Режущие инструменты, применяемые в автоматизированном производстве

 

Номенклатура режущих инструментов, применяемых в автоматизи­рованном производстве, практически совпадает с применяемой на уни­версальных станках. Однако к этим инструментам предъявляются более жесткие требования по точности размеров, формы и качеству заточки, оформленные в виде специальных стандартов.

Во вновь разработанных конструкциях режущих инструментов ши­роко используются сменные многогранные пластинки не только в резцах, но и сверлах, комбиниро­ванных инструментах, фрезах и др.

Для обработки отверстий широкое применение нашли перовые сверла, позволяющие быстро изменять диаметр за счет замены пластин, закрепляемых винтами в жестких оправках, а также твердосплавные сверла с внутренним подводом смазочно-охлаждающего технлогического средства, оснащенные сменными многогранными пластинками.

Для сокращения числа переходов используются комбинированные инструменты: ступенчатые сверла, зенкеры-развертки, сверла-метчики (рис. 4.1 а) и другие и даже целые агрегаты в виде корпусов сложной формы, оснащенных большим числом сменных многогранных пластинок, каждая из которых обраба­тывает определенную поверхность заготовки (рис. 4.1 ,6).

Для расточки ступенчатых отверстий применяются разнообразные многорезцовые расточные оправки с резцовыми вставками, оснащенны­ми сменными многогранными пластинками (рис 4.1, в).

При конструировании торцовых фрез агрегатно-модульный принцип используется за счет применения кассет, оснащенных сменными многогранными пластинами разной фор­мы режущих кромок.

На горизонтально-фрезерных станках, встраиваемых в автоматиче­ские линии, применяют наборы фрез, закрепленных на одной оправке (рис. 4.2, а) и предназначенных для одновременной обработки несколь­ких поверхностей заготовки. За счет этого существенно повышается про­изводительность, а также точность взаимного расположения обработан­ных поверхностей.

Рис. 4.1. Комбинированные инструменты:

а - сверло-метчик; б - сверло-зенкер; в - расточная оправка, оснащенная твердосплавными сменными многогранными пластинками

Для фрезерования по трем координатам на станках с числовым программным управлением исполь­зуют комбинированную фрезу - сверло (рис. 4.2, б), укоторой режущие кромки на торце подобны применяемым на спиральных сверлах и рабо­тают при осевой подаче, а режущие кромки на цилиндрической части работают, как у торцевых фрез при подаче по контуру.

Для обработки сложных фасонных поверхностей применяют конце­вые фрезы со сферической или радиусной формой режущих кромок (рис. 4.2, в).

С целью обеспечения быстросменности инструмента и сокращения времени простоев оборудования настройка инструментов на размер осу­ществляется с помощью специальных приспособлений вне станка.

Рис. 4.2. Фрезерные инструменты:

а - набор фрез, б - фреза-сверло, в - фасонные фрезы для обработки сложных поверхностей

Для этого режущие инструменты снабжаются регулирующими элемента­ми. Например, у резцов используют для этого винты со сферической го­ловкой, ввинчиваемые с торца в державку (рис. 4.3, а), и после регули­ровки на размер L крепление в сменном резцовом блоке осуществляют с помощью клиньев и винтов.

Для сокращения времени замены резцов используются различные устройства, одно из которых показано на рис. 4.3, б. Здесь крепление резца 1 осуществляется подпружиненным клином 2. Для замены резца достаточно рукояткой 3 сдвинуть тягу влево, и резец свободно снимается Регулировка на размер здесь также осуществляется за счет самотормозя­щегося винта 4, опирающегося на неподвижную опору 5, установленную в корпус 6.

Рис. 4.3. Устройства для бесподналадочной замены:

а, б - резцов, в, г - осевых инструментов

Бесподналадочная замена осевых инструментов (сверл, зенкеров, разверток и т.д.) достигается с помощью регулировочных винтов (рис. 4.3, в) или регулировочных гаек (рис.4.3, г), позволяющих изменять вылет инструмента L. Крутящий момент в обоих примерах воспринимается шпонкой 1, а зажим осуществляется винтом 2, упирающимся в скошен­ную лыску на хвостовике.

При конструировании быстросменных наладок инструментов во из­бежание раскрепления при переменных нагрузках необходимо использо­вать направления составляющих силы резания таким образом, чтобы они прижимали державки к опорным поверхностям блока, а не к элементам для регулировки и крепления (см. рис.4.3, а).

Для повышения размерной стойкости инструментов, которая по ве­личине меньше стойкости до полного износа инструмента, когда процесс резания становится невозможным, применяют самые различные устрой­ства для автоматической поднастройки инструмента на размер в процессе работы. Один из примеров такого устройства схематично представлен на рис. 4.4. Измерительное устройство станка контролирует размер отвер­стия и при его приближении к границам допуска дает команду на осуществление поднастройки. При этом тяга У с конической частью перемещается вдоль оси и через стержни 2 разжимает упругие эле­менты резцовой головки 3, регулируя, та­ким образом, диаметр расточки D.

Рис. 4.4. Расточная оправка с автоматической поднастройкой на размер

В МГТУ «Станкин» разработана эффективная система автоматической настройкирасточных оправок ме­таллорежущих станков (рис. 4.5), позво­ляющая производить диаметральную на­стройку оправок непосредственно на станке перед растачиванием отверстия. Это дает возможность учитывать погрешность уста­новки оправки в шпиндель, а также размер­ный износ расточного резца, что особо важно при чистовой обработке. Система автоматической настройки реали­зует способ управления размерными связя­ми металлорежущих станков, при котором для исключения влияния указанных погрешностей на конечную точность обработки для каждого диаметрально­го размера определяется фактически достигнутый размер настройки и сравнивается с эталонным значением, которое задано картой наладки. По результатам сравнения вносится соответствующая коррекция в статиче­скую настройку металлорежущих станков (диаметральный размер).

Система автоматической настройки функционирует следующим образом. Оправка, внутри которой расположена система автоматического регулирования вылета расточного резца, устанавливается автооператором станка в шпиндель. Вследствие влияния ряда факторов (погрешности установки оправки в шпиндель, предварительной настройки технологической системы и др.) фактически достигнутый настроечный размер отличается от эталонного , принятого на этапе разработки управляющей программы.

На столе станка установлены два высокоточных датчика Д1, Д2, расположенные по его краям на расстоянии А₂ относительно друг друга. Датчики через блок согласования связаны с устройством числового про­граммного управления станка. Для компенсации указанных по­грешностей измеряются два размера с учетом «нуля станка». При этом вершина режущей кромки инструмента поочередно касается штоков датчиков Д1, Д2 при перемещении стола станка по координате X. По ре­зультатам измерений определяются отклонения ± К значения от эта­лонного , поскольку размер А₂ измеряется один раз при установке дат­чиков Д1 и Д2, а размер .

Рис. 4.5. Структурная схема автоматической настройки расточных оправок

Датчики Д1, Д2 через блок согласования выдают сигналы в устройство числового программного управления станка (блок управления серводвигателями). По результатам этих управ­ляющих воздействий формируется команда на точный останов стола в момент касания вершины резца либо с датчиком Д1, либо с датчиком Д2. Результат каждого измерения размеров ( и ) высвечивается цифро­вой индикацией устройства числового программного управления станка станка. Суммируя полученные значения с А₂,, , , определяют отклонение ±К размера статической настройки техноло­гической системы (диаметральный размер). Полученное отклонение (коррекцию) с учетом знака через блок управления исполнительным уст­ройством системы автоматической настройки отрабатывается механизмом автоматического выдвиже­ния резца (рис. 4.6) оправки.

Оправка состоит из корпуса 17, соединенного с инструментальным хвостовиком 10, служащим для установки устройства в шпиндель, стан­ка. Корпус 17зафиксирован двумя винтами 13. В корпусе выполнены направляющие скольжения, в которых перемещаются резцедержатель 6и толкатель 1. Резцедержатель с расточным резцом 7 удерживается от по­ворота шпонкой 8и пружиной 5, закрепленной в пазу корпуса 17 двумя винтами 4, постоянно поджимается к толкателю 1. Резец 7 закреплен в резцедержателе 6винтами 19.

Толкатель через ходовой винт 18и штифт 16соединен с выходным валом редуктора электродвигателя 11. Последний закреплен в корпусе винтами 12. Толкатель фиксируется от поворота винтом 14, который вы­полняет одновременно функцию кулачка - ограничителя хода толкателя 1.. При достижении крайних допустимых положений толкателя 1 винт 14вызывает срабатывание микропереключателей 15, которые через штеп­сельный разъем 9разрывают цепь питания электродвигателя 11. Крышка 3 с винтами 2 закрывает внутреннюю полость оправки.

Устройство работает следующим образом. После установки авто­оператором оправки в шпиндель станка с помощью специального уст­ройства автоматически осуществляются ее ориентация в нужном угловом положении и подсоединение ответной части разъема 9. В соответствии с измерительной программой, входящей в управляющую программу обработки, отсчетно-измерительной системой станка определяется необходимая величина выдвиже­ния резца 7. Блок управления системы автоматической настройки включает электродвигатель , кото­рый вращает ходовой винт 18. Вращательное движение последнего пре­образуется в поступательное движение толкателя 1и резцедержателя 6. В результате резец 7 перемещается на требуемую величину. После этого цепь питания электродвигателя разрывается.

 

Рис. 4.6. Оправка с системой автоматического регулирования вылета резца

По окончании процесса настройки (или поднастройки) происходит автоматическое отсоединение разъема питания электродвигателя и вклю­чение устройства числового программного управления на отработку основной программы. Точность перемещения резца составляет 0,003 мм. Точность определения отклонения размера статической настройки обусловлена точностью срабатывания датчиков и (рис. 4.5), накопленной погрешностью определения размера между базами датчиков и . Таким образом, общая погрешность определения отклонения размера статической настройки оценивается величиной 0,011 мм на диаметр. Использование системы автоматической настройки на станках данного типа позволяет, например, повысить точность диаметральных размеров отверстий при тонком растачивании в 1,8-2,5 раза.

В настоящее время для обрабатывающих центров создаются так на­зываемые «интеллектуальные» режущие инструменты, у которых регу­лирование положения режущих кромок осуществляется с помощью эле­ментов мехатроники[3].

Существенно сокращает простои станков с числовым программным управлением автоматическая смена инструментов с помощью манипуляторов. Для этого инструменты должны иметь специальные устройства для захвата и специальные па­троны для автоматического крепления на станке. Поэтому инструмен­тальная оснастка таких станков имеет весьма развитую подсистему вспо­могательных инструментов.