станка устанавливают размерные связи между системой координат, относительно которой ведется отсчет размеров, исходной точ­кой, являющейся началом программы обработки, и инструментом. Так как исходная точка обработки расположена, как правило, на поверхностях опорных и установочных элементов зажимного приспособления, то при размерной настройке и определяется положение приспособления на станке (вектор rит).