Особенности вспомогательного инструмента для станков с ЧПУ

2.4 Система вспомогательного инструмента, используемая для оснащения станка 400v.

2.4.1 Общие сведения, классификация вспомогательного инструмента

Станок 400V требуют для своего обслуживания инструмент качественного производства, для некоторых обрабатываемых поверхностей необходим специальный вспомогательный и режущий инструмент.

Вспомогательный инструмент включает в себя оправки, втулки, патроны, цанги (цанговые патроны) и универсальные переходники (адаптеры, держатели).

Конструкция вспомогательного инструмента для станков с ЧПУ определяется его основными элементами: присоединительными поверхностями для установки его на станке и для установки режущего инструмента. Устройства, осуществляющие автоматическую смену инструмента и его крепление на станке, определяют конструкцию хвостовика. Основные требования к хвостовику: надёжность и точность крепления; экономичность изготовления хвостовика; простота конструкции и изготовления соответствующих узлов станков с ЧПУ. С одинаковой конусностью для всего инструмента к данному станку, в станке 400V применяется вспомогательный инструмент с коническим хвостовиком SK 40.

Для получения заданных размеров деталей без пробных проходов в соответствие с программой, необходимо введение в конструкцию вспомогательного инструмента устройств, обеспечивающих положения режущей кромки. Эти обстоятельства привели к появлению разнообразных переходников, у которых хвостовик сконструирован для конкретного станка, а передняя зажимная часть – для режущего инструмента со стандартными присоединительными поверхностями.

Переходники образуют комплект вспомогательного инструмента, состоящий из патронов, оправок различной конфигурации, предназначенных для крепления режущего инструмента. Комплект в сочетании с прибором предварительной настройки должен обеспечить наладку инструмента для работы на станке с ЧПУ.

Вспомогательная инструментальная оснастка для токарных станков с ЧПУ

На токарных станках с ЧПУ режущий инструмент крепится в револьверной головке – рисунок 43.

Рисунок 43- Револьверные головки токарных станков с ЧПУ

Базирование вспомогательной инструментальной оснастки может осуществляться как по торцовой поверхности, так и по радиальной. Обрабатывают поверхности параллельные и перпендикулярные оси вращения шпинделя станка. Поэтому производят различные по конструкци блоки для крепления режущего инструмента.

Блоки для крепления не вращающегося инструмента

На рисунке 44 показаны блоки для крепления проходных, резьбовых, канавочных и отрезных резцов (инструмента с призматической державкой).

Рисунок 44 – Блоки для призматических державок

Для крепления расточных резцов и сверл использую блоки с отверстиями или цанговые патроны, типовая конструкция которых показана на рисунке 45.

Рисунок 45 – Блоки для крепления инструмента

с круглым цилиндрическим хвостовиком

Блоки для крепления вращающегося инструмента

Для крепления вращающегося инструмента на токарных станках с ЧПУ применяют так называемые приводные блоки.

Фрезы, сверла, зенкеры крепят в радиальные, осевые и угловые цанговые патроны, показанные на рисунке 46.

Рисунок 46 – Приводные цанговые патроны

Торцовые и дисковые фрезы крепят в блоки для насадного инструмента (рисунок 47).

Рисунок 47 – Блоки для насадного инструмента

Для метчиков используют блоки с резьбонарезными патронами, а для разверток с механизмом радиальной компенсации (плавающая конструкция крепления). Для червячных и дисковых фрез применяют приводные блоки с поддержкой.

Так же распространение получила модульная конструкция приводного блока, показанного на рисунке 48.

Рисунок 48 – Модульная конструкция приводного блока

Вспомогательная инструментальная оснастка для фрезерных станков с ЧПУ и обрабатывающих центров

На фрезерных станках и обрабатывающих центрах режущий инструмент крепится в различные патроны с конусами хвостовой части SK или HSK.

Патроны для торцовых и насадных фрез

Для крепления торцовых и дисковых фрез используются типовые патроны с конусами SK или HSK показанные на рисунке 49.

Рисунок 49 – Патроны для крепления торцовых и дисковых фрез

Цанговые патроны

Для крепления режущего инструмента с гладким цилиндрическим хвостовиком диаметром до 20 мм применяют цанговые патроны (рисунки 51-52).

Основной рабочий элемент цангового патрона – это цанга с несколькими осевыми прорезями, которые разделяют ее на лепестки, число которых, зависимо от диаметра заготовок (рисунок 50).

Рисунок 50 — Зажимная цанга

Рисунок 51 – Цанговые патроны

Рисунок 52 – Цанговые патроны удлиненные

Для крепления осевого инструмента с цилиндрическим хвостовиком диаметром более 20 мм применяют силовые цанговые патроны с повышенным зажимным усилием (рисунок 53).

Рисунок 53 – Силовые цанговые патроны

Патроны Weldon

Применяются для инструмента с Weldon-хвостовиком. Принцип действия прост: хвостовик инструмента имеет лыску, зажатие осуществляет закручиванием винта, винт упирается в площадку лыски, надежно фиксируя инструмент (рисунок 54).

Достоинства: большая, по сравнению с цанговым патроном, жесткость, простота изготовления.

Рисунок 54 – Weldon патроны

Помимо Weldon патрона применяют патроны whistle notch. Он сходен с Weldon, имеет все описанные достоинства последнего. Единственное отличие: лыска на инструменте и зажимной винт выполняются под углом, таким образом, винт не только прижимает инструмент к стенке патрона, но и затягивает его внутрь. Несмотря на некоторые преимущества, в России применяется редко.

Термозажимной патрон

Термопатрон применяется для тех же целей, что и цанговый патрон. Отличие заключается в принципе зажима инструмента. В термопатроне для этого применяется горячая посадка. Патрон разогревается в специальном устройстве, и его отверстие увеличивается за счет термического расширения. Затем в него вставляется инструмент, и патрон охлаждают (на воздухе либо в специальном устройстве) (рисунок 55).

Разжим происходит аналогично.

Достоинство термопатрона — в высоком усилии зажима, которого невозможно достичь в цанговом и тем более сверлильном патроне. Применение такого патрона позволяет снизить вибрацию и существенно повысить стойкость инструмента.

Недостатки: для инструмента разных диаметров нужны разные патроны; постоянные циклы нагрева и охлаждения приводят к сильному износу патрона, устройства нагрева и охлаждения; также термопатроны дороги (и оттого мало распространены в России).

Рисунок 55 – Термопатроны

Гидрозажимной патрон

Гидропатрон — технология, альтернативная термопатрону. В гидропатроне зажим инструмента осуществляется за счет давления жидкости. Для зажима/разжима патрона достаточно повернуть винт в боковой поверхности. Инструмент может зажиматься как непосредственно в патрон, так и через переходную карандашную цангу (что позволяет использовать один патрон для большой номенклатуры инструмента). При этом усилие зажима намного выше, чем в цанговом патроне, а жидкость внутри одновременно способствует гашению вибраций. Внешний вид гидропатрона показан на рисунке 56.

Гидропатрон стоит существенно дороже цангового, но не требует специального устройства, как термопатрон, и более универсален.

Недостатками (по сравнению с термопатроном) являются: невысокое усилие зажима, невозможность использования с инструментом, имеющим weldon- и whistle notch-хвостовики, опасность поломки при зажиме вхолостую по ошибке.

В новых, усиленных моделях гидропатронов эти недостатки устранены. Однако гидропатроны по-прежнему не предусматривают возможности использования с балансировочной машиной. Кроме того, их нельзя использовать при высокоскоростной обработке без охлаждающей жидкости, так как жидкость внутри патрона может закипеть.

Рисунок 56 — Гидропатроны

Резьбонарезной патрон

Патроны резьбонарезные с головками предохранительными предназначены для нарезания различных типов резьб метчиками. Применяются на сверлильных, фрезерных, токарных станках и станках типа обрабатывающий центр. Резьбонарезные патроны имеют механизмы осевой компесации, позволяющие компенсировать разность между подачей станка и шагом метчика, предусмотрен механизм быстрой смены головок предохранительных на другой диаметр метчика (рисунок 57).

Головка имеет встроенную предохранительную шариковую муфту с механизмом регулировки передаваемого крутящего момента для нарезания резьбы в различных материалах, что позволяет предохранить метчики от поломки (при увеличении момента метчик останавливается). Это наиболее целесообразно и незаменимо при нарезании резьб в глухих отверстиях, труднообрабатываемых материалах, при нарезании резьб с мелким шагом. Головка имеет механизм быстрой смены метчика с надежной фиксацией в течении нескольких секунд.

Рисунок 57 – Резьбонарезной патрон

Содержание курсовой работы

Задание на курсовую работу: выбрать для обработки детали режущий инструмент и вспомогательную инструментальную оснастку.

1. Исходные данные: Чертеж детали, полученной на технологической практике (чертеж вкладывается в пояснительную записку после листа задания).

Пояснительная записка

Для каждого режущего инструмента необходимо:

2.1 Обосновать выбор материала режущей части инструментов и режимов резания.

2.2 Описать износостойкое покрытие режущей части.

2.3 Назначение оптимальных геометрических параметров режущей части.

2.4 Описать конструктивное исполнение режущей части (монолитное или с СМП).

2.5 Для фрез и резцов — обозначение инструмента по ISO (и СМП при наличии) с расшифровкой по каждому пункту. Для остальной номенклатуры инструмента привести обозначение производителя так же с расшифровкой.

2.6 Описание конструкции режущего инструмента с фотографией (3D моделью).

2.7 Фотография (3D модель) и описание вспомогательной инструментальной оснастки.

2.8 Фотография (3D модель) вспомогательной инструментальной оснастки с инструментом.

Графическая часть

3.1 Выполнить чертежи всех режущих инструментов с габаритными размерами. Размеры однотипных по конструкции инструментов свести в таблицу (сверла, монолитные концевые фрезы, метчики и т.д.).

3.2 Показать фотографии (3D модель) всего наименования вспомогательной инструментальной оснастки.

Пример выбора режущего инструмента

1. Исходные данные: чертеж детали с технологической практики.

На рисунке 58 представлен фрагмент детали с размерами поверхностей, обрабатываемыми одним инструментом

Рисунок 58 – Обрабатываемые поверхности

Виды патронов

Эти крепления дают большую точность обработки. Во фрезерный станок его устанавливают для зажима мелких резаков, свёрл. Существует две разновидности этой детали:

• Патроны, имеющие механический крепёж. Им удерживаются свёрла и резаки с коническим хвостовиком, например, конус Морзе, Weldon, Whistle Notch и так далее.
• Патроны, имеющие жёсткий, неподдающийся деформации зажим. К ним относятся цанговые, гидропластиковые, гидромеханические и другие инструменты.

Достоинства

Вспомогательный инструмент обеспечивает станок с ЧПУ целым рядом преимуществ:

• время, затраченное на осуществление задачи, сокращается вполовину;
• повышается показатель точности, благодаря чему обеспечивается экономия материала;
• обеспечивается стабильная эксплуатация;
• появляется возможность обслуживать сразу несколько станков;
• отсутствует необходимость в использовании приспособлений, имеющих сложную конструкцию;
• идентичная конструкция устройств позволяет устанавливать их на различные станки;
• настройка аппаратуры может проводиться до установки на станок;
• упрощено использование аппарата;
• увеличилось разнообразие позиций для обработки материала;
• участие человека в управлении агрегатом уменьшилось;
• увеличилась производительность станка;
• появилась возможность изготовления деталей сложной формы;
• изделия стали более качественными;
• повысилась производительность оборудования;
• использование устройства стало более простым и безопасным.

Особенности токарных станков с ЧПУ

Токарные станки чаще других применяются в практике многих предприятий. Они используются для обработки как внутренних, так и наружных заготовок, подходят для создания тел вращения различных типов и выполняют следующие работы:

• Сверление,
• Торцевание и отрезка,
• Отделка резьбы,
• Растачивание отверстий.

Токарно-фрезерное оборудование также дает возможность осуществлять:

• Фрезерование,
• Гравирование,
• Точение.

Токарное оборудование с ЧПУ открывает широкие горизонты для воплощения в жизнь самых разных задач, поэтому при покупке нового аппарата стоит обратить на них особое внимание.

Особенности наладки токарных станков с ЧПУ

В начале смены проверяют основные функции движения станка. В целях тепловой стабилизации станка и устройства ЧПУ включают на холостом ходу вращение шпинделя со средней частотой и питание устройства ЧПУ в течение 20. 25 мин (при этом станок прогревается).

Согласно карте наладки подбирают режущий инструмент и оснастку для крепления заготовки. Проверяют состояние инструмента. Устанавливают инструмент в соответствующие позиции суппорта револьверной головки, указанные в карте наладки.

Настраивают кулачки, ограничивающие перемещения суппорта и его нулевое (исходное) положение. Вводят УП с пульта УЧПУ с бланка или из кассеты внешней памяти. Проверяют УП сначала в покадровом режиме, а затем — в автоматическом, наблюдая за правильностью ее осуществления.

Закрепляют заготовку в соответствии с картой наладки. Выполняют размерную настройку режущего инструмента. Обрабатывают заготовку по УП. Определяют размеры готовой детали и вводят необходимые коррекции с пульта управления УЧПУ (при обработке партии заготовок периодически проверяют размеры деталей и при необходимости вводят коррекции).

При обработке первой заготовки необходимо наблюдать за процессом резания (особенно за стружкообразованием и шероховатостью обработанной поверхности); при необходимости следует вводить коррекции режимов резания (с пульта управления УЧПУ).

Особенности инструмента для станков с ЧПУ.

Инструмент для станков с ЧПУ должен обладать повышенной прочностью. К нему предъявляются высокие требования по жесткости материала, взаимозаменяемости элементов, качеству заточки режущих частей и износоустойчивости. Весь инструмент должен строго соответствовать указанным требованиям. Это позволит избежать брак в изделиях, обеспечить долгосрочную работу инструмента и оснастки, сохранить целостность оборудования и обеспечить безопасную работу сотрудников, управляющих станками.

Основные требования к операторам станков с ЧПУ

К работе на станках, оборудованных числовым программным обеспечением, допускаются только опытные работники, которые имеют багаж практических навыков выполнения обработки на обычных станках.

Невозможно написать и следить за работой программы, если у оператора отсутствует понимание самого процесса выполнения станком той или иной операции, позволяющей выполнить требуемую обработку заготовки (детали).

Первоочерёдным, что должен понимать и уметь выполнять оператор, выступают операции по черновому и чистовому точению, сверлению, нарезанию резьб, а также использованию других способов механической обработки.

Чтобы оператор, использующий станок с числовым программным управлением эффективно выполнял свои функции, его профессиональное обучение начинают с изучения:

• основных компонентов и знания устройства станка;
• вспомогательных систем и механизмов, улучшающих условия обработки;
• понимания особенностей применяемых для обработки инструментов и рабочего стола, допустимых направлений (осей) их ориентации и взаимного соотношения при движении;
• определения функций станка и особенностей его программирования.

Чем выше уровень подготовки и квалификации оператора, тем лучше будет организовано выполнение станком своих функций, а также более качественно проведена операция по обработке заготовки (детали).

Требования к оснастке

К оснастке фрезерных станков с ЧПУ предъявляют следующие требования:

• Детали необходимо предварительно подготовить. Они должны находится на правильно установленных поверхностях. В случае их отсутствия используют дополнительные приспособления (бобышки, приливы и др.).
• Чтобы избежать лишних переустановок изделия, важно не допускать попадание поверхностей и отверстий под прямым углом.
• Поверхность, которая служит в качестве базовой и основной, должна быть предварительно обработана и выровнена.
• Если обрабатываемый материал не фиксируется в 3-х плоскостях, то его крепят по одной плоскости и 2-м отверстиям.
• Из-за высокой скорости переключения на следующие изделия, у станка с ЧПУ должна быть соответствующая оснастка. Так снижается простой и при должном инструментальном оснащении обеспечивается сокращение времени на смену, установку, транспортировку и крепление деталей.
• Для увеличения эффективности применяются быстрые зажимы с пневматическим приводом.

Необходимо отметить, что на выбор оснастки влияет тип производства и эксплуатационная сфера. На данный момент приспособления объединяются в определенные группы в зависимости от области применения конкретного станка.

Обратите внимание: вы можете объединить сразу несколько станков с ЧПУ для того, чтобы проводить одновременный контроль их работы. Такая система оснащается дополнительными приспособлениями и оснасткой для фрезерных станков, например, участками с автоматизацией из гибких устройств, и становится совершенно автоматизированной технической линией.