Погрешности, связанные с инструментом

5.1 Основное влияние на точность размеров обрабатываемой детали оказывает состояние инструмента. При токарной обработке различные поверхности обрабатываются разными точками режущей кромки резца. При обработке цилиндрической поверхности в работе принимает участие точка А, при обработке торцов – точка В, при обработке конических участков – точка С. Поэтому если фактический радиус резца отличается от заданного в программе, неизбежна погрешность обработки. Большинство УЧПУ для токарных станков не позволяют ввести коррекцию на радиус при вершине резца. Возможно только введение линейной коррекции «а» по каждой оси.

При изменении величины радиуса при вершине погрешность обработанного конического участка составит: d_z=Lr*tg(a/2).

Уменьшение радиуса приведет к сужению профиля конуса, увеличение – к его расширению.

5.2 Наладка инструмента на станке может быть прямой или программной, то есть с помощью корректирования программированного перемещения инструмента.

Прямая наладка может осуществляться непосредственно на станке или вне станка.

При использовании предварительной наладки вне станка наладка инструмента на размер заключается в установке настроенного вне станка инструмента таким образом, чтобы положение его режущих кромок относительно рабочих элементов станка и базовых поверхностей приспособления обеспечило получение заданного размера на обработанной детали. Это взаимное положение определяется термином «установочный размер».

При наладке инструмента на необходимый размер вне станка при обработке точных отверстий не всегда удается получить необходимые их размеры. Это связанное с целым рядом причин. Для получения точных размеров иногда оператору многооперационного станка приходится точной наладки инструмента достигать путем пробных проходов.

Это связано с тем, что на точность обработки влияет большое количество факторов.

L = L₁+ L₂+ L₃+ L₄+ к*ÖL₅+L₆

где L₁ - деформации в ТС, приведенные к вершине резца;

L₂- геометрическая погрешность станка, которая влияет на точность положения вершины резца относительно оси вращения шпинделя;

L₃ - погрешность от размерного изнашивания резца;

L₄ – погрешность, вызванная тепловыми деформациями режущего инструмента в процессе обработки одной детали;

L₅ – погрешность настройки инструмента на размер

L₆ - погрешность установки инструмента в шпиндель

к – коэффициент, который учитывает вероятность появления брака и форму кривой распределения случайных ошибок.

Если первые четыре погрешности носят систематический характер и их влияние можно учесть, то погрешности L₅ и L₆ учесть практически невозможно, так как они зависят от оператора или наладчика инструмента. Эти погрешности и определяют необходимость вмешательства оператора в автоматический цикл обработки при растачивании точных отверстий путем проведения пробного прохода с последующим измерением отверстия и корректирование положение вершины резца.

Для сокращения количества пробных проходов при обработке отверстий Н6, Н7 используют расточные устройства с автоматическим радиальным перемещением вершины резца. При этом пробный проход осуществляется только один раз перед началом работы. Следующие проходы выполняют только с замерами обработанного отверстия и корректированием положения вершины резца, если в этом есть необходимость.

При определенные наладочного размера необходимо располагать центр группирования размеров при обработке (середину поля рассеяние) в поле допуска на обработку детали в такой точке, чтобы получить максимальную величину на размерное изнашивание инструмента. За начало подсчета размеров при обработке охватываемой поверхности необходимо принимать его нижнее предельное значение с учетом того, что процесс обработки размера диаметра обрабатываемой будет увеличиваться за счет изнашивания резальной кромки резца. За начало отсчета при обработке поверхности, которая охватывает (отверстия) необходимо принимать ее верхнее предельное значение с учетом того, что диаметр обрабатываемой поверхности отверстия будет уменьшаться за счет изнашивания резальной кромки.

При обработке точных деталей необходимо учитывать увеличение длины инструмента при его нагревании.

Под действием сил резание происходят также упругие деформации инструмента, которые также необходимо учитывать, в особенности при обработке точных поверхностей деталей.

Для автоматической наладки инструментов используются разные виды щупов и датчиков. По способу снятия и информации они делятся на контактные, индуктивные и оптические.

Перед началом обработки определяют положения режущей кромки относительно начала отсчета. Разность между фактическим положением режущей кромки и заданным положением определяют величину необходимой коррекции. Оценка полученной информации с помощью микропроцессора обеспечивает формирование корректирующего сигнала.

Для автоматического измерения положения инструмента и заготовки на токарных станках с ЧПУ используются измерительные головки с щупами-датчиками прикосновенья.

В состав системы контроля входит два датчика прикосновенья. Датчик 2 предназначен для измерения положения заготовки 4, закрепленной в патроне 5. Он расположен в одной из позиций револьверной головки 1 токарно-револьверного станка и соединен с электронным блоком с помощью оптико-электронной связи. В зависимости от конфигурации заготовки датчик оснащивается щупом 3, который имеет форму шарика или диска.

Для измерения положения вершины и инструмента предусмотрен датчик 7. Он имеет форму квадрата, это позволяет ему определять положение вершины, как проходных, так и расточных резцов.

Оснащенный такими датчиками станок работает в режиме координатно-измерительной машины, это позволяет измерять положения вершин резцов в направления всех координатных осей.

Датчики касания, связаны с системой ЧПУ специальной системой связи, которая имеет счетчики перемещений на каждую координату. Это дает возможность быстро корректировать положение инструмента для устранения выявленных отклонений в работе инструмента или всей системы в целом.

В начале работы станка измерительный щуп калибруется в автоматическом цикле с помощью эталонного инструмента для определения действительного расстояния между базовой точкой станка и инструмента. При наладке инструмента щуп прямоугольной формы фиксирует фактическое положение режущей кромки инструмента, которое сравнивается в системе ЧПУ с заданным по программе, после чего определяется необходимая коррекция позиционирования режущей кромки инструмента.

Датчики прикосновенья могут устанавливаться на корпусе передней бабки (рис. 5.32); выдвигаться на рабочую позицию (рис. 5.326) или располагаться на откидном рычаге (рис. 5.32 г).Схема расположения датчиков определяется компоновкой станка.

Для автоматической настройки инструмента на токарных станках может быть использован метод автоматического определения установочных размеров инструмента. При использовании этого метода инструменты в револьверной головке могут располагаться произвольно. С помощью электронного маховика инструменты револьверной головки последовательно устанавливаются под перекрестком расположенной в зоне работы инструментов оптической системы, которые находятся в заданной точке координатной системы станка.

Схема контроля положение режущей кромки сверла показанная на рис.5.34 а На рис5.34 б показана схема измерения длины сверла 1 с помощью щупа 2 пневматической головки 3. На рис.5.34 в показана схема измерения длины и вылета резальной кромки расточного резца 1 с помощью щупов 3 и 2 пневматических головок 4. Щупы под действием сжатого воздуха выдвигаются.

Головка со щупом имеет хвостовик для установки ее в инструментальный магазин и шпиндель станка.

Передача сигнала из измерительного щупа может осуществляться контактным или индуктивным методом. Оба метода имеют существенные недостатки, так как не обеспечивают надлежащей точности измерений положений заготовки или инструмента. Для многоцелевых станков преимущественно используются оптическая система передачи сигнала от датчика (щупа) на приемочное устройство (рис.5.36).

Приемо-передающее оптическое устройство 5 может крепиться стационарно и на шпиндельной бабке 3. Он соединен кабелем с блоком 6 интерфейса связи с системой ЧПУ 7. Сам щуп 1 трехмерный, имеет конусный хвостовик для крепления в шпинделе, а также оснащенный приемо-передающим оптическим модулем 2 с батареей. Конструктивная система щупа выполнена таким образом, который может передавать сигналы на 360°, то есть независимо от положение шпинделя на расстоянии от 10 до 3000мм с максимальной скоростью измерения 2000мм/мин при повторяемости размеров Імкм.

Системы программного управления токарными станками последних поколений имеют в своём математическом аппарате функцию "привязка инструмента ". Станки с такими системами (16К20Ф3) оснащаются револьверными головками. В гнёзда револьверной головки могут вставляться инструментальные блоки для установки различных видов инструмента. Режим "привязка инструмента" исключает операцию настройки инструментального блока вне станка и не требует точной установки и выверки инструмента на станке. Основным условием при установке резцов в таких револьверных головках – это расположение вершины режущей кромки по оси шпинделя.

5.3 Основное влияние на точность размеров обрабатываемой детали оказывает состояние инструмента. При обработке на станках с ЧПУ очень важно осуществлять автоматический контроль состояния инструмента и его автоматическую замену инструментом-дублером.

Необходимо различать размерную стойкость инструмента и его общую стойкость.

Размерная стойкость инструмента – это время его работы, в течение которого размеры обрабатываемой детали находятся в пределах поля допуска на размер без дополнительной подналадки инструмента.

Размерная стойкость инструмента в большинстве случаев меньше его общей стойкости. Размерное изнашивание инструмента является систематической погрешностью и оказывает непосредственное влияние на размеры обрабатываемой детали.

В начале работы инструмента его изнашивание происходит более интенсивно, что связанное с приработкой режущей кромки. При затачивании инструмента из быстрорежущей стали радиус округления режущей кромки составляет 5...7 мкм. После 300-1000 мпути он составляет 10-15 мкм, что приводит к снижению шероховатости поверхности детали. При радиусе округлении резальной кромки 30 мкми большее наступает катастрофическое изнашивание инструмента. Это является технологическим фактором, который ограничивает время работы инструмента, например, развертки.

Для инструмента из твердого сплава после приработки появляется площадка износа, размеры которой увеличиваются по мере возрастания пути резание. При длине пути L = 8000-30000 мнаступает катастрофическое изнашивание.

Поэтому критерием изнашивания принимают не общую стойкость инструмента, а размерную стойкость.

Размерное изнашивание L_изн за соответствующий отрезок времени может быть определен зависимостью

L_изн = LR - LY

где LR - изменение положения режущей кромки в результате изнашивания инструмента;

LY- изменение положения режущей кромки в результате упругих деформаций, связанных с ростом силы резание при изнашивании. Величина LY принимается в пределах (0,1-0,2)LR (0,1 - для чистовой обработки и 0,2 - для черновой).

Ориентировочная величина удельного изнашивания при обработке инструментом из быстрорежущей стали на 1000 мрезания составляет для резцов-15 мкмдля фрез 15-25 мкм, для шлифовальных кругов 1-3 мкм.

Отношение общей стойкости инструмента по его режущей способности Т к размерной стойкости Т_р показывает, сколько подналадок необходимо выполнить за период стойкости. Частота подналадок инструмента зависит, прежде всего, от пути резания, который определяется длиной и диаметром обрабатываемой поверхности. Подналадка может быть ручной или автоматической, введенной в программу.

Подналадка инструмента должна осуществляться с учетом допуска на размер L, поля рассеяния размеров заготовки при обработке d и размерного изнашивание инструмента L_изн. В зависимости от соотношения этих составных возможные два варианта:

1. Если L³ d+ L_изн., то инструмент можно использовать без дополнительной подналадки в течение всего периода стойкости период стойкости.

2. Если L< d+ L_изн., то необходимо предусмотреть устройство для подналадки инструмента с целью компенсации его размерного изнашивания за период стойкости.

Допустимое размерное изнашивание инструмента определяется как разность между допуском на размер обрабатываемой поверхности и совокупностью погрешностей обработки.