ОСОБЕННОСТИ УСТАНОВКИ И ЗАКРЕПЛЕНИЯ РАЗЛИЧНОГО МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА НА СТАНКАХ С ЧПУ

Экономическая эффективность обработки на станках с ЧПУ и производственных модулях в значительной степени зависит от применяемой технологической оснастки.

Основными элементами приспособлений для установки инструментов, применяемых на станках с ЧПУ, являются:

Рис. 6.75. Схема инструментальной системы для станка с ЧПУ с непосредственным креплением режущих элементов:

/ — быстросменная двурезцовая вставка для непосредственного крепления ножей; 2 — быстросменный переходник для крепления промежуточных элементов; 3 — быстросменная одноразовая вставка

• • присоединительные поверхности для установки приспособлений на станке;
• • присоединительные поверхности для установки самого режущего инструмента.

Типаж присоединительных поверхностей для установки обрабатывающего инструмента на одном обрабатывающем центре превышает 200 типоразмеров, следовательно, возникает необходимость в таком же количестве приспособлений для инструмента, что вызывает огромные дополнительные затраты, усложняет процесс их автоматической смены и является экономически нецелесообразным.

Унификация типов инструментальной оснастки основана на принципах агрегатирования и взаимозаменяемости. Стандартизация обеспечивает преемственность конструктивных решений, что позволяет увеличивать объем выпуска изделий и снижать себестоимость их обработки (рис. 6.76).

Основными критериями выбора приспособлений для инструмента являются их точность, жесткость, переналаживаемость, быстросменность, универсальность и экономическая эффективность. Детали этой инструментальной оснастки рекомендуется изготавливать из высококачественных сталей, обеспечивающих твердость присоединительных поверхностей порядка HRC₃ 53—59 и R_d = 0,2—0,7 мкм.

Рис. 6.76. Общие особенности для установки режущих инструментов на станках с ЧПУ

При расчете точности и жесткости инструментальной оснастки для станков с ЧПУ исходят из условий точности установки режущего инструмента. Упрощенно биение режущей части инструмента можно оценить как замыкающее звено размерной цепи, состоящей из биений, вызванных отклонениями линейных и угловых размеров присоединительных поверхностей инструмента.

Значения биения инструмента на вылете 100 мм в зависимости от погрешности изготовления конусов представлены в табл. 6.8.

Таблица 6.8

Общее (суммарное) количество (w_s) одноразмерных и многоразмерных приспособлений (для зенковок и центровок), а также удлиненных приспособлений для инструмента определяется по формуле

где К_р — коэффициент запаса, учитывающий ремонт и поломки вспомогательного инструмента (К_р ~ 1,25); К_к — коэффициент, учитывающий комплектность вспомогательного инструмента с учетом предварительной настройки (К_к = 2); т — количество типов режущего инструмента определенного типоразмера.

Пример конструкции удлинителей инструментальной оснастки представлен на рис. 6.77.

Рис. 6.77. Схемы модуля (о), модулей-удлинителей (б) и модуля-переходника (в) для расточных головок

Количество многоразмерных приспособлений для инструмента (nj (кроме зенковок и центровок) определяется по формуле

где N — количество размеров режущего инструмента, закрепляемого во вспомогательный инструмент одного размера.

Количество многотипоразмерных приспособлений для инструмента (п_ш) определяется по формуле

где Р — количество типов приспособлений для инструмента.

Количество одновременно устанавливаемого на станок обрабатывающего (режущего) инструмента оказывает существенное влияние на любые станки (с инструментальными магазинами и без них).

При обработке корпусных заготовок на станках с ЧПУ 95% приспособлений для инструмента закрепляется в шпинделе с помощью конусов 7 : 24. Размеры таких хвостовиков представлены на рис. 6.78 и табл. 6.9. Кроме того, для сверлильных, расточных и фрезерных станков с ЧПУ используются цилиндрические соединения сборных приспособлений для инструмента, представленные на рис. 6.79 и табл. 6.10.

Таблица 6.9

Продолжение табл. 6.9

* Размеры d₂ и /₅ определяют свободное пространство для захвата манипулятором.

Рис. 6.78. Схема хвостовика для установки ручной и автоматической смены инструмента на станках с ЧПУ

Количество типоразмеров применяемых хвостовиков постоянно снижается, что обеспечивает экономичность их изготовления и эксплуатации. На отечественных и зарубежных станках с ЧПУ широко используются конические хвостовики типоразмера 40 и 50, цилиндрические — типоразмера 36 и 48, в Японии и США применяются цилиндрические хвостовики диаметром 50 мм.

Цанговые патроны получили широкое распространение при установке инструментов на станках с ЧПУ. Цанга является основным зажимным элементом, так как обладает пружинящими свойствами и обеспечивает точное центрирование инструмента.

Основная сила затяжки в цанговом патроне одноугловой цангой Р₀ может быть определена по формуле

где М₃ — момент затяжки; R_p — средний радиус резьбы; ц/ — угол подъема винтовой линии; р' — приведенный угол резьбы;/_пр — приведенный коэффициент трения в упоре винтовой пары; d — наружный диаметр корпуса патрона, в котором размещена цанга; t_g — шаг резьбы.

Рис. 6.79. Схема унифицированного цилиндрического соединения сборной инструментальной оснастки:

7 — державка; 2 — хвостовик; 3 — винт; 4 — регулировочная гайка; 5 — шпонка

Сила, направленная по нормали к конической поверхности цангового патрона Р_и определяется по формуле

где Р_а — осевая сила затяжки в цанговом патроне; ос — угол конуса цанги; р — угол трения между конической поверхностью цанги и корпуса патрона.

Универсальность и взаимозаменяемость являются одними из важнейших факторов агрегатирования приспособлений инструмента. Как конические, так и цилиндрические соединения сборных приспособлений за счет разработки сборных (агрегати- рованных) приспособлений для инструмента обеспечивают возможность предварительной наладки осевых размеров инструмента (рис. 6.80).

Одноразмерные приспособления для инструмента (позиции 1, 18, 19.1, 21) предназначены для закрепления режущего инструмента одного размера (одного или нескольких типов), многоразмерные приспособления (позиции 2, 3, 5, 6, 9, 10.1, 13, 14, 15, 16, 17, 19) — для закрепления инструмента одного типа (нескольких последовательно расположенных размеров), многотипоразмерные приспособления (позиции 4, 10, 11, 12, 20, 21) — для закрепления

Рис. 6.80. Схема типовой системы инструментальной оснастки для станков с ЧПУ режущего инструмента разных типов (с несколькими последовательно расположенными размерами).

Количество приспособлений для инструмента рассчитывается с учетом его износа за весь период его стойкости (более трех лет) и необходимости в двух комплектах, так как второй комплект используется для предварительной настройки и быстрой замены действующего режущего инструмента. Для станков без инструментальных магазинов (N_6m) количество приспособлений для инструмента одного размера с фиксированной настроечной длиной (позиции 1, 3, 4, 1, 8, 20) рассчитываются по формуле

где К — коэффициент запаса, учитывающий поломки и ремонт приспособлений для инструмента (для участка из пяти и более станков К= 1,1).

Для станков с магазином общее количество приспособлений для инструмента рассчитывается в зависимости от типа группы по следующим формулам:

одноразмерные: N₀ = 2Кт многоразмерные: N_M = 2Кп; многотипоразмерные: N_MT = 2К(т + ^ я,-), где К — коэффициент запаса (К = 1,25); т — количество типов режущего инструмента, закрепляемого в приспособлении данного типоразмера; п — количество размеров режущего инструмента, закрепляемого в приспособлении одного размера.

На рис. 6.81 представлены виды инструментальной оснастки, показывающей ее разнообразие.

Часто соединение модулей происходит посредством резьбы с натягом. Такая модульная система обеспечивает возможность широкой унификации инструментальной оснастки. Повышенные режимы резания приводят к понижению периода стойкости инструмента. Столь интенсивные обработки возможны благодаря наличию многоинструментальных магазинов и специальных механизмов, осуществляющих быструю и частую смену одной группы инструментов на другую с помощью патронов, оправок, переходных втулок (см. рис. 6.81).

Подача СОЖ в ГПМ осуществляется в объеме от 50 до 200 л/мин, что приводит к применению дополнительных емкостей для ее хранения, сбора и фильтрации. В частности, подача СОЖ может осуществляться через инструментальную оправку 2, установленную в шпинделе 3 станка, через его каналы 4 подачи СОЖ и каналы 6, 7

Рис. 6.81. Виды оснастки для крепления инструмента для станков с ЧПУ

обрабатывающего инструмента (рис. 6.82). Обратный клапан 5 закрывает подачу СОЖ при выключении подающего насоса. Кроме охлаждения зоны обработки заготовки 1 СОЖ подается для смыва стружки. Ограждения ГПМ «кабинетного» типа наиболее удобны не только с точки зрения безопасности работы оборудования и охраны окружающей среды, но и работы с СОЖ.

Рис. 6.82. Схема устройства подачи СОЖ в зону обработки через инструментальную оправку

Патроны для подвода СОЖ в зону резания относятся к оснастке для установки инструмента, они позволяют повысить частоту вращения обрабатывающего инструмента в 4—7 раз.