Режущие инструменты

Режущие инструменты

Общие требования к этим инструментам такие же, как и к инструментам общего назначения, и критерий оптимальности их конструкции такой же. Некоторые дополнительные требования вызваны особенностями свойств автоматизированных производственных систем и особенностями их функционирования, главными из которых являются:

  1. высокая стоимость технологического оборудования,
  2. высокая точность обработки, допускаемая оборудованием;
  3. «беспризорность» режущего инструмента;
  4. быстрая смена объекта производства на автоматизированных системах из станков с ЧПУ.

Высокая стоимость технологического оборудования требует интенсификации его использования, чтобы уменьшись долю стоимости оборудования, перенесенную на обработанные детали Это возможно за счет повышения производительности инструмента, а также сокращения потерь времени на его замену, наладку и подналадку.

Производительность инструмента повышают любыми доступными методами, изложенными в разделах 2 и 3: увеличением скоростей резания за счет использования более теплостойких режущих материалов, улучшением режущих свойств инструментов, использованием прогрессивных схем резания, оптимизацией геометрии и др.

Сокращение потерь времени на замену инструментов проще и нагляднее проиллюстрировать графом на рис. 1.88 Изложенные на нем мероприятия в основном поняты без пояснений. Остановимся лишь на части из них, которая не нашла более подробного описания в последующих разделах работы.

Позиция 8. Инструменты с обновляющейся режущей кромкой. Это инструменты, не имеющие вершин, например, резец на рис 1.89. Круглая режущая пластина 1 удерживается на державке 3 резца подпружиненным штоком 2 Во время резания в работе участвует только небольшая часть кромки пластины. После окончания резания суппорт 4 станка с резцом отходит в исходное для работы положение «И»

 

Инструменты автоматизированного машиностроения

Пластина 1 находит на обрезиненный ролик 5, который свободно поворачивается. При переходе суппорта из исходного положения «И» в рабочее «Р» режущая пластина опять касается ролика 5, но храповой механизм 6 удерживает ролик 5 or проворота. Поворачивается на некоторый угол а режущая пластина, и в работу вступает свежий участок режущей кромки. Так постепенно используется вся длина кромки, стойкость резца значительно повышается. Аналогично можно повысить стойкость чистовых проходных резцов типа прорезных с длинной, наклоненной под углом λ, режущей кромкой. Перемещая резец вдоль кромки, можно значительно повысить его стойкость. Небольшие осевые передвижки червячных фрез повышают их стойкость за счет перераспределения нагрузки между сильно- и слабонагружен- ными режущими кромками.  

Инструменты автоматизированного машиностроения

Позиция 17. Быстросменный инструмент. Это важно при ручной замене инструмента. Стержневые инструменты (сверла, зенкеры, метчики, развертки) запираются шариками быстросменного патрона. Шарики входят в кольцевую выточку на цилиндрическом хвостовике инструмента или инструментодержателя. Принципиальная схема одного из таких патронов приведена на рис. 1.90, а. Быстросменность резцов 9 можно обеспечить за счет предварительного крепления в гнездах резцедержателей под пружиненными защелками 10 (рис. 1.90, б). Окончательное закрепление резцов выполняют силы резания, прижимающие их к базовым поверхностям гнезда резцедержателя.  

Инструменты автоматизированного машиностроения

Позиция 18. Автоматическая замена инструмента. На станках с ЧПУ, имеющих инструментальные магазины с комплектом необходимых для работы инструментов, автоматическая замена инструментов обеспечивается автооператорами. Тип и конструкция автооператора зависят от места расположения инструментального магазина [65]. Заменять можно только режущие инструменты или целиком инструментальные блоки (режущие инструменты вместе со вспомогательными). На жестких автоматических линиях из агрегатных станков замена инструментов ручная. Автоматическую замену предусматривают только на станках, которые сдерживают производительность всей линии, а поэтому работают с высокими скоростями резания.   Стойкость режущих инструментов при этом очень низкая, и без автоматической замены инструмента просто не обойтись. Замена инструмента осуществляется во время холостых ходов станка с целью дополнительного сокращения потерь времени.

По конструкции устройства автоматической замены самые разнообразные (см. работу [3]). Для примера рассмотрим схему одного из них. Предварительно настроенные на размер резцы l помещают в магазин 2 (рис 1.91). После затупления резца, а точнее после отработки установленного числа циклов (обработки установленного числа деталей) счетчик циклов подает команду на гидропривод и поршень 4 со штоком 7 перемещается вправо в гидроцилиндре 5. Под действием силы тяжести очередной резец из магазина 2 опускается на загрузочную площадку. Шток 7 поворачивает рычаг 9, перемещая ползун 6 влево. Упор 10 ползуна выталкивает изношенный резец вперед. Подпружиненные шарики 12, фиксирующие резец в гнезде резцедержателя, выходят из щели между головкой регулировочного винта 13 и контргайкой 11 освобождая резец. Последующее перемещение поршня влево толкателем 3 передвигает резец с загрузочной площадки в мерное гнездо резцедержателя. Новый резец выталкивает затупившийся в сборник изношенного инструмента Ползун 6 с толкателем 10 под действием пружины 8 возвращаются в исходное положение, а шарики 12 прижимают регулировочный винт 13 нового резца к торцу толкателя 3.

   

Инструменты автоматизированного машиностроения

Позиция 20. Бесподналадочные инструменты. В процессе отладки автоматической линии определяют положение инструмента, например, параметры L и H резца или параметры L концевых инструментов (рис. 1.92), при которых обеспечиваются требуемые размеры обработанных деталей. Затем с помощью винтов 1 со сферической головкой, завернутых в тело режущего или вспомогательного инструмента (рис. 1.92), эти параметры получают настройкой в специальных приспособлениях (рис. 1.93) вне станка, во время работы оборудования. Для настройки инструментов к станкам с ЧПУ в единичном и мелкосерийном производстве используют универсальные, обычно оптические приборы. Они состоят из основания, на котором закреплено устройство для установки настраиваемого инструмента или инструментального блока. Посадочные места под инструмент такие же, как и на рабочем станке. Оптическое устройство, визирующее положение вершины инструмента, перемещается по двум или трем координатам, отсчитываемым по шкалам с помощью отсчетных микроскопов. Более подробно приборы описаны в специальной литературе, например, в работах [63] и [65]. Настроенные таким образом инструменты не требуют дополнительной подналадки после установки на станок.

Инструменты автоматизированного машиностроения

   

Инструменты автоматизированного машиностроения

Для станков с ЧПУ, допускающих размерную коррекцию, настраивать инструменты на запрограммированный размер не обязательно Достаточно измерить реальные координаты положения вершины инструмента и на величину их отличия от запрограммированных внести поправку прямо с пульта управления станком. В гибких производственных системах коррекция размеров обработки выполняется автоматически по результатам измерения обработанных деталей.   Позиция 21. Устройства автоматического регулирования размеров используют в том случае, если режущая стойкость инструмента выше размерной. Это тот случай, когда по мере затупления инструмента размеры обработанной поверхности детали постепенно приближаются к одной из границ поля допуска и начинают выходить за нее, а инструмент физически еще может резать. Такая ситуация возникает в результате размерного износа инструмента и упругих деформаций технологической системы, определяющих размер обработки. Например, при продольном точении вала в результате износа укорачивается резец и растет упругое взаимное отжатие резца от детали из-за увеличения сил резания затупившимся резцом, размеры вала непрерывно увеличиваются и могут выйти за пределы поля допуска еще до полной потери режущей способности резца. Таким образом, размерную стойкость инструмента можно определить как время резания, в течение которого размеры обработки лежат в пределах поля допуска или его части, выделенной на переменную систематическую ошибку. В данном случае это ошибка, связанная с затуплением инструмента плюс случайные погрешности обработки. Увеличить размерную стойкость можно путем подналадки, в нашем примере перемещением резца к оси детали. Сущность автоматической подналадки, таким образом, состоит в том, что при подходе размера детали к одной из границ поля допуска инструмент автоматически перемещается до тех пор, пока размеры обработки не приблизятся к противоположной границе поля допуска, т.е. к той, от которой ониначинали свое движение.

Существуют разные конструкции автоматических подналадчиков: механические, электромеханические, гидравлические, магнитострикционные и другие, которые по результатам автоматического измерения обработанной детали перемещают инструмент до обеспечения заданного размера детали. Рассмотрим принципиальную схему наиболее простого из них (рис 1.94)

Инструменты автоматизированного машиностроения

На суппорте станка 2 посредством пружинного параллелограмма укреплен резцедержатель 5. Профиль-ный кулачок 4 жестко соединен с храповым колесом 5, и оба они свободно поворачиваются на оси 6, соединенной с суппортом. Обработанные детали 1 автоматически измеряются специальным прибором, который в случае выхода размера за допустимые пределы подает команду на включение соленоида 9. Эта команда подается после окончания обточки вала, когда суппорт находится в крайнем левом положении. Соленоид перемещает шток 8 и ставит его на пути скалки 7. Когда суппорт возвращается в исходное для работы положение (правое), скалка 7 упирается в шток 8 и смещается влево, поворачивая через собачку храповое колесо 5, а вместе с ним и кулачок 4 на некоторый угол. При повороте храповика на один зуб кулачок подает резцедержатель на 2 мкм. После полного использования профиля кулачка подается сигнал о необходимости сменить резец и переналадить приспособление. Резец за это время перемещается на большую величину, до 1 мм.

Позиция 22. Системы адаптивного управления автоматически исключают переменную систематическую погрешность обработки, связанную с увеличением силы резания при износе инструмента. Станки с такими системами позволяют работать с постоянной силой резания, поддерживая ее уровень путем изменения элементов режима резания, например, подачи. Достоинство адаптивных систем управления состоит в том, что они являются элементами конструкции станка и не требуют создания специальной инструментальной оснастки, а недостаток — в уменьшении производительности обработки поддержанием на одном уровне силы резания.

Высокая точность обработки, допускаемая станками с ЧПУ, может быть реализована только точным инструментом. Поэтому большинство стандартных инструментов для станков с ЧПУ отличается от инструментов общего назначения повышенной точностью изготовления. Высокую точность базовых поверхностей и соединительных элементов должны иметь также и вспомогательные инструменты, которые вместе с точными режущими инструментами образуют точный инструментальный блок. В результате достигается точное позиционирование инструмента и высокая жесткость инструментального блока, позволяющие обеспечить точную обработку детали.

«Беспризорность» режущего инструмента означает то, что на автоматической линии мало операторов или наладчиков и они не в состоянии обеспечить наблюдение за работой каждого инструмента. Поэтому инструменты автоматизированных производств должны обладать высокой надежностью, чтобы если не исключить, то хотя бы значительно уменьшить простои оборудования из-за непредвиденных поломок, выкрошиваний, потери стойкости, неудовлетворительной точности обработки и отказов по другим причинам. Для автоматических линий наиболее приемлемы инструменты, имеющие вполне конкретное, гарантированное время безотказной работы. Еще в большей степени надежность необходима инструментам гибких производственных систем из станков с ЧПУ, так как они намного дороже автоматических линий из агрегатных станков. Мероприятия по повышению надежности перечислены в поз. 10—15 рис. 1.88.

Понятие «беспризорность» до некоторой степени условно. В настоящее время разработано много различных автоматических устройств, которые берут на себя функции слежения за состоянием инструментов и по результатам наблюдения принимают и реализуют необходимые решения. Некоторые примеры будут рассмотрены в дальнейшем (п.4.5). Хотя автоматические устройства по наблюдению и управлению работой инструментов и позволяют уменьшить простои оборудования по вине инструментов, но они дорогие и пассивно влияют на производительность, лишь своевременно устраняя неполадки. Естественно, что лучшим является активный путь, путь недопущения неполадок за счет повышения надежности самих инструментов.

Быстрая смена объекта производства в автоматизированных системах из станков с ЧПУ также накладывает определенный отпечаток на конструкцию режущего инструмента. Режущие инструменты должны быть стандартными, универсальными, централизованно выпускаемыми на рынок. Изготовление для таких производств специальных инструментов экономически невыгодно, хотя они и обладают более высокими эксплуатационными свойствами. Естественно, что появляется соблазн совместить положительные свойства универсальности и специализации. В этом направлении есть определенные достижения. Появились конструкции так называемого модульного инструмента, когда на основе унифицированных модулей (оправки, державки, удлинители, переходники разных размеров, режущие вставки) быстро собираются многолезвийные инструментальные блоки для выполнения конкретных операций. Наибольшие успехи в этом направлении достигнуты при проектировании токарных инструментов. На рис. 1.95 представлены примеры расточных блоков, а на рис. 2.54 — гибкая модульная система токарного инструмента.

 

Инструменты автоматизированного машиностроения

 

 

 

Смотрите также

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *