|
Конструкции зуборезных головок и методы зубонарезания конических колес постоянно совершенствуются в следующих направлениях:
1) повышение жесткости корпусов и способов крепления резцов в головке и крепления головки на станке; 2) изменение схемы резания;
3) применение станков для нарезания зубьев с непрерывной обкаткой;
4) повышение стойкости инструмента за счет замены затылованных резцов остроконечными; 5) создание головок с резцами, оснащенными твердым сплавом (обеспечивает повышение производительности в 2-2,5 раза);
6) уменьшение числа головок, их наладок, резцов, подкладок и других сменных деталей; 7) изменение в необходимых случаях конструкции и параметров колес и зуборезных инструментов.
Следует отметить, что повышение качества обработки зубьев термически обработанных колес достигается последующим зубошлифова- нием, а также притиркой с вводом абразивной жидкости в зону контакта и другими способами (см. гл. 13).
Глава 12 ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА
12.1. ВИДЫ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ПРОИЗВОДСТВ И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИНСТРУМЕНТАМ, ПРИМЕНЯЕМЫМ В НИХ
Автоматизация машиностроительного производства, получившая широкое распространение в мире, имеет следующие цели: повышение производительности, снижение себестоимости изделий и гибкости производства при частой смене номенклатуры изделий.
На первом этапе первые две цели достигались путем применения станков-автоматов, полуавтоматов и автоматических линий, используемых для изготовления одного вида изделий. Такие станки с жестким программированием применялись только в крупносерийном и массовом производствах.
Важные достижения в области электроники, электротехники и станкостроения в последние годы позволили создать автоматизированные станки с числовым программным управлением (ЧПУ), которые стали широко применять в серийном и даже мелкосерийном производствах, так как позволили добиться не только повышения производительности, но и гибкости производства путем быстрой смены управляющих программ на станках. Благодаря использованию системы ЧПУ были созданы многооперационные станки (обрабатывающие центры), на которых стало возможным обрабатывать детали за одну установку при автоматической смене большего числа инструментов, устанавливаемых в магазинах станков.
Комплексы из таких станков позволили достичь высшей степени автоматизации - создания гибких производственных систем (ГПС), обеспечивающих выпуск изделий широкой номенклатуры при минимальном числе работающих. Благодаря этому была реализована идея так называемой «безлюдной технологии».
Использование автоматизации сопровождалось резким увеличением стоимости станко-часа, а соответственно, и себестоимости изделия. Поэтому потребовалось проведение множества мероприятий по ее снижению, в том числе за счет интенсификации режимов резания, совершенствования технологических процессов, разработки специальной инструментальной оснастки, включающей в себя режущий и вспомогательный инструменты (табл. 12.1).
12.1. Требования к инструментальной оснастке, применяемой в автоматизированном производстве, и мероприятия, обеспечивающие
их выполнение
№ Требования
п/п к инструментальной оснастке
Мероприятия, обеспечивающие выполнение требований к инструментальной оснастке
Сокращение времени простоев станков при установке, смене и настройке инструментов на размер
Высокая производительность обработки заготовок широкой номенклатуры
Высокая размерная стойкость инструментов,
уменьшающая частоту их смены
Концентрация операций и переходов, позволяющая сократить вспомогательное время и повысить точность обработки
Снижение затрат на проектирование и изготовление инструментальной оснастки
Применение подсистем вспомогательных инструментов, обеспечивающих автоматическую смену инструментов; настройка инструментов на размер вне станка; автоматическое точное и жесткое крепление инструментов на станке
Применение наиболее совершенных инструментальных материалов, новых, более прочных твердых сплавов, керамики, эльбора и алмазов; нанесение износостойких покрытий на СМП, применяемых взамен на- пайных пластин и др.
Выбор более износостойких инструментальных материалов и оптимальных режимов резания; применение инструментов с автоматической поднастройкой на размер в процессе резания, осуществляемой по сигналу контрольных устройств, встроенных в станок Использование комбинированных инструментов
Использование метода агрегатно- модульного проектирования сборных инструментов
Было создано новое научное направление в проектировании инструментальной оснастки для автоматизированного производства, в результате чего произошло четкое разделение режущего и вспомогательного инструментов, объединяемых при сборке в инструментальные блоки, а затем и в инструментальные системы для оснащения отдельных типов станков.
12.2. 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 СМП 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 СОЖ, оснащенные СМП.
Для сокращения числа переходов используются комбинированные инструменты: ступенчатые сверла, зенкеры-развертки, сверла-метчики (рис. 12.1, а) и другие и даже целые агрегаты в виде корпусов сложной формы, оснащенных большим числом СМП, каждая из которых обрабатывает определенную поверхность заготовки (рис. 12.1, б).
Для расточки ступенчатых отверстий применяются разнообразные многорезцовые расточные оправки с резцовыми вставками, оснащенными СМП (рис. 12.1, в).
При конструировании торцовых фрез агрегатно-модульный принцип используется за счет применения кассет, оснащенных СМП разной формы режущих кромок (см. гл. 8).
На горизонтально-фрезерных станках, встраиваемых в автоматические линии, применяют наборы фрез, закрепленных на одной оправке (рис. 12.2, а) и предназначенных для одновременной обработки нескольких поверхностей заготовки. За счет этого существенно повышается производительность, а также точность взаимного расположения обработанных поверхностей.
|
| |
|
| |
у/т | Л - |
|
Рис. 12.1. Комбинированные инструменты: ■ сверло-метчик; б - сверло-зенкер; в - расточная оправка, оснащенная твердосплавными СМП |
Для фрезерования по трем координатам на станках с ЧПУ используют комбинированную фрезу - сверло (рис. 12.2, б), у которой 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. 12.2, в).
С целью обеспечения быстросменности инструмента и сокращения времени простоев оборудования настройка инструментов на размер осуществляется с помощью специальных приспособлений вне станка.
ч
Рис. 12.2. 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. 12.3, 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. 12.3, 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 самотормозя- щегося винта 4, опирающегося на неподвижную опору 5, установленную в корпус 6.
/~ | м |
|
■\ L | Л |
|
Бесподналадочная замена осевых инструментов (сверл, зенкеров, разверток и т.д) достигается с помощью регулировочных винтов (рис. 12.3, в) или регулировочных гаек (рис. 12.3, 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. 12.3, 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. 12.4. Измерительное устройство станка контролирует размер отверстия и при его приближении к границам допуска дает команду на осуще
ствление поднастройки. При этом тяга I с конической частью перемещается вдоль оси и через стержни 2 разжимает упругие элементы резцовой головки 3, регулируя, таким образом, диаметр расточки D.
В МГТУ «Станкин» разработана [7] эффективная система автоматической настройки (САН) расточных оправок металлорежущих станков (рис. 12.5), 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. САН 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).
САН 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 D„ ф = 2 Лнф отличается от эталонного DH „ принятого на этапе разработки управляющей программы (УП).
На столе станка установлены два высокоточных датчика Д\, Д2, расположенные по его краям на расстоянии А2 относительно друг друга. Датчики через блок согласования связаны с устройством числового программного управления (УЧПУ) станка. Для компенсации указанных погрешностей измеряются два размера Иу, Иг 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 £>„ ф от эталонного Д, э, поскольку размер А2 измеряется один раз при установке датчиков Д\ 1лД2, а размер A i равен разности размеров И\кИ2{А\=И\-Я2).
Рис. 12.5. Структурная схема автоматической настройки расточных оправок |
Датчики Д\, Д1 через блок согласования выдают сигналы в УЧПУ станка (блок управления серводвигателями). По результатам этих управляющих воздействий формируется команда на точный останов стола в момент касания вершины резца либо с датчиком Д\, либо с датчиком Д2. Результат каждого измерения размеров (И\ и Я2) высвечивается цифровой индикацией УЧПУ станка. Суммируя полученные значения с Аг, £>нф, D„3, определяют отклонение ±К размера статической настройки технологической системы (диаметральный размер). Полученное отклонение (коррекцию) с учетом знака через блок управления исполнительным устройством САН отрабатывается механизмом автоматического выдвижения резца (рис. 12.6) оправки.
Оправка состоит из корпуса / 7, соединенного с инструментальным хвостовиком 10, служащим для установки устройства в шпиндель, станка. Корпус 17 зафиксирован двумя винтами 13. В корпусе выполнены направляющие скольжения, в которых перемещаются резцедержатель б и толкатель 1. Резцедержатель с расточным резцом 7 удерживается от поворота шпонкой 8 и пружиной 5, закрепленной в пазу корпуса 17 двумя винтами 4, постоянно поджимается к толкателю /. Резец 7 закреплен в резцедержателе 6 винтами 19.
В 9 10 11 12
of
А Б 13 |
Рис. 12.6. Оправка с системой автоматического регулирования вылета резца |
Толкатель через ходовой винт 18 и штифт 16 соединен 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 14 вызывает срабатывание микропереключателей 15, которые через штепсельный разъем 9 разрывают 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 УП обработки, отсчетно-измери- тельной системой станка определяется необходимая величина выдвижения резца 7. Блок управления САН включает электродвигатель 11, который вращает ходовой винт 18. Вращательное движение последнего преобразуется в поступательное движение толкателя / и резцедержателя 6. В результате резец 7 перемещается на требуемую величину. После этого цепь питания электродвигателя разрывается.
По окончании процесса настройки (или поднастройки) происходит автоматическое отсоединение разъема питания электродвигателя и включение УЧПУ на отработку основной программы. Точность перемещения резца составляет 0,003 мм. Точность определения отклонения размера статической настройки обусловлена точностью срабатывания датчиков Д\ иД2 (см. рис. 12.5), накопленной погрешностью определения размера А2 между базами датчиков Д\ и Д1. Таким образом, общая погрешность определения отклонения размера статической настройки оценивается величиной 0,011 мм на диаметр. Использование САН 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*.
‘ Мехатроника - современное направление развития науки и техники, базирующееся на использовании достижений точной механики, электроники и электротехники, для создания комплектных интегрированных интеллектуальных систем движения рабочих органов машин и средств управления ими.
Существенно сокращает простои станков с ЧПУ 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.
12.3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ
Вспомогательные инструменты - это различного вида резцедержатели, патроны, оправки, удлинители и переходники, специальные блоки и др. Они позволяют существенно расширить область применения режущих инструментов и обеспечить его эксплуатацию в автоматическом режиме, а за счет унификации - сократить номенклатуру специальных инструментов и осуществить агрегатно-модульный принцип их конструирования.
Унификация отдельных элементов режущих и вспомогательных инструментов позволила создать инструментальные системы для оснащения станков с ЧПУ и ГПС, которые могут быстро и просто переналаживаться при смене номенклатуры изготавливаемых деталей. При этом вспомогательные инструменты должны: 1) обеспечивать высокие точность и надежность установки режущих инструментов на станке; 2) обеспечивать быстросменность инструментов; 3) расширять номенклатуру инструментальной оснастки за счет применения сборных инструментов из унифицированных элементов.
Наибольшее число конструкций вспомогательных инструментов разработано для многооперационных станков с ЧПУ, которые можно условно разделить на станки токарной группы, применяемые для обработки тел вращения, и станки сверлильно-фрезерно-расточной группы, применяемые для обработки корпусных деталей.
У станков первой группы инструменты крепятся или в револьверных головках, или на суппортах чаще всего с помощью держателей с цилиндрическим хвостовиком, имеющим рифленую лыску (рис. 12.7, а). Для крепления различных типов резцов державки имеют открытые или закрытые пазы в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Держатели для осевого инструмента и переходных втулок на конце имеют цилиндрический выступ с отверстиями конической или цилиндрической формы. Крепление самих держателей на станке осуществляется рифленым клином.
На станках второй группы чаще всего используют патроны с коническим хвостовиком с конусностью 7:24 и внутренним отверстием: цилиндрическим, коническим (типа Морзе) или укороченным. Для передачи крутящего момента применяют торцовые шпонки, винты, цанги, само- тормозящиеся конусы Морзе и др.
Унифицированный хвостовик таких патронов показан на рис. 12.7, б. Конус 7:24 обеспечивает хорошее центрирование, беззазорное соединение со шпинделем и позволяет манипулятором легко извлекать и вставлять в шпиндель станка патрон с инструментом. При этом для обеспечения манипулятором надежного захвата на фланце патрона предусмотрены канавка трапецеидальной формы и два шпоночных паза, а для ориентации инструмента относительно этих пазов - вырез под углом 90°.
В шпиндель хвостовик патрона затягивается либо винтом, либо удерживается там специальным устройством с помощью тяги и тарельчатых пружин.
Недостатком патронов с хвостовиком 7:24 являются большие габариты и масса, а также отсутствие опоры по торцу шпинделя. Поэтому в последнее время ведутся работы по замене конуса 7:24 на крепление с базированием по цилиндрической поверхности и торцу. Благодаря этому достигается большая динамическая жесткость с одновременным гашением вибраций на торцовых стыках.
Такой же принцип базирования используется и при сборке инструментальных блоков, состоящих из режущего и вспомогательного инструментов. При этом цилиндрические поверхности должны быть длиной не менее диаметра. Торцовое биение этих поверхностей должно быть не более 1...3 мкм, а радиальное - не более 3...5 мкм.
Некоторые схемы таких соединений показаны на рис. 12.8. При соединении с односторонним прижимом винтами может быть использована схема с внутренним (рис. 12.8, а) или наружным (рис. 12.8, б) креплением инструмента 1 на оправке 2. Для создания натяга по торцу возможны варианты (рис. 12.8, в, г) с использованием резьбового соединения. Возможно использование более простого варианта (рис. 12.8, д) крепления винтом со смещенной осью.
Агрегатно-модульный принцип проектирования сборных инструментальных блоков можно проиллюстрировать примером создания инструментов для расточки отверстий (рис. 12.9). Здесь соединение блока со шпинделем осуществляется с помощью патрона / с конусом 7:24. Затем следует удлинитель 2 с увеличенным диаметром для повышения жесткости оправки, далее - переходники 3 для настройки по длине и на конце расточная головка 4.
Рис. 12.8. Схемы соединений сменного инструмента:
I - инструмент; 2 - оправка
В качестве элементов вспомогательного инструмента также используются переходные втулки, различные державки и оправки, цанговые и трехкулачковые патроны и др. Вспомогательные инструменты изготавливают из стали 18ХГТ с цементацией и закалкой до 53...57 HRC3, что обеспечивает их высокую долговечность. При этом допускаемое биение оправки, установленной в патроне, относительно хвостовика должно быть не более 5... 10 мкм.
Недостатками сборных инструментальных блоков являются их пониженные жесткость и точность по сравнению с цельными инструментами, причем тем ниже, чем больше сборных элементов в блоке. Для увеличения точности блоков прибегают к использованию элементов для регулирования размеров режущих инструментов.
Рис. 12.9. Инструментальный расточной блок из стандартных модулей: 1 - патрон; 2 - удлинитель; 3 - переходник; 4 - расточная головка |
12.4. СИСТЕМА ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ ДЛЯ СТАНКОВ С ЧПУ И ГПС
Для автоматизированных станков из собираемых инструментальных блоков были созданы системы инструментальной оснастки, позволяющие обрабатывать сложные детали мелкими сериями при автоматической смене инструментов, предварительно установленных в специальных магазинах.
Эти системы состоят из двух подсистем: режущего и вспомогательного инструментов, отличающихся конструктивными особенностями, которые зависят от типа оборудования и вида обрабатываемого изделия.
На рис. 12.10 показан пример оснащения станков с ЧПУ токарного типа вспомогательным и частично режущим инструментом. Держатели с рифленой лыской (см. рис. 12.7, а) крепятся клином в револьверных головках с базированием по цилиндрической поверхности и торцу. В головках держателей предусмотрены открытые или закрытые взаимно перпендикулярные пазы (рис. 12.10, поз. 1...9) для крепления резцов различных типов (проходных, отрезных и др.) с разной длиной державки и направлением относительно оси крепежного отверстия. Резцедержатели имеют правое и левое исполнения и применяются в зависимости от расположения револьверной головки и направления вращения шпинделя.
Переходная втулка 10 (рис. 12.10) позволяет закреплять режущий инструмент или вспомогательные элементы круглого сечения диаметром 16...40 мм. Для обработки отверстий используется перовое сверло 11с непосредственным креплением в держателе. В вариантах 12 и 13 предусмотрены отверстия с конусом Морзе для крепления трехкулачкового патрона 19 и режущих инструментов осевого типа (сверла, зенкеры, развертки и т.п.). Растачивание отверстий можно производить либо резцами, закрепляемыми в резцедержателях 1...9, либо с помощью расточных оправок 14, 15. Вариант 16 может использоваться для крепления метчиков М6...М27 в патроне. Варианты 17,18 представляют собой переходные втулки со шпоночным пазом. Они позволяют крепить расточную борштангу 20, патрон для метчиков 21, концевые режущие инструменты с укороченным конусом Морзе 22. Эти втулки являются связующим звеном со станками сверлильно-фрезерно-расточной группы.
Для этих станков инструментальные системы строятся аналогичным образом. Только в качестве элемента крепления на станке используются патроны с хвостовиками 7:24 или с конусом Морзе. В качестве примера на рис. 12.11 показаны небольшая часть этой системы и некоторые способы крепления разных по назначению режущих инструментов: торцовая фреза, осевой инструмент, расточная оправка. Для передачи крутящего момента фланец патрона с конусом 7:24 имеет пазы, в которые входят торцовые шпонки шпинделя станка. Смена инструментов производится автоматически по программе с помощью манипуляторов (автооператоров), которые передают инструментальные блоки из магазина в шпиндель и обратно.
Оборудование, предназначенное для условий «безлюдной технологии», оснащается системами контроля над работой станков, состоянием режущего инструмента, точностью размеров и т.д. Оно обеспечивает по команде компьютера поиск и автоматическую смену инструментов. Станки, входящие в такую систему, имеют инструментальные магазины большой емкости (до 60 штук и более на один станок), в которых устанавливаются инструменты, необходимые по ходу технологического процесса, а также инструменты-дублеры, обеспечивающие непрерывную работу в течение заданного периода времени.
Рассмотренные выше системы инструментальной оснастки для станков с ЧПУ оказались громоздкими и требовали больших затрат ручного труда при настройке на размер. Необходимо было сократить до минимума число элементов вспомогательных инструментов и создать более компактные конструкции режущих инструментов.
Рядом зарубежных фирм были разработаны различные инструментальные системы для ГПС. Одно из таких решений для станков токарной группы создано фирмой «Sandvik Coromant» (Швеция) (рис. 12.12). Оно представляет собой компактные сменные режущие головки, оснащенные СМП и используемые для всех видов токарной обработки. В укороченном хвостовике такой головки имеется отверстие, выступ и паз. Головки 1, оснащенные СМП, устанавливаются на державке 2, имеющей специальное Рис. 12.11. Принцип построения устройство для их крепления. Под
системы инструментальной оснастки действием силы, приложенной к
для станков с ЧПУ сверлильно- тяге 3, выступы на хвостовике уп-
фрезерно-расточной группы руго деформируются и образуется
жесткое соединение головки с державкой. Точное позиционирование головки создается за счет базирования по торцу, двум боковым поверхностям выступов державки и опорной нижней поверхности. Усилие зажима осуществляется в узле крепления пакетом тарельчатых пружин, а освобождение головок - их расжати- ем с помощью гидроцилиндра.
Кроме резцов (рис. 12.12, а), инструментальные головки оснащаются и другими видами режущих инструментов, а также патронами для крепления сверл, метчиков и т.п. (рис. 12.12, б, в).
1 3 2 |
Дата добавления: 2015-09-29; просмотров: 22 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |