Современные методы изготовления специального режущего инструмента (оборудование, металлорежущий инструмент, программное обеспечение и т.п.)
Режущий инструмент является составной частью комплексной автоматизированной системы станка с ЧПУ. Тщательному выбору и подготовке инструмента для станков с ЧПУ должно уделяться особое внимание. Это связано с высокой стоимостью этого оборудования и необходимостью достижения максимальной производительности и более высокой точности обработки. Для обеспечения автоматического цикла работы станков требуется более высокая степень надежности работы инструмента.
Современное металлорежущее оборудование обеспечивает требуемую экономическую эффективность при условии использования прогрессивного инструмента.
Режущий инструмент для станков с ЧПУ должен удовлетворять следующим требованиям:
• оснащенность сменными пластинами из режущих материалов современных марок;
• применение унифицированных вставок и насадок для создания переналаживаемого комбинированного инструмента;
• универсальность применения для типовых обрабатываемых поверхностей различных деталей на разных моделях станков;
• надежность и длительный срок службы;
• обеспечение высоких и стабильных режущих характеристик;
• удовлетворительное формирование и отвод стружки;
• обеспечение заданных условий по точности обработки;
• универсальность применения для типовых обрабатываемых поверхностей различных деталей на разных моделях станков;
• быстросменность при переналадке на другую обрабатываемую деталь или замене затупившегося инструмента;
• удобство обслуживания и эксплуатации.
Этими характеристиками вполне обладает инструмент, предлагаемый представительствами таких известных фирм, как Sandvik Coromant. Mitsubishi Carbide, KENNAMETAL, ISCAR, Walter, Seco Tools и ряд других.
Следует учесть, что эффективное применение станков с ЧПУ может быть достигнуто лишь при использовании режущего инструмента, отвечающего повышенным требованиям по стойкости и надежности, жесткости и другим показателям. В противном случае нельзя обеспечить стабильности размеров и высокого качества работы по установленной программе. Если, например, резец будет быстро изнашиваться и его понадобится часто подвергать подналадке, эффект автоматизации, связанный с применением программного управления, значительно снизится, а то и вовсе будет сведен к нулю. Также, если развертка не обладает достаточной жесткостью, обеспечить высокую точность позиционирования при использовании развертки невозможно.
Высокие качества инструмента для работы на станках с ЧПУ закладываются начиная с разработки его конструкции.
При создании резцов для станков с ЧПУ были определены следующие условия:
– использовать наиболее рациональные формы пластин, обеспечивающих универсальность инструмента (возможность обработки одним резцом максимального числа поверхностей деталей);
– резцы должны иметь одни и те же основные координаты для удобства программирования технологических операций независимо от углов в плане;
– инструмент должен иметь повышенную геометрическую точность по сравнению с инструментом для обычных станков;
– необходимо обеспечить рациональное формообразование и отвод стружки (канавки, стружколомающие уступы и т. п.) в процессе резания;
– должно быть высокое качество доводки режущих кромок;
– режущая часть резца должна иметь повышенную жесткость и прочность, износостойкость и размерную долговечность.
Подобные технические требования предъявляются и к другим режущим инструментам, предназначенным для работы на станках с ЧПУ. Так, торцовые насадные фрезы со вставными ножами, оснащенными пластинками из твердого сплава, должны в отличие от стандартных обладать:
– более высокой точностью поверхностей посадочного отверстия и опорного торца; биение режущих кромок не должно превышать 0,03 мм для двух смежных зубьев и 0,06 мм для двух противоположных зубьев (по стандарту соответственно 0,04 и 0,08 мм);
– разность расстояний любой точки режущих кромок от опорной торцевой поверхности должна быть не более 0,04 мм (вместо 0,05 мм) и т. д.
На станках с ЧПУ наибольшее распространение получил сборный инструмент со сменными многогранными пластинами (СМП). Широкое применение СМП обусловлено следующими факторами:
– обеспечивает значительную экономию дефицитных режущих материалов;
– существенно сокращается время наладки инструмента (СМП могут быть заменены без снятия корпуса инструмента из револьверной головки, в ряде случаев не требуется после замены СМП привязка инструмента);
– возможность быстрого подбора режимов резания путем замены пластин;
– стабильное получение одинаковой величины шероховатости при прочих равных условиях;
– надежное дробление стружки;
– исключается необходимость в перезаточке инструмента.
В сборном режущем инструменте от правильного выбора способа крепления пластин в значительной степени зависят его надежность, долговечность и стойкость.
Крепление должно обеспечивать:
– надежность (не допускать смещений пластины в процессе резания);
– плотный контакт опорной поверхности пластины с опорной поверхностью паза в державке;
– точность позиционирования и взаимозаменяемость режущих кромок при повороте и смене пластин;
– стабильность геометрии;
– дробление, завивание и надежный отвод стружки;
– минимальное время для смены лезвий.
Крепление должно быть компактным и технологичным.
Конструкции креплений зависят от конструкций самих СМП и от вида инструмента, величины и направления нагрузки на пластину в процессе резания, от условий размещения элементов крепления и других факторов.
В качестве режущего материала для инструмента станков с ЧПУ используют твердые сплавы, керамику, сверхтвердые синтетические материалы и быстрорежущие стали.
Твердые сплавы подразделяют на четыре группы: вольфрамовые, танталовольфрамовые, титанотанталовольфрамовые и безвольфрамовые. Они различаются по химическому составу, физико-механическим и эксплуатационным свойствам [36].
По классификации ISO твердые сплавы независимо от химического состава подразделяются, в зависимости от их пригодности для обработки определенных материалов, на три группы. Каждая группа обозначается буквой и цветом (синим, желтым, красным и т.д.) и разделена на подгруппы, характеризующие конкретное назначение твердых сплавов: Р - сплавы для обработки углеродистой, легированной, высоколегированной и инструментальной сталей; М – сплавы для обработки нержавеющих и жаропрочных сталей, титановых сплавов; К – сплавы для обработки чугунов, N сплавы для обработки цветных металлов,пластмасс и дерева, S - для обработки жаропрочных сплавов, H - для обработки материалов высокой твердости
Основным направлением повышения работоспособности твердых сплавов является нанесение на поверхность инструмента износостойких покрытий, повышающих его стойкость в 3–4 раза. В качестве покрытий применяют в основном карбид титана и нитрид титана.
За последние два-три года расширилось применение покрытий инструмента из быстрорежущей стали нитридом титана с целью повышения стойкости.
Поскольку различие в стойкости покрытого и непокрытого инструментов возрастает с повышением скорости резания, следует работать на более высоких скоростях резания для повышения производительности труда и увеличения суммарного числа деталей, обработанных одним инструментом.
Конструктивное отличие сверл для станков с ЧПУ от обычных заключается в уменьшении размеров по длине их рабочей части (l <= 4 D), более жестких допусках на нецилиндричность сердцевины и осевое биение режущих кромок, радиальное биение по ленточкам и другим геометрическим параметрам. Не допускается наличия обратного конуса на цилиндрических хвостовиках. Для обработки сравнительно больших отверстий (диаметром 25—80 мм) в чугунных и стальных деталях рекомендуются перовые сверла, отличающиеся повышенной (по сравнению со спиральными сверлами) жесткостью и прочностью конструкции.
Развертки, применяемые на станках с ЧПУ, должны быть тщательно доведены. Для отверстий 3-го класса точности рекомендуются регулируемые твердосплавные, а для отверстий 1—2-го классов точности твердосплавные однолезвийные нерегулируемые развертки.
Для получистового и чистового растачивания на станках с ЧПУ, включая многооперационные станки, целесообразно применять расточные головки (оправки) с точной (микрометрической) регулировкой вылета резца.
При подрезке торцов и обработке ступенчатых отверстий применяют оправки с пластинчатыми двусторонними резцами, которые могут обеспечить перпендикулярность до 0,01 мм.
В качестве вспомогательного инструмента, предназначенного для крепления режущего инструмента, применяемого на станках с ЧПУ, используются:
– точные оправки к насадным торцевым фрезам;
– прецизионные цанговые патроны для крепления инструмента с цилиндрическими хвостовиками;
– переходные втулки для инструмента с конусным хвостовиком или специальные переходные державки для крепления инструмента с цилиндрическими регулируемыми хвостовиками;
– жесткие расточные оправки;
– сверлильные трехкулачковые патроны (для крепления сверл с хвостовиками диаметром 1—13 мм) и др.
Для станков с ЧПУ рекомендуется применять стандартные или
специальные режущие инструменты, крепежные элементы, которые унифицированы с этой оснасткой.
Созданы типовые конструкции приспособлений для крепления деталей на различных станках с ЧПУ. Опыт эксплуатации станков с ЧПУ свидетельствует о целесообразности использования на них для закрепления заготовок быстропереналаживаемой оснастки, в том числе универсально-силовых устройств и универсально-сборных приспособлений (УСП), отличающихся повышенной точностью.