/
Автор: Маслов А.Р. Григорьев С.Н. Кохомский М.В.
Теги: формообразование со снятием стружки молоты и прессы разделительные операции без образования стружки, дробление и измельчение, обработка листового материала, изготовление резьбы отдельные машиностроительные и металлообрабатывающие процессы и производства машиностроение справочник станочные конструкции металлообработка станки чпу
ISBN: 5-217-03363-0
Год: 2006
Текст
£1 Григорьои Ml КохошиИ U Маши
Инструментальная ненастна станков с ЧПУ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
БИБЛИОТЕКА ИНСТРУМЕНТАЛЬЩИКА
Редакционная коллегия
В.А. Гречишников редакционной тиегп
А.Р. Маслов
Чиены редакцойнниа к о я в в г а и:
Г.В. Боровский, С.А. Васин, Г.Е. Громов,
А.Е. Древалъ /ж председатвля!,
И.Н. Жесткова, В.И. Кокарвв,
С.В. Яуквнэ [ywbiii секретарь},
А.А. Рыжкин, А.Г. Схиртладзе
[зам. председателя},
В.В. Тарашынов, BJ. Якухин,
Н.С. Равская (Украина},
В И. Ходырев (Беларусь)
МОСКВА «МАШИНОСТРОЕНИЕ» 2006
ЕЛ. Григорьев МЛ. Коношей А.Р. Маем
Инструментальная оснастка станков с ЧПУ
Под общей редакцией д-ра техн, наук А.Р. Маслова
МОСКВА «МАШИНОСТРОЕНИЕ» 2006
УДК 621.9.02
ББК 34.63
Г83
Григорьев С.Н., Кохомский М.В., Маслов А.Р.
Г83 Инструментальная оснастка станков с ЧПУ: Справочник / Под общ. ред. А.Р. Маслова. - М.: Машиностроение, 2006. - 544 с.: ил. - (Б-ка инструментальщика).
ISBN 5-217-03363-0
Рассмотрены особенности обработки на станках с ЧПУ. Приведены конструкции режущего и вспомогательного инструмента, технология изготовления инструментальной оснастки, вопросы подготовки инструмента к работе на станках с ЧПУ, диагностика инструмента как элемента технологической системы, проектирование инструментальных наладок, комплексное инструментообеспечение станков с ЧПУ.
Для специалистов-инструментальщиков, а также для инженерно-технических работников, занимающихся проектированием технологий и эксплуатацией станков с ЧПУ, может быть полезен аспирантам и студентам вузов.
УДК 621.9.02
ББК 34.63
СПРАВОЧНОЕ ИЗДАНИЕ
Григорьев Сергей Николаевич, Кохомский Михаил Васильевич, Маслов Андрей Руффович
ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ ОСНАСТКА СТАНКОВ С ЧПУ
Редактор ДЛ Елисеев
Переплел художника Г Я Галицыной
Корректор М.Я. Барская
Инженер по компьютерному макетированию Н.И. Смольянина
Сдано в набор 20.07.2006 г. Подписано в печать 30.10.2006 г. Формат 60 х 88 ’/i6.
Бумага офсетная. Гарнитура Times. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 33,32. Уч.-изд. л. 34,02.Тираж 2000 экз. Заказ 4877
Ордена Трудового Красного Знамени ОАО "Издательство "Машиностроение", 107076, Москва, Стромынский пер., 4. www.mashin.ru
Оригинал-макет изготовлен в ООО "Издательство Машиностроение-1" Отпечатано в ГУП ППП "Типография "Наука" РАН,
121099, Москва, Шубинский пер., 6
ISBN 5-217-03363-0 © Издательство ’’Машиностроение", 2006
Перепечатка, все виды копирования и воспроизведения материалов, опубликованных в данной книге, допускаются только с разрешения издательства и со ссылкой на источник информации
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение........................................... 7
Глава 1. Особенности технологии обработки на станках с ЧПУ........................................... 11
1.1. Методы оптимизации технологической операции 17
1.2. Назначение режимов резания............... 22
1.3. Автоматизация технологической подготовки производства .................................... 54
Глава 2. Режущий инструмент........................ 72
2.1. Номенклатура режущего инструмента........ 72
2.2. Режущие материалы и унифицированные узлы инструмента..................................... 81
2.3. Фрезы.................................... 116
2.4. Сверлильно-расточный инструмент.......... 130
2.5. Резьбонарезной инструмент................ 149
Глава 3. Вспомогательный инструмент................ 161
3.1. Хвостовики инструмента для многооперационных станков....................................... 164
3.2. Цилиндрические хвостовики для токарных станков 197
3.3. Специальные конструкции хвостовиков инструмента......................................... 204
Глава 4. Системы инструментальной оснастки......... 217
4.1. Конструкции базисных агрегатов........... 219
4.2. Обоснование размеров сменных наладок..... 259
4.3. Выбор базисного агрегата системы инструментальной оснастки.............................. 279
6
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава 5. Инструментальные наладки станков с ЧПУ .... 304
5.1. Построение маршрутного технологического процесса 305
5.2. Наладки для изготовления корпусных деталей .... 321
Глава 6. Диагностика инструмента как элемента технологической системы.............................. 349
6.1. Основы разработки систем диагностирования .... 349
6.2. Диагностика процесса резания и износа инструмента 355
6.3. Диагностика по результатам обработки..... 397
Глава 7. Комплексное инструментальное обеспечение станков с ЧПУ................................... 406
7.1. Изготовление вспомогательного инструмента .... 406
7.2. Обеспечение работоспособности инструмента .... 454
7.3. Сборка, настройка и балансировка инструмента .. 491
Глава 8. Автоматизированное проектирование инструментальной оснастки............................. 523
8.1. Разработка проектных модулей по выбору и расчету конструктивных элементов инструментальной оснастки....................................... 523
8.2. Автоматизированное проектирование режущего инструмента.................................... 525
8.3. Автоматизированное проектирование вспомогательного инструмента......................... 538
Список литературы................................... 543
ВВЕДЕНИЕ
Станки с числовым программным управлением (ЧПУ) и гибкие производственные системы на их основе (ГПС) являются прогрессивной формой организации производства, обеспечивающей эффективную работу при ограниченном количестве производственного персонала.
Совокупность в разных сочетаниях оборудования с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов (РТК), гибких производственных модулей (ГПМ), отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного времени обладает свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах их характеристик.
В систему обеспечения функционирования технологического оборудования с ЧПУ входят:
а) транспортная и транспортно-складская система, состоящая из взаимосвязанных автоматизированных транспортных и складских устройств, накопления, разгрузки и доставки предметов труда и технологической оснастки;
б) система инструментального обеспечения (СИО), включающая в себя участки подготовки инструмента, его транспортирования, накопления, устройства смены и контроля качества инструмента, обеспечивающая его подготовку, хранение, автоматическую установку и замену;
в) автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП);
г) система автоматизированного проектирования (САПР);
д) автоматизированная система технологической подготовки производства (АСТПП) и т.д.
Производственная структура участка из станков с ЧПУ включает в себя, как правило, два комплекса: производственный и управляющий вычислительный.
Производственный комплекс состоит из производственной системы и системы обеспечения функционирования технологиче
8
ВВЕДЕНИЕ
ского оборудования. Управляющий вычислительный комплекс включает в себя технические средства, программное обеспечение, необходимое для управления технологическими процессами, и соответствующие базы данных.
Возможности станков с ЧПУ как высокопроизводительного оборудования до настоящего времени используют не полностью. Значительный резерв повышения эффективности лежит в более рациональном построении каждого станочного перехода и в правильном выборе инструментальной оснастки.
Внедрение станков с ЧПУ сопровождается существенным расширением задач, стоящих перед технологами, проектирующими технологические процессы операций. Если раньше операционную технологию детально разрабатывали только для станков-автоматов и полуавтоматов, эксплуатирующихся в условиях массового и крупносерийного производства, то с внедрением станков с ЧПУ появилась необходимость в создании операционной технологии для мелкосерийного и серийного производства.
Требование рынка сочетать высокую производительность, характерную для массового производства, с высокой гибкостью, отличающей мелкосерийное и единичное производство, открыло путь внедрению станков с ЧПУ в отрасли, где основными видами оборудования всегда были автоматические линии, специальные станки и станки-автоматы. Использование традиционных методических подходов к разработке технологических процессов и к условиям инструментообслуживания специального оборудования (автоматических линий, станков-автоматов) приводит к снижению эффективности использования станков с ЧПУ в таких отраслях промышленности, как автомобилестроение, тракторостроение и т.п.
Принципы формирования номенклатуры инструмента могут быть использованы при разработке комплектов режущего и вспомогательного инструмента, необходимых для поставки со станками, а также при минимизации номенклатуры применяемого на заводе инструмента. Использование описанных методических подходов к организации инструментообслуживания станков с ЧПУ дает возможность минимизировать простои оборудования, вы
ВВЕДЕНИЕ
9
званные как затуплением инструмента, так и переналадками станков с операции на операцию.
Принципы формализации операционной технологии могут быть использованы в системах автоматизированного проектирования инструментальной оснастки для станков с ЧПУ. Технологические циклы, содержащиеся в типизированных операционных технологиях обработки деталей общемашиностроительного применения, позволяют упростить создание управляющих программ, особенно при использовании диалоговых систем машинной подготовки сложных программ.
Инструмент является основной составной технологической оснастки, используемой в машиностроительном производстве. С ростом уровня автоматизации машиностроения роль инструмента значительно возрастает. Инструмент должен соответствовать требованиям к заданной точности обработки и производительности и условиям, его эксплуатации в автоматическом цикле, таким как автоматическая смена инструмента, диагностика, оперативная информация о состоянии режущей части, размерная подналадка, регулирование и др. Важнейшее значение для автоматизированного производства имеет надежность инструмента. Этому требованию, в первую очередь, отвечает сборный инструмент с механическим креплением режущих пластин. Замена напайного инструмента сборным и цельным твердосплавным является главной задачей машиностроительного производства России.
Однако сборный инструмент отличается большей сложностью и многовариантностью. Эффективность его работы может быть обеспечена только на основе системного подхода. Такой подход предусматривает проектирование не отдельных инструментов, а систем инструментальной оснастки, включающих совокупности типоразмерных рядов инструмента. Системный подход позволяет учитывать более полно взаимосвязь инструмента с другими элементами технологической системы. На основе системного подхода к инструментальной оснастке системным становится инструментальное обеспечение машиностроительного производства, которое включает в себя системы автоматизированного проектирования и изготовления инструмента, основанные на современных базах
10
ВВЕДЕНИЕ
данных и на оперативной информации об эксплуатации инструмента, а также системы диагностирования инструмента, подготовки его к работе, восстановления, сборки и настройки.
В предлагаемом справочнике обобщен опыт проектирования и изготовления инструментальной оснастки, который приведен не в виде рекомендуемых конструкций (такие сведения быстро устаревают), а в виде расчетных методик и примеров расчета.
В процессе изготовления и эксплуатации инструментальной оснастки важной является комплексная оценка технического уровня и качества, для чего оцениваются ее конструктивные варианты на основе лабораторных и эксплуатационных испытаний.
В справочнике использован опыт ОАО "ВНИИинструмент", МГТУ "СТАНКИН" и ОАО "Ивановский завод тяжелого станкостроения", отечественных и зарубежных инструментальных фирм по разработке и внедрению прогрессивной инструментальной оснастки.
Авторы выражают благодарность д-ру техн, наук, профессору М.А. Эстерзону за большую помощь в работе над этим справочником.
Глава 1
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ НА СТАНКАХ С ЧПУ
Цель проектирования операционной технологии заключается в том, чтобы зная зависимости, ограничения и условия, определяющие нормальную работу станка, инструмента, рабочего, решить многовариантную технико-экономическую задачу выбора наиболее эффективной (выгодной) комбинации искомых параметров с учетом особенностей станков с ЧПУ и их эксплуатации.
Решения технологических задач при подготовке обработки на станках с ЧПУ для серийного (переналаживаемого часто) и массового (переналаживаемого редко) производства существенно различны.
Для серийного производства наиболее актуальны задачи сокращения затрат на переналадки станков, отладку технологии и управляющих программ (УП). Для решения задач серийного производства целесообразно использование относительно небольшой номенклатуры универсального инструмента и типизация конфигурации обрабатываемых поверхностей с учетом приемов обработки. Отработка технологии и УП в этом случае включается во время переналадки станков. Поэтому отладка операционной технологии обычно заканчивается обработкой нескольких деталей в соответствии с техническими требованиями к ним, УП в дальнейшем не корректируют.
Для массового производства главное - сокращение станкоем-кости, высокая надежность и удобство обслуживания. Объем и содержание работ, связанных с отладкой технологии и УП, также в значительной степени зависят от количества деталей, которые в дальнейшем будут изготовляться по откорректированной программе. Для решения задач массового производства необходимо использование комбинированного и специального инструмента,
12
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
многоинструментных наладок на отдельных позициях, сложная инструментальная оснастка и другие решения для сокращения времени обработки. Типизация обрабатываемых поверхностей осуществляется только по их конфигурации. При отладке операционной технологии и УП в этом случае значительное внимание следует уделять техническим требованиям к детали, а также требованиям к надежности обработки, например, к удалению стружки из зоны резания станка, к удобству установки, снятия и измерения детали и т.п. Время отработки технологии и УП обычно не регламентируется.
Разработка операционной технологии для станков с ЧПУ, используемых в массовом производстве, практически не отличается от подготовки этого документа для другого автоматического оборудования - подробное описание установа, операции, инструмента, оснастки, проходов, переходов, карты эскизов, карты наладки и.п. Основное отличие - необходимость разработки УП вместо других управляющих устройств. Особенности управляющих устройств в технологии обычно не детализируются.
Анализ работы программистов, создателей устройств ЧПУ, показал, что проектирование операционной технологии, на основании которой разрабатывают УП для станков с ЧПУ, как правило, основано на опыте разработчика. При этом операционная технология, не встретившая возражений со стороны потребителя станка, принимается в качестве образца для последующей разработки. Операционная технология не совершенствуется, и техникоэкономических оценок операций, как правило, не проводят. Это связано с тем, что частая смена объектов обработки затрудняет накопление исходных данных для подобных расчетов, а относительно небольшая величина обрабатываемых партий делает малоэффективным экспериментальное совершенствование операционной технологии на рабочем месте. Поиск оптимальных решений для операционной технологии станков с ЧПУ в производственных условиях не стимулируется.
Вместе с тем, условия оптимальности технологических процессов для станков с ЧПУ существенно отличаются от условий, обеспечивающих минимальную себестоимость обработки при за
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
13
данном качестве на станках с ручным управлением в серийном производстве и на автоматических станках в массовом производстве.
Для станков с ЧПУ, процесс обработки на которых осуществляется автоматически, все условия выполнения операции (выбор режущего инструмента, последовательность обработки и др.) должны быть заданы так же, как для автоматических станков, и занесены на программоноситель. Рабочий практически лишен возможности вмешиваться в процесс обработки.
При многономенклатурном характере мелкосерийного и серийного производства использование станков с ЧПУ связано с частыми переналадками. Станки с ЧПУ по быстродействию, производительности и стоимости значительно превосходят станки с ручным управлением. Инструменты этих станков работают в составе инструментальных магазинов (многоинструментных наладок) и заменяются по мере износа. Технологическая подготовка обработки на станках с ЧПУ связана со значительными затратами, и при оценке эффективности технологических решений для станков с ЧПУ нельзя игнорировать затраты на отладку и переналадку станков.
Для оптимизации операций, выполняемых на станках с ЧПУ, наиболее плодотворным является подход, предусматривающий использование метода проверенных технологических решений, метода поэлементной типизации операционной технологии и принципов формализации проектирования операции [1].
Метод проверенных технологических решений заключается в использовании множества оптимизированных решений, проверенных в конкретных производственных условиях, необходимых и достаточных для формирования операционной технологии обработки заданной совокупности деталей с четким определением областей применения этих технологических решений. Метод предусматривает выявление технологических возможностей станков и инструментов в производственных условиях, разработку и проверку оптимальных технологических решений, учитывающих эти возможности и последующее использование в УП.
14
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
Метод проверенных решений позволяет ограничить объем исходной информации при высокой ее надежности; обеспечивает надежность и стабильность операционной технологии, высокое качество УП; адаптируемость к изменению производства; инвариантность относительно типов и моделей оборудования, систем управления, технологической и инструментальной оснастки; простоту формализации процесса проектирования технологии и подготовки УП.
Для метода проверенных решений важным является:
а) выявление групп вопросов, рассматриваемых как одно технологическое решение, подлежащее экспериментальной отработке в конкретных условиях;
б) определение границ, характеризующих условия обработки, внутри которых технологическое решение остается оптимальным для совокупности деталей;
в) методика экспериментальной отработки решений в производственных условиях.
Метод поэлементной типизации операционной технологии заключается в выявлении множества элементарных поверхностей, характеризуемых конструктивно-технологической общностью и образуемых по общим правилам при одинаковых технологических решениях, необходимых и достаточных для описания всего многообразия форм деталей (полуфабрикатов), обрабатываемых на станках с ЧПУ, и в установлении типовых технологий обработки этих элементарных поверхностей с использованием проверенных технологических решений.
Метод поэлементной типизации дает возможность распространить проверенные решения на широкий круг деталей, которые могут быть изготовлены путем обработки составляющих их элементарных поверхностей.
Для метода поэлементной типизации существенно выявление элементарных поверхностей, для обработки которых используют общие технологические решения.
Принципы формализации проектирования операционной технологии предусматривают систематизацию технологических ре
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
15
шений и процедур выбора решений при формировании УП, что позволяет осуществлять подготовку программ машинным способом.
Один из наиболее важных моментов при проектировании технологического процесса операции - выбор и вычисление критерия оптимальности. Для этого необходим анализ структуры штучного времени и всех категорий затрат, связанных с обработкой на станках с ЧПУ, включая затраты на подготовку УП и ее отладку.
Штучное время /шт при обработке на станке с ЧПУ, рассматриваемое без учета времени на организационно-техническое обслуживание, отдых рабочего и неизбежные простои, определяют по формуле
^шт — ^УП + GeT + ^п.з ’ (1 • 1)
где /уп - время автоматической работы станка по УП:
^УП = + ^х.н ^пер ’ (1*2)
/р - время рабочего хода на деталь (операцию), зависит от числа и типов инструментов наладки, последовательности их работы, величины резания, направлений подвода, выхода, а также режимов резания (z, S, v):
^р “ ^рез ^х.р »
/рез - время резания;
/хр - время холостых перемещений, связанных со временем резания;
/х н - время холостых перемещений, не зависящее от времени рабочего хода. Например: время от пуска станка до выхода первого инструмента на позицию обработки; время возврата всех узлов станка в исходное положение после окончания работы последним инструментом; время возврата инструмента для следующего прохода и т.п.;
/пер - время, связанное с каждым их переходов, - время на смену инструмента, а точнее на отвод предыдущего инструмента
16
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
из зоны обработки в позицию смены, смена инструмента, подвод и позиционирование последующего инструмента для выполнения перехода;
/дет - время, связанное с деталью, - время на установку, закрепление, снятие и промеры детали, выполняемые на станке или вне его, но при неработающем станке; время на пуск станка и установку программоносителя в исходное положение;
/п,3 - подготовительно-заключительное время, приходящееся на деталь (операцию).
Время /ин - это сумма времен П” простоя станка за период стойкости, связанное с заменой z-ro инструмента. При работе различными инструментами, заменяемыми по мере их затупления, выкрашивания или поломки:
'иН=Е(п,7й), (1.з)
1=1
где п - количество инструментов, используемых в операции;
Qi - стойкость z-ro инструмента в штуках деталей.
Время /рег - время технического обслуживания, связанное с наладкой инструмента на размер и регулирование в процессе обработки для обеспечения требуемой точности:
^рег =£(ПГЫ (1-4)
1=1
где П?ег - время простоя станка, связанное с регулированием z-ro инструмента.
Из рассмотрения элементов штучного времени следует, что переменная доля т штучного времени /шт, зависящая от построения операции, равна:
+ ^ин ^рег + ^пер • О *^)
МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОПЕРАЦИИ 17
1.1. МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОПЕРАЦИИ
В качестве критерия оптимальности технологического процесса операции на станке с ЧПУ принимают переменную долю себестоимости операции. Для расчета используют себестоимость станко-минуты рабочего хода Ер и вспомогательной работы £в, а также относительный эксплуатационно-инструментальный показатель Эк. Эти величины изменяются в зависимости от организационно-производственных условий эксплуатации станков с ЧПУ.
При заданном объеме выпуска со станка значения Ер и Ев уменьшаются, период экономической стойкости инструмента 7^ увеличивается, скорость резания и переменная доля себестоимости снижаются. То же имеет место при многостаночном обслуживании, когда заработная плата рабочего с начислениями распределяется на определенное количество станков, снижая значения Е и Ее для каждого из них. Экономическая стойкость Тэк соответственно увеличивается, скорость резания уменьшается и переменная доля себестоимости снижается. В этих случаях затраты, связанные с работой станка и заработной платой, являющиеся постоянными в минуту, сокращаются, поэтому преимущества от увеличения скорости резания и совершенствования технологии незначительны.
По мере увеличения цен на высокопроизводительное точное и жесткое оборудование существенно возрастает себестоимость станко-минуты Ер, что приводит к уменьшению второго слагаемого в формуле:
эк,.=п;+($,./ер), (1.6)
где Si - стоимость амортизации, заточки и регулирования z-ro инструмента.
Дополнительно это слагаемое уменьшается благодаря совершенствованию конструкции и технологии изготовления режущего инструмента. В результате величина относительного эксплуатационно-инструментального пьтателя Эк все в большей степени на
18
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
чинает зависеть от потерь времени работы оборудования, связанного с заменой инструмента. Повышение быстросменности инструмента позволяет снизить значение Эк, форсировать режимы работы и увеличить производительность станков с ЧПУ. Применение дублеров инструмента позволяет снизить простои оборудования не только в связи с износом инструмента, но и при переналадках.
Качество операционной технологии тем выше, чем меньшим количеством инструментов выполняется заданный объем работ и чем меньше затрачивается времени на резание (при экономических режимах резания), если обеспечивается высокая надежность работы инструментальной наладки.
Например, КТЭ - конструкторско-технологический элемент для тел вращения - цилиндр, конус, фасонная поверхность, плоскость и другие, которые можно обработать резцом с главным углом в плане <р = 5° и вспомогательным углом <pi = 30°. Этот КТЭ может быть на наружных, внутренних и торцовых поверхностях (примеры КТЭ на деталях - см. раздел 1.3).
Структура операции по существу соответствует перечню переходов обработки КТЭ в операции и последовательности их выполнения, предусмотренных маршрутным технологическим процессом.
Для подготовки УП необходимо знать параметры каждого прохода от начала до конца, поэтому важны технологические данные по режимам каждого прохода на всем его протяжении, специальные команды (охлаждение и т.п.) и последовательность выполнения этих проходов. С точки зрения подготовки УП, проход - это цикл, включающий все необходимое для работы станка, а последовательность этих проходов - операционная технология. В операционной технологии проход может выполняться на различных участках КТЭ, с отличающимися режимами по траектории движения инструмента, с остановками и т.п., например: сверление отверстия; сверление с выводами сверла; сверление с изменением подачи на входе и выходе и т.п.
Из теории надежности известно, что вероятность безотказной работы нескольких последовательно включаемых элементов равна произведению вероятностей безотказной работы этих элементов.
МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОПЕРАЦИИ 19
Следовательно, и с точки зрения надежности в операции целесообразно использовать минимально необходимое для заданного объема работ число инструментов. При добавлении инструмента в наладку он должен обеспечивать сохранение надежности работы этой наладки и обладать существенно большей надежностью, чем надежность наладки до его добавления.
Отдельные параметры технологического процесса операции выбирают с учетом того, что содержание операции и требования к ней регламентированы маршрутным технологическим процессом изготовления детали, чертежом детали и ее служебным назначением. Предлагаемые ниже условия существенно облегчают выбор параметров технологического процесса:
а) выбор производится в последовательности, соответствующей разработке операционной технологии;
б) на каждом этапе разработки используют частный критерий оценки качества операционной технологии, исключающий необходимость пересмотра принятого решения на последующих этапах;
в) этот частный критерий не противоречит общему критерию оценки качества операционной технологии при всех рассматриваемых условиях.
Инструментальная оснастка, применяемая на станке с ЧПУ, должна обеспечивать обработку поверхностей всех форм и размеров деталей, которые обрабатывают на аналогичных станках в конкретных условиях данного производства. Общее число типоразмеров используемого инструмента необходимо минимизировать:
а) путем замены фасонного инструмента более простым, но перемещающимся по сложной траектории;
б) путем замены мерного инструмента немерным (даже если при этом может потребоваться дополнительный проход);
в) применением инструмента, пригодного для различных видов работ (черновых, чистовых; обтачивания, растачивания и т.п.), за счет унификации геометрических параметров режущей части и присоединительных размеров.
При определении номенклатуры инструмента, закрепляемого за станком, необходимо принимать во внимание стоимость инет-
20
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
румента, его надежность и экономичность, особенности инструментального обеспечения и опыт использования инструмента различных конструкций.
Из всех инструментов, позволяющих обработать одинаковые формы поверхностей, в номенклатуру добавляют тот, который обеспечивает наименьшее время обработки при одинаковой надежности. При этом режимы резания для сравниваемых инструментов должны соответствовать возможностям инструмента и станка. Ограничения, вызываемые жесткостью детали, прочностью и жесткостью средств крепления, можно не учитывать.
Последовательность ввода инструментов в работу определяется требованиями операции. В тех случаях, когда требования к операции могут быть выполнены благодаря различной последовательности ввода инструментов, необходимо выбрать такую последовательность, при которой сумма времен, связанных с выполнением перехода, минимальна.
Оптимизационные расчеты выполняют для часто встречающихся условий обработки. На основании результатов расчетов устанавливают простые правила, используемые при подготовке программ. В процессе подготовки оптимизационным расчетом пользоваться нецелесообразно.
Траектории движения инструмента проектируют так, чтобы минимизировать время обработки и увеличить надежность режущего инструмента. С точки зрения выбора критерия различают траекторию рабочих и траекторию вспомогательных перемещений. Траекторию рабочих перемещений разделяют на участки установившегося резания, врезания и выхода инструмента. На этом этапе разработки операционной технологии уже известны: режущий инструмент, последовательность его ввода и содержание работы каждого инструмента. Поэтому траекторию можно выбирать для каждого инструмента в отдельности.
Траекторию перемещений инструмента устанавливают до назначения режимов резания. Как следствие этого, определение оптимальной траектории сводится к оценке пути инструмента в металле при равенстве припусков за проход, снимаемых в сравни
МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОПЕРАЦИИ 21
ваемых вариантах. Таким образом, необходимо минимизировать выражение
п
(1-7) i-l
где It - путь z-ro инструмента, зависящий от глубины резания t и формы траектории перемещений (£), при неизменных конфигурации и объеме припуска, снимаемого z-м инструментом.
Поскольку варианты сравнивают при условно одинаковых режимах резания, надежность инструмента сохраняется одинаковой в сравниваемых вариантах.
Надежность инструмента во многом зависит от организации его работы на участках врезания и выхода. На этих участках происходит нагружение (разгрузка) технологической системы силами резания, упругая деформация звеньев системы, выборка зазоров и др.
Неправильное построение траектории этих участков может привести к снижению производительности, появлению "зарезов", "выхватов" на обработанной поверхности, поломкам инструмента.
Вместе с тем, участки врезания и входа существенно короче участков установившегося резания. Поэтому при выборе траектории врезания варианты следует оценивать по их влиянию на надежность инструмента. Предпочтительны траектории, обеспечивающие плавное увеличение (уменьшение) сил резания до значений, характерных для участка установившегося резания, и наименьшие отличия в направлении сил на этих участках. Если рассматриваемые варианты обеспечивают одинаковую надежность, то в качестве дополнительного критерия используют время выполнения врезания (выхода).
Траектория вспомогательных перемещений инструмента не влияет на надежность работы инструментальной наладки. Поэтому оценивать выбранные варианты можно по времени выполнения этих перемещений.
Траекторию вспомогательных перемещений (схему перемещений) определяют для часто встречающихся условий обработки. На основании результатов расчетов устанавливают простые правила, используемые при подготовке УП.
22
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
Затраты на операцию и ее надежность во многом зависят от уровня режимов резания. Поэтому их следует назначать после установления остальных параметров операционной технологии. При этом необходимо учитывать технологические решения, принятые на предшествующих этапах разработки, а также организационнотехнические условия выполнения операции.
1.2. НАЗНАЧЕНИЕ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
Рассмотренные частные критерии оценки вариантов дают возможность найти оптимальные решения по всем параметрам технологического процесса операции. Каждое из этих решений может быть распространено на множество операций, для которых условия, его определяющие, остаются неизменными.
Например, по токарной обработке: проходной резец с ф = 95° и <pi = 5° предпочтительнее резцов с ф < 90° для обработки заготовок в виде отрезков проката, имеющих прямые ступени, т.к. не требует дополнительного резца для формирования прямого уступа, обеспечивает обработку по цилиндру и торцу с высокой производительностью и надежностью. Это решение является оптимальным для обработки в патроне и в центрах заготовок из конструкционных сталей, имеющих больше одной прямой ступени. Резец с Ф = 95° может быть использован и при черновой и при получисто-вой обработке наружных поверхностей таких заготовок. Для чистовой обработки этих поверхностей дополнительно нужен чистовой резец.
Траектория движения резца с ф = 95°, обеспечивающая минимальное время обработки по наружному диаметру и наибольшую надежность, соответствует перемещению параллельно оси вращения обрабатываемой поверхности. Если в операции этот резец участвует в качестве чернового, а контурный - в качестве чистового, то припуск на чистовой резец ориентировочно составляет 1,2... 1,4 мм. При таком припуске ошибка предварительной обработки и колебания твердости обрабатываемого материала в наименьшей степени сказываются на изменении размеров проточенной поверхности.
НАЗНАЧЕНИЕ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
23
Сложнее показать возможность распространения технологического решения по назначению режимов резания на широкий круг операций. Для станков в массовом производстве режимы резания рекомендуется оптимизировать на каждом проходе каждой операции. Для станков с ЧПУ это не так.
Если предположить, что станок, средства крепления и форма детали не ограничивают выбор режимов резания, то в этом случае режимы определяются только возможностями инструмента. Для определения возможностей инструмента необходимо провести его производственные испытания на том станке, в комплект инструментальной оснастки которого входит интересующий нас инструмент. Во время испытаний обрабатывают заготовки из наиболее используемого материала; жесткость заготовок не должна влиять на выбор режимов резания. В этих условиях определяют значения глубины и подачи (I, мм; So, мм/об), обеспечивающие наибольшую производительность без поломок инструмента. Скорость резания во время испытаний назначают в соответствии с нормативами. По результатам испытаний устанавливают режимы резания, рекомендуемые для данного инструмента при работе на конкретном станке.
Правила определения оптимальных режимов сводятся к следующему: число проходов определяют делением чернового припуска на рекомендуемую глубину резания с последующим округлением результата до большего целого числа; фактическую глубину каждого прохода находят делением величины чернового припуска на полученное число проходов. Если фактическая глубина резания меньше рекомендуемой, то подача может быть увеличена так, чтобы произведение глубины и подачи не превышало рекомендуемых значений t х So, а величина подачи была бы меньше предельного значения, установленного экспериментально по прочности режущей кромки или форме стружки. Скорость резания для каждого прохода рассчитывают по известным зависимостям, если задано значение экономической стойкости.
Изложенные правила назначения режимов оптимальны во всех случаях, когда ограничением по режимам является режущий инструмент, а допускаемые значения t и So определены в конкретных условиях. Свод таких правил можно рассматривать как техно
24
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
логическое решение по назначению режимов резания для определенных условий.
Операции, характеризующиеся одинаковыми оптимальными и технологическими решениями, по всем параметрам операционной технологии могут быть объединены в группы, для которых существуют формальные правила построения операционной технологии, отвечающей целевой функции операции. Детали таких групп можно обрабатывать по типизированной (для групп) операционной технологии. Область использования каждой типизированной технологии ограничивается условиями, определяющими оптимальность технологических решений.
Работы'По оптимизации операционной технологии в конкретных условиях мелкосерийного и серийного производства включают в себя анализ обрабатываемых поверхностей деталей; выявление элементарных поверхностей, имеющих конструктивнотехнологическую общность и образуемых с помощью одинаковых технологических решений.
Например, поверхности тел вращения удобно разбить на элементарные поверхности, которые могут быть образованы проходными упорными или расточными резцами для глухих отверстий (цилиндрические, конические, фасонные поверхности) и на поверхности, для которых требуется иной инструмент (прямые и угловые канавки, торцовые выемки, винтовые). С поверхностей первого типа удаляется 70...90 % снимаемого при обработке материала. Поэтому для их образования необходимы инструменты как для черновой, так и для чистовой обработки. Поверхности второго типа расположены относительно поверхностей первого типа в теле детали, с них удаляется значительно меньше материала, что позволяет выполнять их черновую и чистовую обработку одним инструментом.
В большинстве случаев существует принципиальная возможность назначения таких режимов обработки и траекторий перемещения инструментов, при которых обеспечиваются наивыгоднейшие условия резания.
В операции может быть столько элементарных переходов, сколько существует участков с отличающимися условиями работы
НАЗНАЧЕНИЕ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
25
инструмента. Каждый режущий инструмент участвует в проходах и переходах с отличающимися режимами резания. В тех случаях, когда на станке обрабатывают относительно небольшие партии деталей, инструмент может участвовать в обработке различных деталей (операций) из материалов, как близких по свойствам, так и отличающихся, в течение периода стойкости.
Часто с целью сокращения номенклатуры режущего инструмента и времени обработки (за счет уменьшения значения Znep) один инструмент выполняет в операции различные по характеру переходы, например, черновые, чистовые, по торцу, цилиндру (при точении), с различными значениями глубины резания, подачи; концевые фрезы могут работать только торцовыми зубьями, только зубьями, расположенными на цилиндрической поверхности, или теми и другими одновременно.
В качестве примера на рис. 1.1 показаны схемы и разрешаемые направления перемещения при снятии припуска резцом с (р = = 95° и вспомогательным углом в плане <pi = 5°. На реальных операциях продолжительность работы этого инструмента на отличающихся режимах резания или с различным направлением подачи характеризуется данными, полученными на базе 32 типовых операций (табл. 1.1).
Отмеченные особенности эксплуатации инструмента оказывают влияние на характер и интенсивность изнашивания, что следует учитывать при назначении режимов резания.
При универсальном использовании резца с (р = 95° возникают следующие ситуации:
- участки повышенного износа развиваются независимо один от другого, продолжительность работы инструмента до замены определяется по износу, соответствующему наиболее длительному переходу, при одинаковой скорости изнашивания в двух направлениях;
- участки повышенного износа оказывают влияние друг на друга (обтачивание цилиндра, конуса). В этом случае продолжительность работы инструмента до замены определяется по износу участка, расположенного между участками наибольшего износа по
26
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
каждому из направлений. Несмотря на то, что износ промежуточного участка кромок развивается менее интенсивно при работе по каждому из направлений, он может стать превалирующим при работе в двух направлениях;
- участки с повышенным износом сливаются и невозможно выделить износ, соответствующий различным направлениям рабочих перемещений, режимы резания должны учитывать суммарное время работы по разрешенным направлениям.
1.1. Продолжительность работы резцом с <р = 95°
Наименование прохода Глубина резания мм Подача 5О, мм/об Время резания
мин %
Подрезка торцов 5 0,4 0,72 2,9
4 3,78 15,0
0,3 1,13 4,5
3 0,5 0,39 1,6
0,4 0,97 3,9
0,3 2,00 7,9
2 0,4 0,65 2,6
0,3 1,02 4,1
1 1,24 4,9
Точение диа-метров 5 0,5...0,6 5,0 19,9
4 0,5 1,75 7,0
3 0,4...0,5 2,62 10,4
2 1 1,02 4,1
1 0,5 0,7 2,8
Протачивание фасок — 0,2 0,27 U
Обратное точение - 0,4...0,6 1,82 7,3
Итого: 25,08 100,0
НАЗНАЧЕНИЕ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
27
Рис. 1.1. Схемы разрешаемых направлений перемещения резца с <р = 95° и <pi = 5°: а - при подрезке торцов; б - при точении по диаметру; t = 5.. .9 мм; 50i = 0,6 мм/об, So2 = 1,5 мм/об, 5*03 - 0,4 мм/об; t х So = 4,5 мм2
У концевых фрез, фасочных, расточных резцов и некоторых других инструментов возможно появление нескольких очагов износа при использовании для снятия припусков различных участков режущих кромок. Эти участки могут отстоять друг от друга по длине кромки, соприкасаться или накладываться один на другой.
Если участки износа отстоят друг от друга, то режимы и стойкость должны рассчитываться по определяющему проходу, если
28
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
соприкасаются, то с учетом работы в этих двух проходах, если накладываются, то с учетом суммарного времени работы.
Скорость изнашивания инструмента определяет, с одной стороны, условия, в которых происходит отделение стружки (материал заготовки и инструмента, охлаждение и смазка, вибрация, выход стружки и т.п.), а с другой - режим резания (у, S, t).
Глубина резания, подача и направление рабочих перемещений оказывают определяющее влияние на форму площадки износа, а скорость резания - на интенсивность ее изменения.
Для расчетов, связанных со временем обработки, периодами стойкости инструмента и т.п., вместо режимов работы на каждом элементарном^ участке обрабатываемой поверхности целесообразно использовать такие эквивалентные режимы, которые обеспечивают ту же суммарную по поверхности (переходу) интенсивность (скорость) изнашивания.
Условия работы инструментов, участвующих в проходах с отличающимися режимами при обработке одной детали (операции), также можно охарактеризовать эквивалентными режимами резания. Под эквивалентными следует понимать такие режимы резания, при которых износ инструмента за время обработки одной детали (операции) тот же, что и при работе с различными режимами на каждом проходе. Определение эквивалентных режимов тесно связано с определением участков наиболее интенсивного износа режущей кромки.
Для инструмента, работающего с переменными режимами резания и различными направлениями подачи, величину износа в любой точке задней поверхности можно определить как сумму износов, полученных на каждом режиме обработки (анализ выполнен на примере проходных и подрезных токарных резцов):
т т
ч. о-»)
/=1 /=1
где hy - суммарный износ в j-й точке режущей кромки, мм; т - число различных режимов обработки;
hjt - износ при работе на z-м режиме, в j-й точке, мм;
НАЗНАЧЕНИЕ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
29
tOi - время резания на z-м режиме, мин;
Wj. - скорость изнашивания в j-й точке при резании на z-м режиме.
Как отмечалось выше, скорость изнашивания Wjt определяется многими факторами. С увеличением скорости резания растет скорость изнашивания режущих кромок, причем степень влияния скорости резания на скорость изнашивания аналогична зависимости "стойкость - скорость".
Увеличение подачи приводит к увеличению как общей, так и удельной нагрузки на режущую кромку. При этом скорость изнашивания также возрастает. Изменение глубины резания не вызывает увеличения скорости изнашивания при условии, что не нарушается стабильность процесса обработки (отсутствуют вибрации).
Важно также знать зависимость скорости изнашивания от положения рассматриваемой точки режущей кромки. Анализ формы площадок износа резцов, используемых на токарных станках, показал, что есть ярко выраженные "пики" - участки повышенного износа, и участки равномерного износа (рис. 1.2).
Участки повышенного износа расположены, как правило, в месте контакта наклепанного поверхностного слоя заготовки с главной задней поверхностью и в месте контакта обработанной поверхности с вспомогательной задней поверхностью.
Рис. 1.2. Положение резца относительно заготовки (а) и форма площадки его износа (б):
1 - вспомогательная задняя поверхность; 2 - вершина;
3 - площадка износа; 4 - главная задняя поверхность
30
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
Участок повышенного износа на главной задней поверхности расположен на расстоянии, равном глубине резания от вершины, а на вспомогательной задней поверхности - на расстоянии, равном половине величины подачи. Глубина резания изменяется при обработке партии деталей вследствие колебания припуска заготовок. Поэтому участок повышенного износа на главной задней поверхности может иметь форму кривой Гаусса или равнобедренного треугольника, поскольку рассеяние значений припуска характеризуется указанными распределениями.
Участок повышенного износа на вспомогательной задней поверхности имеет аналогичную форму вследствие рассеяния механических свойств заготовки. Скорость Жвсп изнашивания на вспомогательной задней поверхности несколько меньше скорости Жгл вследствие разницы диаметров и удельных, давлений со стороны обрабатываемой поверхности (рис. 1.3).
Вспомогательная Главная задняя поверхность
Рис. 1.3. Интенсивность изнашивания различных участков режущей кромки резца с <р = 95° при обтачивании:
И7Л - наибольшая скорость изнашивания участка главной задней поверхности; - наибольшая скорость изнашивания участка вспомогатель-
ной задней поверхности; - скорость изнашивания поверхности сопряжения главной и вспомогательной задних поверхностей (вершина);
Wo - скорость изнашивания главной задней поверхности
НАЗНАЧЕНИЕ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
31
В общем виде зависимость скорости изнашивания W различных участков задней поверхности инструмента от параметров резания имеет вид:
W = CwvaS^KL, (1.9)
где Cw - постоянный коэффициент;
а, Р, у - показатели степени, соответствующие показателям при v, So, t в зависимости Т -fly, 50, f), взятыми со знаком минус:
Ki - коэффициент, зависящий от расположения рассматриваемого участка задней поверхности относительно вершины режущей части инструмента (табл. 1.2).
Если резец работает последовательно в нескольких направлениях, например, подрезает торец и обтачивает цилиндрическую поверхность, то площадка износа на его задней поверхности формируется в результате резания по каждому из направлений. При этом участки повышенного износа от работы по каждому из направлений не совпадают (рис. 1.4) и наибольшая величина суммарной площадки износа меньше аналогичной величины при резании в одном направлении за одно и то же время.
1.2. Влияние расположения участка задней поверхности на коэффициент KL
Координаты участка задней поверхности L, мм Коэффициент KL
L = -0,5So±0,255o 1,2
- 0,3So < Л < 0,5rs 0,8
L = 0,5/ 1,0
0,5re < L < 0,8/ 0,8...1,2
L -1 ± 0,2/ 1,8
Обозначение: rR - радиус при вершине режущей части, мм.
32
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
Рис. 1.4. Площадки износа:
1 - при подрезке торца; 2 - обтачивании; 3 - суммарная площадка износа; А-Л~ участок режущей кромки, на котором интенсивность изнашивания наибольшая (в результате суммирования площадок износа)
При резании с переменным направлением подачи скорость изнашивания W задней поверхности резца на любом ее участке можно определить по формуле:
(1.10)
где h\ и h2 - величины износа задней поверхности резца от подрезки и обтачивания, соответственно:
^1 =^р1^подр’ ^2 = Zp2^o6T>
где /р!, ?р2 - время резания при обтачивании, соответственно:
z₽i =^Р. ^Р2 если /р1 >/р2;
q\ - доля времени резания при обтачивании;
^подр > ^обт _ скорости изнашивания при постоянных условиях резания.
С учетом вышесказанного: t W + t W
V = PjjW Р2.О* = Лд₽ + (1 _ )ffo6T . (1.! !)
ZP
Для условий, соответствующих показанным на рис. 1.4 в плоскости А-А, И^И^ (см. рис. 1.3), 1Иподр = WB; WBcn = 1,2Ж0; Жв = 0,8Ио. Если = 0,5, т.е. время подрезки и обтачивания одинаково, то W = Ио. Это означает, что максимальная скорость изнашивания при переменных условиях резания в 1,4 раза меньше максимальной скорости изнашивания И'гл при резании в одном направлении (см. рис. 1.3).
НАЗНАЧЕНИЕ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
33
Задавая различные значения q\, можно определить скорость изнашивания на любом участке задней поверхности инструмента. В табл. 1.3 представлены расчетные (индекс "р") и экспериментальные (индекс "э") значения коэффициента ATW1 уменьшения скорости изнашивания при резании с переменным направлением подачи (Xwl = W/W^), определенные в плоскости А-А (см. рис. 1.4). Значения Kwi3 получены измерением реальных площадок износа замененных резцов, проработавших в переменных условиях (при подрезке и обтачивании) различное время (q\ изменялось от 0,1 до 1,0).
1.3. Значения коэффициентов уменьшения скорости изнашивания
Коэффи-циент <11
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
^1Р 0,73 0,76 0,79 0,82 0,85 0,82 0,79 0,76 0,73 1,0
Kwi3 0,94 0,91 0,86 0,83 0,78 0,80 0,75 0,78 0,89 1,0
Сравнение коэффициентов £wlp и Kwl3 показывает, что их значения достаточно близки.
Для определения скорости изнашивания задней поверхности резца при резании с изменяющимися значениями подачи (50] и 5о2) и глубины резания и t2) можно воспользоваться описанной выше схемой образования площадки износа, т.е. на главной задней поверхности скорость изнашивания максимальна на расстоянии каждой из глубин резания (/; и t2) от вершины, а на вспомогательной - на расстоянии Soi/2 и So2/2 от вершины.
На рис. 1.5 показан износ чернового проходного резца, работающего с двумя значениями глубины резания и подачи. Можно увидеть два "пика" износа на главной задней поверхности, соответствующие двум глубинам резания, и два "пика" износа на вспомогательной задней поверхности, соответствующей двум значениям подачи.
34
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
Рис. 1.5. Площадки износа:
1 - при обтачивании с глубиной резания t\ и подачей Soi; 2 - с глубиной резания t2 и подачей 5о2; 3 -суммарная площадка износа; А-А ~ участок режущей кромки, на котором интенсивность изнашивания наибольшая (в результате суммирования площадок износа)
Если обозначить часть времени резания, которое резец работает с подачей Soi и глубиной резания через q2, то скорость изнашивания W\ режущей части в описываемых условиях можно определить выражением:
^=^^bSoi) + (l-?2)^2.So2). (1.12)
Коэффициент KW1 уменьшения скорости изнашивания равен:
где Иг - максимальная скорость изнашивания при резании с постоянной глубиной и подачей.
Экспериментально определены следующие значения коэффициента KW1 для условий t2 ~ 2/3 t\ и So2 = Soi/2 (скорость изнашивания определялась в сечении А-А (см. рис. 1.5):
qx.................. 0,4 0,5 0,8
KW2................. 0,81 0,74 0,76
Проведенный анализ показывает, что продолжительность работы инструмента до допускаемого износа /гдоп возрастает при изменяющихся глубинах, подачах и направлениях перемещения.
Для неперетачиваемого инструмента, который используется на токарных станках с ЧПУ (резцы, оснащенные сменными многогранными пластинами (СМП) из твердых сплавов и т.п.), можно приблизить величину допускаемого износа к предельному значению.
НАЗНАЧЕНИЕ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
35
Полная потеря режущей способности СМП имеет место в тех случаях, когда происходит ее поломка или выкрашивание рабочей кромки. Отказы инструмента в результате поломок или выкрашивания могут быть двух типов: внезапные и от износа.
Основными причинами внезапных отказов при черновой и получистовой обработке являются: некачественная сборка резцов, повреждения стружкой, дефекты заготовок - облой, повышенный припуск, биение, заусеницы от резания, повышенная твердость, сбой станка, плохое закрепление заготовки, вибрации.
Отказы от износа возникают по мере износа инструмента в связи с увеличением составляющих сил резания и ослабления режущей кромки за счет непрерывного углубления и расширения "лунки" износа на передней поверхности пластины. Внезапные отказы инструмента характеризуются экспоненциальным распределением, отказы от износа - нормальным законом распределения, законом Вейбула-Гнеденко или логарифмическим нормальным распределением.
В условиях мелкосерийного производства практически невозможно устранить внезапные отказы, и закон распределения стойкости для инструмента, работающего на станках с ЧПУ, будет представлять собой композицию экспоненциального и одного из перечисленных выше распределений. Эксперименты показали, что работу токарных резцов характеризует композиция экспоненциального и логарифмического нормального распределений (рис. 1.6, а). Кривая характеризует такое состояние режущих кромок, при котором невозможно продолжение работы (поломка, выкрашивание, ухудшение чистоты поверхности).
Из рис. 1.6, а видно, что участок кривой Zp < 20 мин близок к экспоненте с интенсивностью 0,03; последующий участок совпадает с логарифмической нормальной кривой с In = 1,54. Среднее квадратическое отклонение о = 0,28.
36
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
Рис. 1.6. Плотность f и частость т распределения наработок (а) и вероятность безотказной работы Я(/р) (б) резца с ср = 95°: твердый сплав Т15К10, обработка стали 45 с v = 100 м/мин;
So = 0,4 об/мин и t = 4 мм
Кривая надежности инструмента для этого же случая R(tp) показана на рис. 1.6, б. Она представляет собой произведение функций надежности экспоненциального (Я](/р)) и логарифмического нормального (Я2(/р)) распределений:
4Р)=4Р)4Р). (1.14)
Для оценки допускаемого износа в качестве целевой функции приняты затраты на операцию, связанные с эксплуатацией инструмента. Для облегчения расчетов, оптимизацию затрат целесообразно выполнять по времени работы инструмента, а величину йдоп определять из выражения /гдоп = taonW, где /доп - время работы инструмента до допускаемого износа, W - средняя скорость изнашивания инструмента в рекомендуемых для него условиях.
Относительный эксплуатационно-инструментальный показатель Эк, выраженный в стоимости станко-минуты работы станка, может быть записан (при постоянных значениях t, So, v) в виде:
Эк=-^-[(1-?р)(пЕр+5ин1)+^(пЕр + 5ин2)], (1.15)
У (К)
где Т(Я) - стойкость, мин, соответствующая вероятности Я безотказной работы (в рассматриваемых условиях Я = 0,5);
НАЗНАЧЕНИЕ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
37
П - продолжительность простоя станка из-за замены инструмента в связи с отказом (поломка, выкрашивание), мин;
SHHi - стоимость инструмента, заменяемого по износу, руб;
Зин2 - стоимость инструмента, заменяемого после отказа, руб;
qp - относительное число инструментов, заменяемых в связи с отказом (разрушением), в общем числе замен.
Минимизируя выражение (1.15) для Эк при постоянных режимах резания, находим оптимальное значение T(R = 0,5), соответствующее допускаемой величине износа. Для решения этого уравнения необходимы следующие данные применительно к станкам с ЧПУ: параметры законов распределения отказов инструмента; технико-экономические величины (SHHi, SHH2, П, Ер); скорость изнашивания инструментов.
Для инструмента, формирующего поверхности с шероховатостью в узких пределах, допускаемый износ инструмента определяют по зависимостям от пути резания (рис. 1.7).
Так как на токарных станках с ЧПУ в течение периода стойкости инструмента работа производится с переменной подачей, то на вспомогательной кромке образуется несколько проточин, в соответствии со значением каждой подачи.
0,075 0,12510,167 0,250 50, мм/об
а)
Рис. 1.7. Параметр шероховатости Ra обработанной поверхности в зависимости от пути /рез резания (а) и профиль изношенного инструмента (б):
1,2 - изменение шероховатости при постоянной и переменной подаче соответственно; 3 - профиль поверхности детали, обработанной изношенным инструментом; 4 - профиль изношенного инструмента
б)
38
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
Из-за проточин возникают микронеровности на обрабатываемой поверхности.
По мере износа инструмента проточины углубляются и расширяются. Профиль изношенного инструмента и соответствующий ему профиль обработанной поверхности показан на рис. 1.7, б. Глубина Н каждой проточины равна расстоянию между основанием проточины А и вершиной резца В. Для абсолютно пластичного обрабатываемого материала значение Н совпадает с высотой неровностей на обработанной поверхности.
Однако глубина Н проточин будет при одинаковой продолжительности работы резца значительно меньше, чем при работе с постоянной подачей (кривая 2 на рис. 1.7, а показывает изменение шероховатости поверхности при работе с переменной подачей). Поэтому на токарных станках с ЧПУ при правильном назначении режимов резания редки случаи, когда ухудшение шероховатости поверхности является критерием смены инструмента.
Для инструмента, формирующего поверхность, положение и (или) размеры которой не должны выходить за оговоренные техническими требованиями достаточно узкие пределы, допускается износ, обеспечивающий требуемую размерную стойкость. Величина этого износа определяется из диаграмм, учитывающих изменения точности по мере износа инструмента (см. главу 6).
Для выполнения условий оптимальности работы режущего инструмента при обработке мелких и средних серий деталей необходимо соблюдать следующую методику назначения режимов резания:
а) установление допускаемых и базовых значений глубины резания и подачи для каждого инструмента в конкретных условиях;
б) установление скорости резания, обеспечивающей минимальные затраты на операцию при работе одним инструментом на базовых значениях глубины резания и подачи, т.е. установление экономической скорости резания при одноинструментной обработке. Экономическая скорость резания взаимосвязана с экономической стойкостью. Для распространенных условий эксплуатации инструмента на станках с ЧПУ значения экономической стойкости
НАЗНАЧЕНИЕ РЕЖИМОВ РЁЗАНИЯ
39
даны в [19]. Базовые значения глубины резания, подачи и экономической скорости служат основой для определения режимов работы данного инструмента на любой операции;
в) режимы резания для конкретной операции рассчитывают по базовым режимам, вводя поправочные коэффициенты, учитывающие различие механических характеристик базового и обрабатываемого материала, переменные режимы резания, работу инструмента в составе многоинструментных наладок.
Принимаемые технологические решения по режимам резания должны опираться на результаты технологических испытаний этого инструмента в конкретных производственных условиях.
Технологические испытания на предприятиях, имеющих опыт эксплуатации станков с ЧПУ, выполняют на оборудовании, на котором предполагается использование соответствующего инструмента. Цель испытаний - установить базовые параметры режимов резания, обеспечивающие минимальную стойкость обработки при высокой надежности.
Для проведения испытаний выбирают одну или несколько конкретных операций, где инструмент работает с высокой производительностью и достаточной стойкостью. Первоначально операции выбирает технолог на основании экспертных оценок. Важно, чтобы операция как можно более точно отражала условия работы инструмента. Например, для подрезного резца доля его работы по подрезке торца должна составлять не менее 70 %.
Если средняя стойкость инструмента (при соблюдении требований математической статистики при испытаниях и при обработке их результатов) соответствует нормативным данным, а распределение Л(/р) близко к нормальному или логарифмическому (1.14), то эти режимы могут быть использованы как базовые (индекс "б") при подготовке УП.
В случае, когда фактические режимы резания (индекс "ф") существенно отличаются от рекомендуемых [6] (индекс "рек"), необходимо установить причины этого расхождения.
Возникают следующие ситуации:
а) значения фактической глубины резания и фактической
40
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
подачи 5ф ограничены возможностями станка (по мощности, крутящему моменту, усилию подачи) или средств крепления заготовки. В этом случае /рек = /ф и 5рек = 5ф;
б) значение /ф равно припуску на обработку, и для определения /рек, S необходимо выбрать другую операцию;
в) увеличение подачи ограничено требованиями к шероховатости обработанной поверхности и следует выбрать другую операцию;
г) интенсификация режимов резания невозможна вследствие низкой стойкости инструмента Гф, поэтому уменьшают скорость резания и рассматривают возможность увеличения глубины резания и подачи.
При значительной разнице в значениях /рек и 5рек разных операций в анкету инструмента вносят наибольшее значение /рентах >а величину подачи 5рек определяют как средневзвешенную:
о _ ^рек1*^рек1 + ^рекг^рекг + ••• + ^рек.п^рек.п «д,
Д рек - — , (1ЛО)
рек. max
где /реК1 и - режимы первой операции;
/рек2 и 5рек2 - режимы второй операции и т.д.;
п - число рассмотренных операций.
Скорости в этих оптимальных операциях не должны по величине значительно отличаться между собой и должны обеспечить стойкость инструмента Тн = 15 мин. Если фактическая стойкость инструмента Гф меньше или больше Та, то скорость резания уф корректируют по формуле:
<1Л7>
Рекомендуемую глубину резания для рассматриваемого инструмента при чистовой обработке (обтачивании, растачивании) можно принять, сравнивая фактические значения глубины резания
НАЗНАЧЕНИЕ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
41
с результатами технологических испытаний, во время которых обрабатывают цилиндрическую поверхность с переменным ступенчатым припуском. Припуск назначают в пределах (0,5...2,0)?ф. Число ступеней 7-10. Припуск разбивают равномерно по всем ступеням (рис. 1.8, а). Ширину ступени Ъ выбирают такой, чтобы можно было достаточно измерить относительное радиальное положение ступеней обработанной поверхности. По профилограмме (рис. 1.8, 6) определяют наименьшую разницу размеров двух соседних ступеней. Полусумму припуска, снимаемого при обработке этих ступеней, принимают за рекомендуемое значение глубины резания чистового прохода.
Для операций, на которых критерием замены инструмента является ухудшение шероховатости поверхности или выход за пределы поля допуска, режимы устанавливают на основании анализа, изложенного выше.
Поправочные коэффициенты, связанные со свойствами обрабатываемого материла, используют для всех инструментов наладки.
Рис. 1.8. Определение рекомендуемой глубины резания для чистового прохода при растачивании: а - схема обработки с глубиной t = 0,6.. .3,3 мм; б - профилограмма обработанной поверхности
42
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
Поправочные коэффициенты, связанные с переменными режимами резания, вводят для инструментов, работающих с различным направлением рабочих перемещений и (или) с различными значениями глубины резания и подачи. Поправочные коэффициенты, учитывающие многоинструментность, необходимы для двух-трех наиболее загруженных инструментов наладки.
В табл. 1.4 и 1.5 приведены поправочные коэффициенты на величину подачи Ks и скорости резания Kv для основных конструкционных материалов, используемых в машиностроении.
Параметры режима резания для каждого инструмента наладки могут быть определены следующим образом: глубина резания t = t6; подача S = S5Ks; скорость резания v = vqKv, где Ks, Kv -поправочные коэффициенты на материал из табл. 1.4 и 1.5; Кп -поправочные коэффициенты на переменность условий резания; Кт - поправочный коэффициент на многоинструментность.
Результаты технологических испытаний заносят в анкеты (карты) инструмента, которые являются одним из основных носителей информации. Инструмент и его возможности определяют многие технологические решения по построению оптимальной операции. Для этого в анкету инструмента вносят следующие технологические сведения: а) режимы резания по группам материалов, обрабатываемых на станке; б) стойкость; в) граничные значения подачи 5min, Smax по этим труппам материалов; г) предельно допускаемую глубину резания; д) величину припуска на чистовые проходы, выполняемые инструментом; е) направления врезания инструмента и его отвода; ж) величины недохода и перебега.
Кроме режимов резания эти данные устанавливают на основании обобщения производственного опыта или анализа приемов обработки. В табл. 1.6 показан пример анкеты инструмента, используемой в системах автоматической подготовки УП.
1.4. Поправочные коэффициенты при обработке стали
Значения коэффициентов при обработке на станках
Марка Твердость НВ сверлильно-расточных фрезерных
I II I II
Ks Xv Ks Kv Ks Kv Ks Av
45 170...229 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 l,o 1,0 1,0
40
10 <137 1,5 1,45 1,5 1,45 1,4 1,3 1,2 13
15 <143
20 1,1 1,1 1,1 1,0
30 1,2 1,2 1,1 1,1
35 <187 1,0 1,0
45* 220...250 0,9 0,9 0,9 0,9 0,8 0,7 0,9 0,8
50 179...229 1,о 1,0 1,0 1,0 l,o 0,9 1,0 0,9
50* 229...255 0,9 0,9 0,9 0,9 0,8 0,7 0,9 0,7
20Х 170...217 1,0 1,0 1,0 0,9 1,0 0,9
30X <217 0,8 0,9
35Х
40Х 179...229 0,8 0,8 1,0 1,0
40Х* 230...260 0,9 0,7 0,9 0,8 0,7 0,9 0,8
45Х*
18ХГТ 157...207 1,1 1,0 1,1 1,0 1,1 0,9 1,1 0,9
ЗОХГТ 170...197 1,0 0,7 1,0 0,9 0,6 1,0 0,8
зохгт 170...241 0,9 0,9 0,8 1,0 0,7
НАЗНАЧЕНИЕ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
U
Продолжение табл. 1.4
Марка Твердость НВ Значения коэффициентов при обработке на станках
сверлильно-расточных фрезерных
I II I II
Ks К, Ks Kv Ks Xv Ks Kv
35ХГТ 207...241 0,9 0,7 0,9 0,8 0,8 0,6 0,9 0,7
65Г 196...229 1,0 1,0 1,0 0,7 l,o 1,0
12ХНЗА 163...207 1,1 0,8 1,1 0,9 1,1 0,8 0,8
12Х2Н4 0,7 0,8
20ХНЗА <241 0,9 0,9 0,8 0,9
20ХНМ 155...217 1,1 0,8 1,1 0,9 1,0 1,0
СтЗ 1,3 1,1 1,3 1,1 1,4 1,3 1,2 1,3
08 126...163 1,45 1,45
А12 160 1,3 1,3 1,5 1,4
Ст5 170 1,1 1,1 1,1 1,0 1,0 1,0
25ХГТ <217 1,0 0,7 1,0 0,9 1,0 0,6 0,8
40ХГТР <229 0,6 0,8
9X18 230...255 0,9 0,9 0,7 0,8 0,7 0,9
ШХ15 179...207 1,1 1,1 1,1 1,0
ШХ15СГ 179...217 1,0
50Х 187...229 1,0 0,8 1,0 0,8
40ХФА 207...241 0,9 0,7 0,9 0,8 0,8 0,9
У8А 187 1,1 1,0
У10А 163...183 1,0
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
Продолжение табл. 1.4
Марка Твердость НВ Значения коэффициентов при обработке на станках
сверлильно-расточных фрезерных
I 11 I II
Ks к. Ks Kv Ks Ks Kv
50ХН 229...269 0,9 0,8 0,9 0,9 0,8 0,6 0,9 0,7
20Л 120...126 1,5 1,3 1,5 1,3 1,4 1,3 1,2 1,3
40ХН 160...207 1,1 0,7 1,1 0,8 1,0 0,7 1,0 0,8
40ХГ 207... 269 0,9 0,6 0,9 0,7 0,8 0,9
ЗОХГТВ 220 1,0 1,0 0,8 l,o 1,0
20ХГС 150...207 1,1 0,8 1,1 0,9
38ХЮА 160...230 1,0 0,6 1,0 0,7
40ХНМ 197...269 0,9 0,9 0,8 0,6 0,9 0,7
45ХНМА
38Х2МЮА 187...229 1,0 0,5 1,0 0,6 1,0 1,0
50ХФ <270 0,9 0,4 0,9 0,5 0,8 0,5 0,9 0,6
40ХС* 215 1,о 0,5 1,0 0,6 1,о 0,6 1,0 0,7
40ХФ* 220...280 0,7 0,7 0,8 0,9
40ХМ* 285...321 0,6
15Х 130 4,5 1,0 1,5 1,1 1,4 1,0 1,2 1,1
38ХА 197...204 1,1 0,8 1,1 0,8 1,2 ' 0,9 1,0 1,0
5 ОТ 170...229 1,о 0,7 1,0 1,0 0,7 0,8
40ХНМА 197...269 0,9 0,6 0,9 0,7 0,8 0,6 0,9 0,7
35ГС* 269...321 0,7 0,5 0,7 0,6 0,6 0,4 0,5
12Х2НЗА 156...217 1,1 0,8 1,1 0,9 1,0 0,8 1,0 0,9
45Г2 <229 0,9 0,7 0,9 0,8 0,8 0,7 0,9 0,8
НАЗНАЧЕНИЕ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
<л
Продолжение табл. 1.4
Марка Твер-дость НВ Значения коэффициентов при обработке на токарных станках
Сверление, центрование, рассверливание Точение Растачивание Точение, растачивание
I И черновое чистовое черновое чистовое I II
Ks xv Ks Kv Ks Ку,
45 170...229 1,0 1,0 1,0 1,0 1,о 1,о 1,0 1,0 1,0 1,0
40 1,3 1,2 1,2 1,4
10 <137 1,2 1,3 1,2 1,3 1,5 1,6
15 <143 1,6 1,5
20 1,6
30 1,1 1,1 1,1 1,2
35 <187 1,0 1,о
45* 220...250 0,8 0,9 0,8 0,9 0,8 1,5 0,8 1,3 0,7 0,8
50 179...229 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,9
50* 229...255 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 1,5 0,8 1,3 0,8
20Х 170...217 1,0 1,1 1,о 1,1 1,3 1,2 1,0 1,2 1,3 1,4
ЗОХ 35Х <217 0,9 0,9 0,9 0,9 0,8 0,9
40Х 179...229 1,0 1,0 1,0 1,0
40Х* 230...260 0,8 0,7 0,8 0,7 0,8 1,5 0,8 1,3 0,6 0,75
45Х* 0,8
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
Значения коэффициентов при обработке на токарных станках
Марка Твердость НВ Сверление, центрование, рассверливание Точение Растачивание Точение, растачивание
I п черновое чистовое черновое чистовое I II
Ks к. Ks Kv Ks
18ХГТ 157. ..207 1,0 0,8 1,0 0,8 1,3 1,2 1,0 1,2 0,9 1,0
ЗОХГТ 170...197 0,9 0,7 0,9 0,7 1,0 1,0 1,0 0,6 0,7
зохгт 170...241 0,8 0,8 0,5 1,1
35ХГТ 207...241 0,7
65Г 196...229 0,9 0,9 1,3 0,9 1,3 0,6 0,6
12ХНЗА 163...207 1,0 0,8 1,0 0,8 1,3 1,2 1,0 1,2 0,8 0,9
12Х2Н4 0,6 0,8
20ХНЗА <241 0,8 0,8 0,5 1,0
20ХНМ 155...217 1,0 1,0 0,8 0,9
СтЗ 1,2 1,1 1,2 1,1 1,2 1,0 1,0 1,5 1,6
08 126...163 1,4 1,4 1,0
А12 160 1,3 1,3 1,3
Ст5 170 1,0 1,0 1,0 1,0 1,2 1,2
25ХГТ <217 0,9 0,6 0,9 0,6 0,6 0,8
40ХГТР <229 0,7
НАЗНАЧЕНИЕ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
Продолжение табл. 1.4
Марка Твер-дость НВ Значения коэфс шциентов при обработке на токарных станках
Сверление, центрование, рассверливание Точение Растачивание Точение, растачивание
I п черновое чистовое черновое чистовое 1 И
&S Kv Ks Kv Ks Kv
9X18 230...255 0,8 0,6 0,8 0,6 0,9 1,0 0,9 1,0 0,4 0,9
ШХ15 179...207 1,0 1,0 1,о 1,0 0,6
ШХ15СГ 179...217 0,6 0,6 0,7
50Х 187...229 0,9 0,7 0,9 0,7 0,8
40ХФА 207...241 0,8 0,8 0,9 0,9
У8А У10А 187 163...183 1,0 1,0 0,8 0,9
50ХН 229...269 0,8 0,8 0,9 1,2 0,9 1,2 0,6 0,8
20Л 120...126 1,3 1,1 1,3 1,1 1,3 1,о 1,3 1,5
40ХН 160...207 0,9 0,8 0,9 0,8 0,9 1,0
40ХГ 207...269 0,8 0,6 0,8 0,6 0,9 1,3 0,9 1,3 0,7 0,8
ЗОХГТВ 220 0,9 0,8 0,9 0,8 1,0 1,0 1,0 1,0 0,9
20ХГС 150...207 1,0 1,0 0,8
38ХЮА 160...230 0,9 0,9 0,9 1,3
40ХНМ 197...269 0,8 0,6 0,8 0,6 1,3
45ХНМА 0,9
38Х2МЮА 187...229 0,9 0,8 0,9 0,8 0,6 0,8
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
Марка Твер-дость НВ Значения коэф^ >ициентов при обработке на токарных станках
Сверление, центрование, рассверливание Точение Растачивание Точение, растачивание
I II черновое чистовое черновое чистовое I II
Ks Ks К, Ks Л;
50ХФ <270 0,8 0,6 0,8 0,6 1,0 13 0,9 13 0,4 0,8
40ХС* 215 0,9 0,9 0,6 0,7
40ХФ* 220...280 0,6 0,6
40ХМ* 285...321 0,8 1,5 0,8
15Х 130 1,0 1,0 1,0 1,0 13 1,2 1,0 1,2 1,0 1,0
38ХА 197...204 0,9 0,8 0,9 0,8 1,0 1,0 1,0 0,8 0,9
50Г 170...229 0,7 0,7 1,3 0,9 1,3 0,6 0,8
40ХНМА 197...269 0,8 0,6 0,8 0,6 0,7
35ГС1* 269...321 0,6 0,6 0,8 1,5 0,8 0,6 0,7
12Х2НЗА 156...217 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,8 0,9
45Г2 <229 _0,8 0,8 0,9 0,9 0,6 0,7
* Сталь после улучшения.
Примечания: 1. Опорные режимы выбираются для стали 45.
2. Римскими цифрами обозначен материал режущей части инструмента: 1 - быстрорежущая сталь; II - твердый сплав.
3. Коэффициенты вводятся на базовые опорные режимы, определенные для конкретного инструмента, закрепленного за конкретным станком.
4. В процессе накопления экспериментальных данных коэффициенты могут уточняться.
НАЗНАЧЕНИЕ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
1.5. Поправочные коэффициенты при обработке чугуна
Марка Твер-дость НВ Значения коэффициентов при обработке на станках
сверлильно-расточных фрезерных
I И 1 И
Ks Kv Ks а; Ks Av Ks кч
АСЧ-1 108...229 1,0 1,о 1,о 1,0 1,о 1,0 1,0 1,0
АСЧ-3 160...190 1,1 1,1
СЧ 15-32 163...229 1,0 1,0
СЧ 18-36 170...229
СЧ 21-40 170...241 0,9 0,9 0,85 0,9 0,8 0,9 0,9 0,9
СЧ 24-44
СЧ 28-48
СЧ 32-52 187...255 0,8 0,8 0,7 0,7
СЧ 12-28 143...229 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
СЧ 32-42 170...241 0,9 0,9 0,8 0,9 0,9 0,9
КЧ 30-6 163 1,2 1,0 1,15 1,0 2,0 1,0 2,0 1,0
КЧ 33-3
КЧ 35-10
КЧ 37-12
ВЧ 45-50 170...207 1,0 0,7 1,0 0,7 1,5 0,8 1,5 0,8
ВЧ 40-10 156...197
ВЧ 45-10 187...255 0,8 0,65 0,8 0,6 1,3 0,6 1,3 0,6
ВЧ 50-1,5 0,7
ВЧ 60-2 197...269 0,55 0,6 1,2 u
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
Окончание табл. 1.5
Значения коэффициентов при обработке на токарных станках
Марка Твердость НВ Сверление, центрирование, рассверливание Точение, растачивание
1 11 от вида обрабатываемого материала по корке без корки
&S К, Ks Kv Ks к. Ку
АСЧ-1 108...229 1,0 1,о 1,о 1,о 1,0 1,0 1,0
АСЧ-3 160...190 1,2 1,2 1,2 u
СЧ 15-32 163...229 1,0 1,0 1,0 1,0
СЧ 18-36 170...229 0,9 0,9
СЧ21-40 170...241 0,8 0,9 0,8 0,9 0,9
сч 24-44
СЧ 28-48
СЧ 32-52 187...255 1,0 1,0
СЧ 12-28 143...229 0,7 1,о 0,7 1,0 1,0 1,2 1,2
СЧ 32-42 170...241 1,0 0,9 1,0 0,9 0,9 0,9 0,9
КЧ 30-6 163 0,8 1,1 0,8 1,1 1,0
КЧ 33-3 1,2 1,2
КЧ 35-10
КЧ 37-12 1,1
ВЧ 45-50 170...207 0,8 0,8 1,0
ВЧ 40-10 156...197 1,1 0,9 1,1 0,9
ВЧ 45-10 187...255 0,8 0,6 0,8 0,6 1,2 0,8 0,65
ВЧ 50-1,5
ВЧ 60-2 197...269 0,5 0,45
Примечания: L Опорные режимы выбираются для чугунаСЧ 15-32. 2- 4. См. табл. 1.4.
НАЗНАЧЕНИЕ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
tn
52
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
1.6. Анкета инструмента
№п/п Параметр Размерность
1. Общий параметр
1-1 Код инструмента —
1-2 Код станка —
1-3 Название инструмента —
1-4 Характер обработки —
1-5 Марка материала —
1-6 Группа материалов —
1-7 Направление вращения шпинделя —
2. Геометрический параметр
2-1 Диаметр инструмента D мм
2-2 Координаты вершины по оси Z (min) мм
2-3 Координаты вершины по оси Z (max) мм
2-4 Координаты вершины по оси X (min) мм
2-5 Координаты вершины по оси X (max) мм
2-6 Главный угол в плане ср град
2-7 Вспомогательный угол в плане ф] град
2-8 Наибольшая длина обработки по оси Z мм
2-9 Наибольшая длина обработки по оси X мм
2-10 Угол установки резца у град
2-11 Квадрант режущей части
2-12 Радиус при вершине г6 мм
2-13 Ширина режущей части резца мм
2-14 Минимальный диаметр обработки мм
2-15 Глубина резания мм
2-16 Предельная глубина резания мм
2-17 Количество зубьев шт
2-18 Шаг резьбы мм
2-19 Длина режущей части мм
2-20 Диаметр направляющей цапфы мм
НАЗНАЧЕНИЕ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
53
Окончание табл. 1.6
№п/п Параметр Размерность
3. Параметр передвижки
3-1 Диаметр первой ступени ММ
3-2 Длина первой ступени мм
3-3 Диаметр второй ступени мм
3-4 Длина второй ступени мм
3-5 Диаметр третьей ступени мм
3-6 Длина третьей ступени мм
4. Рекомендуемый параметр
4-1 Стойкость Т мин
4-2 Скорость резания v м/мин
4-3 Подача So мм/об
4-4 Минимальное значение подачи So min мм/об
4-5 Максимальное значение подачи 50 max мм/об
5. Рекомендации в УП
5-1 Направление подвода —
5-2 Направление отвода —
5-3 Припуск на торце мм
5-4 Припуск на цилиндре мм
5-5 Глубина резания мм
5-6 Угол врезания град
5-7 Перебег мм
5-8 "Отскок" (отвод) мм
5-9 Ширина фрезерования мм
5-10 Величина безопасного подвода мм
54
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
1.3. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА
Сложность и трудоемкость технологической подготовки производства (ТПП) в условиях мелкосерийного производства, особенно на многооперационных станках с ЧПУ, не позволяет формализовать и автоматически проектировать технологический процесс. Однако, если рассматривать корпусную деталь как совокупность конструктивно-технологических элементов (КТЭ) детали, то процесс формализации операционной технологии значительно облегчается. Этот принцип "типизации технологии обработки КТЭ детали" позволяет построить автоматизированную систему ТПП (АСТПП) корпусных деталей [3].
С помощью АСТПП быстрее и правильнее решаются задачи, указанные в разделах 1.1 и 1.2, в том числе: выбор режущего инструмента; последовательность переходов и проходов; выбор траектории движения инструмента и заготовки; назначение режимов резания в рабочих проходах на всем пути движения; выбор периодов стойкости инструмента многоинструментных наладок последовательного действия и т.п.
Создание АСТПП для обработки общемашиностроительных корпусных деталей на базе метода проверенных технологических решений для обработки отдельных КТЭ детали с последующим синтезом маршрутно-операционной технологии обработки детали в целом включает в себя следующие этапы:
а) разработка формализованной модели представления структуры технологической операции обработки детали с разбиением ее на переходы обработки отдельных КТЭ;
б) исследование формализованной модели структуры операции для выявления ее типовых иерархических структурных составляющих элементов (технологических циклов), реализация которых может быть осуществлена на базе типовых вариантов технологических решений;
в) определение первичных и производных структурных составляющих операции;
г) унификация параметров технологической информации и вариантов типовых технологических решений;
АВТОМАТИЗАЦИЯ ТПП
55
д) разработка конструктивно-технологической классификации элементов корпусных деталей и языка кодирования типовых структурных составляющих технологической операции (технологических циклов);
е) определение номенклатуры и алгоритмов первичных и производных структурных составляющих технологической операции (технологических циклов) обработки КТЭ детали;
ж) программно-математическая реализация АСТПП, включающая в себя разработку технологического процессора, обеспечивающего автоматическое проектирование первичных и производных структурных составляющих операции, разработку информационной базы данных, входных и выходных форм информации.
Структура технологической операции может быть представлена как сложная иерархическая система, в которой формально описываются отдельные элементы для последующего синтеза модели системы. В дальнейшем это позволяет исследовать и идентифицировать параметры на базе реальных величин, характеризующих технологию обработки корпусных деталей.
Основные положения, используемые при построении модели технологической операции.
1. Корпусная деталь на операции (установе) рассматривается как совокупность (множество) типовых элементарных поверхностей, подлежащих обработке, имеющих определенное положение в пространстве относительно оси шпинделя станка и связанных с системой координат станка. При этом каждой элементарной поверхности в процессе обработки соответствует ряд таких, параметров, как квалитет точности обработки, шероховатость обработанной поверхности, оставляемый припуск и др.
2. Типовой технологический переход рассматривается как определенная законченная часть технологической операции, характеризуемая типом применяемого инструмента и элементарной поверхностью, образуемой при обработке.
3. Под операцией (операционной или маршрутно-операционной технологией) для многоцелевых станков понимают совокупность (множество) типовых переходов, необходимых для обработки всех элементарных поверхностей детали на данном установе.
56
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
4. В свою очередь, каждый типовой переход можно рассматривать как совокупность (множество) типовых технологических приемов, из которых можно выделить подмножества приемов, определяющих выбор инструмента; траекторий перемещений рабочих органов станка; режимов обработки и необходимых дополнительных технологических приемов (например, включение охлаждения).
5. Каждый типовой прием, в свою очередь, может рассматриваться как определенный типовой алгоритм, определяющий в конечном итоге последовательность команд устройства ЧПУ станка, обеспечивающих проведение процесса обработки.
Структура технологической операции можте быть разделена на следующие основные структурные составляющие (табл. 1.7):
а) простой технологический цикл (ПТЦ) - структурная составляющая технологической операции на уровне типового технологического перехода для обработки одного конструктивного элемента детали с заданными технологическими требованиями одним инструментом с помощью определенных технологических приемов-подциклов;
б) групповой технологических цикл (ГТЦ) - структурная составляющая технологической операции на уровне многократно используемого одноинструментного перехода ПТЦ для групповой обработки определенного числа одинаковых конструктивных элементов детали;
в) комбинированный технологический цикл (КТЦ) - структурная составляющая технологической операции на уровне последовательности (цепочки) нескольких разнотипных одноинструмент-ных переходов ПТЦ, используемых для комплексной обработки одного конструктивного элемента детали;
г) сложный технологический цикл (СТЦ) - структурная составляющая технологической операции на уровне многократно используемой последовательности (цепочки) разнотипных одно-инструментных переходов ПТЦ, используемых для комплексной групповой обработки определенного количества одинаковых конструктивных элементов детали.
1.7. Структура технологической операции
Составляющие операции в системах
типовой технологической
управления станком технологической подготовки схемы обработки элемента (группы элементов) детали
Останов Позиция обработки -ф-
Перемещение от точки к точке Прием, проход (ход) рабочий вспомогательный (холостой) фг
птц Типовой технологический переход для обработки одного элемента детали одним инструментом фг 1* м\А~\л\| — □ 1 х.х. •
гтц Многократно используемый переход для одноинструментной обработки группы из "N" элементов детали 1 -1— х.х. (№4)
АВТОМАТИЗАЦИЯ ТПП
Составляющие операции в системах
управления станком технологической подготовки
ктц Комбинация разнотипных переходов для обработки одного элемента детали несколькими технологическими переходами
стц Сочетание переходов для обработки группы из "7V" однотипных элементов детали
Обозначения: р.х. - рабочий ход; х.х - холостой ход.
Окончание табл, 1,7
(Л 00
Пример типовой технологической схемы обработки элемента (группы элементов) детали
-Рх -----------------------1
г* \| | zjJ
L 2S-2S-—
----------Т
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
АВТОМАТИЗАЦИЯ ТПП
59
Модель структуры технологической операции состоит из четырех подсистем, расположенных в порядке их иерархической зависимости.
Эти подсистемы могут быть объединены в две крупные системы:
- система укрупненных структурных элементов технологической операции. Из^различных сочетаний компонентов этой системы может быть набрана технологическая операция;
- система мелких структурных составляющих технологической операции, различными сочетаниями компонентов которой могут быть набраны ПТЦ.
В иерархической цепи приведенной модели структурные элементы, соответствующие ПТЦ, занимают центральное место на том уровне, при котором появляется возможность комплексного укрупненного решения автоматизированного проектирования технологической операции. С другой стороны, эти же ПТЦ могут быть получены как сочетания технологических приемов (подциклов), реализующих определенные алгоритмы и последовательности команд системы ЧПУ для проведения необходимой обработки. Таким образом, КТЦ, ГТЦ и СТЦ являются производными технологическими циклами.
В основе ПТЦ лежит одноинструментная обработка конструктивно-технологических элементов корпусных деталей. КТЦ представляет собой комбинацию (цепочку) ряда ПТЦ, совокупность которых качественно изменяет состояние элемента детали, которое соответствует техническим требованиям, но не может быть обеспечено.
Такая структура операции позволяет построить технологический процесс по иерархическому блочно-модульному принципу с высоким уровнем автоматизации разработки операционного процесса.
Другим важным условием автоматизации разработки операционного процесса является создание типовых технологических решений, что позволяет выполнить разнообразные технологические требования при использовании ограниченного числа типовых сочетаний по точности и шероховатости поверхности.
Понятие точности включает в себя размерную точность детали, точность ее геометрической формы, расположения, а также
60
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
требования к структуре поверхностного слоя (шероховатость поверхности).
Анализ опыта обработки резанием показывает, что существует взаимосвязь между допуском на размер и шероховатостью -шероховатость уменьшается при достижении более высокого класса точности обработанной поверхности. Поэтому для каждого допуска на размер (форму) можно установить пределы допускаемых значений шероховатости.
Накладывая наибольшие допускаемые значения шероховатости на область различных квалитетов допусков на размеры, получают варианты сочетаний параметров точности и шероховатости обработки (рис. 1.9). Полученные варианты сочетаний допуска на размер и шероховатости обработки используются для конструктивно-технологической классификации элементов корпусных деталей и выбора номенклатуры технологических циклов обработки.
Параметр
шерохов Ял 25J Яг 80 Ra 12,5 RzW атости
-я|Й
Яг 20 Ra 3,2 Ял 2,5 Ra 1,6 Ял 1,25 ft
И8Й
l\Cl V,O Ял 0,63 Ra 0,4 Ra 0,32
Ял 0,2
не Н7 Н8 Н9 НЮ ни Н12 ШЗ Квалитёт
Рис. 1.9. Основные варианты сочетаний параметров точности и шероховатости обработки
АВТОМАТИЗАЦИЯ ТПП
61
Благодаря унификации типовых структурных элементов технологического процесса, которые в различной комбинации могут составлять практически любой (до 95 %) технологический процесс, и классификации элементов общемашиностроительных корпусных деталей, появляется возможность автоматизировать систему подготовки управляющих программ (СПУП).
Элементы классифицированы по конструктивно-технологическому принципу, заключающемуся в том, что все многообразие конструкций деталей представляется как конечное число типовых конструктивных, элементов - цилиндра, плоскости, паза, отверстия и т.д.
Каждый элемент классификации, т.е. каждая поверхность детали, определяется тремя параметрами - видом, группой и типом.
Основные виды поверхностей: плоскости, контуры, уступы, пазы, отверстия и резьбы - представлены на рис. 1.10-1.15.
^^Группа 1 2 3 4 5 6 7 8_
0 10 ^^20 30 <> ^^50 Й60
1 21 Л м
2 ж
3 ^^23 ^33
4 ^^^4 1^^64
5
Рис. 1.10. Основные группы и типы обрабатываемых плоскостей
62
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
1 2 3 4 5 6 7 8
0 ^^20 I1 30 40 ^^50 (\s&f 60
1 21 Ь^41 Ч&4/ 51
2 К ^^42
Рис. 1.11. Основные группы и типы обрабатываемых контуров
1 2 3 4 5 6 7 8
0 10 20 Ф^о ID^4O © in 1^60 ^^70
1 J^^ll 21 11 e5l Й.,
2 ^^2
...
Рис. 1.12. Основные группы и типы обрабатываемых уступов
Поверхности каждого вида подразделяются на группы в зависимости от наличия отверстий и уступов:
О - открытые;
1 - ограниченные с одной стороны;
2 - ограниченные с двух сторон;
3 - замкнутые;
4 - замкнутые и ограниченные с одной стороны;
5 - замкнутые и ограниченные с двух сторон и т.д.
АВТОМАТИЗАЦИЯ ТПП
63
^-Оуппа 1 2 3 4 5 6 7 8
0 10 ^^20 зо
1 1^^21
2 1Я 1Ж *^^42
3 а
Рис. 1.13. Основные группы и типы обрабатываемых пазов
Рис. 1.14. Основные группы и типы обрабатываемых отверстий
64
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
Рис. 1.15. Основные группы и типы обрабатываемых резьб
Поверхности каждой группы подразделяются на типы в зависимости от ограничения движения инструмента - справа или слева, сверху или снизу, с выходом или без выхода и др.
Каждая элементарная поверхность характеризуется геометрическими параметрами, например, для открытой плоскости это -длина, ширина и расположение точки начала отсчета координат.
В ПТЦ осуществляются относительные перемещения инструмента и детали, необходимые для выполнения типового технологического перехода обработки одного конструктивно-технологического элемента детали с заданными технологическими параметрами (точность, шероховатость, припуск и др.). В ПТЦ входит связанный с выполнением этого перехода набор технологических
АВТОМАТИЗАЦИЯ ТПП
65
и вспомогательных приемов (команд управляющей программы), определяющих последовательности, траекторию и скорость перемещений рабочих органов станка, режимов обработки и т.п. Количество и номенклатура ПТЦ зависит от следующих факторов:
а) общее число КТЭ в классификаторе, которое, в свою очередь, зависит от числа конструктивных форм элементов поверхностей, положений элементов относительно шпинделя станка при обработке и числа сочетаний технологических требований к ним;
б) число возможных видов и схем обработки, классификатор которых составляется на основании анализа возможностей обработки на основном технологическом оборудовании участка, состава вспомогательного оборудования, оснастки и инструментального оснащения участка, технологических особенностей конкретного предприятия;
в) число типовых переходов, включаемых в цепочки, необходимые для достижения требуемых технологических параметров КТЭ. При определении этих цепочек (последовательностей переходов) также следует учитывать возможности основного технологического оборудования участка (многоцелевых станков), вспомогательного оборудования (инструмента и оснастки) и технологических традиций конкретного предприятия; возможности финишной обработки КТЭ, стыковки типовых переходов ПТЦ по припуску; максимальной унификации ПТЦ, входящих в последовательности.
В табл. 1.8-1.13 приведены варианты построения и кодирования ПТЦ, необходимые для обработки в соответствии с заданными технологическими требованиями к основным видам КТЭ, входящим в конструктивно-технологическую классификацию. Векторами обозначены ПТЦ. Начало и конец вектора соответствует начальному и конечному состояниям КТЭ по точности, шероховатости, припуску и другим технологическим параметрам обработки.
1.8. Простые технологические циклы обработки плоскостей
Код СОСТОЯНИЯ Гехнологичес^^^ кие требования б/о Обработка с малой точностью Обработка точная
черновая получистовая чистовая
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 1 2 3 2 4 5 _зП 6 I 7 4 Г 8 | 9 5 6 7 8 9
Квалитет - ШЗ Ш2 НИ НЮ 119 Н9 Н8 118 Н7
Параметр шероховатости — Rz 80 Ас 40 Rz 40 Rz 20 Az 20 Яя2,5 Ra 2,5 1,25 Ra 1,25
□ X, Хна 100 мм, мм — 0,4 0,2 0,1 0,06 0,04 0,02 0,01 0,005 0,005
ИХна 100мм. мм — о,з 0,15 0,1 0,08 0,06 0.04 0,02 0,01 0,008
Допуск по оси Z. мм — 0,3 0.2 0,15 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0,01
Снимаемый припуск, мм 0 8 5 6,5 3 2 2,2 1.5 1 1,2 1 0,8 0,85 0.8 0,5 0,3 0,2 0.15
Оставляемый Код припуск, вида мм обработки 8 0 3 1,5 0 1 0,8 0 0,5 0,3 0 0,2 0,15 0 0 0 0 0
60,61.62,63, 70.71,42,43 V
*12
13
22
24
25 1
33
36
37
44
48
49
55
66
60,61,30.31 77
88
99
Условные обозначения: О - плоскостность; // - параллельность; б/о - без обработки.
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
1.9. Простые технологические циклы обработки контуров
Код состояния Технологических, кие требования б/о Обработка с малой точностью | Обработка точная
черновая получистовая чистовая
0 I 2 3 4 5 6 1 8
0 1 2 3 2 4 31 L-5J L_O 4П L6 5 8 6 7 8
Квалитет — Н13 Н12 Н12 НИ НИ НИ НЮ НЮ
Параметр шероховатости — Яг 80 Яг 40 Яг 20 Яг 40 Яг 20 Ra 2,5 Яг 20 Яа2,5
IIХна 100 мм, мм 0,3 0,2 0,15 0,1 0,08 * 0,06 0,05 0,04
Непрямолинейность, мм — 0,15 0,12 0,1 0,08 0,06 0,05 0,04 0,03
Допуск по оси Z, мм — 0,4 0 3 0,2 0,15 0 1 0,08 0,07 0,05
Снимаемый припуск, мм 0 до 20 до 16 до 18 4 3 2 1,4 1,6 1 0,6 0,6 0,4 0,4 0,4 0,2
Оставляемый Код припуск, вида мм обработки до 20 0 4 2 0 1 0 0,6 0,4 0 0,4 0 0,2 0 0 0
50,51,52,53,54,55, 10, 11, 12, 13, 14, 15 V
7з
~*27
~*24
*33
~*35
*37
*44
46
55
^8
*66
*77
^8
Условные обозначения: II - параллельность; б/о - без обработки.
1.10. Простые технологические циклы обработки уступов
аь
Код состояния Тсхнологичсс>\_ кие требования б/о Обработка с малой точностью | Обработка точная
черновая получ истовая чистовая
0 1 2 3 у 4 5 6 7 8 9
0 1 3 5 2 4 3| |_6| L_8 4_J и 5 1 1 9 6 7 8 9
Квалитет __ Н13 1113 1112 Н12 НИ НН НИ НЮ НЮ
11араметр шероховатости — Яг 80 Яг 40 Яг 40 Яг 20 Яг 40 Яг 20 Ra 2,5 Яг 20 Яд 2,5
У/А'на 100 мм, мм — 0,12 0,1 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02
Непрямолинейность, мм — 0,25 0,2 0,15 0,1 0,08 0,06 0,05 0,04 0,03
Допуск по оси Z, мм — 0,4 0 ,3 0,2 0,15 0 ,1 0,08 0,06 0,05 0,04
Снимаемый припуск, мм 0 до 20 до 16 до19 до 20 до 19 4 3,4 3,6 2 1,6 1 0,8 0,6 0,4 0,4 0,2
Оставляемый Код припуск, вида мм обработки до 20 0 4 1 0 2 0 0,6 0,4 0 0,4 0 0,2 0 0 0 0
50,51,52, 53, 54,55 V
13
15
22
24
33
%
38
44
~^7
*55
"*59
~*66
77
—♦ 88
"99
Условные обозначения II параллельное 1ь; б/о - без обработки.
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
1.11. Простые технологические циклы обработки пазов
Код СОС10ЯНИЯ Тех11олюгичес^>\_ кие требования б/о Обработка с малой точностью Обработка точная
черновая получистовая чистовая
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 1 2 2 6 3 4 4 5 5 L7 6 L_a |9 7 8 9
Квалитет — Н12 Н12 НН НН НН НЮ НЮ Н9 Н8
Параметр шероховаюсти — Rz 40 Яг 20 Rz 40 &20 Ra 2,5 /?z20 Ra 2,5 Ra 2,5 Ra 2,5
IIX на 100 мм, мм — 0,25 0,2 0,15 0,1 0,08 0,08 0,06 0,04 0,02
Непрямой иней ность, мм — 0,1 0,8 0,8 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01
Допуск по оси Z, мм — 0 ,3 0 ,2 0 2 0,12 0,08 0,08 0,06 0,04 0,02
Снимаемый припуск, мм 0 до 30 до 27 3 2 до 30 до 28 2 1,6 0,4 0,2 1 0,8 0,8 0,02 0,2 0,2
Оставляемый Код припуск, вида мм обработки до 30 0 3 0 1 0 2 0 0,4 0 0,2 0 0,1 0,2 0 0 0
50, 51, 52, 53, 54, 55 Ц
*12
7
*26
*33
",34
*4
?5
V
Т?
*66
*68
69
99
Условные обозначения И - параллельность; б/о без обработки.
1.12. Простые технологические циклы обработки отверстий
Код состояния Т схкологичсс^4^^ кие требования б/о Обработка с малой точностью Обработка точная
черновая получистовая чистовая
0 1 2 3 4 / 5 6 7 8 9
0 1 2 2 4 з 1 5 4 6 5| L? 6 | 8 7 | 9 8 9
Квалитет - Н13 Н12 НН НН Н9 Н9 Н7 Н7 Н6
Параметр шероховатости — Ян 80 Ли 40 Rz 40 tfz20 Rz 20 Ro 2,5 /to 2,5 Ra 1,25 Ra 1^5
ИХ на 100 мм, мм — 0,1 0,08 0,06 0,04 0,03 0,02 0,01 0,006 0,005
Непрямолинейность, мм — 0,1 0,08 0,06 0,04 0,03 0,02 0,01 0,008 0,005
Допуск по оси Z, мм — 0,15 0 1 0,08 0 ,06 0,04 0 02 0 ,015 0,01 0,005
Снимаемый припуск, мм 0 до 25 до 22 до 25 до 35 3 2,2 1,5 1,3 0,5 0,4 0,2 0,12 о,1 0,005 0,08 0,05
Оставляемый Код припуск, вида мм обработки до 25 0 3 0 1,5 0 (1) 0,5 0 (0,6) 0,2 0 (0,3) 0,1 0 (0,2) 0,08 0 (0,1) 0,05 0 0
10, И, 12,13,14,15,20, 21,22,23, 24, 25,40,41 ц
*3
*22
^4
33
*35
*44
*46
*55
*57
66
*68
77
*79
*88
5)
Условные обозначения. Н - параллельность; б/о - без обработки.
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ
АВТОМАТИЗАЦИЯ ТПП
71
1.13. Простые технологические циклы обработки резьб
Код состояния Т ехнологи чес>^-. кие требования Обработка
предварительная окончательная
0 1 1 3
0 1 1 2 2 3
Квалитет. 111 1; Н12 Н9 Н8 Н7
Снимаемый припуск, мм 0 до 5 до 4 до 5 до 1
Оставляемый Код припуск, вида мм обработки до 5 0 до 1 0 0
10,11,12,13,14,15, 40,41,80,81,82 V
Т2
*22
*32
При разработке конкретного варианта АСТПП ограничивают номенклатуру ПТЦ, исходя из реальной номенклатуры изготовляемых деталей.
Глава 2
РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
В результате анализа эксплуатации станков с ЧПУ выявлены направления повышения производительности:
- сокращение основного и вспомогательного времени за счет широкого применения комбинированных режущих инструментов;
- использование осевого мерного инструмента (развертки, зенкеры);
- использование сложных траекторий перемещения простых инструментов;
- обработка элементарных поверхностей несколькими режущими элементами;
- широкое использование заготовок, полученных методами точного литья и ковки с применением подкладных штампов.
Анализ обработки заготовок крупными сериями показывает, что построение операционной технологии получения деталей в этих условиях может базироваться на рекомендациях, изложенных в главе 1.
2.1. НОМЕНКЛАТУРА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
Основу выбора номенклатуры инструмента составляют правила обработки основных и дополнительных поверхностей заготовок (последовательность переходов, траектории перемещения инструмента, режимов и т.д.).
Например, к основным поверхностям при токарной обработке относят такие, которые могут быть сформированы резцом с главным углом в плане <р = 93° и с вспомогательным углом (pi - 32°. Поверхности, для образования которых необходим другой инструмент, считаются дополнительными.
НОМЕНКЛАТУРА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
73
Номенклатуру режущего инструмента определяют на основе анализа форм, размеров, требуемой точности и шероховатости основных и дополнительных поверхностей деталей с учетом вида выбранной заготовки.
Заготовки для серийного производства отличает высокое качество и стабильность размеров, приближенность формы и размеров заготовки к форме и размерам детали. Наиболее часто используют литье или штампованные заготовки, что увеличивает число черновых проходов. Штампованные заготовки имеют корку и уклоны, поэтому вводят дополнительные инструментальные наладки.
Номенклатура режущего инструмента включает в себя унифицированный и специальный инструмент. К унифицированным инструментам относят центровочные сверла, спиральные сверла из быстрорежущей стали и сверла с пластинами твердого сплава, перовые сверла, зенкеры, развертки; резцы для черновой и чистовой обработки основных и дополнительных наружных и внутренних поверхностей деталей.
Инструмент, предназначенный для обработки только одной отдельной поверхности детали, считают специальным. Сюда относят комбинированный, фасонный и другой инструмент.
Комбинированный инструмент образуют из унифицированных резцовых вставок и сменных режущих пластин (СРП), закрепляемых в специальных многорезцовых державках (далее "державках"). Комбинированный инструмент может состоять только из резцовых вставок, только из СРП, закрепленных в державке, или объединять вставки и СРП. На токарных станках державку устанавливают в револьверную головку станка или в стандартный резцедержатель. Резцовые вставки и СРП компонуют в соответствии с геометрией обрабатываемых поверхностей. СРП, в свою очередь, подразделяются на сменные многогранные пластины (СМП), которые не перетачиваются, и на сменные перетачиваемые пластины (СПП).
Резцовые вставки с квадратной режущей пластиной и углами <р = 45° и ф1 = 45° используют при резании по корке, с углами <р = 60° и ф] = 75° - при резании по корке и снятии штамповочных уклонов.
74
Глава 2. РЕЖУЩИИ ИНСТРУМЕНТ
Рис. 2.1. Схема обработки канавок различного профиля и близлежащих торцов
При черновом точении основных наружных и внутренних поверхностей применяют резцовые вставки с <р = 90° для образования прямых уступов, с <р = 95° - для резания в двух взаимно перпендикулярных направлениях, с ф = 45° - для обработки фасок, с Ф = 75° - для резания с большой глубиной на проход.
Конструкция резцовых вставок и державок должна обеспечивать возможность регулирования и предварительной настройки резцовых вставок на размер вне станка, быструю и точную установку комбинированного инструмента в рабочую позицию на суппорте или в револьверной головке, формирование и отвод стружки в условиях автоматической работы станка с ЧПУ.
На рис. 2.1 показана схема прорезки двух близлежащих различных по профилю канавок и одновременной подрезки торцов левым и правым подрезными резцами.
С применением двух различных канавочных резцов сокращается штучное время обработки детали, так как исключается время, требуемое на одну замену инструмента (отвод, индексацию револьверной головки, подвод, позиционирование), и время, затрачиваемое на резание при обработке одной канавки.
Одновременная подрезка двух близлежащих торцов может быть целесообразна, если во внутренних углах заготовки имеются большие припуски металла. При одновременной подрезке торцов уменьшается время резания и время холостых перемещений инструмента.
НОМЕНКЛАТУРА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
75
При работе по схеме комбинирования различных резцовых вставок (вверху на рис. 2.2), работающих последовательно по разным координатам, в одной державке экономится время на смену инструмента.
На рис. 2.2 внизу показана схема параллельно-последовательной обработки трех торцов. После обработки самого удаленного от оси детали торца частоту вращения шпинделя переключают для подрезки следующих двух торцов. Применение комбинированного инструмента в этом случае приводит к сокращению времени резания и холостых перемещений.
Двухступенчатые сверла (рис. 2.3, а), применяемые для сверления ступенчатых
Рис. 2.2. Схема обработки торцов детали
отверстий, могут быть с режущими лезвиями, расположенными на одной спирали. Такие сверла, полученные перешлифовкой из обычных спиральных сверл, применяют только при малом перепаде ступеней диаметров. Более эффективны специальные ступенчатые сверла с чередующимися режущими лезвиями. Для снятия фасок сверла снабжают специальными насадками (рис. 2.3, б).
Ступенчатые развертки (рис. 2.3, в) изготовляют цельными (диаметром до 32 мм) и сборными (диаметром до 50 мм). Для од
новременного развертывания ступени разверток проектируют таким образом, чтобы они начинали работать в отверстиях одновременно.
Комбинированные зенкеры изготовляют цельными и сборными. Зенкеры малого диаметра изготовляют цельными с затылованными зубьями.
На рис. 2.4 показаны многоступенчатые зенкеры, длины ступеней которых равны соответствующим размерам обрабатываемых поверхностей. Величину затылования режущих зубьев зенкеров принимают одинаковой на всех ступенях, чтобы при переточке диаметры и длины ступеней изменялись одинаково.
76
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
в)
Рас. 2.3. Ступенчатые сверла и развертки
2.4. Многоступенчатые зенкеры
НОМЕНКЛАТУРА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
77
Зенкеры используют в основном для получения отверстий 11 и 12 квалитета точности. Для отверстий больших размеров используют насадные зенкеры, в том числе для одновременной подрезки торца и зенкерования углублений, выточек, снятия фасок.
Комбинированные зенкеры со сверлами применяют для одновременного сверления и зенкерования отверстий в сплошном металле.
Многоинструментные наладки, предназначенные для использования на многооперационных станках с ЧПУ, представляют собой хвостовые оправки, несущие на себе режущие элементы. Оправки выполняются цельными или сборными.
Многоинструментная наладка (рис. 2.5) состоит из переходной втулки 1 с конусом 7:24 и сменного корпуса 2 для установки и закрепления резцовых вставок 3. В качестве режущих элементов используют СМП, закрепленные в резцовых вставках. Используют резцовые вставки, оснащенные СМП квадратной, ромбической и треугольной формы.
Расточные инструменты, оснащенные резцовыми вставками, применяют для получения отверстия с точностью Н9-Н11.
Рис. 2.5. Многоинструментная наладка для обработки ступенчатого отверстия и снятия фаски
78
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
Первоначально многоинструментная наладка настраивается в сборе на приборе для настройки инструмента, в последующем настраивают только резцовые вставки. При затуплении СМП поворачивают или заменяют непосредственно на станке.
При использовании комбинированного инструмента необходимо учитывать ряд технологических ограничений:
- не следует комбинировать окончательную обработку внутренней и наружной поверхности, так как в этом случае не представляется возможным изменять положение каждого резца введением коррекции. Такое комбинирование возможно только при предварительной обработке поверхности;
- поверхности деталей, значительно отличающиеся по диаметру, совместно обрабатывать не следует, так как для обработки таких поверхностей оптимизировать скорости резания трудно из-за отсутствия общей области частот вращения шпинделя;
- не следует комбинировать в одной державке резцовые вставки с режущей частью из различных инструментальных материалов, например, из быстрорежущей стали и твердого сплава;
- при наличии в державке более четырех режущих элементов требуется проверить возможность применения этого инструмента по мощности резания и усилию подачи, допускаемых станком.
Последовательность переходов токарной обработки деталей комбинированными инструментами в основном та же, что и в мелкосерийном производстве:
- центрование;
- сверление;
- черновая обработка основных поверхностей, которая включает в себя: а) подрезку внешних торцов; б) обтачивание наружных поверхностей; в) растачивание внутренних поверхностей.
- чистовая обработка основных поверхностей;
- обработка дополнительных поверхностей.
Траекторию перемещения инструмента для черновой обработки основных поверхностей выбирают из условия минимизации времени рабочих и холостых перемещений. Обычно припуск на черновую обработку у штамповок удаляют за один проход, кроме отдельных напусков, которые устраняют за большее число проходов.
НОМЕНКЛАТУРА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
79
Траектория перемещения инструмента для чистовой обработки основных поверхностей соответствует контуру обрабатываемой поверхности.
Обработку комбинированным инструментом можно выполнять за один' проход (параллельно), при этом различные поверхности обрабатывают ^одновременно соответствующими резцовыми вставками (см. рис. 2.1) и за несколько проходов, когда обработка различных поверхностей ведется последовательно (см. рис. 2.2).
Обработку канавкок целесообразно выполнять за один проход. При этом форма и размеры режущей части инструмента должны соответствовать форме и размерам канавки. При последовательной обработке основной и дополнительной поверхностей комбинированным инструментом сначала обрабатывают основную, затем дополнительную поверхность.
Порядок назначения параметров режима резания (/, S, v) при обработке комбинированным инструментом в основном соответствует рекомендациям по выбору режимов для мелкосерийного производства. Значения глубины резания и подачи при черновом точении определяют из условия заданной надежности обработки. Глубину резания и подачу при чистовой обработке выбирают исходя из требований к точности обработки и шероховатости поверхности.
Для комбинированного инструмента с последовательной работой резцовых вставок режим резания назначают для каждой резцовой вставки отдельно, так же, как для унифицированного инструмента. При использовании комбинированного инструмента с параллельной работой резцовых вставок режим резания выбирают с учетом следующих особенностей эксплуатации:
- одновременно формируются цилиндрические поверхности, торцы и поверхности типа фасок, расположенные на различном расстоянии от оси вращения и имеющие различные требования к точности;
- в одной державке закреплены резцовые вставки различных типов с СРП разных форм;
- резцовые вставки одного комбинированного инструмента работают с разной глубиной резания.
80
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
Эти особенности эксплуатации приводят к тому, что некоторые резцовые вставки работают на неоптимальных режимах резания.
Номенклатуру и размеры стандартных и унифицированных режущих инструментов, необходимых для выполнения обработки группы деталей, следует выбирать в соответствии с назначенными ранее технологическими схемами обработки элементарных поверхностей (см. главу 1). Разделение на элементарные поверхности должно охватывать все типы деталей, предусмотренных для обработки, учитывать конструктивно-технологическую общность отдельных форм и возможность их образования при одинаковых технологических решениях, набором инструмента. Из полученного набора составляют комплекты инструментов за счет исключения идентичных^ повторяющихся. Особое внимание следует обратить на возможность унификации инструмента для обработки конструктивных элементов близких размеров, например, крепежных отверстий. Фасонный инструмент заменяется более простым, но перемещающимся по сложной траектории.
Детали, обрабатываемые на данном станке (участке), классифицируются по видам элементарных поверхностей с указанием размеров, требуемой точности, шероховатости, припусков и т.д. Для основных отверстий указываются наличие, форма и размеры отверстия в заготовке.
Для составления групп поверхностей деталей определяются технологические переходы и последовательность их выполнения, схемы перемещения инструментов при обработке в зависимости от размеров, точности, шероховатости и т.д.
Определяется номенклатура "общих" и "частных" инструментов. "Общие" инструменты предназначены для обработки всех деталей группы. Эти инструменты определяют производительность и надежность обработки, и поэтому должны обладать высокой режущей способностью, стабильностью свойств и надежностью, быть широкоуниверсальными. "Частные" инструменты предназначены для обработки отдельных элементарных поверхностей одной или некоторых деталей группы. Основным требованием, предъявляемым к "частным" инструментам, является их надежность.
РЕЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ И УНИФИЦИРОВАННЫЕ УЗЛЫ 81
Разработанные комплекты инструментов возможно изменять по мере появления новых конструкций инструментов и новых режущих материалов.
Пример комплекта стандартного режущего инструмента для токарного многооперационного станка приведен в табл. 2.1.
Номенклатура прогрессивного режущего инструмента, рекомендуемого для многооперационных станков, предназначенных для обработки корпусных деталей, приведена в разделе 2.3.
2.2. РЕЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ И УНИФИЦИРОВАННЫЕ УЗЛЫ ИНСТРУМЕНТА
Во многих областях машиностроения, в частности, в аэрокосмической и автомобильной промышленности, все чаще применяют материалы с особыми свойствами. Такими свойствами являются малый износ в вызывающей коррозию среде, высокая теплостойкость, повышенная механическая прочность и малая удельная плотность. Разработаны такие материалы, как коррозионно-стойкие и высоколегированные стали, чугуны с шарообразным графитом, материалы из легких металлов, усиленные стекловолокном и частицами, комбинированные слоистые материалы из легких металлов, а также сплавы на базе Ni и Ti.
Изготовление деталей из этих материалов требует соответствующей технологической подготовки. Более короткое время обработки получается за счет комплексной и многосторонней обработки за один установ. Высокоскоростная обработка HSM (High Speed Machining) дает повышение производительности из-за более высокой мощности резания. Сверх того, уменьшение силы резания приводит к улучшению качества поверхности. В связи с необходимостью защиты окружающей среды сокращается использование смазочно-охлаждающих технологических средств, которые в обработке резанием всегда выполняли задачи отвода тепла и стружки.
В связи с этим появились "сухая" обработка и смазка минимальным количеством специальных средств, которые осуществляются уже в 20 % случаев обработки резанием. Внедрение новых технологий привело к дальнейшему развитию модификаций твердых сплавов и их покрытий износостойкими слоями.
2.1. Комплект стандартного режущего инструмента для токарного многооперационного станка
Инструмент Условия использования Вид отказа Закон распределения стойкости
Сверла центровочные диаметром 6,3 и 3,15 мм Центрование под последующее сверление. Возможно центрование наклонных плоскостей Разрушение режущей части Экспоненциальный, при стабильной работе технологической системы - нормальный
Сверло спиральное (укороченное) диаметром 15 мм, ф = 90° Центрование с обработкой фаски, получение фаски в отверстии Изнашивание вершины и кромок сверла Нормальный
Сверло спиральное диаметром до 8 мм Сверление под последующее рассверливание, нарезание резьбы Поломка режущей части Экспоненциальный
Сверло спиральное диаметром свыше 8 мм Сверление под после-дующее растачивание или зенкерование Изнашивание вершины и уголков сверла Нормальный
Сверло спиральное диаметром 35 мм с СМП Изнашивание режущих кромок пластин —
Глава!. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
Инструмент Условия использования
Зенкер Окончательная обработка или под последующее развертывание
Развертка Окончательная обработка по 7-му квалитету
Резец проходной для предварительного точения с многогранной режущей пластиной Работа по корке, припуск неравномерный, под последующее обтачивание (растачивание)
Резец расточной для предварительного растачивания
Резец проходной с многогранной режущей пластиной (ф = 95°, ф1 = 5°) Черновая обработка наружных поверхностей с переменными направлениями и значениями подачи, глубины резания, скорости резания
Продолжение табл. 2.1
Вид отказа Закон распределения стойкости
Изнашивание режущих кромок, увеличение параметров шероховатости Нормальный
Увеличение параметров шероховатости, снижение точности Экспоненциальный
Разрушение режущей части Вейбулла-Гнеденко
— —
Изнашивание режущих кромок, приводящее к разрушениям режущей части, изменению размера обработки Нормальный
РЕЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ И УНИФИЦИРОВАННЫЕ УЗЛЫ 83
Инструмент Условия использования
Резец расточной проходной с многогранной режущей пластиной (ф = 95°, ф{ = 32°) Черновая обработка отверстий (возможно скопление стружки в отверстии)
Резец расточной контурный (ф = 93°, ф] = 32°) Чистовая обработка различных форм внутренней поверхности. Окончательная обработка
Резец проходной контурный Чистовая обработка различных форм наружной поверхности
Резец для угловых канавок Одно- и многопроходная обработка угловых канавок. Контурная обработка
Продолжение табл. 2.1
Вид отказа Закон распределения стойкости
Изнашивание режущих кромок, приводящее к разрушению режущей части, изменению размера обработки Нормальный
Снижение точности и увеличение шероховатости обработанной поверхности Нормальный, экспоненциальный для ВОК-71
Снижение точности и увеличение шероховатости обработанной поверхности Нормальный, экспоненциальный
Изнашивание режущих кромок Нормальный
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
Инструмент Условия использования
Резец прорезной для черновой обработки прямоугольных канавок: b < 5 мм Ь > 5 мм Одно- и многопроходная обработка канавок
Резец прорезной для полной обработки черновой и чистовой: b < 5 мм Ь > 5 мм Одно- и многопроходная обработка и подборка дна и стенок канавки
Резец для проточки торцовых канавок -
Продолжение таблицы 2.1
Вид отказа Закон распределения стойкости
Поломки и выкрашивания режущей части Экспоненциальный, нормальный
Изнашивание режущих кромок Близок к нормальному
Поломка режущей части Экспоненциальный, нормальный
Изнашивание по уголкам Близок к нормальному
— —
РЕЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ И УНИФИЦИРОВАННЫЕ УЗЛЫ 85
Окончание табл. 2.1
о
Инструмент Условия использования Вид отказа Закон распределения стойкости
Резец резьбовой: шаг меньше (равен) 3 мм Многопроходная обработка с переменным заглублением — —
шаг больше 3 мм Многопроходная обработка Изнашивание режущих кромок —
Резец отрезной Отрезка заготовок, в том числе из сплошного материала Изнашивание, выкрашивание режу-щей части —
Фреза концевая диаметром 25 мм Фрезерование пазов, лысок Нормальный
Метчик: меньше (равен) М8 Нарезание резьбы в глухом и сквозном от-верстии Поломка метчика Экспоненциальный
больше М8 Изнашивание метчика Нормальный
Зенковка Обработка отверстия под головку болта Поломка зубьев —
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
РЕЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ И УНИФИЦИРОВАННЫЕ УЗЛЫ 87
Под названием "твердый сплав" поставляют режущие материалы, которые изготовляются методами порошковой металлургии из твердых материалов (в первую очередь, карбидов) и из так называемых связующих металлов. Главную роль, с точки зрения твердости, играет карбид вольфрама (WC). В технике обработки резанием довольно большое значение имеют также карбид титана (TiC), карбид тантала (ТаС) и карбид ниобия (NbC), которые используют для улучшения теплостойкости и замедления диффузии.
В качестве связующего в основном применяется кобальт (Со) и дополнительно разработаны новые связки с целью улучшения определенных свойств, как например, для повышения твердости, прочности при сжатии и изгибе, модуля упругости и др.
Наиболее важной новейшей разработкой для повышения твердости у твердых сплавов WC-Co являются особо- и ультра-мелкозернистые твердые сплавы с зернами WC размером от 0,5 мкм и содержанием Со 6... 16 % по массе. Производство высококачественных ультрамелкозернистых сплавов стало возможным благодаря тому, что одновременно с ними производителями материалов разработаны порошковые материалы соответствующего размера, формы зерен и распределения зерен по крупности. При этом выдерживаются высокие требования к чистоте компонентов.
Все частички карбидов в особомелкозернистых твердых сплавах, в отличие от стандартного сырья, имеют практически круглую форму, что благоприятно сказывается на равномерной структуре спекаемого материала и на возможности формования.
Порошкообразный материал WC преимущественно производится традиционным путем редукции паравольфрама аммония, оксида аммония или кислоты аммония, последующего смешивания вольфрамовой стали с углеродом и карбюрации смеси под водородом при 1400...2000 °C. Самые мелкозернистые виды порошков, изготовленных таким образом, имеют размер зерен около 0,2 мкм. Возможность дальнейшего уменьшения размера зерен заключается в прямой карбюрации WO3 и Со.
88
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
Еще один метод изготовления чрезвычайно мелкозернистого порошка состоит в преобразовании солей металлов. При этом методе предыдущая фаза Co-W в воде смешивается с вольфрамовой кислотой и сушится распылительным методом. Эта смесь преобразуется в реакторе методом псевдосжижения при температуре ниже 1000 °C путем соединения с частицами WC-Co размером несколько нанометров. На основе этих порошков WC с диаметром зерен 0,2 мкм удается изготовить твердые сплавы с размером зерен WC 0,2...0,3 мкм.
Наряду с использованием мельчайших порошков при производстве особо- и ультрамелкозернистых твердых сплавов большое значение имеет введение добавок для торможения роста зерен, как например, VC, Сг3С2 (Та, Nb)C. Торможение добавкой VC - самое действенное, и приводит к высокой твердости и абразивной устойчивости. Воздействие добавок Сг3С2 на твердость невелико, но с их помощью можно достигать особенно равномерной структуры с хорошей прочностью на излом. Добавки (Та, Nb)C также способствуют образованию сплавов с хорошей вязкостью. Здесь отрицательным является уменьшение прочности на изгиб при увеличении концентрации.
Поскольку процесс роста зерен при агломерации начинается еще до начала жидкой фазы, уже на подготовительной стадии принимают меры, чтобы распределение элементов торможения роста зерен было равномерным. На продвинутой стадии процесса агломерации гомогенное распределение Со помогает равномерному распределению добавок карбидов. Их концентрация насыщения в связующей фазе может быть достигнута точным контролем общего содержания углерода. Препятствие росту зерен возникает в связи с тем, что карбиды добавки во время процесса агломерации блокируют активные центры роста кристаллических зерен WC и тем самым нарушают процессы растворения и осаждения WC. Эффективность карбида тем больше, чем выше его концентрация и подвижность в связующей фазе.
При использовании твердых сплавов необходимо многообразие их свойств, например, если в одном месте поверхность инструмента подвержена износу, то в другом месте она подвержена
РЕЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ И УНИФИЦИРОВАННЫЕ УЗЛЫ 89
изгибу. Это привело к разработке так называемых градиентных твердых сплавов с переменной структурой на основе WC-Co с добавками TiC и/или ТаС, у которых микроструктура различна в разных местах.
Это позволяет производить твердые сплавы с контролируемыми структурными и термическими свойствами. Возникающие при охлаждении расплава напряжения, ввиду разности коэффициентов теплового расширения компонентов, хорошо затухают из-за последовательных переходов в микроструктуре. Изготовление градиентных структур осуществляется с управлением диффузии в контролируемой газовой атмосфере в процессе спекания, причем образование градуированных пограничных зон сильно зависит от количества добавок TiC/TaC. Градиентные твердые сплавы применяются в качестве субстрата покрытия для улучшения вязкости.
Возрастающие требования к режущим материалам для сухой обработки дали новый импульс развитию керметов. Керметы, в принципе, имеют такую же структуру, что и обычные твердые сплавы. Они содержат различные твердые частицы в связующей матрице из Со и Ni. Особотвердыми компонентами являются Ti(C, N) с добавками Та, W и Мо.
В структуре обычных твердых сплавов смешанные карбиды титана TiC присутствуют в круглой форме, карбиды вольфрама WC - в многогранной форме. Структура керметов имеет исключительно круглую форму зерен Ti(C, N). Вязкость современных керметов, содержащих азот (N), сопоставима с обычными твердыми сплавами группы Р. Важным свойством является неокисляемость керметов.
Модификацию поверхностей режущих материалов путем нанесения покрытий сегодня осуществляют различными способами. С точки зрения технологии процесса, важны такие параметры, как способ осаждения, температура и давление. Получаемые многослойные модификации различаются по твердости, неокисляемости и коэффициенту трения, и в соответствии с этим имеют свои области применения.
При высоких температурах процесса нанесения покрытия методом химического осаждения покрытий из газовой фазы - CVD
90
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
(1000... 1100 °C) из-за напряжения растяжения ухудшается вязкость твердого сплава. Однако, покрытие CVD позволяет осаждать очень толстые слои. При нанесении покрытий методом физического осаждения покрытий в вакууме - PVD и методом химического осаждения покрытий с плазменным сопровождением - PA-CVD, протекающих при более низких температурах (400...500 °C), твердые сплавы получают без потери вязкости.
С учетом высокой неокисляемости и износостойкости, а также низкого коэффициента трения, многослойное покрытие керамики методом CVD дает большие преимущества. Многослойность оказывает положительное воздействие на коэффициент трения в пределах одного слоя, а также между слоями и подложкой. Многослойные структуры состоят из комбинаций обычных твердых материалов, таких, как TiC, TiN, Ti(C, N) и A12O3. Подобные покрытия могут состоять из 10 слоев, причем отдельные слои имеют толщину менее 0,2 мкм. Это обеспечивает при высокой скорости резания хорошую износостойкость.
Модификации твердых сплавов используются при точении стали, стального литья и чугуна при высоких скоростях резания. С точки зрения теплоизоляции, для сухой обработки при высоких скоростях резания предпочтительными являются толстые слои с содержанием А120з. Дальнейшее развитие технологии нанесения покрытий методом CVD идет в направлении получения толстых многослойных покрытий с многими компонентами.
Для компенсации отрицательного воздействия растягивающих напряжений покрытия наносятся на субстраты из градиентных твердых сплавов, которые имеют пограничные зоны толщиной до 40 мкм, свободные от карбидных смесей и/или обогащенные Со. Используется в дополнение к обычной технологии CVD среднетемпературный метод химического осаждения покрытий - МТ-CVD, при котором температура осаждения карбонитридных слоев 800...900 °C. Интенсивность осаждения в процессе МТ-CVD в три раза выше, чем при CVD, причем одновременно достигается повышение износостойкости слоев.
Особым признаком титаново-циркониевых карбонитридных слоев (Ti, Zr) (С, N) является то, что они могут осаждаться с раз
РЕЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ И УНИФИЦИРОВАННЫЕ УЗЛЫ 91
личной кристаллографической ориентацией (текстурой) в зависимости от выбора предшествующих фаз. Исследования стойкости показывают, что текстура значительно влияет на стойкость режущего материала.
Дальнейшее улучшение может быть достигнуто за счет использования метода PVD для нанесения титано-гафниевых карбо-нитридных слоев (Ti, Hf) (C,N). Другой материал с многослойной структурой, имеющий большие возможности, - это соединение AhCb/ZrCh/TiOx, которое изготовляется путем одновременного осаждения AI2O3, ZrCh и малых количеств TiO; при этом ZrO2 в тонкодисперсном состоянии находится в матрице AI2O3.
Исследования влияния покрытий на износ керметов показывают, что полностью потенциал возможностей покрытий может быть использован только при толстых износостойких слоях.
Твердые сплавы с прочным сцеплением алмазных слоев, осажденных безнапорным методом, конкурируют с инструментами, изготовленными из поликристаллов алмазов (ПКА), применяемых, в основном, для обработки легких сплавов. Алмазный слой толщиной около 10 мкм, нанесенный непосредственно на субстрат из твердого сплава, имеет хорошее сцепление и равномерность формы. Поверхность имеет структурированную топографию, типичную для алмаза.
Значительное повышение производительности обработки заготовок достигается благодаря использованию режущих инструментов, оснащенных поликристаллами сверхтвердых материалов (СТМ) на основе кубического нитрида бора (КНБ), ПКА, а также режущей керамикой.
Две группы СТМ практически имеют несвязанные друг с другом области применения, определяемые их физико-механическими свойствами и химическим составом. Твердость ПКА выше, чем твердость КНБ, а теплостойкость в 1,5...2 раза ниже. КНБ практически инертен к черным металлам, а ПКА проявляет по отношению к ним значительную активность при высоких контактных температурах и давлениях, имеющих место в зоне резания. Поэтому режущие инструменты из КНБ применяют главным образом для обработки чугунов и сталей, а из ПКА - для обработки цветных
92
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
металлов и сплавов, неметаллических материалов. Керамика на основе оксида алюминия наиболее эффективна при точении с повышенной скоростью нетермообработанных конструкционных сталей и серых чугунов, оксидно-карбидная керамика - при обработке закаленных сталей, отбеленных высокопрочных чугунов, а керамика на основе нитрида кремния эффективна при обработке жаропрочных сплавов на никелевой основе и чугуна.
Физико-механические свойства СТМ, керамики и (для сравнения) твердых сплавов приведены в табл. 2.2.
Уникальная твердость СТМ при относительно высоких прочностных характеристиках, а также значительное повышение теплостойкости у КНБ и керамики позволяют при резании этими материалами резко повысить скорость резания - основную характеристику эффективности процесса металлообработки (табл. 2.3).
Резцы из КНБ эффективнее твердых сплавов при чистовом точении закаленных сталей с HRC > 45 и чугунов любой твердости. При сопоставлении КНБ с керамикой определяющим является характер затупления режущей кромки резца. Керамика позволяет точить "сырые" конструкционные стали со скоростью v = 600 м/мин, а композиты - со скоростью не выше 200 м/мин. Скорость точения высокотвердых чугунов и сталей резцами из КНБ выше, чем скорость точения этих материалов резцами из керамики.
При сопоставлении скоростей торцового фрезерования фрезами, оснащенными композитом и твердым сплавом, особенно очевидно преимущество КНБ перед твердыми сплавами. Фрезерование чугунов и сталей инструментом из КНБ принципиально отличается от обработки твердосплавными фрезами: при обработке инструментами, оснащенными КНБ, скорость резания закаленных сталей выше в 5 раз, а чугунов - в 10...20 раз (в зависимости от твердости). Фрезы с пластинами из керамики по скорости резания уступают фрезам с КНБ примерно в 2 раза при обработке стали и в 3...5 раз при обработке чугуна. Стали, закаленные до HRC > 55, практически не фрезеруются керамикой и твердым сплавом (в отличие от точения).
2.2. Физико-механические характеристики СТМ, керамики и твердых сплавов
Режущий материал Р> г/см3 HRA, ГПА HV, ГПа Псж, Н/мм2 Н/мм2 Теплостойкость, °C Е, ГПа
Твердый сплав 10...15 87-92 17...24 3000...5500 1000... 1700 800... 1000 450...650
Керамика 3,8-4,5 91...95 17...30 2500...5000 300... 1000 1100...1600 350...400
КНБ 3,3...4,2 45...80 3000...6000 600... 1200 1100... 1500 700...850
ПКА 3,2...4,0 - 90... 120 2000-3500 300-500 600—900 800...900
Условные обозначения-, р - плотность; HRA - твердость по Роквеллу; HV - твердость по Виккерсу; <тсж - предел прочности при сжатии; аи - предел прочности при изгибе; Е - модуль Юнга.
2.3. Скорости резания, м/мин, металлов инструментами из СТМ, керамики и твердых сплавов при точении и фрезеровании
Обрабатываемый материал ПКА КНБ Керамика Твердый сплав
Точение
Сталь: 150...250 НВ — 100-200 200...600 150-400
25...45 HRC — 100...200 120...250 80...200
45-55 HRC — 80...180 60...120 30...60
55-70 HRC — 60...150 40-80 10-20
РЕЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ И УНИФИЦИРОВАННЫЕ УЗЛЫ 93
Окончание табл, 2,3
Обрабатываемый материал ПКА КНБ Керамика Твердый сплав
Чугун: 120...240 НВ — 500... 1000 200...600 13O...3OO
240...400 НВ — 200...600 100...200 40... 100
400...600 НВ — 50...120 30...80 10...30
Алюминиевый сплав:
Si<12% 1000...5000 — — 300...2000
Si>12% 600...3000 — — 300... 1600
Сплав на основе меди 500...4000 — — 150...600
Фрезерование
Сталь: 150...250НВ 400...900 200...400 150...400
25...45 HRC — 300...600 150...300 100...200
45...55 HRC — 200...400 100...200 40...80
55...70 HRC — 80...200 — —
Чугун: 120...240 НВ — 800...3000 300...600 100...300
240...400 НВ — 500...1000 150...300 50...150
400...600 НВ — 200...500 50... 100 10...30
Алюминиевый сплав:
Si<12% 1000...4000 — — 200...800
Si>12% 600...3000 — — 150...300
Сплав на основе меди 500...4000 — 200...400
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
РЕЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ И УНИФИЦИРОВАННЫЕ УЗЛЫ 95
Точение и фрезерование инструментом из КНБ резко отличаются и по другим параметрам: точение сырых сталей резцами из КНБ осуществляется на скоростях 100...200 м/мин, что экономически невыгодно по сравнению с точением твердосплавными резцами. Фрезерование же производится на скоростях 400... 900 м/мин (в 2...3 раза выше, чем при фрезеровании твердосплавным инструментом), в результате чего достигается высокое качество обработки и возможно получение экономического эффекта. Скорости резания при фрезеровании закаленных сталей и чугунов инструментом из композита в 3.. .4 раза выше, чем при точении.
Инструменты из КНБ можно применять для обработки цветных сплавов, хотя и с гораздо меньшей эффективностью, чем алмазные. Поэтому в тех случаях, когда необходимо за один рабочий ход обработать комбинированные заготовки, состоящие из разных материалов (черных и цветных), предпочтительнее инструмент из КНБ. Исключением является точение заготовок из алюминиево-кремниевых сплавов со вставками из специальных чугунов (детали типа "поршень") - здесь эффективнее алмазные резцы (точение участка из чугуна выполняется со скоростью меньшей, чем при точении алюминиево-кремниевых сплавов).
Отличие режущих инструментов из ПКА от инструментов из КНБ в том, что первые успешно применяют с теми же режимами резания, на которых работают твердосплавные инструменты (эффективность достигается благодаря повышению стойкости инструмента в десятки и сотни раз), а вторые эффективны только при резком повышении скорости резания.
На высокоскоростном оборудовании инструменты из ПКА позволяют значительно повысить (относительно твердосплавных) скорость резания цветных металлов. Так, при точении алмазным инструментом скорость резания в 3...6 раз выше, чем при обработке твердосплавным инструментом.
Несмотря на то, что дорогой инструмент из СТМ увеличивает первоначальные затраты, за счет роста производительности обработки (количества деталей в единицу времени) резко снижаются амортизационные затраты на оборудование. При использовании современного дорогостоящего оборудования снижение этих затрат существенно уменьшает себестоимость обработки.
96
Глава 2. РЕЖУЩИИ ИНСТРУМЕНТ
Обозначения СМП для точения приведены на рис. 2.6, а для фрезерования - на рис. 2.7. Дополнительные обозначения пластин из СТМ приведены на рис. 2.8.
PF
GNMG 120408 g19 | 12 ТО 1020 5>| /0 | //
|/|2|3| 4 5 | б| 7
I - форма пластины 2 - задний у ГОЛ 3 - допуски на $ и d/m, мм
£=8>к £=^к в с *7° Допуск на
dim А
G ±0,13 М ±0,13 U ±0,13 Е ±0,025 ±0,025 „ 44 ±0,05.. .±0,15* -М-±0,05... ±0,25*’ _±0,25 г величины d. цу ниже.
е=55° кА- ?RO Е N
sC ] тд Р Сп о гциальная Зависят О' См. табли
е=35° £=83л > w4± d, мм Класс точности
м и
3,97; 5,0; 5,56; 6,0; 6,35; 8,0; 9,525; 10,0 ±0,08 -
5-длина режущ ей к] ромки /, \ ш
d с D R S т V W к 12,0; 12,7 ±0,08 ±0,13
мм дюйм в в 9 г £ & 15,875; 16,0: 19,05; 20,0 ’ ±0,10 ±0,18 П
3,97 5,0 5,56 6,0 6,35 8,0 9,525 10,0 12,0 12,7 15,875 16,0 19,05 20,0 25,0 25,4 31,75 32,0 G5/32 G7/32 G1/4 G3/8 G1/2 G5/8 G3/4 G1 06 09 12 16 19 25 07 11 15 05 06 08 09 10 12 12 15 16 19 20 25 25 31 32 09 12 15 19 25 06 09 11 16 22 27 33 44 и 16 22 06 08 16*2 25,0; 25,4 ±0,13 ±0,25
31,75; 32,0 ±0,15 ±0,25
Для пластин ние dдано д щей через рс Соответству кромке, тип с задними углами значе-тя плоскости, проходя-:жущие кромки. ет острой режущей F (пункт 8)
4-1 ип пластины
a ст q ст W свд
G MOJ R Q N (=□
М |~ч~м Т гтп
Р мт ТМ КГТм
*2 Для пластин формы К (KNMX, KNUX) указана
только длина стороны пластины. X Специальная контрукция
Рис. 2.6. Система обозначений СМП для точения (начало)
РЕЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ И УНИФИЦИРОВАННЫЕ УЗЛЫ 97
6-толщина пластины 5, мм
Обозначение S
01 1,59
Т1 1,98
02 2,38
03 3,18
ТЗ 3,97
04 4,76
05 5,56
06 6,35
07 7,94
09 9.52
10 16,0
12 12,0
9- направление резания
7-радиус при вершине ге, мм
Обозначение %
/0^4 МО, 00 04 08 12 16 24 Круглая пластина 0,4 0,8 1,2 1,6 2,4
10 - ширина фаски йф, мм
Обозначение Ьф
010 0,10
025 0,25
070 0,70
150 1,50
200 2,00
8 - форма режущей кромки
Острая кромка
Скругленная кромка
т г----- Кромка с отрица-
1 I---1 тельной фаской
К < ) Кромка с двойной от-
1---1 рицательной фаской
г----1 Скругленная кромка
Ь |____I с отрицательной
фаской
И - угол фаски ?ф,с
Обозначение
15 15
20 20
12 - обозначение изготовителя
Кол ISO состоит из девяти полей. Поля 8 и 9 используются при необходимости.
Дополнительно изготовитель может добавить еще два символа, например:
- WF = Wiper - чистовая;
- PF = ISO Р - для чистовой обработки;
- PR = ISO Р - для черновой обработки.
При обозначении пластин из керамики и кубического нитрида бора (CBN):
- А = многовершинная пластина;
- AWG = многовершинная пластина Wiper
Рис. 2.6. Окончание
Выбор формы СМП зависит от типа операции. Форма СМП выбирается в соответствии с необходимым главным углом в плане и с учетом возможности обработки труднодоступных поверхностей детали. Для обеспечения прочности режущей вершины и, соответственно, экономической эффективности обработки, следует выбирать режущую пластину с наибольшим из возможных углов при вершине (табл. 2.4 и 2.5).
98
Глава 2. РЕЖУЩИИ ИНСТРУМЕНТ
SDMT 090308ADEN-S
/|2|зр 5 | 6 | 7 |S|9|/0
1 - форма пластины 2 - задний угол 3 - класс точности
е=^е=82°^0°е^5° МоШ7<> ZX а
ZJ2 U <S>.
А В С D е=75° е=55,° ООП- Е Н К L £=86° О о 0,0 М О Р R , м е=35° е=80р □ д<4> /Э S Т V W X-другая форма 4U 4V ПЛ /~ё~7 ОД5°*—ЭД.О0 Г?! Cg7 ЛИ ГП n О - задний угол, требующий точного описания |уг Ш- ^2 f w
Класс d 1 т 5
Допускаемые отклонения, ±мм
А С Е G Н J*1 К*1 м N и 0,025 0,025 0,025 0,025 0,013 0,05...0,15*2 0,05...0,15*2 О,О5...О,15*2 О,О5...О,15*2 0,05...0,25*2 0,005 0,013 0,025 0,025 0,013 0,005 0,013 0,08...0,2*2 0,08...0,2*2 0,13...0,38*2 0,025 0,025 0,025 0,05...0,13 0,025 0,025 0,025 0,13 0,025 0,05...0,13
*! СМП со шлифованными вспомогательными режущими кромками (фасками). *2 Зависит от размера СМП (ISO 1832).
Рис. 2.7. Система обозначений СМП для фрезерования (начало)
РЕЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ И УНИФИЦИРОВАННЫЕ УЗЛЫ 99
7 - радиус при вершине ге, мм
/о\
Обозначение
02 0,2
04 0,4
08 0,8
12 1,2
16 1,6
24 2,4
У круглых СМП 00 - диаметр вписанной окружности в дюймах
МО - диаметр вписанной окружности метрический
1 - главный угол в плане
А-45° Е-75°
D-60° F-85°
Р-909
Z - другой угол в плане
2-задний угол вспомогательной режущей кромки Е-20° F-250 G-3O0 N-O0 - 40
А-3° В-5° С-7° D-15‘
Р-11°
Z - другой задний угол
8 - исполнение режущей кромки
Е
9 - направление резания
_______10 - особое обозначение изготовителя Обозначение формы стружечной канавки СМП: AL - для алюминиевых сплавов; S - для стали;
G - для чугуна; Н - для коррозионно-стойкой стали; Т - для титановых сплавов
F
S
К
Рис. 2.7. Окончание
Области применения СМП различных форм и размеров в зависимости от толщины срезаемой стружки показаны на рис. 2.9. Принимается, что чистовые операции выполняются с подачами So = 0,1...0,3 мм/об и глубинами резания t = 0,5...2,0 мм, получис-товые с So = 0,2...0,5 мм/об и t = 1,5...5,0 мм и черновые с So = = 0,5...1,5 мм/об и Г = 5...15 мм.
В резцах для наружного точения и растачивания приняты несколько базовых схем конструкций узлов крепления СМП. В соответствии с ИСО 5608-80 их четыре:
а) без отверстия - прихватом (тип С);
б) с цилиндрическим отверстием - рычажным механизмом (тип Р);
в) штифтом и прихватом (тип М);
г) с тороидальным отверстием - винтовым механизмом (тип S).
100
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
CNGA120408T01020RAWG
Систему обозначения см. рис. 1.6 I II III
I - направление резания
Пластины предназначены для работы в определенном направлении и обозначаются следующим образом:
R - правое исполнение;
L - левое исполнение
//-тип пластины (КБН, ПКА)
Для различных условий обработки используются пластины из кубического нитрида бора (КНБ) или алмаза (ПКА), которые отличаются способами присоединения режущей части:
А - многовершинная пластина из КНБ:
- позволяет использовать все грани с двух сторон;
- вставки из КНБ внедрены в углы твердосплавной пластины;
F - пластина с одной вершиной из КНБ:
- одна рабочая грань;
- вставка из КНБ припаяна к вершине твердосплавной пластины;
D - вся передняя поверхность выполнена из КНБ:
- имеет несколько граней;
- КНБ спечен по всей площади твердосплавной пластины;
Р - пластина с одной вершиной из ПКА:
- одна рабочая грань;
- вставка из КНБ припаяна к вершине твердосплавной пластины
///- зачистные геометрии
Использование пластин из керамики и КНБ позволяет получить высокое качество обработанной поверхности и повысить производительность следующих переходов:
WG - геометрия для основного применения. Наиболее подходит для финишной обработки. Допускаются большие подачи;
WH - геометрия, оптимизированная для точения деталей из материалов высокой твердости. Способна конкурировать с шлифованием. Геометрия обеспечивает максимальную производительность при чистовых подачах
Рис. 2.8. Дополнительные обозначения СМП из СТМ
РЕЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ И УНИФИЦИРОВАННЫЕ УЗЛЫ 101
Рис. 2.9. Области применения СМП
102
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
2.4. Выбор формы СМП для наружного точения
Форма пластины
Операция 80° <^С> 55° <^D> Круг-лая ® 90° СП 60° /т\ 80° 35° 55°
nf >одс точ ►льное ение ++ + 4- + + + — +
Ki О ОНТ] »бра /рная ботка ++ + — + +
Подрезка торца + + + ++ + + +
—
Г [рорез] <а — ++ — + — - —
Условные обозначения: "++" - рекомендуемая форма; "+" -возможный вариант.
Пластины без отверстия закрепляют по методу С (рис. 2.10, а). При таком методе закрепления режущие пластины 1 базируют в закрытом гнезде державки по двум базовым поверхностям и сверху прижимают к опорной поверхности прихватом 4 за счет вращения дифференциального винта 5. Опорную пластину 2 закрепляют винтом 3 или разрезной пружинящей втулкой.
РЕЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ И УНИФИЦИРОВАННЫЕ УЗЛЫ 103
Рис. 2Л0. Узлы крепления СМП
104
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
2.5. Выбор формы СМП для внутреннего точения
Форма пластины
Операция 80° <$Jc> 55° <^> Круг-1 лая ® 90° [~S~| 60° /г\ 80° 35°
П нос родол точе ь- ние + + + + ++ + —
Кс об »нту »раб тэт '01 зая-?ка __ ++ - — 4- —
Подрезка торца ++ + + — + —
—V
Условные обозначения: "++" - рекомендуемая форма; "+" -возможный вариант.
Резцы с креплением СМП по типу С имеют также исполнение для режущих пластин 1 типа KNUX с задним углом (рис. 2.10, б). Здесь прихват 4 подпружиненный пружиной 7 прижимает СМП 2. Задний скос прихвата 4 упирается в подпружиненный конический штифт 6.
Следует отметить, что СМП без заднего угла имеют в 2 раза больше режущих кромок, чем СМП с задним углом. На передней поверхности СМП с задним углом выполнены стружколомающие канавки для дробления и отвода сливной стружки. При использовании СМП без заднего угла применяют накладные стружколомы.
РЕЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ И УНИФИЦИРОВАННЫЕ УЗЛЫ 105
Резцы с узлом типа С с опорной пластиной применяют при точении и растачивании; резцы без опорной пластины - при растачивании малых отверстий и точении на станках легких серий (с высотой сечения державки резца 12... 16 мм). Эксплуатация токарных станков с ЧПУ показала, что при работе в крупносерийном производстве хорошие показатели имеют резцы с накладными твердосплавными стружколомами. Конструкция таких резцов позволяет использовать СМП также из керамики.
Резцы с узлом крепления типа С для СМП с положительными углами обеспечивают уменьшение сил резания, поэтому их рекомендуется применять при обработке нежестких деталей.
Для наружного точения и растачивания в резцах с закреплением по типу С используют квадратные, трехгранные, ромбические СМП, а также параллелограммные пластины типа KNUX. Для СМП с центральным цилиндрическим отверстием используют узел крепления типа Р (рис. 2.10, в), когда их закрепляют рычажным механизмом. Закрепление рычажным механизмом является наиболее рациональным для резцов с сечением державок от 20x20 до 40x40 мм.
Пластина 7 базируется в закрытом гнезде державки, а рычаг 8, приводимый в действие винтом 5, подтягивает ее к двум боковым стенкам гнезда и надежно прижимает к опоре. Опорную пластину 2 закрепляют разрезной втулкой 3. Конструкция узла крепления обеспечивает возможность быстрого поворота СМП и надежного ее закрепления. Она позволяет применять всю гамму пластин, а также СМП со сложной формой передней поверхности, обеспечивающей хорошее дробление стружки в широком диапазоне подач и глубин резания.
Для контурной обработки на токарных станках с ЧПУ, когда за один рабочий ход обтачивают несколько поверхностей детали, применяют резцы с узлом крепления типа Р ромбических СМП (е = 80° и 55°).
В токарных резцах с СМП с тороидальным отверстием и задними углами применяют узел крепления типа S (рис. 2.10, г). Резец
106
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
двух исполненений: с опорной пластиной и без нее. Для наружного точения можно использовать оба исполнения. Для растачивания отверстий диаметрами от 10 до 40 мм и наружного точения резцами с сечением державок от 8x8 до 16x16 мм на станках легкой и средней серий с высотой центров до 200 мм преимущественное распространение получило исполнение без опорной пластины.
Гнездо под пластину должно быть параллельно опорной поверхности державки. Режущие пластины 1 с а = 7°, центральное отверстие представляет собой тор, переходящий в цилиндр. Крепежный винт 9 имеет коническую головку с углом конуса 50°, гнездо под ключ в головке винта выполнено в форме звездочки (рис. 2.11, табл. 2.6), что позволяет повысить срок службы винтов и эффективность закрепления режущей пластины на счет увеличения крутящего момента по сравнению с крутящим моментом, создаваемым обычным шестигранным ключом. Ось отверстия под винт в державке резца смещена относительно оси отверстия в пластине в сторону боковых поверхностей гнезда державки. Вследствие этого при завинчивании коническая головка винта перемещается по тороидной поверхности отверстия в пластине и надежно прижимает ее к опорной и боковым поверхностям гнезда державки.
Для повышения надежности закрепления СМП с отверстием разработан узел крепления типа Т (см. рис. 2.10, д), в котором прихват 4, подпружиненный пружиной 7, обеспечивает подтяжку режущей пластины 1 к базовым поверхностям. Другой вариант узла, носящего обозначение "тип М", показан на рис. 2.10, е.
Унифицированные резцовые вставки (рис. 2.12) представляют собой резцы укороченной длины с регулировочными винтами на боковой и торцовой поверхностях корпуса, с помощью которых происходит их настройка на размер (Ви и £и) вне станка в специальных приспособлениях. Применяют узлы крепления СМП четырех типов: Р, С, S и М.
а) б)
Рис. 2.11. Форма гнезда в головке винта для узлов крепления типа S: а - "Тогх"; б - "Torx Plus"
РЕЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ И УНИФИЦИРОВАННЫЕ УЗЛЫ 107
Рис. 2.12, Унифицированные резцовые вставки:
а - стандартная с винтами для регулирования вдоль оси и по радиусу; б - малогабаритная с винтом для регулирования по радиусу
2.6. Применяемость винтов с гнездами "Тогх" и "Torx Plus" и крутящие моменты для закрепления СМП
Форма СМП и длина режущей кромки 1, мм Обозначение винта Крутящий момент, Нм
ю |./г|
— — 06 6IP 0,6
06 06 09 7IP 0,9
— — 11 8IP 1,2
08 — — 9IP 1,4
09 08 12 10IP 2,0
10 12 16 15IP 3,0
108
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
PCLNR16CA-12 /12|3|4|5 [ <5 |7|<8|Р|2О
1 - система крепления 2 - форма пластины 3 - тип державки
D - прижим повышен- r-JfcA ) ной жесткости (RC) | J Р-прижим рычагом раз / за отверстие IJ J S - крепление винтом ^^7 М - прижим сверху и поджим за ТТЛЗ отверстие 1— 8> ТА RO 80^ С ’idb db A у T „ w 60Д ) Рб0°
4 - задний угодна режущей кромке
5 - направление резания 6-высота hb мм
Подача r Oul Подача
Подача l О-P OST Подача умш
9 - длина инструмента
Если длина инструмента соответствует ISO 5611, то ставится тире
7- тип инструмента
С - резцовая вставка
8 - вариант конструкции
А - буква для альтернативных вариантов конструкции согласно ISO 5611
10 - длина режущей кромки /, мм
Рис. 2.13. Система обозначения резцовых вставок по ISO 5611
В стандарте ISO 5611 указаны типы и основные размеры резцовых вставок. Всего в стандарте 12 типов и более 1000 типоразмеров. На рис. 2.13 приведена система обозначения резцовых вставок.
Резцовые вставки в первую очередь предназначены для применения в многоинструментных наладках (см. рис. 2.5). По сравнению со специальным многолезвийным инструментом, где гнезда для режущих пластин расположены непосредственно в корпусе, применение резцовых вставок дает следующие преимущества:
РЕЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ И УНИФИЦИРОВАННЫЕ УЗЛЫ 109
а) при поломке режущей пластины повреждается стандартная вставка, а не дорогой специальный корпус;
б) имеется возможность обеспечить точное положение режущей кромки за счет настройки;
в) при изменениях обрабатываемой детали резцовые вставки могут быть перенастроены, в отличие от специального многолезвийного инструмента.
Для установки резцовых вставок в корпусе многоинструментной наладки изготовляют специальные гнезда, размеры которых приведены на рис. 2.14 и в табл. 2.7. Расчет минимального диаметра корпуса и расстояний до плоскости для упора регулировочного винта осуществляется по формулам:
Dla max = 2д//г2 + (Ьс + ха)2 , (2.1)
Z)amax = 2^/?2 +(621+ха)2 , (2.2)
f.. (2.3)
Dib max = 2-^hf + (l22-xb)2 , (2.4)
x -1 2 , (2.5)
_ 2(frc -£>21)tg(90°-<p) Dla~Da (2.6)
При осевой установке вставки диапазон осевой регулировки составляет 2 мм, радиальной - 0,5 мм. При радиальной установке диапазон осевой регулировки составляет 0,5 мм, а радиальной - 2 мм.
110
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
Рис. 2.14. Установка резцовых вставок в корпусе: а - основные размеры вставок; б - осевая установка; в - радиальная установка
2.7. Основные размеры резцовых вставок, мм
(см. рис. 2.14)
Типоразмер вставки Ф,° be &21 , не более &22 Й1
12СА 90 14 - — 12
60 3,5
45 6,5
60 10,5
90 —
75 1,0
45 — 9
16СА 90 18,5 — — 16
17,5
45 17 11,5
90 18,5 —
75 17,5 6
Продолжение табл .2.7
hz\ h ^21 /22 ^23 не менее Dm2 , не менее R, не более С, не более
16 35 33 53 49 50 - 5 0,4
27 30,5 50,5 46
27 33,5 53,5 49
35 30,5 50,5 75
35 45
35 36,5 56,5 52 -
27 32 52 40,5
21,5 39 37,5 61 58 55 — 6 0,4
20,5 38 35 60 54
28 32,5 57,5
38 32 57 52 60 75
38,5 63,5 55 55 -
РЕЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ И УНИФИЦИРОВАННЫЕ УЗЛЫ 1
Окончание табл .2.7
Типоразмер вставки <Р,° Ъс ^21 , не более ^22 h\ ^21 h ^21 hi ^23 ДнЬ не менее не менее R, не более С, не более
16СА 45 17 — 13,3 16 20,5 28 31,5 56,5 41 55 75 6 0,4
75 19 — 38 27,5 52,5 51 60
95 17,5 32 57 54 55
90 34 59 55 —
18,5 30,5 55,5 52 60 75
95 17,8 20 39 33,4 57,4 38,5 55
20СА 95 18,5 — — 20 27 40 35 65 58 70 90 6 0,4
90 15,5 25 37 67 61 —
45 6,9 30 62
90 16 — 40 32,5 62,5 56,7 90
75 16,5 1,3 41 71 67 -
45 15,5 — 10,2 30 35 65 52
75 18 — 40 33 63 60 90
25СА 95 24,3 - - 25 33 50 43,6 93,5 93,5 100 115 8 0,7
51,6 101,6 96,5 —
22,5 32 41,5 91,5 88 115
23,3 30 42,3 92,3 68
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
РЕЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ И УНИФИЦИРОВАННЫЕ УЗЛЫ ИЗ
Некоторые, часто употребляемые резцовые вставки, оснащенные СМП с задними углами с закреплением винтом по типу S, приведены на рис. 2.15, в табл. 2.8, на рис. 2.16 и в табл. 2.9.
Рис. 2.15. Резцовая вставка с СМП квадратной формы с задними углами
Рис. 2.16. Резцовая вставка с СМП треугольной формы с задними углами
2.8. Размеры резцовых вставок с СМП квадратной формы, мм (см. рис. 2.15)
ф.° Форма и обозначение размера СМП Код инструмента ь Dm h h\ /> 4 4 у, °* к°
75 SCMT, SCGX, SCMW 09 SSKCR/L 10СА-09-М и 40 14 15' 10 50 52,2 30 0 -4
12 SSKCR/L 12СА-12 15 50 20 20 12 55 58,1 35
SSKCR/L 16СА-12 20 55 25 21 16 63 66,1 38
45 SCMT, SCGX, SCMW 09 SSSCR/L 10СА-09-М 11 40 14 15 10 44 50,1 24,5 -5 0
12 SSSCR/L 12СА-12 15 50 20 20 12 47 55,3 27
* у - передний угол (только для плоских пластин).
2.9. Размеры резцовых вставок с СМП треугольной формы, мм (см. рис. 2.16)
Ф,° Форма и обозначение размера СМП Код инструмента ь Dm h h\ 4 4 У? °* к°
90 тсмт 06 STFCR/L 06СА-06 6 20 8 8,5 6 25 - 13 0 —6
тсмх 09 STFCR/L 08СА-09 8 25 10 10 8 32 15
TCGT 11 STFCR/L ЮС А-11 11 40 14 15 10 50 30 -3
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
Окончание табл, 2,9
ф, ° Форма и обозначение размера СМП Код инструмента ь Dm fi h hi h h Is Y> °*
90 TCMW 16 STFCR/L 12СА-16-М 15 50 20 20 12 55 - 35 — -3
STFCR/L 16СА-16 20 55 25 21 16 63 38 -6
60 тсмт 06 STWCR/L 06СА-06 6 20 8 8,5 6 21 24,2 9 -3 -2
тсмх 09 STWCR/L 08СА-09 8 25 10 10 8 28 32,3 11 ~4 -4
TCGT И STWCR/L ЮСА-09 11 40 14 15 10 44 49,0 24 0
TCMW 16 STWCR/L 12СА-16-М 15 50 20 20 12 47 54,4 28 -5 0
45 тсмт 06 STSCR/L 06СА-06 6 20 8 8,5 6 21 25,5 9 -6 0
тсмх 09 STSCR/L 08СА-09 8 25 10 10 8 28 34,1 11
TCGT И STSCR/L ЮС А-11 11 40 14 15 10 44 51,0 24 -A
TCGX 16 STSCR/L ЮСА-16-М 15 50 20 20 12 47 57,2 27 -5
TCMW STSCR/L ЮСА-16 20 55 25 21 16 53 63,2 28 -6 3
* у - передний угол (только для плоских пластин).
РЕЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ И УНИФИЦИРОВАННЫЕ УЗЛЫ 115
116
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
2.3. ФРЕЗЫ
Обработка корпусных деталей на многооперационных станках с ЧПУ, как правило, начинается с фрезерования плоскостей и черновой обработки отверстий.
При обработке по литейной корке чугунных и стальных деталей эффективны торцовые фрезы с тангенциальным расположением СМП, которые позволяют снимать большие припуски с большими подачами, так как тангенциальное расположение пластин обеспечивает высокую жесткость и прочность. Фрезы такой конструкции в России выпускают ОАО "Томский инструментальный завод" и ООО "СКИФ-М" (г. Белгород).
Sandvik Goromant (Швеция) предлагает для тяжелых работ по обработке плоскостей регулируемые фрезы "Т-тах 45" с положительными или отрицательными передними углами с £>с = 100... 400 мм; при обработке прямоугольных уступов - черновые фрезы T-Line (максимальная глубина резания t = 10,2 мм) с Dc = 80... 250 мм и фрезы "CoroMill 200" с Dc = 50.. .250 мм. Для плунжерного фрезерования и фрезерования с большими подачами - фрезы "CoroMill 210" с Dc = 25... 100 мм. Аналогичные торцовые фрезы имеются у фирм MITSUBISHI CARBIDE (Япония) с Dc = 80... 125 мм (серии LMGP 445 и NSE 400), KENNAMETAL (США) и у ряда других фирм.
После черновой обработки плоскостей проводится черновая обработка отверстий большого диаметра. Взамен чернового растачивания более прогрессивным является фрезерование круговой интерполяцией торцово-цилиндрическими фрезами "СКИФ-М" (табл. 2.17) или аналогичными фрезами серии "CoroMill 390" фирмы Sandvik Coromant или фрезами серии "ВАР 300 и 400" фирмы MITSUBISHI CARBIDE. Эти фрезы сочетают обработку плоскостей, прямоугольных уступов, обработку отверстий и криволинейных поверхностей глубиной 50... 150 мм (в зависимости от размеров отверстий и применяемых фрез), что значительно уменьшает количество позиций в инструментальной наладке. Применение этих фрез необходимо обосновать стойкостным расчетом, так как первый ряд пластин на торце эксплуатируется настолько интен-
ФРЕЗЫ
117
Рис. 2.17. Круглая режущая пластина для фрез "СогоМП1200"
сивно, что у него иногда приходится заменять рабочие грани после обработки каждой детали, что организационно нарушает работу автоматизированного оборудования, а применение инструментов-дублеров значительно удорожает стоимость обработки.
При работе фрез не возникает трудностей с отводом сливной
стружки (что бывает при растачивании), значительно сокращается количество позиций в инструментальной наладке (особенно при больших и неравномерных припусках), а пульсирующий характер нагрузки при фрезеровании создает условия для более быстрого снятия внутренних напряжений в заготовке после удаления припусков.
Для экономичной эксплуатации фрез существенно важно правильно выбирать СМП.
Для основного применения обычно рекомендуется универсальная геометрия, а для черновой обработки следует применять геометрию с более прочными режущими кромками, предназначенными для больших нагрузок. В табл. 2.10 приведены длины режущих кромок пластин различной формы во взаимосвязи с величиной диаметра вписанной окружности.
Торцовые фрезы "CoroMill 200" применяются с круглыми пластинами RCK.T1204M0-PM (рис. 2.17) и обозначаются R200-038А32-12М (рис. 2.18). Буква R обозначает правое вращение фрезы при резании; цифра 200 обозначает тип рассматриваемой фрезы -"CoroMill 200"; 038 - характерный размер фрезы (38 мм); буква А говорит о том, что посадочная поверхность фрезы - цилиндрический хвостовик, а цифра 32, что диаметр хвостовика равен 32 мм; 12М - диаметр используемой пластины 12 мм, а шаг фрезы нормальный - М (возможен крупный шаг - L и мелкий - Н).
118
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
2.10. Взаимосвязь длины режущих кромок СМП с диаметром вписанной окружности
Форма СМП Диаметр вписанной окружности d, мм
3,97 5,56 6,35 9,52 12,70 15,88 19,05 25,40
Длина режущей кромки /, мм
06 09 11 16 22 27 33 44
*** __ — - 09 12 15 19 25
— — 07 11 15 19 — —*
А — — 06 09 12 16 19 25
Рис. 2.18. Торцовая фреза "СогоМШ 200"
Размеры торцовых фрез "CoroMill 200" с крупным шагом (L), закрепляемых на оправках, приведены в табл. 2.11.
ФРЕЗЫ
119
2.11. Размеры торцовых фрез "CoroMill 200", мм
D2
Обозначение А d2 Dc /i az t z, шт и, мин 1
R200-060Q27-20L 80 27 60 50 4 10 600
R200-080Q32-20L 100 32 80 6,1 10 6 9200
R200-105Q32-20L 125 105 63 8000
R200-140Q40-20L 160 40 140 8 6900
Универсальная фреза "CoroMill 290" предназначена для торцового фрезерования и фрезерования прямоугольных уступов с большими подачами. Точность закрепления СМП обеспечивается технологически за счет выполнения операции изготовления посадочных мест под СМП после термической обработки заготовки корпуса. Каждая квадратная СМП имеет 4 режущие кромки, которые обеспечивают глубину резания до 10,7 мм при подаче до 0,3 мм/зуб, угол в плане ср = 90°. Общий вид фрезы "CoroMill 290" показан на рис. 2.19, а основные размеры этой фрезы с нормальным шагом (М) с креплением на оправке приведены в табл. 2.12.
В торцовых фрезах для обработки плоскостей и в длиннокромочных концевых фрезах серии "CoroMill 390" используются усиленные режущие унифицированные пластины размером 18 мм, что обеспечивает повышенную надежность при работе в неблагоприятных условиях. Режущие пластины имеют увеличенную толщину (6,35 мм) и усиленную опорную поверхность, что избавляет от необходимости использовать опорные пластины. Такое решение является единственно возможным для компактных торцово-
120
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
цилиндрических фрез, позволяя обеспечить работу одновременно как с большой глубиной резания (до 15,7 мм), так и с большой подачей на зуб.
2.12. Размеры торцовых фрез "СогоМШ 290", мм
Обозначение Dc Di /1 t Z, шт п, мин 1
R290-050Q22-12M 50 22 40 4 18 400
R290-063Q22-12M 63 5 15 900
R290-080Q27-12M 80 27 50 6 13 700
R290-100Q32-12M 100 32 10,7 7 12 000
R290-125Q40-12M 125 8 10 600
R290-160Q40-12M 160 12 9250
R290-200Q60-12M 200 60 оэ 16 8200
R290-250Q60-12M 250 18 7300
Рис. 2.19. Фреза "СогоМШ 290"
ФРЕЗЫ
121
2.13. Размеры торцовых фрез "СогоМШ 390", мм
А
Обозначение А А А t Z, шт п, мин 1
R390-040Q16-17L 40 16 3 21 900
R390-050Q22-17L 50 22 40 4 19 000
R390-063Q22-17L 63 15,7 5 16 500
R390-080Q27-17L 80 27 50 6 14 400
R390-100Q32-17L 100 32 •Л V 7 12 700
R390-125Q40-17L 125 40 63 8 11 200
Основные размеры торцовой фрезы с крупным шагом (L) с креплением на оправках приведены в табл. 2.13.
Для больших съемов металла используют универсальные торцово-цилиндрические фрезы "СогоМШ 331". В этих фрезах СМП устанавливаются либо в фиксированное положение, либо в подпружиненных кассетах. Подпружиненные кассеты обеспечивают минимальное радиальное биение и равные условия для всех СМП, что позволяет точно прогнозировать стойкость этих фрез. Фрезы "СогоМШ 331" работают с подачей до 0,3 мм/зуб, обеспечивая хороший отвод стружки из-за большого объема стружечных канавок. Типы операций, выполняемых фрезой "СогоМШ 331", показаны на рис. 2.20. При фрезеровании пазов большой эффект дает возможность настраивать ширину фрезы в широком диапазоне от 6 до 26,5 мм с допуском 0,01 мм при глубине паза до 114,5 мм. Фреза "СогоМШ 331" с регулируемой шириной показана на рис. 2.21.
122
Глава 2. РЕЖУЩИИ ИНСТРУМЕНТ
Фрезерование пазов
Отрезка
Двустороннее фрезерование
Фрезерование уступов
Торцовое фрезерование
Фрезерование набором фрез
Фрезерование снизу
Расфрезеровывание
Рис. 2.20. Операции, выполняемые с помощью фрезы "CoroMill 331"
Концевые фрезы "CoroMill" со сферическим концом для полу-чистовой и чистовой обработки заготовок с небольшим припуском в
условиях высокоскоростного резания включаются в технологический
процесс после черновой обработки фрезами "CoroMill 200".
Рис. 2.21. Фреза
"CoroMill 331 "с регулируемой шириной В
Основные размеры фрез "Coro-Mill" со сферическим концом приведены в табл. 2.14, а размеры режущих пластин для них - в табл. 2.15.
Концевые фрезы "CoroMill 390 " диаметром 12...40 мм имеют оптимизированные стружечные канавки и возможность подачи сжатого воздуха через корпус фрезы. Это гарантирует отвод стружки на скоростных режимах резания и при обработке материалов, дающих сливную стружку. Фрезы "CoroMill 390" обеспечивают высокую производительность при обработке открытых и закрытых пазов, торцовом фрезеровании, в том числе вблизи зажимных элементов приспособлений. Имеется возможность фрезерования с вре
ФРЕЗЫ
123
занием с вертикальной подачей с последующей винтовой интерполяцией и со спиральным фрезерованием. Основные размеры фрез "СогоМШ 390" с крупным шагом приведены в табл. 2.16.
2.14. Размеры фрез "СогоМШ" со сферическим концом, мм
Обозначение De h h h d2 t max мин 1
R216F-08A12S-035 92 35 19 40 000
R216F-08A12S-053 8 ПО 53 34 1,2 33 600
R216F-08A12S-075 132 75 19 16 800
R216F-10A12S-038 95 38 22 12,0 40 000
R216F-10A12S-053 10 110 53 39 1,5
R216F-10A12S-075 132 75 22 20 300
R216F-12A12S-026 83 26 1,8 40 000
R216F-12A12S-053 12 110 53
R216F-12A16S-085 145 85 23 19 800
R216F-16A16S-033 92 32 16,0 2,4 36 000
R216F-16A16S-063 16 123 63
R216F-16A20S-100 166 100 30 20 000
R216F-20A20S-038 104 38 20,0 40 000
R216F-20A20S-075 20 141 75 3,0
R216F-20A25S-115 191 115 35 25,0 18 400
124
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
2.15. Размеры СРП для фрез "СогоМШ” со сферическим концом, мм
Обозначение А 5 d
R216F-0824E-L 8 2,4 8
R216F-1026E-L 10 2,6 10
R216F-1230E-L 12 3,0 12
R216F-1640E-L 16 4,0 16
R216F-2050E-L 20 5,0 20
2.16. Размеры концевых фрез "СогоМШ 390” с цилиндрическим хвостовиком с лыской, мм
£>2
ФРЕЗЫ
125
Окончание табл. 2.16
Длина режущей кромки Обозначение А d2 А h 4 t max шт и, мин”1
R390-012В16-11L 12 16 44,5 68 20 1 68 600
R390-0I6B16-11L 16 49,5 73 25 41 500
11 R390-020B20-11L 20 20 56,5 81 25 10 34 600
R390-025B25-11L 25 25 88 32 36 500
R390-032B32-11L 32 32 64,5 100 40 31 000
R390-040B32-11L 40 74,5 110 50 z 27 000
R390-025B25-17L 25 25 56,5 88 32 15,7 30 800
17 R390-032B32-17L 32 32 64,5 100 40 10 25 600
R390-040B32-17L 40 74,5 110 50 15,7 21 900
Концевые фрезы "СКИФ-М" с СРП из твердых сплавов имеют диаметр режущей части от 16 до 100 мм. Обеспечить у сборных фрез меньшие диаметры невозможно из-за требования симметричного расположения режущих пластин, что особо важно для фрез малого диаметра, испытывающих большие центробежные силы, даже при использовании сравнительно небольших СРП.
Концевые фрезы "СКИФ-М" для высокоскоростной обработки подразделяются на стандартные фрезы и фрезы специального назначения. К стандартным фрезам относятся концевые фрезы систем МТ 190-АР 10, МТ 190-АР 16, MT145-OF05 и концевые торцово-цилиндрические фрезы системы MT190L-AP10, оснащенные соответствующими СРП.
К фрезам специального назначения относятся концевые радиальные фрезы "СКИФ-М" различного исполнения, обеспечивающие возможность резания с осевой подачей. Эти фрезы используются преимущественно при обработке деталей авиационной номенклатуры.
Применение концевых фрез "СКИФ-М" для высокоскоростной обработки в производстве крупногабаритных деталей летательных аппаратов обеспечивает сокращение времени обработки
126
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
до 70 %, повышает надежность этих деталей в связи со значительным улучшением качества обрабатываемой поверхности и снижением напряжений, обусловленных процессом резания.
Номенклатура включает в себя новое поколение торцовоцилиндрических фрез со сменной торцовой частью с крутой спиралью и полным перекрытием СМП. Во фрезах используется один типоразмер пластин увеличенной толщины на.периферии и торце фрезы с четырьмя режущими кромками. Фрезы обеспечивают эффективное черновое фрезерование пазов (крупный шаг) и периферийное фрезерование (мелкий шаг). При фрезеровании глубоких пазов необходима непрерывная подача в зону резания сжатого воздуха или СОЖ под давлением для вывода стружки.
В табл. 2.17 приведены основные размеры торцовоцилиндрических фрез "СКИФ-М" с хвостовиком HSK63-A.
2.17. Торцово-цилиндрические фрезы "СКИФ-М", мм
Обозначение фрезы D а z, шт Lx п, мин-1
Мелкий шаг
МТ 190L-NC050R03SD12-53+21А 50 74 3 128 14 500
МТ 190L-NC063R04SD12-70+21А 63 91 4 138 12 000
МТ190L-NC080R05 SD12-88+21А 109 158
80 5 10 500
MT190L-NC080R05SD12-126+21A 147 190
МТ190L-NC100R06SD12-95+21А 100 116 6 168 9000
ФРЕЗЫ
127
Окончание табл. 2.17
Обозначение фрезы D а z, шт п,_ мин-1
Крупный шаг
МТ190L-NC050R02SD12-53+21А 50 74 2 108 14 500
МТ 190L-NC063R03 SD12-70+21А 63 91 О 138 12 000
МТ 190L-NC080R03 SD 12-88+21А 80 109 э 158 10 500
МТ190L-NC100R04SD12-95+21А 100 116 4 168 9000
Примечания: 1.£>1 = 63мм.
2. Обозначения пластин: SDMT1205ZZSN-S;
SDMT1205ZZSN-G; SDHT120512SR-H.
Концевые фрезы "СКИФ-М" с углом в плане ср = 90° (табл. 2.18) дают наилучшие результаты при фрезеровании конструкционной и коррозионно-стойкой стали.
2.18. Концевые фрезы "СКИФ-М”, мм
Обозначение фрезы D а Z. шт Ц L Конус Морзе мин-1
MT190-MK016R02AP10 MT190-MK018R02AP10 16 18 2 36 100 28 000 27 500
МТ 190-MK020R03 АР 10 MT190-MK022R03AP10 20 22 3 40 104 2 27 000 25 000
МТ 190-MK025R04AP10 25 9 43 107 23 000
MT190-MK028R04AP10 МТ 190-MK030R04AP10 28 30 4 45 126 3 21 000 20 000
MT190-MK032R05AP10 32 5 19 000
MT190-MK040R06AP10 40 6 50 152,5 4 10 500
Обозначения пластин: APKT1003PDSR; APHT100312SR;
APHT100320SR; APHT1OO3O8FR-AL.
128
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
Для фрезерования фасок и обработки V-образных пазов применяют концевые фасочные фрезы с ср = 45°. Они изготовляются хвостовыми цельными (табл. 2.19) и модульными (табл. 2.20). К модульным концевым фрезам поставляются специальные хвостовики (табл. 2.21). Все фрезы имеют внутренние каналы для подвода СОЖ.
2.19. Концевые фасочные фрезы "СКИФ-М" с цилиндрическим хвостовиком цельные, мм
Обозначение фрезы Размеры, мм
D а шт Ly L d2 Dy И, мин-1
MT145F-Z016R02SD09-IK 16 2 23 150 16 26,6 8500
MT145F-Z020R03SD09-IK 20 5,3 3 29 20 30,6 8300
MT145F-Z025R04SD09-IK 25 4 34 200 25 35,6 8000
MT145F-Z032R05SD09-IK 32 5 40 32 42,6 7500
Обозначения пластин'. SDMT090308; SDNT090308;
SDMW090308; SDGW0903ADFN.
2.20. Модульные фасочные фрезы "СКИФ-М", мм
ФРЕЗЫ
129
Окончание табл. 2.20
Обозначение фрезы D а Z, шт L h Dr dy
MT145F-G016R02SD09 16 2 23 41 10 26,6 M8
MT145F-G020R03SD09 20 3 29 48 15 30,6 MIO
MT145F-G025R04St)09 25 4 34 56 17 35,6 M12
MT145F-G032R05SD09 32 5 40 63 22 42,6 M16
Обозначения пластин: SDMT090308; SDGW090308;
SDGW0903ADFN.
2.21. Специальные хвостовики для модульных фасочных фрез "СКИФ-М", мм
Обозначение d2 dr D3 Lr l2 L
Z16D14.5M08-L052 Z16D14.5M08-L112 16 M8 14,5 14,31 52 112 100 160
Z20D18.5M10-L050 Z20D18.5M10-L110 20 M10 18,5 50 110 100 160
Z25D22M12-L044 44 100
Z25D22M12-L104 25 M12 22 17 104 160
Z25D22M12-L144 144 200
Z32D28M16-L040 40 100
Z32D28M16-L100 20 M16 00 100 160
Z32D28M16-L140 Zo 140 200
Z32D28M16-L180 180 240
130
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
2.4. СВЕРЛИЛЬНО-РАСТОЧНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
Рис. 2.22. Вершина трехлезвийного сверла
Для обработки основных типов отверстий (см. рис. 1.15) на многоцелевых станках используется практически весь типаж выпускаемых сверл: быстрорежущие с нанесенными износостойкими покрытиями (табл. 2.22), твердосплавные цельные двухлезвийные со специальной заточкой (табл. 2.23),
твердосплавные цельные трехлезвийные (рис. 2.22 и табл. 2.24), с напаянными пластинами из твердого сплава (табл. 2.25), ступенчатые (табл. 2.26) и ружейные (табл. 2.27).
2.22. Сверла специальные быстрорежущие с покрытием TIN с коническим хвостовиком, мм
Конус Морзе
di (h8) h h Конус Морзе di (h8) /i h Конус Морзе
5,0 133 52 1 10,0 168 87 1
6,0 138 57 1 10,2 168 87 1
6,5 144 63 1 10,5 168 87 1
' 6,8 150 69 1 11,0 175 94 1
7,0 150 69 1 11,5 175 94 1
8,0 156 75 1 12,0 182 101 1
8,5 156 75 1 12,5 182 101 1
9,0 162 81 1 13,0 182 101 1
9,5 162 81 1 13,5 189 108 1
СВЕРЛИЛЬНО-РАСТОЧНЫИ ИНСТРУМЕНТ
131
Окончание табл. 2.22
(h8) /1 h Конус Морзе 4 (Ь8) h h Конус Морзе
14,0 189 108 1 20,5 243 145 2
14,5 212 U4 2 21,0 243 145 2
15,0 212 114 2 21,5 248 150 2
15,5 218 120 2 22,0 248 150 2
16,0 218 130 2 22,5 253 155 2
16,5 223 125 2 23,0 253 155 2
17,0 223 125 2 24,0 281 160 2
17,5 228 130 2 25,0 281 160 2
18,0 228 130 2 26,0 286 165 2
18,5 233 135 2 27,0 291 170 3
19,0 233 135 2 28,0 291 170 3
19,5 238 140 2 29,0 296 175 3
20,0 238 140 2 30,0 296 175 3
2.23. Сверла центровочные с 2ср = 90° твердосплавные, мм
di (h6) /i h di (h6) /1 h
3 46 11 10 89 26
4 55 15 12 102 30
5 62 16 16 115 34
6 66 17 20 131 40
8 79 22
132
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
2.24. Сверла трехперые твердосплавные, мм
d\ (m7) di /1 h k
3,00; 3,15; 3,30; 3,50; 3,70 6 66 28 36
3,80; 4,00; 4,20; 4,30; 4,45; 4,50; 4,65 74 36
5,00; 5,50; 5,55; 5,75; 5,90; 6,00 82 44
6,50; 6,55; 6,80; 7,00; 7,25; 7,40; 7,45; 7,50; 7,55; 8,00 8 91 53
8,50; 8,75; 9,00; 9,30; 9,40; 9,50; 9,55; 10,00 10 103 61 40
10,20; 10,50; 11,00; 11,20; 11,30; 11,50; 11,55; 11,70; 12,00 12 118 71 45
12,50; 13,00; 13,10; 13,30; 13,50; 14,00 14 124 77
14,50; 15,00; 15,10; 15,30; 15,50; 16,00 16 133 83 48
2.25. Сверла с напаянными пластинами из твердых сплавов типа "Delta", мм
СВЕРЛИЛЬНО-РАСТОЧНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
133
Продолжение табл. 2.25
Обозначение А d2 /1 h h /4
R411.5-20534Dxx.xx 21034Dxx.xx 21534Dxx.xx 22034Dxx.xx 20,01...20,50 20,51...21,00 21,01...21,50 21,51...22,00 25 159 91 72 74 75 77 56
164 96
R411.5-22534Dxx.xx 23034Dxx.xx 23534Dxx.xx 24034Dxx.xx 22,01...22,50 22,50...23,00 23,01...23,50 23,51...24,00 25 168 100 79 81 82 84 56
174 106
R411.5-24534Dxx.xx 25034Dxx.xx 25534Dxx.xx 26034Dxx.xx 24,01...24,50 24,51...25,00 25,01...25,50 25,51...26,00 32 183 110 86 88 89 91 60
189 116
R411.5-26534Dxx.xx 27034Dxx.xx 27534Dxx.xx 28034Dxx.xx 26,01...26,50 26,51...27,00 27,01...27,50 27,51...28,00 32 193 120 93 95 96 98 60
199 126
R411.5-28534Dxx.xx 29034Dxx.xx 29534Dxx.xx 30034Dxx.xx 28,01...28,50 28,51...29,00 29,01...29,50 29,51...30,40 32 204 131 100 102 103 105 60
208 135
Примечания: 1. /2 - рекомендуемая длина сверления. 2. хх.хх - диаметр сверла Da.
2.26. Сверла для сверления и обработки фасок отверстий под резьбу типа "Delta", мм
Обозначение Нарезаемая резьба А d2 ^21 /1 /2 k
R415.1-0340-30-AAO М4 3,40 6,0 4,50 66 11,4 28
0430-30-ААО М5 4,30 6,0 6,00 66 13,6 28
05Ю-30-ААО Мб 5,10 8,0 7,00 79 16,5 41
0690-30-ААО М8 6,90 10,0 9,50 89 21,0 47
0870-30-ААО М10 8,70 12,0 12,00 102 25,5 55
R415.1-1040-30-ААО М12 10,40 14,0 14,00 107 30,0 60
1225-30-ААО М14 12,25 16,0 16,00 115 34,5 65
1425-30-ААО М16 14,25 18,0 18,00 123 38,5 73
R415.1-0700-30-ААО М8 х 1,0 7,00 10,0 9,80 89 21,0 47
0900-30-ААО М10 х 1,0 9,00 12,0 12,00 102 25,5 55
Ю50-30-ААО М12 х 1,5 10,50 14,0 14,00 107 30,0 60
1250-30-ААО М14 х 1,5 12,50 16,0 16,00 115 34,5 65
1450-30-ААО М16 х 1,5 14,50 18,0 18,00 123 38,5 73
Примечание. Рекомендуемая длина сверления - /2.
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
СВЕРЛИЛЬНО-РАСТОЧНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
135
Для придания универсальности широко используется сборный инструмент: сверла со сменными пластинами (табл. 2.28), сверла с насадками (рис. 2.23) и вставками для снятия фасок, комбинированный инструмент с использованием резцовых вставок (рис. 2.24).
Подрезка торца
Рис. 2.23. Сборный комбинированный инструмент для обработки фасок и подрезки торца
Рис. 2.24. Комбинированная расточная оправка с использованием резцовых вставок
136
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
Рис. 2.25. Устройство регулировки положения режущей кромки однолезвийного расточного инструмента: 1 - регулировочный винт;
2 - ползун; 3 - резцовая вставка; 4 - сухарь; 5 - винт крепления ползуна; 6 - винт крепления резцовой вставки; 7 - СМП
Точная обработка отверстий осуществляется расточными вставками - микроборами (табл. 2.29), устанавливаемыми в специальные гнезда (табл. 2.30), либо однолезвийным расточным инструментом (рис. 2.25 и табл. 2.31). Точные ступенчатые отверстия обрабатывают развертками, оснащенными напайными пластинами из ПКА (рис. 2.26).
Для закрепления режущего сборного инструмента с хвостовиками "Coromant Capto" применяют переходники (табл. 2.32).
Фирма Titex Plus (Германия) изготовляет высокоскоростные и высокоточные трехперые сверла "Maximiza SX", предназначенью для сверления чугуна, алюминия и других цветных металлов.
1
Рис. 2.26. Специальная ступенчатая развертка фирмы MAPAL, оснащенная пластинами из ПКА:
7 - пластины; 2 - сверления для балансировки; 3 - хвостовик HSK
СВЕРЛИЛЬНО-РАСТОЧНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
137
2.27. Сверла ружейные напайные твердосплавные, мм
D (Ь6) Л /4 d Z1
0,98...2,15 10
2,16...2,40 и
2,41...2,70 12
2,71. ..3,00 13
3,01...3,30 14
3,31. ..3,60 15 38,1 12,7 от 120
3,61...3,95 16
3,96...4,35 18
4,36...4,75 19
4,76...5,55 20
5,56...6,30 21
6,31...6,55 22
6,56...7,05 23
7,06...7,55 24
7,56...8,60 25
8,61...9,20 22 40,0 10,0 от 150
9,21...9,80 22
9,81...10,60 22
10,61...11,30 22
11,31—12,00 22
12,01...12,70 22 50,0 16,0 от 170
12,71...15,20 25
15,21...16,10 25
138
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
Окончание табл. 2.27
D (h6) h 4 d А
16,11...20,60 30
20,61...23,60 23,61...25,70 34 34 50,0 16,0 от 170
25,71...35,00 38
Примечание. Пример обозначения сверла с D = 22,0 мм, длиной А = 170 мм и хвостовиком d= 16,0 мм: 428.9-170000-0220-160.
2.28. Сверла с СМП "Coromant U" с хвостовиком "Coromant Capto", мм
Обозначение Zi h 4 1 | Обозначение Zi h h
R416.2- 0127С5-31 79 41 38 R416.2- 0127С5-41 91 53 51
О13ОС5-31 80 42 39 0130С5-41 93 55 52
0135С5-31 81 43 41 0135С5-41 95 57 54
0140С5-31 83 45 42 0140С5-41 97 59 56
0145С5-31 85 46 44 0145С5-41 100 61 58
R416.2- О15ОС5-31 87 48 45 R416.2- 0150С5-41 102 63 60
0155С5-31 89 50 47 0155С5-41 104 65 62
0160С5-31 91 51 48 0160С5-41 107 67 64
0165С5-31 93 53 50 0165С5-41 109 69 66
0170С5-31 94 54 51 1 | 0170С5-41 111 71 68
СВЕРЛИЛЬНО-РАСТОЧНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
139
Продолжение табл. 2.28
Обозначение h h 4 Обозначение 4 h h
R416.2- 0175С5-31 102 56 53 R416.2-0175С5-41 119 73 70
О18ОС5-31 103 57 54 0180С5-41 121 75 72
0185С5-31 105 59 56 0185С5-41 123 77 74
0190С5-31 106 60 57 0190С5-41 125 79 76
0200С5-31 111 64 60 0200С5-41 131 84 80
R416.2- 0210С5-31 114 66 63 R416.2- 0210С5-41 135 87 84
0220С5-31 117 69 66 0220С5-41 139 91 88
0230С5-31 121 72 69 0230С5-41 144 95 92
0240С5-31 125 76 72 0240С5-41 149 100 96
0250С5-31 129 79 75 0250С5-41 154 104 100
R416.2- 0260С5-31 132 81 78 R416.2- 0260С5-41 158 107 104
0270С5-31 135 84 81 0270С5-41 162 111 108
0280С5-31 139 87 84 0280С5-41 167 115 112
0290С5-31 142 90 87 0290С5-41 171 119 116
O3OOC5-31 147 94 90 0300С5-41 177 124 120
R416.2- О31ОС5-31 156 97 93 R416.2- 0310С5-41 187 128 124
0320С5-31 159 100 96 0320С5-41 191 132 128
0330С5-31 163 103 99 0330С5-41 196 136 132
0340С5-31 166 106 102 0340С5-41 200 140 136
0350С5-31 170 109 105 0350С5-41 205 144 140
R416.2- 0360С5-31 174 112 108 R416.2-0360С5-41 210 148 144
0370С5-31 177 115 111 0370С5-41 214 152 148
0380С5-31 181 118 114 0380С5-41 219 156 152
0390С5-31 184 121 117 0390С5-41 223 160 156
0400С5-31 188 124 120 0400С5-41 228 164 160
0410С5-31 192 127 123 0410С5-41 233 168 164
140
Глава 2. РЕЖУЩИИ ИНСТРУМЕНТ
Окончание табл. 2.28
Примечания: 1.12-рекомендуемая длина сверления.
2. D5 = 50 мм.
3. В обозначении сверла первые четыре цифры после первого дефиса определяют диаметр сверла.
Например: R416-0127C5-31 -Dc = 12,7 мм.
2.29. Расточные вставки-микроборы "Т-МАХ U", мм
Установка под углом Установка радиальная
<р=90° ф=75° <р=90° ф=75°
12 3 4
Номер эскиза Обозначение В2 h /1 D X, °
R/L 148 С-31-06 02 16 14,3 25,25 0,45 25,2 -3
L 148 С-31-06 Т1 16 14,3 25,0 0,2 24,8 0
1 R/L 148 С-32-09 02 20 19,1 33,7 0,9 32,5 0
R/L 148 С-33-11 02 22 23,0 45,3 1Д 42,0 0
R/L 148 С-34-16 ТЗ 32 33,3 62,3 1,2 59,4 0
R/L 148 С-41-06 02 16 14,4 25,3 0,95 26,6 -3
L 148 С-41-06 Т1 16 14,4 25,0 1,3 26,3 0
2 R/L 148 С-42-09 02 20 19,2 33,8 0,8 34,0 0
R/L 148 С-43-11 02 22 22,9 45,2 0,55 43,5 0
R/L 148 С-44-16 ТЗ 32 31,6 62,3 2,6 60,8 0
СВЕРЛИЛЬНО-РАСТОЧНЫИ ИНСТРУМЕНТ
141
Окончание табл. 2.29
Номер эскиза Обозначение О2 А h /1 D К °
R/L 148 С-11-06 02 16 13,3 24,1 5,1 27 -3
R/L 148 С,12-09 02 20 18,3 32,9 6,3 36,5 0
R/L 148 С-13-11 02 22 22,1 44,3 7,2 48,5 0
R/L 148 С-14-16 ТЗ 32 32,0 62,7 10,3 68,4 0
R/L 148 С-21-06 02 16 14,2 25,0 2,7 28,6 -3
А RZL 148 С-22-09 02 20 19,2 33,8 3,9 38,1 0
Ч R/L 148 С-23-11 02 22 23,1 45,4 4,5 50,1 0
R/L 148 С-24-16 ТЗ 32 33,4 64,1 6,0 70,65 0
Примечание. D-минимальный диаметр растачивания.
2.30. Гнезда для установки вставок-микроборов, мм
В (увеличено)
Б (увеличено)
hh Th rhe (±0,02)
9 М3 9,65
9 М3 12,50
13 М4 15,40
16 М5 23,00
142
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
2.31. Однолезвийный чистовой расточной инструмент с хвостовиками "Coromant Capto", мм
Резцовая вставка Корпус Dc А h h
391.38А-1-Т09А C3-391.38A-1-024 086А 25,0... 35,5 32 24 90 61
391.38U-1TP09A
391.38А-1-С06А
391.38U-1CP06A
391.38В-1-Т09А
391.38К-1ТР09А
391.38А-1А-Т09А C3-391.38A-1-024 086А
391.38U-1ATP09A
391.38А-1-Т09А C3-391.38A-1-033 036А (С4-391.38А-1-033 106А) 34,5... 50,5 32 (40) 33 40 (ИО) (80).
391.38U-1TP09A
391.38А-1-С06А
391.38U-1CP06A
391.38В-1-Т09А
391.38К-1ТР09А
391.38А-1А-Т09А C3-391.38A-1-033 036A 37,5... 53,5 32 33 40 —
391.38U-1ATP09A С4-391.38А-1-033 106А 40 ПО 80
СВЕРЛИЛЬНО-РАСТОЧНЫИ ИНСТРУМЕНТ
143
Окончание табл. 2.31
Резцовая вставка Корпус D. D, ^21 h h
391 38А-2-Т11А С4-391.38А-2-046 055А; С5-391.38А-2-046 140А 49,5... 71,5 40 46 60 —
391.38U-2TP11A
391.38U-2TC11A
391.38А-2-С09А
391.38L-2CC09A 50 46 145 116
391.38В-2Т11А
391.38К-2ТС11А
391.38К-2ТР11А
2.32. Переходники с наружным конусом HSK-A/C для хвостовиков "Coromant Capto", мм
Размер HSK Размер Coromant Capto Обозначение d2 d5 А h
63-А/С СЧ C3-390.410-63 075В 48 32 63 75 49
100-А/С C3-390.410-100 080 75 32 100 80 51
63-А/С С4 С4-390.410-63 080В 48 40 63 80 54
100-А/С C3-390.410-100 090 75 40 100 90 61
63-А/С С5 С5-390.410-63 090В 48 50 63 90 64
100-А/С C3-390.410-100 100 75 50 100 100 71
100-А/С С6 С6-390.410-100 110 75 63 100 ПО 81
100-А/С С8 С8-390.410-100 120 75 80 100 120 91
144
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
"Maximiza SX" - это дальнейшее совершенствование хорошо зарекомендовавших себя трехперых сверл "TITEX PLUS" со следующими особенностями:
а) хорошее центрирование;
б) уменьшение силы резания и крутящего момента;
в) сверление чугуна и алюминия без СОЖ (или с минимальным охлаждением туманом).
Благодаря специальной геометрии подточки вершины (см. рис. 2.22) с обозначением SX, отсутствует смещение оси отверстия при сверлении, обеспечиваются наилучшие показатели по концентричности, некруглости и точности. Гарантируемая точность просверленного отверстия - Н9. Эффективна обработка деталей малой жесткости и тонкостенных деталей.
Фирма Sandvik Coromant (Швеция) выпускает конструкции сверл под торговой маркой "CoroDrill Delta", в которых решает такие проблемы сверления, как уменьшение осевых усилий резания, возникающих на перемычке сверла с обычными геометрическими параметрами заточки.
Сверла "CoroDrill Delta" предназначены, в основном, для обработки отверстий диаметром 3...20 мм, но иногда их можно использовать для обработки отверстий диаметром до 30,4 мм. Глубина обработки достигает 5D. Обычно обработка отверстий (с величиной диаметра из этого диапазона значений) осуществляется за несколько переходов (центрование, сверление спиральными сверлами из быстрорежущей стали, зенкерование и развертывание).
Используемые в отечественной металлообрабатывающей промышленности быстрорежущие и оснащенные напайными твердосплавными пластинами спиральные сверла не отвечают современным требованиям обеспечения производительности обработки отверстий на станках с ЧПУ. Практическое применение сверл, оснащенных многогранными неперетачиваемыми твердосплавными пластинами, вообще говоря, незначительно, а для обработки отверстий диаметром до 20 мм в отечественной практике их вообще не используют. В то же время цельные твердосплавные спиральные сверла диаметром свыше 12 мм широко распространены в мировой промышленной практике (до 80 %).
СВЕРЛИЛЬНО-РАСТОЧНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
145
Конструкция сверл "Delta-C" обеспечивает сверление отверстий без предварительного центрирования и последующего зенке-рования или без предварительного развертывания в деталях из различных материалов (в том числе и с твердостью до 28... 32 HRC) при вертикальной и горизонтальной схемах обработки. Производительность обработки возрастает не менее чем в 2 раза по сравнению с обычным сверлением.
Особенностями данной конструкции сверла является наличие двух напайных твердосплавных пластин и подвод СОЖ в зону резания. При этом для режущей части сверла используют две специальной формы пластины, которые в зоне перемычки накладываются друг на друга. Вершина сверла имеет выпуклую S-образную форму режущих кромок со скруглением при переходе поперечной кромки в режущую. Режущие кромки сверла имеют передний угол у = 20°, величина которого постоянна вдоль режущих кромок, а в зоне поперечной кромки угол у = 10°. Кроме того, режущие кромки выполняют с углом X = 8°, вдоль них обрабатывают фаски шириной до 0,15.. .0,2 мм под углом у = - 30°.
Корпус сверла изготовляют из инструментальной стали типа 9ХС с твердостью 50...56 HRC. Стружкоотводящая канавка радиусной формы имеет угол наклона со = 15°, толщина сердцевины сверла составляет примерно 0,35с/. Хвостовик сверла цилиндрический, с лыской и обеспечивает закрепление инструмента в патронах для подвода СОЖ, в том числе и при его вращении. Каналы для подвода СОЖ проходят через хвостовик сверла и его корпус, а в зоне вершины сверла выходят на вспомогательную заднюю поверхность. Таким образом, поток СОЖ подходит к режущим кромкам пластин и способствует вымыванию стружки по стружкоотводящим каналам сверла.
При обработке заготовок из стали v = 40...60 м/мин, So = = 0,16...0,25 мм/об, а при обработке заготовок из чугуна v = 60... 80 мм/мин, So = 0,4...0,6 мм/об. В этом случае для охлаждения используют эмульсии типа "Укринол-1", а также масляные и синтетические СОЖ. Расход СОЖ 5...15 л/мин, давление 0,2...0,5 МПа. Стойкость сверла "Delta-C" превышает стойкость спиральных сверл из быстрорежущей стали в 4 раза и более.
146
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
Точность обрабатываемых отверстий соответствует следующим параметрам: предельное отклонение диаметра по 6-10 квали-тетам, допуск круглости отверстий по 8-10 квалитетам, параметр шероховатости обрабатываемой поверхности Ra = 1,5...2,0 мкм. Такие результаты обработки с применением типовых технологических процессов обычно могут быть достигнуты только после предварительного развертывания. Величина осевого усилия резания на 50 % меньше, чем в случае применения спиральных сверл.
Эксплуатация сверл типа "Delta-C" на станках с ЧПУ эффективна, поскольку снижаются затраты потребителя на приобретение комплекта типового инструмента относительно стоимости эксплуатации новой конструкции. При этом в 5 раз сокращается основное машинное время обработки отверстий, вспомогательное время, требующееся на установку, замену инструмента и его позиционирование, а также сокращается вспомогательное время, затрачиваемое на отладку УП.
Использование технологии глубокого сверления на станках с ЧПУ связано с определенными особенностями. Например, имеются станки с ЧПУ для обработки корпусных деталей, в которых по программе осуществляется смена режущего инструмента с одновременной сменой позиции обработки и сменой кондукторной втулки. Другие многоцелевые станки оснащают механизмом смены инструмента (сверл одностороннего резания), а перед этим на предыдущих позициях производится зацентровка одним или двумя видами инструмента. Сначала производят обычную зацентровку, потом обрабатывают специальным сверлом, при этом образуется направляющее цилиндрическое отверстие (диаметром 0,98 от величины диаметра последующего сверла одностороннего резания,, глубиной 3,5...3,0 диаметра). Сверло вводится в это направляющее отверстие без вращения на глубину 0,3...0,8 глубины отверстия и только затем включается вращение инструмента, подвод СОЖ и подача инструмента.
Очень эффективен специальный комбинированный инструмент при сверлении отверстий, который позволяет одновременно обрабатывать фаски, выполнять цековки по торцу, подрезать бобышки или сверлить углубления для крепежных деталей. Совме
СВЕРЛИЛЬНО-РАСТОЧНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
147
щение обработки позволяет поднять производительность по машинному и вспомогательному времени, уменьшить количество инструмента в инструментальной наладке и снизить стоимость наладки по вспомогательному инструменту.
Часто приходится сверлить отверстия, расположенные под углом к плоскости без какой-либо лыски. Поломки сверла без предварительной подготовки поверхности при этом становятся неизбежными. Поэтому необходима подготовка торца перпендикулярного оси отверстия, которую выполняют, засверливая отверстие концевой или шпоночной фрезой соответствующего диаметра. Фрезу выбирают с двумя или тремя зубьями, но обязательным условием является перекрытие оси фрезы одним из зубьев. Обработку ведут на пониженных подачах 0,003.. .0,005 мм/зуб.
При сверлении отверстий современными твердосплавными сверлами на рекомендованных режимах с большими подачами наблюдается выпучивание материала в зоне, прилегающей к отверстию. Поэтому чистовую обработку плоскостей приходится размещать в самом конце технологического процесса обработки, используя фрезы, оснащенные пластинками с зачистными кромками.
Режущие пластины двухрезцовых расточных головок, находящиеся в одной плоскости, позволяют работать с удвоенными подачами, радиальные силы резания - сбалансированы, но за каждый переход снимается припуск, не превышающий величины определяемой размером пластины. В системах "Duobore" и "Сого-Воге 820" фирмы Sandvik Coromant при помощи набора проставок толщиной 1 мм резцовые вставки-ползуны с углом в плане 90° смещаются в осевом направлении, что позволяет настраивать каждую из них индивидуально на свой диаметр и снимать за один переход увеличенный припуск, а это, в свою очередь, сокращает количество инструмента в наладке станка.
Для повышения производительности и одновременно точности обработки применяются специальные комбинированные расточные оправки. Конструкция корпуса может быть полностью оригинальной или с использованием оправок-заготовок, выпускаемых ООО "ИНТЕХНО-ИЗТС" (г. Иваново), которые имеют полностью готовый хвостовик, а головная часть не обработана и
148
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
не имеет цементированного слоя. В оправке-заготовке в инструментальном цехе выполняют гнезда под установку режущих вставок или вставок-микроборов, которые вместе с твердосплавными пластинами продаются инструментальными фирмами Sandvik Coromant (токарный инструмент и вращающийся инструмент), MITSUBISHI CAR-BIDE (растачивание, картридж, расточный модуль), GIJHRING и ОАО "Георгиевский инструментальный завод" (г. Георгиевск, Ставропольский край).
Для плавного вхождения в работу вставки микробора при чистовом растачивании необходимо предварительное снятие фасок в обрабатываемых отверстиях. Этот переход выполняют: при больших диаметрах отверстий торцовыми фрезами с углом в плане, соответствующим углу фаски, специальными фасочными фрезами, которые могут работать как с осевой подачей, так и с круговой интерполяцией; центровочными сверлами, которые по легким сплавам и встречной подаче работают с круговой интерполяцией как фрезы.
Чистовое растачивание, как правило, это однолезвийная обработка, производится расточной оправкой с вставкой для тонкой поднастройки резца на размер. Но иногда, если производство оснащено хорошими приборами для предварительной настройки инструмента на размер, применяются специальные конструкции оправок с двумя вставками-микроборами, настроенными на один размер по диаметру, у которых вершины резцов расположены в одной плоскости. Такая конструкция хорошо сбалансирована и позволяет работать с удвоенными подачами. Требования динамической балансировки инструмента обязательны при обработке на сверхскоростных станках, так как производители мотор-шпинделей снимают свои гарантии, если станок эксплуатируется с инструментом не прошедшим динамическую балансировку. Для этого необходимо, дорабатывать фирменный инструмент, в конструкции которого не предусмотрена возможность балансировки, устраняя дисбаланс засверливанием отверстий и фрезерованием лысок, либо закрепляя на корпусе оправки противовесы.
Обработку отверстий под резьбу лучше всего производить ступенчатыми сверлами для обработки резьбовых отверстий, ко
РЕЗЬБОНАРЕЗНОЙ ИНСТРУМЕНТ
149
торые работают без предварительной зацентровки и сразу обрабатывают фаску для захода метчика. Такие сверла производят инструментальные фирмы: Sandvik Coromant, Titex Plus, CUHRING и др.
2.5. РЕЗЬБОНАРЕЗНОЙ ИНСТРУМЕНТ
На большинстве многооперационных станков традиционно применяются резьбонарезные патроны с механизмом компенсации шага резьбы на сжатие и растяжение, когда передняя часть патрона со вставкой и закрепленным в ней метчиком имеет возможность перемещаться в осевом направлении относительно корпуса патрона, установленного в шпинделе станка. Компенсация, т.е. перемещение вставки с метчиком, происходит под действием усилия резания при рассогласовании скорости подачи с шагом нарезаемой резьбы. Практически всегда подача назначается меньше шага резьбы и в нормальном режиме патрон работает на растяжение, но в случае, если метчик защемляется стружкой в процессе резьбона-резания и останавливается, срабатывает предохранительная муфта. Метчик при этом не имеет продольного перемещения, и т.к. подача станка не выключена, то патрон в этом случае работает на сжатие.
Существует несколько конструкций патронов с компенсацией. Предпочтение отдается патронам, имеющим в своей конструкции втулку с шариковыми направляющими, обеспечивающими плавность хода и минимальное усилие, необходимое для перемещения пиноли со вставкой. Существуют также патроны со шпонками или штифтами в продольных пазах, но они имеют существенный недостаток - значительный коэффициент трения скольжения.
Несмотря на то, что практически любая современная система ЧПУ имеет опцию жесткого нарезания резьбы, многие по-прежнему используют на станках с ЧПУ патроны с компенсацией. Это связано, прежде всего, с надежностью обработки, т.к. любой привод станка имеет люфт механической системы или дрейф электрической части привода. Современные системы сводят эту погрешность к минимуму, но, тем не менее, она присутствует. Эти ошибки приводят к нарушению полной синхронизации между скоростью вращения шпинделя, скоростью подачи и этими же па
150
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
раметрами после реверса шпинделя. Периодическое обслуживание станка уменьшает подобные ошибки, но не устраняет их полностью.
Увеличение частоты вращения шпинделя делает это несовпадение более заметным и достаточным для влияния на работоспособность метчиков на высоких скоростях, особенно при реверсе. Ошибки в синхронизации приводят к снижению стойкости метчиков и ухудшению качества резьбы. Это вызвано затиранием метчика при обратном ходе с образованием наклепа на режущих кромках, при этом усилие возрастает более чем в два раза и остается таким на всем обратном ходе. Для уменьшения наклепа на режущих кромках метчика разработаны жесткие резьбонарезные патроны с эластичным пружинным элементом, обеспечивающим минимальное сжатие / растяжение (0,5 мм) для компенсации ошибки синхронизации.
Патроны с минимальной компенсацией позволяют:
а) компенсировать минимальное рассогласование между синхронным вращением шпинделя и шагом резьбы;
б) уменьшить осевые нагрузки на боковые грани метчика, увеличивая стойкость;
в) избежать затирания резьбы и образование наклепа на режущих кромках при обратном ходе метчика;
г) распределить осевые нагрузки равномерно при прямом и обратном ходе метчика и уменьшить пиковые нагрузки при реверсе;
д) использовать внутренний подвод СОЖ через шпиндель станка давлением до 5 МПа.
Очень часто резьбонарезание является лимитирующей операцией при обработке корпусных деталей, которые характеризуются наличием большого количества резьбовых отверстий нескольких типоразмеров. Решить проблему производительности позволяют резьбонарезные патроны с автоматическим переключением направления вращения, выпускаемые фирмами Otto Bilz, EMUGE и TAPMATIK Corp. Особенностью патронов является то, что они позволяют реверсировать вращение метчика без реверса шпинделя станка, это реверсирование производится при значительной скорости вращения шпинделя. В зависимости от нарезаемой резьбы,
РЕЗЬБОНАРЕЗНОЙ ИНСТРУМЕНТ
151
Рис. 2.27. Схема работы резьбонарезного патрона
выпускаются патроны, разрешающие работу при частоте вращения 1500,2500 и 4000 мин’1.
Патрон устанавливается в шпиндель станка из инструментального магазина манипулятором, при этом корпус патрона фиксируется в специальном гнезде на корпусе шпиндельной бабки станка. Это обстоятельство не позволяет использовать такие патроны на станках, имеющих выдвижной шпиндель.
Шпиндель патрона имеет возможность осевого перемещения. При вытягивании шпинделя на 5 мм происходит переключение кулачкового механизма и направление вращения шпинделя аппарата меняется на противоположное. При возвращении шпинделя патрона в исходное положение встроенной пружиной, кулачковый механизм переключает вращение на прямое. Цикл нарезания резьбы выглядит следующим образом (рис. 2.27):
- после включения вращения осуществляется перемещение метчика на прямом ходу и нарезается резьба (положение /);
- за 2,5 мм до достижения заданной глубины резьбы подача переключается на обратную (положение 2);
152
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
- оставшиеся 2,5 мм метчик проходит на прямом вращении, затем (поскольку суммарное вытягивание составит 5 мм) происходит переключение кулачкового механизма и шпиндель патрона с метчиком начинает вращаться в противоположную сторону (положение 5);
- метчик выворачивается из отверстия (положение 4);
- при полном выходе метчика из отверстия происходит быстрое втягивание шпинделя патрона возвратной пружиной и переключение кулачковго механизма на прямое вращение (положение 5).
Точность глубины нарезания резьбы при помощи патрона с переключением вращения составляет ±0,1 мм. Время нарезания резьбы мало, так как при этом практически отсутствует время разгона-торможения (реверсируемая масса состоит только из шпинделя патрона, цангового зажима и метчика). Как правило, время обработки одного отверстия составляет менее 1 сек.
Патроны выпускаются с внутренним подводом СОЖ через шпиндель станка и метчик с центральным отверстием для обработки глухих отверстий. При обработке сквозных резьбовых отверстий в такой патрон необходимо закреплять метчик, у которого отверстия для подвода СОЖ выходят не на торце, а в стружечные канавки в калибрующей зоне, или применять внешний полив СОЖ для промывки стружки вперед. Патроны очень чувствительны к защемлению метчика стружкой и наличию СОЖ в зоне резания, и этим вопросам необходимо уделять особое внимание.
Для закрепления метчика в патроне используются быстросменные вставки. Под каждый размер метчика используется своя вставка. Чаще применяются вставки с предохранительной муфтой, защищающей метчик от поломки. Муфта настраивается на определенное усилие, при превышении которого начинается проскальзывание муфты и происходит отключение вращения метчика. Метчик во вставке закрепляется шариками, что обеспечивает бы-стросменность метчика.
Необходимо учитывать, что хвостовики метчиков, изготовляемые по DIN, отличаются по размерам от хвостовиков, изготовленных по ISO при одинаковом диаметре нарезаемой резьбы, поэтому при заказе вставки необходимо указывать размер метчика и
РЕЗЬБОНАРЕЗНОЙ ИНСТРУМЕНТ
153
его исполнение по стандарту (номер DIN или ISO). Фирма Benz при заказе вставки требует указывать диаметр хвостовика и размер квадрата метчика до сотых долей миллиметра.
Специальные метчики рекомендуется применять при нарезании резьбы в деталях из легких сплавов и сталях с повышенной вязкостью. Такие метчики имеют обычно специальную подточку на заборной части, а часть зубьев на калибрующей части удалена в шахматном порядке, то есть через зуб, что способствует нарезанию более качественной резьбы (рис. 2.28). Заборную часть подтачивают с левым наклоном к оси и с наклоном вперед с уменьшением толщины сердцевины. Срезание зубьев начинают со второго витка после первого полнопрофильного зуба через зуб. По профилю метчики затылуют по среднему и внутреннему диаметру на всей длине рабочей части на величину К6, а по заборной части на величину К. По наружному, внутреннему и среднему диаметрам обратная конусность равна 0,2.. .0,3 мм на длине 100 мм.
Рис. 2.28. Метчик (а) с шахматным расположением зубьев (б)
154
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
При нарезании резьбы на станках с ЧПУ, находящихся в хорошем техническом состоянии, механизм компенсации практически не работает на протяжении всего цикла. В это время подача поддерживается на заданном уровне системой ЧПУ. Проблемы начинаются при подходе к точке реверса шпинделя. Именно в этом месте существует опасность перебега метчика, т.к. привод подачи останавливается намного быстрее, чем вращение шпинделя, и эта опасность тем выше, чем выше скорость вращения шпинделя.
При обработке глухих отверстий возможно врезание метчика в дно отверстия, а при обработке сквозных - перебег и полный выход калибрующих ниток метчика из резьбы с нарушением профиля нарезанной резьбы при реверсе. После реверса шпинделя подача на вывод метчика может не соответствовать подаче на прямом ходу, что также приведет к порче резьбы (подрезание боковой поверхности) или поломке метчика. Наличие механизма компенсации в патроне позволяет свести опасность получения "перерезанной" резьбы (с увеличенным диаметром) к минимуму.
От патронов с компенсацией можно отказаться и использовать метод "жесткого" или синхронного нарезания резьбы в том случае, если система ЧПУ решает две задачи:
- поддерживает синхронизацию скорости подачи шпинделя и скорости его вращения на полной глубине обработки резьбы;
- позволяет избежать "перебега" метчика в конце отверстия при остановке и реверсе шпинделя (за счет точного расчета замедления вращения шпинделя для согласования момента остановки в точно запрограммированном месте).
В последнее время функция цикла жесткого резьбонарезания стала стандартной опцией большинства систем ЧПУ. Жесткие резьбонарезные патроны по конструкции аналогичны цанговым патронам или державкам для концевых фрез (см. главу 3).
Стоимость таких патронов намного меньше стоимости патронов с компенсацией, и они более компактны. Качество обработанной резьбы зависит в большей степени от точности шпинделя станка, винтов подачи и работы системы ЧПУ.
Жесткий резьбонарезной патрон позволяет увеличить скорость обработки в несколько раз по сравнению с патронами с ме
РЕЗЬБОНАРЕЗНОЙ ИНСТРУМЕНТ
155
ханизмом компенсации. Для этого необходима более точная остановка шпинделя в конце цикла резьбонарезания без перебега, в
том числе и на высоких скоростях.
Резъбофрезерование является методом, известным больше теоретически, но этот метод на современном оборудовании,
имеющем возможность управления одновременно по трем коор
динатам, проявляет все свои достоинства: простота конструкции вспомогательного инструмента (достаточно державки или высокоточного патрона), одним инструментом можно обрабатывать как правые, так и левые резьбы, как внутренние, так и наружные независимо от диаметра резьбы. При поломке фрезы она не остается в отверстии, как метчик, а легко извлекается, т.к. имеет размеры меньшие, чем отверстие под резьбу. Любой класс точности и характер сопряжения резьбы можно получить одним инструментом, вводя соответствующие коррективы в программу. Резьба полного профиля в глухом отверстии нарезается практически до дна, исключая необходимость сверления отверстия на 3-4 шага глубже для размещения витков резьбы не полного профиля на рабочем конусе метчика или растачивания канавки для выхода резьбы.
Резьбофрезерованием хорошо обрабатываются: отливки из
серого и высокопрочного чугуна, отливки из алюминиевых спла
вов, стали с пределом прочности до 1400 Н/мм2, коррозионно-стойкие стали и титан.
Наиболее эффективно попутное резьбофрезерование, которое обеспечивает более низкие усилия резания, лучшее стружообразование, лучшее качество обработанной поверхности и большую стойкость инструмента. Стружка при резьбофрезеровании получается очень мелкая и легко удаляется потоком охлаждающей жидкости, подаваемой в зону обработки через шпиндель станка и центральное отверстие инструмента. Инструмент
Рис. 2.29. Сборная резьбовая фреза: 1 - корпус;
2 - винт "Тогх"; 3 - СРП
156
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
хорошо работает без подачи СОЖ или при охлаждении струей сжатого воздуха.
Резьбовые фрезы из твердых сплавов (табл. 2.33) производят фирмы: Sandvik Coromant, Titex Plus, EMUGE, GUHRING, KEN-NAMETAL, DIXI и ряд других. Резьбовые фрезы с неперетачивае-мыми пластинками из твердого сплава (рис. 2.29, табл. 2.34) производят: EMUGE, KENNAMETAL HERTEL, VARDEX. Резьбовые фрезы позволяют обрабатывать резьбы от М4, верхней границы применяемости нет.
2.33. Резьбовые фрезы твердосплавные цельные для метрической резьбы ISO, мм
Нарезаемая резьба Шаг резьбы Р, мм d\ Zi h (h6) Z, шт
М4 0,70 3,2 57 8,40 6 3
М5 0,80 4,1 57 11,20 6 3
Мб 1,00 4,8 63 13,00 8 3
М8 1,25 6,5 72 17,50 10 3
М10 1,50 8,2 83 21,00 12 3
М12 1,75 9,9 83 26,25 14 4
М14 2,00 11,6 92 30,00 16 4
М16 2,00 13,6 92 34,00 18 4
РЕЗЬБОНАРЕЗНОЙ ИНСТРУМЕНТ
157
2.34. Резьбовые фрезы твердосплавные сборные для метрической резьбы ISO, мм
Шаг резьбы /1 h h /5 d\ di d3
0,5...2,5 3,0...3,5 106 15 56 50 25 27 25 21
Если длина рабочей части инструмента перекрывает глубину нарезания резьбы, то обработка производится за один проход, если длины рабочей части инструмента или сменной пластины твердого сплава не достаточно, то инструмент подается вдоль оси отверстия на величину, кратную шагу резьбы (на N шагов), и процесс повторяется. Кроме цилиндрических метрических и дюймовых резьб на обрабатывающих центрах можно фрезеровать и конические резьбы конусностью 1:16 (табл. 2.35).
Составляющие цикла резьбонарезания показаны на рис. 2.30. После подвода фрезы и ее установки по оси отверстия 7, ее пере-
158
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
2.35. Резьбовые фрезы твердосплавные цельные для резьбы по стандарту ASME В 1.1, мм
р Минимальный диаметр резьбы D, дюймы dx dz lx h h Z, HIT
1,058 G1/2 10 10 80 20 40 4
G1/2 10 10 80 20 40 4
1,270 G11/16 12 12 90 25 45 4
G7/8 16 16 100 32 48 5
G1 20 20 115 40 50 5
1,411 G1/2 10 10 80 20 40 4
G1/2 10 10 80 20 40 4
1,588 G11/16 12 12 90 25 45 4
G7/8 16 16 100 32 48 5
G1 20 20 115 40 50 5
1,814 G7/8 16 16 100 32 48 5
G11/16 12 12 90 25 45 4
2,117 G7/8 16 16 100 32 48 5
G1 20 20 115 40 50 5
2,540 G11/16 12 12 90 25 45 4
2,822 G11/16 12 12 90 25 45 4
3,175 G7/8 16 16 100 32 48 5
G1 20 20 115 40 50 5
4,237 G1 20 20 115 40 50 5
РЕЗЬБОНАРЕЗНОЙ ИНСТРУМЕНТ
159
Рис. 2.31. Рабочий цикл обработки сверло-резьбовой фрезой:
/ - установка; 2 - перемещение на глубину резьбы, включая канавку для выхода резьбы; 3 - снятие фаски; 4 - плавный подвод; 5 - обработка резьбы и канавки; б - плавный отвод; 7 - вывод инструмента
мещают на глубину резьбы 2, затем происходит врезание по плавной дуге порядка 180° - 3. После осуществляется фрезерование профиля резьбы за один планетарный обход фрезой на 360° - 4, при этом фреза вращается с частотой до 10 000 мин-1. Далее фреза плавно отводится по дуге 5 и выводится из отверстия б.
Основное препятствие к возможности применения резьбовых фрез - отсутствие в системе ЧПУ функции винтовой интерполяции.
Кроме резьбовых фрез, которые предназначены только для фрезерования резьбы в предварительно просверленном отверстии, есть модификация резьбовых фрез, которые зенкеруют фаску в отверстии перед резьбофрезерованием. В этом случае одним инструментом сверлится отверстие, зенкеруется фаска и фрезеруется одновременно резьба и канавка, в которую резьба выходит (рис. 2.31).
Сверло-резьбовые фрезы повышают производительность обработки резьбовых отверстий, но размеры таких отверстий должны строго регламентироваться и полностью соответствовать размерам конкретного инструмента.
Фирма EMUGE выпускает сверло-резьбовые фрезы, а также резьбонарезные фрезы с торцовыми зубьями, которые могут рабо
160
Глава 2. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
тать в сплошном материале; в получающемся отверстии нарезают резьбу периферийными режущими кромками. Стружка удаляется потоком СОЖ, поступающей через центральное отверстие фрезы.
Глубина отверстия ограничивается только размерами инструмента, но по производительности этот инструмент значительно уступает сверло-резьбовым фрезам.
Резьбовые фрезы всех перечисленных конструкций очень чувствительны к радиальному биению, так как при этом нарушается равномерность нагрузки на зубья, а это немедленно приводит к поломке инструмента. Наилучшие результаты дает закрепление в гидравлических патронах, имеющих радиальное биение не более 0,003 мм. Резьбовые фрезы выпускаются с хвостовиками типа НА, НВ и НЕ по DIN 6535. При сборке и настройке инструмента на размер необходимо проверить радиальное биение его в сборе с патроном, т.к. крепление хвостовиков типа НВ и НЕ DIN 6535 ("Weldon" и "Whistle-Notch") радиально расположенными винтами неизбежно приведет к смещению фрезы и росту ее радиального биения.
Предварительную обработку отверстий больших диаметров небольшой протяженности в корпусных деталях, как уже говорилось выше, целесообразно проводить контурным фрезерованием, чтобы снять максимальный припуск сразу и исправить дефекты литья (смещение стержней, размывы формы и т.п.). Отклонение координаты отверстия при этом находится в пределах 0,003... 0,005 мм. Если при обработке стального и чугунного литья контурное фрезерование проигрывает в производительности сверлению, то при обработке легких сплавов на подачах 2000... 2500 мм/мин производительность примерно одинаковая. Универсальность инструмента, когда одной фрезой обрабатываются отверстия разных диаметров, дает ощутимую выгоду и по времени (сокращается время на смену инструмента), и по затратам на инструмент.
Глава 3
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
Повышение производительности станков с ЧПУ в значительной мере зависит от технического уровня вспомогательного инструмента (ВИ), обеспечивающего возможность сокращения всех составляющих штучно-калькуляционного времени.
Основное время сокращается благодаря интенсификации режимов резания, что может быть обеспечено применением ВИ, обладающего высокой жесткостью и обеспечивающего необходимые силы для закрепления режущего инструмента. Это время может быть также сокращено концентрацией переходов при применении многошпиндельных головок, а также за счет сбалансированных конструкций, исключающих влияние центробежных сил на точность обработки.
Время, затрачиваемое на базирование и закрепление заготовок, может быть уменьшено за счет применения ВИ, обеспечивающего расширение технологических возможностей станка (сменных угловых головок для сверлильно-фрезерно-расточных станков, головок для вращающихся инструментов на токарных станках и т.п.). Время смены инструмента и вспомогательное время сокращаются за счет уменьшения количества смен инструмента и концентрацией переходов путем применения многоинструментных наладок.
Снижение затрат на амортизацию ВИ осуществляется применением унифицированных деталей и узлов.
Присоединительные поверхности ВИ соответствуют, с одной стороны, основным видам крепления компоновок инструмента на
162
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
станке, а с другой - адекватны всем многообразным типам и типоразмерам присоединительных поверхностей режущего инструмента. Количество присоединительных поверхностей для закрепления режущего инструмента только на одном многооперационном станке может доходить до 200 типоразмеров. Поэтому для этих целей используют универсальные конструкции зажимных патронов.
Унификация типов ВИ осуществляется путем использования принципа агрегатирования и взаимозаменяемости агрегатов между моделями и видами станков с ЧПУ.
Агрегатирование связано также с преимущественным выбором таких конструкций ВИ, освоение серийного производства которых сопряжено с наименьшими трудностями.
При выборе ВИ отдают предпочтение конструкциям со стандартными элементами, регламентированными ГОСТами и стандартами ИСО, обеспечивающим взаимозаменяемость конструкций и снижение стоимости инструмента. Их применение позволяет увеличить объем однотипной продукции и использовать значительно более совершенные технологические процессы и формы организации инструментального хозяйства, что приводит к снижению себестоимости конечной продукции.
При выборе материала для ВИ исходят из следующих требований к присоединительным поверхностям: параметр шероховатости Ra<0,4 мкм, твердость 58...62 HRC. Такие требования обусловлены многократным нагружением соединений вследствие частых переустановок компоновок инструмента, которые вызывают изнашивание поверхностей с последующим снижением точности закрепления инструмента. Для изготовления ВИ с точными присоединительными поверхностями рекомендуются стали 18ХГТ или 20ХНЗА с цементацией на глубину h = 0,8... 1,2 мм и последующей закалкой.
Классификация видов закрепления инструмента приведена на рис. 3.1.
Рис. 3.1. Основные виды закрепления инструмента на станках с ЧПУ
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
164
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
3.1. ХВОСТОВИКИ ИНСТРУМЕНТА для МНОГООПЕРАЦИОННЫХ СТАНКОВ
Распространенными являются хвостовики с конусами конусностью 7:24. Стандартная конструкция по DIN 2080 (табл. 3.1) применяется на фрезерных и расточных станках с ручной сменой инструмента. Для станков с автоматической сменой инструмента (АСИ) используют хвостовики по ГОСТ 25827-93, исполнение 3 (табл. 3.2), имеющие тот же размерный ряд, что и по DIN 2080, но отличающиеся трапецеидальной проточкой во фланце под захват устройства АСИ. Такое решение позволяет унифицировать ВИ в производственных условиях, когда одновременно используются станки с АСИ и с ручной сменой инструмента.
3.1. Основные размеры, мм, хвостовиков по DIN 2080
Конус 7:24 D D\ £>2, не более d (а10) di (Н7) <^2 (6Н) L (М2) 1 h
30 31,75 50,0 36 17,4 13 М12 68,4 3 48,4
40 44,45 63,0 50 25,3 17 М16 93,4 5 65,4
45 57,15 80,0 68 32,4 21 М20 106,8 6 82,8
50 69,85 97,5 78 39,6 25 М24 126,8 8 101,8
ХВОСТОВИКИ ИНСТРУМЕНТА
165
Окончание табл. 3.1
Конус 7:24 h /+0,5) \ о ) /3, не менее /4, не менее /5, не менее 4, не менее а±0,2 b (Н12) Е/2, не более С
30 5,5 24 34 8 9 1,6 16,1 16,2 0,2
40 8,2 32 43 10 11 1,6 16,1 22,5 0,4
45 10,0 40 53 12 13 3,2 19,3 29,0 0,6
50 11,5 47 62 12 16 3,2 25,7 35,3 0,6
3.2. Основные размеры, мм, хвостовиков по ГОСТ 25827-93, исполнение 3
Конус п Dx D3 LU, не d dx
7:24 LJ ±0,15 (-0,5) (h8) более (alO) (H7)
30 31,75 50 46 55,07 44 17,4 13
40 44,45 63 58 69,34 55 25,3 17
45 57,15 80 74 87,61 68 32,4 21
50 69,85 100 94 107,61 85 39,6 25
Конус d2 d3 L h h /3, не /4, не
7:24 (6Н) (js5) (hll) I (0) менее менее
30 М12 4 68,4 3 48,4 5,5 24 34
40 М16 5 93,4 5 65,4 8,2 32 43
45 М20 6 106,8 6 82,8 10,0 40 53
50 М24 6 126,8 8 101,8 11,5 47 62
166
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
Окончание табл. 3.2
Конус 7:24 /5 ±0,1 /6,не менее h (X) 0,1 j±0,l b (Н12) С Е/2 (° ) \-0,4/
30 8 8 15,5 1,6 5,6 16,1 0,2 16,2
40 10 10 18,5 1,6 6,6 16,1 0,4 22,5
45 12 13 24,0 3,2 9,2 19,3 0,6 29,0
50 12 16 30,0 3,2 9,2 25,7 0,6 35,3
Более распространены во всем мире (в связи с количеством выпускаемых станков) хвостовики по ГОСТ 25827-93, исполнение 2, соответствующие немецкому стандарту DIN 69871/A+AD и стандарту ISO 7388/1 (табл. 3.3), и по японскому стандарту MAS 403 ВТ (табл. 3.4).
Соединение станка с инструментом влияет на свойства упругой технологической системы, а следовательно, и на качество обработки деталей.
3.3. Основные размеры, мм, хвостовиков по ГОСТ 25827-93, исполнение 2
ХВОСТОВИКИ ИНСТРУМЕНТА
167
Окончание табл. 3.3
Конус 7:24 D А Ц.) ^2 0 1 -0,5/ D3 ± 0,05 Z>4, не более d (Н7) dy (6Н)
30 40 45 50 31,75 44,45 57,15 69,85 46,05 63,55 82,55 97,50 39,25 56,25 75,25 91,25 54,85 72,30 91,35 107,25 46,05 50 63 80 13 17 21 25 М12 М16 М20 М24
Конус 7:24 (I) (?) А, не менее 4, не менее (1) k, не менее /5 ( 0 | \-о,з/
30 40 45 50 47,80 68,4 82,7 101,75 5,5 8,2 10 11,5 24 32 40 47 1 4 * f 14 )3 >3 >2 19,1 19,1 19,1 19,1 35 35 35 35 15,5 18,5 24,0 30,0
Конус 7:24 у ±0,1 ОД ъ (Н12) г (-!, ‘ (г) е ( о 1 1 \-0.4/
30 40 45 50 П,1 И,1 11,1 И,1 3,2 3,2 3,2 3,2 16,1 16,1 19,3 25,7 0,75 1,20 2,00 2,50 16,4 22,8 29,1 35,5 19,0 25,0 31,3 37,7
3.4. Основные размеры, мм, хвостовиков по стандарту MAS 403 ВТ
L е
168
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
Окончание табл. 3.4
Конус 7:24 D D\ (Ь8) Г>2 А \-0,05? d (js5) d\ (6Н) di (Н8) е
30 31,75 46 ЗЕ 56,09 8 М12 13 20
40 44,45 63 52 75,62 10 М16 17 25
45 57,15 85 72 100,15 12 М20 21 30
50 69,85 100 85 118,95 15 М24 25 35
Конус 7:24 Z±0,2 /2, не менее /з, не менее (т) /5, не менее У ±0,1 b (Н12) t / 0 ) \-0,2 /
30 48,4 24 34 1 7 17 13,6 16,1 16,3
40 65,4 30 42 1 9 21 16,6 16,1 22,6
45 82,8 38 52 1 11 26 21,2 19,3 29,1
50 101,8 45 62 » 13 31 23,2 25,7 35,4
Конус 7:24 X а± 0,4 г, не более
30 4 8 2 0,5
40 5 10 2 1
45 6 12 3 1
50 7 15 3 1
Наличие микро- и макропогрешностей определяет качество этого соединения. Микропогрешности, а именно шероховатость присоединительных поверхностей, оказывают влияние на контактную податливость и демпфирование в соединении. Макропогрешности в виде отклонений формы присоединительной поверхности от идеальной, как в поперечном, так и продольном сечении, вызывают уменьшение фактической площади контакта поверхностей и ухудшают их прилегание.
Основные погрешности сопрягаемых конических поверхностей: а) отклонения от правильной окружности в поперечных сечениях - некруглость; б) отклонение образующей от прямолинейности; в) отклонение угла конуса от номинального значения. Для
ХВОСТОВИКИ ИНСТРУМЕНТА
169
Рис. 3.2. Длина контакта LK в затянутом коническом стыке
цилиндрических соединений - отклонение от номинального диаметра. Наибольшее значение для качества соединения инструмента со станком имеют отклонения от номинальных размеров.
В конических соединениях, из-за разности 2Да наружного конуса инструмента с углом 2ав и внутреннего конуса 2аа (рис. 3.2), контакт осуществляется не по всей длине соединения L, а на ограниченной длине LK, определяемой деформациями стыка из-за возникающего давления.
Удельное давление рк в коническом соединении в зависимости от длины контакта:
рк =------2Pocos2aB-------, (3 л)
л(П + б7к)4 sin(2aB +р)
где Ро - осевая сила закрепления, Н;
Зк - радиальный натяг в коническом соединении;
р - угол трения в коническом соединении.
Возникающий в коническом соединении радиальный натяг 8К складывается из упругих контактных деформаций §2 и упругих объемных деформаций сопрягаемых деталей 81:
170
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
5К=73}’5+3‘’5 (3.2)
По формуле Ляме:
(3.3)
ЛИ,
где^ i-d2/d2'
Контактные деформации:
32=СЛ0’5. (3.4)
(3.5)
Из заштрихованного треугольника (см. рис. 3.2) следует: т 8К cos2 а L =—--------------------------.
к Да
Точность обработки зависит от качества изготовления и состояния наружных конусов инструмента и внутренних конусов шпинделей станков.
Была проверена оценка влияния погрешности изготовления конусов 7:24 на погрешность установки инструмента на многооперационном станке растачиванием отверстий диаметром 40Н7 в плите из чугуна СЧ 21-40 с предварительной настройкой на специальном приборе. Применялись серийно изготовленные расточные оправки с конусами 7:24, аттестованные по коническим калибрам-втулкам степени точности АТ5. Обработанные 80 отверстий измерялись универсальными средствами с точностью 0,002 мкм. Полученное распределение отклонений диаметров показало, что только 65 % обработанных отверстий укладываются в допуск 7-го квали-тета, 15 % отверстий вышли за предел верхнего поля допуска и 20 % отверстий оказались меньше номинального размера. Это показывает влияние разности углов конусов 2Да на разброс размеров обработанных отверстий.
Для проверки этого вывода была проведена аттестация углов конусов шпинделя станка, на котором проводился эксперимент и
ХВОСТОВИКИ ИНСТРУМЕНТА
171
конусов серийных расточных оправок. Необходимо отметить, что действующие стандарты на конструкции шпинделей станков с автоматической сменой инструмента с конусами 7:24 в России не имеют необходимого метрологического обеспечения. Существующая система калибрового хозяйства удовлетворяет требованиям изготовления конусов 7:24 с допусками более 10", что не соответствует мировому уровню. При этом отсутствует система государственных поверок контрольных калибров. Все заводы имеют свои калибровые хозяйства, не связанные друг с другом. Это придает особую актуальность обоснованному назначению численных значений угловых допусков для конусов, используемых для закрепления инструмента.
Поэтому для эксперимента были разработаны специальные приборы для измерения конусов 7:24. Результаты измерений приведены в табл. 3.5.
3.5. Результаты измерений суммарных отклонений углов конусов 7:24 шпинделя и серийных оправок
№ оправки Отклонения угла 2ав конуса оправки, мкм Отклонение угла 2аа конуса шпинделя, мкм Разность углов конусов 2Да, мкм
1 -12 -24 -36
2 -6 -18 -24
3 -4 -16 -20
4 +8 —4 —4
5 +30 +18 +48
6 +18 +6 +24
7 +36 +24 +60
Примечания: 1. Один мкм на длине 100 мм соответствует одной угловой секунде.
2. Разность углов конусов 2Да со знаком "минус" означает наибольший контакт по малому диаметру d конусов, а со знаком "плюс" - по большому диаметру D.
172
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
Рис. 3.3. Зависимость точности установки ДуСТ оправок, изготовленных по калибру и автоматически устанавливаемых на станке класса точности В, от погрешности изготовления конусов 7:24 и погрешности вращения шпинделя
На рис. 3.3 представлена зависимость точности установки Дуст от погрешности изготовления конусов с учетом биения шпинделя. В сумму погрешностей установки входят: а) вектор биения отверстия шпинделя; б) вектор от перекоса оправки в коническом соединении; в) вектор перекоса из-за смещения осевой силы закрепления.
Для исключения всех перечисленных векторов на точность установки Дуст, кроме вектора от перекоса оправки из-за погрешности изготовления конусов, была изготовлена специальная оснастка, имитирующая шпиндельный узел, и 10 оправок с конусом 40 по
ГОСТ 15945-82 с величинами отклонений угла конуса, указанными в табл. 3.6.
Некруглость оправок в сечении большого диаметра, измеренная на кругломере, составила Д2?тах = 0,2 мкм. Оправка № 2, величина угла конуса которой равна номинальной, была принята за "нулевую", по ней, как по калибру-пробке, выполнено коническое отверстие в шпинделе с прилеганием (пятном контакта), близким к 100 %-ному. Каждую оправку многократно затягивали в шпинделе
3.6. Отклонения углов конусов 7:24 специальных оправок
№ оправки 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Отклонение угла конуса 2Дав, мкм 2 0 7 10 12 30 30 60 120 240
ХВОСТОВИКИ ИНСТРУМЕНТА
173
Рис. 3.4. Зависимость математического ожидания величины биения 1е специальных оправок от величины углового зазора Ла в коническом соединении
Рис. 3.5. Зависимости площади прилегания S внутреннего и наружного конусов от величины углового зазора Ла конуса 7:24: 7 - расчетные значения;
2 - экспериментальные значения
с тарированным осевым усилием 7 кН, и с помощью индикатора с ценой деления 0,001 мм отмечали радиальное биение ее цилиндрической части на длине вылета 100 мм. Результаты измерений представлены на рис. 3.4.
Эмпирические формулы, полученные аппроксимацией отрезков кривой по рис. 3.4, представлены в табл. 3.7.
Для корреляции измерений углов конусов и данных их проверки по калибрам "на краску" исследовались зависимость площади пятна контакта S от величины углового зазора в соединении внутреннего и наружного конусов Да.
Экспериментальные данные сравнивались с расчетными значениями по формулам (3.1)-(3.5). Результаты, приведенные на рис. 3.5, показывают соотношение вышеназванных оценок качества конического соединения.
3.7. Величина биения 2е, на вылете 100 мм для конусов 7:24
Угловой зазор Да," Величина биения 2еь мкм Угловой зазор Да," Величина биения 2еь мкм
Св. Одо 10 0,0625 Да Св. 15 до 30 1,250+ 0,177 (Да-15)
Св. 10 до 15 0,0625+ 0,125 (Да-10) Св. 30 до 60 3,00+ 0,150 (Да-30)
174
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
Баланс упругих деформаций перемещения в соединении инструмент-станок составляет до 50 %, при этом, чем больше жесткость станка, тем бблыпая доля приходится на соединение инструмент-станок. Поэтому целесообразно из общей суммы деформаций выявить контактные деформации в соединении станок-инструмент путем измерения угла поворота 0/, пропорционального величине контакта деформации в соединении.
Установлены зависимости 0,- от величины разности Да, силы закрепления Ро и величины момента М сил, нагружающих стыки.
В натуральном масштабе многофакторная зависимость имеет вид:
0,. = -0,1679 + 0,0058Да + 0,0011М + 0,0498Ро -
(3.6)
- 0,0008ДаРо -0,000\МР0 +0,0000Ш2 -0,0039Ро2.
Уравнением (3.6) можно пользоваться в качестве интерполяционного для определения угла поворота 0/ в стыках конусностью; 7:24 конусов 40 при угловом зазоре 7.. .46", силе затяжки 2,4.. .9 кН и нагружающем моменте 35...185 Н • м.
Графическая интерпретация уравнения (3.6), представленная на рис. 3.6, показывает, что податливость конического стыка не зависит от изменения углового зазора в пределах от 0 до 16" и не превышает 0,12-10-5 (Н • м)-1 для конуса 40, затянутого осевой силой Ро = 9 кН.
Рис. 3.6. Экспериментальная зависимость относительного угла поворота 0,- от углового зазора Да в коническом соединении с конусом 40:
/-Ро = 3 кН; 2-Р0 = 7 кН; 3-Р0 = 9кН
ХВОСТОВИКИ ИНСТРУМЕНТА
175
Для выявления динамических характеристик технологической системы в целом при изменяемых параметрах ВИ осуществляют точение ступенчатых заготовок. Задают номинальный размер глубины резания tH и сравнивают его с фактическим размером tcp по результатам измерения ступеней заготовки до и после обработки.
По известному соотношению радиальная сила резания Ру равна:
Py=\CpS^5t, (3.7)
где 1|, Ср, S0,75 - постоянные величины, которые могут быть обозначены как коэффициент С.
Разность глубин резания tH - ?ср определяет величину перемещений Дупр в процессе резания, поэтому жесткость системы:
Р Ct
<3-8)
^упр *ср
Сравнение динамической жесткости технологической системы с параметрами ВИ по варианту 1 с жесткостью по варианту 2 выполняют по формуле:
Л _ (*Hi ~ *cPi (3 9)
71 — ^cpjVcpi
Для сравнения динамической жесткости технологической системы многооперационного станка при растачивании оправками, имеющими различные отклонения угла конуса 7:24, предварительно измеряют статическую податливость. Результаты измерений приведены на рис. 3.7.
Обработка ступенчатой заготовки (рис. 3.8) из стали 45 твердосплавным резцом с и = 660 мин-1, So = 0,15 мм/об с последующим измерением диаметров обработанных участков в местах ступеней, некруглости сечений и шероховатости поверхностей показывают (рис. 3.9), что при некоторой положительной разности 2Да между внутренним и наружным конусом, когда наибольший контакт осуществляется в передней части конического соединения, происходит демпфирование колебаний, возникающих при резании, что
176
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
Рис. 3.7. Статическая податливость соединений оправок с конусом 50: 1 - податливость шпинделя;
2 и 3 - номера оправок № 6 и № 7 (см. табл. 3.5)
Рис. 3.8. Ступенчатая заготовка для растачивания
приводит к уменьшению разброса шероховатости обработанных поверхностей. Погрешности конусов в поперечном сечении (эл-липсность, огранка и др.) создают ориентированные оси жесткости и приводят к появлению дополнительных координатных связей в системе, тем самым влияя на динамику обработки.
Оценка изменения динамических свойств эквивалентной упругой системы (ЭУС) станка из-за погрешностей конического соединения производится по амплитудно-фазовым частотным характеристикам (АФЧХ).
С целью уменьшения влияния несущей системы на АФЧХ для исследований выбирают станок, обладающий хорошей динамической жесткостью.
Экспериментальные оправки закрепляют в конусе шпинделя станка. С помощью вибратора к оправкам на расстоянии 80... 100 мм от торца шпинделя прикладывают радиальную силу Ру порядка 1 кН с переменной составляющей ±100 Н с частотой 20.. .600 с'1.
ХВОСТОВИКИ ИНСТРУМЕНТА
177
0,6 1,0 1,8 3,2 5,5
Рис. 3.9. Результаты обработки ступенчатых заготовок расточными оправками:
а - с конусом 50 степени точности АТЗ;
б - с конусом 50 степени точности АТ7
Определяют АФЧХ ЭУС станка для разных оправок, как без вращения шпинделя (рис. 3.10), так и при его вращении с частотой ® = 2000 мин-1. Оправки поочередно закрепляют в конусе шпинделя с постоянной силой затяжки и для каждой из них определяют АФЧХ. С увеличением разности 2Да происходит уменьшение статической и динамической податливости системы. При этом также
178
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
Рис. 3.10. Зависимость АФЧХ ЭУС от погрешности изготовления угла конуса закрепленной оправки:
номера оправок - см. табл. 3.5; Im - мнимая часть; Re - вещественная часть
изменяется значение резонансной частоты потенциально неустойчивой формы колебаний.
Минимум динамической податливости системы соответствует минимальной разности 2Да углов конуса оправки и шпинделя.
ХВОСТОВИКИ ИНСТРУМЕНТА
179
Взаимосвязь между разностью углов конусов и параметрами АФЧХ объясняется тем, что перемещение площадки контакта в соединении к началу стыка приводит к увеличению жесткости соединения и к уменьшению податливости системы. Увеличение частоты резонанса вызывается помимо возрастания жесткости "заделки" уменьшением фактического вылета оправки, определяющего значение приведенной массы в точке измерения АФЧХ.
При разности углов, близкой к нулю, сопряжение конусов осуществляется по всей номинальной поверхности соединения. В этом случае площадь соединения близка к максимальной, а характеристика АФЧХ близка к оптимальной. При этом на АФЧХ четко прослеживается влияние других узлов станка, так как увеличивается передача колебаний через коническое соединение. В целом при изменении фазности углов конусов в интервале 100" параметры АФЧХ изменяются на 30.. .50 %.
Зависимость АФЧХ ЭУС от изменения угла конуса оправки определяется также при частоте вращения со = 2000 мин-1. Характер изменения параметров АФЧХ остается таким же, как и без вращения, однако их величина изменяется менее существенно (до 20...25 %). Сопоставление характеристик показывает, что при сопряжении конусов по большому диаметру вызывается меньшее изменение параметров АФЧХ, что обеспечивает более высокую жесткость системы, а следовательно, повышенную точность обработки. С точки зрения повышения виброустойчивости необходимо создавать оптимальный натяг в соединении, при котором возникает максимальный демпфирующий эффект, что особенно важно в станках высокой точности. Такой вывод вытекает из-за противоречивости влияния стыков: с одной стороны, из-за наличия зазоров они снижают жесткость, а с другой - увеличивают рассеяние энергии колебаний за счет потерь на внутреннее трение.
На основе экспериментов разработаны нормы точности на соединения с конусами 7:24. Регламенты на предельные отклонения угла конуса установлены ГОСТ 19860-93 (DIN 7178, часть 1 и DIN 2080, часть 1), а на отклонения формы - ГОСТ 19860-93 (DIN 7160 и DIN 7178). По ГОСТ 19860-93 предельные отклонения указываются для полуразности номинальных диаметров dc и dd
180
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
Рис. 3.11. Способ задания предельного отклонения угла конуса
(рис. 3.11) на длине измерения £р. При этом предельное отклонение всегда должно располагаться в "плюс". Общепринятым является назначение предельных отклонений по степени точности АТЗ (табл. 3.8).
Дальнейшее повышение точности и жесткости закрепления за счет точного базирования по конической поверхности конусностью 7:24 нецелесообразно из-за низкой эффективности расходов на изготовление. Поэтому существуют несколько вариантов усовершенствования конструкций хвостовиков.
3.8. Величины предельных отклонений угла и формы поперечных и продольных сечений конуса 7:24 по степени точности АТЗ, мм
Конус 7:24 Предельные отклонения
угла конуса формы
Величина На длине Непрямолиней-ность образующей Некруглость поперечных сечений
30 0,002 48 0,0006 0,0006
40 0,003 56 0,0008 0,0006
45 0,003 65 0,0008 0,0008
50 0,004 83 0,0010 0,0008
ХВОСТОВИКИ ИНСТРУМЕНТА
181
Наиболее распространенным следует считать решение "BIG PLUS", запатентованное в ряде стран фирмой "DAISHOWA SEIKI" (Япония). Для отличия хвостовиков "BIG PLUS" разработана система их обозначений (табл. 3.9)
Эффективность достигается за счет уменьшения размера "а" (см. табл. 3.1-3.4) до величин, указанных в табл. 3.10. Необходима также доработка шпинделей станков (табл. 3.11).
3.9. Обозначения конусов конусностью 7:24
Стандарт Обозначение по стандарту Обозначение "BIG PLUS"
ISO 7388/1 IV BIV
DIN 69871 DV BDV
MAS 403 ВТ ВТ BBT
CAT V-FLANGE CV BCV
ANSI B5.50 AV BAV
3.10. Дополнительные размеры, мм, хвостовиков "BIG PLUS"
x/RaT&A
। a
Конус 7:24 a (0 ) \-0,005 / D d5
Номин. Доп. откл.
30 1 1 +0,1 31,75 35,0
40 1 1 +0,18 44,45 50,0
50 1,5 1,5 +0,21 69,85 80,0
Примечание. Остальные размеры - см. табл. 3.1-3.4.
182
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
3.11. Основные размеры концов шпинделей под соединение "BIG PLUS", мм
Lx |/|0,0011 Л|
* Размер для справок.
Обозначение а2 О, d2 D3, не более L\ b п
ВВТЗО 0,98 31,75 69,832 35,0 47,5 15,9 8
ВВТ40 0,98 44,45 88,882 50,0 64,4 15,9 8
ВВТ50 1,48 69,85 128,570 80,0 100,8 25,4 12,5
В результате осуществляется принцип двойного базирования -по коническим и торцовым поверхностям шпинделя станка и вспомогательного инструмента. Объективно это приводит к возрастанию объемной жесткости и уменьшению податливости системы шпиндель-инструмент в точке приложения силы резания (рис. 3.12). Как следствие, при прочих равных условиях возрастают:
Рис. 3.12. Сравнение податливости 6В оправок:
а -1 = 70 мм; б - 1 = 220 мм; ВТ 40, ВТ50, ВВТ40, ВВТ50 - см. табл. 3.9
ХВОСТОВИКИ ИНСТРУМЕНТА
183
а) точность обработки;
б) верхняя граница допускаемой частоты вращения шпинделя;
в) стойкость режущего инструмента;
г) повторяемость положения инструмента вдоль его оси.
Высокая точность хвостовиков "BIG PLUS" требует при эксплуатации обязательного обдува сжатым воздухом сопрягаемых поверхностей для удаления стружки и пыли. Устройства АСИ должны иметь рычажный или пневмозажим, чтобы избежать повреждения торца шпинделя, а гнезда магазинов - защиту от повреждения торцов фланцев вспомогательного инструмента.
Для высокоскоростной обработки (ВСО) разработан стандарт DIN 69893 на хвостовики с обозначением HSK, что является аббревиатурой немецкого названия Hohlschafte Kegel (Полый конический хвостовик). Стандарт DIN 69893 включает в себя 6 типов хвостовиков 35 типоразмеров [3]. Схема соответствия типов показана в табл. 3.12.
3.12. Типы хвостовиков HSK, их типоразмеры и номера стандартов
HSK-A HSK-B HSK-C HSK-D HSK-E HSK-F
Обозначение типа хвостовика HSK Обозначение типоразмера Номер стандарта DIN
25 32 40 50 63 80 100 125 160
А — + + + + + + + + 69893-1
В — — + + + + + + + 69893-2
С — 4- + + + + + — — 69893-1
D — — + + + + — 69893-2
Е + + + + + — — — — 69893-5
F — — — + + + — — 69893-6
184
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
В настоящее время стандартизованы хвостовики HSK типов А и С (табл. 3.13) и В, D (табл. 3.14). Стандарты для Е и F (табл. 3.15) приняты предварительно, хотя именно они являются наиболее подходящими для ВСО.
Сопоставление размеров хвостовиков HSK и с конусом 7:24 по DIN 69871 приведено в табл. 3.16.
Потребность в новых хвостовиках возникла в связи с применением высокоскоростных станков с частотой вращения шпинделя более 15 000 мин-1. Основными областями применения такой оснастки являются: чистовое фрезерование; изготовление пресс-форм и штампов; внутреннее шлифование; сверление и высокоточное развертывание.
3.13. Размеры, мм, хвостовиков HSK типов А и С
HSK-A HSK-C
d\ 32 40 50 63 80 100 125 160
dz 24 30 38 48 60 75 95 120
h 16 20 25 32 40 50 63 80
by 7,05 8,05 10,54 12,54 16,04 20,02 25,02 30,02
dg 4,0 4,6 6,0 7,5 8,5 12,0 — —
к 5,0 6,0 7,5 9,0 12,0 15,0 — —
fx 20 20 26 26 26 29 29 31
fs, не менее 10 10 12,5 12,5 16 16 — —
ХВОСТОВИКИ ИНСТРУМЕНТА
185
3.14. Размеры, мм, хвостовиков HSK типов В и D
6 h
HSK-B HSK-D
dx 40 50 63 80 100 125 160
di 24 30 38 48 60 75 95
h 16 20 25 32 40 50 63
b\ 10 12 16 18 20 25 32
d9 4,0 4,6 6,0 7,5 8,5 - -
h 5,0 6,0 7,5 9,0 12,0 - -
A 20 25 26 26 29 29 31
3.15. Размеры, мм, хвостовиков HSK типов Е и F
186
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
Окончание табл. 3.15
Обозначение хвостовика d\ di d2 d< /1 h h
HSK-E25 25 19 18,5 20 10 13 2,5 8,5
HSK-E32 32 24 23,27 26 20 16 3,2 7,3
HSK-E40 40 30 29,05 34 20 20 4,0 9,5
HSK-E50 50 38 36,90 42 26 25 5,0 11,0
HSK-F50 50 30 29,05 42 26 20 4,0 9,5
HSK-E63 63 48 46,53 53 26 32 6,3 14,7
HSK-F63 63 38 36,90 53 26 25 5,0 11,0
HSK-F80 80 48 46,53 67 26 32 6,3 14,7
3.16. Сопоставление размеров хвостовиков
Хвостовик no DIN 69871 HSKAhC no DIN 69893/1 HSKBhD no DIN 69893/2
— HSK 40 HSK 50
SK 30 HSK 50 HSK 63
SK 40 HSK 63 HSK 80
SK 45 HSK 80 HSK 100
SK 50 HSK 100 HSK 125
В большинстве перечисленных операций необходим большой вылет режущей части инструмента относительно торца шпинделя. Так как центробежные силы возрастают с ростом частоты вращения, то на большом вылете при смещении центра масс относительно оси вращения, эти силы способны деформировать инструмент и исказить траекторию его движения.
Инструмент с большой массой может вызвать появление осевой составляющей центробежной силы, сопоставимой с силой закрепления инструмента в шпинделе. Может произойти раскрепление инструмента, нарушение его базирования, потеря жесткости и даже разрушение.
ХВОСТОВИКИ ИНСТРУМЕНТА
187
Рис. 3.13. Основные элементы xboctobhkoJISK
Основные элементы хвостовика HSK (рис. 3.13):
- кольцевая канавка под автооператор - Г,
- индексирующая канавка для ориентации инструмента в автооператоре - 2;
- шпоночные канавки для шпонок инструментального магазина -3;
- место для расположения кодового элемента - 4',
- резьба под втулку для СОЖ - 5;
- шпоночные канавки для шпонок внутри шпинделя - 6;
- радиальное отверстие для зажимных устройств ручного закрепления - 7;
- кольцевая коническая расточка для кулачков зажимного устройства - 8.
Принцип закрепления таких хвостовиков в автоматическом режиме представлен на рис. 3.14. Инструмент 1 с хвостовиком HSK закрепляется кулачками 3 в шпинделе 2 с помощью тяги 5 и подвижной нажимной втулки 7. Возврат кулачков 3 в положение разжима осуществляется пакетом пружин 4. Крутящий момент передается через торец хвостовика шпонками 6. При большой частоте вращения центробежные силы, действующие на кулачки 3, усиливают эффект закрепления.
Для ручного закрепления инструмента с хвостовиком HSK, например в переходном патроне (рис. 3.15), используют специальные муфты, кулачки 1 которых раздвигаются винтом 2 и стягивают
188
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
Рис. 3.14. Автоматическое закрепление хвостовика HSK
Рис. 3.15. Ручное закрепление хвостовика HSK
инструмент 3 и переходной патрон 4. При этом осевая сила Fa и радиальная сила Fr образуют суммарную зажимную силу F3, создающую необходимый натяг в соединении инструмента 3 с переходным патроном 4. Силовое замыкание по конической и торцо
ХВОСТОВИКИ ИНСТРУМЕНТА
189
вой поверхностям достигается за счет точного изготовления номинального диаметра конуса.
Использование соединения на базе хвостовиков HSK. позволяет исключить фреттинг-износ конусов шпинделей и уменьшить вибрации режущей части, что приводит к существенному повышению режимов резания.
При растачивании стали резцами, оснащенными керметом, замена закрепления расточной оправки с конусом 7:24 на закрепление с конусом HSK (рис. 3.16) приводит к возможности повышения скорость резания в 4 раза.
При фрезеровании стали (рис. 3.17) твердосплавной концевой четырехзубой фрезой диаметром 16 мм, закрепленной во втулке с хвостовиком с конусом 7:24, обработка может производиться на скорости резания v = 60 м/мин (и = 1200 мин-1) и при подаче SM = - 500 мм/мин. Эта же фреза, закрепленная с помощью хвостовика HSK, может работать на скорости v = 200 м/мин и SM = 2000 мм/мин, имея преимущество в стойкости в 2.. .3 раза (рис. 3.18).
Диаметр растачивания, мм
Рис. 3.16. Допускаемые частоты вращения при растачивании стали резцами, оснащенными керметом
Рис. 3.17. Допускаемые частоты вращения при фрезеровании стали твердосплавными фрезами
190 Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
Рис. 3.18. Износ концевых твердосплавных фрез диаметром 16 мм
Рис. 3.19. Сравнение радиальной жесткости хвостовиков:
1 -конус 7:24; 2-HSK
Высокие частоты вращения и небольшие крутящие моменты шпинделей высокоскоростных станков предопределяют использование инструментов диаметром 2... 10 мм с цилиндрическим хвостовиком. Требуемая точность установки таких инструментов обычно лежит в пределах 1.. .3 мкм на вылетах 50... 150 мм.
Радиальная и осевая жесткости являются наиболее важными техническими характеристиками хвостовика инструмента, так как они определяют предел безвибрационной работы. Исследования, выполненные в Аахенском техническом университете (Германия), по сравнению конусов 7:24 и HSK, показали, что радиальная жесткость соединения HSK в 5 раз выше, чем у инструмента с хвостовиком с конусом 7:24 при сопоставимых размерах (рис. 3.19).
Повышенная жесткость означает, что система станок-инструмент характеризуется более высокой собственной частотой, а это позволяет повысить дорезонансные частоты вращения шпинделя. Также более высокая жесткость позволяет повысить точность обработки и улучшить качество обрабатываемой поверхности.
Поскольку осевой контакт между фланцем хвостовика HSK и торцом шпинделя является неопределенным, то обеспечивается очень большой запас величины осевой жесткости. Это гарантирует фиксирование положения инструмента во время выполнения операций растачивания, что важно во время сверления, когда осевые силы особенно велики. Жесткость хвостовика HSK в направлении
ХВОСТОВИКИ ИНСТРУМЕНТА
191
"из шпинделя" также выше, чем у хвостовиков с конусом 7:24, поскольку осевая сила закрепления у хвостовиков HSK в два раза больше для соизмеримых размеров, а также из-за более высокого трения в конусе 1:10 с эффектом самоторможения. Таким образом, сопротивление вытягиванию из шпинделя в случае HSK более высокое, чем для конуса конусностью 7:24.
Крутильная жесткость хвостовика HSK сопоставима с такой же жесткостью конуса 7:24. Это достигается благодаря шпонкам в комбинации с двумя поверхностями трения или только двух поверхностей трения. Первая поверхность образуется при контакте конусов шпинделя и хвостовика; вторая - при контакте торца шпинделя с торцом фланца хвостовика HSK.
Пользователь может выбирать один их трех вариантов закрепления для обеспечения крутильной жесткости:
- хвостовики HSK типа А и С - средние крутящие моменты, средние и высокие частоты вращения;
- хвостовики HSK типа В и D - высокие крутящие моменты, средние и высокие частоты вращения;
- хвостовики HSK типа Е и F - низкие крутящие моменты, сверхвысокие частоты вращения.
Результаты испытаний передаваемого крутящего момента представлены на рис. 3.20.
Фреттинг-износ инструмента и повторяемость базирования при использовании хвостовиков HSK определяется одновременностью контакта между хвостовиком и приемником шпинделя вдоль
Рис. 3.20. Предельный передаваемый крутящий момент соединениями с хвостовиками: 1 - конус 7: 24; 2 - HSK-A100; 3-HSK-B125
192
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
конуса и по упорам. Эластичная деформация конусной стенки хвостовика делает такой контакт возможным. Как показано на рис. 3.21, точность базирования в радиальном и осевом направлениях находится в пределах 0,002 мм. Хвостовики с конусом 7:24 дают сравнимую точность в радиальном направлении. В осевом направлении точность установки колеблется от 0 до 0,10 мм. Осевая режущая сила также влияет на повторяемость в осевом направлении при использовании конусов 7:24, что приводит к уменьшению точности торцового фрезерования.
С точки зрения срока службы важно, что хвостовик с конусом 7:24 при ВСО приводит к износу передней части шпинделя в виде раструба. Дели проводится обработка при частоте вращения шпинделя свыше 8000 мин-1, то стенки шпинделя деформируются больше, чем хвостовик с конусом 7:24. В результате хвостовик перемещается в осевом направлении в шпиндель. Это перемещение изменяет положение кромки инструмента в направлении оси Z, что впоследствии ухудшает условия автоматической смены инструмента.
Такого рода проблемы не возникают с хвостовиками HSK. Двойной контакт на конусе и торце определяет устойчивое положение кромки инструмента независимо от скорости вращения шпинделя. Хвостовик HSK расширяется в радиальном направлении быстрее, чем стенки шпинделя. Эта особенность конструкции гарантирует постоянный контакт между стенками шпинделя и державки инструмента на малых и больших скоростях обработки.
Рис. 3.21. Повторяемость позиционирования инструмента: в радиальном направлении с хвостовиками: 1 - HSK; 2 - конус 7:24; в осевом направлении с хвостовиками: 3 - HSK; 4- конус 7:24
ХВОСТОВИКИ ИНСТРУМЕНТА
193
Ход инструмента и время его смены связаны друг с другом. Малые вес и момент инерции хвостовика HSK и короткая длина его конуса способствуют уменьшению времени смены инструмента. Сравнение по этому показателю показано на рис. 3.22. Для сравниваемых хвостовиков с конусом 7:24 и HSK, расчетный диаметр последнего составляет около половины по отношению к конусу 7:24. Кроме того, HSK не требует зажимного грибка, что еще более уменьшает ход инструмента с хвостовиком HSK при его замене.
Шесть различных типов хвостовиков HSK и внутренних конусов шпинделя могут обеспечить широкий диапазон производственных режимов. Типы А и С используются для стандартных вариантов обработки (А - при автоматической и С - при ручной смене инструмента). Типы В и D предназначены для больших передаваемых моментов и для неподвижных соединений (например, на токарных станках). Тип В предназначен для АСИ, D - для ручной смены. Типы Е и F рекомендуются для низкомоментных, сверхвысокооборотных режимов с АСИ, так как являются полностью симметричными и представляют собой сбалансированные инструменты.
Масса инструментов с хвостовиками HSK меньше, чем сравнимых с ними инструментов с конусом 7:24, поскольку хвостовик HSK является пустотелым и имеет конус короче по длине. В слу
194
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
чаях, когда передняя часть инструментального блока тяжелее хвостовика HSK, центр масс располагается ближе к передней части инструмента, что создает большой опрокидывающий момент Afonp при АСИ.
Сравнивая хвостовики HSK с конусом 7:24, необходимо учитывать, что меньший вес хвостовика HSK не является преимуществом при балансировке, особенно для несимметричных типов А и С.
Внутренний подвод охлаждающей жидкости может быть обеспечен в обоих случаях, как в хвостовике HSK, так и в хвостовике с конусом 7:24. В последнем варианте используют "зажимной грибок" с отверстием для жидкости. В хвостовиках HSK типа А и С используют подачу охлаждающей жидкости через сопло. В хвостовиках типа В и D выполняют каналы для подвода жидкости с обходом зажимного механизма. Хвостовик HSK-F не дает возможности подвести охлаждение. Однако этот хвостовик рекомендуется использовать главным образом для деревообработки, где не возникает необходимость в охлаждении.
На частотах вращения, превышающих 20 000 мин-1 из-за асимметрии каналов подвода охлаждающей жидкости и из-за наличия жидкости во внутренних каналах, может нарушиться балансировка сборки шпиндель-державка. В таких условиях рекомендуется переходить на внешний подвод охлаждающей жидкости.
Стоимость инструментов с хвостовиками HSK выше, чем инструментов с конусом 7:24, поскольку первые изготовляются с более жесткими допусками. Измерительные средства, применяемые при изготовлении хвостовиков HSK, как правило, стоят на порядок дороже, чем средства для контроля конусов 7:24.
Имеется ряд недостатков хвостовиков HSK по сравнению с хвостовиками с конусом 7:24. Хвостовики HSK требуют значительно более внимательного отношения к чистоте поверхностей хвостовика. Для установки хвостовика в шпиндель необходимо убедиться в отсутствии стружки или других частиц на стыкуемых поверхностях. Загрязнения могут ухудшить как жесткость, так и точность закрепления. Необходимость очистки является прямым следствием перехода к более высоким технологиям обработки.
ХВОСТОВИКИ ИНСТРУМЕНТА
195
Зажимная фаска
Радиус Сквозное отверстие перехода г3 под ключ
Рис. 3.23. Места потенциальных поломок на хвостовике HSK-A
Трещина (превышение максимально допускаемого момента изгиба)
Радиус поводкового паза г2 Трещина (превышение максимально допускаемого крутящего момента)
Слишком высокие изгибающие нагрузки, которые при большом вылете могут быть обусловлены даже относительно малыми усилиями, ведут к появлению на хвостовике HSK-А трещин в зоне радиуса перехода к зажимной фаске с радиусом перехода г3 (рис. 3.23) или в сквозном отверстии под ключ. Геометрия конусного хвостовика в этих местах ослаблена, что обусловлено конструкцией. Скручивающие перегрузки являются причинами трещин на радиусе поводкового паза г2 или около него.
После закрепления инструмента в соединении конуса HSK-A и шпинделя возникают контактные напряжения. Из-за различной высоты поводковых выступов и соответствующей различной глубины поводковых пазов возникают две встречные кривые, характеризующие изменение величины контактных напряжений на всей поверхности (рис. 3.24).
Хвостовик HSK-А как бы "шатается" в шпинделе из-за этого расширения. В результате возникает зазор между фланцем хвостовика и шпинделем, а это может привести к потере радиальной ориентации и, следовательно, к неточностям при изготовлении и к возможному повреждению из-за несбалансированности инструмента.
По причине более жестких технических условий, предъявляемых к хвостовикам HSK, их износ влияет на рабочие характеристики хвостовика и шпинделя в значительно большей степени,
196
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
Рис. 3.24. Изменение контактных напряжений в соединении хвостовика HSK-А и шпинделя при частоте вращения 7500 мин на расстоянии 2 мм от торца
чем на соединениях с конусами 7:24. Многим потребителям требуется приобретать измерительные системы для периодического контроля состояния станков и инструмента. Рабочий персонал также должен быть обучен работе с инструментом, имеющим хвостовики HSK.
Высокие точность и жесткость, широкий диапазон размеров хвостовиков HSK дают возможность конструировать модульные (агрегатированные) системы инструмента, которые обеспечивают результирующую жесткость, близкую к жесткости цельного инструмента. Соединения модулей осуществляют с помощью кулачков (см. рис. 3.15) либо с помощью резьбовых устройств (рис. 3.25). Силовое замыкание и эффективность зажимного механизма обеспечивают устойчивые, свободные от вибрации рабочие характеристики модульного инструмента.
Большинство фирм-производителей предлагают инструмент с хвостовиком HSK в модульном исполнении, включающем в себя узлы, которые позволяют использовать обычный режущий инструмент. По мере стандартизации инструментов с хвостовиками HSK будет происходить сокращение применения обычного инструмента.
ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ хвостовики
197
Рис. 3.25. Соединение модулей с хвостовиками HSK с помощью резьбы:
1 - патрон; 2 - винт с цилиндрической резьбой;
3 - хвостовик HSK; 4 - ключ
В целях стандартизации режущего инструмента разработан стандарт DIN 6594, который охватывает геометрические параметры сверл с хвостовиками HSK типов А и С и внутренним подводом охлаждающей жидкости; другой стандарт DIN 6597 устанавливает геометрические параметры токарных и расточных державок с хвостовиками HSK типов А, В, С и D и внутренним подводом охлаждающей жидкости; стандарт DIN 6598 определяет обозначения патронов в зависимости от их размеров и условий резания.
3.2. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ХВОСТОВИКИ ДЛЯ ТОКАРНЫХ СТАНКОВ
Современные токарные станки помимо наружного точения и обработки внутренних поверхностей, соосных с осью вращения заготовки, имеют возможность сверлить и фрезеровать другие поверхности. Для этого они снабжаются или специальным вспомогательным инструментом, передающим крутящий момент от специальных приводов, или оснащаются дополнительными шпинделями по типу фрезерных.
198
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
3.17. Основные размеры, мм, цилиндрических хвостовиков для токарных станков с ЧПУ
dx (h6) h (±0,3) di (h8) dz h\, не более hi (±0,1) h (±0,05) 1з, не менее /<(+о) rx (±0,02)
16 32 s8 40 12 15 12,7 16 2 14,5
20 40 10 50 16 18 21,7 24 2 18
25 48 10 58 16 23,5 21,7 24 2 21
30 55 14 68 20 27 29,7 40 2 25
40 63 14 83 25 36 29,7 40 3 32
50 78 16 98 32 45 35,7 48 3 37
60 94 16 123 32 55 43,7 56 4 48
Для таких многооперационных станков возникает необходимость унифицировать токарный и фрезерный инструмент за счет создания специальных хвостовиков.
Для токарных станков с ЧПУ с револьверными головками резцедержатели и вспомогательный инструмент для вращающегося инструмента изготовляют с цилиндрическими хвостовиками по ГОСТ 24900-81 и стандарту DIN 69880. Основные размеры резцедержателей приведены в табл. 3.17.
Применяют радиальные и осевые резцедержатели (рис. 3.26). Заготовка 2, закрепленная в токарном патроне 7, обтачивается резцами, закрепленными в радиальных резцедержателях 4, 5 и 6 и в осевых резцедержателях 7, 8 и 9, которые, в свою очередь, устанавливаются в револьверных головках 3. Конструкция резцедержателей зависит от направления вращения шпинделя станка.
ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ хвостовики
199
Рис. 3.26. Применение резцедержателей с цилиндрическими хвостовиками: а - радиальные; б - осевые
На точность установки Дуст резцедержателей существенно влияет направление сил закрепления. Были исследованы два исполнения системы базирования и закрепления: а) с плоской лыской на цилиндрическом хвостовике; б) с рифлениями, нанесенными на указанную лыску. Измерялась точность установки по оси Z (рис. 3.27, направление I) и по оси X (направление II). Частота Дуст при 100-кратном перезакреплении приведена на рис. 3.28 (прерывистая линия - для станка с диаметром патрона 250 мм, сплошная - с диаметром 400 мм) и на рис. 3.29.
Для оценки величины упругих перемещений Дупр была измерена податливость соединения: резцедержатель с цилиндрическим хвостовиком диаметром 50 мм - револьверная головка токарного станка (рис. 3.30 и 3.31). Нагружение производилось через специальные жесткие детали, закрепленные в резцедержателе. Результаты измерений приведены на рис. 3.32 и 3.33.
Рис. 3.27. Схема измерения точности установки резцедержателей
200
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
Рис. 3.28. Распределение точности установки резцедержателей по оси X:
7 - с рифленой лыской; 2 - с плоской лыской
Рис. 3.29. Распределение точности установки резцедержателя по оси Z: 7 - с рифленой лыской;
2 - с плоской лыской
Рис. 3.30. Схема нагружения резцедержателя по составляющей Pz и расположение индикаторов
Рис. 3.31. Схема нагружения резцедержателя по составляющей Рх и расположение индикаторов
ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ хвостовики
201
Рис. 3.32. Средние значения податливости системы резец-резцедержатель-станок по оси Z: а - измерение в точке I; б - измерение в точке II; в - измерение в точке III; 1 - с рифлениями; 2 - без рифлений
Исследование жесткости технологической системы токарный станок-резцедержатели с различными отклонениями цилиндрических хвостовиков диаметром 50 мм осуществлялось путем точения ступенчатых заготовок (рис. 3.34) резцами с <р = 55° (Т14К8), установленными в резцедержателях. Материал заготовки - сталь 45, твердость - 240 НВ. Габаритные размеры двух заготовок 124 мм, длина 200 мм. Режим резания: v = 100 м/мин, подача SM = = 80 мм/мин (So = 0,3 мм/об), t на первой ступени - 4 мм.
202
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
8В, мм
Рис. 3.33. Средние значения податливости системы резец-резцедержатель-станок по оси X: а - измерение в точке I; б - измерение в точке II; в - измерение в точке III; 1 - с рифлениями; 2 - без рифлений
По результатам замеров до и после протачивания производилась оценка динамической жесткости технологической системы в соответствии с формулой (3.9). Результаты сравнения жесткости
ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ хвостовики
203
системы/1 с резцедержателем 1 и жесткостью/2 с резцедержателем 2 приведены в табл. 3.18 и 3.19.
3.18. Результаты измерений ступенчатой заготовки, мм
Резцедержатель 1 с крепежной частью 0 5О_о,о48 (Ь8)
Диаметр ступени Номер ступени
I II III IV V VI
До обработки 104,95 108,74 112,56 116,41 120,29 124,95
После обработки 96,42 96,32 96,21 96,11 96,01 95,91
Резцедержатель 2 с крепежной частью 0 5O_o,oi4 (йб)
Диаметр ступени Номер ступени
I II III IV V VI
До обработки 103,56 107,36 111,18 115,07 120,14 123,44
После обработки 95,18 95,12 95,02 94,97 94,93 94,85
3.19. Сравнение динамической жесткости технологической системы токарного станка при точении
Глубина резания, мм Номера ступеней заготовки
I-II П-Ш III-IV IV-V V-VI
^ср! 6,21 8,18 10,15 12,14 14,52
6,16 8,07 10,00 11,94 14,26
^ср2 6,12 8,08 10,05 12,60 14,30
?н2 6,09 8,00 9,94 12,48 14,13
Отношение жесткости 7*2/71 1,64 1,39 1,46 1,54 1,52
204
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
Резцедержатели 2 с цилиндрическими хвостовиками с допусками по Ь6 по табл. 3.18 обеспечивают жесткость в 1,4... 1,6 раза выше, чем резцедержатели 1 с допусками по Ь8.
3.3. СПЕЦИАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ХВОСТОВИКОВ ИНСТРУМЕНТА
Дальнейшее развитие инструментальной оснастки для токарных станков с ЧПУ привело к замене стандартных резцов, закрепляемых в резцедержателях, на специальные конструкции (рис. 3.35).
Важным преимуществом такого решения является возможность применения одних и тех же конструкций вращающегося инструмента как на токарных, так и на фрезерно-сверлильнорасточных станках (рис. 3.36).
В качестве базирующих в специальных конструкциях используют конические хвостовики конусностью 1:10 (угол конуса 5°43'29,3") с размерами фланца для торцового контакта по нормальному ряду (рис. 3.37). Это приближает эти конструкции к инструментальной оснастке с хвостовиками HSK и обеспечивает дальнейшую унификацию инструмента.
Так же унифицированы конструкции проходных, канавочных и расточных резцов, сверл с СРП и других инструментов (рис. 3.38). Сравнение размеров специальных конструкций и стандартных проходных резцов с главным углом в плане (р = 95° приведено в табл. 3.20.
Рис. 3.35. Специальные конструкции проходных, канавочных и расточных резцов для закрепления в резцедержателях токарных станков
СПЕЦИАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ХВОСТОВИКОВ
205
Рис. 3.36. Применение специальных конструкций патронов 1 и резцедержателей 2 для вращающегося инструмента 3
Система "Coromant Capto" фирмы Sandvik Coromant (Швеция) основана на применении хвостовика, имеющего в сечении трехгранную форму с радиусными скруглениями (рис. 3.39). Такое соединение получило название "РК-профиль" и отличается от обычных конических соединений следующими преимуществами: а) повышенная жесткость и надежность крепления; б) равномерное распределение напряжений при передаче крутящего момента в) более высокая жесткость при нагружении силой резания Ру при сопоставимой массе резцов. Также соединение является хорошим крутильным демпфером при обработке прерывистых поверхностей.
206
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
Рис. 3.37. Типоразмерный ряд хвостовиков специальных конструкций
Рис. 3.38. Унифицированная конструкция проходного резца SCLC с пластиной ССМТ, закрепленной винтом: 1 - винт; 2 - втулка для подвода СОЖ; 3 - подкладка;
4 - резьбовая втулка
СПЕЦИАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ХВОСТОВИКОВ
207
Рис. 3.39. Конструкция соединения в системе "Coromant Capto": 1 - резец; 2 - резцедержатель
3.20. Сравнение размеров, мм, специальных конструкций и стандартных проходных резцов SCLC с ф = 95°
Специальная конструкция
Стандартный резец
К i i JU D > № _L fx h A| Ь 1 .
1 D fx /1 b /i h h} । л h
9 32 22 40 12 16 12 E > 80 19,5
40 27 50
50 35 60 16 20 16 К 5 100 18,0
63 45 65 20 25 20 2( ) 125 18,0
12 32 22 40 20 25 20 2( ) 125 25,0
40 27 50
50 35 60 25 32 25 21 5 150 26,0
63 45 65
Обозначение'. I - длина режущей кромки пластины.
208
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
Рис. 3.40. Схема закрепления хвостовика инструмента "Coromant Capto":
1 - резец; 2 - резцедержатель; 3 - тяга; 4 - сегмент; 5 - резьба
В системе "Coromant Capto" принято следующее кодирование хвостовиков диаметрами фланца 32 мм (код СЗ), 30 мм (код С4), 50 мм (код С5), 63 мм (код С6) и 80 мм (код С8).
Этими хвостовиками резцы 1 и другие специальные конструкции базируются и закрепляются в резцедержателях 2 (рис. 3.40). На первом этапе закрепления (рис. 3.40, а) тяга 3 с сегментами 4 входит в отверстие хвостовика. После перемещения в обратном направлении тяга 3 своей тороидальной поверхностью раздвигает сегменты 4 до их взаимодействия с расточкой специального профиля. Дальнейшее перемещение тяги 3 приводит к упругой деформации хвостовика и к контакту торцовых поверхностей его фланца и резцедержателя (рис. 3.40, б). При соединении модулей используется также резьба 5 (рис. 3.40, а), в которую вворачивается стягивающий болт.
При ручной смене инструмента с хвостовиками "Coromant Capto", например в резцедержателях по ГОСТ 24900-81, для перемещения тяги 3 (см. рис. 3.40) применяется эксцентриковый зажим (рис. 3.41), когда тяга 3 перемещается путем поворота кулачка 6.
При автоматической смене используются специальные держатели с гидромеханическим закреплением хвостовиков "Coromant Capto" (рис. 3.42 и табл. 3.21). К фланцу 7, служащему для фиксации
СПЕЦИАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ХВОСТОВИКОВ
209
Рис. 3.41. Устройство ручного закрепления хвостовиков "Coromant Capto" (обозначения - см. рис. 3.40)
Рис. 3.42. Держатель с гидромеханическим закреплением хвостовиков ’’Coromant Capto’’: а - держатель в сборе; б - детали
210
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
3.21. Основные размеры, мм, держателя с гидромеханическим закреплением хвостовиков "Coromant Capto"
Код А D* *2 /1 h h d
С4 48 56 260 96 25 74 10 42
С5 64 70 300 112 35 88 12 55
С6 84 90 400 143 40 105 16 70
С8 100 110 500 180 50 120 20 90
* Минимальный диаметр револьверной головки для встраивания держателя.
держателя в револьверной головке, присоединяется цилиндр 2, в котором размещается тяга 3. На тяге 3 с помощью полуколец 5 устанавливаются сегменты 4, подпружиненные кольцом б или шестью цилиндрическими, или одной плоской пружиной 7. При подаче масла по стрелке Б (рис. 3.42, а) тяга 3 с сегментами 4 перемещается в отверстие хвостовика "Coromant Capto", после подачи масла по стрелке А тяга 3 раздвигает сегменты 4 и закрепляет инструмент. Стрелками В показаны каналы отвода масла.
Если в базовом держателе с ручным или автоматическим закреплением резцовая головка по какой-то причине не установлена, то шлифованные высокоточные посадочные поверхности следует защищать от загрязнения и повреждения, используя заглушки. Заглушки рекомендуется применять и во время хранения базовых держателей на складе.
СПЕЦИАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ХВОСТОВИКОВ
211
Заготовки "Coromant Capto" для самостоятельного изготовления специального режущего инструмента поставляются с окончательно обработанными посадочными поверхностями хвостовика, прошедшими термообработку и шлифовку. Передняя часть заготовки позволяет легко произвести механическую обработку, так как изготовляется из стали типа 25ХМ4 с твердостью 270...325 НВ, допускающей последующую закалку и отпуск. Термическая обработка после механической обработки выполняется путем частичного индукционного нагрева (рис. 3.43).
Для обеспечения твердости только поверхностного слоя применяют индукционную закалку токами высокой частоты, а для объемной закалки рекомендуется применять токи средней частоты. Максимальная твердость, которую можно получить, не более 50 HRC, при следующих режимах термообработки: температура закалки - 840...870 °C, охлаждение со средней скоростью в соляной ванне, отпуск - 75 мин при температуре 200 °C.
Для установки инструмента "Coromant Capto" в шпинделях станков с ЧПУ фрезерной и сверлильно-расточной групп приме
няют специальные переходники для шпинделей с конусом HSK, основные размеры которых приведены в табл. 3.22.
Наряду с "Coromant Capto" широко распространена специальная конструкция "КМ WIDAFLEX", созданная совместно фирмами Кеппа-metal (США) и WIDIA (Германия).
Аналогичная конструкция под названием "Maxiflex UTS" выпускается фирмой CERATIZIT (Люксембург). В частности, система “TIZIT Maxiflex UTS-MIY” поставляется для оснащения токарнофрезерных станков “Mazak Inte-grex” типоразмеров 100, 200, 300, 400, Y и SY японской станко
Рис. 3.43. Термообработка заготовок инструмента
212
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
строительной фирмы Yamazaki Mazak. Применение инструмента "Maxiflex UTS" обеспечивает существенную экономию площадей, занимаемых станками. Высокая повторяемость положения режущих кромок позволяет сократить количество измерительных переходов.
3.22. Конструкция переходника для крепления инструмента "Coromant Capto” в шпинделях с конусом HSK, мм
Конус шпинделя по DIN 69893 HSK-A Код хвостовика '’Coromant Capto" D D\ А /1 h h
40 32 40 30 20 65 45
50 32 50 38 25 75 49
63 сз 32 63 48 32 75 49
80 32 80 60 40 80 54
100 32 100 75 50 80 51
50 40 50 38 25 80 54
63 С4 40 63 48 32 80 54
80 40 80 60 40 90 64
100 40 100 75 50 90 61
63 50 63 48 32 90 64
80 С5 50 80 60 40 95 69
100 50 100 75 50 100 71
80 С6 63 80 60 40 110 84
100 63 100 75 50 110 81
100 С8 80 100 75 50 120 91
СПЕЦИАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ХВОСТОВИКОВ
213
Рис. 3.44. Устройство "quick lock" для закрепления хвостовиков "КМ WIDAFLEX"
Закрепление хвостовиков "КМ WIDAFLEX" осуществляется автоматически или вручную. Схематически процесс ручного закрепления показан на рис. 3.44.
В положении "раскрепление" запорный стержень 5 посредством гидравлического толкателя (по стрелке) или путем поворота эксцентрика 4 перемещается в направлении резца 1. Шарики 2, свободно размещенные в выталкивателе 7, попадают в углубления запорного стержня и не препятствуют размещению хвостовика резца 1 в коническом отверстии резцедержателя 6.
Для перехода в положение "закрепление" необходимо или повернуть эксцентрик 4 на 140°, или отвести гидравлический толкатель. Усилие закрепления создается пакетом тарельчатых пружин 3. В результате запорный стержень 5 своими скосами выталкивает шарики 2 в отверстия диаметром ds (см. табл. 3.23). За счет наклона этих отверстий происходит подтяжка хвостовика резца 1 на торец резцедержателя 6. Окончательная сила закрепления определяется пакетом пружин 3.
Существенно важно, что хвостовик, имеющий прорезь шириной Ь\ (см. табл. 3.23), упруго деформируется, что гарантирует полный контакт по всем коническим поверхностям.
214
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
3.23. Основные размеры, мм, хвостовика "КМ WIDAFLEX"
dy di t/з d< d5 ly h, не более Л /4 (±0,1) h
25 22,00 14,3 20 6,5 16 8 7,9 4,5 2,25
32 26,96 17,7 24 7,5 20 10 10,8 4,9 2,25
40 36,90 21,0 30 9,5 25 12 13,6 5,9 2,25
50 42,70 28,2 40 12,5 32 16 17,2 8,9 3,75
63 55,70 35,2 50 14,5 40 18 22,4 9,9 3,75
80 72,70 48,0 64 18,0 45 20 25,0 11,0 3,75
100 92,70 62,0 82 20,0 50 22 26,7 11,0 3,75
СПЕЦИАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ХВОСТОВИКОВ
215
Окончание табл. 3.23
dy /б h h bx в2 t И Г2
25 2,8 4,0 5,5 8,2 1,0 1,50 0,5 3,0
32 2,8 4,8 8,0 9,0 1,5 1,50 0,5 3,0
40 2,8 6,0 11,0 10,0 2,0 1,50 0,5 4,0
50 5,8 8,5 12,0 14,0 2,0 3,65 1,0 4,0
63 5,8 9,3 18,0 16,0 2,0 3,65 1,0 4,0
80 5,8 10,0 18,5 20,0 2,5 3,65 1,0 6,0
100 5,8 13,0 19,0 24,0 2,5 3,65 1,0 6,0
Рассмотренные специальные конструкции хвостовиков "Coromant Capto" и "КМ WIDAFLEX" предназначены для работы в самых различных условиях. На рис. 3.45 показаны характерные области нагрузок для чистовой (F), получистовой (М), легкой черновой (LR), черновой (R) и тяжелой черновой обработки (HR). Для обработки легированных сталей резцами с твердосплавной ромбической СМП с главным углом в плане ср = 95° максимальная тангенциальная сила резания Ру для хвостовика с размером 32 имеет
Рис. 3.45. Диапазоны режимов резания в пределах максимально допускаемой силы резания в зависимости от размера специального хвостовика
216
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
Рис. 3.46. Зависимость сечения среза t х So при точении специальными конструкциями резцов от их вылета L-. а - резец; б - диаграмма зависимости
Вылет L, мм
б)
значение (с запасом на ее рост по мере износа режущей кромки) порядка 8 кН и соответствует t = 7,5 мм и So = 0,5 мм/об. Из рис. 3.45 следует, что инструмент с хвостовиком типоразмера 32 можно без ограничений использовать для чистовой (F) и получис-товой (М) обработки. Для легкой черновой обработки (LR) этот инструмент применяется ограниченно.
На выбор режимов резания специальными конструкциями резцов влияет вылет инструмента из резцедержателя. На рис. 3.46 показано, как необходимо уменьшить площадь сечения среза (t х So), если по условиям наладки необходим удлиненный инструмент.
Глава 4
СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Для снижения себестоимости инструментальной оснастки при ее изготовлении и для уменьшения количества типоразмеров инструмента при эксплуатации участков из станков с ЧПУ применяют принцип агрегатирования с разделением вспомогательного инструмента на базисные агрегаты и на сменные наладки (см. рис. 3.1).
У базисных агрегатов хвостовики выполняются в соответствии с действующими стандартами (см. главу 3), а передняя зажимная часть предназначается для закрепления унифицированных хвостовиков сменных наладок. Сменные наладки служат для закрепления режущего инструмента со стандартными присоединительными поверхностями (призматическими, цилиндрическими, коническими и т.п.). Один из базисных агрегатов, соответствующие сменные наладки и режущий инструмент образуют конкретную систему инструментальной наладки. В связи с внедрением высокоскоростной обработки к ВИ предъявляются специальные требования:
а) подвод смазывающе-охлаждающих жидкостей по внутренним каналам;
б) минимальные значения радиального биения;
в) малый дисбаланс;
г) высокая повторяемость базирования;
д) высокая жесткость и виброустойчивость;
е) обеспечение обработки в труднодоступных местах.
Этим требованиям в разной степени отвечают следующие типы базисных агрегатов (рис. 4.1):
1. Цанговые патроны с коническими разрезными цангами.
2. Роликовые, в которых силы закрепления создаются качением роликов по квазигиперболической поверхности.
БАЗИСНЫЕ АГРЕГАТЫ
ы h-k 00
Для инструмента с цилиндрическим хвостовиком
Для инструмента с коническим хвостовиком
Механические
I ’ идромсхан и ческис
Дефор мационные
Переходные втулки с затяжным болтом
Сменные агрегаты (унифицированный ВИ)
Оправки для насадных фрез Втулки для инструмента с коническим хвостовиком Цанговые патроны для инструмента с цилиндри ческим хвостовиком Втулки для инструмента с цилиндрическим хвостовиком Патроны ДЛЯ метчиков Патроны ДЛЯ расточных резцов Оправки для расточных резцов Другие сменные агрегаты
I
Соответствующий режущий инструмент
Рис. 4.1. Классификация систем инструментальной оснастки
Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
КОНСТРУКЦИИ БАЗИСНЫХ АГРЕГАТОВ
219
3. С односторонним прижимом одним или двумя винтами (типа "Weldon").
4. Гидравлические, в которых тонкая стенка корпуса деформируется за счет создания давления гидравлической среды в полости патрона.
5. Гидромеханические, в которых плунжер с отверстием с очень малой конусностью сжимает корпус патрона.
6. С тепловой деформацией стенок для закрепления по типу "горячей посадки".
7. С механической деформацией стенок втулки с посадочным отверстием, имеющим "РК-профиль".
Для закрепления сменных наладок и режущего инструмента с коническим хвостовиком применяют переходные втулки с коническим отверстием:
а) под хвостовики HSK (8);
б) под хвостовики "Coromant Capto" (9);
в) под конусы Морзе (10).
В этих втулках закрепление осуществляется с помощью затяжного болта.
Конструкции сменных наладок для закрепления режущего инструмента с цилиндрическими хвостовиками принципиально совпадают с конструкциями базисных агрегатов. Наиболее часто в сменных наладках применяют цанговые патроны, патроны с односторонним прижимом винтами и "термозажим".
4.1. КОНСТРУКЦИИ БАЗИСНЫХ АГРЕГАТОВ
Цанговые патроны применяют для крепления инструмента с цилиндрическим хвостовиком диаметром 2...40 мм.
Основным зажимным элементом таких патронов является цанга, представляющая собой точно изготовленную закаленную втулку с продольными прорезями. Цанга обладает пружинящими свойствами и обеспечивает точное центрирование инструмента.
Схема цангового зажима с одноугловой цангой, разрезанной с двух сторон, представлена на рис. 4.2. При вращении гайки 3 по резьбе корпуса 1 цанга 2 зажимает хвостовик 4.
220 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Рис. 4.2. Схема крепления инструмента в цанговом патроне
Осевая сила затяжки Ро, кН, в цанговом патроне:
ро=---------, (4.1)
Мп
ytg(\|/ + p') + /npZ)
где d2 - средний диаметр резьбы, мм;
v|/ и р' - соответственно угол подъема винтовой линии и приведенный угол трения резьбы;
Мзат - момент затяжки гайки, кН мм;
Упр - приведенный коэффициент трения в винтовой или шариковой паре;
D - диаметр наружного торца цанги, мм.
Сила, направленная по нормали к конической поверхности, определяется из соотношения сил:
W =--------------, (4.2)
tg(a + р) + tgp
где р - угол трения между коническими поверхностями цанги и корпуса.
Однако силу, сжимающую лепестки цанги, нельзя считать силой, зажимающей хвостовик инструмента. Необходимо учесть жесткость лепестков цанги и характер распределения сил по лепесткам цанги.
КОНСТРУКЦИИ БАЗИСНЫХ АГРЕГАТОВ
221
Рис. 4.3. Схема одноугловой цанги
Одноугловая цанга после разрезки представляет кольцевую пружину, образованную упругими лепестками длиной t (рис. 4.3). Упругие свойства этой пружины определяются при рассмотрении отдельного лепестка, как балки на упругом основании. Возможно допущение, что зависимость перемещений лепестка от нагрузки имеет линейный характер:
Wt3
NEl’
(4.3)
где N - коэффициент линейной зависимости;
Е - модуль продольной упругости материала цанги, кН/мм2;
I- момент инерции сечения лепестка цанги.
Момент инерции в сечении А-А определяют по формуле:
1А =0,125(7?^ - г4)(0,01745фл + sin ) -
2 А 180^3 R
'А-г3 . ч>А 180
4----sin ^4----
А -Г 2
(4.4)
где г = — 2
222 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Рис. 4.4. Схема деформации лепестка цанги
Фл=-------arcsin7^“’ С4-5)
z 2Ка
где z - количество разрезов в цанге.
Величину коэффициента N определяют исходя из деформации лепестка цанги (рис. 4.4).
Допуская, что фигуры являются треугольниками СОС\ и ВОВ\, устанавливается соотношение:
Z=------<£±о------. (4.6)
у' |7(1 - coscp) +]
Анализ этого выражения показывает, что жесткость лепестка цанги, разрезанной с двух сторон, меньше, чем жесткость аналогичного лепестка с глухой заделкой при одинаковой нагрузке.
Величину, обратную отношению (4.6), обозначим N. Для точки С величина Nc равна:
(47)
L
Номограмма значений коэффициента Nc, рассчитанных по (4.7), приведена на рис. 4.5, а значения осевого момента инерции Ц - на рис. 4.6.
Анализ выражений (4.4, 4.5 и 4.7) показывает, что снижение жесткости лепестков позволяет увеличить передаваемый крутящий момент и расширить диапазон зажима одной цанги. Снизить жесткость лепестков можно следующим образом:
КОНСТРУКЦИИ БАЗИСНЫХ АГРЕГАТОВ
223
Рис. 4.5. Зависимость коэффициента от величины угла конуса а
Рис, 4.6. Зависимость осевого момента инерции Ц сечений лепестков одноугловой цанги:
от количества прорезей z и от разности dA - du в сечении А-А
224 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
а) уменьшить момент инерции сечений лепестков Ц путем уменьшения разности наружного и внутреннего диаметров цанги;
б) уменьшить величину угла ср либо путем сверления или фрезерования отверстий в местах окончания прорези, либо путем увеличения числа прорезей z;
в) увеличить длину цанги L путем уменьшения конусности.
Для крепления хвостовика инструмента необходимо, чтобы лепесток цанги переместился на величину:
Д _ < ~ ^хв 2 ” 2 ’
где </ц - диаметр отверстия в цанге, мм;
JXB - диаметр хвостовика инструмента.
Сила W\, создающая перемещение ~:
NEIzb
где LK - длина контакта цанги с корпусом, мм.
Для угловых зазоров Да, образующихся в конических соединениях, выполненных с точностью степеней АТ7 и АТ8, длина контакта£к составляет приблизительно (О,ЗО...О,35)А (см. рис. 3.2). С учетом распределения нагрузки по лепестку, сила зажима, действующая на хвостовик инструмента, равна:
Q = _ (4.10)
Удельное давление рц в стыке хвостовик инструмента-отвер-стие цанги равно:
(4.8)
(4-9)
Такой стык можно рассматривать как цилиндрическое соединение с натягом, для которого передаваемый крутящий момент и осевая удерживающая сила могут быть определены по следующим соотношениям:
КОНСТРУКЦИИ БАЗИСНЫХ АГРЕГАТОВ
225
W _ Рц^ХВ^Н .
JWKp
2
^0 Рц^хв^Н •
(4.12)
(4.13)
Величина коэффициента сцепления ц для цилиндрических внутренних поверхностей цанг без насечек равна 0,6...0,7.
Зависимость передаваемого крутящего момента Л/Кр от всех параметров имеет вид:
^кр
Чат
э] ytg(\|/ + P
2(лб/хв - bz)
l,5NEIte
L3
► X
(4.14)
На рис. 4.7 приведены значения рассчитанные для цанговых патронов различных конструкций. Момент сил резания Л/рез рассчитан для высокопроизводительного сверления чугуна твердосплавными сверлами.
Рис. 4.7. Зависимость удерживающего момента Мкр от диаметра rfXB для разрезных цанг с различной конусностью:
1 - 1:10; 2- 1:7; 3 - 1:5; 4- 1:3; 5 - 2а = 30°; б - Л/рез (для сравнения)
226 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
4.1. Расчетные параметры цангового патрона
Параметр Принятое значение Примечание
Диапазон зажима патрона, мм 3...20 ГОСТ 10902-77 (в ред. 1988 г.)
Диаметр d заднего торца цанги, мм 31 Толщина стенок не менее 3 мм
Диаметр D переднего торца цанги, мм 40 В соответствии с рядом нормальных размеров
Размер резьбы зажимной гайки, мм Средний диаметр d2 резьбы, мм Угол \|/ подъема витков Угол р трения между цангой и корпусом Приведенный коэффициент трения/пр М48х2 46,7 0°47' 13° 0,25 Конструктивно (резьба основного ряда)
Количество разрезов цанги z 8 По признаку технологичности
Ширина разрезов Ъ, мм Коэффициент р. сцепления хвостовика инструмента с цангой 1,6 0,65 Конструктивно
Момент М-ат, приложенный к гайке механизма, Н м 80 ГОСТ 21752-76 (в ред. 1982 г.)
Расчет показывает, что требованиям надежного закрепления инструмента с цилиндрическим хвостовиком удовлетворяют цанги с углом конуса менее 10°. Пример расчетных параметров цангового патрона приведен в табл. 4.1.
Для удобства обслуживания в конструкцию цангового зажима вместо цельной гайки 3 (см. рис. 4.2) вводят сборную (рис. 4.8). Замена пары трения гайка-цанга на пару качения гайка 4-кольцо 3
КОНСТРУКЦИИ БАЗИСНЫХ АГРЕГАТОВ
227
Рис. 4.8. Базисный агрегат со сменными цангами диаметром 20,25,32 и 40 мм
обеспечивает снижение приведенного коэффициента трения в 10 раз, что позволяет для достижения необходимого Мкр снизить Л/зат в 2 раза. Сменные цанги 2 базисного агрегата (см. рис. 4.8) вставляются за счет упругости лепестков в проточку внутреннего кольца 3 сборной гайки, которая также включает в себя наружное кольцо 4, шарики 10 и резьбовую пробку отверстия 9.
Конструкция базисного агрегата также включает в себя винт 5, ориентирующий цангу 2 относительно корпуса 1 с целью достижения минимального биения путем вычитания эксцентриситетов цанги и корпуса. В корпусе 1 поводок 7 установлен для передачи крутящего момента при тяжелом черновом фрезеровании с помощью штифта 6. Резьбовой упор 8 служит для регулировки осевого положения перед закреплением инструмента.
Для выполнения требования подвода СОТС через инструмент необходимо перекрыть проход жидкости через прорези цанги. С этой целью в конструкцию гайки 2 вводят уплотнения 4 и 5 и манжету 3 (рис. 4.9). Жидкость не может двигаться через цангу б, и ей остается только один путь - через инструмент 1.
Для выполнения требования обеспечить обработку в труднодоступных местах разработаны цанговые патроны без гаек (рис. 4.10 и табл. 4.2). За счет перенесения гайки 4 ближе к хвостовику 7:24 обеспечено уменьшение диаметра передней части патрона с диаметра 50 до 18 мм для инструмента диаметром 3... 12 мм.
228
Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Рис. 4.9. Цанговый базисный агрегат с уплотнениями для подвода СОТС по внутренним каналам:
а - до зажима инструмента; б - во время работы с СОТС
Рис. 4.10. Устройство малогабаритного цангового патрона:
1 ~ фиксаторы; 2 - резьбовая муфта; 3 - резьбовая пробка; 4 - гайка;
5 - тяга; 6 - цанга; 7 ~ пружинные кольца; 8 - шарики;
9 - шифты; 10 ~ корпус
Цанги для малогабаритного патрона имеют конструкцию и размеры, приведенные в табл. 4.3.
КОНСТРУКЦИИ БАЗИСНЫХ АГРЕГАТОВ
229
4.2. Размеры малогабаритного цангового патрона, мм
D di d2 /i 4 Диапазон зажима цанги
42 10 12,0 100 150 20 70 3...6
50 18 22,0 105 150 32 77 3...12
27 35,5 125 150 42 67 3...20
Примечание. Обозначение позиций см. рис. 4.10,
4.3. Размеры цанг для малогабаритного патрона, мм
23
D d d\ d2 L /1 4
10 8,0 3...6 M6xl,00 36 24,0 12,0
18 14,5 3...12 M10xl,50 57 25,5 31,5
27 21,0 3...20 М12х1,75 70 35,0 35,0
230 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Рис. 4.11. Малогабаритный цанговый патрон с центробежным усилителем зажима
Для предотвращения раскрепления инструмента на больших частотах вращения в малогабаритный цанговый патрон встраивают усилитель, действующий следующим образом (рис. 4.11). Цанга 1, размещенная в корпусе патрона 4, предварительно затягивается вместе с закрепленным инструментом 7 тягой 2 до величины Мкр = 210 Нм (рис. 4.12). Тяга 2 пропущена через отверстие в ступенчатом валике 5 и упирается своими скосами в коническую расточку валика.
На малые ступени валика 5 надеты конусные втулки 6, которые своими конусами упираются в смещенные на величину "е" стаканы 3. При нарастании частоты вращения конусные втулки 6, изготовленные из материала большой плотности (например, из твердого сплава), начинают под действием центробежных сил перемещаться по малой ступени валика 5 в направлении от оси патрона. На конусном участке возникает составляющая реактивной силы, направленная в сторону хвостовика 4. С учетом сил трения в парах втулка-валик, втулка-стакан и валик-тяга, эта составляющая трансформируется в силу затяжки Ро. В результате передаваемый Мр растет в соответствии с ростом частоты вращения (см. рис. 4.12).
КОНСТРУКЦИИ БАЗИСНЫХ АГРЕГАТОВ
231
Рис. 4.12. Зависимость передаваемого крутящего момента от частоты вращения цангового патрона
Патроны с односторонним прижимом винтами применяют для установки и закрепления резцедержателей в револьверных головках токарных станков (см. рис. 3.26), для закрепления концевых фрез и сменных наладок в базисных агрегатах. Видоизмененные конструкции применяют в модульном расточном инструменте.
Принципиальная схема патрона показана на рис. 4.13, а. В корпусе 1 одним или двумя винтами 3 к одной стороне отверстия прижат цилиндрический хвостовик 2. Для надежного контакта с винтами хвостовик имеет лыски глубиной h.
Сила закрепления Q, приложенная к хвостовику инструмента, определяется по зависимости:
иМзат
^l[tg(V + P) + /np]
(4-15)
где Мат - крутящий момент сил, необходимых для закрепления инструмента, кН-мм;
232 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Рис. 4.13. Схема патрона с односторонним прижимом крепежных элементов
di - диаметр зажимного винта, мм;
п - количество зажимных винтов;
fav - коэффициент трения на опорной поверхности винта;
у - угол подъема резьбы, град;
р - угол трения в подвижных соединениях, град.
Упрощенная формула для расчета Q при зажиме одним винтом:
Q = 1(Шзат . (4.16)
Диаметр d\ зажимных винтов в зависимости от требуемой величины силы Q определяется по зависимостям, показанным на рис. 4.14.
При завинчивании зажимных винтов происходит упругое смещение хвостовика относительно корпуса на величину 8Ц. В произвольном радиальном сечении под углом <р контактные деформации 8Ф (см. рис. 4.13, б):
Зф =8„cos(p-y. (4.17)
КОНСТРУКЦИИ БАЗИСНЫХ АГРЕГАТОВ
233
Рис. 4.14. Выбор диаметра dx зажимного винта в зависимости от требуемой силы закрепления Q и материала винта
Для определения неизвестных 8Ц и фо необходимо решить систему уравнений:
28/) 1 + —
А
4А
^хв
28 ц 1 —со8ф0
А COS фу
Фо
— Л- COS ф0 81Пф0
(4.18)
где фо - половина дуги контакта:
СО5ф0 =
А 25Ц + А
(4-19)
Решение позволяет определить зависимость дуги контакта 2ф0 от величины А для различных dXB. Дуга 2фо смещена относительно осей винтов на угол р:
₽
. Т
= arcsin— = arcsm-j tgxg
/пр tg(V + p)
(4.20)
где Т- сила трения:
234 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Рис. 4.15. Схема расчета зазоров в цилиндрическом соединении
Т =
2tg\|/ tg(\|/ + p)di
Угол 2то определяется из соотношения:
2т0 = arctg
4
Углы coj +со2 =360° -2ср0 -2т0.
(4.21)
(4.22)
(4.23)
В пределах рассматриваемого соединения имеются зоны с двумя различными по характеру натягами и двумя зазорами Д1 и Д2.
Зазоры Д1 и Д2 в пределах дуг coi и со2 определяются из косоугольного треугольника ОО\Н (рис. 4.15):
Д1=^-
1 2
д я У
-*2-+ — + 5„
4 12 ц)
d^a
—+ 5„ cosa
2 J
(4.24)
КОНСТРУКЦИИ БАЗИСНЫХ АГРЕГАТОВ
235
Ы I Л О. I z-
Из-за малости величины I — + оц I, можно приближенно считать:
cos а ® cos[l 80° - (со, + ф0)] = - cos(o'+<p0 ), тогда:
—+(—+5 /1 + dXBf— + 8 /|cos(<Bi +<p0) 4 I 2 J 12 J ' 1
Д,=^ 1 2
д
2
d2m <Д Y (д А
’Т + И + §11| +^в|т + МС08((Й2+Фо)
(4.25)
0,5
; (4.26)
0,5
. (4.27)
При нагружении силой Р в направлении дуги контакта 2ф0 происходит упругое смещение хвостовика, которое можно рассматривать как смещение в цилиндрическом соединении с предварительным натягом.
Давление /?НП1ах от действия внешней силы Р определяется с учетом контакта цилиндрического хвостовика с корпусом патрона по дуге 2ф0:
= P(L + 3Z)
гонтах т7 j ’
L dxa smcpo
(4.28)
где Р, L и I см. рис. 4.13, а.
С учетом того, что величина предварительного натяга 8Ц значительна и соизмерима с величиной упругих контактных деформаций от внешней нагрузки, то упругое контактное перемещение равно:
^1 ^Рнтах »
(4.29)
где К =
С2
Ритах
(4-30)
Ритах Риер
2(1- COS ф0)
Фо
—^71-sin ф0 COS ф0
(4.31)
180
236 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
(4.32)
(4.33)
(7 - -Qh + ^ХВ , Q у
„ =~2_ Aicp 1 " хв
Упругие объемные деформации 8г приближенно могут быть рассчитаны по формуле:
g g(G+Q,7)
2 2Е sin ф0
(4.34)
Суммарные деформации определяем по формуле:
6s=V(5i5 +825)2.
Угол поворота в начале стыка может быть определен из соотношения:
(4.35)
е=Ь-^пов
где 1П0В - расстояние от начала стыка до начала поворота хвостовика инструмента. Краевой эффект может не учитываться, так как реальные детали имеют достаточно большие фаски.
Выражение для определения угла поворота 0 в цилиндрическом соединении с односторонним прижимом винтами от внешней силы резания Р (см. рис. 4.13, а):
(4.36)
з/
/2
P(L + 3l) 2d}L2 sin ф0
JJ ^хв >
1
г2 >
1 + ^т £
Ю
(4.37)
Анализ выражения (4.37) показывает, что на величину угла поворота 0 в значительной степени влияют диаметр соединения,
КОНСТРУКЦИИ БАЗИСНЫХ АГРЕГАТОВ
237
диаметр зажимных винтов, повышение жесткости, величина зазора в соединении и наружный диаметр патрона.
Так, увеличение диаметра D„ с 60 до 80 мм и диаметра d\ зажимных винтов с 10 до 16 мм при одинаковых длине и диаметре соединения дает уменьшение угла поворота 0 на 25 %. Расстояние /| должно стремиться к минимуму, а /2 - к максимуму (см. рис. 4.13, а).
При использовании однолезвийного инструмента, необходимо ориентировать его так, чтобы равнодействующая сил резания была направлена под углом т| = 150... 170° к плоскости осей зажимных винтов с тем, чтобы нагружать цилиндрическое соединение в направлении его максимальной жесткости.
На рис. 4.16 показана зависимость угла поворота 9 от направления нагружающей стык силы относительно плоскости, в которой расположены оси зажимных винтов (отсчет угла Г| - см. рис. 4.17).
При разработке вариантов систем инструментальной оснастки для оснащения различных типов автоматизированного оборудования для соединения базисных агрегатов и сменных наладок приме-
Рис. 4.16. Зависимость угла поворота 9 в соединениях инструмента с цилиндрическим хвостовиком:
диаметром 40 мм: 1 - А = 0,098 мм; 2 - А = 0,048 мм; 3 - А = 0,032 мм;
4 - А = 0,014 мм; диаметром 32 мм: 5 - А = 0,014 мм
238 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Рис. 4.17. Отсчет угла q между Р и Q
няют цилиндрическое соединение с односторонним прижимом винтами с размерами, принятыми для регулируемого крепления сменных наладок инструмента в шпинделях агрегатных станков и автоматических линий (табл. 4.4).
4.4. Размеры цилиндрического соединения, мм
1 - шпиндель; 2 - хвостовик; 3 - зажимные винты;
4 - регулировочная гайка
<7(Н7) D / Диапазон регулировки по длине
28 50 78 20
36 63 106 32
48 80 126 45
КОНСТРУКЦИИ БАЗИСНЫХ АГРЕГАТОВ
239
На станках с ЧПУ применяют патроны по DIN 1835 FORM Е / DIN 6535 FORM НЕ (табл. 4.5).
4.5. Размеры патронов с односторонним прижимом винтами, мм
Исполнение 1 (d<25 мм) А
Конус 7:24 d А h D L d\ Л/Зат, Нм
40 6 8 10 12 14 16 18 20 25 32 6 8 10 12 14 50 30 25 28 35 42 44 48 50 52 63 72 25 28 35 42 44 118,4 Мб М8 мю 5 12 16
39
44 М12 23
63 47 131,4 М14
49 54 58 М16 М18 М20 Мб М8 МЮ 30 35 40 5 12 16
100 168,4
50 63 30 164,7
39
44 М12 23
240 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Окончание табл. 4.5
Конус 7:24 d А h D L dy Af3aT, Нм
16 18 63 47 48 50 164,7 М14 23
50 20 49 52 М16 30
25 80 54 65 181,7 М18 35
32 100 58 72 201,7 М20 40
Роликовые патроны предназначены для тех же целей, что и цанговые. В них сила закрепления создается за счет заклинивания игольчатых роликов 3 (рис. 4.18) между гайкой 5 и конической наружной поверхностью корпуса 1. Закаленные стальные ролики укладываются в латунный сепаратор 4 в шахматном порядке в три ряда. Сепаратор фиксируется на корпусе 1 запорными кольцами 2, 6 и 7. Как правило, размещают 126 роликов диаметром 2 мм и длиной 10 мм. При размещении роликов под углом 1,5...2°, огибающая их поверхность образует гиперболоид (конструкция Шухова), который при вращении гайки дополнительно деформирует корпус 1, создавая более равномерный зажим. Конструктивные элементы сборки роликового патрона показаны на рис. 4.19.
Для универсальности в роликовом патроне применяют сменные наладки - разрезные цилиндрические цанги (рис. 4.20 и табл. 4.6). В случае уменьшения длины Ц активного зажима про
порционально уменьшается величина передаваемого крутящего момента А/кр (рис. 4.21, а).
Рис. 4.18. Устройство роликового патрона
КОНСТРУКЦИИ БАЗИСНЫХ АГРЕГАТОВ
241
Рис. 4.19. Конструктивные элементы роликового патрона: обозначения см. рис. 4.18
Рис. 4.20. Деформация корпуса (а) роликового патрона и закрепленной в нем цилиндрической цанги (б): обозначения см. рис. 4.18
На передаваемый крутящий момент Л/кр в роликовых патронах существенно влияет величина поворота гайки, измеренная по дуге наружного диаметра dz (см. табл. 4.6). Как показано на рис. 4.21, б, при повороте по дуге длиной более 60 мм (более % оборота) прирост крутящего момента замедляется и на дуге 10 миллиметров составляет всего 300 Н-м. Зависимость крутящего момента от величины номинального диаметра d\ роликового патрона показана на рис. 4.22, а от диаметра <73 посадочного отверстия в сменной цанге - на рис. 4.23.
242 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Рис. 4.21. Зависимость для роликового патрона
с номинальным диаметром dx = 32 мм крутящего момента Мкр: а - от длины активного зажима L\; б - от величины хода гайки
Рис. 4.22. Зависимость крутящего момента Мкр от номинального диаметра dx
Рис. 4.23. Зависимость крутящего момента Мкр роликового патрона со сменной цангой с наружным диаметром 32 мм от ее внутреннего диаметра d$
КОНСТРУКЦИИ БАЗИСНЫХ АГРЕГАТОВ 243
4.6. Основные размеры, мм, роликовых патронов
Цанга
Конус 7:24 е/1 di dy L l\ h
30 20 55 6; 8; 10; 12; 16 145,4 75 55
160,4 90
25 60 6; 8; 10; 12; 16;20 145,4 75
160,4 90
40 20 55 6; 8; 10; 12; 16 172,4 80 55
192,4 100
207,4 135
25 60 6; 8; 10; 12; 16; 20 172,4 80
192,4 100
32 73 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25 182,4 90 65
197,4 105
227,4 135
50 20 55 6; 8; 10; 12; 16 244,8 105 55
289,8 150
25 60 6; 8; 10; 12; 16;20 244,8 105
274,8 135
244 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Окончание табл. 4.6
Конус 7:24 d, <^2 <73 L h
50 32 73 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25 274,8 135 65
304,8 165
42 95 10; 12; 16; 20; 25;32 249,8 110 90
274,8 135
304,8 165
Гидравлические патроны аналогичны роликовым по конструкции, но вместо давления роликов в них используется давление гидравлической жидкости (рис. 4.24). В корпусе 1 патрона выполнены полости 6 и каналы 4, которые заполнены специальной гидравлической жидкостью. Плунжер 2, управляемый винтом 8, создает гидравлическое давление, которое деформирует мембрану 5, в результате чего происходит закрепление цилиндрического хвостовика инструмента, положение которого предварительно регулируется регулировочным винтом 3, перемещаемым от поворота винта 7.
Передаваемый гидравлическим патроном крутящий момент Мр меньше, чем у роликового патрона и сопоставим по величине с этим параметром цангового патрона (рис. 4.25).
Рис. 4.24. Схема гидравлического патрона
КОНСТРУКЦИИ БАЗИСНЫХ АГРЕГАТОВ
245
Диаметр закрепляемого хвостовика (диаметр закрепляемой фрезы)
Рис. 4.25. Зависимости крутящего момента Мкр:
У - от диаметра закрепляемого хвостовика;
2 - справочно - момент сил резания при фрезеровании
Основные размеры гидравлических патронов приведены в табл. 4.7.
4.7. Основные размеры, мм, гидравлических патронов
246 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Окончание табл. 4.7
HSK (/1 di h 1з Л ^зат» Нм Диапазон зажима, мкм
6 25,7 80 35 27 54 12 25
50А 8 27,7 40 36 30 31
10 29,7 85 41 31 58 40 36
12 31,6 90 47 36 64 70 39
6 25,7 80 33,0 27 54 12 25
8 27,7 33,5 30 31
10 29,7 85 39,0 31 59 40 36
12 31,6 90 44,5 36 64 70 39
63А 14 33,6 50 46,0 100 46
16 37,6 95 51,5 39 69 135 52
18 39,6 52,0 180 59
20 41,6 100 58,0 41 74 220 62
25 49,6 120 51,0 46 94 500 82
32 59,6 125 59,0 50 99 700 105
Патрон "Coro Grip" (рис. 4.26) также принципиально основан на деформации стенок корпуса 4. Для этого втулка 1 конусным отверстием с очень маленькой конусностью под действием высокого давления гидравлической жидкости, подаваемой через штуцер 3, перемещается вверх к хвостовику патрона. Из-за большого самоторможения втулки 1 патрон "Coro Grip" может работать на очень высоких частотах вращения без опасности самораскрепле-ния инструмента (рис. 4.27). Однако, если в патроне "Coro Grip" применяются переходные втулки и сменные цанги, то частота вращения патрона должна быть ограничена 8000 мин'1.
Для раскрепления инструмента давление подается к штуцеру 2 (см. рис. 4.26).
КОНСТРУКЦИИ БАЗИСНЫХ АГРЕГАТОВ 247
Рис. 4.26. Схема действия патрона "Coro Grip"
Крутящий момент Н м
Рис. 4.27. Зависимость передаваемого крутящего момента Мкр от частоты вращения патрона "Coro Grip":
12; 20; 25 и 32 - диаметры закрепляемых хвостовиков
248 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Рис. 4.28. Схема устройства для «термозажима»: 1 - зажимаемый инструмент; 2 - радиатор воздушного охлаждения; 3 - расточка для снятия "краевого" эффекта;
4 - патрон; 5 - регулировочный винт; 6 - хвостовик патрона типа HSK; 7 - заплечики для автоматической смены инструмента на станке; 8 - индукционная катушка; 9 - специальный отражатель
Патроны с "термозажимом” применяются для соединения по "горячей" посадке, хорошо известной как посадка с натягом типа Н7/р6, Н7/п6, образуемой при соединении нагретых деталей, например, бандажей колесных пар.
Действие патронов с термозажимом основано на том, что при нагревании посадочное отверстие увеличивается в диаметре.
Одним из практических вариантов использования "горячих" посадок является нагрев патронов токами высокой частоты (ТВЧ).
В специальных устройствах (рис. 4.28) производится нагрев патрона с помощью индукционной катушки. Одна и та же индукционная катушка используется для инструмента с хвостовиком диаметром от 3 до 32 мм. Время разогрева 3... 5 с, охлаждение - 30 с, если используется специальное охлаждение. Устройства могут быть оборудованы для групповой подготовки инструмента.
Концентрированное магнитное поле, изменяющееся с высокой частотой, создает вихревые токи в материале патрона, что обеспечивает короткое время нагрева узкой зоны зажима. Из-за высокой скорости нагрева передача тепла в хвостовик инструмента очень незначительна. Это дает возможность извлекать
КОНСТРУКЦИИ БАЗИСНЫХ АГРЕГАТОВ
249
Рис. 4.29. Закрепление инструмента в патроне с "термозажимом": а - нагрев; б - охлаждение
твердосплавный инструмент из патрона так же хорошо, как и инструмент из стали с коэффициентом теплового расширения, одинаковым с материалом патрона.
Хвостовик закрепляемого инструмента вставляется в расширенное отверстие патрона (рис. 4.29, а). При охлаждении до комнатной температуры диаметр отверстия патрона возвращается к нормальному размеру, при этом возникают очень большие зажимные усилия (рис. 4.29, б). Если закрепление осуществляется в диапазоне упругих деформаций материала патрона, то оно может быть повторено многократно (до 5000 раз).
При раскреплении инструмента в зоне, ограниченной участком сопряжения патрона и хвостовика закрепляемого инструмента, нагревание до температуры 300...350 °C возможно менее чем за 10 с (рис. 4.30). После извлечения режущего инструмента патрон охлаждается достаточно быстро, чему способствует относительно большая масса патрона. Инструмент при этом практически не нагревается.
Удерживающие силы, возникающие в результате охлаждения патрона с термозажимом, значительно больше, чем в других известных системах закрепления, поэтому по уровню вибраций образующаяся система закрепления равноценна цельному инстру-
250 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Рис. 4.30. Изменение температуры патрона за цикл термозажима:
7 - начало нагрева; 2 - закрепление инструмента; 3 - начало охлаждения
менту той же конфигурации. Точность установки по параметру концентричности при таком методе почти аналогична цельному инструменту. Перемещение закрепленного инструмента вдоль оси вращения при фрезеровании, которое является серьезным недостатком цанговых патронов, практически исключается при закреплении по "горячей" насадке.
В случае сборки с нагревом патрон (охватывающая деталь) должен быть нагрет до температуры (°C):
t + (438) 2 аа2
где 5сб - минимально необходимый зазор для сборки, м;
Мпах - максимально допускаемый натяг, м;
/сб - температура помещения сборки, °C;
а - коэффициент линейного расширения материала патрона при нагреве, 1/°С;
d2 - наружный диаметр патрона, м.
Экономически целесообразно подвергать патроны многократному монтажу-демонтажу, поэтому возникающие деформации
КОНСТРУКЦИИ БАЗИСНЫХ АГРЕГАТОВ
251
должны быть упругими и не должны переходить в область упругопластических.
С другой стороны, посадка должна иметь такой натяг, чтобы обеспечить надежность закрепления, т.е. отсутствие перемещения режущего инструмента под действием внешних нагрузок.
Исходя из первого условия, необходимо ограничить натяг величиной Мпах> при которой еще отсутствуют пластические деформации. Исходя из второго условия, необходимо обеспечить натяг AU. необходимый для передачи внешних нагрузок.
Для определения размеров патрона с "термозажимом" (рис. 4.31) по заданному значению внешних нагрузок Л/кр<0,ЗН-м и Ро < 2 кН и номинальному размеру соединения с?н.с определяют требуемое удельное контактное давление р (Н/м2):
[р] =
^в.с^тр ’
(4.39)
где Мкр - крутящий момент, стремящийся повернуть инструмент относительно втулки, Н-м;
I - длина контакта сопрягаемых поверхностей, м;
ftp - коэффициент трения при установившемся процессе рас-прессовки;
<7НС - номинальный диаметр сопряжения, м.
Рис. 4.31. Схема соединения патрона 1 и инструмента 2
252 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
По значениям р определяется величина минимального требуемого натяга 2Vrojn, м, при условии, что d\ = 0:
[^МЖ.с
( С \
—2-
J
+ Уш +Г/ +Уц>
(4.40)
где С2 =
уш - поправка, учитывающая смятие шероховатостей контактных поверхностей при первичном закреплении:
Ym = l,2(7?zi+fe2); (4.41)
Rz\ - высота микронеровностей на поверхности охватываемой детали;
Rz2 - высота микронеровностей на поверхности охватывающей детали;
Уг - поправка, учитывающая различие рабочей температуры инструмента Д^н с и температуры патрона Д^2:
y(=</H.c(aiA/rfHc -а2Д^2),
(4.42)
di, аг - коэффициенты линейного расширения материалов инструмента;
уц - поправка, учитывающая ослабление натяга под действием центробежных сил при вращении инструмента:
v4cPf3 + .. ...
i'“ м bo (<4з)
где v - окружная скорость на наружной поверхности патрона, м/с; р - плотность материала, кг/м3;
Е2 - модуль упругости охватывающей детали, ГПа;
КОНСТРУКЦИИ БАЗИСНЫХ АГРЕГАТОВ
253
|i - коэффициент Пуассона (0,25... 0,3).
Далее определяется максимально допустимое удельное контактное давление [ртах], при котором еще отсутствует пластическая деформация, Н/м2:
[рта'х] = 0,58пт2
1-
^н.с Y J
(4.44)
где от2 - предел текучести материала втулки, Н/м2.
После этого определяется величина наибольшего расчетного натяга N'^ (м) и величина максимально допускаемого натяга [Мпах], с учетом поправок к величине N'max :
N max (Ртах^н.с г. ’
\E2j
[^тах ] ~ -^тах (Ууд + Уш + Уг) ’
(4.45)
(4.46)
где ууд - коэффициент, учитывающий рост давления у торца патрона.
На основе рассчитанных величин минимально требуемого и максимально допускаемого натягов могут быть выбраны соответствующее поле допуска и посадка с соблюдением условий //max — [/'/max], Mnin
Далее может быть определена необходимая температура нагрева tdi патрона по формуле (4.39).
Так как стандартные фрезы имеют цилиндрические хвостовики с диаметром dn.c по нормальному ряду размеров и с размером di = 0, то наружный диаметр d2 может быть оптимизирован исходя из соотношения d2 и dK.c, удовлетворяющего нижеприведенным условиям.
При "термозажиме" расширение патрона и инструмента происходит не свободно, поэтому возникают тепловые напряжения, которые зависят от наружных и внутренних размеров системы по соотношениям:
254 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
кА ( b а2 Ь2 -г2
— 1П------;—; — In —
2 г г2 Ь2 - а2 а)
к (b2-r2)(r2-a2)
2г3 а2+Ь2
х(С] cos 0 + 0] sin 0); (4.47)
тг - ——-------Г (C3 sin 0 + 0] cos 0);
2r3 a2+b2
(4.48)
kA , b <*e=— ln--2 r
a2 b2+r2 b' r2 (b2 - a2) a}
(4.49)
к 4a2r2 -(3r2 -b2)(r2 +a )
2r3 ' a2+b2
(C3 cos 0 + 0] sin0),
, E7 „„ где к = —-—, ГПа; (1-М)
b = d2/2 - наружный радиус, м; а = d„.J2 -
внутренний радиус, м; г - текущий радиус, мм; А - длина окружности радиуса а, м; Сз и D\ - константы интегрирования; 0 - угол
поворота текущего радиуса г.
Положительные тепловые напряжения на внутренней поверхности патрона соответствуют условию зажима хвостовика инструмента.
Для определения знака тепловых напряжений на внутренней поверхности патрона в выражениях (4.47), (4.48) и (4.49) вместо текущего радиуса г принимают радиус внутренней поверхности
цилиндра а, тогда:
° 0=360°
- яка
In— 1 + я .
Ь2 +а2^
Ь2-а2 >
к Ь2 -а2
а Ь2 +а2
(4.50)
b
+ 1
Расчет тепловых напряжений о0 на внутренней поверхности патрона от величин внутреннего диаметра <7Н.С и наружного диаметра d2 показывает, что тепловые напряжения в такой системе не имеют отрицательных значений. Более того, имеется максимум тепловых напряжений и соответствующих сил, определяемый соотношением d^d^ = 3,0.. .3,8.
КОНСТРУКЦИИ БАЗИСНЫХ АГРЕГАТОВ
255
При заданной величине контактного давления Ртлк толщина стенки патрона и определяется по формуле:
и =
а2-^2^2
Р
1 max
(4.51)
тогда d2 = dHC + 2и .
На основании этих расчетов предложены размеры переходной втулки, приведенные и в табл. 4.8
4.8. Рекомендуемые размеры, мм, патронов для термозажима
d^.c (Р6) ^2 dj L\ L для хвостовиков
HSK32 HSK 40 HSK 50 HSK 63
6 27 20 36 70 80 80 80
8
10 34 24 42 85 85
12 47 — 90 90 90
14 48 27
16 50 95 95
18 68 33 — —
20 52 100 100
25 85 44 58 — 115
32 120
Пр имечание. Размеры d2 и <73 сгруппированы для унификации.
256 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Рис. 4.32. Соотношения между основными параметрами нагрева
Основные параметры нагрева патрона токами ТВЧ:
1. Толщина нагреваемого слоя 1\.
2. Время нагрева t.
3. Удельная мощность нагрева (не более 500 Вт/см2), необходимая для нагрева патрона на заданную глубину за время 5... 10 с.
4. Частота тока.
5. Температура нагрева td (до 300...350 °C).
Соотношения между основными параметрами нагрева представлены на рис. 4.32.
При заданной толщине стенок и оптимальная, с точки зрения КПД установки ТВЧ, частота тока F, с-1, определяется по формуле:
F = 8,6-105. (4.52)
ud2
Конфигурацию нагретого слоя определяют по геометрическим размерам индуктора и по соотношению между удельной мощностью и длительностью нагрева. В одном и том же индукторе и при одной и той же частоте тока можно получить совершенно различные очертания нагретого слоя, варьируя длительность нагрева.
На рис, 4.33 показана форма нагретого слоя боковой поверхности патрона I с вставленным хвостовиком 2. При высоте индуктора hi - I - 2 Sc6. При этом нагретый слой имеет толщину Д на длине соединения hi.
КОНСТРУКЦИИ БАЗИСНЫХ АГРЕГАТОВ
257
Рис. 4.33. Форма нагретого слоя в зависимости от соотношения размеров индуктора и нагреваемой сборки патрон-инструмент
Рис. 4.34. Нагрев патрона многовитковым индуктором
Рис. 4.35. Зависимость передаваемого крутящего момента от величины натяга в соединении патрон-инструмент диаметром 25 мм
Чтобы получить большое значение отношения длины активной части проводника индуктора к его ширине и тем самым обеспечить высокий КПД нагрева системы необходимо использовать многовитковые конструкции (рис. 4.34).
Крутящий момент Л/кр, передаваемый патроном с термозажимом, зависит от величины натяга в соединении патрон-инструмент и от длины соединения (рис. 4.35).
Патроны "TRIBOS-R" для крепления цилиндрических хвостовиков основаны на использовании патента Германии № 19827109 фирмы Fritz Schunk GmbH & Со. RG.
258 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Рис. 4.36. Разъемное соединение деталей (патент Германии № 19827109)
Разъемное соединение деталей по этому патенту осуществляется следующим образом (рис. 4.36).
Для соединения деталей а и Ь, деталь b посредством радиальных сжимающих усилий F упруго деформируется таким образом, чтобы деталь а получила возможность входить в деталь Ь. После ввода одной детали в другую, когда деформированная деталь в результате снижения или снятия усилий сжатия повторно упруго деформируется, получают соединение с натягом. Деталь b представляет собой полый корпус с расположенными внутри него по окружности вырезами с, которые, в свою очередь, с помощью срединных отверстий d образуют сегменты е корпуса, служащие в качестве зажимных элементов. Линии действия усилий F сжатия лежат в срединных плоскостях отверстий d, так что при упругой деформации детали b сегменты е корпуса радиально перемещаются в области вырезов с в зависимости от направления воздействия усилий F сжатия и расположения сегментов с корпуса на деформируемой детали Ь.
Практически это соединение реализуется за счет шлифования внутреннего отверстия при сжатии наружной
поверхности патрона "TRIBOS-R" силами F. После снятия сжатия
упругие свойства материала патрона возвращают ему исходное положение, при котором внутреннее отверстие приобретает "РК-профиль". Закрепление инструмента в патроне "TRIBOS-R" осуществляется в 4 этапа.
ОБОСНОВАНИЕ РАЗМЕРОВ СМЕННЫХ НАЛАДОК 259
Рис. 4.37. Этапы закрепления инструмента в патроне "TRIBOS-R"
1. В нерабочем состоянии посадочное отверстие корпуса патрона 1 с механически деформируемым корпусом имеет форму тригона 2 (рис. 4.37, а).
2. После приложения деформирующих сил 3 к наружной поверхности корпуса патрона 1 посадочное отверстие 2 приобретает форму окружности постоянного радиуса (рис. 4.37, б).
3. В образовавшееся цилиндрическое отверстие 2 может быть вставлен хвостовик инструмента 4 (рис. 4.37, в).
4. После снятия деформирующего воздействия сил 3 посадочное отверстие 2 стремится вернуться к форме тригона и зажимает хвостовик инструмента 4 (рис. 4.37, г).
4.2. ОБОСНОВАНИЕ РАЗМЕРОВ СМЕННЫХ НАЛАДОК
Очевидно, что в случае использования агрегатированного сборного инструмента (СИ) необходимо научное обоснование рациональных технических требований к составляющим его агрегатам с целью достижения достаточных результирующих показателей точности, жесткости и виброустойчивости крепления на станках с ЧПУ.
В число технических требований входят: размеры присоединительных поверхностей; размеры консольных участков; допуски на линейные и угловые размеры; допуски на взаимное относительное расположение поверхностей; условия затяжки стыков; ограничения по массе и расположения ее центра.
В диапазоне употребляемых режимов резания возможно составить уравнения баланса точности и определить допускаемые
260 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
значения податливости Зв и точности установки для каждого типа СИ, приведенные к вершине соответствующей режущей кромки.
Теоретическая модель образования нормальной погрешности положения резца Дп при его закреплении в модульном СИ представлена на рис. 4.38.
Обозначим черезмалые смещения системы коор
динат, связанные с z-м углом ср ее поворота относительно номинального положения осей X, Yh Zit и через ai5 0j, у; - малые повороты той же системы вокруг осей Xh Yif Zt (углы больше нуля при повороте по часовой стрелке).
Приращение А/? радиуса-вектора точки, заданной вектором R (рис. 4.38', а):
(4.53)
Нормальная погрешность А/ положения точки на резце в системе Х„, Y„,X„:
— л
Д(. =(ДА .«) = (0,. cos ср-a, sin ср)У7< +
z=i
+2Xc°scp+2Xsin<p-
(4.54)
В качестве источника погрешностей 0, и а, принимается сила резания Ру, расположенная в плоскости оси Z с ср = 0. Источниками погрешностей и £ , являются отклонения размеров и формы соединяемых поверхностей. В уравнении, определяющем Д„, обозначим cos ср <-> е, Ze = еъ, тогда для твердого тела:
Лп=(м-п)=е1+е^. (4.55)
ОБОСНОВАНИЕ РАЗМЕРОВ СМЕННЫХ НАЛАДОК 261
Рис. 4.38. Схема образования отклонений положения режущей кромки инструмента:
а - модель инструмента; б - схема образования биения; в - схема деформаций
262
Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Величина точности установки е% (первичного отклонения точки на резце от номинального геометрического места точек после сборки СИ) связана с составляющими звеньями е, (рис. 4.38, б).
1 Г"
^= — у Х(^е,)2 , (4.56)
лх V <=1
где Ai - передаточное отношение z-ro звена;
Kt - коэффициент относительного рассеивания величины z-ro звена;
et - перекос или параллельное смещение оси в z-м звене, мм;
Kz - коэффициент относительного рассеивания величины за-мыкающепхзвена е%.
Передаточные отношения Я, могут быть определены из отношения:
п
^=^,/1^ (4.57)
/=1
где lj - вылет z-ro элемента компоновки;
/ю - величина вылета, на котором нормируется величина перекоса в z-м соединении.
Деформации реального упругого тела СИ, представляющего собой в общем виде телескопический стержень из п упругих элементов, в сечении приложения силы резания Р (рис. 4.38, в) включают в себя изгибные деформации его консольных участков с учетом принципа независимости перемещений и контактные деформации в конических и цилиндрических стыках. Суммарная деформация 8В может быть описана уравнением:
ОБОСНОВАНИЕ РАЗМЕРОВ СМЕННЫХ НАЛАДОК 263
Рис. 4.39. Зависимость средней величины биения lei на вылете 100 мм от радиального зазора А/ в соединении хвостовика инструмента со шпинделем: / - цанговый зажим; 2 - конус
Морзе; 3 - конус 1:5; 4 - цилиндрическое соединение с односторонним прижимом; 5 - конус 7:24
Рис. 4.40. Зависимость угла поворота 0/ от радиального зазора А, в соединении инструмента со шпинделем (вылет оправки 100 мм, Р^ = 1 кН):
1 - конус Морзе 4; 2 - хвостовик диаметром 40 мм в цанговом зажиме; 3 - конус 7:24 № 40, PQ = 9 кН;
4 - 0min Для цилиндрического соединения с односторонним прижимом винтами диаметром 48 мм (размеры -по ГОСТ 13876-87); 5 - конус Морзе 5; 6 - конус 7:24 № 50, Ро = 20 кН
где It - длина z-ro элемента вспомогательного инструмента, мм;
Ру ~ нагружающая сила, Н;
Ji - осевой момент сечения z'-го элемента, мм4;
0/ - величина угла поворота в z-м стыке, мкм/мм.
Для решения уравнений (4.56) и (4.58) необходимо знать зависимости let и 02 (см. рис. 4.38, б и в) от величин погрешностей изготовления возможных соединений СИ. Установлены такие зависимости от величин радиальных зазоров для 2е, (рис. 4.39) и 0Z (рис. 4.40).
На базе полученного математического аппарата и с помощью ЭВМ рассчитаны погрешности установки и деформации различных вариантов компоновок СИ, которые сравнены с аналитически полученными и допускаемыми значениями 2ez.
264 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
В результате определены размеры и допускаемые отклонения размеров, формы и взаимного расположения присоединительных поверхностей агрегатов СИ. Определены границы отклонений углов конусов, размеров цилиндрических отверстий и хвостовиков и относительного биения этих поверхностей.
Граничные значения размеров агрегатов СИ при заданных допускаемых отклонениях определены с учетом допускаемой податливости СИ, требований по ограничению его массы и опрокидывающего момента относительно автооператора станка при автоматической замене.
Установлено, что выполнение комплексной обработки корпусных деталей обеспечивается применением агрегатированного СИ, включающего базисные агрегаты с посадочным отверстием диаметром 20...50 мм для хвостовиков сменных модулей. Точность конусов базисных агрегатов - АТ4; цилиндрическое соединение сменных модулей для черновой обработки с базисными -H6/g5, относительное биение их присоединительных поверхностей -не более 0,005 мм. Требования чистовой обработки основных отверстий выполняются при соединении модулей по посадке H6/g5, относительном биении присоединительных поверхностей -не более 0,003 мм и точности конусов по АТ4.
Адекватность экспериментальных данных по точности и жесткости СИ аналитическим уравнением (4.56), (4.58) установлена при эксплуатации станков с ЧПУ. Исследованы статические характеристики величин биения и радиальных деформаций модульного и цельного СИ. Установлено, что расхождение рассчитанных значений и измеренных величин не превышает 9 %.
Существенным для сравнения вариантов систем инструментальной оснастки является трудоемкость финишных операций изготовления их элементов через сравнение допусков на присоединительные поверхности базисных агрегатов и сменных наладок.
Определение величин допусков на размеры, форму и взаимное расположение присоединительных поверхностей осуществляют путем преобразования уравнения (4.56) размерных цепей компоновок:
ОБОСНОВАНИЕ РАЗМЕРОВ СМЕННЫХ НАЛАДОК 265
1 I ”
V Ы
(4-59)
где еср - половина среднего допуска на звенья размерной цепи.
В качестве принимают половину допускаемого биения присоединительных поверхностей вспомогательного инструмента для конкретного вида режущего инструмента. Допускаемые значения этой величины определяются как биение оправки на вылете, рав-hqm расстоянию от присоединительной поверхности режущего инструмента до его режущих кромок. Значения Kt принимают по табл. 4.9.
Значения биения конического отверстия шпинделя е\ и нормированного перекоса е2 принимают в соответствии с требованиями технических условий на станки.
При количестве составляющих звеньев с однородными по величине допусками среди общего числа звеньев более 5 принимают = 1, что соответствует 0,27 % выхода величины замыкающего звена за допускаемые пределы.
4.9. Значение коэффициента Ki в зависимости от способа получения поверхности
Способ получения поверхности Вид поверхности Kt
Наружное шлифование в центрах Конус Морзе 1,17
Конус 7:24 1,51
Конус 1:5 1,37
Цилиндрическая 1,09
Внутреннее шлифование Конус Морзе 1,17
Конус 7:24 1,17
Конус 1:5 1,21
Цилиндрическая 1,09
Бесцентровое шлифование Конус Морзе 1,03
266 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Средние значения зазоров в цилиндрическом соединении, полностью выбираемых в одну сторону, рассчитывают по формуле:
Д = 1^.(8л+8г), (4.60)
где Kt - коэффициент рассеивания допуска при изготовлении цилиндрических деталей шлифованием;
8л - поле допуска отверстия;
8г - поле допуска вала.
В качестве примера ниже дан расчет допускаемых отклонений компоновки СИ, изображенной на рис. 4.41,
где - замыкающее звено размерной цепи (биение контрольной оправки-5);
ei - биение конического отверстия шпинделя /;
ег - биение шпинделя от перекоса осей;
е3 - биение базисного агрегата 2 от перекоса в коническом соединении со шпинделем;
ел - биение сменной наладки 3 или оправки от зазора в цилиндрическом соединении;
е5 - биение посадочного отверстия базисного агрегата;
е6 - биение сменной наладки 3 или режущего инструмента от перекоса в цилиндрическом или коническом соединении;
Рис. 4.41. Размерная цепь компоновки СИ, установленной на станке
ОБОСНОВАНИЕ РАЗМЕРОВ СМЕННЫХ НАЛАДОК 267
е-> - биение конического отверстия в сменной наладке 3;
е% - биение разрезной цанги 4 или режущего инструмента от перекоса в коническом соединении;
ед - биение цилиндрического отверстия в разрезной цанге 4.
Звенья 61, е4, е5, е7, ед являются векторами биений, не зависящими от вылета, а збенья е2, е3, е6, е8 - векторами перекосов, которые необходимо учитывать при изменении вылета инструмента.
Передаточные отношения при составляющих звеньях размерных цепей характеризуют степень и направленность влияния составляющего звена на замыкающие. Для определения передаточных отношений в размерной цепи для векторов перекосов следует учитывать размеры вылетов агрегатов компоновки СИ.
В связи с тем, что передаточные отношения векторов перекосов в плоскости замыкающего звена могут быть интерпретированы как биения, а биения являются величиной сугубо положительной, то все передаточные отношения в рассматриваемой размерной цепи имеют положительные значения.
В рассматриваемом примере уравнение размерной цепи имеет общий вид:
= 6j + ^2^2 + ^3^3 + ^4 + + '^6^6 + ^7 + ^8^8 + ’ (4-61)
me A _k+h+l3+14 . л _l\+l2+h+l4 .
где л2-------- , л3 - - ,
1и2 ‘нЗ
/н - величина вылета, на котором нормируется величина соответствующих перекосов.
Анализ среднего значения допуска оставляющего звена с учетом габаритов и характера размеров компоновок, предполагаемых технологических процессов изготовления базисных агрегатов и сменных наладок, показывает, что достижение заданной точности возможно без компенсирующих звеньев методом взаимозаменяемости.
268 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Уравнение размерной цепи:
=^-^AiKiel)2 +(А2К2е2)2 + (А3К3е3)2 +(А4К4е4)2 +
-+ + (А5К5е5)2 +(А6К6е6)2 +{А1К2е1)2 +{А,К^)2 +{А9К9е9)2
(4.62) где - коэффициент относительного рассеивания величины замыкающего звена ед
К, - коэффициент относительного рассеивания z-ro звена (см. табл. 4.9). Если принять, что е3 = е4 = е5 = е6 = е7 = е% = е9 = еср (где вер - среднее значение допуска), то с учетом того, что Аг = Л4 = А5 = = Ai = Ад = Г, получается:
ех = -Ц/(К^)2 +(А2К2е2)2 +е2р[(А3К3)2 +К42 +К2 + ->
^У /л ллч
->+(Ш +к2(а3к&)2 +^72].
Номинальные размеры и допускаемые отклонения составляющих звеньев е\ и е2 определяют по техническим нормам на металлорежущие станки. Параметры режущих инструментов определяют по государственным и отраслевым стандартам (табл. 4.10). Сведения для расчета размерной цепи компоновки СИ приведены в табл. 4.11.
4.10. Вылеты режущего инструмента, мм
Вид инструмента с цилиндрическим хвостовиком Диаметр Вылет
Сверло 6...18 152...221
Зенкер 6...94 60...75
Развертка 10...20 60...75
4.11. Сведения для расчета размерной цепи компоновки (см. рис. 4.41)
Звено размерной цепи Передаточное отношение Заданные размеры, мм Нормированная величина вылета Заданное допускаемое отклонение, мм Технологическая операция Коэффициент рассеивания Кг
- — — 0,055 Сборка 1,о
ei Л1 = 1,0 — — 0,006 1,1
е2 А2= 1,67 1 = 250 150 0,001 1,17
е3 Из = 2,5 L = 250 100 - 1,57
е4 Л4= 1,0 — — — 1,09
е5 л = 1,0 — — - Шлифование 1,09
^6 Л =1,5 1з + h + 50 100 — 1,09
^7 ^7= 1,0 — — — 1,17
е* л = 0,5 /з + Д = 50 100 — 1,37
в9 Л9 = 1,0 — — - 1,09
ОБОСНОВАНИЕ РАЗМЕРОВ СМЕННЫХ НАЛАДОК 269
270 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
По формуле (4.63) вычисляют среднее значение допуска вер, которое корректируют исходя из равной сложности обеспечения допусков в условиях крупносерийного производства. Характер сложности определяют экспертным путем.
Пример процесса корректировки допусков и установки их окончательных значений приведен в табл. 4.12.
Зависимость 2е, от радиального зазора Д( - см. рис. 4.39. Проверочный расчет величины замыкающего звена при откорректированных допусках должен показать, что она не превышает заданных значений.
4.12. Корректировка допусков
Звено размерной цепи Среднее значение допуска, мкм Значение допусков 1-я попытка 2-я попытка
мкм степень точности мкм степень точности мкм степень точности
ез 13,39 13,39 АТ8 2,6 АТ6 2,6 АТ6
е4 13,39 Н5 Ь4 32 Н6 g5 38 Н7 g6
е5 13,39 — 20 — 15 —
е6 13,39 Н9 h9 6,4 Н6 g5 6,8 Н7 g6
ei 13,39 — 15 — 15 —
е* 13,39 АТ9 10 АТ7 10 АТ7
eg 13,39 — 15 — 15 —
ОБОСНОВАНИЕ РАЗМЕРОВ СМЕННЫХ НАЛАДОК 271
Рис. 4.42. Допуски на присоединительные поверхности:
1 - допуски на угол конуса; 2 - допуски на радиальный зазор (цилиндрическая посадка); 3 - допуски на неконцентричность
С учетом того, что в пределах полей допусков на угловые отклонения приняты максимальные значения биений в плоскости замыкающего звена, можно считать, что процент выхода за пределы поля допуска не превышает 0,27 %. Такой риск вполне допустим с учетом практических требований к обработке.
Значения допусков, в зависимости от вылета цельного и сборного инструмента, показаны на рис. 4.42.
Из размерного анализа следует, что ряд цельных конструкций СИ, такие, как оправки для насадных разверток, втулки для сверл, зенкеров и разверток с коническим хвостовиком и однолезвийные оправки для предварительного растачивания могут быть изготовлены с биением присоединительных поверхностей до 0,045 мм на вылете вспомогательного инструмента до 200 мм.
Пределы допускаемого биения оправок требуемой длины для торцовых фрез и для чистового растачивания должны быть ограничены величиной 0,005...0,01 мм. Допускаемые длины чернового инструмента в 1,5...2 раза превышают необходимые длины для обработки.
272 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Эти данные объясняют, почему в установленных опытным путем практических способах базирования и закрепления инструмента на станках с ручным управлением применяются переходные втулки. Однако при этом оговаривается, что недопустимо использовать переходные втулки при работе отделочным инструментом.
Таким образом, большую часть конструкций инструмента для автоматизированного оборудования возможно сделать сборным (агрегатированным), определив при этом границу экономической целесообразности применения таких конструкций.
В предположении, что различные компоновки различных систем инструментальной оснастки могут обеспечить выполнение требований к точности обработки в неодинаковой степени, необходимо решать задачу, какому варианту системы следует отдать предпочтение.
Создание систем инструментальной оснастки является оптимизационной задачей. Эта задача может быть решена путем наложения ограничений на размеры и допускаемые отклонения присоединительных поверхностей СИ из условия выполнения требований к качеству обработки.
Существующие исследования влияния основных геометрических и конструктивных параметров режущего инструмента на качество обработки позволят получить количественные зависимости, характеризующие взаимосвязь точности обработки и биения режущих кромок из-за погрешностей установки инструмента. Установлены требования к биению патронов и втулок в сборе со шпинделем станка: для сверл - 0,1...0,14 мм, зенкеров и разверток диаметром до 50 мм - 0,06...0,08 мм. Для условий сверления основных конструкционных материалов необходимо применять СИ, обеспечивающий биение сверл не более 0,055...0,060 мм. Биение посадочных поверхностей при креплении концевых фрез необходимо выдерживать в пределах 0,012 мм.
Обобщение требований к биению режущих кромок позволяет определить значения замыкающего звена 2es (табл. 4.13). Ограничение радиальной податливости позволяет оценить степень соответствия компоновок СИ задаче достижения требуемого качества обработки и могут служить основой для расчетов размеров его
ОБОСНОВАНИЕ РАЗМЕРОВ СМЕННЫХ НАЛАДОК 273
консольных участков и сечений составляющих элементов, величин зазоров в соединениях, определяющих значения упругих перемещений. Например, при контурном фрезеровании концевыми фрезами диаметром 6...20 мм удовлетворительные результаты получаются при податливости в радиальном направлении 0,2 мм/кН. Указанные ограничения приведены в табл. 4.14.
4.13. Требования к биению режущих кромок режущего инструмента
Закрепляемый инструмент Биение 2es, мм
Сверла с цилиндрическим хвостовиком диаметром 6...18 мм 0,055
Сверла с коническим хвостовиком диаметром 18...30 мм 0,060
Зенкеры и развертки диаметром до 50 мм 0,060
Зенкеры и развертки диаметром до 120 мм 0,070
Фрезы концевые диаметром 5.. .40 мм 0,010
Фрезы дисковые и торцовые 0,020
Расточные резцы для получистовой обработки 0,030
Расточные резцы для чистовой обработки отверстий 0,005
4.14. Предельные значения податливости режущего инструмента
Закрепляемый инструмент Податливость Зв, мм/кН
Сверла с цилиндрическим хвостовиком диаметром 6... 18 мм 0,28
Сверла с коническим хвостовиком диаметром 18...30 мм 0,18
Развертки диаметром до 50 мм 0,5
274 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Окончание табл. 4.14
Закрепляемый инструмент Податливость Зв, мм/кН
Двузубые головки и развертки диаметром свыше 50 мм 0,7
Фрезы концевые диаметром 6.. .20 мм 0,2
То же, диаметром 20.. .40 мм 0,1
Фрезы дисковые и торцовые диаметром 80...160 мм 0,1
Расточные оправки для черновой обработки диаметром свыше 50 мм 0,28
Расточные оправки для получистовой обработки отверстий диаметром 20.. .40 мм 0,25
То же, диаметром 40.. .90 мм 0,17
То же, диаметром 90... 180 мм 0,11
Расточные оправки для чистовой обработки отверстий диаметром 40.. .90 мм 0,12
То же, диаметром 90... 180 мм 0,07
Пример расчета предельного вылета /2 компоновки для базирования и закрепления спирального сверла (см. рис. 4.41):
5 ДА+/2+/3+/4)3 , (/г+'з+М3 , (G+/4)3 ! П , в 3EJ, 3EJ2 3EJ3 ец
(4.64)
WA +/2 +/3 +/4)2 +'з +/4)2 +Мз +Л)2 +М-
Данные для расчета приведены в табл. 4.15. Соотношения между значениями допусков зазора А, и 0г определяются по рис. 4.40.
Проверочный расчет величины податливости Зв компоновки СИ должен показать, что она не превышает предельных значений (см. табл. 4.14).
ОБОСНОВАНИЕ РАЗМЕРОВ СМЕННЫХ НАЛАДОК 275
4.15. Определение вылета СИ со спиральным сверлом (см. рис. 4.41)
Параметр Вариант
1 2 3 4
Исходные значения
(Ц, мм 6 1 [8
Л, ММ4 6,48-103 5,25-Ю3
Ц, мм 40 150
о4, Ю'5 (н-м)’1 1,03 0,39
мм 10
Уз, мм4 12,8-104
/з, мм 10
04,10~5 (Н-м)-1 0,19
й?2, ММ 32 44 32 44
Ji, мм4 5,24-104 18,74-104 5,24-104 18,74-104
d\, мм 36 48 36 48
02,10'5 (Н-м)’1 0,41 0,14 0,41 0,14
Di, мм 69,85
5\, мм4 119,02-104
0ь Ю’5 (Н-м)’1 0,02
Зв, мм/кН 0,28 0,18
Рассчитанные значения
1\, мм Предельно допускаемый вылет /2
75 120 245 110 205
105 120 205 ПО 170
160 110 190 105 155
200 90 170 85 140
276 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Рис. 4.43. Допускаемый вылет компоновок при закреплении сверл за цилиндрический хвостовик
Рис. 4.44. Допускаемый вылет компоновок при закреплении концевых фрез за цилиндрический хвостовик
Аналогично по критериям точности и податливости могут быть проанализированы размеры и допуски различных компоновок СИ. Анализ полученных данных показывает, что с точки зрения точности закрепления возможно использовать агрегатирован-ные конструкции, за исключением торцовых фрез и расточных оправок для чистовой обработки отверстий. Агрегатированный СИ может быть конструктивно реализован из базисных агрегатов и сменных наладок.
Другим критерием при оценке компоновок является соответствие рабочему пространству оборудования.
По указанным выше критериям рассчитаны вылеты компоновок СИ. Результаты расчетов приведены на рис. 4.43-4.50; обозначены зависимости для компоновок: 7 - на базе цилиндрического соединения с односторонним прижимом винтами; 2 - на базе цангового патрона; 3 - с конусом Морзе; 4 - цельные оправки.
Для крепления сверл, фрез и других инструментов с цилиндрическим хвостовиком наиболее целесообразной является компоновка типа 2 (рис. 4.43 и 4.44). Это объясняется тем, что в такой схеме отпадает необходимость в дополнительном цилиндрическом соединении, так как оно образуется непосредственно между цангой и хвостовиком режущего инструмента.
ОБОСНОВАНИЕ РАЗМЕРОВ СМЕННЫХ НАЛАДОК 277
Рис. 4.45. Допускаемый вылет компоновок при закреплении концевых фрез с конусами Морзе
Рис. 4.46. Допускаемый вылет компоновок при закреплении сверл с конусами Морзе
Для крепления концевых фрез с коническим хвостовиком целесообразна компоновка типа 3 с конусами Морзе (рис. 4.45). При креплении других инструментов целесообразно остановить выбор на компоновках типа 1 (рис. 4.46) на базе цилиндрического соединения с односторонним расположением крепежных элементов, сменные наладки которых взаимозаменяемы для станков различных конструкций и имеют достаточный вылет.
Сравнение вариантов компоновок расточного инструмента показывает преимущество цилиндрического соединения с односторонним прижимом винтами перед другими соединениями в части обеспечения необходимого вылета компоновок расточного инструмента от торца шпинделя станка (рис. 4.47). Компоновки инструмента для чернового растачивания отверстий диаметром до 90 мм обеспечивают вылеты в 1,2...2,3 раза больше, чем другие компоновки, если они выполнены на базе цилиндрических соединений с односторонним прижимом винтами (рис. 4.48).
Компоновки сборного инструмента для чистовой обработки во всем диапазоне диаметров обрабатываемых отверстий не дают преимуществ перед цельными (рис. 4.49). Аналогичная картина наблюдается при сравнении вариантов крепления торцовых фрез (рис. 4.50).
278
Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Рис. 4.47. Допускаемый вылет компоновок для растачивания
Рис. 4.48. Допускаемый вылет компоновок для чернового растачивания
Рис. 4.49. Допускаемый вылет компоновок для чистового растачивания
Рис. 4.50. Допускаемый вылет компоновок для торцовых фрез
Полученные зависимости показывают, что в качестве основного способа крепления режущего инструмента на многооперационных станках с ЧПУ целесообразно использовать сборные компоновки инструмента, например, на базе цилиндрического соединения. При этом достаточно иметь один базисный агрегат с конусом 40 одной длины и два базисных агрегата с конусом 50 двух длин: короткий и удлиненный.
Расточные оправки для предварительной обработки отверстий с диаметром рабочей части сменных наладок до 50 мм включи
ВЫБОР БАЗИСНОГО АГРЕГАТА СИСТЕМЫ
279
тельно целесообразно делать составными, а с рабочей частью диаметром свыше 50 мм - цельными.
Сменные наладки типа переходных втулок, оправок для насадного инструмента и ряда других целесообразно разделить на короткие и Длинные. В базисных агрегатах с конусами 40 и 50 следует устанавливать взаимозаменяемые сменные наладки с одинаковым диаметром наружной цилиндрической поверхности. Оправки для чистового растачивания и для торцовых насадных фрез необходимо делать цельными с повышенными требованиями хвостовиков.
4.3. ВЫБОР БАЗИСНОГО АГРЕГАТА СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
От правильного выбора конструкции базисного агрегата зависит эффективность системы инструментальной оснастки. К основным параметрам эффективности относятся:
а) время обслуживания (среднее) в системе инструментального обеспечения участка комплектами инструмента, мин/компоновка;
б) диапазон размеров деталей, обрабатываемых набором сменных наладок без перехода на другой базисный агрегат, мм;
в) коэффициент использования возможностей станка, определяемый отношением максимально допускаемого вылета компоновок к максимальному определяемому характеристикой станка, %;
г) себестоимость изготовления дополнительных сменных наладок в условиях инструментального цеха, руб;
д) моменты закрепления и раскрепления инструмента, Н-м;
е) собственный дисбаланс, г-м;
ж) биение инструмента в сборе, мм;
з) жесткость, мм/кН;
и) стоимость оборудования для сборки компоновок, руб.
Рассмотренные выше базисные агрегаты можно сравнивать между собой при одинаковых размерах (рис. 4.51-4.53).
280 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Рис. 4.51. Основные типы базисных агрегатов (начало):
а - цанговый патрон; б - конус Морзе; в - боковой прижим винтом; г - гидравлический патрон; д - патрон с "термозажимом"
ВЫБОР БАЗИСНОГО АГРЕГАТА СИСТЕМЫ
281
Рис. 4.51. Окончание
Рис. 4.52. Зависимость стойкости инструмента от его биения: а-д-см.рис. 4.51
Биение, мкм
282
Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Диаметр хвостовика инструмента, мм
Рис. 4.53. Зависимость крутящего момента Мкр от диаметра закрепленного хвостовика
Сравнение патронов "TRIBOS-R" с патронами с "термозажимом" показывает, что необходимое для эксплуатации патрона "TRIBOS-R" зажимное устройство полностью автономно и не требует подведения энергии от внешнего источника. Отпадает также необходимость в охлаждающем устройстве и внешнем накопителе. В одном и том же инструментальном патроне можно закреплять твердосплавные и быстрорежущие инструменты, а передаваемые ими крутящие моменты значительно превосходят требуемые для обработки. В отличие от цангового патрона в системе "TRIBOS-R" отсутствуют подвижные детали, что делает ее механически нечувствительной, крепление является полностью безызносным и не требует проведения каких-либо операций по поддержанию этой системы в исправности. Еще одним положительным свойством системы "TRIBOS-R" является то, что зажимное устройство выполнено цельным и симметричным.
Деформация многоугольного профиля (см. рис. 4.37) происходит так же, как и у гидравлического разжимного патрона в границах упругой деформации стали, ниже границы предела текучести, что исключает появление структурных изменений.
Связанные с внедрением патронов "TRIBOS-R" первоначальные инвестиции на 30...50 % ниже, чем при внедрении системы
ВЫБОР БАЗИСНОГО АГРЕГАТА СИСТЕМЫ
283
"термозажима", а по сравнению с другими системами, не нуждающимися в специальных зажимных устройствах, система "TRIBOS-R" в связи с небольшой ценой патрона окупается после внедрения первых 6 патронов.
Сравнение патрона "TRIBOS-R", патрона с односторонним прижимом винтами и патрона с "термозажимом" показало, что система "TRIBOS-R" обеспечивает большую стойкость режущего инструмента при черновой обработке (табл. 4.16).
Серьезным недостатком патронов "TRIBOS-R" является уникальность технологии их изготовления, что не позволяет воспроизводить их в цехах инструментальных предприятий.
Положительной чертой патрона "Coro Grip" является то, что в нем можно закреплять хвостовики с более широкими допусками Т, чем в других патронах, вплоть до Н7.
4.16. Сравнение патронов разных конструкций
Параметр Патрон
"TRIBOS-R" с односторонним зажимом с "термозажимом"
Длина патрона, % 100 77,7 102,8
Стойкость инструмента, выраженная длиной резания, % 100 55,0 77,7
Жесткость 100 88,2 95,8
Величина, обратная моменту инерции 100 50,8 48,1
Очень важной характеристикой патронов в современных условиях обработки на станках с ЧПУ являются их габариты. Это связано с тем, что высокоскоростная обработка в основном ведется твердосплавными концевыми фрезами и сверлами диаметром 8... 16 мм, собственный вылет которых составляет 32... 150 мм. В то же время, комплексная обработка требует жесткого закрепления инструмента в труднодоступных местах (рис. 4.54).
Система сменных наладок, закрепляемых с помощью "термозажима" (табл. 4.17), позволяет удлинять инструмент практически до любой необходимой длины с высокой жесткостью.
284 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Рис. 4.54. Обработка в труднодоступных местах: а и б - концевыми фрезами; в - сверлами
4.17. Основные размеры сменных наладок для патрона с "термозажимом", мм
dx 4?2 dy /1 d\ й?2 dy /1
12 8 3;4 160 25 19 8 160
16 10 3;4;5;6 20 10; 12; 14
22 16
20 14 5; 6; 8 32 27 10; 12; 14; 16; 20
Обобщение информации о базисных агрегатах (патронах) позволяет дать им сравнительную оценку (табл. 4.18).
4.18. Сравнительная оценка базисных агрегатов
Оцениваемый параметр Вариант базисного агрегата
Цанговый патрон Конус Морзе Боковой прижим Гидравлический патрон "Термо-зажим"
Время обслуживания (среднее) в системе инструментального обеспечения участка комплектами инструмента, мин/компоновка 8 1 12 0,67 8 1 8 1 8 1
Момент усилия сборки-разборки (средний) на участке подготовки инструмента к работе и его хранения, кН м 0,8 0,5 1,1 0,36 0,4 1 0,4 1 0.4 1
Габариты, определяющие емкость инструментальных магазинов, мм 98 1,23 80 1 80 1 85 1,06 50 0,63
Диапазон размеров, обрабатываемых комплектом сменных наладок без перехода на другую систему закрепления, мм 50 3,57 14 1 14 1 14 1 14 1
Использование возможностей станка (отношение максимально допускаемого вылета компоновки к максимальному, определяемому характеристикой станка), % 91 0,91 84 0,84 100 1 91 0,91 100 1
ВЫБОР БАЗИСНОГО АГРЕГАТА СИСТЕМЫ 285
Окончание табл. 4.18
Оцениваемый параметр Вариант базисного агрегата
Цанговый патрон Конус Морзе Боковой прижим Г идравли-ческий патрон "Термо-зажим"
Величина, обратная себестоимости изготовления элементов, входящих в компоновку без режущего инструмента, компоновка/руб 1/3560 0,49 1/1500 1,09 1/1750 1 1/4500 0,39 1/1000 1,75
Дисбаланс, г мм 2.5 3,2 2.0 4 8 1 2.0 4 1.5 5,33
Биение закрепленных оправок, мм 0.0215 0,84 0.0245 0,74 0.018 1 0.005 3,6 0,003 6,0
Податливость, мкм/кН 84 1,33 278 0,4 112 1 84 1,33 40 2,8
Стоимость оборудования, тыс. руб 20 0,25 10 0,5 5 1 40 0,13 60 0,08
Итого: 13,32 10,6 10,0 13,36 23,59
Примечания:
1. В числителе показана абсолютная величина параметра, в знаменателе - относительная, отнесенная к параметру базисного агрегата с боковым прижимом.
2. Итоговая оценка определяется суммой относительных величин параметров.
Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
ВЫБОР БАЗИСНОГО АГРЕГАТА СИСТЕМЫ
287
Как следует из табл. 4.18, наилучшие эксплуатационные показатели имеет система инструментальной оснастки, основанная на патроне с "термозажимом". Такая система эффективна, если на нее переходит все инструментальное хозяйство участка из станков с ЧПУ.
На Ивановском заводе тяжелого станкостроения разработана и серийно выпускается система инструментальной оснастки с хвостовиками HSK. (рйс. 4.55). Система включает в себя: цанговые патроны 1 (табл. 4.19) со смещенными цангами 8; переходные втулки 2 для инструмента с конусом Морзе (табл. 4.20); оправки 3 для торцовых фрез (табл. 4.21); оправки 4 для торцовых и дисковых фрез с продольной шпонкой (табл. 4.22); державки 5 для инструмента с хвостовиками типа "Weldon" (табл. 4.23) и "Whistle-Notch" (табл. 4.24); оправки 6 для насадного расточного инструмента (табл. 4.25), на которых закрепляются головки 9 расточные черновые (табл. 4.26) и головки 10 расточные микроборные (табл. 4.27). Для нарезания резьбы метчиками в систему добавлены резьбонарезные патроны 7 (рис. 4.56) и резьбонарезные головки / / быстросменные с предохранительной муфтой (табл. 4.28). Для подвода СОЖ от шпинделя через инструмент служат трубки (табл. 4.29), которые устанавливаются в полые хвостовики HSK с помощью специальных ключей (табл. 4.30). Последние две позиции на рис. 4.55 не показаны.
4.19. Патроны цанговые, мм
HSK-A d D 1
63 2...12 42 100
63 5...25 63 120
80 2...12 42 100
80 5...25 63 120
80 20...40 85 150
100 2...12 42 ПО
288 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Рис. 4.55. Система инструментальной оснастки "ИНТЕХНО-ИЗТС" с хвостовиком HSK-A
Рис. 4.56. Патрон резьбонарезной 6162-7018
ВЫБОР БАЗИСНОГО АГРЕГАТА СИСТЕМЫ
289
4.20. Втулки переходные для инструмента с конусом Морзе, мм
HSK-A
г Q
й ь Л*-"**”*^
‘ L
HSK-A Обозначение Конус Морзе D А L
6103-7095 1 25 100 74
50 6103-7095-02 2 32 120 94
6103-7095-04 3 40 140 114
6103-7096 1 25 100 74
6103-7096-02 2 32 120 94
О -3 6103-7096-04 3 40 140 114
6103-7096-06 4 48 160 134
6103-7097 1 25 110 81
6103-7097-02 2 32 120 91
100 6103-7097-04 3 40 150 121
6103-7097-06 4 48 170 141
6103-7097-08 5 63 200 171
4.21. Оправки для торцовых фрез, мм
Б(увеличено)
290 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Окончание табл. 4.21
HSK-A Обозначение D А А D3 А L М Ключ зажимной
50 6222-7103 16 40 - - 50 17 - 7811-7047
6222-7103-02 22 50 60 19
6222-7103-04 27 60 21 7811-7046
6222-7103-06 32 70 24
63 6222-7101 16 40 50 17 7811-7047
6222-7101-02 150
6222-7101-04 22 50 50 19
6222-7101-06 150
6222-7101-08 27 60 60 21 7811-7046
6222-7101-10 160
6222-7101-12 32 78 60 24
6222-7101-14 160
6222-7101-16 40 89 66,7 60 27 М12 7811-7045
6222-7101-18 160
100 6222-7102 16 40 — 50 17 - 7811-7047
6222-7102-02 45 160
6222-7102-04 22 50 — 50 19
6222-7102-06 55 160
6222-7102-08 27 60 — 50 21 7811-7046
6222-7102-10 72 160
6222-7102-12 32 78 — 50 24
6222-7102-14 82 160
6222-7102-16 40 89 — 60 27 7811-7045
6222-7102-18 82 66,7 160 М12
6222-7102-20 50 98 - - 70 30 —
6222-7102-22 60 130 101,6 М16 7812-0381 (14)
ВЫБОР БАЗИСНОГО АГРЕГАТА СИСТЕМЫ
291
4.22.Оправки для торцовых и дисковых фрез с продольной шпонкой, мм
HSK-A HSK-A
HSK-A Обозначение D А d2 А А, L Ключ зажимной
50 6229-7010 16 32 — 50 40 17 7811-7047
6229-7010-02 40 100 90
6229-7010-04 22 40 — 50 38 19
6229-7010-06 100 88
6229-7010-08 27 48 65 53 21 7811-7046
6229-7010-10 100 88
6229-7010-12 32 58 65 51 24
6229-7010-14 100 86
63 6229-7008 16 32 60 50 17 7811-7047
6229-7008-02 40 100 90
6229-7008-04 48 160 150
6229-7008-06 22 40 — 60 48 19
6229-7008-08 100 88
6229-7008-10 52 160 148
6229-7008-12 27 48 — 60 48 21 7811-7046
6229-7008-14 100 88
6229-7008-16 52 160 148
292
Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Окончание табл. 4.22
HSK-A Обозначение D Dx d2 A Ax L Ключ зажимной
63 6229-7008-18 32 58 — 60 46 24 7811-7046
6229-7008-20 100 86
6229-7008-22 160 146
6229-7008-24 40 70 70 56 27 7811-7045
6229-7008-26 100 86
6229-7008-28 160 146
100 6229-7009 16 32 60 50 17 7811-7047
6229-7009-02 40 100 90
6229-7009-04 22 40 — 60 48 19
6229-7009-06 48 100 88
6229-7009-08 27 48 — 60 48 21 7811-7046
6229-7009-10 56 100 88
6229-7009-12 32 58 — 60 46 24
6229-7009-14 100 86
6229-7009-16 40 70 70 56 27 7811-7045
6229-7009-18 100 86
6229-7009-20 50 90 80 64 30
4.23. Державки для инструментов с хвостовиками типа "Weldon" (Form В DIN 1835, Form НВ DIN 6335), мм
HSK-A
ВЫБОР БАЗИСНОГО АГРЕГАТА СИСТЕМЫ
293
Продолжение табл. 4.23
HSK-A Обозначение D D\ d2 А L L\ Ключ зажимной
50 6104-7077 6 25 — 65 — 35 7812-7072 (3)
6104-7077-02 18 34 120 70
6104-7077-04 8 28 — 65 — 7812-0373 (4)
6104-7077-06 22 35 120 70
6104-7077-08 10 35 — 65 — 39 7812-0374(5)
6104-7077-10 30 41 120 65
6104-7077-12 12 42 80 — 44 7812-0375 (6)
6104-7077-14 35 41 120 65
6104-7077-16 14 44 - 80
6104-7077-18 120
6104-7077-20 16 48 80 47 7812-0377 (8)
6104-7077-22 120
6104-7077-24 18 50 80
6104-7077-26 120
6104-7077-28 20 52 80 49 7812-0378(10)
6104-7077-30 120
6104-7077-32 25 65 105 54
63 6104-7078 6 25 65 35 7812-7073 (3)
6104-7078-02 8 28 7812-0373 (4)
6104-7078-04 10 35 39 7812-0374 (5)
6104-7078-06 12 42 80 44 7812-0375(6)
6104-7078-08 14 44
6104-7078-10 16 48 80 47 7812-0377 (8)
6104-7078-12 18 50
6104-7078-14 20 52 49 7812-0378(10)
6104-7078-16 25 65 НО 54
6104-7078-18 32 72 58 7812-0379(12)
294 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Окончание табл. 4.23
HSK-A Обозначение D D\ d2 А L L\ Ключ зажимной
100 6104-7079 6 25 48 80 40 35 7812-0372 (3)
6104-7079-02 120 70
6104-7079-04 18 160 ПО
6104-7079-06 8 28 50 80 40 7812-0373 (4)
6104-7079-08 120 70
6104-7079-10 22 160 НО
6104-7079-12 10 35 58 80 40 39 7812-0374 (5)
6104-7079-14 120 70
6104-7079-16 30 160 95
6104-7079-18 12 42 64 80 40 44 7812-0375 (6)
6104-7079-20 120 70
6104-7079-22 35 160 90
6104-7079-24 14 44 66 80 40
6104-7079-26 120 80
6104-7079-28 160 110
6104-7079-30 16 48 70 100 38 47 7812-0377 (8)
6104-7079-32 42 160 90
6104-7079-34 18 50 72 100 40
6104-7079-36 160 90
6104-7079-38 20 52 - 100 — 49 7812-0378(10)
6104-7079-40 45 65 160 90
6104-7079-42 25 65 - 100 — 54
6104-7079-44 160
6104-7079-46 32 72 100 58 7812-0379(12)
6104-7079-48 160
4.24. Державки для инструментов с хвостовиками типа Whistle-Notch" (Form Е DIN 1835, Form НЕ DIN 6535), мм
HSK-A Обозначение D Г>1 о2 А L Ключ регулировочный Ключ зажимной
50 6104-7074 6 25 — 80 38 — 7811-7089(3) 7812-0372 (3)
6104-7074-02 34 120 70
6104-7074-04 8 28 — 80 — 7812-0373 (4)
6104-7074-06 37 120 70
6104-7074-08 10 35 — 80 42 — 7811-7089-02(3) 7812-0374(5)
6104-7074-10 120
6104-7074-12 12 42 90 47 7811-7089-04 (5) 7812-0375 (6)
6104-7074-14 120
6104-7074-16 14 44 90
6104-7074-18 120
6104-7074-20 16 48 90 50 7811-7089-06(6) 7812-0377(8)
6104-7074-22 120
ВЫБОР БАЗИСНОГО АГРЕГАТА СИСТЕМЫ
о
Продолжение табл, 4.24
HSK-A Обозначение D dx О2 А Ц L Ключ регулировочный Ключ зажимной
50 6104-7074-24 18 50 - 90 50 - 78(1-7089-06(6) 7812-0377 (8)
6104-7074-26 120
6104-7074-28 20 52 100 52 7811-7089-08 (8) 7812-0378(10)
6104-7074-30 120
6104-7074-32 25 65 ПО 58
6104-7074-34 32 72 120 61 7812-0379(12)
63 6104-7075 6 25 80 38 7811-7089(3) —
6104-7075-02 8 28 7812-0373 (4)
6104-7075-04 10 35 42 7811-7089-02 (4) 7812-0374 (5)
6104-7075-06 12 42 90 47 7811-7089-04 (5) 7812-0375 (6)
6104-7075-08 14 44
6104-7075-10 16 48 100 50 7811-7089-06(6) 7812-0377(6)
6104-7075-12 18 50
6104-7075-14 20 52 52 7811-7089-08 (8) 7812-0378(10)
6104-7075-16 25 65 ПО 58
6104-7075-18 32 72 61 7812-0379(12)
100 6104-7076 6 25 47 90 38 40 7811-7089(3) 7812-0372 (3)
6104-7076-02 42 120 70
Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Окончание табл, 4,24
HSK-A Обозначение D Di d2 А £1 L Ключ регулировочный Ключ зажимной
100 6104-7076-04 8 28 50 90 38 40 7811-7089(3) 7812-0373 (4)
6104-7076-06 45 120 70
6104-7076-08 10 35 57 90 42 40 7811-7089-02(4) 7812-0374(5)
6104-7076-10 52 120 70
6104-7076-12 12 42 64 100 47 40 7811-7089-04(5) 7812-0375 (6)
6104-7076-14 56 160 ПО
6104-7076-16 14 44 66 100 40
6104-7076-18 55 160 90
6104-7076-20 16 48 70 100 50 40 7811-7089-06(6) 7812-0377 (8)
6104-7076-22 60 160 ПО
6104-7076-24 18 50 — 100 —
6104-7076-26 66 160 90
6104-7076-28 20 52 — ПО 52 — 7811-7089-08 (8) 7812-0378(10)
6104-7076-30 65 160 100
6104-7076-32 25 65 — 120 58 —
6104-7076-34 160
6104-7076-36 32 72 120 61 7812-0379(12)
6104-7076-38 160
ВЫБОР БАЗИСНОГО АГРЕГАТА СИСТЕМЫ
298 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
4.25. Оправки для насадного расточного инструмента, мм
HSK-A Обозначение D А d
50 6306-7147 32 150 22
6306-7147-02 40 100
6306-7147-04 200
6306-7147-06 50 160 32
6306-7147-08 6306-7147-10 200
63 6306-7145 32 100 22
6306-7145-02 200
6306-7145-04 40 250
6306-7145-06 50 175 32
100 6306-7146 32 100 22
6306-7146-02 160
6306-7146-06 40 200
6306-7146-08 250
6306-7146-12 50 250 32
6306-7146-14 300
ВЫБОР БАЗИСНОГО АГРЕГАТА СИСТЕМЫ
299
4.26. Головки расточные черновые, мм
L
Обозначение Д>бр D d L Применяемые резцы
6314-7016 35...45 22 32 75 2146-7121 ВК8 2146-7121-02 Т5К10
6314-7017 45...62 40 2146-7122 ВК8 2146-7122-02 Т5К10 2142-0174 Т5К10 2142-0174 ВК8
6314-7018 60...75 32 50 100 2146-7123 ВК8 2146-7123-02 Т5К10 2146-7124 ВК8 2146-7124-02 Т5К10
6314-7019 70... 100 63 2146-7125 ВК8 2146-7125 Т5К10 2142-0444 ВК8 2142-0444 Т5К10
6314-7020 95...130 50 80 122 2146-7126 ВК8 2146-7126 Т5К10 2146-7127 ВК8 2146-7127 Т5К10
6314-7021 125...180 100 2146-7128 ВК8 2146-7128 Т5К10 2142-0454 ВК8 2142-0454 Т5К10
4.27. Головки расточные микроборные, мм
Обозначение ^обр D d L Вставка резцовая Применяемые резцы
6314-7034 50... 70 22 45 80 6316-7056 2146-7060 ВКЗ-М 2146-7060-01 Т30К4 08x25 ТУ2.035.811-81 2146-7063 ВКЗ-М 2146-7063-01 Т30К4 08x35 ТУ2.035.811-81
6314-7035 70... 95 32 50 96 6316-7058 2146-7062 ВКЗ-М 2146-7062-01 Т30К4 012x35 ТУ2.035.811-81 2146-7065 ВКЗ-М 2146-7065 Т30К4 012x45 ТУ2.035.811-81
Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Обозначение -Ообр D d L
6314-7036 95...120 32 63 ПО
6314-7037 115...150 75 125
6314-7038 145...180 50 100 130
Окончание табл. 4.27
Вставка резцовая Применяемые резцы
6316-7065 2146-7065 ВКЗ-М 2146-7065-01 Т30К4 012x45 ТУ2.О35.811-81 2146-7058 ВКЗ-М 2146-7058-01 Т30К4 012x55 ТУ2.О35.811-81
6316-7068 2146-7066 ВКЗ-М 2146-7066-01 Т30К4 016x70 ТУ2.035.811-81 2146-7067 ВКЗ-М 2146-7067-01 Т30К4 016x90 ТУ2.035.811-81
ВЫБОР БАЗИСНОГО АГРЕГАТА СИСТЕМЫ
302 Глава 4. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
4.28. Головки резьбонарезные быстросменные с предохранительной муфтой, мм
Нарезаемая резьба Обозначение D □а D\ L
М3 6162-7018-2 3,15 2,5 28 42
М4 6162-7018-2-02 4,0 3,15
М5 6162-7018-2-04 5,0 4,0
Мб 6162-7018-1 4,5 3,55 48 49
М8 6162-7018-1-02 6,3 5,0
М10 6162-7018-1-04 8,0 6,3
М12 6162-7018-1-06 9,0 7,1
М14 6162-7018-1-08 11,2 9,0
М16 6162-7018-1-10 12,5 10,0
4.29. Трубки для подвода СОЖ от шпинделя внутрь инструмента с полыми хвостовиками HSK, мм
ВЫБОР БАЗИСНОГО АГРЕГАТА СИСТЕМЫ
303
Окончание табл. 4.29
HSK-A Обозначение G D (Ь5) А А L
50 7026-7002 М16х1 10 6,4 35,0 9,5
63 7026-7002-02 М18х1 12 8,0 38,5 11,5
100 7026-7002-04 М24х1,5 16 12,0 46,5 15,5
4.30. Ключи для установки трубок подвода в полые хвостовики HSK, мм
L
HSK-A Обозначение D L
50 7812-7080 15 150
63 7812-7080-02 17 152
100 7812-7080-04 22 158
Глава 5
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ НАЛАДКИ СТАНКОВ С ЧПУ
Операции, выполняемые на станках с ЧПУ, могут охватывать весь технологический процесс (ТП) получения детали на металлорежущих станках или только часть этого процесса.
При проектировании ТП для многооперационных станков с ЧПУ соблюдаются общие правила проектирования ТП механической обработки (см. главу 1):
- обработка заготовки должна быть, по возможности, сконцентрирована в двух установах на одном станке, чтобы реализовать принцип одна деталь - один станок;
- черновые базовые поверхности используются только один раз для получения чистовых базовых поверхностей;
- в первом установе необходимо обеспечить максимальный съем металла и произвести черновую обработку максимально большего количества поверхностей (фрезерование плоскостей и расфрезеровку отверстий), чтобы освободить внутренние напряжения в заготовке;
- фрезерование - предпочтительный метод обработки на первом установе, так как позволяет снимать очень большие и неравномерные припуски;
- обработка окончательных размеров заготовки должна быть сконцентрирована в чистовом установе для получения точности взаимного расположения поверхностей, которую гарантированно обеспечивает оборудование. При этом исключаются погрешности установки и базирования, которые носят случайный характер и зависят от квалификации персонала, обслуживающего станок на данной операции;
- переходы, связанные с обработкой резьбовых поверхностей, по возможности, надо размещать в начале ТП, так как при резьбонарезании высока вероятность получения брака и поломки инструмента;
ПОСТРОЕНИЕ МАРШРУТНОГО ТП
305
- переходы, связанные с обработкой глубоких отверстий, необходимо размещать в начале ТП, чтобы избежать брака и поломок инструмента. В связи с тем, что применение направляющих кондукторов на обрабатывающих центрах невозможно, для исключения увода инструмента и его поломок необходимо предусматривать предварительную обработку направляющих отверстий;
- переходы, связанные с обработкой мелкоразмерных отверстий, также необходимо размещать в начале ТП. В первую очередь это относится к отверстиям с пересекающимися осями и со смещением осей. Так как основная масса поломок сверл происходит в момент врезания и на выходе, то мелкие отверстия лучше конструировать глухими;
- чистовое растачивание соосных отверстий наиболее целесообразно производить специальным комбинированным инструментом с однократного позиционирования (насквозь), так как при этом обеспечивается соосность с нулевыми отклонениями. Кроме того, специальный комбинированный инструмент, наряду с повышением точности обработки, обеспечивает повышение производительности;
- чистовая обработка поверхностей, оговоренных в чертеже особыми требованиями по точности или шероховатости обработки, производится в самом конце программы.
5.1. ПОСТРОЕНИЕ МАРШРУТНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Концентрация переходов обработки в одну-две операции, выполняемых на многооперационном станке с ЧПУ, позволяет сократить трудоемкость обработки и повысить точность относительного положения поверхностей заготовки.
В маршрутном ТП обработки корпусной заготвоки, подвергающейся искусственному старению или имеющей точные отверстия и плоскости, следует разделять операции на черновые и чистовые. В таких случаях корпусные заготовки, имеющие 5 или 6 обрабатываемых сторон, изготовляются, как правило, за одну-две черновые и две чистовые установки. Две черновые (чистовые) установки могут быть объединены в одну черновую (чистовую) операцию при условии использования многоместных приспособлений.
306 Глава 5. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ НАЛАДКИ СТАНКОВ
В маршрутном ТП обработки корпусной заготовки, не проходящей искусственного старения и (или) не имеющей точных отверстий и плоскостей, как правило, предусматриваются две или одна операция обработки на многоинструментном станке в зависимости от числа обрабатываемых сторон и их точности.
В маршрутном ТП обработки сложных и трудоемких заготовок должна быть операция разметки и нанесения установочных линий, определяющих положение заготовки на станке. Большинство слесарных операций, в том числе нарезание резьбы вручную, исключают.
Плоскости и отверстия, точность относительного положения которых оговорена жесткими допусками, обрабатывают в размер в одной и той же операции при неизменной установке заготовки.
Для установки заготовки используют поверхности, позволяющие инструменту подходить ко всем обрабатываемым поверхностям. Технологические базы заготовки должны: обеспечивать обработку за одну установку максимальное количество плоскостей, пазов, отверстий, в том числе всех элементов заготовки, точность относительного положения которых оговорена жесткими допусками; позволять вести обработку с изменяющимися по величине и направлению усилиями резания.
Если корпусная деталь подвергается промежуточной термообработке или имеются точные отверстия и плоскости, то маршрутный ТП рекомендуется строить следующим образом:
1. Первая черновая операция - обработка заготовки с двух-трех сторон (плоскости и отверстия большого диаметра); в качестве базы используются достаточно большие плоскости, обеспечивающие хорошую и надежную установку заготовки, возможность производительного снятия больших припусков.
2. Вторая черновая операция - обработка остальных сторон заготовки с установкой по обработанным в предыдущей операции поверхностям, создание технологических баз для последующей обработки.
В каждой из черновых операций следует стремиться обработать взаимосвязанные допусками плоскости и отверстия для того, чтобы обеспечить правильность их относительного положения и минимальный припуск на последующую обработку, возможность максимальной стабилизации внутренних напряжений и уменыпе-
ПОСТРОЕНИЕ МАРШРУТНОГО ТП
307
ния деформаций заготовки после удаления внешних слоев металла отливки.
3. Первая чистовая операция - обработка базовой и противо-базовой плоскостей заготовки и всех элементов (пазов, уступов, отверстий), расположенных на этих плоскостях, в том числе основных отверстий.
4. Вторая чистовая операция - обработка остальных четырех сторон заготовки с установкой по обработанным в предыдущей операции базам, в том числе обработка основных отверстий, пазов и уступов, вспомогательных и крепежных отверстий. При достаточно большой сложности заготовки, значительном количестве отверстий, пазов и уступов и ограниченном объеме инструментального магазина чистовую обработку четырех сторон заготовки разделяют на две операции с использованием идентичных методов установки заготовки.
При повышенных требованиях к точности заготовки, превосходящих точностные возможности станка, на многооперационном станке с ЧПУ выполняется получистовая обработка соответствующих поверхностей с припуском под последующую обработку на специализированных станках (координатно-шлифовальных, координатно-расточных, хонинговальных и т.д.).
Черновую обработку следует выделять в отдельную операцию, когда трудоемкость операции на станке с ЧПУ велика или когда эта операция необходима для создания технологических баз, используемых в последующих операциях.
При чистовой обработке корпусной заготовки возможно выделение обработки крепежных отверстий в отдельную операцию. Однако это целесообразно при большой трудоемкости обработки этих отверстий или в тех случаях, когда их нельзя обработать в чистовой операции на многоинструментном станке из-за ограниченности объема его инструментального магазина.
Выбор технологических баз при обработке корпусных заготовок с использованием многооперационных станков с ЧПУ не отличается от традиционного. Однако стремление максимально концентрировать обработку заготовки в одной операции при одной установке накладывает дополнительные требования к технологическим базам, методам базирования и закрепления заготовки.
308 Глава 5. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ НАЛАДКИ СТАНКОВ
В качестве базовой рассматривается поверхность (плоскость, отверстие), при установке на которую можно обработать наибольшее количество взаимосвязанных между собой допусками поверхностей заготовки.
Базовые поверхности выбирают на основании анализа чертежа и технических условий на изготовление заготовки. Определяют, какие стороны заготовки (плоскости, пазы, отверстия, расположенные на этих сторонах) должны быть обработаны за одну установку, какие стороны заготовки могут быть при этом использованы в качестве базовых, какие поверхности подлежат обработке в отдельных операциях.
Для установки заготовки при обработке базовой и противоба-зовой сторон следует избирать плоскости, позволяющие наиболее жестко и надежно закрепить деталь при черновой обработке и. наиболее точно установить ее при чистовой.
Обычно при установке на базовой поверхности обрабатывают три-четыре стороны заготовки. В первой операции, как правило, заготовка устанавливается на регулируемые опоры, позволяющие выверить положение по разметочным рискам.
В тех случаях, когда не представляется возможным выбрать базы, позволяющие выполнить все указанные технические условия, то среди этих условий следует выделить предпочтительные (исходя из назначения и конструкции заготовки) и найти приемлемое для них решение.
Выполнение остальных технических условий достигается соответствующим построением операций обработки, совмещением конструктивных и технологических баз.
В этом случае, если невозможно с одной установки обработать обе плоскости, точность относительного положения которых оговорена допуском, то одну из этих плоскостей обрабатывают с установкой заготовки на другую плоскость.
В качестве базовых на первой операции следует избирать такие необработанные поверхности, которые позволяют получить необходимые размеры заготовки (в том числе толщину стенок) и точность относительного положения обрабатываемых и необрабатываемых поверхностей.
При установке заготовки на плоскость и два отверстия точность обработки в значительной степени зависит от точности диа
ПОСТРОЕНИЕ МАРШРУТНОГО ТП
309
метрального размера отверстий и базовых штырей, точности их межосевого расстояния и качества обработки базовой плоскости заготовки. При установке заготовки на три взаимно-перпендикулярные плоскости точность установки зависит от точности относительного положения этих плоскостей.
Если принят метод установки заготовки на плоскость и два отверстия, то целесообразно руководствоваться следующим:
1. Базовые технологические отверстия имеют диаметр не менее 10... 15 мм. Эти отверстия вводят, если нельзя использовать отверстия, имеющиеся на заготовке.
2. Базовые отверстия для установки заготовки при черновой обработке выполняют по третьему и при чистовой - по второму классам точности.
3. Допуски на межосевое расстояние базовых отверстий (при межосевом расстоянии в пределах 400...500 мм) составляют 0,03...0,04 мм.
4. Посадочные шейки базовых штырей выполняют с посадкой (7 для установки заготовок в черновых операциях, с посадкой g6 -в чистовых операциях.
5. Допуск на межосевое расстояние базовых штырей - 0,01 мм.
6. Плоскость заготовки, на которой расположены базовые отверстия, следует обрабатывать в той же операции (установке), что и эти отверстия. Параметр шероховатости поверхности базовой плоскости заготовки не более Rz 20 при установке для черновой обработки и Ra 2,5 - для чистовой обработки.
Если заготовку устанавливают по трем плоскостям, погрешности относительного положения базовых плоскостей (неперпен-дикулярность) не должны превышать 0,5...0,6 соответствующего межоперационного допуска на изготовление заготовки.
При обработке заготовок на станках с ЧПУ следует обязательно контролировать положение базовых элементов приспособлений и заготовок, а также стабильность точности собранных приспособлений при их повторной сборке для обработки очередной партии заготовок.
Одной из особенностей обработки на многооперационном станке с ЧПУ является отсчет размеров и перемещений не от базовых поверхностей заготовки, а от начала координат станка. В этом случае точность положения обрабатываемых поверхностей зави
310 Глава 5. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ НАЛАДКИ СТАНКОВ
сит, в основном, от точности позиционирования узлов станка при обработке. Погрешность базирования и закрепления заготовки может быть точно учтена как систематическая ошибка координирования приспособления относительно начала координат станка.
Чтобы сократить время и снизить затраты на технологическую подготовку производства при использовании многооперационных станков с ЧПУ, целесообразно применять приспособления, компонуемые из унифицированных узлов и заготовок или быстро переналаживаемые приспособления, способствующие сокращению простоев станка из-за ожидания оснастки при обработке мелких серий заготовок.
К основным требованиям, предъявляемым к приспособлениям для станков с ЧПУ, относятся возможность ориентации приспособления относительно координат станка и заготовки, взаимосвязь положения и контуров заготовки с осями координат станка и исходной точкой обработки.
Существенным является требование обеспечения максимальной жесткости приспособления с заготовкой, достигаемое за счет уменьшения расстояния от стола станка до базовых элементов приспособления и точки приложения усилия резания.
Высота выступающих над заготовкой элементов приспособления должна быть минимальной, чтобы уменьшить величину вылета режущего инструмента из зажимного патрона и увеличить его жесткость.
Если для полной обработки заготовки необходимо ее переза-креплять в течение операции, то следует использовать отводимые, съемные, откидные прихваты и другие зажимные элементы.
Конструкция узлов приспособления (упоры, зажимы и т.п.) должна обеспечивать использование минимального количества элементов, что увеличивает жесткость приспособления. Количество зажимов в приспособлении должно быть минимально необходимым для надежного закрепления заготовки. Приспособление следует конструктивно выполнять с учетом необходимости минимальных затрат времени на установку и зажим заготовки.
На многооперационных станках с ЧПУ экономично применение приспособлений для многократного использования: универсальные устройства для установки и закрепления заготовок непосредственно на столах станков или на специальных паллетах со
ПОСТРОЕНИЕ МАРШРУТНОГО ТП
311
сменной верхней частью, универсальные и специализированные (безналадочные и наладочные) приспособления, а также универсально-сборные приспособления (УСП).
Наиболее широкое применение получили УСП, базовые плиты которых имеют Т-образные пазы шириной b = 16 мм или сетку отверстий диаметром 16Н7 с шагом 80±0,015 мм. Такие УСП отличаются высокой точностью базирования и небольшим количеством элементов в комплекте.
Из элементов УСП собирают основные, несущие силовую нагрузку элементы приспособлений, для остальных элементов могут быть использованы элементы УСП меньших габаритов. В ряде случаев возникает необходимость изготовления специальных элементов приспособлений (3...4 % общего количества элементов комплекта УСП).
При обработке корпусных заготовок на многооперационных станках применяют несколько приспособлений, устанавливаемых на паллетах вне станка. Станок простаивает лишь во время смены паллет с приспособлениями. При такой установке заготовок предусматривают быструю и точную ориентацию паллет на столе станка или на специальном устройстве автоматической смены паллет.
Применение этого метода позволяет:
- повысить производительность технологической подготовки производства на станках с ЧПУ;
- повысить производительность труда рабочих и эффективность использования станков с ЧПУ за счет сокращения времени на переналадку при смене номенклатуры обрабатываемых заготовок;
- заранее составить ТП изготовления заготовок по программе, используя технические данные комплекта установочных приспособлений и чертежные размеры изделия;
- получить высокую точность базирования заготовок на станке с заранее известным положением обрабатываемых поверхностей относительно координат станка с ЧПУ;
- обработать заготовки широкой номенклатуры благодаря большой универсальности комплекта;
- снизить расходы на проектирование, изготовление и эксплуатацию оснастки в масштабах завода;
- сократить потери от брака.
Качество и надежность установочных приспособлений таран-
312 Глава 5. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ НАЛАДКИ СТАНКОВ
тируются высокой точностью изготовления базовых и фиксирующих заготовок, а также малой шероховатостью закаленных поверхностей, базирующих изделие.
Для выполнения первой операции обработки на станок с ЧПУ поступают заготовки без предварительной механической обработки и разметки, отливки, прошедшие разметку после литья и отливки, прошедшие предварительную механическую обработку.
Установку и закрепление заготовки во всех случаях целесообразно производить вне станка. Ориентирами для установки служат указанные на чертеже разметочные базы или разметочные риски.
Для обработки в первой операции заготовку следует устанавливать на возможно большей плоскости, обеспечивающей хорошую устойчивость заготовки в приспособлении, удобство и надежность зажима, виброустойчивость при обработке. Размеры установочной плоскости должны превышать размеры обрабатываемой плоскости.
Приспособления для установки и обработки заготовки в первой операции должны иметь съемные устройства (элементы) для контроля установки по разметочным рискам.
Положение заготовки в приспособлении относительно стола станка выбирают таким образом, чтобы выполнить все технологические переходы обработки, предусмотренные в данной операции, и уменьшить величину вылета инструмента.
Если заготовку обрабатывают в операции с четырех сторон, то ее следует устанавливать вблизи оси вращения стола, чтобы обеспечить возможность обработки четырех сторон с поворотом стола, используя инструмент с одним и тем же вылетом для обработки противоположных сторон.
При обработке заготовки только с трех сторон целесообразно устанавливать ее на столе станка со сдвигом относительно оси вращения стола.
Если у заготовки подлежат обработке две взаимно-перпендикулярные стороны, то следует ее устанавливать вблизи одного из углов стола, что позволяет вести обработку инструментами с минимально возможными вылетами.
В тех случаях, когда заготовка обрабатывается с одной-трех сторон и устанавливается с определенным смещением относитель
ПОСТРОЕНИЕ МАРШРУТНОГО ТП
313
но оси вращения стола, следует предусматривать возможность установки на столе станка двух или более заготовок путем их установки в многоместные (многопозиционные) приспособления (рис. 5.1). В каждой из позиций могут осуществляться одни и те же технологические переходы обработки или переходы обработки одинаковых заготовок с различных сторон.
Заготовка устанавливается в приспособлении на жесткие опоры определенной высоты, если базовая плоскость заготовки обработана, и на регулируемые опоры, обеспечивающие заданное расстояние от зеркала стола станка до разметочной риски или обработанной поверхности, если базовая плоскость не обработана. В этом случае необработанная базовая плоскость должна быть по возможности ровной и чистой и обеспечивать точность базирования и жесткость закрепления.
Рис. 5.1. Многоместное приспособление для обработки корпусов топливного насоса высокого давления (установ Б)
314 Глава 5. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ НАЛАДКИ СТАНКОВ
При изготовлении корпусных заготовок на многооперационных станках значительно уменьшается число операций обработки большинства поверхностей заготовки и, соответственно, количество ее переустановок на станке, погрешностей переустановок заготовки и погрешностей обработки. Поэтому применение многоцелевых станков и соответствующее построение технологии обработки корпусной заготовки позволяют уменьшить припуск на по-лучистовую и чистовую обработку (на 15...20 %), на черновую обработку (на 20...25 %) и суммарные величины припусков на обработку отверстий и плоскостей, обычно рекомендуемые при использовании станков с ручным управлением.
Межоперационные допуски на обработку устанавливаются исходя из допусков на изготовление заготовки и технологии обработки заготовки; при этом учитывается: с одной или нескольких установок (операций) обрабатываются базовые поверхности и данная поверхность заготовки.
В зависимости от межоперационного допуска на обработку выбирают соответствующие оборудование, оснастку, а также способ позиционирования подвижных узлов станка.
Межоперационные допуски на обработку отверстий и плоскостей корпусных заготовок устанавливают исходя из следующего:
- допуски назначены с учетом экономической точности принятого в соответствии с приведенными выше технологическими схемами метода обработки рассматриваемого элемента детали;
- технологические возможности станка (в том числе точностные) оцениваются по фактическим результатам экспериментальной проверки технологической системы станка в работе. Жесткость заготовки, методы и средства ее крепления принимаются неизменными, к изменяемым параметрам относятся точностные характеристики оборудования;
- межоперационный допуск на обработку того или иного элемента заготовки не превышает одной трети припуска на последующую обработку этого элемента (с учетом допуска на припуск);
- шероховатость поверхности отверстия регламентируется в зависимости от его класса точности; шероховатость поверхности плоскостей - в соответствии с допусками на размер и классом чистоты поверхности окончательно обработанной плоскости. Шеро
ПОСТРОЕНИЕ МАРШРУТНОГО ТП
315
ховатость поверхности после обработки на 1 или 2 параметра лучше, чем шероховатость этой же поверхности до обработки;
- при получистовой и чистовой обработке погрешности отверстий (например, диаметрального размера) уменьшаются в 3...7 раз, при окончательной обработке - в 2.. .4 раза. При получистовой и чистовой обработке плоскостей погрешности уменьшаются в 4.. .6 раз, при окончательной - в 2.. .3 раза.
После завершения обработки заготовки ответственные точностные параметры подвергаются контролю.
При контроле плоскостей и отверстий после операций черновой обработки на многоинструментном станке следует проверять габаритные размеры заготовки, диаметр одного из отверстий каждого типоразмера после фрезерования или растачивания, положение одного из отверстий относительно двух взаимно-перпендикулярных плоскостей, ширину пазов и положение одного из них после фрезерования и т.д. Периодичность проверки: каждая пятая изготовленная деталь.
При контроле плоскостей, пазов, основных, вспомогательных и крепежных отверстий после операции чистовой обработки на многоинструментном станке следует проверять габаритные размеры заготовки, диаметр одного из отверстий каждого типоразмера, относительное положение одного из отверстий (с наиболее жесткими допусками), ширину одного из пазов каждого типоразмера, относительное положение одного из пазов (с наиболее жесткими допусками), диаметр одного из резьбовых отверстий и положение одного резьбового отверстия. Периодичность проверки: каждая деталь при проверке основных отверстий, точных плоскостей и пазов, одна деталь из пяти при проверке неточных плоскостей и пазов, вспомогательных и крепежных отверстий.
Окончательный контроль детали на контрольно-измерительной машине включает в себя проверку расстояний между осями основных отверстий, положение одной из осей (наиболее точно расположенной) относительно двух взаимно-перпендикулярных плоскостей, а также относительно положения плоскостей (непараллельность, неперпендикулярность) и их неплоскост-ности, относительного положения отверстий (несоосность, непараллельность, неперпендикулярность). Периодически осуществляют контроль одной из каждых десяти изготовленных деталей.
316 Глава 5. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ НАЛАДКИ СТАНКОВ
5.1. Пример заполнения технологической многооперационном станке
№ перехода | Содержание перехода Режущий инструмент Вспомогательный инструмент Схема наладки
1 Сверлить отв. 08 мм на глубину 22 мм, выдерживая размер 60 мм от торца бобышки (481 мм от верхнего края корпуса) Сверло 08 Патрон цанговый 191.113.050. Цанга 08. Головка захватная 6009-7005/1 124
Й11 JI°о 1 о!
2 Досверлить отв. 08 мм до глубины 94 мм от оси корпуса Фреза концевая 08 Патрон цанговый 191.113.050. Цанга 08. Головка захватная 6009-7005/1 114
ь =~ К: 00 =1 Q
3 Сверлить отв. 017 мм на проход, выдерживая размер 182 мм от нижнего края корпуса Сверло 017 Державка универсальная 018 6104-7086-06. Головка захватная 6009-7005/1. Ключ 7812-0377 (8). Ключ 7811-7089-08 (8) 138
63 §
ПОСТРОЕНИЕ МАРШРУТНОГО ТП
317
карты изготовления стального корпуса на модели ИС800ПМФ4
« 1 г & Режим резания Время обработки /маш Время позиционирования по осям Хи Y Время смены инструмента
V п So 5м
Расче диаме' м/мин мин 1 мм/об мм/мин мин мин мин
8 50 2000 0,12 240 0,113 0,3 0,5
8 50 2000 0,1 200 0,220 0,3 0,5
17 53 1000 0,22 220 0,136 0,3 0,5
318 Глава 5. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ НАЛАДКИ СТАНКОВ
в X о сх Содержание Э £ 5^» р. Вспомогательный Схема наладки
(L> С .OI перехода 8 s CU к инструмент
X
4
Сверлить отв. 019 мм на проход под резьбу G1/2-A, выдерживая размер 25 мм от верхнего края корпуса
5
Патрон цанговый 191.113.050.
Свер-
ло Цанга 020.
019 Головка захватная 6009-7005/1
Фрезеровать резьбу G1/2-A на проход
Фреза резьбовая G1/2
Державка универсальная 016 6104-7086-05.
Ключ 7812-0377.
Головка захватная 6009-7005/1
ПОСТРОЕНИЕ МАРШРУТНОГО ТП
319
Окончание табл. 5.1
Расчетный диаметр, мм Режим резания Время обработки ?маш Время позиционирования по осям X и Y Время смены инструмента
V п So
м/мин мин 1 мм/об мм/мин мин мин мин
19 48 800 0,25 200 0,200 0,3 0,5
16 80 1600 0,25 400 0,348 0,3 0,5
320 Глава 5. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ НАЛАДКИ СТАНКОВ
Документация, разрабатываемая при технологической подготовке производства корпусных заготовок на многооперационных станках с ЧПУ, включает в себя документацию, необходимую технологу-программисту для разработки технологии и управляющих программ (УП) обработки заготовки на многооперационном станке, и документацию, необходимую наладчику, оператору для осуществления наладки станка и непосредственно изготовления заготовки по УП.
К документам, необходимым для разработки технологии обработки заготовки и УП для многооперационного станка, относятся:
- маршрутная карта - описание ТП изготовления заготовки (включая контроль и перемещения по всем операциям различных видов) в технологической последовательности с указанием данных об оборудовании и технологической оснастке;
- технологическая карта - описание технологической операции с указанием переходов, режимов обработки и данных об инструментальной оснастке (табл. 5.1);
- карта эскизов - эскизы, схемы, таблицы, необходимые для выполнения ТП, операции перехода изготовления заготовки (включая в себя контроль, перемещения). В состав карты эскизов входят карты установки заготовки на столе станка в каждой операции с указанием размеров, характеризующих положение заготовки относительно осей координат станка, операционные эскизы обработки заготовки в каждой операции с указанием опорных точек и их координат;
- операционная расчетно-технологическая карта, содержащая информацию о последовательности перемещений узлов станка и технологических команд, необходимых для выполнения операции обработки заготовки на станке с ЧПУ;
- технологическая инструкция - описание приемов работы или технологии обработки изделия (включая в себя контроль и перемещения);
- ведомость оснастки - перечень технологической оснастки, необходимой для выполнения данного технологического процесса (операции);
НАЛАДКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ 321
- ведомость технологических документов - состав и комплектность технологических документов, необходимых для изготовления заготовки.
5.2. НАЛАДКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Наибольший опыт по применению станков с ЧПУ в условиях серийного производства накоплен заводами автомобильной промышленности. Как показал анализ, этот опыт может быть использован в условиях станкостроительных заводов с серийным и крупносерийным характером производства.
Изготовление корпуса пневмогидроусилителя (рис. 5.2) включает в себя обработку двух базовых многоступенчатых отверстий с параллельными осями, одно из которых глухое, другое - сквозное. Каждое из отверстий имеет соответственно 4; 5 ступеней, в связи с чем для их обработки применяют комбинированный инструмент. Кроме основных отверстий, деталь имеет соосные с ними цапфы
Рис. 5.2. Корпус пневмогидроусилителя
322 Глава 5. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ НАЛАДКИ СТАНКОВ
для ее установки и монтажа, большое количество крепежных отверстий, а также мелких отверстий, служащих каналами для тормозной жидкости. К корпусу предъявляются следующие требова
ния по точности:
Точность: основных отверстий............................... Н7-Н9
наружных цилиндрических поверхностей (цапф).. Н9 линейных размеров, мм........................ 0,17
Некруглость основных отверстий, мм............... 0,01
Биение поверхностей соосных отверстий, мм........ 0,015
Межцентровое расстояние, мм...................... 94±0,07
Параметр шероховатости поверхности Ra, мкм
(по ГОСТ 27§9-73): основных отверстий................................ 1,25; 2,5
базовых плоскостей.......................... 2,5
Заготовку получают литьем из чугуна СЧ 25 по 2-му классу точности с литейными припусками на обработку до 4 мм.
Корпус пневмогидроусилителя изготовляют на станке с ЧПУ с горизонтальной осью вращения шпинделя, поворотным столом размером 500x500 мм, мощностью привода шпинделя 11 кВт, магазином на 36 инструментов и пятикоординатной системой ЧПУ типа CNC.
Все работы по обслуживанию станка, его переналадке, настройке инструментов, проверке готовых деталей, сдаче деталей ОТК выполняет рабочий. Заточка инструмента производится централизованно. Годовая программа выпуска детали 5000 шт.
Маршрутным ТП предусматривается следующая механическая обработка заготовки:
- предварительная черновая обработка, где осуществляется обработка передней и задней плоскостей и отверстия диаметром 100 мм с припуском 2 мм;
- получистовая и чистовая обработка заготовки с 6 сторон на станке с ЧПУ (две операции): первая включает в себя обработку основных базовых отверстий и плоскостей с 4 сторон, вторая - обработку 2 оставшихся сторон;
- сверление мелких отверстий.
НАЛАДКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ 323
Заготовку устанавливают на станке с ЧПУ в специальное приспособление вручную и ориентируют в призме по литой бобышке и двум упорам в направлении осей Y и Z. Прижимы выполнены шарнирными, что обеспечивает закрепление заготовки без перекосов относительно базовых поверхностей. Заготовку крепят динамометрическим ключом, позволяющим осуществлять зажим с предварительно установленным усилием. Приспособление снабжено откидным прихватом, который в нерабочем положении дает возможность легко очищать опоры от стружки, а также обеспечивает удобство при установке заготовки. Время установки (снятия) составляет 1...2 минуты.
Общее количество инструментов в наладке 28 шт, в том числе 9 комбинированных. В случае изготовления детали с использованием стандартного инструмента для выполнения этих же переходов понадобилось бы 43 инструмента.
Технологические переходы выполняются в следующем порядке: сначала торцовой и концевой фрезой фрезеруются внешние плоскости, затем уступы, выточки и выемки.
Время, затрачиваемое на смену инструмента (время "от реза до реза") больше, чем время, необходимое для поворота стола с заготовкой, поэтому обработку выполняют последовательно, начиная с внешних поверхностей, подлежащих фрезерованию на каждой стороне заготовки без смены инструмента. После этого выполняют получистовую и окончательную обработку отверстий. Получистовая обработка сквозного многоступенчатого отверстия комбинированным инструментом осуществляется по мере вступления в работу каждой последующей резцовой вставки. Скорость резания установлена по наибольшему обрабатываемому диаметру, равному 98 мм (размер по чертежу 1 ОО+о’07 мм). Во время обработки при переходе от ступени к ступени частота вращения не изменяется. Величина подачи устанавливается экспериментально при отладке ТП.
При черновой обработке глухого четырехступенчатого отверстия применяют два твердосплавных комбинированных зенкера со ступенями диаметром 55,0/33,5 и 80,0/50,0 мм. Резание выполняют по литейной корке на режиме: v = 81,5 м/мин, So - 0,2 мм/об. На последующих переходах осуществляют получистовое растачивание обработанных ранее многоступенчатых отверстий. Размеры
324 Глава 5. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ НАЛАДКИ СТАНКОВ
ступеней из резцовых вставок сохраняются такими же, как и при черновом зенкеровании. Там, где геометрия отверстия позволяет располагать резцовые вставки на расстоянии, соответствующем глубине ступеней, обработку выполняют одновременно. Режимы на получистовых расточных переходах назначают по [19]. Припуск на окончательное растачивание 0,45 мм.
На следующих переходах выполняют фрезерование канавок в отверстиях. Канавку 0 42,5x1,9 мм обрабатывают специальной дисковой фрезой.
Затем производят центрование, сверление и нарезание резьбы отверстий одного диаметра, расположенных на разных сторонах заготовки.
Переходы чистовой обработки отверстий с точностью Н7 и Н9 выполняются^ последними. Эти отверстия также обрабатывают комбинированными расточными оправками. Окончательное растачивание совмещают со снятием фасок или растачиванием выточки.
В результате использования комбинированного инструмента при обработке пневмогидроусилителя на станке с ЧПУ обеспечивается:
- сокращение основного технологического времени на 24 % - с 44,9 до 34,07 мин;
- сокращение вспомогательного времени гв на 35 % - с 14,3 до 9,33 мин;
- сокращение штучного времени обработки tm на 27 % - с 59,2 до 43,4 мин;
- возможность увеличения годового выпуска деталей примерно на 1000 шт.
В качестве примера приведены основные наладки инструмента для обработки корпуса топливного насоса высокого давления (ТНВД) на многоцелевом станке модели СЦ HC630HSK-A63 с системой ЧПУ "Sinumerik 840D".
Заготовка корпуса - отливка АК9ч ГОСТ 1583-93, которая обрабатывается с двух установов.
В качестве установочных баз при установе А в приспособлении 7402-7072 используются 4 предварительно обработанных платика и 2 отверстия диаметром 13 мм. При установе Б используется приспособление 7402-7073 и базовые отверстия, обработанные с установа А. Карты основных наладок инструмента, режимы резания и машинное время приведены в табл. 5.2.
5.2. Карта наладок инструмента для изготовления корпуса ТНВД
№ перехода | Содержание перехода Режущий инструмент Вспомогательный инструмент Схема наладки Диаметр инструмента, мм Режим резания Время обра-бот-ки ^маш
V п So L
м/мин а s to о мм/мин S s ас а:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 Фрезеровать плоскость 276х *80 мм в размер 183+0,145 мм Фреза торцовая R390-080Q27-17L (см. табл. 2.13) Оправка для торцовых фрез 6222-7101-08 (см. табл. 4.21) См. рис. 5.3, а 80 301 1200 0,6 720 720 1,000
Повернуть стол в поз. 4 (на 90°)
2 Фрезеровать торец 235x89 мм в размер 280 мм у 2-х заготовок То же То же То же 80 301 1200 0,6 720 1300 1,810
Повернуть стол в поз. 3 (на 90°)
ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ 325
1 2 3 4
3 Фрезеровать плоскость 276х х 80 мм в размер 183±0,145 мм Фреза торцовая R390-080Q27-17L (см. табл. 2.13) Оправка для торцовых фрез 6222-7101-08 (см. табл. 4.21)
Повернуть стол в поз. 2 (на 90°)
4 Фрезеровать торец 235х89 мм в размер 276,6-0,2 мм у 2-х заготовок То же То же
5 Сверлить отв. 017/18+0’021/ <15°х 1,6 мм глубиной 72/22 мм в 2-х заготовках Специальное твердосплавное сверло с ПКА 017/18/19, SF1015394 Патрон гидравлический (см. табл. 4.7)
Повернуть стол в поз. 4 (на 180°)
Продолжение табл, 5,2
5 6 7 8 9 10 11 12
См. рис. 5.3, а 80 301 1200 0,6 720 720 1,000
То же 80 301 1200 0,6 720 1300 1,810
См. рис. 5.3 Л 18 113 2000 0,16 320 170 0,531
Глава 5. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ НАЛАДКИ СТАНКОВ
1 2 3 4
6 Сверлить отв. 017/1 8+одо7 <15°х 1,6 мм глубиной 72/22 мм в 2-х заготовках То же То же
7 Сверлить до центра отв. 017 мм в 2-х заготовках Ружейное сверло 428.9-17000-0220-160 Патрон с од-носторонним прижимом (см. табл. 4.5 и 4.24)
8 Фрезеровать R56,2 мм Rz 20 в 2-х заготовках Фреза МТ190-MK040R06 АРПО. Пластина АРКТ1003Р DSR (см. табл. 2.8) Втулка переходная с конусом Морзе 4 6103-7098-06 (см. табл. 4.20)
Повернуть стол в поз, 4 (на 180°)
9 Фрезеровать 7?56,2 мм Rz 20 в 2-х заготовках То же Тоже
Продолжение табл, 5.2
5 6 7 8 9 10 11 12
То же 18 113 2000 0,16 320 170 0,531
См. рис. 5.3, в 17 96 1800 0,05 90 150 1,666
См. рис. 5.3, г 40 628 5000 0,15 750 230 0,307
Тоже 40 628 5000 0,15 750 230 0,307
ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ 327
1 2 3 4
10 Расточить предварительно 066,5 мм и 070 мм (проверка), 073,5 < 45° мм, фаска 1,6x30° Резцовые вставки: 1)STSCR 1 ОСА-11 - 5 шт; 2) TCGX 110204-AL 1810-5 шт; 3) SSSCR 10СА-09-М -1 шт; 4) SCGX 09Т308-ALH10-1 шт (см. рис. 2.15, 2.16, табл. 2.7- 2.10) Специальная расточная оправка 6306-7148 (см. рис. 2.24)
11 Фрезеровать винтовой интерполяцией 070я1’72 мм на глубину 10 мм Фреза MT145F-G032R05SD09- IK. Пластина SDGW0903ADFN (см. табл. 2.20) Патрон с односторонним прижимом 032 (см. табл. 4.5 и 4.24)
Повернуть стол в поз. 4 (на 180°)
Продолжение табл, 5.2
5 6 7 8 9 10 11 12
См. рис. 5.3, д 70 73,5 714 461 3250 2000 0,18 0,05 600 100 105 80 0,175 0,8
См. рис. 5.3, е 42,6 990 7400 0,2 1500 2200 1,467
328 Глава 5. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ НАЛАДКИ СТАНКОВ
1 2 3 4
12 Фрезеровать винтовой интерполяцией 070я*'72 мм на глубину 10 мм То же То же
13 Ввести ориентированную оправку в отв. 062 мм, установить в ось отверстия. Расточить 070 мм глубиной 126,5 мм и 066,5 мм глубиной 21 мм, фаску 1,6х30° Резцовые вставки: 1) L142.0-10-09- 1 шт; 2) TCGX 090204-AL 1810-1 шт; 3) STFCR 10СА-П-2шт; 4) TCGX 110204-АЬ1810-2шт; 5) SSSCR 10СА-09-М -1 шт; 6) SCGX 09T308-ALH10- 1 шт Специальная расточная оправка 6306-7149 (см. рис. 2.24)
Повернуть стол в поз. 2 (на 180°)
Продолжение табл. 5.2
5 6 7 8 9 10 11 12
То же 42,6 990 7400 0,2 1500 2200 1,467
См. рис. 70 769 3500 0,17 600 70 0,11
5.4, а 66 414 2000 0,05 100 35 0,35
ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ 329
1 2 3 4 I
14 Центровать отв. 020 мм; 06,2 мм; 17 отв. 010 мм (М8), отв. 08(06) мм и 022Z®;“i мм Сверло центровочное 90° А1124x20 (см. табл. 2.23) Патрон цанговый (см. рис. 4.8 и табл. 4.19)
Повернуть стол в поз. 1 (на 90°)
15 Центровать 4 отв. 06 мм до 07 мм и 12 отв. М10 до 012 мм То же То же
16 Зачистить 6 отв. под расточку до 034 мм Сверло R416.2-0340С5-31 (см. табл. 2.28) Переходник C3-390.410-63 075В (см. табл. 2.32)
Продолжение табл. 5.2
о
5 6 7 8 9 10 и 12
См. рис. 5.4,6 20 195 3100 0,1 310 289 0,932
То же 12 117 3100 0,1 310 246 0,794
См. рис. 5.4, в 34 300 2800 0,12 336 960 2,860
Глава 5. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ НАЛАДКИ СТАНКОВ
1 2 3 4
17 Расточить предварительно 6 отв. 035/035,5/ <2О°х037/ <2О°*039 мм Пластины: 1)TCMW 110204FCD10-6 шт; 2) TCGX 110204-AL 1810-2шт Специальная расточная оправка SP BORING । BAR ХООЗОООХ
Повернуть стол в поз. 1 (на 180°)
18 Расточить предварительно 6 отв. 035/035,3/ <2О°х037/ <2О°х039 мм То же То же i
19 Центровать с образованием фасок 4 отв. 018,5+|мм Сверло быстрорежущее с покрытием А4211х19(см. табл. 2.22) Втулка переходная с конусом Морзе 2 6103-7096-02 (см. табл. 4.20)
Продолжение табл. 5.2
5 6 7 8 9 10 11 12
См. рис. 5.4, г 37 581 5000 0,06 300 960 3,200
То же 37 581 5000 0,06 300 960 3,200
См. рис. 5.3, д 18,5 70 1200 0,06 72 10 0,140
ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ 331
1 2 3 4
20 Сверлить 4 отв. 05,2 мм глубиной 16 мм под резьбу М6-6Н Сверло-зенкер твердосплавный А1167 Ах х5,2 L-62 мм, /2=35ммК10 (см. табл. 2.24) Патрон цанговый (см. табл. 4.2 и 4.19)
21 Нарезать резьбу М6-6Н в 4-х отв. глубиной не менее 9 мм Метчик М6-6Н Т9363-289 (см. рис. 2.28) Патрон резьбонарезной ”Bilz" WFLC 115-0-IK/HSK-А63 (см. рис. 4.55). Г оловка резьбонарезная предохранительная WES1B-KP-6х4,9-М6 (см. табл. 4.28)
22 Сверлить 12 отв. 08,6 мм глубиной 24,5 мм под резьбу М10-2Н5С Сверло-зенкер твердосплавный А1167Ах8,6 (см. табл. 2.24) Патрон цанговый (см. табл. 4.2 и 4.19)
Продолжение табл. 5.2
5 6 7 8 9 10 11 12
См. рис. 5.4, е 5,2 124 7600 0,12 900 84 0,093
См. рис. 5.5, а 6 7,5 400 1 380 120 0,315
См. рис. 5.5,6 8,6 124 4600 0,24 1100 360 0,327
Глава 5. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ НАЛАДКИ СТАНКОВ
1 2 3 4
Повернуть стол в поз. 1 (на 180°)
23 Сверлить 12 отв. 08,6 мм глубиной 24,5 мм под резьбу М10-2Н5С То же То же
24 Нарезать резьбу М10-2Н5С глубиной не менее 18 мм в 12 отв. Метчик М10-2Н5С Т9363-299 (см. рис. 2.28) Патрон резьбонарезной “Bilz” WFLC-115-0-IK/HSK-А63 (см. рис. 4.55). Головка резьбонарезная предохранительная “Bilz” WES1B-KP-10х8-М10 (см. табл. 4.28)
Продолжение табл, 5.2
5 6 7 8 9 10 11 12
То же 8,6 124 4600 0,24 1100 360 0,327
См. рис. 5.5, в 10 12,6 400 1,42 570 552 0,968
ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ 333
1 2 3 4
25 Развернуть начисто 6 отв. 035,5/036/ 037,5 мм Специальная развертка с ПКА (см. рис. 2.26) Переходник (см. табл. 2.32)
Повернуть стол в поз. 1 (на 180°)
26 Развернуть начисто 6 отв. 035,5/036/ 037,5 мм То же То же
Повернуть стол в поз. 4 (на 90°)
27 Расточить начисто 2 отв. 014-0,018 мм во втулках Резец R492.90-11-033-06-АС. Пластина TCGX 061104-AL НЮ Высокоскоростная чистовая расточная головка 392.41037В-6312 090А
Продолжение табл. 5.2
5 6 7 8 9 10 11 12
См. рис. 5.5, г 37,5, 100 850 0,18 150 1050 7,000
То же 37,5 100 850 0,15 150 1050 7,000
См. рис. 5.5, д 14 246 5600 0,06 340 60 0,176
334 Глава 5. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ НАЛАДКИ СТАНКОВ
Продолжение табл. 5.2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
28 Зенковать отв. 020,7 мм глубиной 1,6±0,5 мм Специальная твердосплавная зенковка 2350-7006 Патрон с односторонним прижимом 020 (см. табл. 4.5 и 4.24) См. рис. 5.5, е 20,7 98 1500 0,3 450 30 0,067
29 Фрезеровать резьбу М20х х 1,5-6Н глубиной 12 мм 012x25x1,5/z4/ IK GF162621.9514 (см. табл. 2.35) То же, 012 См. рис. 5.6, а 12 452 12000 0,2 2400 70 0,029
30 Развернуть отв. 06 мм глубиной 12 мм Развертка Т9353-363 Патрон цанговый (см. табл. 4.2 и 4.19) См. рис. 5.6,6 6 13 700 0,17 120 18 0,150
31 Сверлить 3 отв. 05,1 мм глубиной 18 мм с образованием фаски Сверло "Delta” R415.1-0510-30-ААО (см. табл. 2.26) Патрон цанговый (см. табл. 4.19) См. рис. 5.6, в 5,1 99 6200 0,2 1240 90 0,073
Повернуть стол в поз. 4 (на 180°)
ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ 335
1 2 3 4
32 Сверлить 3 отв. 05,1 мм глубиной 18 мм с образованием фаски Сверло ’’Delta” R415.1-0510- ЗО-ААО (см. табл. 2.26) Патрон цанговый (см. табл. 4.19)
33 Сверлить отв. 031,8 мм на проход Сверло R416.2-0318W32-31 (см. табл. 2.28). Пластина WCMX 06T308R-53 Н13А Патрон с односторонним прижимом 032 6104-7075-18 (см. табл. 4.24)
34 Фрезеровать фаску 1x45° в отв. 031,8 мм. Центровать отверстие М8 Сверло твердосплавное центровочное 90° А1174x20 (см. табл. 2.23) Патрон цанговый (см. табл. 4.19)
35 Расточить начисто отв. 032+0,025 мм на проход Резцовая вставка 391.38А-1-Т09А (см. табл. 2.32). Пластина TCGX 090204- AL 1810 Переходник C3-390.410-63 075В (см. табл. 2.32)
Продолжение табл, 5.2
5 6 7 8 9 10 И 12
См. рис. 5.6, в 5,1 99 6200 0,2 1240 90 0,073
См. рис. 5.6, г 31,8 300 3000 0,12 360 35 0,097
См. рис. 5.6, д 20 195 3100 0,11 350 по 0,310
См. рис. 5.6, е 32 372 3700 0,06 225 40 0,178
336 Глава 5. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ НАЛАДКИ СТАНКОВ
Продолжение табл. 5.2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12
36 Сверлить 3 отв. 022,5 мм глубиной 23 мм; 42 мм на проход Сверло ’’Delta” R411.5-22534D22.50 (см. табл. 2.25) Патрон с односторонним прижимом 025 6104-7075-16 (см. табл. 4.24) См. рис. 5.7, а 22,5 106 1500 0,25 375 150 0,400
Повернуть стол в поз. 4 (на 180°)
37 Сверлить 3 отв. 022,5 мм глубиной 23 мм; 42 мм на проход То же То же То же 22,5 106 1500 0,25 375 150 0,400
38 Центровать 3 отв. 06,8 мм с образованием фасок 2x30° Центровочное твердосплавное сверло К1161Х5 Патрон цанговый (см. табл. 4.19) См. рис. 5.7,6 9,1 77 2700 о,1 270 60 0,222
39 Сверлить 3 отв. 06,55 мм глубиной 38 мм Сверло-зенкер твердосплавный А3967х х6,55 (см. табл. 2.24) Патрон с односторонним прижимом 08 6104-7075-02 (см. табл. 4.24) См. рис. 5.7, в 6,55 185 9000 0,2 1800 144 0,080
ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ 337
1 2 3 4
40 Развернуть начисто 2 отверстия 01О+0'03 мм глубиной 15 мм Развертка F4162X10 Втулка переходная с конусом Морзе 1 6103-7096 (см. табл. 4.20)
41 Зенковать 4 места под зацентровку отверстий 010,5 мм Зенковка быстрорежущая специальная 012 2350-7010 Патрон с односторонним прижимом 018 6104-7078-12 (см. табл. 4.23)
42 Центровать 4 отверстия 010,5 до 010,7 мм Сверло быстрорежущее центровочное специальное 010,7 2317-7003 Патрон с односторонним прижимом 018 6104-7078-12 см. табл. 4.23)
Окончание табл. 5.2
5 6 7 8 9 10 п 12
См. рис. 5.7, г 10 19 600 028 170 70 0,412
См. рис. 5.7, д 12 35 1000 0,08 80 60 0,750
См. рис. 5.7, е 10,7 34 1000 0,08 80 36 0,450
Глава 5. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ НАЛАДКИ СТАНКОВ
НАЛАДКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ 339
Рис. 5.3. Схемы наладок для изготовления корпуса ТНВД (начало)
340 Глава 5. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ НАЛАДКИ СТАНКОВ
Рис. 5.3. Окончание
НАЛАДКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ 341
063 . I.. 063
Рис. 5.4. Схемы наладок для изготовления корпуса ТНВД (начало)
342 Глава 5. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ НАЛАДКИ СТАНКОВ
£90 I* >1 £90
05,2
Рис. 5.4. Окончание
НАЛАДКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ 343
063
Рис. 5.5. Схемы наладок для изготовления корпуса ТНВД (начало)
344 Глава 5. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ НАЛАДКИ СТАНКОВ
035,5
Рис. 5.5. Окончание
НАЛАДКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ 345
063 . . 063
105,963-0,004
Рис. 5.6. Схемы наладок для изготовления корпуса ТНВД (начало)
346 Глава 5. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ НАЛАДКИ СТАНКОВ
063
032+0,025
Рис. 5.6. Окончание
НАЛАДКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ 347
063
022,5
Рис. 5.7. Схемы наладок для изготовления корпуса ТНВД (начало)
348 Глава 5. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ НАЛАДКИ СТАНКОВ
г)
Рис. 5.7. Окончание
Глава 6
ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА КАК ЭЛЕМЕНТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
Опыт эксплуатации технологических систем, созданных на основе автоматизированных станков, показывает, что надежность их недостаточна. Простои из-за отказов функциональных блоков элементов технологической системы и поиск повреждений снижают эффективность технологических процессов. В связи с этим во время эксплуатации технологических систем решаются задачи повышения их надежности за счет технической диагностики. В ГОСТ 27518-87 указывается, что целью "диагностирования является поддержание установленного уровня надежности, обеспечение требований безопасности и эффективности использования изделий". Диагностирование объектов, каковыми являются технологические системы, не только поддерживает, но и в ряде случаев повышает их надежность.
6.1. ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
Исходным является измерение отклонений основных входящих параметров, наиболее существенно влияющих на изменение выходного параметра. Измерения могут выполняться периодически после завершения технологической операции или перехода и непрерывно в течение процесса обработки. Периодические измерения, как правило, не решают задачи обнаружения значительных отклонений, приводящих к отказам, так как быстропротекающие процессы могут привести к отказу за время, меньшее периода из-
350
Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
мерения. Поэтому предпочтительными являются непрерывные измерения. Однако часто непрерывные измерения невозможно осуществить прямыми методами, и применяют косвенные методы измерения.
Косвенные измерения - это измерения, при которых искомое значение величины отклонения находят на основании известной зависимости между этой величиной и величиной, доступной для измерения в процессе обработки. Косвенные методы определения отклонений входящих параметров возможны после выявления признаков этих отклонений. В качестве признаков часто используются параметры физических процессов внутри работающего объекта, содержащие определенный объем информации о его техническом состоянии. Эти параметры измеряются также косвенными методами. Например, используются электрические методы измерения неэлектрических величин, генерирования электрических сигналов в датчиках - преобразователях.
Так как системы диагностирования устанавливаются на автоматизированном технологическом оборудовании, то и диагностирование должно осуществляться в автоматическом режиме. Достигается автоматическое определение состояния технологической системы (ее элементов) и автоматическое определение выходных параметров. Средства достижения в общем виде представлены на рис. 6.1.
Рис. 6.1. Структура средств автоматического определения состояния технологической системы
ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ 351
В зависимости от решаемой задачи в состав этих средств входят различные измерительные устройства (ИУ), состоящие из первичных датчиков преобразователей диагностических признаков состояния технологической системы и электронного блока для первичной обработки сигналов датчиков, устройства сбора и обработки информации от ИУ и принятия решений по результатам обработки (устройство принятия решений - УПР), и наконец, устройства реализации решений. В качестве последнего, как правило, используется либо устройство ЧПУ (УЧПУ), либо компьютер, входящие в состав современной системы управления станком.
Таким образом, функции обеспечения надежной эксплуатации технологической системы в "безлюдном режиме" возлагают на систему контроля, диагностирования и принятия решений, заменяющую сенсорно-моторную деятельность человека-оператора.
В соответствии с приведенной структурной схемой ведутся разработки систем диагностирования. На производстве работают станки с ЧПУ, оснащенные мониторами, - электронными устройствами, постоянно, по программе, следящими за состоянием процесса резания, инструмента и станка.
Разделяют два направления решения задач диагностики: пред-эксплуатационная диагностика и диагностика в процессе эксплуатации (рис. 6.2).
Предэксплуатационная диагностика решает задачи на стендах автоматизированных систем научных исследований (АСНИ), создаваемых на базе диагностируемого технологического оборудования.
На стендах АСНИ для решения широкого круга задач реализуется метод комплексного диагностирования. Для этого стенды оснащаются целым рядом разнообразных датчиков для измерения физических величин, сопровождающих обработку.
Предэксплуатационное диагностирование выполняется при испытании новых металлорежущих станков с целью выявления их слабых мест, недостаточно надежных деталей и узлов, требующих доработки конструкций и технологических решений и определения критериев состояния оборудования. На стендах АСНИ отрабатываются новые конструкции режущего инструмента, определяются
352
Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
Рис. 6.2. Направления решения задач диагностики
оптимальные варианты инструментального материала и геометрии инструмента для заданных условий обработки, а также решаются задачи сертификации инструмента. Наконец, для каждой технологической системы разрабатывается система эксплуатационного диагностирования. Для этого выполняются все необходимые исследования, позволяющие:
а) определить критерии состояния объекта и решить вопрос, что измерять;
б) разработать технологию измерения и решить вопрос, как измерять.
Это позволяет составить алгоритм диагностирования технологической системы или ее элементов.
Необходимость диагностирования при эксплуатации вызвана тем, что наработка до отказа технологической системы и ее элементов является случайной величиной. Диагностирование обеспечивает своевременное прекращение работы станка за счет оперативного определения состояния отказа.
В соответствии с составленным алгоритмом в производственное технологическое оборудование устанавливаются те датчики, необходимость в которых установлена на стенде АСНИ. Инфор
ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ 353
мация от датчиков передается в устройство реализации решений с помощью разработанного интерфейса.
Системы диагностирования должны удовлетворять ряду требований, основные из которых следующие:
а) удобство и простота применения в производственных условиях;
б) осуществление процесса диагностирования в минимальное время;
в) необходимая достоверность.
В процессе эксплуатации технологической системы диагностирование решает различные задачи в зависимости от вида обработки. При черновой и получистовой обработке диагностируются функциональные отказы, когда значительна доля отказов инструмента из-за хрупкого разрушения и катастрофического износа. При окончательной обработке деталей должна обеспечиваться параметрическая надежность за счет диагностирования выходных параметров, какими являются показатели качества обработки. Отказы должны предупреждаться в процессе окончательной обработки, а не после изготовления деталей.
Доминирующим повреждением, перекрывающим значительную долю резерва точности технологической системы, часто оказывается размерный износ или выкрашивание режущего инструмента. Поэтому большинство реализованных на производстве систем диагностирования распознают текущее состояние и отказ инструмента.
Разнообразные условия эксплуатации, вызывающие различные виды повреждений и причины отказов инструмента, определяют различные алгоритмы диагностирования. Однако общность решаемых задач позволяет осуществить единый научно-методический подход, который лежит в основе разработки систем диагностирования. Он состоит в очередности выполнения следующих этапов работ.
1. На базе теоретических и экспериментальных исследований выявляют возможные в процессе эксплуатации изменения в состоянии инструмента; определяют критерий состояния инструмента и критерий отказа. В качестве критерия состояния прини
354
Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
мается параметр инструмента, однозначно и полно при данных условиях характеризующий текущее состояние инструмента и способный отображаться с помощью принятых диагностических признаков. Это может быть величина, определяющая очаг износа или выкрашивания, нарост и др. Предельное значение этой величины - критерий отказа.
2. Экспериментально из числа параметров процесса резания выявляют косвенные диагностические признаки возможных изменений в состоянии инструмента и критерия отказа. В результате анализа выделяют наиболее информативный диагностический признак (здесь и далее - косвенный диагностический признак).
3. Описывают связи между критерием состояния инструмента и диагностическими признаками состояния на основе исследований отображения изменения критерия состояния в диагностических сигналах из зоны резания. Разрабатывают диагностические модели, которые могут иметь или детерминированный, или стохастический характер. Диагностическая модель устанавливает связь между состояниями объекта и их отображениями в диагностических сигналах.
4. Разрабатывают алгоритм и программное обеспечение системы диагностирования.
5. Разрабатывают аппаратную реализацию алгоритма диагностирования.
Таким образом, при решении задачи диагностирования процесса и инструмента осуществляется системный подход. Объект разработки рассматривают как систему связанных между собой областей знаний, приобретаемых в определенной последовательности. Принятый методический подход к разработке систем диагностирования служит в то же время планом изучения диагностики как области знаний.
Из приведенного перечня работ следует, что большую их часть составляют исследования в области теории резания, которая при разработке систем диагностики в металлообработке приобретает особую значимость. Естественно, что эти исследования основаны на ранее накопленных знаниях. Но часто для конкретных процессов и инструментов появляются и новые задачи, решение которых необходимо для повышения надежности диагностирования.
ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ И ИЗНОСА 355
6.2. ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ И ИЗНОСА ИНСТРУМЕНТА
Систему диагностирования следует рассматривать как совокупность режущего инструмента и средств его диагностирования. Характер возможных изменений в состоянии инструмента предопределяет алгоритм диагностирования и структуру системы.
На автоматизированных станках применяют различные виды и типы инструмента. Наибольшее распространение получили резцы, сверла и торцовые фрезы с механическим креплением СРП, сверла, метчики и концевые фрезы, изготовленные из твердых сплавов. Для них известны Общие закономерности развития очагов износа, изменения структуры и свойств в режущей части инструмента в зависимости от его служебного назначения и режимов резания. В справочниках нормативов режимов резания даются допускаемые величины износа.
Однако при эксплуатации конкретных инструментов наряду с общими закономерностями изнашивания возникают, в зависимости от условий резания, свои особенности в изменении состояния инструмента, часто и приводящие к его отказу. Справочные значения допускаемых износов и критериев отказа существенно отличаться от тех, при которых следует заменять инструмент по экономическим соображениям.
В связи с этим для обеспечения надежного диагностирования необходимо, прежде всего, изучить изменения в состоянии инструмента в конкретных условиях его эксплуатации, выявить такой изменяющийся параметр, который может служить критерием состояния и критерием отказа инструмента.
Ряд параметров характеризует начальное состояние инструмента. В процессе резания изменение любого из них, в конечном счете, отображается в росте интенсивности изнашивания или выкрашивания. Поэтому в качестве критерия состояния принимают какой-либо из размеров очага износа или выкрашивания. Предельное значение этих размеров, при которых начинается разрушение режущей части или нарушаются установленные технической документацией требования обработки, принимают в качестве критерия отказа.
12*
356
Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
При оптимальных условиях эксплуатации инструмента, имеющего оптимальные параметры начального состояния, доминирующим является отказ из-за изнашивания рабочих поверхностей. В этом случае в качестве критерия состояния должна быть выбрана такая мера очага износа, которая будет удовлетворять следующим требованиям:
а) однозначно во всех стадиях изнашивания вплоть до отказа отображать изменения в состоянии инструмента как по геометрии режущей части, так и по свойствам инструментального материала;
б) монотонно возрастать в зоне нормального изнашивания;
в) быть удобной для точных измерений;
г) информативно отображаться параметрами процесса резания, принятыми в качестве диагностических признаков.
Контроль повреждений в инструменте для диагностирования его состояния, как указывалось выше, может производиться периодически или непрерывно. Периодический контроль связан с прямыми методами измерения геометрических параметров инструмента, с помощью которых могут быть определены: поломка, скалывание, износ режущего участка. Измерения могут осуществляться в рабочей зоне станка с прерыванием цикла обработки либо в специальной позиции инструментального магазина.
Однако предпочтение отдают, по причинам, указанным ранее, косвенным методам измерения, выполняемым в процессе резания.
В связи с этим вторым этапом методического подхода к разработке систем диагностирования является определение косвенных диагностических признаков состояния инструмента. При этом признаки выявляются экспериментально. Однако установленная взаимосвязь процессов в объектах, участвующих в резании, взаимосвязь параметров, характеризующих эти процессы, позволяют осознанно ограничивать рамки экспериментов.
При резании взаимодействие инструмента с обрабатываемым материалом вызывает два одновременно протекающих процесса: разрушение обрабатываемого материала и разрушение режущего инструмента. Результатом разрушения обрабатывания материала является образование стружки и поверхностного слоя детали, которые характеризуются указанными на рис. 6.3 параметрами состояния. Значения параметров определяются условиями резания.
ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ И ИЗНОСА 357
ОБЪЕКТ, СРЕДСТВА И УСЛОВИЯ ОБРАБОТКИ
Заготовка Станок Инструмент Внешняя среда
| Механические I свойства Физические ] свойства I Припуск (глубина 1 резания) Другие движения Жесткость Другие Механические свойства Физические свойства Геометрические параметры Другие Охлаждающие свойства Смазывающие свойства Поверхностноактивные вещества Расход, давление и другие
Скорость резани^ Подача
Обработка резанием
ПРОЦЕСС РАЗРУШЕНИЯ обрабатываемого материала
Образование стружки
Формирование поверхностного слоя
Параметры состояния
Стружки | Детали
1. Степень деформации (коэффициент усадки).
Тип стружки. Форма стружки.
Нарост, его форма и др.
2.
3.
4.
Блок 1
1.
2.
3.
4.
Степень наклепа.
Напряжения. Шероховатость.
Размер
Блок 2
Я, 4?»
е.
ЭДС ре-
—* зания, АЭ и др.
ПРОЦЕСС РАЗРУШЕНИЯ режущего инструмента
Изнашивание рабочих поверхностей
Выкрашивание (скалывание) рабочей части
Параметры состояния инструмента
1. Величина износа. 2. Нарост. 3. Твердость инструмент тального материала. 4. Характер структуры инструментального материала и др. 1. Величина выкрашивания или скалывания. 2. Трещины и др.
Блок 3 Блок 4
е
Рис. 6.3. Взаимосвязь параметров в процессе резания
Разрушение инструмента проявляется в виде изнашивания его рабочих поверхностей или выкрашивания (сколов) режущей части, что изменяет параметры начального состояния инструмента. Из
358
Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
меняется его геометрия, а вместе с ней основные параметры состояния стружки и поверхностного слоя детали. В свою очередь, параметры состояния стружки и детали влияют на особенности разрушения инструмента и параметры его состояния.
Среди параметров первого и второго блоков есть такие, за которыми устанавливают непрерывный контроль, мониторинг - наблюдение за развитием во времени. Это износ, скалывание, поломка инструмента, форма стружки, нарост, шероховатость, размер детали и др.
Помимо взаимосвязанных между собой параметров состояния стружки, детали и инструмента, процесс резания характеризуется функциональными параметрами. Из этих параметров особое место занимает сила резания R. Она появляется при заданном кинематикой резания относительном движении инструмента и обрабатываемой заготовки. Поэтому сила ровно такая, которая необходима для преодоления сопротивления этому движению - сопротивления разрушению срезаемого слоя и трения, возникающего в движении.
Любые изменения условий резания, вызванные изменением параметров состояния инструмента и стружки, приводят к изменению силы. При этом в связи с нестационарностью процесса резания могут изменяться не только среднее значение силы и направление ее действия R, но и амплитуда Ал, и частота ее колебания fR.
Сила R едина для процессов разрушения обрабатываемого материала и инструмента. Она определяет необходимую для резания работу и мощность. Едины источники теплоты Q, возникающие вследствие превращения механической энергии в тепловую и создающие различные определяемые температурой 0 и температурными полями тепловые условия процессов. Так же, как и сила, источники теплоты, а вслед за ними и температурные поля чувствительны к изменениям условий резания и параметров состояния инструмента, стружки и детали.
Взаимосвязь этих параметров используется при решении конкретных задач диагностики. Так, при диагностировании инструмента, когда в качестве параметра его состояния принята какая-либо мера очага износа, диагностическими признаками ее величины, обладающими большей или меньшей информативностью, мо
ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ И ИЗНОСА 359
гут быть несколько или один из параметров состояния детали, стружки, а также функциональных параметров процесса резания. Предельные допускаемые значения этих параметров могут служить критериями отказа инструмента. Укрупненно возможные диагностические признаки состояния инструмента, стружки и детали показаны в табл. 6.1. Естественно, что для диагностирования используются наиболее информативные диагностические признаки, которые выявляются экспериментальным путем (в табл. 6.1 они отмечены"+").
Кроме рассмотренных параметров в качестве диагностических признаков используют сигналы различных физических явлений, сопровождающих процесс резания. Это прежде всего параметры колебаний в широком диапазоне частот, начиная с акустикоэмиссионных (АЭ); электрические параметры (например, ЭДС); параметры магнитных полей в зоне резания и др. Все они отображают контактные процессы при резании, разрушение инструмента и обрабатываемого материала.
6.1. Диагностические признаки состояния объектов процесса резания
Объекты диагностирования Диагностические признаки
Параметры состояния инструмента Параметры состояния стружки Параметры состояния детали Функциональные параметры процесса
Параметры состояния детали + — — 4-
Параметры состояния стружки + —
Параметры состояния инструмента — + + +
360 Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
В основе диагностирования состояния инструмента лежит предположение об обратимости зависимости между параметром его состояния и другими параметрами, являющимися его косвенными диагностическими признаками Пь П2...П„.
При заданных условиях надежность диагностирования зависит от информативности диагностического признака П,. Под информативностью понимается отношение величины его изменения АП,- к величине изменения параметра состояния At/,. При этом в связи с нестационарностью процесса резания значение П,- может колебаться около среднего значения с определенной амплитудой и частотой. Для расчета информативности принимаются средние значения П,. Наиболее информативные из ряда диагностических признаков те,..которые имеют большую величину отношения
АП,.
At/,. •
(6.1)
Из рис. 6.4 видно, что диагностический признак П1 является более информативным, чем П2. Если один диагностический признак отображает состояние инструмента, то диагностирование, построенное на этой основе, следует назвать однопараметрическим.
Зависимость П = _/(!/), полученная для определенных условий, позволяет выявить текущее значение критерия состояния и предельное его значение, но при тех же условиях резания. Если эти данные необходимо получать при различных условиях, например,
Рис. 6.4. Определение информативности диагностического признака
ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ И ИЗНОСА 361
при различных режимах, то должна использоваться более сложная зависимость - П = fiU, n, S, f), поскольку принятый диагностический признак зависит обычно не только от U, но и от режима резания.
В ряде случаев для повышения достоверности диагноза необходимо обеспечить многопараметрическую диагностику. Причин, приводящих к этому, может быть несколько. Например, при недостаточной информативности диагностических признаков их дублируют или используют дополнительный диагностический признак, исключая влияние доминирующего случайного возмещающего фактора процесса резания, существенно искажающего результаты диагностирования инструмента.
Из теории резания известно, что сила сопротивления движению режущего инструмента относительно обрабатываемой заготовки складывается из следующих составляющих:
а) сопротивление пластическому деформированию и разрушению металла в зоне стружкообразования и в поверхностном слое детали;
б) сопротивление стеканию (трению) стружки по передней поверхности инструмента;
в) сопротивление образовавшейся стружки деформации изгиба и ломания;
г) сопротивление движению инструмента, возникающему на задних его поверхностях.
Суммирование всех этих составляющих приводит к появлению результирующей силы резания R.
Изменение каждой из перечисленных составляющих силы вызывается не только изменением факторов процесса резания, но и изменением при обработке соответствующих параметров состояния инструмента, детали и стружки. В связи с этим каждая составляющая может играть роль диагностического признака изменения связанного с ней параметра состояния.
Так, увеличение сопротивления движению инструмента на задней поверхности является признаком роста площадки износа на задней поверхности. Изменение при заданных факторах процесса сопротивления пластическому деформированию в зоне стружко-
362
Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
образования может быть вызвано износом передней поверхности. Образование лунки износа приводит к увеличению фактического переднего угла, изменяет форму застойной зоны, угол действия.
Однако измерение отдельно каждой из перечисленных составляющих силы связано с большими трудностями. Зато доступны для измерения составляющие силы R, разложенной по координатным осям х, у, z, среднее значение вектора R, амплитуда AR и частота fR его колебаний. Эти параметры несут значительную информацию из зоны резания и могут быть использованы как диагностические признаки состояния инструмента и стружки.
Физические представления о процессе резания и работе инструмента позволяют прогнозировать возможность использования силовых диагностических признаков для различных изменяющихся параметров состояния. Для наглядности прогнозы по основным параметрам состояния сведены в табл. 6.2.
6.2. Силовые диагностические признаки параметров состояния инструмента
Изменяющиеся параметры СОСТОЯНИЯ Диагностические признаки
Л Ру рх Ar fR
Износ инструмента по задним поверхностям ± + + + —
Износ инструмента по передней поверхности + ± ± — —
Выкрашивание или скалывание режущей кромки + + + — —
Изменение формы стружки — ± ± + ±
Образование нароста ± — — — —
Условные обозначения: "+" - большая предполагаемая информативность диагностического признака; "±" - меньшая предполагаемая информативность диагностического признака.
ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ И ИЗНОСА 363
Рис. 6.5. Изменение Рх и Рг с ростом износа задней поверхности инструмента Л3: обрабатываемый материал - молибденовый сплав
Взаимосвязь параметров состояния объектов процесса резания (см. рис. 6.3) позволяет осознанно подходить к выбору диагностических признаков диагностируемых параметров. Однако окончательное заключение о практическом применении того или иного признака можно сделать лишь путем сопоставления их информативности, выявленной в результате экспериментальных исследований. Только эксперимент при конкретных условиях резания позволяет учесть возможные, часто непредсказуемые, особенности работы инструмента и взаимосвязи параметров его состояния с предполагаемыми диагностическими признаками.
Как видно из табл. 6.2, составляющие силы резания Рх, Ру, Pz являются информативными диагностическими признаками развития очага износа инструмента по задней поверхности й3, что подтверждается экспериментальными зависимостями, приведенными на рис. 6.5. Графики зависимостей Рх =J(h3) и Р2 = J(h3), полученные при точении на скорости резания v = 102 м/мин при отсутствии нароста на резце, обнаруживают достаточно высокую информативность составляющих силы Рх и Р2. Но если снизить v, то при прочих равных условиях информативность их существенно сни
364
Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
жается. Объясняется это тем, что при меньших скоростях создаются условия, благоприятствующие образованию нароста. Нарост, нависая над задней поверхностью, уменьшает контакт площадки износа с поверхностью резания детали, а вместе с этим и рост составляющих сил, вызываемый износом h3.
Вопрос о возможности использования силы резания как диагностического признака состояния процесса и инструмента решен положительно. Для оценки информативности силы экспериментальные исследования выполняют обычно на специальных стендах с помощью лабораторных динамометров, которые позволяют получить составляющие силы, действующие на инструмент или заготовку, закрепленные в динамометре. Однако эти приборы, используемые для исследования процессов резания, например динамометры УДМ, не могут быть использованы в производственных условиях для систем оперативного диагностирования на станках с ЧПУ из-за конструктивных и эксплуатационных ограничений.
В связи с этим разрабатываются специальные динамометры, встраиваемые в узлы и детали станков датчики. Их информативность существенно зависит от конструктивной и аппаратной реализации, а также от места расположения на станке датчика, преобразующего значения параметров силы в аналоговые электрические сигналы. Выявление оптимального варианта требует специальных исследований, которые необходимо проводить при создании систем диагностирования. При разработке силоизмерительных датчиков следует учитывать конструктивные особенности станка, анализировать цепи силового замыкания.
На рис. 6.6 приведена схема сил, действующих на узлы и детали токарного станка, которая позволяет наметить места установки датчиков сил и определить их конструктивное решение. Подобные схемы могут быть применимы и для других станков.
На токарном станке вертикальная составляющая силы резания Р2, действующая на заготовку диаметром D, перенесенная в центр заготовки (см. рис. 6.7), создает момент сопротивления резанию PzD
Мс р = ——, который через систему передач преодолевается кру-
ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ И ИЗНОСА 365
Рис. 6.6. Схема сил, действующих при резании на узлы токарного станка:
1 - тензометрический подшипник; 2,4- тензометрические опоры ходовых винтов; 3 - датчик силы в державке резца;
5,6- датчики мощности приводов
Рис. 6.7. Действие составляющей силы резания Рг на резец, деталь и передний подшипник шпинделя
тящим моментом электродвигателя. Между моментом на заготовке и моментом на валу двигателя существует функциональная связь, которая позволяет использовать двигатель как датчик силы. Эта же сила Pz в центре заготовки, перенесенная в центр передней опоры шпинделя, действует на нее, вызывая деформации деталей подшипника. Функциональная связь между силой и этими деформа
366 Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
циями позволяет использовать подшипник как датчик силы. Используют также детали токарного патрона и центра задней бабки.
Сила Рг деформирует державку резца, опору вращения револьверной головки и опору шпинделя. В этих местах могут быть установлены датчики силы.
Составляющая сила резания Рх действует в осевом направлении на передний радиально-упорный подшипник шпинделя, а ее реакция на резец и резцовую головку. Силовое замыкание показано на рис. 6.6 штриховой линией и стрелками. Оно позволяет определить места расположения и конструкции датчиков для измерения Рх. При продольной подаче резца сопротивление перемещению суппорта преодолевается двигателем подачи. Он создает крутящий момент для вращения ходового винта, обеспечивающий на гайке тяговое усилие, необходимое для подачи суппорта. Опоры винта так же, как и двигатель подачи, могут быть использованы в качестве датчиков усилий. Аналогично определяются возможные места установки датчиков для определения составляющей силы резания Ру.
Датчики как первичные преобразователи являются неотъемлемыми элементами контрольно-измерительных систем и систем автоматического управления технологическими процессами. В датчиках обычно реализуются принципы электрических методов измерения неэлектрических физических величин. Используются десятки различных принципов. Основные у них показаны в табл. 6.3.
Для измерения сил и моментов широко используются тензо-резисторные (тензометрические) датчики, которые изменяют свое электрическое сопротивление за счет приложенной механической силы. Датчики с использованием тензорезисторов имеют обычно простую конструкцию, обладают большим диапазоном измерения и обеспечивают необходимую точность измерения.
Тензорезистор представляет собой электрический проводник в виде плоского витка тонкой проволоки из сплава металлов с большим электрическим сопротивлением, помещенной между двумя полосками синтетической пленки.
ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ И ИЗНОСА 367
6.3. Датчики для измерения различных физических величин
Принцип действия Физическая величина
Усилие Перемещение Скорость линейная Ускорение Вибрации Температура
Емкостной + + + + + +
Термопарный — — — — — +
Термисторный — — — — — 4-
Тензорезис-торный + — — — —
Пьезоэлектрический + + — + + —
Индуктивный + + — — —
Токовихревой — + + — — —
Эффект Холла — + — — —
Из курса физики известно, что электрическое сопротивление Яп проводника конечной длины зависит от его геометрических размеров и удельного электрического сопротивления:
р _PZ_P/2
(6-2)
где р - удельное электрическое сопротивление; I - длина проводника; А - площадь поперечного сечения; V- объем проводника.
При заданных р и V изменение сопротивления существенно зависит от длины I проводника.
Для измерения силы тензорезистор наклеивается на боковую поверхность упругой детали (рис. 6.8, а), которая воспринимает силу и деформируется под ее воздействием в пределах закона Гука. Например, от сжимающей силы Р деформация боковой поверхности упругой детали, показанной на рис. 6.8, вызывает изменение длины проволоки датчика на величину Д/. Это влечет за собой изменение электрического сопротивления тензодатчика:
368
Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
Рис. 6.8. Наклеивание тензорезисторного датчика (а) и мостовая измерительная схема (б)
(6.3)
&Rn=Rn^-SE, где SE - чувствительность датчика.
Для реализации электрического метода измерения сил с помощью тензорезисторов применяют мостовые измерительные схемы. Если в плечи моста (рис. 6.8, б) установить четыре тензоре-зистора с сопротивлениями Ri, R3, R3 и /?4, то при изменении сопротивления R] на величину АТ? (за счет деформации датчика) напряжение в измерительной диагонали С7р может быть рассчитано по второму закону Кирхгофа.
При одинаковых R, всех датчиков
(J — — 77
где - напряжение, подаваемое на мост.
При рациональном расположении тензодатчиков на силоизмерительном устройстве (динамометре) и включении в электрической схеме можно при экспериментах добиться компенсации и устранения погрешностей измерений, вызванных влиянием температуры, влажности и т.д. Этого достигают за счет сложения или вычитания измеряемых величин в мостовой схеме, таких как растягивающие и сжимающие усилия, изгиб и кручение.
При изготовлении динамометров для исследования силовых зависимостей при резании используют несколько активных и пассивных (не изменяющих сопротивление) тензорезисторов.
ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ И ИЗНОСА 369
Рис. 6.9. Измерительный стержень с двумя активными тензорезисторами R\ и Ri
Если в исследованиях применяются устройства, использующие несколько активных тензорезисторов в мостовых схемах, то к ним применимо следующее правило: "электрическое напряжение диагонали моста получается, если изменение сопротивлений двух соседних тензорезисторов разного знака, а диаметрально противоположных тензорезисторов - одного знака". Напряжение в измерительной диагонали остается равным нулю при одинаковых деформациях двух соседних тензорезисторов с одинаковым знаком или двух противоположных с разными знаками.
Если на упругий стержень воздействуют растягивающие силы F и изгибающий момент М, а на стержне закреплены активные тензорезисторы R\ и /?2, имеющие одинаковое сопротивление (рис. 6.9, а) и включенные в мостовую измерительную схему по рис. 6.9, б, то с помощью данной схемы можно измерять электрическое напряжение t/р, пропорциональное приложенному моменту. Действие изгибающего момента вызовет удлинение тензорези-стора R\ и укорочение тензорезистора Ri, что дает в итоге измене
370
Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
ние сопротивлений соответствующих тензорезисторов разных знаков +ДЯ] и -Д/?2. Это вызовет изменение напряжения в измерительной диагонали. Под воздействием продольных сил F тензоре-зисторы, включенные в соседние плечи моста, получат одинаковую по величине и знаку деформацию, и, как следствие, одинаковое изменение сопротивления (ввиду исходного равенства Rt и равенства деформаций). Тогда, согласно вышеизложенному правилу, напряжение в измерительной диагонали моста под воздействием сил на тензорезисторы не изменится.
При включении тензорезисторов по схеме на рис. 6.9, в в измерительной диагонали будет происходить изменение электрического напряжения за счет действия сил F.
Динамометрические устройства с тензорезисторами позволяют регистрировать силовые параметры процесса резания, частота изменения которых лежит в диапазоне до 40 Гц. Для усиления малых сигналов, поступающих с измерительной диагонали мостовой схемы с тензорезисторами, применяют усилители.
Тензометрические подшипники применяются рядом станкостроительных фирм в качестве передней опоры шпинделя токарных, фрезерных и многоцелевых станков для измерения двух или трех составляющих силы резания. Такое измерительное устройство состоит из первичного преобразователя (датчика) и электронного модуля для обработки сигнала.
Принцип измерения сил состоит в следующем. При нагружении подшипника качения силой резания в шариках и кольцах возникают деформации, пропорциональные нагрузке. При вращении подшипника зоны деформации в наружном кольце пульсируют. Величина деформации может быть определена с помощью тензорезисторов, которые наклеиваются на поверхность специальной проточенной канавки наружного кольца подшипника (рис. 6.10). В тензорезисторы подается постоянный ток от блока питания.
В позиции А шарик находится против тензорезистора и тензо-резистор попадает в зону деформации; в позиции В он попадает между двумя зонами деформаций. Изменение электрического сопротивления тензорезисторных датчиков электрически преобразуется в изменение напряжений.
ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ И ИЗНОСА 371
Рис. 6.10. Изменение напряженного состояния тензорезисторного датчика
Для измерения составляющих силы резания Ру и Рх при токарной обработке (или осевой силы при сверлении) устанавливаются в комплекте два радиально-упорных подшипника, на наружные кольца каждого из которых наклеиваются по четыре тензорези-сторных датчика, составляющих измерительный мост. Конструкция опоры шпинделя с тензометрическими подшипниками показана на рис. 6.11.
Тензометрические подшипники
Вывод
^проводов
Рис. 6.11. Передняя опора шпинделя станка с тензометрическими подшипниками
372
Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
2
4
Рис. 6.12. Точки измерения в тензометрических Подшипниках
При измерении, например, составляющей Ру, ее воздействие в направлении, указанном на рис. 6.12, приводит к приросту величины деформаций переднего и заднего подшипников, а вместе с этим - к изменению электрических сопротивлений тензорезисторных датчиков. В результате изменяется напряжение в измерительных точках мостов.
При использовании двух тензометрических подшипников осуществляется также измерение составляющей Рх. При этом обеспечивается исключение взаимного влияния составляющих друг на друга.
Для определения значения сил по электрическим сигналам система должна быть протарирована. При этом нагружение тензометрических подшипников должно производится при их вращении на специальном приспособлении динамической тарировки.
Существенным недостатком тензометрических подшипников является сложность их монтажа в шпиндельном узле станка, связанная с высокими требования к точности их базирования. Незначительные деформации наружного кольца при монтаже вызывают появление вредного сигнала датчиков и нарушают точность измерения силы резания.
Достоинством метода является близкое к зоне резания расположение тензометрических подшипников и непосредственная передача сил резания на измерительные элементы.
Описанный метод измерений применяют при различных видах обработки для определения текущего и предельного износов, а также момента поломки инструмента. В качестве датчика используют тензометрические втулки, встраиваемые в узлы станков.
ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ И ИЗНОСА 373
Рис. 6.13. Опора ходового винта с тензометрическими втулками: 1,2- тензометрические втулки; 3 - гайка; 4 - регулируемый фланец
Втулки различных конструктивных вариантов устанавливаются обычно в опорах механизмов продольной и поперечной подач.
На рис. 6.13 показан вариант установки тензометрических втулок в опоре ходового винта поперечной подачи токарного станка. Для регистрации силы Fy в узел опоры с предварительным натягом с помощью фланца 4 и гайки 3 устанавливаются две втулки 1 и 2. За счет мостового включения тензорезисторов обеих втулок в электрический контур, удается повысить чувствительность измерительной системы. При действии силы Fy в направлении, отмеченном стрелкой, втулка 2 испытывает сжимающее усилие, а втулка 1 растягивающее. Вместе с втулками деформируются соответствующие тензорезисторы, изменяется их электрическое сопротивление. При противоположном направлении действия силы втулка 2 сжимается, а втулка 1 растягивается.
Такая же конструкция опор используется для измерения тягового усилия продольной подачи. На рис. 6.14 представлен чертеж тензометрической втулки, на поверхность которой наклеены тензорезисторы.
374
Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
Рис. 6.14. Тензометрическая втулка
Важно, что измеряемые в опорах силы Fx и Fy существенно отличаются от величин, составляющих силы резания Рх и Ру.
Так, сила Fx представляет собой тяговое усилие на ходовом винте станка, необходимое для обеспечения движения продольной подачи при резании. Ее величина определяется по формуле:
Рх cos а +
cos а + 0,5 f(l + cos а)Ка
(6-4)
где а - угол наклона граней направляющих, °; f - коэффициент трения на направляющих; G\ - вес суппорта, Н; G2 - вес резцовой головки, Н; Ка - коэффициент подъема резьбы ходового винта; Мх - момент соответствующих сил и масс, Н-м:
Мх = Ргур + Gxyx + G2y2 - Pyzp. (6.5)
Размеры ур, ус,у\, zp показаны на рис. 6.15.
Из формулы (6.4) следует, что Fx, измеряемая в опоре ходового винта, помимо составляющей Рх зависит не только от постоянных, но и от изменяющихся в процессе резания параметров. Например, коэффициент трения на направляющих скольжения/мо-
ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ И ИЗНОСА 375
Рис. 6.15. Схема к расчету тягового усилия иа ходовом винте
жет изменяться в несколько раз в зависимости от скорости подачи. В этом ряду переменных и постоянных составляющих Fx на долю силы Рх приходится до 60 %. Изменение Рх, связанное с износом инструмента, будет составлять совсем небольшую долю. Поэтому не следует ожидать высокой информативности диагностического сигнала, поступающего с тензометрической опоры винта продольной подачи. Исследования показали, что при возрастании износа на задней поверхности твердосплавного резца на 0,1 мм, контролируемая сила увеличивается всего на 6 %.
По зависимости, имеющей аналогичную структуру, можно рассчитать силу Fy, возникающую при резании в опоре винта поперечной подачи. Естественно, что сила Fy по своему значению будет ближе к силе Ру, чем Fx к Рх. Это связано с уменьшением числа силовых параметров, влияющих на величину Fy. Большую информативность имеет диагностический сигнал, поступающий с тензометрической опоры винта поперечной подачи. Чем ближе установлены датчики к зоне резания, тем выше их информативность.
При достижении предельного износа сигнал возрастает на 180...200 %, а при выкрашивании - на 160...210 %. На рис. 6.16 показаны зависимости приращения от величины износа резцов.
Тензометрическая проставка устанавливается между кареткой суппорта и корпусом револьверной головки токарного станка с ЧПУ (рис. 6.17).
В компенсаторной проставке 3 профрезерованы ступенчатые пазы. В пазах закрепляются упругие пластины 1 с наконечниками 2.
376
Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
Рис. 6.16. Зависимости Fy от износа h3 при точении стали 45 резцами Т15К6:
1 - v = 200 м/мин, So = 0,4 мм/об, t = 5 мм; 2 - v - 150 м/мин, So = 0,4 мм/об, t = 0,5 мм; 3 - v = 200 м/мин, So = 0,2 мм/об, t = 2 мм
Рис. 6.17. Тензометрическая проставка
На пластинах размещаются тензорезисторы 4. В результате получаются консольно расположенные упругие чувствительные элементы, которые воспринимают деформации проставки под действием сил резания.
ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ И ИЗНОСА 377
Рис. 6.18. Разложение силы резания Ryz, возникающей при фрезеровании, на составляющие
Динамометрическая головка применяется для измерения окружной силы Pz, возникающей при фрезеровании. Силу 7?yz на каждом зубе фрезы раскладывают на составляющие в двух системах прямоугольных координат: по координатам станка - направлениям трех возможных подач и по координатам х, у, z, связанным с положением зуба фрезы (рис. 6.18). Приращения составляющих сил Рн и Ру определяются с помощью измерительных средств, встраиваемых в узлы станка.^
Для измерения окружной силы Pz и создаваемого ею крутящего момента в МГТУ "Станкин" разработано устройство, показанное на рис. 6.19.
Устройство состоит из корпуса 1, устанавливаемого в шпинделе фрезерного станка. В корпусе на двух конических упорных подшипниках 2 помещается оправка 6. Натяг подшипников через разделительное кольцо 3 осуществляется разрезными гайками 7. Кольцо 4 предназначено для монтажа проводов 5, связывающих тензорезисторные датчики с токосъемником. Хвостовик 8 фрезы вставляется в оправку 6 и закрепляется гайкой 12 через кольцо 11. Подшипники 2 в корпусе 1 фиксируются фланцем 10 с уплотнительным кольцом 9. Оправка 6 имеет крестообразные выступы 14, каждый из которых поджимается двумя шпильками 75, ввинченными в корпус 7 и законтренными гайками 16. Тангенциальная составляющая силы резания Pz и создаваемый ею момент воспринимаются в процессе резания выступами 14, на поверхностях которых наклеены тензорезисторы 13, спаянные в полумостовую измерительную схему.
378
Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
Рис. 6.19. Динамометрическая головка для измерения окружной силы Рг при фрезеровании
Конструкция динамометрической головки практически исключает возможность деформации выступов 14 за счет осевой силы и сил, изгибающих фрезу, так как эти силы воспринимаются подшипниками. Тарировочный график близок к линейному. С помощью головки надежно определяется изменение составляющей силы Рг в связи с износом или выкрашиванием режущей части инструмента.
В тензометрических опорах 1 и 3 корпуса 2 шлифовальной бабки (рис. 6.20) установлен шпиндель 4 с абразивным кругом 5. Шпиндель базируется в каждой опоре на трех опорных вкладышах 12, выполненных в виде самоустанавливающихся сегментов. Они поджаты сборными винтами через стандартный шарик 13 и стакан 11 с тонкостенным дном, на внутренней поверхности которого наклеены тензорезисторы 14. Предварительный натяг в стакане 11 создается перемещением вдоль оси нагружающего элемента 10. Герметичность рабочей зоны датчика обеспечивается уплотнениями 9 и пробкой 7, ввинченной в гайку 6.
ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ И ИЗНОСА 379
Б (увеличено)
Рис. 6.20. Тензометрическая опора шпинделя шлифовальной бабки
В процессе шлифования тангенциальная Рг и радиальная Ру составляющие силы резания воспринимаются вкладышами 12 и через шарик 13 тензорезисторами 14 на дне стакана 11. Электрический сигнал подается в измерительный канал 8.
380
Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
Рис. 6.21. Измеритель крутящего момента при работе осевым инструментом
Из-за простоты эта конструкция часто применяется в системах контроля и диагностирования.
Измеритель крутящего момента, возникающего при работе осевым инструментом, позволяет выполнять измерения бесконтактным способом.
В основе его работы лежит эффект Виллари, состоящий в изменении намагниченности металла-ферромагнетика при его деформации. Эффект обусловлен изменением под действием механических напряжений структуры ферромагнетика, определяющей его намагниченность.
Измеритель, являющийся индуктивным датчиком, состоит (рис. 6.21) из бесконтактного преобразователя, представляющего собой катушку индуктивности, охватывающую переходную втулку. Втулка является ферромагнитным сердечником, намагниченность которого, а следовательно, и индуктивность меняются в результате деформации под действием момента сил резания. Измерительный блок воспринимает переменный ток звуковой частоты и усиливает выходной сигнал, преобразуя его в цифровую форму.
Датчики мощности, потребляемой приводами станка, косвенно измеряют составляющие силы резания.
Мощность резания Арез при продольном и поперечном точении рассчитывают соответственно по формулам:
= Р^ PxSn .
’'“•’’Род 60 60-1000’
60 60•1000 '
ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ И ИЗНОСА 381
Мощность, потребляемую электродвигателем привода главного движения станка, определяют по формуле:
Р v
N = эд 60т|
а мощность электродвигателей приводов подач:
PxSn
(6-7)
(6.8)
(6.9)
N =--------------,
эд.прод 60.1000п’
PySn N =--------у-----.
зд.п°п 60.1000г|
Во всех формулах т| - КПД приводов.
Из формул (6.7), (6.8) и (6.9) следует, что потребляемая мощность каждого электродвигателя будет изменяться в зависимости от изменения соответствующей ей составляющей силы резания. Естественно, что износ или выкрашивание инструмента, изменяющие силу резания, приведут к изменению момента и мощности. Основанный на этом метод контроля состояния инструмента нашел широкое распространение в связи со своей простотой. Достаточно измерить силу тока, протекающего в якоре электродвигателя, применяемого в приводе станка. Сила тока пропорциональна или мощности, или крутящему моменту на валу электродвигателя. Измерение тока в цепи якоря производят с помощью шунта, т.е. небольшого сопротивления, включаемого в электрическую цепь якоря. Падение напряжения на этом сопротивлении пропорционально величине тока, а значит, мощности или крутящему моменту.
Вместо шунта, для измерения тока применяют датчики типа трансформатора тока, выходной сигнал которого пропорционален величине подмагничивания током якоря.
Первичный ток в цепи якоря электродвигателя может быть определен путем умножения измеренного амперметром вторичного тока на коэффициент трансформации.
Для измерения мощности электрической энергии, напряжений, тока и параметров магнитных полей применяются датчики Холла. Эффект Холла используют также для измерения ряда неэлектрических величин: перемещений, давлений, углов поворота и др.
382
Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
Рис. 6.22. Принцип работы датчика Холла
Принцип работы этого датчика показан на рис. 6.22. Магнитопровод 1 обхватывает токопровод 2. В зазоре 5Р между полюсами магнитопровода 1 установлена пластинка 3 магниточувствительного элемента. От источника опорного напряжения Ео к точкам а и б прикладывается напряжение. В пластинке 3 появляется ток Iq. При протекании по токопроводу 2 контролируемого тока 1\ в магнитопроводе возбуждается магнитный поток Ф, который проходит через воздушный зазор и пересекает плоскость пластины 3 в направлении, перпендикулярном направлению протекания опорного тока 70.
В результате взаимодействия магнитного потока Ф и тока 1о в пластинке 3 образуется электрическое поле, вызывающее разность потенциалов Ux на электродах виг, представляющую собой ЭДС Холла. ЭДС Холла определяется по формуле:
UX=KXIOB, (6.10)
где Кх - постоянная Холла; В - магнитная индукция в рабочем воздушном зазоре магнитопровода, пропорциональная контролируемому току 71, и, следовательно, мощности, потребленной электродвигателем привода, если 7] - ток ротора.
ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ И ИЗНОСА 383
Метод контроля состояния инструмента по мощности эффективен при достаточно больших силах резания и небольшой мощности холостого хода станка. Применяется для крупноразмерного режущего инструмента, при этом надежно распознаются износ и поломки, когда известна мощность холостого хода и мощность резания острым инструментом. Вероятность определения отказов резцов при черновом точении с помощью монитора, контролирующего мощность, потребляемую электродвигателем, составляет 50...60 %. Удаленность датчиков от зоны резания не позволяет эффективно использовать метод при резании с малыми силами, так как появляются значительные погрешности, связанные с потерями на трение в кинематических передачах станка.
Достоинством метода, определяющим его широкое распространение, является простота встраивания датчиков Холла в станки без конструктивных изменений.
Пьезоэлектрические датчики при определении сил резания генерируют электрический сигнал при механическом воздействии на чувствительный элемент, изготовленный из пьезоэлектрика (кварца SiO2, титаната бария TiB и др.), в направлении его полярной электрической оси. При очень небольших деформациях, вследствие смещения атомов пьезоэлектрика, возникает электрический заряд.
Если сила Fx действует в направлении электрической оси пластины, вырезанной из кристалла пьезоэлектрика, то из-за сближения положительных ионов кремния или же отрицательных ионов кислорода на плоскостях пластины, к которым приложена сила Fx, возникают электрические заряды +2 и -Q (рис. 6.23, а). Ненагру-женная шайба электрически нейтральна.
Рис. 6.23. Принципиальная схема пьезоэффекта
384
Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
Пьезоэлектрический датчик состоит из пластины пьезоэлектрика, зажатой между двумя металлическими обкладками, к которым прикладывается измеряемое усилие. Возникающая между обкладками разность потенциалов Ux пропорциональна силе Fx.
Электрический разряд появляется как при сжатии силой Fx пластины из пьезоэлектрика, так и при создании в ней сдвиговых напряжений силой Fy. Это позволяет использовать эти пластины как двухкомпонентные датчики. При изготовлении рабочие поверхности пластин должны быть строго ориентированы относительно оси анизотропии кристаллов.
Для получения большего заряда отдельные пластины объединяют в пакеты и электрически соединяют между собой по параллельной схеме (рис. 6.23, б), при этом возникает заряд:
Ux=ndFx, (6.11)
где п - число пластин; d- пьезоэлектрический модуль.
Пьезоэлектрические датчики пригодны только для динамических измерений. Частотный диапазон измерений - до 105 Гц. Для измерения сил с помощью пьезоэлектрических датчиков необходим усилитель заряда.
Измерительные устройства на базе пьезоэлектрических датчиков имеют ряд существенных достоинств:
а) высокая чувствительность;
б) измерение малых перемещений порядка 1 мкм;
в) большой диапазон измеряемых нагрузок;
г) разделение силы резания на две составляющие достигается не сложными механическими конструкциями, а путем использования свойств пьезокристаллов реагировать на сжимающие и сдвигающие нагрузки;
д) высокая жесткость устройств позволяет измерять высокочастотные колебания.
Электрические заряды, генерируемые измерительными элементами этих датчиков, в результате действия сил резания, с помощью зарядных усилителей преобразуются в пропорциональные измеряемым величинам электрические напряжения. Выходные сигналы зарядных усилителей подвергаются дальнейшей обработке. В результате, на вход электронных блоков измерительного ка
ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ И ИЗНОСА 385
нала поступают пропорциональные значениям измеряемых сил сигналы, позволяющие производить обработку измерительной информации.
В системах диагностирования для измерения сил резания применяются пьезоэлектрические датчики, выполненные в виде колец, пластин, дюбелей и др. Используются датчики относительного удлинения.
Измерительная пластина для определения сил, показанная на рис. 6.24, представляет собой стальную плиту с размещенными в ней четырьмя пьезоэлектрическими датчиками.
Пластина устанавливается на базовой плоскости салазок токарного станка под опорой корпуса инструментальной револьверной головки. Чувствительные к деформации сжатия пьезоэлектрические датчики выступают над поверхностью пластины на величину 10... 15 мкм. За счет этого при монтаже обеспечивается необходимый предварительный натяг датчиков, а измеряемая нагрузка, которая может достигать значительной величины, распределяется равномерно по всей площади стальной плиты. Жесткость станка при этом снижается незначительно.
В результате датчики регистрируют изменение под действием силы толщины стальной плиты, при этом датчик может фиксировать нагрузки порядка 10 Н. Пластина, установленная под револьверной головкой, дает надежную информацию об износе инструмента и позволяет выявлять до 95 % его отказов.
Рис. 6.24. Измерительная пластина и ее применение
386
Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
Измерительное кольцо
а) б)
Рис. 6.25. Конструкция измерительного кольца (а) и его монтаж в револьверной головке (6)
Измерительные кольца с пьезоэлектрическими датчиками имеют такие же конструктивные особенности, что и пластины. Они устанавливаются в револьверной головке токарного станка с ЧПУ между корпусом и неподвижным кольцом или между шпиндельной бабкой и фланцем шпинделя на фрезерных станках (рис. 6.25).
Пьезоэлектрический датчик удлинения (рис. 6.26) позволяет определить силы резания путем измерения деформаций деталей станка. Место закрепления датчика выявляется экспериментальным путем. Оно является звеном силового замыкания в станке, существенно деформируется от действия силы резания.
Рис. 6.26. Пьезоэлектрический датчик удлинения
ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ И ИЗНОСА 387
При установке датчика не требуется конструктивных доработок в узлах станка. Датчик привинчивается снаружи винтом 2, например, к корпусу шпиндельной бабки. Растяжение или сжатие на определенной длине измерения I за счет сил трения в поверхностях контакта 4 создает в пьезоэлектрической пластине 3 напряжения сдвига и электрический заряд, пропорциональный силе.
Контроль состояния режущего инструмента реализуется путем получения измерительной информации от двух датчиков удлинения, один из которых измеряет силу подачи инструмента, а другой силу отжатия резца от заготовки.
С помощью датчиков удлинения, помимо износа инструмента, определяют его поломку и аварийные столкновения в станке.
При резании возникают колебания различной частоты, амплитуды и интенсивности. Они оказывают влияние на процесс струж-кообразования, качество обработанной детали и работоспособность режущего инструмента.
Колебания также используются для диагностирования состояния процесса резания и инструмента. Диагностика основана на измерении параметров колебаний элементов упругой системы станка в широком частотном диапазоне. Колебания условно разделяют на три диапазона частот: низкочастотный, частота до 1 кГц; среднечастотный - от 1 кГц до 50...80 кГц; высокочастотный - свыше 80... 100 кГц. Среднечастотные колебания обычно называют вибро-акустическими, а высокочастотные - акустической эмиссией (АЭ).
Источниками возбуждения низкочастотных колебаний упругой технологической системы являются различные периодические процессы:
а) биение вращающихся тел (шпинделя, зубчатых колес и др.);
б) прерывистое резание, например, при фрезеровании;
в) периодичность образования элементов стружки и нароста.
Источником возбуждения виброакустических колебаний в среднечастотном диапазоне являются периодичность образования элементов стружки, сложное фрикционное взаимодействие инструмента с обрабатываемым материалом и др.
Виброакустические колебания являются следствием взаимодействия физико-механических свойств обрабатываемого и инструментального материалов, макро- и микрогеометрии инструмента,
388
Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
Рис. 6.27. Схема изменения амплитуды самовозбуждающих колебаний при изменении контактных процессов
динамических характеристик технологической системы, режимов резания и др. Изменение хотя бы одного из перечисленных факторов приводит к изменению частоты виброакустических колебаний.
Износ режущего инструмента приводит не только к изменению его геометрии, но и вызывает изменение процессов, влияющих на виброакустические колебания. Так, могут изменяться пластические деформации при стружкообразовании и деформации поверхностного слоя детали, изменяются условия наростообразо-вания и скорость движения стружки по передней поверхности, контактные процессы и свойства инструментального материала. В связи со случайным характером влияния всех этих процессов и факторов на виброакустические колебания, а также в связи со случайным характером самого изнашивания, частота /r и амплитуда Ar виброакустических колебаний корреляционно связаны с состоянием режущего инструмента.
Действительно, в случае большего отставания (сплошные линии графика R = f (Ar) на рис. 6.27) сила отталкивания в точке 3 будет больше, чем сила в точке 3' при меньшем отставании (пунктирная линия). Бблыпая сила вызовет большую амплитуду самовозбуж-дающихся колебаний.
Типичная зависимость математического ожидания амплитуды виброакустического сигнала от износа инструмента на задней поверхности представлена на рис. 6.28, а, где сплошная линия показывает изменение математического ожидания амплитуды колебаний mAR, а пунктирные линии определяют границы ее разброса.
ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ И ИЗНОСА 389
Существенный рост mAR после достижения определенной величины износа позволяет использовать амплитуду виброакустического сигнала для диагностики инструмента.
Источником акустической эмиссии из зоны резания являются процессы трения и деформирования. АЭ представляет собой упругую энергию, мгновенно высвобождающуюся в материале при разрушении. Высокочастотные колебания возникают также в результате соударения микронеровностей контактирующих поверхностей, разрыва адгезионных связей, образования макро- и микротрещин, движения дислокаций. Эти процессы генерируют упругие волны, распространяющиеся по инструменту, обрабатываемой детали и деталям станка. Они отображаются постоянной составляющей сигнала АЭ.
Изменение в характере протекания процессов вызывают изменение параметров АЭ сигналов. Причиной этого может быть нарушение образования и схода стружки, увеличение контактных площадок на рабочих поверхностях инструмента в связи с его изнашиванием.
На рис. 6.28, б показана зависимость АЭ = полученная при точении стали 30ХГСН2А (50...52 HRC) резцами из Т15К6. Характер этой зависимости иллюстрирует высокую информативность сигнала АЭ при диагностировании износа инструмента.
Рис. 6.28. Влияние износа Л,:
а - на математическое ожидание амплитуды mAR виброакустического сигнала; б - сигнала АЭ
390
Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
Высокочастотные колебания АЭ позволяют регистрировать в инструментальном материале процесс трещинообразования, который является предвестником хрупкого разрушения режущей части инструмента. Рост трещин приводит к. снижению уровня потенциальной энергии тела. Перераспределяются поля напряжений в металле. Это приводит к распространению высокочастотных волн упругой деформации. Их регистрация с помощью аппаратуры позволяет оценить интенсивность процесса трещинообразования, например, в твердосплавной пластине. Частотный диапазон, в котором осуществляется регистрация параметров АЭ, находится в пределах от десятков до сотен кГц. Область информативных частот выделяется полосовым фильтром.
Достоинством метода диагностики по АЭ является независимость параметров диагностических сигналов от динамических характеристик станка, так как анализируемый уровень частот колебаний, которые несут информацию из зоны резания, значительно превышает частоты колебаний работающих агрегатов станка.
Недостатком метода является существенное ослабление сигнала при его прохождении стыков упругой системы станка. Поэтому сигнал должен сниматься непосредственно с инструмента, а установить датчик вблизи зоны резания не всегда предоставляется возможным (например, на станках с автоматической сменой инструмента).
Из рассмотрения колебаний следует, что каждый из отмеченных частотных диапазонов несет доминирующую информацию именно о тех процессах при обработке резанием, который по своей динамике соответствует выбранному при измерении сигналов частотному диапазону. Параметры колебаний в каждом диапазоне частот могут быть применимы как информативные признаки соответствующих процессов.
Помимо того, что колебания используются в качестве диагностических признаков состояния режущего инструмента, они могут являться признаками состояния технологического оборудования.
Датчики колебаний - акселерометры используют для регистрации колебаний, возникающих при резании. Конструкция датчиков основана на использовании пьезоэлектрического эффекта. Датчик преобразует в электрический сигнал ускорение колебательных движений инструмента или той части станка, на которой он установлен. Датчик состоит из трех основных компонентов:
ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ И ИЗНОСА 391
корпуса, пьезоэлемента и так называемой "сейсмической массы" -груза. Пьезоэлемент деформируется согласно второму закону Ньютона силой, равной произведению "сейсмической массы" т на ее ускорение a: F = - та. Знак минус показывает, что вектор силы направлен противоположно ускорению.
Величина электрического заряда на гранях пьезокристалла и величина электрического напряжения между противоположными гранями будет изменяться пропорционально ускорению колебательных движений, т.е. механические колебания будут отображаться колебаниями электрического тока. Регистрируется электрический сигнал с помощью измерительного устройства.
Типовая конструкция пьезодатчика АЭ показана на рис. 6.29. Пьезоэлемент 1 опирается на изоляционную шайбу 2. К посеребренной поверхности пьезоэлемента припаян проводник 5, через который электрические заряды подаются на токосъемник 4, закрепленный на шайбе 6. Другая поверхность пьезоэлемента соединяется с корпусом 3. Датчики различаются по воспринимаемым ими частотам колебаний. Для получения информативного сигнала важно правильно определить место установки датчика. Критерием правильности выбора места является наибольшая разница между уровнем сигнала в процессе резания и на холостом ходу станка.
Для преобразований и анализа электрического сигнала, отображающего колебательные процессы, используют комплект аппаратуры (рис. 6.30).
Рис. 6.29. Пьезодатчик акустической эмиссии
392
Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
Датчик
Предварительный усилитель
Блок фильтров
Интегрирующий Регистрирующая усилитель аппаратура
Рис. 6.30. Виброизмерительный комплект аппаратуры
Электрический сигнал несет информацию о колебаниях, как указывалось ранее, в широком спектре частот. Сигнал от датчика, усиленный с помощью предварительного усилителя, поступает в блок фильтров частот. Здесь отфильтровывается для дальнейшего анализа сигнал той частотной октавы, которая необходима для цели исследований. Далее сигнал поступает в интегрирующий усилитель, где усиливается выбранный параметр сигнала. В качестве параметров измерения могут использоваться амплитуды перемещений X, скорости Vy и ускорения ах перемещений в колебательном процессе. Для гармонических колебаний эти параметры связаны между собой следующими соотношениями:
X = A cos art, (6.12)
I 71 ।
\х = <¥'(/) = “Frosin со/= Лео cos art + — , (6.13)
ах = v'(/) = Лео2 cos art = Ла>2 cos(art + л), (6.14)
где а> - круговая частота колебаний, t - время, Л - амплитуда колебаний.
Наибольший сигнал получается при измерении ускорений ах, а наименьший - при измерении амплитуд Л (рис. 6.31). В связи с этим параметр измерения выбирается в зависимости от интенсивности колебаний.
Рассмотренные диагностические признаки состояния инструмента - сила резания и колебания в широком спектре частот - несут обобщенную информацию о ряде явлений, сопутствующих процессу резания. Из нее извлекают ту информацию, которая непосредственно связана с контактными процессами на рабочих поверхностях инструмента и отображает их изменения, вызванные износом, выкрашиванием или скалыванием режущей части. Однако извлечь полезный сигнал "чистым" не всегда удается. Кроме того, датчики сил и колебаний обычно удалены от зоны резания,
ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ И ИЗНОСА 393
что приводит к потерям полезной информации в передаточных звеньях технологической системы.
В связи с этим предпочтительнее использовать для диагностирования инструмента сигналы тех физических эффектов, которые непосредственно сопровождают контактные процессы. К ним относятся электрические явления при резании.
В теории резания широко используется метод естественной термопары для определения средней температуры резания. Для этого измеряется ЭДС резания, генерируемая в зоне скользящего контакта режущего инструмента со стружкой и поверхностью резания заготовки. Эту зону рассматривают как естественно образующийся в процессе резания горячий спай термопары и принимают, что измеряемая ЭДС резания имеет термоэлектрическую природу. В этой термопаре, образованной двумя разными металлическими проводниками, возникает термоэлектродвижущая сила (ТЭДС). Носителем электричества являются свободные электроны, концентрация которых в проводниках повышается с ростом температуры горячего спая. ТЭДС зависит от разности температур горячего и холодного спаев. Помимо этого, в ТЭДС входит составляющая, обусловленная механическим, деформационным возбуждением электронов металлических поверхностей. Такое толкование физической сущности ТЭДС резания используется для получения информации из зоны резания о состоянии режущей части
394
Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
инструмента, о наростообразовании и др. При этом сигнал поступает непосредственно из зоны резания, и для его получения не требуется специальных датчиков.
Для измерения ТЭДС станок, например токарный, оснащается токосъемником, закрепляемым на задней части шпинделя (рис. 6.32, а) и соединяемым с входом измерительного прибора И с большим электрическим сопротивлением. Второй вход прибора соединяется с инструментом. При этом электрическое сопротивление шпиндельных подшипников должно быть существенно больше сопротивления площадки контакта инструмента с обрабатываемой деталью. Надежность измерения ТЭДС снижается при нарушении условий работы подшипников, когда возможно уменьшение их электрического сопротивления из-за потери целостности масляной пленки между деталями подшипников.
Существенным достоинством сигнала ТЭДС в процессе резания является то, что для его обработки не требуется специальных преобразователей, поскольку сразу получается электрический сигнал.
ТЭДС резания представляет собой совокупность элементарных импульсов напряжения возникающих на микровыступах площадок контакта передней и задней поверхности инструмента с обрабатываемым металлом (рис. 6.32, б).
Для данной пары металлов режущего инструмента и обрабатываемой заготовки измеряемая величина ТЭДС определяется соотношением R0/Rk, где Ro и Rk - переходные электрические сопротивления контакта соответственно "резец-заготовка" и "резец-стружка", при этом с увеличением отношения Ro /Rk увеличивается и ТЭДС.
С ростом износа на задней или передней поверхностях инструмента увеличиваются соответствующие площадки контакта, а вместе с ними уменьшаются электрические сопротивления Ro, Rk. В зависимости от расположения очага превалирующего износа будет возрастать или уменьшаться измеряемая величина ТЭДС.
Так, при превалирующем износе на задней поверхности Ro будет уменьшаться быстрее, чем Rk, а это вызывает уменьшение измеряемой величины ТЭДС. При превалирующем износе по передней поверхности, напротив, ТЭДС возрастает.
ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ И ИЗНОСА 395
Рис. 6.32. Схема измерения ТЭДС в процессе резания (а) и схема образования импульсов напряжения Ej (6)
Измерять ТЭДС для определения состояния инструмента рекомендуется в начале прохода, пока не нагрелись поверхности резцедержателя и не появилась паразитная ТЭДС, искажающая полезный контролируемый сигнал.
Зависимости ТЭДС от износа по задней поверхности твердосплавного резца (рис. 6.33) показывают, что с начала работы инструмента до h3 = 0,5...0,6 мм более интенсивно уменьшается сопротивление Rk вследствие приработки передней поверхности и увеличения площадки фактического контакта со стружкой. Затем, когда начинается ускоренный износ на задней поверхности, более интенсивно падает Ro и ТЭДС уменьшается.
Температура является доминирующим фактором, определяющим состояние режущей части инструмента. Рост износа h3 вызывает рост мощности источника теплоты, а затем и рост температуры. При больших скоростях резания температура определяет
ТЭДС, мВ
Рис. 6.33. Зависимости ТЭДС от износа h3 резца из Т15К6: 1 - v = 290 м/мин;
2 - v = 240 м/мин; обрабатываемый материал - сталь 45, 50 = 0,2 мм/об, t = 0,5 мм
0,2 0,4 0,6 Л3,мм
396
Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
структуру и свойства инструментального материала, от которых зависит интенсивность изнашивания и наработка до отказа. Следовательно, температура может служить информативным признаком состояния инструмента, но практически воспользоваться этим диагностическим свойством температуры не представляется возможным в связи с тем, что методы ее измерения в инструменте мало пригодны для производственных условий при эксплуатации технологической системы.
Однако измерения температуры применяют в предэксплуата-ционный период при исследовании инструмента в лабораторных условиях, а также при тепловом диагностировании станков.
Широкое применение для теплового контроля технологического оборудования находят термисторы или терморезисторы -полупроводнйковые резисторы, электрическое сопротивление которых существенно изменяется с ростом температуры.
Для тех же целей используются бесконтактные методы инфракрасной термографии с помощью тепловизоров и пирометров.
Инфракрасная термография - это метод получения термоизображений (термограмм) не воспринимаемого глазом теплового излучения объектов. Он позволяет контролировать тепловое состояние оборудования без непосредственного с ним контакта, не прерывая технологического процесса. Получают температурные поля или локальные температуры тех узлов и деталей станка, тепловые деформации которых существенно влияют на точность обработки. Контролируются подшипники, зубчатые передачи и муфты, можно контролировать и состояние инструмента.
Тепловизор представляет собой систему формирования и обработки термоизображений в реальном масштабе времени, которая преобразует инфракрасное излучение объекта в видеосигнал, подобный телевизионному.
Инфракрасные пирометры - это приборы для дистанционного измерения температуры в точке объекта. Это позволяет использовать их для диагностирования.
Установлено, что наиболее достоверные данные о температуре дают тепловизоры.
ДИАГНОСТИКА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ОБРАБОТКИ
397
6.3. ДИАГНОСТИКА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ОБРАБОТКИ
На рис. 6.34 показана диаграмма точности обработки, устанавливающая взаимосвязь параметров состояния обрабатываемой детали и параметров состояния инструмента. Из всех параметров обрабатываемой детали практическое использование в качестве диагностических признаков состояния инструмента имеют размер детали и шероховатость обработанной поверхности.
Размеры D деталей, обработанных за период стойкости инструмента, изменяются под действием различных факторов, вызывающих систематические и случайные погрешности. Систематические погрешности могут быть постоянными и переменными. Постоянной систематической погрешностью обработки является погрешность установки детали Дд и установки инструмента Ди. Погрешность Ди является постоянной за период его стойкости, и величина ее изменяется только при замене инструмента.
Рис. 6.34. Диаграмма точности обработки:
1 - номинальный размер детали; 2 - линия центров группирования случайных погрешностей; сон - поле рассеяния размеров детали в начале периода стойкости инструмента; сат - поле рассеяния размеров детали в конце периода стойкости резца
398
Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
Переменные систематические погрешности возникают вследствие износа инструмента и тепловых деформаций, связанных с процессом резания и работой механизмов станка. Тепловые деформации механизмов станка вызывают переменные систематические погрешности в начальном периоде неустановившегося температурного режима. При установившемся температурном режиме деформации деталей станка, направленные по нормали к обработанной поверхности, представляют собой постоянную систематическую погрешность Дт. Сумма постоянных систематических погрешностей Дп = Ад + Аи + Ат.
Случайные погрешности обработки, являющиеся следствием большого количества различных факторов, сводятся к кинематическим и динамическим погрешностям. Кинематические погрешности возникают при рабочих перемещениях механизмов станка без нагружения их силами резания и остаются примерно постоянными в течение всего периода работы инструмента. Динамические погрешности возникают в процессе резания, зависят от жесткости технологической системы, случайных изменений сил резания и возрастают при износе инструмента, поэтому границы поля рассеяния размеров во времени увеличиваются.
Отклонения размеров деталей от линии группирования соответствуют закону нормального распределения Гаусса, который отражает изменения размера D деталей, обработанных резцом за период стойкости в условиях установившегося температурного режима работы станка (см. рис. 6.34). Текущая величина среднего размера обработанных деталей (кривая 2) представляет собой суммарную величину переменных систематических погрешностей обработки Дс и зависит от износа h3 за период времени работы инструмента т. Оптимальной точкой поля допуска, в которую нужно установить вершину резца с целью обеспечения максимального запаса на его износ, а следовательно, с целью получения максимальной размерной стойкости Тр, является точка Л/. Стойкость Т инструмента в несколько раз превышает его размерную стойкость Тр. С целью использования всего периода стойкости резца после периода размерной стойкости нужно произвести его подналадку. Удвоенная величина подналадки 2£>п = 8л - (Ап + <ор). При этом целесообразно учитывать величину поля рассеяния размеров для максимально изношенного резца.
ДИАГНОСТИКА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ОБРАБОТКИ
399
Основываясь на этой зависимости, для достижения заданной точности обработки применяют подналадку инструмента на заданный размер обрабатываемой детали. Здесь осуществляются принципы обратной связи - воздействие выходного параметра (размера обрабатываемой детали) на положение инструмента и реализуются принципы активного контроля. Подналадка возможна в связи с тем, что по технологическому критерию отказа инструмента величина предельного износа, которая при чистовой обработке определяется допуском на размер детали, часто значительно меньше, чем величина оптимального износа, определяющая начало полного затупления инструмента. После подналадки инструмент должен иметь достаточный ресурс стойкости.
Подналадки могут выполняться до достижения инструментом предельной по оптимальному критерию величины й3. Для этого необходимо знать зависимости h3 = /(Дс), с помощью которых можно определять текущее значение h3 по величинам Дс и оценивать возможность дальнейшей подналадки.
Размерный контроль при обработке в автоматизированном производстве осуществляется двумя способами: или вне станка, после завершения обработки детали, или на станке после выполнения очередного технологического перехода. Послеоперационный контроль выполняется на специальном контрольном приспособлении или на контрольно-измерительной машине. При выявлении погрешности обработки вводят необходимую коррекцию для повышения точности обработки следующих деталей. Такие контрольные проверки позволяют оценить и износ инструмента.
Выполнение координатных измерений непосредственно на обрабатывающем станке обеспечивает оперативность при контроле и расширяет возможности адаптивного управления точностью обработки. Однако при этом уменьшается коэффициент технического использования станка, так как во время измерения станок простаивает.
Для контроля размеров детали и параметров разрушения инструмента непосредственно в зоне обработки широкое распространение получили датчики касания (контактные датчики), обладающие универсальностью и позволяющие измерять контролируемые размеры с микронной точностью.
400
Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
а)
б)
Рис. 6.35. Принципиальная схема датчика касания
Принципиальная схема датчика касания представлена на рис. 6.35, а. Конструкция датчика (рис. 6.35, б) включает в себя следующие основные узлы. В корпусе 1, закрепляемом на подвижной части станка, размещается узел 2 установки (подвески) измерительного наконечника 3. Наконечник имеет соединенные между собой стержни 4 с контактными элементами 5. Предохранительное устройство 6 предотвращает поломку измерительной головки в случае большого смещения наконечника. Кроме того, головка имеет узел создания измерительного усилия и ориентации 7, чувствительные элементы 8 и электронную схему питания и обработки сигналов 9.
При отклонении наконечника 3 в любом из указанных стрелками направлений опорный диск 2 поворачивается относительно оси,
перпендикулярной оси головки, или смещается вдоль ее оси. Вместе с диском смещается связанный с ним якорь индуктивного датчика 8. Вызванное этим изменение электрического сигнала используется для определения момента касания наконечником головки контролируемой детали. Для получения сигнала о касании достаточно перемещения наконечника на величину до 1 мкм с усилием до 0,2 Н.
Для контроля размера детали измерительная головка устанавливается или в шпинделе станка (например, обрабатывающего центра) вместо режущего инструмента, или в позиции режущего инструмента револьверной головки токарного станка с ЧПУ. При измерении станок работает в режиме координатно-измерительной машины. Так, для измерения расстояния между двумя поверхностями следует определить координаты точек на каждой из них и вычислить их разность.
ДИАГНОСТИКА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ОБРАБОТКИ
401
Электрический сигнал, возникающий в момент касания, передается в систему ЧПУ для отсчета и запоминания координаты касания по кабелю, что связано с определенными сложностями.
Широкому распространению координатных измерений на станке способствовало создание датчиков касания, передающих сигналы бескабельным способом. Применяют индуктивную и оптическую связь между измерительной головкой и приемником сигнала. Система индуктивной связи состоит из двух модулей. Один на измерительной головке в подвижном узле станка, например, в шпинделе. Второй устанавливается в сопряженном невра-щающемся узле. В положении измерения модули находятся на расстоянии двух миллиметров друг от друга. Питание к измерительной головке подается через индуктивную связь. Аналогично подается сигнал касания от головки к неподвижному приемнику.
В датчиках с оптической системой передачи сигналов используются инфракрасные лучи, которые обеспечивают обмен общей информацией между оптическим передатчиком датчика и оптическим приемником станка. Схема обмена информацией показана на рис. 6.36.
Рис. 6.36. Схема обмена информацией между датчиком касания и приемником
402
Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
Рис. 6.37. Схема измерения размеров обрабатываемой детали (а) и величины износа режущего инструмента (б)
Наконечник измерительной головки
б)
Возможна передача сигнала на расстояние до трех метров. При наличии визуального контакта передатчика с приемником, масляный туман, охлаждающая жидкость и дым в зоне обработки не являются препятствием для инфра1фасного излучения. Сигналы с оптического приемника через интерфейс поступают в ЧПУ станка.
Для определения износа резца путем измерения диаметра обработанной детали наконечник измерительной головки 1 (рис. 6.37, а) вводится в контакт сначала с обрабатываемой поверхностью детали, и координата Xi фиксируется в запоминающем устройстве ЧПУ. Затем, после обработки с глубиной резания t, наконечник вводится в контакт с обработанной поверхностью. Новая координата касания хг = *i + t + Ас, где Дс - погрешность обработки, вызванная износом инструмента по задней поверхности. По предварительно полученной зависимости h3 =ДДС) с помощью алгоритма ЭВМ определяет величину h3.
Описанные измерительные головки используются также для прямого контроля размерного износа или определения возможного разрушения инструмента. Для этого головка 2 (рис. 6.37, а) может быть установлена на передней бабке станка. Отсчет ведется от координаты касания наконечником головки режущей кромки острого резца.
Недостатком этого метода является то, что на точность измерения может оказать влияние наличие на рабочих поверхностях инструмента нароста, образовавшегося или в самом процессе резания,
ДИАГНОСТИКА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ОБРАБОТКИ
403
Рис. 6.38. Технометрический датчик малых перемещений
или вследствие переходных процессов при выводе резца из зоны резания. Для выявления нароста, а также выкрашиваний режущей кромки инструмент по специальной траектории перемещается относительно наконечника измерительной головки (рис. 6.37, б). Это усложняет процедуру контроля, а износ остается скрытым за наростом.
Для измерения размерного износа инструмента, а также малых перемещений в деталях и узлах станков, которые приходится контролировать при изучении тепловых, силовых и других повреждений, используют тензометрический преобразователь с упругим элементом в виде плоской пружины, нагружаемой продольной силой. Датчик, показанный на рис. 6.38, состоит из корпуса 1, плунжера 2 и двух плоских пружин 3 с наклеенными тензорези-сторами. Колодки 4 и 5 фиксируют положение торцов пружин в корпусе и плунжере.
Выводы тензорезисторов припаяны к проводам и пропущены в отверстие в корпусе. Перемещение плунжера ограничено кольцом 6 и дном корпуса 1. В исходном положении между торцом плунжера 2 и колодкой 4 обеспечен зазор 0,2 мм. Герметичность датчика создают резиновые кольца 7 и уплотнение 8. Для измерений на тензорезисторах спаивается полумост.
Электровакуумные диоды - механотроны, в которых электрический ток изменяется под механическим воздействием на положение электродов. Датчик преобразует линейное перемещение непосредственно в изменения анодного тока и может работать без усилителя. Принцип работы (рис. 6.39): анод 3 перемещается в на-
404
Глава 6. ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТА
Рис. 6.39. Устройство и принцип действия механотрона
правлении к неподвижному накаленному катоду 4 с помощью рычага 1, который проходит через эластичную стенку 2 колбы диода. При измерении контролируемого размера расстояние 5 изменяется, что приводит к изменению анодного тока, отображающего контролируемый размер.
В качестве диагностического признака состояния инструмента могут быть использованы параметры шероховатости обработанной поверхности детали. Шероховатость постепенно возрастает по мере износа инструмента в стадии установившегося изнашивания и резко повышается с начала катастрофического изнашивания. В. связи с этим диагностирование по шероховатости возможно как при технологическом, так и при оптимальном критерии затупления.
Для контроля шероховатости рекомендуются оптические датчики, с помощью которых оценивается отражательная способность поверхности, зависящая от ее шероховатости.
Датчик состоит из зонда, источника света, фотодиодов и электронного блока обработки сигналов. Зонд имеет световоды, предназначенные для передачи луча от источника к измеряемой поверхности, и световоды, передающие отраженный луч к фотодиодам. Сигнал фотодиодов, зависящий от интенсивности отраженного луча, поступает в электронный блок, который выдает среднюю на некотором участке измерения величину Ra. В настоящее время созданы датчики на основе использования лазерного луча.
Для передачи информации от датчиков, расположенных на подвижных частях технологического оборудования или инструмента, применяют бескабельные методы. Используют радиотеле-
ДИАГНОСТИКА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ОБРАБОТКИ
405
Рис. 6.40. Упрощенная схема передачи информации
метрические и оптические методы. Основные блоки системы передачи информации показаны на упрощенной схеме на рис. 6.40.
Источником информации могут служить датчики касания, силы, температуры колебаний и др. Потребитель информации - система ЧПУ. В качестве передающего устройства может служить кремниевый фотодиод.
В том случае, когда приемник находится вне зоны визуального контакта с датчиком, например, контролируется датчиком касания отверстие, оптическая связь невозможна. В этом случае информация от датчика передается на радиочастоте. Для этого на многоцелевых станках устанавливают датчики касания с миниатюрными радиопередатчиками. Информация передается в реальном масштабе времени.
Дальнейшими тенденциями развития систем диагностики инструмента в процессе резания являются:
а) расположение датчиков в деталях режущего инструмента;
б) использование миниатюрных первичных преобразователей;
в) применение бескабельных систем передачи информации.
Глава 7
КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ СТАНКОВ С ЧПУ
Инструментальное обеспечение, имея целью обработку заготовок и собираемых деталей, должно обеспечивать: выполнение рабочих и холостых движений инструмента; обеспечение рабочих мест инструментом; безопасную и эффективную эксплуатацию инструмента; изготовление инструмента; снабжение инструментальными материалами и полуфабрикатами; проведение экспериментальных работ; проектирование инструмента; определение потребности в инструменте; информационное обслуживание инструментального хозяйства; управление процессом инструментального обеспечения.
7Д. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА
Вспомогательный инструмент должен обеспечивать правильное базирование и закрепление режущего инструмента на металлорежущих станках, давать возможность регулировки и поднастройки режущего инструмента на размер, обеспечивать взаимозаменяемость инструментов из разных комплектов.
Для резцедержателей токарных станков чаще применяются низколегированные стали со средним содержанием углерода марки 40Х и закалкой с последующим отпуском до твердости 45...50HRC. При необходимости, отдельные элементы инструментов дополнительно подвергаются закалке ТВЧ для придания им более высокой твердости и износоустойчивости.
Широкое применение при изготовлении вращающегося вспомогательного инструмента для сверлильных, расточных и многооперационных станков (обрабатывающих центров) нашли низколегированные цементируемые стали марок 20Х и 18ХГТ, которые
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА 407
обеспечивают высокую твердость и износоустойчивость поверхностного слоя и вязкую сердцевину, исключающую возможность хрупкого разрушения инструмента при работе, что может иметь очень тяжелые последствия (марганец, присутствующий в стали 18ХГТ, повышает концентрацию углерода на поверхности и несколько увеличивает толщину цементируемого слоя, поэтому использование стали этой марки в конструкциях инструмента с тонкими сечениями нежелательно).
Схема построения технологического процесса изготовления корпуса ВИ с конусом 7:24 (рис. 7.1): 1. Заготовительная операция -нарезка заготовок из прутка. 2. Центровальная - зацентровка и подрезка торцов заготовок в размер. 3. Предварительная токарная обработка заготовки, приближающая форму и размеры ее к готовой детали с учетом припусков на чистовую обработку. 4. Фрезерование шпоночных пазов на фланце. 5. Фрезерование ориентирующего углового паза на фланце. 6. Цементация. 7. Механическая обработка, удаляющая цементованный слой с мест, на которых будут нарезаться резьбы или в последующем сверлиться отверстия (например, для балансировки). 8. Термическая обработка (закалка). 9. Рихтовка (при необходимости). 10. Шлифование центровых отверстий. 11. Шлифование предварительное хвостовика и наружных поверхностей. 12. Предварительное внутреннее шлифование. 13. Нарезание резьб. 14. Гальваническое покрытие. 15. Чистовое шлифование конуса хвостовика и наружных поверхностей. 16. Чистовое внутреннее шлифование. 17. Маркировка.
Заготовительная операция.
Заготовка для вспомогательного инструмента определяется в зависимости от габаритных размеров инструмента и характера производства.
При единичном производстве заготовку, как правило, делают из проката или поковки. Разрезку штанг проката производят на дисковых пилах, ленточнопильных станках или на механических ножовках.
При серийном производстве заготовки получают штамповкой и сваркой трением на станках типа МСТ-51, что дает значительную экономию металла и снижает трудоемкость последующей механической обработки (рис. 7.2).
408 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Рве. 7.1. Рабочий чертеж корпуса ВИ с конусом 7:24 (начало)
В
\/fla 3,2(7)
о
Я1-0.5
010,8*0-2
67________
_12±0,1
120°
0,0025 0,002
Конус Морзе 2 АТ6 ГОСТ 25557-82
Ж
1
Основная плоскость/
Основная плоскость .Xх
Гг=\/Ка 1,6; \/d-x/Ra6,3', \/e=\/Ra 12,5
* Предельное отклонение положения основной плоскости.
62
___55 0,2*
— 22
. С 35
— 0,2*
+———
Рис. 7.1. Продолжение
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА 409
0,006It/Fwpf
._____57
12
/|0,01|л|
•JRa 0,2
К
5
, S____
/|0,01|Л|
Д (увеличено)
=\^?а0,4; \/6=x/Ra 0,63; \/e=\/RaQ,i‘,
х/г=х/ЙаТб;\А=\^а^З; х/ё=\/Ra 12,5
Рис. 7
\/Ла 3,2(7)
Ж (увеличено)
1. 20Х-Цм. ЛО,8...1,2 мм; 51...57 HRC, кроме резьб и поверхностей Б.
2. Покрытие: Хим. Оке. прм., кроме поверхностей с параметрами шероховатости Ra 0,2; Ra 0,4; Ra 0,8 и поверхностей Е.
3. Неуказанные фаски 1Х45°
4. Маркировать: 6103-7017 КМ2, Made in Russia шрифтом ПО-2,5 ГОСТ 2930-62, товарный знак завода 10 СТП НОЗ-6-92 гравированием по оксидированной поверхности.
5. Маркировать и клеймить на бирке по ГОСТ 2.314-68.
410 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОЫ
Л. Окончание
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА 411
Рис. 7.2. Штампованная заготовка
Фрезерно-центровальная операция.
У заготовок подрезаются торцы в размер и производится сверление центровых отверстий. В единичном производстве эту операцию выполняют на универсальных токарных станках, в серийном - на фрезерно-центровальных односторонних или двухсторонних полуавтоматах.
Токарная операция.
Предварительная токарная обработка заготовки производится за два установа на станках с ЧПУ, или универсальных токарновинторезных станках в единичном производстве, в соответствии с чертежом детали и назначенными межоперационными припусками для чистовой обработки (рис. 7.3). Необходимо отметить, что увеличенные припуски приводят к увеличению времени и энергозатрат при последующей цементации. Недостаточные припуски при короблении заготовки при термообработке могут привести к появлению нешлифованных поверхностей, то есть к браку. Обычно припуск на окончательную обработку составляет 0,3...0,5 мм на сторону. Кроме того, необходимо оставить металл (до 2,5 мм на сторону) на поверхностях, не подлежащих цементации и закалке.
Фрезерная операция.
Фрезеруются шпоночные пазы на фланце хвостовика на вертикально-фрезерном станке с поворотом заготовки на 180°. Заготовка устанавливается в специальном У СП.
х/Ra 3,2(7)
Б (увеличено)
№
Рис. 7.3. Эскиз заготовки корпуса ВИ с конусом 7:24 после токарной обработки
412 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА 413
Фрезерная операция.
На фланце фрезеруется угловой паз, ориентирующий положение инструмента в манипуляторе станка. Операция выполняется на вертикально-фрезерном станке с закреплением заготовки в специальном приспособлении на базе универсально-сборных приспособлений.
Цементация.
Различают два основных вида цементации: твердыми углеродосодержащими смесями (карбюризаторами) и газовую.
При цементации твердым карбюризатором насыщающей средой является твердый карбюризатор, чаще активированный древесный уголь (дубовый или березовый) в зернах поперечником 3,5... 10 мм, а также каменноугольный полукокс или торфяной кокс. Для ускорения процесса цементации к древесному углю (коксу) добавляют активизаторы: углекислый барий (ВаСОз) и кальцинированную соду (№СОз) в количестве 10.. .40 % от веса угля.
Широко применяемый карбюризатор состоит из древесного угля, ВаСОз (20...25 %) и до 3,5 % СаСО3, добавляемого для предотвращения спекания частиц карбюризатора. Рабочая смесь, применяемая для цементации, составляется из 25...35 % свежего карбюризатора и 65...75 % отработанного. Содержание ВаСОз в такой смеси 5...7 %.
Изделия, подлежащие цементации, после предварительной очистки укладывают в ящики: сварные стальные или реже литые чугунные прямоугольной или цилиндрической формы. При упаковке изделий на дно ящика насыпают и утрамбовывают слой карбюризатора толщиной 20...30 мм. На этот слой укладывают первый ряд деталей, выдерживая расстояния между деталями и до боковых стенок ящика 10... 15 мм. Засыпают и утрамбовывают слой карбюризатора толщиной 10... 15 мм, на него укладывают другой ряд деталей и т.д. Последний (верхний) ряд деталей засыпают слоем карбюризатора толщиной 35...40 мм, с тем чтобы компенсировать возможную его усадку. Ящик накрывают крышкой, кромки которой обмазывают огнеупорной глиной или смесью глины и речного песка, разведенных в воде до тестообразного состояния. После этого ящик помещают в печь. Температура цементации составляет 910...930 °C. Время нагрева до температуры цементации
414 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
обычно принимают равным 7...9 мин на каждый сантиметр минимального размера ящика. Продолжительность выдержки при температуре цементации для ящика с минимальным размером 150 мм составляет 5,5...6,5 часов для толщины слоя 0,7...0,9 мм и 9;..
11 часов для слоя 1,2... 1,5 мм. При большем размере ящика (минимальный размер 250 мм) для получения слоя толщиной 0,7... 0,9 мм выдержка принимается равной 7,5...8,5 часов и при толщине 1,2...1,5 мм- 11...14 часов.
Ящики после цементации охлаждают на воздухе до температуры 400...500 °C, после чего раскрывают.
Цементация стали осуществляется атомарным углеродом. При цементации твердым карбюризатором атомарный углерод образуется в следующих условиях. В цементационном ящике имеется воздух, кислород которого при высокой температуре взаимодействует с углеродом карбюризатора, образуя окись углерода. При этом окись углерода в присутствии железа диссоциирует по уровню
2СО —» СОг + СатОм-
Углерод, выделяющийся в результате этой реакции в момент его образования, является атомарным и диффундирует в аустенит. Добавление углекислых солей сильно активизирует карбюризатор, обогащая атмосферу в цементационном ящике окисью углерода, так как протекает реакция:
ВаСО3 + С —> ВаО + 2СО.
Цементация в твердом карбюризаторе применяется при единичном производстве инструмента.
Газовая цементация осуществляется нагревом изделия в среде газов, содержащих углерод. Газовая цементация имеет ряд преимуществ по сравнению с цементацией в твердом карбюризаторе. Поэтому ее широко применяют в серийном инструментальном производстве.
При газовой цементации можно получить заданную концентрацию углерода в слое; сокращается длительность процесса, так как отпадает необходимость прогрева ящиков, наполненных малотеплопроводным карбюризатором; обеспечивается возможность полной механизации и автоматизации процессов.
Наиболее качественный цементованный слой получается при использовании в качестве карбюризатора природного газа (СЕЦ), а
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА 415
также пропан-бутановых смесей, подвергнутых специальной обработке. Часто для цементации применяют жидкие углеводороды (керосин, синтин, спирт). Основной реакцией, обеспечивающей науглероживание при газовой цементации, является диссоциация метана:
СНд —♦ 2Н2 + CaTOM;
Сатом -► Fey = аустенит Fey(C).
Газовую цементацию более часто выполняют в шахтных печах периодического действия, в которую каплями подаются керосин, синтин, спирты и т.п. Высокая термическая устойчивость и хорошая испаряемость жидких углеводородов (керосина, синтина и др.) позволяет в одном рабочем пространстве совместить получение газа и цементацию. Длительность цементации для получения слоя толщиной 0,7... 1,5 мм при температуре 930 °C в шахтных печах составляет 3... 10 часов.
Нитроцементация.
При нитроцементации изделие нагревают до температуры 850...870 °C в газовой смеси, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. Продолжительность процесса 2... 10 часов для получения слоя толщиной 0,25... 1,0 мм. Для нитроцементации рекомендуется использовать контролируемую эндотермическую атмосферу, к которой добавляют 5... 15 % необработанного природного газа и 3...5 % NH3.
Для нитроцементации применяют также жидкий карбюризатор - триэтаноламин (C2H5O)3N, который в виде капель вводят в рабочее пространство шахтной печи.
Газовая нитроцементация имеет ряд преимуществ по сравнению с газовой цементацией. Процесс происходит при более низкой температуре; толщина слоя меньше; получаются меньшие деформации и коробления изделий; повышается сопротивление износу и коррозии; отсутствует сажа на деталях и стенках печи. Но эти преимущества, в свою очередь, повышают требования к точности и качеству предшествующей механической обработки и уменьшению межоперационных припусков, а именно, введение предварительного шлифования поверхностей инструментального хвостовика после токарной обработки перед нитроцементацией.
416 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Механическая обработка для удаления цементованного слоя с мест сверления отверстий и нарезания резьб.
В связи с тем, что цементованные поверхности после закалки приобретают очень высокую твердость и не поддаются обработке лезвийным инструментом, появляется необходимость снять цементованный слой до закалки.
Нагрев заготовки при закалке производится в печах с воздушной атмосферой, что приводит к образованию окалины. Резьбовые поверхности при этом просто сгорают. Даже если нагрев производится в соляной ванне или резьбовые отверстия изолируются от атмосферы асбестовой замазкой, что не приводит к окислению поверхностей, то при закалке происходит коробление детали и требуется трудоемкая очистка и калибровка изолированных поверхностей. Поэтому резьбы, как правило, нарезаются после закалочной операции, а отверстия, канавки для выхода резьбы и за-ходные фаски резьбовых отверстий обрабатываются после цементации, чтобы удалить цементованный слой металла. Это относится и к различным лыскам и шпоночным пазам.
Технологические процессы обработки различных оправок для насадных торцовых, дисковых фрез, для насадных зенкеров и разверток и т.п., не имеющих цилиндрических или конических отверстий, связанных жесткими допусками радиального биения с наружными конусными поверхностями хвостовиков, значительно проще, чем технологии обработки втулок переходных с конусами Морзе и державок для инструментов с хвостовиками типа "Weldon", "Whistle-Notch", корпусов цанговых патронов, корпусов термоусадочных патронов и др.
Термическая обработка стали после цементации и ее результаты.
Окончательные свойства цементованных изделий достигаются в результате термической обработки, выполняемой после цементации. Этой обработкой необходимо исправить структуру и измельчить зерно сердцевины и цементованного слоя, неизбежно перегреваемых во время длительной выдержки при высокой температуре цементации; получить высокую твердость в цементованном слое и хорошие механические свойства сердцевины; устранить карбидную сетку в цементованном слое, которая может возникнуть при пересыщении его углеродом.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА 417
Закалка производится при температуре 820...850 °C. Это обеспечивает измельчение зерна цементованного слоя и частичную перекристаллизацию и измельчение зерна сердцевины.
Для уменьшения деформации цементованных изделий применяют ступенчатую закалку в горячем масле с температурой 160... 180 °C.
После цементации в твердом карбюризаторе термическая обработка иногда состоит из двойной закалки и отпуска. Первую закалку (или нормализацию) с нагревом до температуры 880... 900 °C назначают для исправления структуры сердцевины. Кроме того, при таком нагреве растворяется цементная сетка, которая не образуется вновь при быстром охлаждении. Вторая закалка проводится с нагревом до температуры 760...780 °C для устранения перегрева цементованного слоя и придания ему высокой твердости. Недостаток такой термической обработки заключается в сложности технологического процесса, повышенном короблении, возникающем в деталях сложной формы, и возможности окисления и обезуглироживания.
Заключительной операцией термической обработки цементованных изделий во всех случаях является низкий отпуск при температуре 160... 180 °C, снимающий напряжения. В результате термической обработки поверхностный слой приобретает структуру мартенсита или мартенсита с небольшим количеством избыточных карбидов. Твердость слоя для стали 20Х составляет 51...57 HRC.
После нитроцементации следует закалка либо непосредственно из печи с подстуживанием до температуры 800...825 °C, либо после повторного нагрева; нередко применяют ступенчатую закалку. После закалки проводят отпуск при температуре 160... 180 °C. Твердость цианированного слоя после термической обработки составляет 60.. .62 HRC.
Рихтовка.
Рихтовка производится выборочно, если биение заготовки после закалки достигает 0,15...0,2 мм. Замеры выполняются в специальных центрах при помощи индикатора, установленного в штативе. Рихтовку выполняют на гидравлических прессах специальными пуансонами, укладывая заготовку оправки в призмы.
418 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Шлифование центровых отверстий.
После термической обработки центровые отверстия диаметром до 25 мм восстанавливаются на вертикальных центрошлифовальных станках. Бели диаметр фаски более 25 мм, шлифовка фаски производится на внутришлифовальных станках с переустановом.
Предварительное шлифование хвостовика и наружных поверхностей.
Производится шлифование наружного диаметра фланца, большого диаметра хвостовика и наружного диаметра резьбы. Окончательно шлифуются: диаметр цилиндрического направляющего пояска для хвостовиков по ГОСТ 25827-93 и наружного диаметра корпуса под установку люнета. Производится предварительное шлифование конической поверхности хвостовика. Окончательно шлифуются боковые поверхности шпоночных пазов на фланце хвостовика.
Предварительное внутреннее шлифование.
Предварительно шлифуется коническое отверстие под установку цанг в цанговых патронах, конусы Морзе переходных втулок, отверстия державок под инструмент с хвостовиками "Weldon" или "Whistle-Notch".
Нарезание резьб.
Резьбонарезание является операцией, в которой есть риск получения брака из-за поломки метчика, поэтому ее не следует переносить в конец технологического процесса. Резьба в хвостовике вспомогательного инструмента из-за особых требований к радиальному биению относительно конуса выполняется резцом на токарно-винторезных станках.
Резьба для навертывания гаек цанговых патронов является очень важным элементом, определяющим точность патрона, поэтому она выполняется на резьбошлифовальных станках типа 5822 за две операции (предварительно и окончательно).
Гальваническое покрытие.
Для придания инструментам лучшего внешнего вида и защиты от воздействия внешней среды их поверхность очищают, а затем подвергают химическому оксидированию. Для этого стальные детали погружают в раствор едкого натра и нитрата натрия, нагре
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА 419
того до температуры примерно 140 °C и в этом растворе кипятят от 20 до 90 минут. В результате на поверхности деталей образуется пленка черного или коричневого цвета толщиной 0,01 мм, состоящая из магнитной окиси железа (РезО4). Для повышения защитных свойств оксидной пленки ее покрывают минеральным маслом, проникающим в поры покрытия.
Чистовое шлифование конуса хвостовика и наружных поверхностей, окончательное резьбошлифование.
Окончательное шлифование наружных поверхностей разбивается на несколько операций:
1. Притирка центровых отверстий.
2. Чистовое шлифование конической поверхности хвостовика.
3. Чистовое шлифование профиля V-образной канавки под захват манипулятора.
4. Чистовое резьбошлифование.
5. Чистовое шлифование технологических поясков или фасок на поверхности патронов и державок для настройки поддерживающих люнетов и контроля радиального биения при настройке станка при последующем внутреннем шлифовании.
Операции производятся в центрах на круглошлифовальных станках различных моделей соответствующих размеров.
Чистовое внутреннее шлифование.
Обработка разбивается на несколько операций:
1. Чистовое шлифование цилиндрического отверстия в хвостовике и торца хвостовика для базирования захватной головки.
2. Чистовое шлифование цилиндрического отверстия в державках. и в патронах с "термозажимом" или конического отверстия в цанговых патронах и втулках с конусом Морзе.
Маркировка.
Маркировка наносится различными методами: гравированием, химическим травлением, лазерным лучом. Лазерная маркировка в настоящее время является наиболее прогрессивным методом. Основным требованием к маркировке является четкость изображения.
Маршрутная карта механической Обработки корпуса с конусом 7:24 (см. рис. 7.1) приведена в табл. 7.1. В качестве примера приведен также технологический процесс обработки корпуса ВИ с хвостовиком HSK (рис. 7.4, 7.5 и 7.6, табл. 7.2).
7.1. Маршрутная карта механической обработки корпуса 6103-7017/5
Материал Код единицы величины Масса детали Заготовка
Наименование, „ Код марка Вид заготовки Профиль и размер
Сталь 20Х ГОСТ 4543-71 2,62 кг Круг 070x205 мм
Операция Наименование и содержание операции Оборудование (шифр оборудования) Приспособление и инструмент (наименование)
1 2 3 4
010 Отрезная. Отрезать заготовку в размер 070x205 мм 8252
020 Слесарная. Маркировать номер детали бумажным ярлыком на партию Верстак
030 Штамповочная. Штамповать, выдерживая размеры согласно эскизу (см. рис. 7.2) М415А Наладка штампа
040 Термическая. Отжечь заготовку Печь
050 060 070 Токарная программная. Обработать деталь согласно эскизу (см. рис. 7.3) DFS450
420 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Продолжение табл. 7.1
1 2 3 4
080 Токарная. 1. Установить деталь в 3-кулачковый патрон, выверить радиальное биение до 0,1 мм. 2. Сверлить, расточить отверстие 014,9+0’12 на £ = 67 мм. 3. Расточить конус Морзе 2 с припуском 0,4 мм на диаметр (недоход калибра 9 ± 0,15 мм). 4. Расточить фаску, выдерживая <60°. 5. Переустановить деталь. 6. Сверлить отверстие 015 мм на L = 25 мм. 7. Расточить предохранительную фаску <120°, выдерживая 030 мм. 8. Расточить центровое отверстие <60°, выдерживая размер 027 мм. Контроль ОТК по техпроцессу 1К62 Патрон 3-кулачковый, сверло 014 мм ГОСТ 10902-77, калибр
090 Фрезерная. 1. У станов с выверкой приспособления параллельно ходу стола относительно фрезы. 2. Фрезеровать паз 25,7+0’21 мм до 25,3Я)’1 мм, выдерживая размер 35,3_оз мм и симметричность 0,1 мм. 3. Развернуть деталь на 180°. 4. Фрезеровать второй паз 25,7+0,21 мм до 25,3+О’1 мм, выдерживая размер 35,3_о.з мм и симметричность 0,1 мм 6М13П УСП, фреза концевая 028 мм со специальной заточкой
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА 421
Продолжение табл. 7.1
1 2 3 4
100 Слесарная. 1. Запилить заусенцы после фрезерования пазов. 2. Запилить фаски 1,2x45° на кромках пазов Верстак
но Фрезерная. 1. У станов с выверкой приспособления. 2. Фрезеровать паз <90°, выдерживая размер ЗО-дз мм и R2 мм 6М13П/1622 УСП, фреза концевая 050 мм
120 Слесарная. Запилить заусенцы после фрезерования паза Верстак
130 Фрезерная. 1. Установить заготовку в приспособление с выверкой параллельности хода стола относительно оси фрезы до 0,1 мм. 2. Фрезеровать паз В = 20 мм, выдерживая размеры 18,5 и 55 мм. 3. Фрезеровать паз В = 6,3мм на L = 3 мм для захода электрода. 4. Фрезеровать фаску 1 *45° в пазу В = 6,3 мм. 5. Повернуть деталь на 180°. 6. Повторить переходы 2,3,4 6М13П УСП, фреза шпоночная 020 мм, фреза специальная
422 Глава 7. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Продолжение табл. 7.1
1 2 3 4
140 Фрезерная. 1. Установить деталь в приспособлении. 2. Фрезеровать фаску 1,3x45° по кромкам пазаВ = 20 мм. 3. Повернуть деталь на 180°. 4. Фрезеровать фаску 1,3><45° по кромкам паза В = = 20 мм с другой стороны 6М13П УСП, фреза концевая угловая 90°
150 Слесарная. Запилить заусенцы после фрезерования Верстак
160 Электроискровая. 1. Установить приспособление УСП на стол станка. 2. Произвести выверку по оси направления стола с точностью до 0,02 мм. 3. Выставить электрод относительно оси детали с точностью до 0,03 мм. 4. Прожечь паз В = 6,3^8 мм’ обеспечивая параллельность до 0,2 мм 4723 УСП, электрод, калибр
170 Моечная. Промыть детали ОСМ-1
180 Термическая. Цементация h = 0,8... 1,2 мм. Биение в центрах не более 0,2 мм Ванна
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА 423
Продолжение табл. 7.1
1 2 3 4
190 Токарная. 1. Установить заготовку в люнет с выверкой радиального биения до 0,1 мм. 2. Сверлить отв. 010,8 мм на проход в отв. конуса Морзе 2. 3. Рассверлить отв. 010,8 мм до 019 мм на глубину 57 мм. 4. Расточить отв. 025Н7 мм до 024,6+0’1 мм на глубину 11 мм. 5. Расточить канавку 2><0,5 мм в отв. 025Н7 мм 1К62 3-кулачковый патрон, люнет
200 Термическая. Закалить до 51 ...57 HRC Печь, ванна
210 Токарная. 1. Установить деталь в 3-кулачковом патроне. 2. Развернуть отв. 014,9+0’12 мм 1К62 Специальная развертка
220 Центрошлифовальная. 1. Установить деталь. 2. Шлифовать центровое гнездо <60°. 3. Переустановить деталь. 4. Шлифовать второе центровое гнездо <60°. (Шлифовка без охлаждения) 3922Е
Продолжение табл, 7,1
1 2 3 4
230 Шлифовальная. 1. Установить и зажать деталь. 2. Шлифовать 039,6-од мм. 3. Шлифовать 069,9_од мм с подшлифовкой торца 0100/069,9 мм в размер 12,2 ± 0,1 мм. 4. Шлифовать 0100 ± 0,15 мм начисто. 5. Шлифовать 046_o,i мм начисто. 6. Шлифовать торец 046/конус Морзе 3 начисто ЗБ161 Центра
240 Шлифовальная. 1. Установить деталь в центрах. 2. Шлифовать поверхность конуса 50 предварительно, выдерживая расстояние от торца калибра до фланца 4,2 ± 0,1 мм, параметр шероховатости Ra 0,40. Прилегание калибра по краске не менее 80 % ЗБ161 Центра, калибр-втулка (конус 50), приспособление
250 Шлифовальная. 1. Установить деталь в центрах. 2. Шлифовать паз В = 25,7+0,2' мм, выдерживая симметричность относительно оси конуса 50 в пределах 0,1 мм, параметр шероховатости Ra 1,6. 3. Переустановить деталь с поворотом на 180°. 3451В Центра, калибр пазовый
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА 425
Продолжение табл. 7.1
1 2 3 4
250 4. Шлифовать второй паз В = 25,7+0,21 мм, выдерживая симметричность относительно оси конуса 50 в пределах 0,1 мм, параметр шероховатости Ra 1,6 3451В Центра, калибр пазовый
260 Шлифовальная. 1. Установить втулку 7140-5144 в патрон, выверить радиальное биение по конусу 50 до 0,01 мм. 2. Установить деталь во втулку и зажать. 3. Шлифовать внутренний конус Морзе 2 предварительно, выдерживая недоход калибра 5,2 мм и параметр шероховатости Ra 0,80 ЗК227 Патрон 3-кулач-ковый, втулка, калибр-пробка конус Морзе 2
270 Галъваническая. 1. Нанести покрытие Хим. Оке. прм
280 Гравировальная. 1. Гравировать надписи согласно п. 4 технических требований чертежа (см. рис. 7.1) 6А463 Копир
290 Токарная. 1. Установить деталь в патроне и в люнете с выверкой радиального биения до 0,05 мм. 2. Расточить отв. 021,3 мм под резьбу М24 на глубину 57 мм. 3. Расточить занижение 025,2 мм, выдерживая размеры 45 и 12 мм. 1К62 Люнет неподвижный, патрон 3-кулачковый
426 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ
Продолжение табл, 7.1
1 2 3 4
290 4. Нарезать резьбу М24 резцом, выдерживая радиальное биение относительно конуса не более 0,1 мм. 5. Калибровать резьбу М24 метчиком 1К62 Люнет неподвижный, патрон 3-кулачковый
300 Шлифовальная. 1. Установить деталь в патроне и в люнете с выверкой радиального биения до 0,01 мм. 2. Шлифовать отверстие 025Н7 мм на глубину 11 мм с подшлифовкой торца 039,6/025 мм, выдерживая размер (126,8-0.25 + 3,2 ± 0,1)=130_о25 мм ЗК227В Люнет
310 Шлифовальная. 1. Установить деталь в центах. 2. Шлифовать получисто поверхность конуса 50, выдерживая недоход калибра 3,37 ±0,1 мм и параметр шероховатости Ra 0,20 ЗМ151В Центра, калибр-втулка (конус 50)
320 Шлифовальная. 1. Установить деталь в центрах. 2. Шлифовать начисто поверхность конуса 50 ГОСТ 15945-82, выдерживая размер 9,2 ± 0,1 мм, параметры конуса: непрямолинейность 0,0025 мм, некруглость 0,002 мм, отклонение угла 0,006 мм,. параметр шероховатости Ra 0,20. ЗМ151В Центра, пневматический ротаметр
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА 427
Окончание табл. 7.1
1 2 3 4
330 Шлифовальная. 1. Установить втулку приспособления на шпиндель станка. Шлифовать во втулке конус 50 ГОСТ 15945-82, выдерживая радиальное биение не более 0,005 мм (на партию). 2. Установить деталь во втулку, закрепить с выверкой по торцу и конусу 50 до 0,005 мм. 3. Шлифовать начисто конус Морзе 2, выдерживая размер 1,4 ± 0,15 мм и параметр шероховатости Ra 0,40 ЗК227В Приспособление, калибр-втулка (конус 50), калибр-пробка конус Морзе 2, стенд, индикатор 0,001
340 Шлифовальная. 1. Установить деталь в центрах. 2. Шлифовать начисто 039,6^’47 мм ЗМ151В Центра
350 Шлифовальная. 1. Установить деталь в приспособлении и зажать. 2. Шлифовать канавку <60° ± 15', выдерживая размеры 107,61h8 мм; 9,2 ± 0,1 мм и параметр шероховатости Ra 1,6 HSS-33B Приспособление установочное, шаблон, приспособление измерительное
360 Слесарная. 1. Притупить острые кромки после шлифования. 2. Маркировать на бирке номер партии деталей Верстак
428 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Обозначение d\ D ^2 fZ3 d. L h h Ai ^2 d5 Маркировка Масса, кг
6104-7078 6*0,005 25 M6-6H 8 4 97 18 65±0,l 62 1,0 2,5 6,5 6104-7078 HSK-A63/06 0,9
6104-7078-02 g +0,005 28 M8-6H 10 56 1,3 4,5 8,4 6104-7078-02 HSK-A63/08 1,0
Рис. 7.4. Рабочий чертеж корпуса ВИ с хвостовиком HSK (начало)
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА 429
* Размеры для справок.
'а s/6=\/RaA^-, \fe =x/Ra(&, у[г =\/Ra 12,5
Рис. 7.4. Продолжение
430 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА 431
Рис. 7.4. Продолжение
\//?a 3,2(7)
Д (увеличено)
Ж (увеличено)
\/a=\/Ra 0,4; \/6=\/Ra 1,6;
\[в =\/Аа6,3; \/z=\/Ra 12,5
1. 20Х-Цм. /?0,6...0,8 мм; 51...62 HRC, кроме резьб и поверхностей К.
2. Покрытие: Хим. Оке. прм., кроме поверхностей с параметрами шероховатости Ra 0,4 и поверхностей Л.
3. Неуказанные фаски 0,6x45°
4. Маркировать: согласно таблице, Made in Russia шрифтом ПО-2,5 ГОСТ 2930-62, товарный знак завода 10 СТП НОЗ-6-92 гравированием по оксидированной поверхности.
5. Маркировать и клеймить на бирке по ГОСТ 2.314-68.
Рис. 7.4. Оконачние
432 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
L________
18,2.0,>
Обозначение Заготовка Z *1 D d L dx
6104-7078 070405 91 65+0,1 25 6*0,005 62 6,5
6104-7078-02 28 g~0,005 56 8,4
Рис. 7.5. Эскиз заготовки корпуса ВИ с хвостовиком HSK после токарной обработки
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА 433
434 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Обозначение L
6104-7078 62 6,5
6104-7078-02 56 8,4
Рис. 7.6. Эскиз заготовки после токарной обработки
Изготовление разрезных зажимных цанг (рис. 7.7 и табл. 7.3) является сложной задачей. Наиболее ответственным является изготовление пазов шириной В = 0,6 мм, симметричность которых относительно оси цанги во многом определяет точность базирования и зацепления инструмента с d = 5... 10 мм. Важной с точки зрения точности является последовательность механических и термических операция. Накопленный опыт позволяет обобщить основные технологические приемы обеспечения высокой точности закрепления инструмента с цилиндрическим хвостовиком в цанговых патронах.
7.2. Маршрутная карта механической обработки корпуса 6104-7078
Материал Код единицы величины Масса детали Заготовка
Наименование, марка Код Вид заго-товки Профиль и размер
Сталь 20Х: ГОСТ 4543-71 0,9... 1,0 кг Круг 0 70x50 мм
Операция Наименование и содержание операции Оборудование (шифр оборудования) Приспособление и инструмент (наименование)
1 2 3 4
010 Фрезерно-отрезная. Отрезать заготовку в размер 07О><105 мм 8В66А
020 Слесарная. Маркировать номер детали на бумажном ярлыке Верстак
030 Токарная. 1. Установить заготовку в 3-кулачковом патроне. 2. Подрезать торец (1 = 2,5 мм). 3. Обточить 068 мм на длину 65 мм. 4. Обточить 055 мм на длину 30 мм. 5. Открепить и переустановить заготовку в 3-кулачковом патроне другим торцом. 6. Подрезать торец в размер 100 мм. 7. Обточить 038 мм на длину 39 мм 1К62
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА 435
Продолжение табл. 7.2
1 2 3 4
040 Термическая. Отжечь заготовку Печь
050 Токарная с ЧПУ (см. рис. 7.5). 1. Установить деталь в патроне станка. 2. Подрезать торец. 3. Обточить фаску 6x30°. 4. Обточить D на длину 39 мм. 5. Сверлить отв. d на глубину L. 1П756ЛФЗ
Обозначение Z), мм d, мм L, мм
6704-7078 25,8 5,5 36
6104-7078-02 28,8 7,5 42
6. Расточить фаску 1x60°.
60 Токарная с ЧПУ (см. рис. 7.5). 1. Установить деталь в патроне станка. 2. Подрезать торец. 3. Обточить конус 048,63 мм, недоход 6 ± 1 мм и подрезать торец. 4. Обточить 063,5 мм на проход. 5. Проточить V-образную канавку в размер 18,2-од мм. 1П756ЛФЗ Калибр-втулка, шаблон- штангенциркуль черновой, шаблон-штанген-глубиномер
436 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Продолжение таблицы 7.2
1 2 3 4
60 6. Сверлить отв. 030 мм на глубину 38 мм. 7. Расточить отв. 034,5_од мм на глубину 7-од мм от базового торца. 8. Расточить карман 04ОЯ)’16 мм, выдерживая размеры 30°, 036,8 мм, 17,9+0’1 мм, 13,1 мм, 033,4х*’1 мм, фаску 1,2x30° 1П756ЛФЗ Калибр-втулка, шаблон-штангенциркуль черновой, шаб-лон-штанген-глубиномер
070 Круглошлифовальная. 1. Установить деталь в 3-кулачковом патроне. 2. Шлифовать 063,3-o,os мм и торец со стороны конуса, параметр шероховатости Ra 1,6. 3. Шлифовать D с подшлифовкой торца в размер 26,1-0,05 мм, параметр шероховатости Ra 1,6 ЗМ151
Обозначение D, мм
6104-7078 25,4-0,05
6104-7078-02 28,4-0,05
080 Круглошлифовальная. 1. Установить деталь в центрах. 2. Шлифовать конус HSK-A63 предварительно с припуском 0,4 мм на диаметр, выдерживая не-доход 4±0,1 мм, параметр шероховатости Ra 0,8. ЗМ151 Калибр-втулка
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА 437
Продолжение табл. 7.2
1 2 3 4
90 Координатно-расточная. 1. Установить деталь. 2; Сверлить отв. 07,4 мм на проход, в размер 9,1±0,05 мм от торца. 3. Сверлить отв. 04 мм на глубину hi 2А450 Сверло 07,4 мм ГОСТ 10902-77. Развертка 07,5Н7 мм
Обозначение /?2, ММ
6104-7078 2,7
6104-7078-02 4,7
4. Развернуть отв. 07,5Н7 мм
100 Слесарная Притупить острые кромки Верстак
НО Расточная с ЧПУ. 1. Установить деталь в специальное приспособление, базируясь на торец 063 мм хвостовика HSK-A63. 2. Фрезеровать 2 паза В = 12,54±0,04 мм на глубину Ю*0,2 и б^”2 мм, выдерживая симметричность 0,05 мм и радиус у основания пазов R 1,5.. .0,2 мм. 3. Фрезеровать 4 радиуса R 2,88±0,02 мм на глубину 1О0’2 и б'0'2 мм, выдерживая R 1,5...0,2 мм и размеры 18,11 и 9,15 мм МС-032 Калибр пазовый В = 12,54 мм, приспособление для замера симметричности пазов, приспособление для замера размеров 18,11 и 9,15 мм, эталон, шаблоны радиусные
438 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Продолжение табл. 7.2
1 2 3 4
120 Слесарная. Притупить острые кромки Верстак
130 Расточная с ЧПУ. 1. Установить деталь в специальное приспособление с базой на D}. МС-032 Калибры пазовые 16Н10и 18Н10ММ. Приспособление для контроля симметричности пазов, приспособление для замера размеров 26,5; 2О_о,з мм
Обозначение £>ь мм
6104-7078 25,4-0’05
6104-7078-02 28,4-о.05
2. Фрезеровать паз В = 16Н10 мм, а затем с поворотом стола фрезеровать паз В = 18Н10 мм, выдерживая размеры: 26,5 мм; 21_о,г мм; R 8 и симметричность 0,1 мм. 3. Фрезеровать уступ, выдерживая размеры: 20_о,з мм; 21_о,2 мм и R 8. 4. Обработать, при необходимости, отверстие для установки кодирующего чипа 01О*0,09 мм на глубину 4,6+0,2 мм в размер 7±0,1 мм от торца
140 Слесарная. Притупить острые кромки Верстак
150 Термическая. Произвести цементацию h - 0,8... 1,2 мм Печь
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА 439
Продолжение табл. 7.2
1 2 3 4
160 Вертикально-сверлильная. 1. Установить заготовку в УСП. 2. Сверлить отв. D под резьбу М. 3. Зенковать цековку Di на глубину 1,3 мм. 4. Зенковать фаску 1><45О. 5. Нарезать резьбу М на проход 2А135 Сверла 05; 06,8 и 08,5 мм ГОСТ 10902-77; фрезы шпоночные 06,5; 09 и 011мм ГОСТ 9140-78 с заточкой ср = 90°, метчики М6-7Н; М8-7Н и М10-7Н
Обозначение D, мм мм М
6104-7078 5 8 М6-6Н
6104-7078-02 6,8 10 М8-6Н
170 Слесарная. Притупить острые кромки Верстак
180 Токарная (см. рис. 7.6). 1. Установить деталь в 3-кулачковый патрон. 2. Подрезать торец 034,5_o;i мм в размер 1О_о,1 мм. 3. Точить канавку DIN 509-F 0,6*0,2 на конусе. 4. Сверлить отв. <75 на глубину £3. 1К62
Обозначение £з5 мм б/5, ММ 0D, мм
6104-7078/1 62 6,5 25
6104-7078-02 56 8,4 28
5. Переустановить деталь в патроне другим торцом. 6. Подрезать торец 063/D мм в размер 26,2_(ц мм. 7. Точить фаску 1 *45° на 063 мм
440 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Продолжение табл. 7.2
1 2 3 4
190 Термическая. Произвести закалку 51.. .62 HRC Печь
200 Токарная. 1. Установить деталь. 2. Притереть центровую фаску под <60°. 3. Переустановить деталь другим торцом. 4. Притереть вторую центровую фаску под <60° 1К62 Приспособление для замера центровых фасок, центр твердосплавный
210 Круглошлифовальная. 1. Установить деталь в центрах. 2. Шлифовать 063^5 мм, параметр шероховатости Ra 1,6. 3. Шлифовать £>i, параметр шероховатости Ra 1,6 ЗМ151
Обозначение Z>i, мм
6104-7078 25,4-0,05
6104-7078-02 28,1^о,о5
220 Токарная. 1. Расточить отв. 016,95441’17 мм на глубину 12*0,3 мм, подрезать торец, снять фаску 1><45 °. 2. Проточить канавку 2x0,5 мм. 3. Нарезать резьбу М18Х1-7Н 1К62 Метчик Ml8x1
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА 441
Продолжение табл, 7,2
1 2 3 4
230 Г альваническая. Оксидировать деталь Хим. Оке. прм. Ванна
240 Копировально-фрезерная. 1. Установить деталь в УСП. 2. Маркировать товарный знак завода-изготовителя 10 СТП НОЗ-6-74 шрифтом ПО2,5 ГОСТ 2930-62 и обозначение согласно таблице 6А463 Копир универсальный
Обозначение Маркировка
6104-7078 6104-1078; 06
6104-7078-02 6104-7078-02; 08
Контроль ОТК
250 Токарная. 1. Установить деталь. 2. Притереть центровую фаску 1+0’05хб0° в отв. 034+0’1 мм Притир
260 Центрошлифовальная. 1. Установить деталь на центр и в люнет. 2. Шлифовать фаску 1 ><60° в отв. D «TOYODA» Центр, люнет, специальное приспособление для замера фаски
Обозначение 0D, мм
6104-7078 06
6104-7078-02 08
442 Глава 7. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Продолжение табл. 7.2
1 2 3 4
270 Круглошлифовальная. 1. Установить деталь в центра. 2. Шлифовать начисто D\, параметр шероховатости Ra 1,6 ЗМ151 Центра
Обозначение Di, мм
6104-7078 25-0,02
6104-7078-02 28_о,02
280 Круглошлифовальная. Шлифовать конус 1:10 HSK-A63 предварительно с припуском 0,1 мм на диаметр, выдерживая недоход калибра 1±0,05 мм. Параметр шероховатости Ra 0,10 ЗУ12АФ1 Центра, калибр-втулка (конус 1:10)
290 Термическая. Произвести старение Печь
300 Круглошлифовальная. 1. Установить деталь в центра. ЗУ12АФ1 Центра
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА 443
Продолжение таблицы 7.2
1 2 3 4
300 2. Шлифовать торец конуса в размер 32_0>2 мм начисто, выдерживая биение 0,002 мм (выпуклость не допускается), параметр шероховатости 7?а0,40 ЗУ12АФ1 Центра
310 Круглошлифовальная. 1. Установить деталь в центра. 2. Шлифовать конус 1:10 HSK-A63 начисто, шероховатость Ra 0,40, выдерживая размеры: размер от торца 6,3 мм; 0 48^’^ мм; 0 46,53^’доз мм, расстояние между диаметрами 14,7 мм ЗУ12АФ1 Центра, калибр-втулка 0 48^’до? мм, Калибр-втулка 0 46,53Х?з мм, эталон
320 Внутришлифовальная. 1. Установить деталь в 3-кулачковый патрон. 2. Шлифовать начисто отв. 034+0,1 мм ST-125 Патрон 3-кулачковый
330 Внутришлифовальная. 1. Установить деталь в 3-кулачковый патрон с выверкой биения по конусу до 0,02 мм. 2. Шлифовать внутреннюю фаску 037><3O°.W начисто, параметр шероховатости Ra 1,6, выдерживая размер 18,13±0,042 мм от базового торца и радиальное биение до 0,05 мм ST-125 Патрон 3-кулачковый, приспособление для замера 18,13±0,042 мм
Окончание табл. 7.2
1 2 3 4
340 Внутришлифовальная. 1. Установить деталь в приспособление с выверкой биения по Di до 0,002 мм. 2. Шлифовать отверстие D начисто с подшлифовкой торца, выдерживая радиальное биение до 0,01 мм, а торцевое биение до 0,02 мм C12U-700 Приспособление, втулка
Обозначение Р1, мм £>, мм
6104-7078 25^02 6+0,005
6104-7078-02 28_о,о2 8+0,005
350 Резьбошлифовальная. 1. Установить деталь в центра. 2. Шлифовать начисто канавку угловую под захват манипулятора, выдерживая <60°±15\ параметр шероховатости Ra 1,6; 072,3-o,i мм; радиальное биение не более 0,1 мм 5822 Центра, приспособление для размера 18±0,1 мм 8701-5247, эталон, приспособление для 072,3 мм, эталон
360 Слесарная. Маркировать номер детали на бирке Верстак
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА 445
446 Глава 7. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
/10,01 И
Рис. 7.7. Цанга (начало)
В (увеличено)
8
Б-БО) х/г 03,5 8 отв.
в \[г
/?0,3
/?инстр38...4О
1. 60С2А-Зак. 42...50 HRC.
2. Конроль поверхности 01:5 калибром на краску. Пятно контакта не менее 80 %.
3. Неуказанные фаски 0,4*45°.
4. Маркировать диаметр цанги.
5. Маркировать и клеймить на бирке по РТМО-73.
6. Допускается применение стали 65Г ГОСТ 1050-88.
0,6
Обозначение d (Н7) 1 Масса
6151-7006/2 5 46 0,21
-01 6 43
-02 6,8 40 0,22
-03 8
-04 8,4 30 0,23
-05 9,2
-06 10
-07 10,3
-08 И,1 20 0,25
-09 12
-10 13 0,24
-11 14
-12 15 0,23
-13 16
-14 17,5 0,22
-15 18 15 0,23
-16 20 0,21
Рис. 7.7. Окончание
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА 447
73. Маршрутная карта механической обработки цанги 6151-7006/2
Материал Код единицы величины Масса детали Заготовка
Наименование, марка Код Вид заготовки Профиль и размер
Сталь 60С2А ГОСТ 14959-79 0,21 мм Круг 080x24 мм
Операция Наименование и содержание операции Оборудование (шифр оборудования) Приспособление и инструмент (наименование)
1 2 3 4
010 Отрезная. Отрезать заготовку в размер 080x24 мм 8566
020 Слесарная. Маркировать номер детали бумажным ярлыком Верстак
030 Кузнечная. Ковать деталь по технологическому процессу Штамповая наладка
040 Термическая. Отжечь заготовку Печь
50 Токарная. 1. Установить заготовку. 2. Подрезать торец, параметр шероховатости Rz 20 1К62 3-кулачковый патрон, сверла 04; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 19 и 20 мм
448 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Продолжение табл. 7.3
1 2 3 4
50 3. Сверлить и расточить на проход отв. d Н7 до d\ в соответствии с таблицей: 1К62 3-кулачковый патрон, сверла 04; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 19 и 20 мм
Обозначение di (+о’’), мм £, мм
6151-7006/2 4,6 46
6151-7006/2-01 5,6 43
6151-7006/2-02 6,4 40
6151-7006/2-03 7,6 40
6151-7006/2-04 8,1 30
6151-7006/2-05 8,6 30
6151-7006/2-06 9,6 30
6151-7006/2-07 9,8 30
6151-7006/2-08 10,6 30
6151-7006/2-09 11,6 30
6151-7006/2-10 12,6 30
6151-7006/2-11 13,6 20
6151-7006/2-12 14,6 20
6151-7006/2-13 15,6 20
6151-7006/2-14 17 20
6151-7006/2-15 17,6 15
6151-7006/2-16 19,6 15
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА 449
1 2
4. Рассверлить отв. до 020 мм на глубину L (см. таблицу). 5. Расточить отв. 020 мм до 025 мм на глубину L (см. таблицу). 6. Расточить фаску (технологическую) 1,6x60° в отв. 025 мм. 7. Обточить 040-0,05 мм до 04О,7_од мм. 8. Перезакрепить деталь другим торцом.
50 9. Подрезать торец в размер 61 мм, параметр шероховатости Ra 2,5. 10. Подрезать торец в размер 61 мм, параметр шероховатости Ra 2,5. 11. Расточить фаску (технологическую) 1,6x60° в отв. d. 12. Обточить 033_о,о5 мм до 033,6_q,i мм с подрезкой торца в размер 12*0,2 мм. 13. Обточить 032,3_o,i мм, выдерживая размер 7,1+0,2 мм и фаску Зх40°, выдерживая параметр шероховатости Ra 2,5
Продолжение табл. 7.3
3 4
1К62 3-кулачковый патрон, сверла 04; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 19 и 20 мм
450 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
1 2
060 Токарная. 1. Установить деталь в центах. 2. Обточить конус 5°42'38" с припуском на шлифовку 0,3 мм на сторону. 3. Обточить занижение 0,5 мм, выдерживая размеры: 15 и 13 мм, а размер 0,5 мм увеличив до 0,8 мм
70 Разметочная. Разметить под сверление 8 отв. 03,5 мм в размеры 8 мм и <45°
080 Сверлильная. С переустановами сверлить по разметке 8 отв. 03,5 мм, выдерживая размеры 8 мм
090 Фрезерная. 1. Установить деталь в делительной головке для прорезки 4-х пазов. 2. Прорезать 4 паза В = 1,2 мм, не прорезая до конца 5 мм, выдерживая <90° и размеры 6 мм. 3. Переустановить деталь другим торцом. 4. Прорезать 4 паза В = 1,2 мм, не прорезая до конца 5 мм, выдерживая <45° относительно пазов с другого торца и <90° и размеры 6 мм
Продолжение табл, 7,3
3 4
1К62 Центра
Верстак
2А125 Тиски, сверло 03,5 мм
6Р13 Делительная головка, прорезная фреза 080 мм с В = 1,2 мм
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА 45:
1 2
100 Слесарная. 1. Зачистить заусенцы с кромок отверстий и пазов. 2. Притупить острые кромки. 3. Маркировать диаметр цанги
по Термическая. Закалить заготовку цанги с последующим отпуском 42.. .50 HRC
120 Токарная. С переустановом притереть центровочные фаски
130 Шлифовальная. 1. Установить деталь в центрах. 2. Шлифовать: 033-о,о5 мм, параметр шероховатости Ra 1,25; 04О_о,о5 мм, параметр шероховатости Ra 1,25. 3. Шлифовать торец 04О-о,о5/033-о,о5 мм, вы- 1 п+0,02 держивая размер 12 ’ мм
Продолжение табл. 7.3
3 4
Верстак
Печь
1К62 Притир
3A130 Центра
452 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
1 2
140 Шлифовальная. Шлифовать конус <5°42'38", параметр шероховатости Ra 0,63. Контроль «на краску» прилегание калибра не менее 80 %
150 Шлифовальная. 1. Установить заготовку цанги наружным конусом в специальную оправку. 2. Шлифовать отверстие dH7, параметр шероховатости Ra 1,25
160 Заточная. 1. Установить деталь на специальной оправке. 2. С переустановом прорезать 8 пазов В = = 0,6 мм, выдерживая <90°
170 Слесарная. 1. Зачистить заусеницы после разрезки лепестков цанги. 2. Маркировать номер детали на бирке
Окончание табл. 7.3
3 4
3A130 Центра, калибр-втулка (конус 1:5)
ST-125 Спецоправка(или корпус патрона)
ЗА64М Круг отрезной В = 0,6 мм
Верстак Надфиль алмазный
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА 453
454 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
7.2. ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕНТА
Для обеспечения работоспособности режущего инструмента его необходимо квалифицированно перетачивать. Затачивание рекомендуется осуществлять на станках с ЧПУ моделей ANCA TG7 (RG7, MG7), "Walter Helitronic Power", "Jungner", "Makino Seiki" (CNJ2-30), "Schneeberger Gemini" (SMP CA3, UN 16) и др.
Геометрические параметры режущей части сверла, их передние и задние углы, форма поперечной кромки, диаметр сердцевины и симметричность исполнения режущих элементов влияют на работоспособность сверла наряду с другими важнейшими факторами (материал режущей части и его термообработка, форма передней поверхности и профиль стружкоотводной канавки).
В зарубежной практике стандартизованы несколько видов форм геометрических параметров режущей части сверла. В соответствии со стандартом DIN 1412 спиральные сверла могут иметь луночную подточку перемычки (форма А), подточку вдоль передней поверхности (форма В), двухплоскостную заточку задних поверхностей (форма С), заточку с выполнением двойного угла в плане на режущих кромках (форма D) и центрирующую заточку (форма Е). Однако на практике для различных случаев обработки фирмы применяют и другие виды заточки задней поверхности и подточки поперечной кромки.
Разработана классификация основных типов заточки задних поверхностей сверл и подточки поперечной кромки, которая учитывает основные тенденции развития методов заточки и подточки сверл, утвердившиеся в практике отечественных и зарубежных предприятий.
Геометрические параметры режущих элементов сверл классифицируют в зависимости от формы задней поверхности: криволинейная (т.е. образованная любой поверхностью: конусом, цилиндром, винтовой, сложновинтовой поверхностями и другими поверхностями, кроме плоских) и плоскостная, при которой задняя поверхность образована одной или несколькими плоскостями. Основные типы заточки сверл и подточки поперечной кромки приведены в табл. 7.4.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕНТА 455
7.4. Основные типы заточки сверл и подточки поперечной кромки
Форма задней поверхности сверла Тип заточки Условное обозначение в зависимости от типа подточки поперечной кромки
Без подточки Лу-ночная Плоская Крестообразная
Криво- линейная Нормальная криволинейная без заострений поперечной кромки н нл нп НК
Заостренная -прямолинейная или криволинейная с заострением поперечной кромки 3 — — —
Плоскостная Одноплоскостная Двухплоскостная О Д — ДП(Т) ок
Примечания: 1. Сверла со всеми типами заточки, кроме одноплоскостной, выпускают с углами 2<р = 118°; у = 50°; а = = 16° при диаметре сверла до 3,0 мм и а = 12° для диаметра свыше 3,0 мм. 2. При одноплоскостной заточке сверла диаметром от 0,5 до 3,0 мм выпускают с углами 2<р = 118°; а = 30°; угол у не регламентируется. 3. Сверла диаметром свыше 3,0 мм нецелесообразно изготовлять с одноплоскостной заточкой; сверла диаметром свыше 5,0 мм с нормальной заточкой нецеле-сообразно изготовлять без подточки поперечной кромки.
При криволинейной форме задней поверхности существуют два основных типа заточки: без заострения и с заострением поперечной кромки. При заточке без заострения поперечная кромка образована пересечением главных задних поверхностей (кониче
456 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ских, цилиндрических, винтовых). Поперечная кромка имеет малую выпуклость, не превышающую 0,02 диаметра сверла. Передний угол на поперечной кромке отрицательный уп = ~[ф - (3...5)0]. При заточке с заострением поперечная кромка формируется угловой кромкой шлифовального круга, вследствие чего передний угол на поперечной кромке возрастает до уп = - [ф - (Ю.. .25)°].
Предложены три основных типа подточки поперечной кромки: луночная, плоская и крестообразная. Луночная подточка (аналогичная форма А по DIN 1412) предусматривает уменьшение длины поперечной кромки, ранее образованной при заточке главных задних поверхностей. Луночная подточка, распространяющаяся на всю переднюю поверхность, аналогична форме В по DIN 1412. При плоской подточке поперечная кромка, ранее образованная при заточке главных задних поверхностей, полностью (или частично) заменяется новой поперечной кромкой, образуемой при подточке. Подточенная часть имеет форму плоскости, свободно распространяющуюся в сторону поперечной кромки и ограниченную выступом с противоположной стороны.
Крестообразная подточка (аналогичная форме С по DIN 1412) обеспечивает увеличение переднего угла на поперечной кромке, ранее образованной при заточке задних поверхностей. Обычно подточка имеет форму плоскости, ограниченную уступом со стороны поперечной кромки и свободно распространяющуюся в противоположную сторону.
В отличие от DIN 1412 предусмотрена форма двойной заточки с криволинейной переходной кромкой, которая практически смыкается с радиусной формой заточки режущих кромок.
В табл. 7.5 даны рекомендуемые значения угла при вершине, заднего угла и угла наклона поперечной кромки в зависимости от вида и механических свойств материала заготовки с учетом диаметра сверла.
Основные рекомендации по применению и выбору основных видов заточек и подточек задних поверхностей сверл в зависимости от условий обработки приведены в табл. 7.6. В частности, заостренная поперечная кромка с выпуклостью, превышающей 0,02 диаметра отверстия, и S-образной формы в плане рекомендуется при обработке отверстий с точной координатой захода и не реко-
ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕНТА 457
7.5. Общие рекомендации по выбору параметров элементов режущей части сверла
Материал заготовки Угол при верши-не 2q>±3° Задний угол а±3,0° при диаметре сверла Угол наклона поперечной кромки \|/±10°
Сталь конструкционная (углеродистая и легированная) Чугун серый и ковкий доЗ мм св. 3 мм
— до 170 НВ 90 20 16 55
До 156 НВ, ов<600 Н/мм2 170...250 НВ 118 16 12 50
156...229 НВ, 260 НВ 118 16 12 50
ов= 600...900 Н/мм2 130 14 10 45
229...269 НВ, 130 14 10 15
ов = 900 Н/мм2 140 12 9 40
Более 269 НВ - 150 11 8 40
мендуется при обработке заготовок из труднообрабатываемых материалов, так как имеет несколько ослабленную вершину.
Двойную заточку, подточку главной режущей кромки и подточку ленточки можно применять с различными типами заточки задней поверхности и подточки поперечной кромки. Основные типы заточки и подточки задних поверхностей режущей части спиральных сверл приведены на рис. 7.8-7.13.
Точность позиционирования зависит от геометрических параметров вершины сверла: переднего угла уп на поперечной режущей кроме и коэффициента выпуклости поперечной режущей кромки и/D, где п -выпуклость; D - диаметр сверла (см. рис. 7.8).
Угол уп и выпуклость в значительной мере зависят от метода заточки и материала заготовки. Для сверления отверстий в заготовках из материалов средней прочности с требованиями повышенной точности позиционирования целесообразно обеспечивать указанные параметры для переднего угла уп в пределах ±5°, а для n/D - в пределах 0,025...0,045. При основных методах заточки (винтовой и конической) достичь указанных значений не удается, поэтому для их обеспечения применяют так называемые центрирующие методы.
458 Глава 7. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
7.6. Рекомендации по выбору основных типов заточки задней поверхности и подточки поперечной кромки сверл при обработке отверстий точности Н10-Н12 (см. рис. 7.8)
Основной тип заточки и подточки поперечной кромки сверла Материал заготовки Глубина сверления Допуск на межцентровое расстояние без предварительно-го центрования, мм
Сталь не более 229 НВ. Чугун не более 250 НВ Сталь не менее 229 НВ. Чугун не менее 250НВ /отв<3й?
0,1...0,2 Св. 0,2
н — ± — +
НЛ + + + ± — +
НП + + + + + +
НК, ок — + ± ± — +
з*1 + ± + — — +
з*2 ^кр + ± + ± + +
о ± — ± — — +
Д + — + ± + +
ДП(Т) + + + + + +
** Зпр - заостренная с прямолинейной поперечной режущей кромкой;
*2 Зкр - заостренная с криволинейной поперечной режущей
кромкой.
Примечания: 1. Н; НЛ; НП; НК; О; ОК; Д и ДП (Т) - см. табл. 7.4.
2. Обозначения: "+" - рекомендуется к применению; "±" -допускается применение;- не применяется.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕНТА 459
Рис. 7.8. Основные типы заточки задних поверхностей сверл:
а - нормальная заточка (Н). Задняя поверхность криволинейная (коническая, цилиндрическая, винтовая и т.д.) без заострения поперечной кромки; б “ заостренная заточка (3). Задняя поверхность криволинейная (обычно винтовая) с заострением поперечной кромки;
в ~ одноплоскостная заточка (О). Задняя поверхность - одна плоскость; г ~ двухплоскостная заточка (Д). Задняя поверхность - две плоскости;
углы aiN и a2N - для настройки станка
460 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Рис. 7.9. Основные типы подточки поперечной кромки: а - луночная подточка поперечной кромки на сверле с нормальной заточкой (НЛ); б - плоская подточка поперечной кромки сверла с нормальной заточкой (НП); апд- параметр настройки; в - крестообразная подточка поперечной кромки на сверле с нормальной заточкой (НК); г - плоская подточка поперечной кромки на сверле с двухплоскостной заточкой - трехплоскостная заточка (Т); а1№ и а3у- углы для настройки станка
1. Винтовая заточка с выпуклой сердцевиной. Основная особенность метода заключается в том, что угловая кромка заточного круга, формирующая поперечную кромку сверла, профилирована по радиусу, приблизительно равному 0,1 диаметра сверла. При этом осуществляется сочетание движений затылования и осцилля-
ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕНТА 461
ции, и в момент формирования поперечной кромки величина винтового параметра приближается к нулю. Форма самой поперечной кромки при этом методе из прямолинейной получает S-образный вид.
а)
Рис. 7.10, Дополнительные типы заточки:
а - двойная заточка с прямолинейной переходной режущей кромкой; б - двойная заточка с криволинейной переходной режущей кромкой
Рис. 7.11. Подточка главной режущей кромки: допускается срезать ленточку на величину, не превышающую 0,3 ее ширины
Рис. 7.12. Подточка ленточки
462 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Рис. 7.13. Крестообразная форма заточки спиральных сверл
2. Двухплоскостная заточка со специальной подточкой, уменьшающей отрицательные передние углы на ней и поперечную кромку. Подточка осуществляется угловой кромкой заточного круга с минимально возможным радиусом округления. Заточку осуществляют в два этапа: формирование вершины сверла в виде четырехгранной пирамиды и последующая ее подточка. У трехлезвийных сверл на вершине сверла в районе перемычки образуется трехгранная пирамида.
Центрирующие методы заточки, например, крестообразная (табл. 7.7), обеспечивают позиционирование координаты не более ±0,2 мм и применяются для инструментов при точности обрабатываемого отверстия по 10-12-му квалитету точности и параметру шероховатости обрабатываемой поверхности Ra 1,25.
Специализированные конструкции сверл из быстрорежущей стали включают шнековые и ступенчатые сверла, сверла спиральные, предназначенные для обработки заготовок из определенных материалов (сверла для труднообрабатываемых материалов, сверла для легких сплавов, сверла для обработки термопластмасс и т.д.), а также сверла сверхдлинных серий, перовые и т.п.
Шнековые сверла в отличие от стандартных спиральных сверл имеют очень крутой (до 60°) угол наклона винтовой стружечной
ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕНТА 463
7.7. Параметры крестообразной заточки сверл, мм (см. рис. 7.13)
D b / Г t
От 1,49 до 2,5 В_ 2 0,15d 0,3d 0,6... 1,2
Св. 2,5 до 6,3 1,2...2,4
Св. 6,3 до 10,0 2,4...3,0
Св. 10,0 до 40,0 В_ 3 0,ld 0,2d 3,0...8,0
Св. 40,0 в_ 3 0,1 d 0,2d 8,0... 12,0
канавки и специальный треугольный профиль в осевом сечении. Несколько увеличенный объем стружечных канавок, большой угол наклона обеспечивают улучшенный отвод стружки из зоны резания. Стружкоразделение обеспечивается специальной формой заточки. Утолщенная сердцевина, которая имеет постоянное значение по всей длине, увеличивает прочность конструкции.
Гарантированный отвод стружки за счет специального профиля сверла позволяет обрабатывать отверстия глубиной (10... 30)2) без вывода инструмента в заготовках из углеродистых и легированных конструкционных сталей и чугунов.
Основная форма заточки сверл одностороннего резания - плоскостная. В табл. 7.8 приведены основные геометрические параметры плоскостной заточки сверл одностороннего резания. Остальные параметры назначают из следующих соотношений: п = = 0,05D; К принимают не более 0,5 мм; с = 0,022); р = 0,050; f= = (0,02...0,04)0.
При работе твердосплавными сверлами величина наибольшего износа по задним поверхностям режущей части не должна превышать 0,3 мм. При переточке фирменного инструмента допускается коническая заточка с допуском на осевое биение режущих кромок в пределах 0,02 мм (рис. 7.14). Длина 1 перемычки после подточки приведена в табл. 7.9.
Режущие кромки твердосплавных сверл необходимо спрямить путем плоского шлифования участка канавки, прилегающего к режущей кромке, и снять фаску размером Х= 0,080 (рис. 7.15).
464 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
7.8. Параметры заточки сверл одностороннего резания с внутренним подводом СОЖ
Материал заготовки Н/мм2 Геометрические параметры заточки
НВ 777, ММ <Р,° <Pi, ° Оф, ° ° Оф1,°
Сталь (сплав): хорошо обрабатываемая, низкоуглеродистая <70 160... 300 0,25В 30 20 0 (п=0) 18 20
(021... 0,25)В 20 35 45 20 25 20 7 15 20
хорошо обрабатываемая низколегированная высоколегированная (никелевые сплавы) коррозионно-стойкая >70 140... 300 0,25D 20 30 35 30 20 25 7 15 20
>100 150... 350 0,25В 5 10 10 15 40 5 8 15 35 30 7 18 20
— 150... 440 0,25В 10 42 8 20 7 18 20
ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕНТА 465
Окончание табл. 7.8
Материал заготовки ^в» Н/мм2 Геометрические параметры заточки
НВ т, мм Ф,° Ф1,° Оф, ° п 0 СИ ф5 ОфЬ °
Чугуны — — 0,25/) 8 10 15 18 8 10 15 18 7 18 20
Латунь, бронза — — 0,252) 30 35 20 15 6 8 15
Медные и магниевые сплавы __ — (0,21... 0,25)2» 8 12 45 8 12 20 7 15 20
Алюминиевые сплавы — — (0,21... 0,25)2) 5 10 15 45 5 5 15 20 7 12 20
А (увеличено) I
Рис. 7.14. Параметры переточки твердосплавных сверл
Рис. 7.15. Спрямление режущих кромок н снятие фасок X
А (увеличено)
466 Глава 7. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
7.9. Длина I перемычки, мм
D /
От 3 до 10 0,1...0,3
Св. 10 до 18 0,2...0,4
После спрямления на режущих кромках твердосплавных сверл необходимо алмазным надфилем снять фаски W (табл. 7.10).
При переточке сверл "Coromant Delta" обе режущие кромки должны быть переточены симметрично относительно центра сверла. Затачивание осуществляется алмазным шлифовальным кругом формы 6А2 на бакелитовой или синтетической связке, зернистостью 125 со структурой 100 %. Необходимо применение СОЖ в виде 3 % эмульсии.
Основные операции по переточке сверл "Coromant Delta" приведены в табл. 7.11.
Переточка твердосплавных концевых фрез осуществляется в случаях, когда выкрашивание режущих кромок или их износ начинают вызывать образование задиров или шероховатость обработанной поверхности превышает требуемую. Рекомендуемые максимальные величины износа, при которых следует перетачивать концевые фрезы, приведены в табл. 7.12.
7.10. Величина фаски W на режущих кромках
Обрабатываемый материал Величина фаски W, мм
D< 10 мм D > 10 мм
Конструкционная сталь 0,05...0,08 0,08...0,12
Коррозионно-стойкая сталь 0,04...0,06 0,04...0,06
Чугун 0,05...0,10 0,08...0,12
ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕНТА 467
7.11. Операции по переточке сверл "Coromant Delta"
Наименование операции и ее содержание__________________
Переточка заднего угла и угла при вершцне 2<р.
Шлифовать задний угол 8° и угол при вершине, выдерживая угол к нему 2<р = 140°. Если у сверла изношены в основном периферийные части режущих кромок, удалить изношенные участки, уменьшив угол при вершине, т.е. уменьшив угол 2ф, например, до 136°
Подточка поперечной режущей кромки.
Шлифовать верхнюю часть подточки под углом 22...25° и с нулевым передним углом. Необходимо обеспечить симметричность подточки на обеих режущих кромках относительно оси сверла__________________________
Подточка поперечной режущей кромки.
Шлифовать вторую часть подточки под углом 40...45°, а если необходимо, то и третью часть под углом 70...75°, с нулевым передним углом
Переточка переднего угла.
Шлифовать передний угол величиной 10... 15°. При первых двух переточках этого делать не требуется. При заточке переднего угла необходимо снимать как можно меньше материала для сохранения величины цилиндрической ленточки
Эскиз операции, мм
468 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Окончание табл. 7.11
Наименование операции и ее содержание Эскиз операции, мм
Снятие фаски. 0,10...0,15
Алмазным бруском притупить режу-
щие кромки, не задевая верхнюю
часть подточки и обеспечивая сим-
метричность режущих кромок
7.12. Максимальные величины износа концевых фрез, мм
Диаметр фрезы 4 и 6 7...8 10и 12 16 и 20 25
Износ по диаметру 0,05 0,07 0,09 0,14 0,20
Износ по уголкам 0,20 0,30 0,40 0,50 0,70
Для переточки (табл. 7.13) рекомендуется использовать станки с ЧПУ. Это особенно важно для фрез со сферическим концом, чтобы обеспечить хорошее качество режущих кромок и требуемую точность по радиусу.
7.13. Операции по переточке концевых фрез
№ п/п Наименование операции и ее содержание Эскиз операции, мм
1 Переточка по передней поверхности. Применяют алмазные тарельчатые круги формы 12А2 или аналогичной, диаметром 75... 100 мм с зернистостью 400/250 и концентрацией 100. Глубина шлифования 0,04... 0,06 мм, подача 60...80 мм/мин, скорость резания 20...28 м/с Круг
ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕНТА 469
Окончание табл. 7.13
№ п/п Наименование операции и ее содержание Эскиз операции
2 Переточка по задней поверхности. Для переточки фрез по задней поверхности, уголков и концов зубьев применяют тарельчатые круги формы 11V9, диаметром 100... 150 мм. Максимальная глубина шлифования - 0,1 мм, подача 100... 150 м/мин, скорость резания 20...28 м/с. Величина зерна и концентрация - см. п.1
3 Переточка торцового переднего угла. При значительном увеличении площади задней поверхности рекомендуется заточить дополнительный задний угол на 5° больше основного 1...30
4 Переточка сферической фрезы по задней поверхности. Для заточки задней поверхности на фрезах со сферическим концом рекомендуются шлифовальные круги с параметрами и режимами по п. 2. Необходимо строго соблюдать геометрию и размеры осевой перемычки. fl—-—& ©*, О \/\ | /У lZ % I
5 Отрезка изношенной части. Отрезка изношенной передней части концевых фрез производится отрезным алмазным кругом при обязательном вращении фрезы
470 Глава 7. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Необходимо оставлять без изменения шаг винтовых канавок, величина которого маркируется на хвостовике фрезы. Возможно перетачивать фрезы вручную на специальном приспособлении, но при этом фреза получится не сферической, а эллипсоидной.
Рекомендуется после переточки заново наносить износостойкое покрытие, чтобы сохранить высокую производительность и стойкость.
Контроль закупленного и переточенного инструмента осуществляют с помощью контрольно-измерительных средств (табл. 7.14).
Для контроля вспомогательного инструмента необходим выбор методов, средств и калибров, который зависит от точности измеряемых поверхностей.
Размеры и предельные отклонения линейных размеров конусов 7:24 изделий и калибров приведены в табл. 7.15, а предельные отклонения параметров этих конусов - в табл. 7.16-7.18.
Контроль конических поверхностей производится по комплексному показателю (припасовка по краске) и поэлементно (проверка отдельных параметров конуса: угол конуса, прямолинейность образующей, круглость поперечных сечений).
Комплексному контролю должны подвергаться все инструменты, а контроль отдельных элементов может быть выборочным. Объем выборки и периодичность контроля устанавливаются ОТК изготовителя или отделом метрологии у потребителя.
Конуса точнее степени точности АТ5 считаются годными, если они соответствуют нормам точности по поэлементым показателям при 100-процентном контроле.
При комплексном контроле на краску проверяется полнота прилегания сопрягаемых поверхностей. В качестве краски должна использоваться типографская красная краска № 219Т. Применение берлинской лазури возможно только для получения слоя краски 3 мкм и более. Применение сажи не допускается.
Краска разводится машинным маслом до тестообразного состояния и помещается внутрь марлевого тампона их трех слоев марли, который обертывается плотной тканью (сатин, бязь). Затем на тампон капают несколько капель масла и, водя им по металлической поверхности, оставляют на ней слой краски, которая потом растирается по всей поверхности фетром или замшей.
7.14. Контрольно-измерительные средства для режущего инструмента
Тип, модель Диапазон измерений Цена деления, мм Контролируемый параметр
Приборы КО-17, КО-18, КО-19, КО-20* Конус Морзе 1-4; степень точности АТ6-АТ8 по ГОСТ 2848-75 (в ред. 1991 г.) 0,001 Отклонение от прямолинейности образующих конусов Морзе
Прибор БВ-5077М** Конус Морзе 1-6; степень точности АТ7 и АТ8 0,001 Отклонение от круглости хвостовиков с конусом Морзе
Прибор БВ-3366М** Конус Морзе 1-6 0,001 - шкалы конусности; 0,005 - шкалы непрямоли-нейности Радиальное и торцовое биения относительно поверхности конусного хвостовика. Контроль конусности и отклонения от прямолинейности образующей конусов
Прибор КЗЗ-4* Фрезы концевые и шпоночные диаметром 2... 20 мм с цилиндрическим хвостовиком и конусом Морзе 1-3, ручные и машинно-ручные метчики М14-М20 1° Передние и задние углы концевого инструмента (концевых фрез, шпоночных фрез и метчиков)
ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕНТА 471
Тип, модель Диапазон измерений
Прибор КЛО-17* Сверла с цилиндрическим и коническим хвостовиками диаметром 6.. .20 мм
Прибор К10-6* Сверла с цилиндрическим и коническим хвостовиками диаметром 15... 50 мм
Приборы К10-И, К10-12, К10-13, К10-14* Сверла с цилиндрическим и коническим хвостовиками диаметром 3.. .50 мм
Прибор КЗЗ-7* Фрезы с цилиндрическими и коническими хвостовиками диаметром 2.. .50 мм
Прибор КЗО-З* Отрезные фрезы диаметром 63...250 мм
Продолжение табл, 7.14
Цена деления, мм Контролируемый параметр
0,01 - линейной шкалы; 30' - угловой шкалы Измерение угла при вершине и осевого биения главных режущих кромок сверл
— Угол наклона винтовых канавок сверл
0,01 Измерение симметричности сердцевины профиля канавок сверл
1° Передний и задний углы фрез концевых и шпоночных
1° Углы в плане и задние углы на переходных режущих кромках фрез
472 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Окончание табл. 7.14
Тип, модель Диапазон измерений Цена деления, мм Контролируемый параметр
Прибор К32-1* Стандартные торцовые и дисковые фрезы диаметром 100...250 мм 30 Задний угол и угол наклона зубьев фрез
Прибор 2РМ* Метчики с наружным диаметром резьбы МЗ-М20 0,002 Средний диаметр резьбы трех-канавочных метчиков
Прибор РМ* Метчики с наружным диаметром резьбы МЗ-МЗЗ 0,01 Средний диаметр резьбы пя-тиканавочных метчиков
Прибор БВ-5080** Модуль 0,2... 1,5 мм; диаметр 20... 100 мм — Контроль мелкомодульных червячных фрез
Прибор БВ-5056** Червячные фрезы, шеве-ры, долбяки, зубчатые колеса, модуль 1... 12 мм; диаметр делительной окружности 30...400 мм 0,001 Радиальное биение накопленной погрешности шагов, шага по колесу и отклонения шага
Прибор БВ-5010 (ходомер)** Диаметры делительной окружности 40.. .400 мм; модуль 2... 10 мм 0,001 Отклонения направления зуба и окружных шагов
* Приборы серийно не изготовляют. Техническая документация имеется в ОАО ’’ВНИИ-инструмент”.
** Приборы изготовляют по заказу в "НИИизмерения”.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕНТА 473
7.15. Размеры и предельные отклонения линейных размеров конусов 7:24 калибров и инструмента, мм
Калибр-пробка
плоскость
Калибп-втулка
плоскость
Обозна-чение конуса Калибры для конусов по ГОСТ 20305-94 Конусы инструмента по ГОСТ 15945-82
Калибры-пробки Калибры-втулки
D L D L d (НЮ) D L*
номин. пред, откл. номин. пред, откл.
30 31,703 ±0,0055 49,6 31,739 ±0,055 52 17,4 31,75 49,2
35 38,053 57,6 38,069 60 21,4 38,10 57,2
40 44,403 66 44,439 70 25,3 44,45 65,6
45 57,105 ±0,0065 85,2 57,137 ±0,065 90 32,4 57,15 84,8
50 69,805 104,1 69,837 108 39,6 69,85 103,7
55 88,850 ±0,0075 132 88,885 ±0,075 135 50,5 88,90 132
60 107,907 164,1 107,935 168 60,2 107,95 163,7
* Размер для справок.
474 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕНТА 475
Краска наносится на предварительно очищенную поверхность наружного конуса. Калибр осторожно сопрягают с проверяемым конусом и поворотом приблизительно на одну четверть оборота при легком нажатии вдоль оси растирают краску в местах плотного прилегания сопрягаемых поверхностей.
Изделие считается годным, если краска растерлась по поверхности окрашенного конуса. Допускаются кольцеобразные остатки нетронутой краски при условии, что пятна контакта охватывают среднюю и крайние части проверяемых поверхностей.
7.16. Предельные отклонения угла конуса на длине поверхности, мкм
Обо-значение конуса Калибры для степеней точности Контр-калиб-ры Конусы инструмента степеней точности
АТ4и АТ5 АТ6 и АТ7 АТЗ АТ4 АТ5 АТ6 АТ7
пробки втулки
30; 35 ±1,2; ±1,4 -6; -7 +6; +7 +2,5; +3 ±2,5 ±4 ±6 ±10 ±15
40; 45 ±1,5; ±1,7 -8 ±8 +3; +3,5 ±3 ±5 ±8 ±12 ±20
50; 55 ±2,0 -10 +10 +4 ±4 ±6 ±10 ±16 ±25
60 ±2,5 -12 +12 +5 ±5 ±8 ±12 ±20 ±30
7.17. Допуски прямолинейности образующей конуса на длине поверхности, мкм
Обо-значе-ние конуса Калибры степеней точности Контр-калибры Изделия степеней точности
АТ4 и АТ5 АТ6 и АТ7 АТЗ АТ4 АТ5 АТ6 АТ7
30; 35 0,6 1,6 0,8 0,6 1,0 1,6 2,5 4
40; 45 0,8 2,0 1,0 0,8 1,2 2,0 3,0 5
50; 55 1,0 2,5 1,2 1,0 1,6 2,5 4,0 6
60 1,2 3,0 1,5 1,2 2,0 3,0 5,0 8
476 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
7.18. Допуски круглости поперечного сечения конуса, мкм
Обозна-чение конуса Калибры степеней точности Контр-калиб-ры Изделия степеней точности
АТ4 и АТ5 АТ6 и АТ7 АТЗ АТ4 АТ5 АТ6 АТ7
30-40 0,6 1,6 0,8 0,6 1,0 1,6 2,5 4
45; 50 0,8 2,0 1,0 0,8 1,2 2,0 3,0 5
55; 60 1,2 1,0 1,6 2,5 4,0 6
При комплексном контроле калибров по контркалибрам пятно контакта должно занимать не менее 90 % поверхности при наличии более плотного контакта (менее интенсивной окраски) малого диаметра. Плотный контакт должен обеспечиваться по большому диаметру. Зоны поверхности у торцов изделия шириной 3 мм во внимание не принимаются.
Толщина слоя краски при комплексном контроле рекомендуется согласно табл. 7.19.
Для оценки правильности нанесения слоя краски и накопления опыта в визуальной оценке рекомендуется использовать указанный ниже способ.
7.19. Рекомендуемая толщина слоя краски при комплексном контроле, мкм
Обозначение конуса Калибры степеней точности Контр-калибры Конусы инструмента степеней точности
АТ4 и АТ5 АТби АТ7 АТЗ АТ4 АТ5 АТ6 АТ7
30-45 1 2 1 1 1 2 4 6
50-60 2 3 2 2 2 3 6 6
Примечание. Толщина слоя краски свыше 6 мкм не рекомендуется, так как в этом случае затруднительно получить равномерный слой краски.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕНТА 477
Рис. 7.16. Способ оценки толщины краски
На плоскую стеклянную пластину 1 (рис. 7.16) притираются четыре концевые меры. Две крайние меры (2 и 3) должны быть одинакового размера, одна из средних меньше, чем крайние на заданную толщину слоя краски, а другая средняя меньше ее еще на 1 мкм.
При контроле толщины слоя краски на калибре или наружном конусе изделия стекло с притертыми к нему концевыми мерами прижимается к поверхности конуса (предварительно в местах прилегания крайних концевых мер удаляется краска) и передвигается на небольшое расстояние в направлении, перпендикулярном его оси. После этого, если толщина слоя краски соответствует заданной, на большей из средних концевых мер должны быть видны следы краски, а на меньшей таких следов быть не должно.
Средства контроля и измерения отклонений угла конуса, прямолинейности образующих и отклонений от круглости приведены в табл. 7.20-7.23.
7.20. Средства контроля и измерений отдельных параметров конусов 7:24
№ п/п Наименование измерительного средства
1 Средства измерения угла конуса Пневматический прибор модели БВ-7310
2 Синусная линейка L = 200 мм кл. 1 по ГОСТ 4046-80 (в ред. 1996 г.) Концевые меры кл. 2 ГОСТ 9038-90 (в ред. 1997 г.) Головка 1ИПМ или 01ИГПВ ГОСТ 28798-90 Плита поверочная кл. 0 ГОСТ 10905-86 (в ред. 1989 г.)
3 Синусная линейка L = 300 мм кл. 1 ГОСТ 4046-80 (в ред. 1996 г.) Концевые меры кл. 3 ГОСТ 9038-90 (в ред. 1997 г.) Головка 05ИПМ или 05ИГПВ ГОСТ 28798-90
478 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Окончание табл. 7.20
№ п/п Наименование измерительного средства
3 Плита поверочная кл. 0 ГОСТ 10905-86 (в ред. 1989 г.)
4 Прибор модели БВ-6084 или модели 819К фирмы C.Mahr (Германия) при десятикратном измерении с перестановкой детали
5 Прибор модели БВ-6084 или модели 819К фирмы C.Mahr (Германия) при трехкратном измерении с перестановкой детали
Средства контроля отклонений от прямолинейности __________________образующих__________________
6 Прибор БВ-7312
7 Прибор БВ-6084
Средства измерения отклонений от круглости
8 Кругломер модели 255 или 289
9 Кругломер модели 256
10 Кругломер модели 258
7.21. Средства контроля и измерения угла конусов инструмента
Обозначение конуса Степень точности
АТЗ АТ4 АТ5
30 4 3;5 4; 5
35 4 3; 5 1;2;5
40 4 3; 5 1; 3; 5
45 4 3; 5 1; 3; 5
50 4 3; 5 1;3;5
55 3; 4 3; 5 1;3;5
60 3; 4 3; 5 3;5
Примечание. Указаны номера средств контроля и измерения по табл. 7.20.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕНТА 479
7.22. Средства контроля отклонений от прямолинейности образующей конуса
Обозначение конуса Калибры по ГОСТ 20305-94 Конусы инструмента по ГОСТ 15945-82 степеней точности
степеней точности Контр-калибры АТЗ АТ4 АТ5
АТ4 и АТ5 АТ6 и АТ7
30 7 — — — 7
35 6 6; 7 6 6 6 6; 7
40 6 6; 7 6 6 6 6; 7
45 6 6; 7 6 6 6 6; 7
50 6 6; 7 6 6 6; 7 6; 7
55 — 6; 7 — — 6; 7 6; 7
60 — 7 7 — 7 6; 7
Примечание. Указаны номера средств контроля по табл. 7.20.
7.23. Средства контроля круглости
Объекты измерения Модели кругломеров
255 (289) 256 258
Конусы инструмента по ГОСТ 15945-82 при общей длине инструмента, мм: до 400 + +
до 1300 — +
св. 1300 — — +
Отклонения угла наружных конусов калибров и вспомогательного инструмента могут измеряться на синусных линейках.
На синусных линейках L = 200 мм кл. 1, используемых совместно с концевыми мерами длины кл. 2, поверочной плитой кл. 0 и
480 Глава 7. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
пружинной отсчетной головкой с ценой деления 0,001 мм (1ИПМ или 1ИГПВ), могут контролироваться наружные конусы № 30, 35, 40 степени точности АТ5 и грубее, в том числе, калибры-пробки для степеней точности АТ6 и АТ7 и наружные конусы № 45-60 степеней точности АТ6 и АТ7.
Точность измерения может быть повышена при использовании синусных линеек L = 300 мм кл. 1 и пружинных отсчетных головок с ценой деления 0,0005 мм (05ИПМ или 05ИГПВ). При этом могут контролироваться наружные конусы степени точности АТ4 и грубее.
Дальнейшее повышение точности достигается при настройке синусной линейки L = 300 мм не по концевым мерам, а по установочной мере в виде конуса. При наличии установочной меры на одну степень точнее проверяемого конуса, можно контролировать наружные конусы № 50-60 степени точности АТЗ и грубее и контркалибры для конусов № 40-60. Поскольку при этом синусная линейка и концевые меры играют роль только установочного узла, требования к их точности могут быть снижены.
Достижимые значения предельных погрешностей измерения конусов конусностью 7:24 на синусной линейке указанными выше способами приведены в табл. 7.24.
Для контроля угла и прямолинейности наружных и внутренних конических поверхностей предназначен прибор мод. БВ-6084 (рис. 7.17).
Прибор состоит из гранитного основания, по которому перемещается стол. На столе установлена синусная линейка (см. табл. 7.20, № 3), на ней рабочий стол с призмой. На стойке, прикрепленной к основанию, установлена каретка, несущая измерительный рычаг и отсчетное устройство.
Контролируемая деталь устанавливается в призму. К нижней образующей конуса подводят измерительный наконечник. Поперечным перемещением призмы находят наивысшую точку, контактирующую с измерительным наконечником сначала в одном, потом в другом крайних сечениях, совмещая, таким образом, образующую конуса с плоскостью измерения.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕНТА 481
Поворачивая рабочий стол и контролируя его по двум крайним точкам, выставляют образующую конуса параллельно направляющим стола. Такая установка исключает влияние поверхностей, используемых для закрепления детали, на точность измерения. При перемещении стола отсчетное устройство показывает отклонение от прямолинейности образующей контролируемой детали.
Для измерения угла синусный стол поворачивают на угол, равный номинальному углу контролируемой детали. К верхней образующей подводят измерительный наконечник и проверяют ее положение. Разность показаний отсчетного устройства в двух крайних точках показывает отклонение контролируемого угла от номинального значения.
Рис. 7.17. Устройство прибора мод. БВ-6084
1 - рукоятка для поворота синусной линейки; 2 - призма для базирования контролируемой детали; 3 ~ винт установочный; 4 - винт фиксации измерительного рычага; 5 - ручка для фиксации положения измерительного устройства; 6 - барабан для переключения измерительного усилия;
7 ~ винт тонкой настройки измерительного устройства; 8 - маховик привода измерительного устройства; 9 - кнопки для включения и отключения электропривода; 10 - тумблер для подключения электропривода;
11 - ручка для переключения скоростей привода; 12 - маховик ручного привода стола
16 —4Я77
482 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
7.24. Достижимые значения предельных погрешностей измерения конусов 7:24 на синусной линейке
Обозначение по табл. 7.20 Метод измерения Обозначение конуса
30 35 40 45 50 55 60
Предельные погрешности
изме] эения, мкм
2 Абсолютные измерения наружных конусов 2,0 2,0 2,5 3,0 3,0 4,0 5,0
3 Абсолютные измерения наружных конусов 0,7 1,0 1,0 1,2 1,5 2,0 2,5
7 Измерения наружных конусов методом сравнения с образцовым калибром 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7
Основные данные прибора мод. БВ-6084 приведены в табл. 7.25.
7.25. Основные данные прибора мод. БВ-6084
Технический параметр Величина параметра
Наибольший угол контролируемого конуса,0 22
Наибольшая длина образующего конуса, мм 200
Погрешность измерения, мкм: разности диаметров не более 1
прямолинейности (на длине 200 мм) 0,5
Максимальный ход стола, мм 270
Напряжение питающей сети, В 220
Потребляемая мощность, кВт 0,50
Расстояние между роликами синусной 300
линейки, мм
ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕНТА 483
Окончание табл. 7.25
Технический параметр
Отсчетное устройство
Пределы измерения, мкм
Цена деления, мкм
Габариты, мм
Масса, кг
Величина параметра Электронная измерительная система модели 214 ±3; ±6; ±15; ±30; ±60 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2 950x390x710 140
Достижимые значения предельных погрешностей измерения отклонений угла конуса на приборе мод. БВ-6084 приведены в табл. 7.26.
Приборы пневматические для измерения отклонений угла наружного конуса мод. БВ-7310 предназначены для контроля конических поверхностей с конусностью 7:24 № 35, 40, 45, 50, 55 по ГОСТ 15945-82 (рис. 7.18 и табл. 7.27).
В состав прибора модели БВ-7310 входят: калибр-втулка, установочная мера (пробка); в качестве отсчетного устройства используется прибор мод. 318.
Рис. 7.18. Прибор мод. БВ-7310
484 Глава 7. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
7.26. Предельные погрешности измерения
Вид измерения Обозначение конуса
30 35 40 45 50 55 60
П] редельные погрешности, мкм
Десятикратное измерение наружных конусов 0,3 0,3 0,3 0,3 0,4 0,5 0,5
Трехкратное измерение наружных конусов 0,5 0,5 0,5 0,5 0,6 0,8 0,8
Десятикратное измерение внутренних конусов 0,5 0,5 0,8 0,8 1,0 1,2 1,5
Трехкратное измерение внутренних конусов 1,0 1,0 1,2 1,2 1,5 1,8 2,0
7.27. Основные данные прибора мод. БВ-7310
Технический параметр Величина параметра
Диапазон показаний, мкм Цена деления, мкм Предел допускаемой абсолютной погрешности (без погрешности установочной меры), не более, мкм ±10 0,2 ±0,5
Размах показаний в серии из десяти измерений, мкм Наибольший расход воздуха, м3/час Рабочее давление, МПа Давление воздуха в пневматической сети, МПа Напряжение питания, В 0,2 1,5 0,15±0,05 0,3...0,6 127/220
Пневматический прибор для контроля отклонений угла наружного конуса модели 7310 состоит из конусной пневматической втулки 5 (см. рис. 7.17), отсчетного устройства 1 и установочной меры 4.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕНТА 485
Рис. 7.19. Прибор мод. БВ-7312
Вдоль оси калибра-втулки расположены две пары измерительных регулируемых сопел 3, которые максимально приближены к наибольшему и наименьшему диаметрам конической поверхности.
При контроле конусности контролируемая деталь базируется либо своей конусной поверхностью, либо измерение производится с помощью специальной детали-упора 6, на которую опирается контролируемая деталь и которая жестко связана с калибром-втулкой. В этом случае между калибром и контролируемой поверхностью будет зазор. Калибр-втулка присоединяется к отсчетному устройству по дифференциальной схеме при помощи поливинилхлоридных трубок 2. По шкале отсчетного устройства отсчитывается разность диаметров конуса в двух диаметральных сечениях, проходящих через оси сопел калибра-втулки.
Для контроля непрямолинейности образующих наружных конических поверхностей, в том числе конусов № 35, 40, 50 и 55 вспомогательного инструмента для станков с ЧПУ, предназначен прибор мод. БВ-7312.
Применение специальных базирующих призм и опорных стержней позволяет использовать прибор как накладной для измерения непрямолинейности образующих различных конических и цилиндрических поверхностей деталей, а также непрямолинейности плоских деталей. Принцип измерения контактный, индуктивный.
Прибор БВ-7312 (рис. 7.19) состоит из измерительного устройства 7, электронного блока 2, самопишущего быстродействующего прибора 4 и блока питания 3. Измерительное устройство с аэростатической направляющей позволяет получить образцовое прямолинейное перемещение наконечника индуктивного преобра
486 Глава 7. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
зователя вдоль образующей. Электронный блок дает возможность визуально наблюдать за изменением контролируемого параметра, а быстродействующий самопишущий прибор позволяет записывать эти изменения на диаграммную ленту.
Основные данные прибора мод. БВ-7312 приведены в табл. 7.28.
Основные технические характеристики отечественных и зарубежных кругломеров приведены в табл. 7.29. В погрешность измерения отечественных кругломеров производства завода "Калибр" мод. 255,256 и 258 входит дополнительная погрешность в процентах от величины некруглости. Погрешность кругломеров "Talyrond" фирмы Rank Taylor Hobson (Великобритания) указана одной цифрой и соответствует погрешности прибора при проверке его по образцовой сфере на высоте 25,4 мм от поверхности стола при использовании щупа с I = 62,5 мм.
Контроль точности конуса хвостовика HSK по ГОСТ Р 51547-2000 заключается в измерении линейных размеров dz, dz (рис. 7.20).
7.28. Основные данные прибора мод. БВ-7312
Технический параметр Величина параметра
Длина образующей конуса, контролируемая прибором, мм:
без подставки 100
с подставкой 130
Диапазон измерений, мкм ±3; ±6
Цена деления шкалы, мкм 0,1; 0,2
Допускаемая погрешность при длине образующих, мкм:
до 100 мм не более 0,2
до 130 мм не более 1
Измерительное усилие, Н 0,025±0,002
Масса, кг 30
ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕНТА 487
Рис. 7.20. Контролируемые наружные размеры, допуски и требования к шероховатости поверхности хвостовика HSK
|Z/|0,002|^h*
7.29. Основные технические характеристики кругломеров
Обозначение кругло-мера Пределы измеряемых отклонений, мм Масштаб увеличения Погреш-ность измерения, мкм Параметр проверяемого изделия
наружный диаметр, мм высота, мм (не более) масса, кг (не более)
Модель 255(289) 0...200 125:1...20 000:1 О,О5±3 % 0,5...350 400 80
Модель 256 0...200 125:1...10 000:1 0,12±5 % 1...350 800; 1300 450
Модель 258 0...50 500:1...10 000:1 0,12±5 % 20...350 1500 300
"Talyrond" mod.51 0...200 50:1...20 000:1 0,025 до 355 254 68
"Talyrond” mod. 2 0...50 50:1... 10 000:1 0,025 до 355 1270 450
"Talyrond" mod. 3 0...200 100:1...20 000:1 0,025 до 355 1270 450
"Talyrond" mod. 73 0...200 100:1...200 000:1 0,005 до 355 406 68
Размеры /1 и /2 являются координирующими и устанавливают сечения, в которых измеряются предельные отклонения от номинальных значений диаметров J2 и d3 (табл. 7.30).
7.30. Основные размеры полых хвостовиков, мм
Обозначения HSK ^2 h ^3 /з
Номин. Пред, откл. Номин. Пред, откл.
— — — — 25Е — 19 +0,006 +0,004 2,5 18,15 +0,004 +0,002 6,5
32А 40В 32С 40D 32Е — 24 +0,007 +0,005 3,2 23,27 +0,005 +0,003 7,3
40А 50В 40С 50D 40Е 50F 30 4,0 29,05 9,5
50А 63В 50С 63D 50Е 63F 38 +0,009 +0,006 5,0 36,90 +0,006 +0,003 11,0
63А 80В 63С 80D 63Е 80F 48 +0,011 +0,007 6,3 46,53 +0,007 +0,003 14,7
80А 100В 80С 100D — 60 +0,013 +0,008 8,0 58,10 +0,008 +0,003 19,0
100 А 125В 100С 125D - — 75 +0,015 +0,009 10,0 72,60 +0,009 +0,003 24,0
125А 160В 125С I60D - — 95 +0,018 +0,011 12,5 91,95 +0,011 +0,004 32,5
160А — 160С — — — 120 16,0 116,00 40,0
488 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕНТА 489
Рис. 7.21. Схема измерений предельных отклонений: а - диаметра б - диаметра <73
В заводских условиях контроль хвостовиков HSK осуществляют с помощью наборов калибров-колец с установленными мика-торами часового типа и поверочным калибром-пробкой по схеме измерений, показанной на рис. 7.21.
Контроль точности формы поперечного сечения (допуск круглости) и прямолинейности образующей может выполняться выборочно для контроля процесса изготовления конуса на тех же приборах, что используются для конусов 7:24 и описаны выше.
Допуск полного биения торца относительно фланца хвостовика базовой оси конуса является суммарным допуском формы и расположения и назначен для обеспечения требований плоскостности торца и его перпендикулярности относительно оси конуса. Эти требования направлены на обеспечение наилучшего контакта хвостовика инструмента с торцовыми поверхностями шпинделей станков.
Контроль этого допуска предусматривает определение разности наибольшего и наименьшего расстояния от точек всей торцовой поверхности до плоскости, перпендикулярной базовой оси. Схема измерения полного торцового биения предусматривает воспроизведение в пространстве положения базовой оси и последовательное измерение (сканирование) точек торцовой поверхности в направлении, параллельном базовой оси. За результат измерения принимается максимальная разность (размах) значений положений точек поверхности, т.е. расстояние между двумя точками.
490 Глава 7. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Рис. 7.22. Схема измерения точности хвостовика на станке:
1 - станина; 2 - измерительная головка; 3 - штатив;
4 - патрон станка;
5 - измерительное устройство для измерения биения конической поверхности
Осложнением для контроля данного допуска является требование ГОСТ Р 51547-2000 "выпуклость не допускается" и наличие на торце отверстий. Еще одним фактором, снижающим контролепригодность параметра, является незначительная ширина торца (от 4 до 20 мм в зависимости от типоразмера хвостовика) и ограниченность доступа к торцу.
Если осуществлять обработку конической части и торца хвостовика "за один уставов" на прецизионных круглошлифовальных станках, то в этом случае целесообразно обеспечить точность формы и расположения торца технологически, а контроль технологического процесса проводить по обработанной детали, не снимая ее со станка (рис. 7.22).
С этой целью на станке может устанавливаться измерительная головка (например, микатор с ценой деления 0,5 мкм) на жестком штативе. Инструмент с хвостовиком, установленный в патроне станка, проворачивается вручную на полный оборот. При этом точность вращения шпинделя (не более 1 мкм для прецизионного станка) и отсутствие погрешности базирования позволяют точно воспроизвести положение в пространстве базовой оси хвостовика. Одновременно целесообразно изменять биение конической части хвостовика в направлении, перпендикулярном к базирующей конуса.
Для объективного контроля допуска формы и расположения торца необходимы схемы контроля, основанные на применении специальных средств измерения.
СБОРКА, НАСТРОЙКА И БАЛАНСИРОВКА ИНСТРУМЕНТА 491
Измерение суммарного отклонения формы и расположения торца относительно оси конуса можно также выполнять на координатно-измерительной машине (КИМ). Типовой набор процедур для КИМ включает в себя определение положения в пространстве базовой оси конуса, положения прилегающей плоскости торца и отклонения от перпендикулярности прилегающей плоскости к базовой оси.
Для обеспечения надежности автоматического закрепления хвостовиков HSK в шпинделе необходимо контролировать расстояние 16 от торца фланца хвостовика до фаски под углом 30° на диаметре d$ во внутренней канавке (табл. 7.31), предназначенной для размещения захватных кулачков зажимного устройства станка.
7.31. Контролируемые размеры в канавке для кулачков, мм
1 Основной размер хвостовиков HSK 16 (JS10) ds (НН)
от 25 7,21 15
32 8,92 19
40 11,42 23
1 1 lJ 50 14,13 29
63 18,13 37
У 80 22,85 46
г 100 28,56 58
125 36,27 73
ds . 160 45,98 92
7.3. СБОРКА, НАСТРОЙКА И БАЛАНСИРОВКА ИНСТРУМЕНТА
Современный режущий инструмент, в основном, не требует специального обслуживания. При своевременном повороте и смене режущих пластин токарный, фрезерный и сверлильный инструмент надежно работает долгое время. Переточка инструмента и
492 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
размерная настройка требуются все меньше. Стойкость инструмента предсказуема и контролируема в большинстве операций, более того, меньшим количеством инструмента возможно выполнить большее количество задач, чем прежде. Систематизация оснастки позволяет переналаживать инструмент и настраивать его вне станка, снижая таким образом простои.
Выработано несколько главных требований к обслуживанию инструмента. Они направлены на то, чтобы процесс обработки был безопасным, инструмент служил дольше и обеспечивал требуемое качество обработки. Выполнение этих требований повышает надежность работы инструмента. Это обеспечивает высокий уровень производительности и низкую себестоимость обработки.
Чтобы режущая пластина была закреплена надежно, гнездо и опорная пластина не должны иметь загрязнений. Твердые частицы, грязь и стружка удаляются из гнезда любым доступным способом. Когда режущие пластины установлены, проверяют отсутствие зазоров между ними и опорными поверхностями гнезда. При закреплении винтом, рычагом или прижимом удерживают режущую пластину в правильном положении в гнезде. Винты, прижимы и рычаги закрепляют с требуемым усилием и с использованием соответствующих ключей или отверток. Превышение усилия зажима приводит к чрезмерным растягивающим нагрузкам на винты, а недостаточное усилие может вызвать выход из строя режущей пластины.
Перед сборкой на крепежные винты наносят специальную смазку, которая предупреждает заклинивание и позволяет достигать требуемого усилия закрепления. Смазка наносится на резьбу и на головку винта.
Винты, которые закрепляют режущие пластины, подвергаются высоким механическим и температурным нагрузкам. От этого небольшого, но важного элемента зависит очень много. Поэтому для закрепления пластин используют винты без повреждений. Если винт имеет какие-либо видимые повреждения, он должен быть заменен. Винт с повреждениями или растянутый винт не сможет надежно закрепить пластину, что приведет к вибрациям и выкрашиванию режущей кромки.
Обычно ключи поставляются вместе с инструментом. Эти ключи полностью соответствуют требованиям к сборке данного
СБОРКА, НАСТРОЙКА И БАЛАНСИРОВКА ИНСТРУМЕНТА 493
инструмента. Некоторые отвертки и ключи имеют особые ручки, которые не позволяют превысить требуемый крутящий момент.
На складе должны присутствовать только те инструменты, которые часто используются в производстве и действительно необходимы. Каталоги должны содержать полную программу инструмента, которая исцользуется при обработке различных деталей.
Весь инструмент, поступающий со станков, центрального инструментального склада и из заточного отделения учитывается, контролируется и складируется в определенном порядке. Для складирования инструмента используются шкафы или стеллажи, оснащенные ложементами под определенный размер хвостовика. Использование ложементов обязывает оператора после разборки инструмента производить его сортировку по размерам и складировать в строго определенных местах.
Емкость инструментального склада рассчитывается из сложившегося заполнения инструментальных магазинов станков и должна иметь 3-кратный запас (1 комплект в работе на станках, 1 комплект разобран, находится в переточке и контролируется, 1 комплект настраивается на размер и готовится к работе).
Транспортировка собранного и настроенного на размер инструмента к станкам, а также инструмента от станков на участок производится специальными тележками, оснащенными аналогичными ложементами, исключающими соприкосновение инструментов между собой.
Эти меры позволяют избежать случайных ударов и сколов режущих кромок инструментов. Сборку инструмента производят на верстаке, столешница которого изготовлена из дерева и покрыта резиновым ковриком.
Для обеспечения точности при сборке и установке инструмента в шпиндель станка, периодически очищают конус хвостовика от пыли, грязи и налета высохшей СОЖ, которые напрессовываются на поверхность при неоднократных зажимах инструмента в конусе шпинделя станка. Для этого применяют специальные устройства с электрическими щетками, которые выполняют операцию очистки с минимальными затратами времени.
Сборка производится в тисках и специальных монтажных приспособлениях. Для сборки модульного инструмента фирмы
494 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Sandvik Coromant с соединением "Capto" необходимо наличие специального монтажного приспособления с набором монтажных скоб и втулок.
Для закрепления инструмента в патронах с "термозажимом" обязательно должно быть организовано специальное рабочее место с холодильником для быстрого охлаждения инструмента.
При сборке вспомогательного агрегатированного инструмента контроль его длины, как правило, не производится и осуществляется предварительная, достаточно грубая сборка. В дальнейшем, если нельзя заранее точно настроить инструмент на размер по длине (например, в патронах с "термозажимом", на оправках и т.п.), то необходимо измерять фактический размер вылета инструмента от торца шпинделя и затем вводить коррективы в программу обработки. Расточные оправки обязательно настраиваются на диаметр обработки предварительно с точностью до 1 мкм, в противном случае, приходится настраиваться на размер обработки методом «пробных стружек» с вероятностью получения неисправимого брака. Такие методы на станках с ЧПУ не приемлемы, поэтому необходимо оснащение производства приборами для размерной настройки инструмента.
В России для настройки инструмента на размер разработаны приборы мод. БВ-2027 для инструмента с конусами 7:24 и прибор мод. БВ-2026 для токарных станков.
Предварительная настройка инструмента вне станка обеспечивает значительное сокращение его простоев благодаря совмещению подготовительно-заключительного времени, затрачиваемого на переналадку станка, и вспомогательного времени, затрачиваемого на замену и поднастройку инструмента, с временем работы станка. Предварительная настройка инструмента проводится независимо от конкретной программы. Для этого регламентируются координатные размеры вершин режущей кромки инструмента. Приборы для предварительной настройки инструмента к станкам с ЧПУ, по сравнению со специальными приспособлениями для настройки инструментов на агрегатных станках и станках-автоматах, должны обладать большей универсальностью и гибкостью, т.е. возможностью быстрой переналадки для настройки различных инструментов.
СБОРКА, НАСТРОЙКА И БАЛАНСИРОВКА ИНСТРУМЕНТА 495
Станки с ЧПУ являются высокоточными автоматизированными станками. Основной предпосылкой, обеспечивающей достижимую точность обработки на этих станках, является точность предварительной настройки инструмента. Следовательно, приборы для предварительной настройки инструмента должны обеспечивать высокую точность настройки инструментов на размер по одной или нескольким координатам. С этой целью базирующие элементы приспособлений должны строго соответствовать базирующим элементам станков, предназначенным для установки вспомогательного инструмента.
Прибор (рис. 7.23) предназначен для предварительной установки в двух горизонтальных координатах как резцов в инструментальных блоках станков токарной группы, так и вращающегося инструмента в оправках и на борштангах станков сверлильной и расточной группы. Прибор состоит из ступенчатой станины 1, на плоскости нижней ступени которой имеются Т-образные пазы для установки переходников-адаптеров (имитирующих базирующие поверхности станков токарной группы для установки инструментальных блоков) или шпиндельной бабки 2 для установки борштанг. На верхней поверхности станины находятся нижняя 3 и верхняя 4 каретки, перемещающиеся соответственно в продольном
Рис. 7.23. Прибор для размерной настройки инструментальных блоков токарных станков
496 Глава 7. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
и поперечном направлениях. На верхней каретке установлено визирное устройство 5, выполненное в виде проекционного микроскопа. На поворотном экране 6 проектора имеется штриховое перекрестие.
Для установки инструментальных блоков на поверхности прибора устанавливают сменные переходники-адаптеры. Установка адаптера по двум координатам относительно нулевых точек системы отсчета производится по контрольному шаблону, имитирующему две грани резца с определенными размерами относительно базовых поверхностей шаблона. Каретки с проектором устанавливают на координаты, соответствующие размерам контрольного шаблона. Адаптер с шаблоном устанавливается и закрепляется на станине прибора таким образом, чтобы грани шаблона совпали с перекрестием проектора. Затем калибр снимается с адаптера, и проектор настраивается на размер инструмента согласно координатам, указанным в карте наладки. Предварительная установка проектора на заданные координаты осуществляется перемещением каретки по оптическим шкалам 7 и 8 стеклянных линеек и отсчетным микроскопам 9 и 10. Точная установка проектора осуществляется микрометрическими винтами 11. После установки проектора на заданные координаты положение кареток фиксируется стопорными винтами 12.
Настройка инструмента на заданные размеры координат осуществляется перемещением резца винтами настройки в положение, при котором его режущие кромки будут совпадать с перекрестием проектора, после чего резец закрепляется. Точность настройки инструмента по каждой координате 0,005 мм. Проверка положения режущей кромки инструмента по вертикали осуществляется индикатором часового типа, установленным на отдельной стойке. При необходимости установки резца на требуемый угол перекрестия предварительно устанавливаются по угломерной головке. Технические характеристики прибора приведены в табл. 7.32.
Прибор для размерной настройки инструмента мод. БВ-2026 (конструкции "ВНИИизмерения" и "Челябинского инструментального завода" (ЧИЗ) предназначен для предварительной настройки режущего инструмента и инструментальных блоков для станков с ЧПУ токарной группы. Установка продольных и поперечных ко-
СБОРКА, НАСТРОЙКА И БАЛАНСИРОВКА ИНСТРУМЕНТА 497
ординат производится по устройству цифровой индикации, визирование режущей кромки инструмента - по проектору. Каретка перемещается на шариковых направляющих. Для точной установки координат каретки имеют микроподачи. Технические характеристики прибора приведены в табл. 7.33.
На приборах для размерной настройки инструмента с конусами 7:24 для станкбв с ЧПУ сверлильно-расточной и фрезерной групп (рис. 7.24) установка координат может производиться по шкалам и отсчетным микроскопам.
Фиксация положения режущей кромки инструмента производится по визирному микроскопу. Прибор позволяет также устанавливать диаметр по индикатору.
7.32. Технические характеристики прибора для настройки резцов (см. рис. 7.23)
Параметр Величина
Увеличение проектора, раз 30
Линейное поле зрения объектива проектора, мм 6,5
Рабочий участок экрана проектора, мм 200
Расстояние от базовой плоскости основания до режущей кромки инструмента, мм 200±2
Расстояние от режущей кромки инструмента до оправы объектива проектора, мм Рабочее перемещение кареток, мм: 80±2
продольное 300
поперечное Предел допускаемой погрешности установки координат, мм: 200
поперечной 0,015
продольной 0,015
Цена деления и шаг дискретности, мм 0,001
Габаритные размеры, мм 700x970x960
498 Глава 7. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
7.33. Технические характеристики прибора мод. БВ-2026
Параметр Величина
Рабочее перемещение кареток, мм:
поперечное 200
продольное 300
Увеличение проектора, раз 30
Цена деления и шаг дискретности, мм Предел допускаемой погрешности установки координат, мм: 0,001
поперечной 0,020
продольной 0,025
Линейное иоле зрения проектора в плоскости предмета, мм 6,5
Расстояние от режущей кромки инструмента до оправы объектива проектора, мм 80±2
Расстояние от базовой плоскости основания 200±2
до режущей кромки инструмента, мм Габаритные размеры, мм 1230x970x1500
Устройство имеет три исполнения с отсчетными микроскопами и отсчетными навесными устройствами. Состоит из литого основания 1, в котором размещены шпиндель 4 и механизм грубого 11 и точного 12 перемещений вертикальной каретки. Фиксатор 3 исключает поворот шпинделя 4 во время затяжки инструмента маховиком 2. На верхней плоскости основания крепится стойка 9 с вертикальной 10 и горизонтальной 8 каретками. Вертикальная каретка перемещается по прямоугольным направляющим посредством ходового винта с шагом 4 мм. На вертикальной каретке находятся также прямоугольные направляющие, по которым перемещается горизонтальная каретка. Горизонтальная каретка предназначена для проверки и установки размера по диаметру. На горизонтальной каретке закреплено визирное устройство с микроскопом М-125, предназначенное для фиксации положения настраиваемого инструмента на заданный размер как по диаметру, так и по вылету. Шкала горизонтального размера визирующего устройства
СБОРКА, НАСТРОЙКА И БАЛАНСИРОВКА ИНСТРУМЕНТА 499
также закреплена на горизонтальной каретке и снабжена индикатором 1-МИГ. Перемещение горизонтальной каретки осуществляется маховиком 14 посредством ходового винта с шагом 2 мм.
В качестве отсчетных устройств применены микроскопы: МОС-21 - для горизонтального отсчета; МО-В - для вертикального отсчета. Техническая характеристика прибора приведена в табл. 7.34.
Настройка инструмента с помощью прибора осуществляется следующим образом. Маховиком грубого перемещения 11 перемещают вертикальную каретку, ориентируясь по шкале линейки 13.
Устанавливают лимб микроскопа б на отметку "О". Маховиком 14 перемещают горизонтальную каретку в положение, когда отметка с цифрой "О" шкалы микроскопа 7 совместится с цифрой «О» шкалы линейки горизонтального отсчета.
Действительный размер вылета инструмента считывают со шкалы линейки 13 и с лимба микроскопа 6. Установка прибора на заданной размер по диаметру включает в себя два режима: установка прибора на заданный размер по диаметру и определение диаметра инструмента.
Рис. 7.24. Прибор для размерной настройки инструмента
500 Глава 7. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
7.34. Технические характеристики прибора для настройки инструмента с конусом 7:24 (см. рис. 7.24)
Параметр Величина
Диаметр настраиваемого инструмента, мм 0...300
Вылет настраиваемого инструмента, мм 70...400
Увеличение визирного микроскопа, раз 30
Линейное поле зрения микроскопа, мм 7,0
Рабочее расстояние микроскопа, мм 60
Установка координат микроскопами:
по диаметру МОС-21
по вылету МО-В
Цена деления индикатора, мм 0,001
Цена деления отсчетного устройства, мм:
по диаметру 0,001
по вылету 0,01
Габаритные размеры, мм 740x440x530
Маховиком и микроподачей горизонтальная каретка устанавливается на требуемый размер по диаметру с помощью отсчетного устройства.
Для определения диаметра инструмента предварительно перемещают вертикальную каретку на размер вылета инструмента, вставляют оправку с инструментом в шпиндель, ослабляют фиксатор. Поворачивая шпиндель, с помощью микроскопа добиваются наиболее резкого изображения режущей кромки инструмента. Вращая маховик перемещения горизонтальной каретки, добиваются совпадения вертикальной линии 2 (рис. 7.25), нанесенной на шкале микроскопа 5, с линией режущей кромки инструмента. Вращая лимб микроскопа, подстраивают прибор. Полученный размер читают по микроскопу 7. Это радиус инструмента. Для получения диаметра инструмента полученный размер удваивают.
При вращении маховика грубого перемещения вертикальной каретки по часовой стрелке отсчет размера идет в сторону увеличения. При вращении маховика грубого перемещения вертикальной катерки против часовой стрелки отсчет размера идет в сторону
СБОРКА, НАСТРОЙКА И БАЛАНСИРОВКА ИНСТРУМЕНТА 501
Рис. 7.25. Шкала микроскопа:
1 - горизонтальная линия в окуляре микроскопа; 2 - вертикальная линия в окуляре микроскопа;
3 - положение режущей кромки инструмента при настройке прибора на вылет инструмента;
4 - положение режущей кромки инструмента при измерении диаметров инструмента
уменьшения. При вращении маховика точного перемещения вертикальной каретки на себя отсчетный размер увеличивается, при вращении от себя - уменьшается.
Установка прибора на заданный размер вылета осуществляется следующим образом. Маховиком грубого перемещения 11 устанавливают предварительный размер, пользуясь шкалой линейки 73. Затем с помощью маховика точного перемещения 12 устанавливают требуемый размер, пользуясь отсчетным устройством.
Для измерения действительного вылета инструмента маховиком грубого перемещения 77 перемещают вертикальную каретку на размер, приблизительно равный размеру вылета исследуемого инструмента. Вертикальная каретка в этом случае не мешает вставлять оправку с инструментом в шпиндель. После этого ослабляют фиксатор 3. Пользуясь микроскопом 5 визирного устройства и поворачивая шпиндель 4, добиваются такого положения инструмента, когда изображение режущей кромки инструмента, видимое в окуляр микроскопа, будет наиболее четким, а края режущей кромки будут видны наиболее резко. В этом положении наиболее резкого изображения фиксатором стопорят шпиндель. Маховиком 2 зажимают инструмент, а маховиком 72 точного перемещения вертикальной каретки добиваются совмещения горизонтальной линии 7 (см. рис. 7.25), видимой в окуляр микроскопа, с линией режущей кромки инструмента.
502 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Прибор для размерной настройки инструмента мод. БВ-2027 конструкции "ВНИИизмерения" и ЧИЗ предназначен для предварительной размерной настройки режущего инструмента для станков с ЧПУ сверлильной, расточной и фрезерной групп, а также к многоцелевым станкам. Установка координат производится по устройству цифровой индикации, фиксации положения режущей кромки инструмента - по визирному микроскопу. Для более точной установки диаметральной координаты прибор комплектуется многооборотным индикатором типа 1-МИГ. Каретки перемещаются по прямоугольным направляющим. Технические характеристики прибора приведены в табл. 7.35.
7.35. Технические характеристики прибора мод. БВ-2027
Параметр Величина
Размеры настраиваемого инструмента, мм:
по диаметру 0...300
по вылету 124...400
Шаг дискретности, мм 0,001
Цена деления индикатора 1-МИГ, мм 0,001
Увеличение микроскопа М-12, раз 30
Рабочее расстояние микроскопа М-12, мм 60
Погрешность установки координат, мм:
по диаметру 0,015
по вылету 0,030
Габаритные размеры, мм 1450x500x1530
При настройке инструмента вне станка не обеспечивается высокая точность обработки заготовок вследствие наличия ряда погрешностей: настройки инструмента вне станка; установки инструмента; износа инструмента; геометрических погрешностей станка, а также погрешностей, вызванных тепловыми деформациями и деформациями технологической системы.
Производители предлагают широкий выбор приборов для размерной настройки инструмента, отличающихся степенью автоматизации.
СБОРКА, НАСТРОЙКА И БАЛАНСИРОВКА ИНСТРУМЕНТА 503
Автоматизированные приборы имеют шпиндель повышенной точности с радиальным биением менее 2 мкм, при повторяемости положения инструментов в шпинделе в пределах 1 мкм. Приборы имеют пневматический зажим салазок для обеих осей, электронную тонкую настройку, кнопку управления одной рукой, сенсорную клавиатуру для проведения операций зажима и разжима инструмента. Телевизионная камера с самофокусирующимся объективом и программным обеспечением для измерений и настройки любых инструментов автоматически распознает формы режущих кромок и показывает режущую кромку на цветном мониторе 17" с 35-кратным увеличением.
По заказу в комплект прибора может быть включен принтер для распечатки результатов измерений.
Автоматизированная настройка инструмента непосредственно на станке путем измерения отклонения размеров инструмента с учетом погрешностей его установки позволяет передать в систему ЧПУ требуемые коррекции положения инструмента. При этом отпадает необходимость точной предварительной настройки инструмента на приборах, поскольку предварительная настройка необходима лишь в пределах нескольких миллиметров.
Для автоматического измерения инструмента непосредственно на станках применяют измерительные щупы-датчики касания (с дискретным сигналом). Датчики могут быть установлены на корпус передней бабки токарного станка (рис. 7.26, а), выполнены выдвижными, перемещаемыми в рабочую позицию на точных направлениях (рис. 7.26, б и в), либо откидными, установленными на откидном рычаге (рис. 7.26, г).
Перед началом работы станка измерительный щуп калибруется в автоматическом цикле посредством эталонного инструмента для определения действительного расстояния между точкой отсчета станка и щупом. После поворота револьверной головки перед началом обработки режущая кромка каждого резца по программе подводится к щупу датчика, для автоматического измерения в зоне обработки. Щуп посредством кабеля через интерфейс соединен с УЧПУ станка. В момент касания режущей кромки инструмента с щупом возникает электрический сигнал, воспринимаемый УЧПУ. Таким образом фиксируется фактическое положение режущей
504 Глава 7. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Рис. 7.26. Схемы установки датчиков касания на токарных станках
кромки инструмента, которое сопоставляется в УЧПУ с заданным в программе, после чего рассчитывается необходимая коррекция позиционирования режущей кромки инструмента. Повторное измерение инструмента позволяет вносить коррекцию его положения.
Для автоматической настройки инструмента на токарных станках может быть использован метод АТС (Automatic Toll Calculation) - метод автоматического расчета установочных размеров инструмента. При применении этого метода инструменты в револьверной головке токарного станка могут быть установлены произвольно.
С помощью электронного маховика инструменты револьверной головки последовательно устанавливаются под перекрестием расположенной в зоне работы инструментов оптической системы, которая находится в заданной точке координатной системы станка (рис. 7.27). Координаты перекрестия оптической системы в качестве параметра станка хранятся в памяти системы управления, что позволяет автоматически рассчитывать установочные размеры инструментов. Эти размеры передаются в систему управления для коррекции программы при определении траектории режущих кромок. Этот метод обеспечивает точность позиционирования 0,02 мм по диаметру.
СБОРКА, НАСТРОЙКА И БАЛАНСИРОВКА ИНСТРУМЕНТА 505
Рис. 7.27. Схема автоматической настройки инструмента на токарных станках с ЧПУ
Начальная
Для автоматической настройки инструмента на многооперационных станках измерительное устройство устанавливают на столе станка вне рабочей зоны. Перед началом обработки стол станка и шпиндельная бабка по программе выводятся в положение, при котором соответствующий режущий инструмент доводится до касания с щупом датчика измерительного устройства, выдающим сигнал, указывающий положение вершины режущей кромки относительно начала отсчета. Разность между фактическим положением режущей кромки и заданным положением определяет величину необходимой коррекции. Оценка полученной информации с помощью микропроцессора обеспечивает формирование корректирующего сигнала. Схема контроля положения режущей кромки сверла показана на рис. 7.28, а.
На рис. 7.28, б показана схема измерения длины сверла 1 посредством щупа 2 пневматической головки 3; на рис. 7.28, в - схема измерения длины вылета режущей кромки расточного резца 1 посредством щупов 3 и 2 пневматических головок 4. Щупы под давлением сжатого воздуха выдвинуты. При контактировании инструмента с щупом головки создаются два точно повторяемых электрических сигнала, соответствующих допуску ±1 мкм.
На рис. 7.29 показана схема автоматизации размерной настройки вершины резца расточной головки. На шпиндельной бабке 6 станка установлены привод 5 оправки 3 расточной головки 4 и привод 7 зажима оправки 3, а на столе 1 станка закреплен датчик 2. После установки расточного устройства в шпиндель 8 с соответ-
506 Глава 7. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ствующей угловой ориентацией и подвода стола 1 в позицию контроля положения вершины резца шпиндельная бабка позиционируется таким образом, чтобы ось шпинделя находилась от точки срабатывания датчика 2 на расстоянии, равном половине требуемого диаметра растачиваемого отверстия. Приводы 5 и 7 обеспечивают
Рис. 7.28. Схемы установки датчиков касания на многооперационных станках
Рис. 7.29. Схема размерной настройки расточного инструмента на станке
СБОРКА, НАСТРОЙКА И БАЛАНСИРОВКА ИНСТРУМЕНТА 507
разжим оправки 5 и ее радиальное перемещение. Вершина резца взаимодействует с датчиком 2, оправка 3 зажимается. Шпиндельная бабка и стол отводятся в позицию для обработки, приводы 5 и 7 отводятся приводом 9 из зоны резания и производится растачивание оправкой 3.
На рис. 7.30 показано устройство автоматического контроля радиального положения вершины резца. Расточная головка 7 из магазина 6 станка 5 посредством устройства 8 автоматической смены инструмента устанавливается в шпиндель 4 таким образом, что вершина резца ориентируется в радиальном суппорте 2 в направлении отсчетного устройства 1. Ползун 3, смонтированный на шпиндельной бабке, выдвигает отсчетное устройство 1 на величину Д/?, соответствующую вылету вершины резца расточной головки. Отсчетное устройство 1 может перемешаться под действием силы от движения вершины резца.
После указанной ориентации расточной головки отсчетное устройство 1 смещается до касания вершины резца, радиальный суппорт перемещается из одного предварительно установленного положения в другое, при этом под действием силы подачи перемещается и отсчетное устройство 1 до срабатывания смонтированного в нем датчика (например, фотоэлектронного), дающего команду на останов радиального суппорта в положении, соответствующем начальному диаметру в диапазоне работы расточного устройства. Затем отсчетное устройство 1 отводится из зоны обработки и про-
Рис. 7.30. Устройство автоматического контроля радиального положения вершины резца
508 Глава 7. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
изводится растачивание. При необходимости перехода на другой растачиваемый диаметр не требуется выдвижения отсчетного устройства - точность позиционирования вершины резца обеспечивается приводом перемещения радиального суппорта, стыкуемого с расточным устройством при установке последнего в шпиндель.
Для измерения координат режущего инструмента также используют лазерную технику. Принцип измерения состоит в следующем. Луч лазера, совмещенный с осью, проходящей через центр фотоэлемента, сфокусирован в общей точке пересечения; линза концентрирует на фотодетекторе луч, отраженный от детали. Фотоэлемент определяет положение фокальной точки в трех положениях: перед режущей кромкой, за или непосредственно на вершине. С помощью передачи винт - гайка головка перемещается таким образом, чтобы фокальная точка совместилась с вершиной режущей кромки. Оптический прибор, выполненный на основе лазера, может обеспечивать контроль геометрических параметров инструмента, его износ и выход из строя непосредственно в процессе обработки. Данные измерения используются для управления положением инструмента с помощью обратной связи. В приборе используют модулированный лазерный источник малой мощности, функционирующий на основе гелий-неоновой смеси.
Лазерная система мод. NC4 фирмы Renishaw (Великобритания) для настройки инструмента, благодаря использованию сверхкомпактных передающего и приемного блоков (диаметр 30 мм, высота 35 мм), позволяет выполнять скоростную бесконтактную настройку инструмента и определять его выход из строя даже на таких станках, на которых ранее это не представлялось возможным.
Система NC4 обеспечивает высокую повторяемость настройки инструмента при расстоянии между излучающим и приемным блоками (рис. 7.31) системы до 5 м. В зависимости от этого расстояния возможно измерение малогабаритного инструмента диаметром от 0,2 мм, а также определение поломки инструмента с размерами от 0,05 мм.
В системе NC4 предусмотрена защита от попадания стружки, графита и СОЖ (в том числе и в процессе выполнения измерений) за счет постоянного обдува сжатым воздухом. В случае перебоя в подаче воздуха герметизирующее устройство предотвращает попадание грязи внутрь системы.
СБОРКА, НАСТРОЙКА И БАЛАНСИРОВКА ИНСТРУМЕНТА 509
Рис. 7.31. Лазерная система NC4
Renishaw выпускает системы NC4 на платформе с расстояниями между излучающим и приемным блоками 40...450 мм, а также системы с раздельной установкой блоков, расстояние между которыми может достигать 5 м.
Во всем диапазоне расстояний между излучающим и приемным блоками используются унифицированные источник и приемник излучения. Перенастройка на другое расстояние между блоками осуществляется путем замены одной и той же детали в источнике и приемнике излучения, при этом нет необходимости в определении фокальной точки лазерного пучка.
Система NC4 имеет очень короткое время отклика системы (10 мкс), что существенно для точного измерения быстро вращающегося инструмента.
Балансировка инструментальных наладок приобретает особое значение при рабочих частотах вращения шпинделя более 4000 мин-1. Например, производители мотор-шпинделей указывают нормы динамической балансировки инструмента, при несоблюдении которых они снимают с себя гарантийные обязательства.
Дисбаланс инструмента снижает работоспособность станка из-за того, что вызывает: а) повышенную нагрузку на подшипники шпинделя; б) повышенный износ подшипников; в) шумовые помехи; г) нежелательные вибрации для соседних узлов станков; д) снижение срока службы шпиндельного узла и станка в целом.
Процесс балансировки улучшает распределение массы в инструментальной наладке, что позволяет ей вращаться с минимальной суммой несбалансированных центробежных сил. Впрочем, сба
510 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
лансировать инструментальную наладку до такой степени, когда вся ее несбалансированная масса уравновешена, невозможно.
Международная организация по стандартизации разработала стандарт ISO 1940/1, а Американский национальный институт стандартов - стандарт S2.19-1989, которые являются стандартами, определяющими степень балансировки. В обоих стандартах используется «G-система» точности балансировки и даются рекомендации о достижимых пределах и практическом использовании. Например, класс точности балансировки G2,5 означает, что скорость вибрации не должна превышать 2,5 мм/с.
По определению ISO процесс балансировки состоит из двух операций, а именно, из определения (измерения) дисбаланса и его коррекции при необходимости.
Дисбаланс вызывает появление центробежной силы, которая влияет на плавность вращения шпинделя. Для компенсации действия центробежной силы симметрично дисбалансу располагают уравновешивающую массу с тем, чтобы сумма всех действующих центробежных сил стремилась к нулю.
Дисбаланс системы шпиндель-инструмент смещает центр ее тяжести на определенное расстояние от оси вращения. Это смещение называют остаточным эксцентриситетом или эксцентриситетом центра масс (рис. 7.32). Чем больше масса системы, тем большим может быть остаточный дисбаланс.
Необходимо находить компромисс между технической необходимостью и экономической целесообразностью балансировки.
Рис. 7.32. Схема возникновения дисбаланса:
1 - центробежная сила; 2 - дисбаланс; 3 - направление вращения;
4 - балансировочное отверстие; 5 - ось вращения;
6 - остаточный эксцентриситет
СБОРКА, НАСТРОЙКА И БАЛАНСИРОВКА ИНСТРУМЕНТА 511
Например, бесполезно проводить балансировку инструментальной наладки для высокоскоростной обработки, если она устанавливается на станке с большим отклонением от соосности.
Поскольку расстояние е обычно неизвестно, то сначала на балансировочной машине определяется действительная величина дисбаланса, которая далее уменьшается с помощью сверления отверстий, фрезерования лысок или установки противовесов на выбранном компенсационном радиусе (рис. 7.33). Приемлемое значение максимального остаточного эксцентриситета задается заказчиком, по его величине оценивается трудоемкость процесса балансировки.
Центробежная сила F, Н, возникающая в результате вращения несбалансированной массы т, кг, определяется по формуле:
Рис. 7.33. Схема балансировки базисного агрегата: 1 - остаточный эксцентриситет е оси, проходящей через центр масс, относительно оси вращения;
2 - балансировочное отверстие; 3 - ось вращения
Р = £)оз2, (7.1)
где D - величина дисбаланса (кг-м), возникающего в результате вращения несбалансированной массы т с угловой скоростью в), с-1. Величина дисбаланса D рассчитывается по формуле:
D = те, (7.2)
где е - эксцентриситет центра тяжести несбалансированной массы т относительно оси вращения, мкм или г-мм/кг.
Угловая скорость шпинделя со подсчитывается по формуле:
где п - частота вращения шпинделя, мин"1.
Например, центробежная сила F для инструмента, имеющего дисбаланс D = 0,25-1 (Г3 кг-м, на частоте вращения п = 15 000 мин"1 составляет 616,8 Н.
512 Глава 7. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
вщах, МКМ ИЛИ Г ММ/КГ
Рис. 7.34. Номограмма для определения максимального остаточного эксцентриситета £1Пах
СБОРКА, НАСТРОЙКА И БАЛАНСИРОВКА ИНСТРУМЕНТА 513
Компенсационная масса тк для балансировки определяется из соотношения
где етах - максимальный эксцентриситет, определяемый в зависимости от точности балансировки G (рис. 7.34); г - радиус, на котором устанавливается компенсационная масса тк, мм.
Пример 1. Определение максимального остаточного эксцентриситета етах.
Масса инструмента т = 0,8 кг, частота вращения шпинделя п = 30 000 мин-1. Назначенный класс точности балансировки - G1. По рис. 7.34 определяем, что етах = 0,315 мкм.
Пример 2. Определение компенсационной массы тк.
Масса инструмента т = 1,2 кг, частота вращения шпинделя п = 15 000 мин . Класс точности балансировки - G6,3. Максимальный остаточный эксцентриситет етах = 4г-мм/кг. На корпусе патрона радиусом г = 32 мм необходимо установить компенсационную массу:
4г-мм-1,2кг тк =------------= 1,5 г .
кг-32 мм
Постоянные источники дисбаланса создаются конструкцией или возникают в процессе производства. При смене инструмента в этом случае дисбаланс не меняется. На вспомогательном инструменте дисбаланс возникает из-за асимметричных углублений в приводных шпоночных пазах, расточек в оправках, а также из-за ориентирующего углового паза на фланцах конусов 7:24 и конусов HSK-А. На режущих инструментах дисбаланс возникает из-за различия в глубине и длине стружечных канавок, из-за лысок на хвостовиках типа "Weldon" и "Whistle-Notch", при использовании однолезвийных инструментов и т.п. Такой дисбаланс можно устранить до некоторой степени за счет адаптации конструкции или предварительной балансировки инструмента изготовителем.
Переменные источники дисбаланса изменяют его величину при сборке и смене инструмента. К ним относятся цанги и зажимные гайки, которые занимают новое положение при ослаблении и повторном затягивании, зажимные винты, ввернутые на различную глубину, и т.п. Такой дисбаланс может корректировать только пользователь.
514 Глава 7. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Основные указания по качеству балансировки:
1. Оправки (державки) с конусом 7:24 имеют воспроизводимую точность центрирования 5... 10 мкм при смене в шпинделе. Это ограничивает качество предварительной балансировки.
2. Оправки HSK имеют воспроизводимую точность центрирования 1...3 мкм и, следовательно, более подходят для предварительной балансировки.
3. Патроны с "термозажимом" и "TRIBOS-R" могут быть подвергнуты 100 % предварительной балансировке, так как не имеют подвижных элементов.
4. Гидравлические патроны могут быть предварительно сбалансированы, так как они зажимают хвостовики инструмента, выполненные не грубее 6-го квалитета точности, однако это состояние может измениться, если меняется уровень гидравлической жидкости или положение зажимающего винта-плунжера.
5. Цанговые патроны можно сбалансировать для рабочих часг тот вращения примерно до 10 000 мин-'; для более высоких рабочих скоростей необходима встроенная система балансировки.
6. Державки для крепления инструментов с хвостовиками типа "Weldon" и "Whistle-Notch" не могут быть предварительно сбалансированы, так как нельзя заранее точно определить положение зажимного винта из-за широкого поля допуска на положение лыски на хвостовике режущего инструмента. Конструкции этих державок полезно оснащать встроенным механизмом балансировки, иначе они быстро могут выйти из строя из-за частого сверления или фрезерования лысок при устранении дисбаланса.
7. Втулки с конусом Морзе предварительно сбалансировать нельзя.
Так как окончательная балансировка производится в сборе с режущим инструментом, то даже идеально сбалансированный патрон все равно приходится подвергать доработке; поэтому предпочтение отдают вспомогательным инструментам, имеющим встроенную систему балансировки, несмотря на то, что они значительно дороже.
Наиболее часто встречается система, состоящая из двух колец, имеющих дисбаланс, надетых на корпус оправки и имеющих возможность поворачиваться относительно оправки и между собой. При проведении балансировки кольца поворачиваются на опреде
СБОРКА, НАСТРОЙКА И БАЛАНСИРОВКА ИНСТРУМЕНТА 515
ленный угол по отношению друг к другу и патрону до устранения дисбаланса и в этом положении фиксируются. Система двух компенсационных колец применима для устранения статического дисбаланса при частотах вращения до 20 000 мин-1.
На практике необходимо производить балансировку в одной или двух плоскостях. Поскольку дисбаланс - это сочетание статического дисбаланса (когда ось центра масс смещена параллельно оси вращения) и дисбаланса момента от пары сил (ось центра масс наклонена относительно оси вращения) с преобладанием одного или другого вида дисбаланса. Такое распределение дисбаланса называется динамическим дисбалансом.
Достижимое качество балансировки (остаточный дисбаланс) на стационарных балансировочных машинах ограничивается влиянием трех факторов.
1. Разрешающая способность балансировочных машин:
- вертикальные балансировочные машины с собственным шпинделем - приблизительно 0,5...1 г-мм (подавляющее большинство машин для балансировки инструментальных оправок);
- горизонтальные балансировочные машины без собственного шпинделя - приблизительно 0,1.. .0,2 г-мм.
2. Погрешность системы зажима балансировочной машины.
3. Повторяемость центрирования инструментальной наладки в переходной втулке балансировочной машины:
- для конуса 7:24 - 5... 10 мкм;
- для конуса HSK - 1.. .3 мкм.
В результате для наладки с конусом HSK.32 массой 0,3 кг класс точности балансировки не может быть лучше 0,45 г-мм, а для наладки с конусом HSK100 массой 6 кг - 18 г-мм (соответственно, G0,4 и G16 при частоте вращения 10 000 мин-1).
Обеспечить классы точности балансировки лучше вышеуказанных величин практически невозможно.
Кроме того, после установки и закрепления инструмента на станках создается дополнительный дисбаланс за счет:
а) системы зажима инструмента - 10...20 г-мм;
б) погрешности установки - 1.. .20 г-мм;
в) остаточного дисбаланса шпинделя при обработке - 5.. .20 г-мм.
Рекомендации по балансировке инструмента приведены в табл. 7.36.
7.36. Рекомендации по балансировке инструмента
Вылет инструмента Частота вращения, мин1
1 ► 5000 ► 10 000 ► 20 000 ► >30 000
T>2Z) Предварительная балансировка в одной плоскости Предварительная балансировка в двух плоскостях Предварительная балансировка изготовителем в двух плоскостях; балансировка с режущим инструментом в одной плоскости Предварительная балансировка изготовителем в двух плоскостях; балансировка с инструментом в двух плоскостях Предварительная балансировка изготовителем в двух плоскостях; компенсация, встроенная в шпиндель станка
/.<2/9 Не балансируется Предварительная балансировка в одной плоскости Предварительная балансировка в двух плоскостях Предварительная балансировка изготовителем в двух плоскостях; балансировка с инструментом в одной плоскости Предварительная балансировка изготовителем в двух плоскостях; компенсация, встроенная в шпиндель станка
516 Глава?. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
СБОРКА, НАСТРОЙКА И БАЛАНСИРОВКА ИНСТРУМЕНТА 517
Для проведения динамической балансировки инструмента требуется специальное оборудование, ориентированное на двухплоскостную балансировку.
Технические параметры балансировочных машин "Hofmann" и "ToolBalancer" приведены в табл. 7.37.
Ряд исследований, проведенных на балансировочных станках вертикальной и горйзонтальной компоновки (рис. 7.35), дает возможность сделать заключение о характеристике разброса и, тем самым, о воспроизводимости классов точности балансировки. Исследовано два типа балансировочных станков: А и В. Станки типа А имеют вертикальную компоновку и специально разработаны для балансировки инструментальных наладок. Установку инструмента в них осуществляют с помощью зажимного патрона посредством адаптера. У станков типа В (с горизонтальной компоновкой) установка балансируемых инструментов происходит посредством вспомогательного вала с тягой. Преимущество станков типа В состоит в возможности использования для балансировки любых роторов, поэтому их можно считать универсальными.
7.37. Технические параметры балансировочных машин
Параметр Модель балансировочной машины (тип А)
"Hofmann" "ToolBalancer"
Длина инструмента, мм 275 400
Диаметр инструмента, мм 200 350
Масса инструмента, кг до 7,0 до 30,0
Масса прибора, кг 80 400
Частота вращения шпинделя машины, мин’1 400... 1200 300... 1100
Чувствительность машины, <1,0 <0,5
наименьший дисбаланс, г-мм
Электропитание 230/115 В; 50...60 Гц 230 В; 50...60 Гц
Потребляемая мощность, кВт 0,12 0,4
Давление сжатого воздуха, МПа 0,6 0,6
518 Глава 7. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Рис. 7.35. Компоновки балансировочных станков:
а - вертикальный балансировочный станок; б - горизонтальный балансировочный станок; 1 - вспомогательный вал с зажимной системой;
2 - система опор, снабженная измерительными преобразователями; 3 - вылет/, в плоскости балансировки; 4 - шпиндель с прецизионными опорами;
5 - опорная стойка с встроенными измерительными преобразователями
Все станки работают с использованием пьезоэлектрического датчика силы (см. главу 6). Программное обеспечение позволяет автоматически выполнять расчет класса точности балансировки, необходимой балансировочной глубины сверления или фрезерования, а также угла поворота балансировочных колец. Точность балансировки на указанных трех моделях оценивалась экспериментально с различными инструментами в значительном диапазоне масс, размеров и длин вылета (табл. 7.38).
Для определения возможного класса точности балансировки производились эксперименты как изготовителями балансировочных машин, так и их потребителями - специалистами машиностроительных предприятий. В соответствии с результатами экспериментов для балансировочных машин вышеуказанных типов получены данные по классам точности балансировки для отдельных инструментов (см. табл. 7.38). Для инструмента № 3 достигнутый остаточный дисбаланс, в зависимости от частоты вращения, показан на рис. 7.36. В результате сравнительных измерений, проведенных в
СБОРКА, НАСТРОЙКА И БАЛАНСИРОВКА ИНСТРУМЕНТА 519
одной плоскости, для машин типов А и В получены различные значения достигнутой точности балансировки (рис. 7.37).
Исследования показали, что у различных типов балансировочных станков результаты балансировки имеют значительный разброс.
7.38. Типы и размеры балансируемого инструмента
№ Наименование балансируемого инструмента Масса, г
1 Цельная твердосплавная фреза диаметром 16 мм в патроне с "термозажимом" с хвостовиком HSK63 870
2 То же, диаметром 25 мм 1224
3 То же, диаметром 32 мм 1254
4 То же, диаметром 63 мм 1474
5 Патрон с "термозажимом" с хвостовиком HSK63 1372
6 То же, с хвостовиком HSK100 с оправкой диаметром 20 мм с вылетом 116 мм 4170
7 Гидравлический патрон с хвостовиком HSK63 и установленным инструментом диаметром 16 мм с вылетом 76 мм 1580
8 То же, с инструментом диаметром 50 мм с вылетом 116 мм 1656
Частота вращения, мин'1
Рис. 7.36. Достигаемый остаточный дисбаланс для инструмента № 3 (см. табл. 7.38)
520 Глава 7. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Номер инструмента по табл. 7.38 а) б)
Рис. 7.37. Достигаемая точность балансировки для различных типов балансировочных станков:
а - тип А; б - тип В
Так, при частоте вращения 15 000 мин-1 у двух из восьми инструментов разброс значений находится ниже класса точности балансировки G6,3, а при частоте 24 000 мин-1 этот разброс больше допускаемого класса точности G6,3. В табл. 7.39 расчетные достигаемые классы точности дисбаланса сравниваются с его измеренными значениями при различных требованиях к балансировке. В среднем для всех измеряемых инструментов замеренный класс точности дисбаланса находится выше допускаемого при классе точности балансировки G2,5.
Результаты описанных экспериментов показывают, что задаваемый в технических требованиях на инструменты класс точности балансировки G2,5 при измерениях не воспроизводятся надежно. Назначаемый класс точности G6,3 не достигается надежно на практике для всех частот вращения (рис. 7.38). Таким образом, требуемое для обеспечения безопасности машин назначение класса точности балансировки G2,5 теряет смысл и, несмотря на существующие измерения, вследствие получаемого разброса результатов измерений, фактически никогда не реализуется.
7.39. Достигаемый класс точности дисбаланса
№ инструмента по табл. 7.38 Масса, г Замеренный дисбаланс, г-мм Разброс замеренных значений дисбалан-са соответствует классу точности (в г-мм) балан-сировки при частоте вращения, мин-1 Требуемый класс точности
минимальный максимальный разброс G2,5 G6,3 G16
Частота вращения, мин'1
15 000 24 000 15 000 24 000 15 000 24 000 15 000 24000
Достигнутый класс точности
1 870 22,20 27,10 4,90 6,29 10,06 1,96 1,22 4,90 3,06 12,24 7,71
2 1224 0,10 11,67 11,57 8,44 13,50 3,45 2,15 8,62 5,39 21,54 15,57
3 1254 4,76 10,55 5,79 10,45 16,73 1,39 0,87 3,48 2,18 8,70 5,48
4 1474 1,64 6,33 4,69 5,00 8,00 2,36 1,47 5,90 3,69 14,74 9,29
5 1372 0,65 5,25 4,60 5,27 8,43 2,20 1,37 5,49 3,43 13,72 8,64
6 4170 6,17 18,10 11,93 4,49 7,19 6,67 4,17 16,68 10,43 41,70 26,27
7 1580 1,20 6,66 5,46 5,43 8,69 2,53 1,58 6,32 3,95 15,80 9,95
8 1656 3,10 8,07 4,97 4,71 7,54 2,65 1,66 6,62 4,14 16,56 10,43
<л
СБОРКА, НАСТРОЙКА И БАЛАНСИРОВКА ИНСТРУМЕНТА
522 Глава 7. КОМПЛЕКСНОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Рис. 7.38. Разброс показателей балансировки для различных инструментов (см. табл. 7.38)
Рекомендации для пользователей высокоскоростных станков.
При обработке с очень большим объемом снимаемой стружки, например, при изготовлении из алюминия крупноразмерных авиационных деталей, несмотря на исключительно высокую расходуемую на резание мощность, нагрузка на шпиндельные опоры от сил, возникающих из-за дисбаланса, не является преобладающей. Следовательно, в диапазоне достигаемых при черновой обработке частот вращения 15 000...24 000 мин-1 класс точности балансировки в интервале G6,3-G8,0 является вполне достаточным.
При чистовой обработке с высокими требованиями к качеству получаемой поверхности и к допускам на размеры, необходимо, по возможности, свести к минимуму деформации, приведенные к вершине инструмента, вызываемые центробежными силами. Класс точности балансировки G6,3 при частоте вращения инструмента 10 000 мин-1 соответствует остаточному эксцентриситету е порядка 6 мкм, а при 20 000 мин-1 - 3 мкм. Поэтому, в этом случае необходимо обеспечивать соблюдение, по меньшей мере, класса точности G6,3. При финишной обработке не исключена необходимость и более высоких классов точности балансировки. В этом случае, балансировку инструментальных наладок после их смены необходимо производить непосредственно в шпинделе станка.
ГЛАВА 8
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Проектирование инструментальной оснастки предусматривает решение задач расчета, конструирования, изготовления и эксплуатации. Методы решения этих вопросов зависят от средств, которыми располагает конструктор. Современные информационные технологии дают возможность с высокой скоростью и точностью решать сложные вычислительные задачи, графически сопоставлять полученные результаты, оптимизировать параметры конструкций и осуществлять другие этапы проектирования.
Методы автоматизированного проектирования излагаются в специальной литературе. Поэтому далее рассмотрены лишь основные понятия и определения систем автоматизированного проектирования (САПР) инструментальной оснастки, а также основы автоматизированного проектирования режущего (РИ) и вспомогательного инструмента (ВИ).
8.1. РАЗРАБОТКА ПРОЕКТНЫХ МОДУЛЕЙ ПО ВЫБОРУ И РАСЧЕТУ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Схема организационной структуры САПР инструментальной оснастки приведена на рис. 8.1.
Блок 1 содержит общую характеристику САПР с раскрытием содержания решаемых задач, что фиксируется одним из программных модулей. Блок 4 определяет область формирования проектно-программных модулей (ППМ) конструирования определенных типов инструментов (блок 3).
В блоке 5 формируются базы данных (БД) на инструмент или его элементы, которые информационно объединены в блоке б в систему базы данных (СБД).
524 Глава 8. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Рис. 8.1. Схема организационной структуры САПР инструментальной оснастки
По такому же принципу формируются и ППМ технологических процессов (ТП, блок 9) с набором ППМ на проектирование типовых или оригинальных технологий (блок 7) изготовления заданной номенклатуры инструментов (блок 8). Базы данных для ТП могут содержать информацию как о стандартных ТП, так и нетиповых процессах, общих для нескольких однотипных инструментов. Эти БД (блок 10) также объединены СБД (блок 77).
ППМ на организацию инструментального производства (блок 12) необходимо при разработке новых производств. В этом случае на базе спроектированных технологических процессов формируются ППМ на проектирование производственных участков (ППУ) для изготовления инструментов (блок 14), которые содержат программы по компоновке оборудования, расчету численности рабочих, расчету производственных площадей и др. Сведения о типах производств содержит блок 13. Базы данных (блок 75) содержат информацию о ТП, оборудовании, контрольно-измерительных приборах, типовых планировках участков, цехов и заводов по производству инструментов. Общей информационной базой является соответствующая СБД (блок 76).
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ РИ
525
Структуру задач, решаемых САПР инструментальной оснастки, целесообразно представить в виде схемы функциональных связей, обозначенных на рис. 8.1 буквами Эти связи проявляются при разработке ППМ, что накладывает определенные требования на последовательность действий при разработке ППМ.
Краткая характеристика указанных связей: связь / отображает влияние выходных параметров ППМ конструирования на входные параметры ППМ ТП. В зависимости от условий реализации ТП, посредством обратной связи возможно воздействие данных ТП на выбор конструктивных элементов режущего инструмента.
Аналогично связь /6 характеризует влияние выходных параметров ТП на формирование участка по изготовлению инструментов. Если имеются определенные ограничения на оборудование, производственные площади и другие параметры производства, то это, в свою очередь, повлияет на структуру ТП. Влияние связи fi на проектирование участка может предотвратить проектирование варианта технологического процесса на инструмент из-за несоответствия производственных условий выбранной конструкции.
Связи fr-fs характеризуют взаимодействие элементов информационной среды в виде БД на конструирование, технологию изготовления и проектирование производственных участков.
8.2. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
Структура задач конструирования режущего инструмента, представленная на рис. 8.1, не раскрывает содержания и направлений развития проектных модулей по конкретным направлениям. Схему развития конструирования можно представить как автономную САПР конструирования РИ (рис. 8.2). По данной схеме САПР конструирования задан в сочетании с САПР вспомогательного инструмента (САПР ВИ). При сочетании таких САПР возникает надежность выбора оптимальной комбинации режущего и вспомогательного инструментов для заданного ТП и, кроме того, расширяется информативность как САПР РИ, так и САПР ВИ.
На рис. 8.2 в отдельных ППМ перечислена номенклатура инструментов, диапазон их размеров, материал инструментов и дру-
526 Глава 8. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Рис. 8.2. Набор ППМ для конструирования РИ
гие параметры, то есть краткая характеристика САПР РИ на каждый тип инструмента (блок 7).
В блоке 2 сосредоточены ППМ на проектирование цельных режущих инструментов. При разработке конкретных САПР РИ целесообразно объединять в группы сходные типы лезвийных инструментов, что позволит использовать для них одни и те же проектно-расчетные модули.
В качестве примера на рис. 8.3 показана схема ППМ цельных сверл и зенкеров. Большой набор различных типов цельных сверл не позволяет установить единую методику проектирования. Мелкоразмерные спиральные сверла (диаметром 0,08.. .1,0 мм) имеют свои особенности проектирования, а ступенчатые и перовые сверла не укладываются в рамки методики проектирования обычных спиральных сверл, однако одинаковые проектные модули по выбору инструментального материала, выбору типа и размеров хвостовиков можно использовать для двух, трех и более типов инструментов.
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ РИ
527
Рис. 8.3. Схема проектных модулей для САПР осевых цельных режущих инструментов
На рис. 8.2 ППМ конструирования цельного инструмента поддерживается БД стандартного или нормализованного инструмента (блок 3) с соответствующей СБД (блок 4). В данном случае БД может быть общей для САПР РИ и производственного участка по его изготовлению.
Системы проектирования сборного РИ функционируют как САПР его узлов и деталей (блок 5).
Если задачей САПР цельного инструмента является проектирование одной детали, то САПР сборного инструмента предназначена для проектирования нескольких деталей (от двух и более) с последующей их компоновкой.
Сборный инструмент имеет признаки гибкой конструкции, о чем сказано выше. Поэтому выделяют ППМ на проектирование типов сборного инструмента, отличающегося по степени гибкости:
а) блок 6 содержит ППМ на проектирование сборного нерегулируемого инструмента (СРН РИ);
б) блок 7 содержит ППМ на проектирование инструмента, регулируемого на размер (СРР РИ);
в) блок 8 содержит ППМ на проектирование инструмента с регулировкой по геометрическим параметрам (СРГП РИ);
г) блок 9 содержит ППМ на проектирование автоматически переналаживаемого инструмента (гибкого РИ).
528 Глава 8. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Каждый ППМ поддерживается БД (блоки 10-13), информационно объединенной в СБД (блок 14).
Развитие САПР РИ на предприятии по схеме на рис. 8.2 способствует внедрению конструкций инструмента, соответствующих уровню автоматизации производства в целом.
Ниже приведены примеры САПР режущего инструмента [9].
САПР спиральных сверл. Для обработки отверстий используются следующие типы сверл: спиральные, перовые, пушечные, ружейные, кольцевые и др. Каждый из этих типов сверл имеет свою область применения. Так, например, спиральные сверла применяются для обработки отверстий диаметром до 80 мм, причем длина отверстия не должна превышать 10D, где D - диаметр отверстия. Достигаемая при сверлении точность обработки отверстия соответствует 11-14-му квалитетам.
Основные размеры спиральных сверл стандартизованы, например ГОСТ 885-77 (в ред. 1988 г.) оговаривает диаметры сверл, а в ГОСТ 10903-77 (в ред. 1988 г.) или ГОСТ 4010-77 (в ред. 1988 г.) приведены общие длины сверл, длины рабочих частей, хвостовиков и шеек.
Однако в реальных условиях не всегда удается выполнить рекомендации стандартов по тому или иному конструктивному параметру сверла, что связано с многообразием форм и конструкций обрабатываемых деталей (например, выбрать диаметр сверла из рекомендуемого ряда, если получаемое отверстие в дальнейшем обрабатываться не будет, или увеличить длину шейки при наличии у обрабатываемой детали выступов). В этом случае необходимо проектировать специальную конструкцию, учитывающую все особенности детали, условия эксплуатации и накладываемые на элементы сверла ограничения.
Структура и состав подсистемы САПР РИ-сверло. Исходной базой для разработки САПР РИ-сверло является граф, основные принципы построения которого изложены в предыдущем разделе. На основе анализа этого графа можно сделать вывод о самостоятельности отдельных этапов проектирования и целесообразности выделения их в отдельные подсистемы. К ним можно отнести, например, подсистему по определению основных конструктивных элементов сверл, подсистему выбора инструментального материала сверла и др.
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ РИ
529
Проверка сверла на прочность, жесткость и устойчивость
м Расчет параметров канавочной фрезы
-г-0— Г
Расчет параметров хвостовика, шейки и длины сверла
и~10
Печать результатов
проектирования
Вычерчивание на графопостроителе рабочего чертежа сверла
Q Конец J
Рис. 8.4. Обобщенная блок-схема проектирования сверла
Следовательно, САПР РИ-сверло целесообразно представить в виде отдельных блоков, каждый их которых будет функционировать в системе самостоятельно.
В состав укрупненной блок-схемы САПР РИ-сверло (рис. 8.4) помимо модулей, связанных с проектированием инструмента, входят и сервисные модули, необходимые для организации вычислительного процесса и удобства работы с системой, например, ввод исходных данных и их контроль.
Ввод-вывод и контроль исходных данных. При автоматизированном проектировании спиральных сверл в качестве исходных принимаются параметры, выявленные на начальном этапе разработки методики проектирования при вскрытии внешних связей. Причем, с одной стороны, для создания универсальной системы и получения оптимальной конструкции сверла необходимо стремиться к расширению числа учитываемых факторов, а с другой - с
530 Глава 8. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
целью облегчения работы с системой следует уменьшать число вводимых параметров. Поэтому используют набор необходимых и достаточных (для заданных условий работы системы) исходных данных (блок 1).
Исходными данными при автоматизированном проектировании спиральных сверл являются:
D - номинальный диаметр отверстия, мм;
НО - нижнее предельное отклонение диаметра отверстия, мм (с учетом знака);
ВО - верхнее предельное отклонение диаметра отверстия, мм (с учетом знака);
/с - длина сверления;
ОМ - обрабатываемый материал детали;
НК - наличие корки, окалины или альфированного слоя у титановых сплавов (НК = 1 при наличии корки, окалины, НК = 0 при их отсутствии);
ЖТС - жесткость технологической системы (ЖТС = 0 при пониженной жесткости, ЖТС = 1 при нормальной жесткости, ЖТС = = 2 при повышенной жесткости);
СР - скорость резания (СР = 1 - при обычной скорости, СР = 2 -при повышенной скорости);
СИЗГ - способ изготовления канавок сверла (фрезерованием -СИЗГ = 1, вышлифовкой - СИЗГ = 2);
МП - масштаб производства обрабатываемой детали (МП = 1 -единичное и мелкосерийное, МП = 2 - среднесерийное, МП = 3 -крупносерийное и массовое);
АО - автоматизация станков, на которых будет производиться сверление (АО = 1 - обычные станки: универсальные, специальные и полуавтоматы, АО = 2 - станки с ЧПУ);
КТС - код типа стружки;
ит - количество точек торцового сечения сверла и др.
В качестве исходной выступает также условно-постоянная информация, к которой относятся: карта выбора инструментального материала и таблица коэффициентов и параметров, зависящих от обрабатываемого материала. Условно-постоянная информация хранится на носителе и в нужный момент вызывается в программу
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ РИ
531
расчета сверла. Для контроля правильности введенных параметров и оформления документации по расчету сверла исходные данные распечатываются.
Поскольку программа расчета сверла имеет определенную область применения, ограниченную допускаемыми значениями исходных данных (например, диаметр отверстия D не должен быть больше 80 мм, а длина сверления /с не должна превышать 102>), то необходима проверка исходных данных.
Назначение блока 3 проверки исходных данных (см. рис. 8.4) заключается в том, чтобы определить, принадлежат ли области допускаемых значений введенные данные. Если все параметры введены правильно, то выполнение программы продолжается. В противном случае выдается сообщение о необходимости проверки той или иной введенной величины, а выполнение программы приостанавливается до ее исправления.
Число вариантов в табл. 8.1 по скорости резания (СР) принято 2 - нормальная и высокая скорости резания с оценкой в баллах от 1 до 5.
8.1. Данные для составления карты выбора оптимальной марки инструментального материала
Параметр Обозначение Число вариантов Баллы
Обрабатываемый материал ОМ 10...200 А, 1-5
Скорость резания СР 2 1-5
Масштаб производства МП 3 1-4
Способ изготовления канавок сизг 2 1-3
Наличие корки НК 2 1-3
Жесткость технологической системы жтс 3 1-3
Автоматизация оборудования АО 2 1-3
Наличие инструментального материала Кв 2 0,1
532 Глава 8. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Масштаб производства предполагает три варианта - единичное, серийное и массовое с оценкой в баллах от 1 до 4.
Изготовление канавок возможно двумя способами: фрезерованием или вышлифовкой с оценкой от 1 до 3 баллов.
Жесткость станка принимается нормальной, повышенной и высокой с оценкой от 1 до 3 баллов.
Автоматизация станков предусматривается в двух вариантах -автоматизированные и неавтоматизированные с оценкой от 1 до 3 баллов.
Наличие инструментального материала на предприятии определяется коэффициентом Кв. Если Къ = 0, то карта не печатается и сумма баллов не подсчитывается.
Пример определения марки инструментальной стали по карте выбора (см. табл. 8.1): СР - нормальная; МП = 2 - среднесерийное; СИЗГ = 1 - фрезерование; D = 10; НК = 0 - нет; ЖТС = 2 - повышенная жесткость; АО = 1 - неавтоматизированное; Кв = 1.
Отдельно ведется компоновка БД по инструментальным сталям. Для этого используют банк исходных данных по обрабатываемым материалам.
Банк исходных данных по обрабатываемому материалу. Геометрические и конструктивные элементы сверла зависят от материала обрабатываемых деталей.
На основе имеющихся в литературе данных нельзя установить достаточно точное соответствие между геометрическими параметрами сверла и параметрами, характеризующими физикомеханические свойства обрабатываемого материала, так как очень часто эти соответствия приводятся для довольно широкого диапазона значений параметров. Так, например, для обработки никелевой стали (3,5 % Ni) в широком диапазоне твердости угол при вершине сверла рекомендуется брать 2ср = 118°.
В целом количества информационных материалов недостаточно для получения функциональных связей в виде аналитических выражений. Поэтому эти связи даются в форме карты выбора, позволяющей задавать значения геометрических параметров сверл для обработки деталей из различных материалов.
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ РИ
533
Если карты выбора составляются для конкретного предприятия, то число марок обрабатываемых материалов следует ограничить с учетом ежегодной потребности. Применение инструментального материала для обработки материалов различных марок оценивается по шестибальной системе: А, 1, 2, 3, 4 и 5. Индекс А указывает на неприменимость инструментальной стали для обработки данного обрабатываемого материала.
Пример БД по инструментальным сталям приведен в табл. 8.2.
8.2. БД по инструментальным сталям
Марка ин-струмен-тальной стали ОМ Факторы
Варианты С] э МП
1 2 3 . . . 100 нормаль- повышен- единич- серий- массо-
ная ная ное ное вое
У12А 1 1 А 1 А 4 1 А
9ХС 2 2 1 2 А 4 1 1
Р6М5 5 5 1 5 А 3 4 3
Р12 4 4 1 4 А 2 3 3
Р9 4 4 1 4 А 2 3 3
Р18 3 3 1 3 А I 2 4
Р9К5 4 4 2 2 4 2 3 4
Р9К10 2 2 2 1 5 1 3 3
Подсчет суммы баллов для каждой марки инструментальной стали:
У12А -1 + 1 + 1 + 1 + 14-2 + 2 = 9
9ХС -2+2+2+2+1+1+2+1=13
Р6М5 -5 + 5 + 4+1+2 + 3 + 2 + 3 = 25
Р12 -4 + 4 + 3 + 1+2 + 2 + 2 + 2 = 20
Р9 -19
Р18 -16
Р9К5 -17
Р9К10 -13
534 Глава 8. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Рис. 8.5. Схема определения номинального диаметра сверла
Целесообразно выдавать технологу несколько марок, имеющих наибольшую сумму баллов, для того чтобы иметь возможность выбора.
Определение размера наружного диаметра сверла. Исходными параметрами при определении размера наружного диаметра сверла являются диаметр обрабатываемого отверстия D, его верхнее (ВО) и нижнее (НО) отклонения соответственно квалитету точности отверстия.
При расчете диаметра сверла d предполагается, что линия Ь-Ь номинального диаметра сверла (рис. 8.5) не должна выходить за пределы участка, ограниченного линиями Ь-Ь и Z)min.
Положение линии Ь-Ь, устанавливающей ВО, определяется максимальной разбивкой отверстия jPmax, вычисляемой по формуле:
Лпах = ,
где Кр = 0,5 - коэффициент разбивки отверстия;
30 - допуск на отверстие.
Расчет наружного диаметра сверла выполняется в следующей последовательности: максимально допускаемый диаметр обрабатываемого отверстия Dmax = D + ВО; минимально допускаемый диаметр отверстия £>min = D + НО. Зная верхнее и нижнее отклонения, определяем допуск на диаметр отверстия.
Максимально допускаемый диаметр сверла находят как разность между максимально допускаемым диаметром отверстия и разбивкой:
dmax. ~ ^max ~ Рmax-
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ РИ
535
Найденное значение dmax. необходимо округлить до ближайшего меньшего по стандарту с учетом параметра кратности округления а0.
Если округленное значение диаметра сверла удовлетворяет условию
^окр ~ ^min >
то принимают d = <7окр. В противном случае повторяют округление dmax с новым параметром округления ai = О,5ао, причем третий знак после запятой у ах отбрасывается. Если после этого условие <7окр > £>min выполняется, то принимают d = <7окр, в противном случае d=dm!Ol.
В дальнейших расчетах используется значение d с двумя знаками после запятой, причем допуск на наружный диаметр сверла назначается по Ь9 или h8.
Обратную конусность AJ по наружному диаметру на 100 мм длины рабочей части назначают с учетом диаметра сверла.
На основании изложенной методики составляется блок-схема алгоритма определения диаметра спирального сверла (рис. 8.6).
Поскольку процедура расчета диаметра сверла является составной частью САПР спиральных сверл, то она оформляется в виде подпрограммы, вызываемой из основной программы.
В результате работы подпрограммы получается значение номинального диаметра сверла d.
Параметры, используемые при определении диаметра сверла с учетом принятых обозначений, приведены в табл. 8.3, описание логики процедуры - в табл. 8.4, а состав всех ППМ - на рис. 8.7.
83. Параметры, используемые при определении диаметра
Обозначение параметра в программе (идентификатор) Обозначение параметра
AMO, АМ1 ВО а0, <?i - параметры, указывающие кратность округления диаметра ВО - верхнее отклонение диаметра отверстия
536 Глава 8. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Окончание табл. 8.3
Обозначение параметра в программе (идентификатор) Обозначение параметра
D DM DMAX DMIN DEO РМАХ D - номинальный диаметр отверстия d- диаметр сверла Dmax - максимальный диаметр отверстия Dmin - минимальный диаметр отверстия Зо - допуск на отверстие Ртах - максимальная разбивка отверстия
DMMAX dmu - максимально допустимый диаметр свепла
DMOKR <7окр - округленное значение <7тах (с учетом До И О1)
НО НО - нижнее отклонение диаметра отверстия
КР Kv - коэффициент разбивки отверстия
8.4. Логика процедуры определения диаметра сверла
Номер оператора Функция
1 2 3 Заголовок процедуры Описание переменных Определение максимального Draax и минимального Dmin диаметров отверстия
4 5 Определение допуска на отверстие Зо Расчет максимального диаметра сверла Jmax исходя из максимальной разбивки отверстия Ртах
6-14 15 16 Определение параметра кратности округления а0 Округление <7тах с учетом а0 Если d0Kp >Dmin> то переходим к оператору 17, в противном случае - к оператору 18
17 Определение диаметра сверла d и выход из процедуры
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ РИ
537
Окончание табл. 8.4
Номер оператора Функция
18; 19 Определение нового параметра кратности округления а\
20 Округление tZmax с учетом ai
21-23 Определение диаметра сверла в зависимости от выполнения условия d0Kp > Z)min
Процедура Л < DSVERL ) Г2 J 7 / Исходные данные / / £>,ВО, НО,ХР / 5 1 ^min ”2>ВО р-4 1 50=ВО-НО р5 ^тах"^тах"^гпах Ф р 00=0,05 ^(Нет J^HeT Да г71 Л 0, 00=0,25 Да Г13 Ч^^тах^^О^ | Oq-0,5 г74 /г— *(Г1 - , г75~- 1 Округление б/тах до ближайшего значения, кратного aQ. Получим <Уокр п^^?^Да г^7- <C^OKp~^niin^0^> - --| d fi?OKp ;^?ТЛет. «1-0,5«о 79 1 Отбросить у 0j третий знак после запятой г20~ 1 Округлить rfmax до ближайшего меньшего значения, кратного 01. Получим d0Kp Да Г22^-Г~ Х^окр [ а~0ркр 23 - |~ б/=б?тах Q Выход
Рис. 8.6. Блок-схема САПР номинального диаметра сверла
538 Глава 8. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Рис. 8.7. Состав всех ППМ САПР РИ-сверло
8.3. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА
Автоматизированное проектирование ВИ осуществляется на базе унифицированных нормализованных проектных решений [8]. В состав постоянно запоминаемой информации входят библиотека конструктивных элементов (БКЭ), библиотека типовых изображений (БТИ), каталог данных об оборудовании (КДО), нормативносправочные материалы (НСМ), спецификационные массивы (СПМ), данные о материалах и технологических решениях (ДМТ). Укрупненная схема автоматизированного проектирования вспомогательного инструмента представлена на рис. 8.8.
Задачей автоматизированного проектирования является получение комплекта технологических документов, включающих сборочные чертежи инструментальных блоков, чертежи базисных агрегатов и сменных наладок, карты для наладки инструмента, а также маршрутные карты технологических процессов, ведомости заготовок, покупных изделий и затрат на изготовление вспомогательного инструмента, таблицы координат и размеров и т.д.
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВИ
539
Рис. 8.8. Укрупненная схема автоматизированного проектирования ВИ
Конструктивное воплощение типа ВИ требует определенности выбора. Например, для получения сверлением отверстия диаметром 18 мм на горизонтальном многооперационном станке с автоматической сменой инструментальных блоков с конусом 7:24 возможно синтезировать как минимум два типа вспомогательного инструмента и десятки компоновок на их основе.
В основу оптимизации выбора типов инструмента и инструментальных блоков на их основе может быть положен описанный в главе 4 способ расчета точности оснащаемых ими технологических переходов.
Для этого все типы и типоразмеры режущего инструмента, применяемого для обработки определенного вида поверхностей изготовляемых деталей, распределяются по схемам монтажа инструментальных блоков, каждой из которых соответствует одна система базирования и закрепления.
540
Глава 8. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Составление соответствий между системами базирования и закрепления и схемами инструментальных блоков задается алгоритмом конструирования инструментальных систем. Возможность построения соответствий основывается на конечности числа систем базирования и закрепления и схем установки инструмента для рассматриваемых классов обрабатываемых деталей и соответствующего оборудования.
Ожидаемая погрешность обработки ДЯ„ связанная с погрешностью установки инструмента, имеет вид:
Д7?;=Ж).
Так как повышение точности установки влечет за собой увеличение затрат на изготовление элементов вспомогательного инструмента, то ранжирование систем закрепления и базирования по возрастанию затрат будет одновременно их ранжированием по снижению погрешности обработки.
В соответствии с этим, алгоритм выбора системы базирования и закрепления инструмента строится согласно схеме, приведенной на рис. 8.9.
Центральным оператором алгоритма является проверка неравенства:
ДЯ, =Д, -So,.,
где Д/ - заданная точность выполнения перехода (допуск на выдерживаемый размер); So, - ожидаемые погрешности, не зависящие от конструкции вспомогательного инструмента.
В разработанном программном обеспечении предусматривается возможность осуществлять агрегатирование вспомогательного инструмента в соответствии с требованиями к системе инструментальной оснастки. Эти требования задаются структурной формулой системы, рядом логических условий, связанных с особенностями станков, размерами обрабатываемых деталей и множеством начальных и конечных вершин матрицы систем базирования и закрепления инструмента.
Общая погрешность обработки R в направлении конкретной координаты определяется из матрицы (4.53), укомплектованной
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВИ
541
____________t____________
Выбор первой (г'=1) системы базирования и закрепления инструмента из совокупности W
Рис. 8.9. Алгоритм выбора системы базирования и закрепления инструмента
конкретными значениями и 0, в зависимости от зазоров А, в соединениях систем базирования и закрепления инструмента (см. рис. 4.39 и 4.40).
При оценке вспомогательного инструмента критерием также является соответствие параметрам оснащаемого оборудования и, в первую очередь, соответствие размерам рабочего пространства.
Алгоритм расчета компоновок ВИ приведен на рис. 8.10. Все компоновки могут быть рассчитаны на предельные значения вылета при заданной точности с ограничениями по заданной податливости, массе и опрокидывающему моменту. Исходные данные и определения параметров для алгоритма приведены в главе 4.
542 Глава 8. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Рис. 8.10. Алгоритм расчета компоновки рИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Автоматизация технологической подготовки производства корпусных деталей на многоцелевых станках с ЧПУ и участках типа АСК на их основе: метод, рекомендации // А.М. Брон, В.Н. Кирьянов, В.Л. Косовский и др. М.: НИИМАШ, 1984.95 с.: ил.
2. Балансировка машин и приборов / под ред. В.А. Ще-петильникова. М.: Машиностроение, 1979.
3. Боровский Г.В., Григорьев С.Н., Маслов А.Р. Справочник инструментальщика / под общ. ред. А.Р. Маслова. М.: Машиностроение, 2005. 464 с.: ил.
4. Вибрации в технике: справочник: в 6 т. / под ред. К.В. Фролова. М.: Машиностроение, 1986.
5. ГОСТ 19534-74. Балансировка вращающихся тел. Термины.
6. ГОСТ 22061-76. Машины и технологическое оборудование. Система классов точности балансировки. Основные положения.
7. Инструмент для станков с ЧПУ, многоцелевых станков и ГПС / А.Р. Маслов, А.И. Мещеряков, Я.А. Музыкант и др. М.: Машиностроение, 1990. 272 с.: ил. (Б-ка инструментальщика).
8. Инструментальное обеспечение автоматизированного производства: учеб, для машиностр. спец, вузов / В.А. Гречишников, А.Р. Маслов, Ю.М. Соломенцев и др.; под ред. Ю.М. Соло-менцева. М.: Высш, шк., 2001. 271 с.: ил.
9. Кожевников Д.В., Гречишников В.А., Кирсанов С.В. и др. Режущий инструмент: учеб, для вузов / под редакцией С.В. Кирсанова. М.: Машиностроение, 2004. 512 с.: ил.
10. Кутай А.К. Справочник по производственному контролю в машиностроении: изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1974. 976 с.
11. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М.: Машиностроение, 1972. 510 с.
12. Локтев Д.А. Вспомогательный инструмент для высокопроизводительного нарезания резьбы метчиком И Стружка. 2003. сентябрь.
13. Локтев Д.А. Обработка внутренней резьбы на станках с ЧПУ // Стружка. 2004. февраль.
544
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
14. Рациональная эксплуатация инструмента и инструмен-тообслуживание многоцелевых станков с ЧПУ: метод, рекомендации / ГСПКТБ «Оргприминструмент». М.: ВНИИТЭМР, 1989.52 с.
15. Сахно Ю.А., Сахно Е.Ю. Устройства для автоматической балансировки шпиндельных узлов И Станки и инструмент. 1995. № 12.
16. Синопальников В.А., Григорьев С.Н. Надежность и диагностика технологических систем: учеб. М.: ИЦ МГТУ «Стан-кин», Янус-К, 2003. 331 с.: ил.
17. Справочник конструктора-инструментальщика / под общ. ред. В.А. Гречишникова и С.В. Кирсанова. 2-е изд., перераб. и доп. М: Машиностроение, 2006. 542 с.: ил. - (Б-ка контруктора).
18. Хвостовики инструмента полые типа HSK. DIN 69893 (части J, 2, 5 и 6).
19. Эстерзон М.А. Технология обработки на станках с ЧПУ. Теория и расчет / под ред. Б.И. Черпакова. М.: ЭНИМС, 1996.82 с.: ил.
20. Auswuchten von Werkzeugen und Werkzeughaltem. Hofmann Mess- und Auswuchttechnik GmbH & Co. KG - Информация сайта: www/hofinan.de.
21. Auswuchtkriterien fur schnellaufende Spindelsysteme beim HSC // Werkstatt und Betrieb. 1999. Bd. 132. S. 41-47.
22. DIN EN ISO 15641: Fraswerkzeuge ftir die Hochgeschwin-digkeitsbearbeitung. Sicherheitstechnische Anforderungen. Berlin : Beuth-Verlag, 1998. 121 s.
23. Kocherovsky E. An HSK primer. Why replace Steep tapers? // Manufacturing Engineer, 2000, № 5. P. 66-80.
24. Kolb U., Kaufeld M. Realistische Wuchtgiite // Werkstatt und Betrieb. 2000. Bd. 133. S. 23.
25. VDI 2056: Beurteilungsmabstabe fur mechanische Schwin-gungen von Maschinen. Dusseldorf: VDI Verlag, 1996. 8 s.
27. Week M., Swoboda M. Deutschland Hohlschaftkegel HSK -Sicherer Einsatz bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung // VDI -Berichte. 1998. № 1399. 15 s.
28. Werkzeuge angemessen wuchten П Werkstatt und Betrieb, 1999. Bd. 132. S. 28-31.
29. Wuchtgiite von Werkzeugen // VDI-Z Special Werkzeuge, 1998. №5. S. 14.