Кузнецов Ю.И. Технологическая оснастка для станков с ЧПУ и промышленных роботов
Подождите немного. Документ загружается.
магазины спутников. Такие магазины выполняются поворотными или с перемещением
спутников на тележках по кольцевым направляющим магазина. Овальные магазины
выполняются с перемещением спутников по направляющим магазина. Такие магазины
могут применяться также для обслуживания двух станков. Как в круглых, так и в овальных
магазинах спутники могут поступать на станок в любой последовательности.
Прямоугольные магазины применяются реже, так как они обусловливают жесткую
последовательность смены спутников на станке. Для установки относительно тяжелых
заготовок применяют неподвижные магазины спутников — полукольцевые с поворотным
двухпозиционным столом-автооператором или прямолинейные магазины с
двухпозиционной тележкой-автооператором. Такие магазины могут обслуживать
участки из двух и более станков.
ГЛАВА2
РЕЖУЩИЕ ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ СТАНКОВ СЧПУ
§ 2.1. ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ СТАНКОВ С
ЧПУ
Эффективность применения станков с ЧПУ в значительной мере зависит от
технического уровня применяемой инструментальной оснастки — режущего и
вспомогательного инструмента. На станках с ЧПУ, в том числе и на многоцелевых, в
серийном и мелкосерийном производстве используют стандартные универсальные
режущие инструменты. Отсутствие специальных инструментов является одним из
преимуществ станков с ЧПУ. Однако по сравнению с инструментами для обычных
станков значительно повышаются требования к качеству инструмента, в частности, к
точности размеров, геометрической форме, качеству заточки, материалу инструмента,
дроблению стружки. Это обеспечивает высокую режущую способность, стойкость,
надежность (долговечность) работы инструмента, что обусловливает длительную
автоматическую работу станков и высокую производительность обработки.
На станках с ЧПУ применяют инструменты, оснащенные твердым сплавом и
сверхтвердыми материалами (CTM).
§ 2.2. ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ СТАНКОВ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ
2.2.1. Резцы
Качество металлообработки на токарных станках с ЧПУ в значительной
степени зависит от точности и стабильности позиционирования режущего
инструмента. Номенклатура применяемого режущего инструмента определяется на
основе анализа типовых деталеопераций, производимых на станках с ЧПУ.
Поскольку токарные станки с ЧПУ обеспечивают большую скорость резания,
режущие кромки инструмента нагреваются до высоких температур (1000
С
С). В этих
условиях не могут работать инструменты из быстрорежущей стали, красностойкость
которых не превышает 650°С. Более высокой красностойкостью (до 1200°С) и
стойкостью на истирание обладают твердые сплавы, основой которых являются
карбиды вольфрама и титана.
Вольфрамовые сплавы типа ВК более вязки, чем титановольфрамовые типа ТК.
Поэтому твердые сплавы типа ВК применяются для обработки чугунов, а типа ТК —
для обработки сталей.
На станках с ЧПУ токарной группы особенно эффективно применение
инструментов с многогранными неперетачиваемыми пластинами из твердого сплава и
сверхтвердых материалов, обеспечивающими стабильность геометрии, возможность
использования максимальной мощности станка, повышенную стойкость инструмента,
быструю замену режущих элементов.
Рис. 2.1. Типы многогранных сменных пластинок:
а — ромбические; б — трехгранные с изломом сторон; в — трехгранные; г —
четырехгранные; д — пятигранные; е — шестигранные
Для обработки стали рекомендуются пластины из твердых сплавов Т5КЮ (85% карбида
вольфрама, 6% карбида титана и 9% кобальта) и Т14К8 (78% карбида вольфрама, 14%
карбида титана и 8% кобальта). Для обработки чугуна рекомендуются пластины твердых
сплавов ВК4 (96% карбида вольфрама и 4% кобальта) и ВК6 (94% карбида вольфрама и
6% кобальта).
На станках с ЧПУ токарной группы применяют резцы со следующими многогранными
пластинами (рис. 2.1): ромбические пластины с углами при вершине 80°, применяемые
для универсальных проходных и подрезных резцов, а также для расточных (рис. 2.1,а);
трехгранные пластины с изломом сторон с углами при вершине 80°, применяемые для
универсальных проходных и расточных резцов (рис. 2.1,6); недостатком их является
существенно меньшая длина режущей кромки и менее определенное базирование
относительно державки резца; трехгранные пластины с прямолинейными сторонами и
углами при вершине 60° (рис. 2.1, в), применяемые у резцов для контурного точения, а
также для проходных упорных резцов; пластины параллелограммные (правые и левые) с
углом при вершине в плане 55°, применяемые для проходных контурных резцов, в тех
случаях, где не могут быть использованы трехгранные пластины (например, если их не
позволяет использовать геометрия обрабатываемой заготовки); четырехгранные (рис. 2.1,
г), пятигранные (рис. 2.1,(3), шестигранные (рис. 2.1, е) пластины, предназначенные для
проходных и подрезных резцов для предварительной обработки.
Для дробления стальной стружки в пластинах предусмотрены стружкозавивающие
порожки или лунки, получаемые, заточкой или при прессовании пластин. Для повышения
износостойкости пластин с одновременным повышением механической прочности приме-
няют неперетачиваемые пластины из вязкого твердого сплава типа Т5КЮ или Т5К2 с
износостойким покрытием. На окончательно обработанную пластину наносят тонкий слой
(5—8 мкм) карбида титана.
Для повышения надежности (долговечности) режущих неперетачиваемых пластин, а
также предохранения державки резца от повреждения при поломке режущих пластин под
ними устанавливают твердосплавные опорные подкладки, форма которых соответствует
форме режущих пластин. Для обработки на токарных станках с ЧПУ всех поверхностей
заготовок за один цикл с автоматическим вводом в работу установленных на станке
инструментов наиболее широко применяют универсальные резцы, позволяющие
обрабатывать несколько видов поверхностей. Применение универсальных резцов
обеспечивает возможность обработки всех поверхностей заготовки минимальным числом
инструмента, обусловливаемым числом инструментальных позиций на станке, а также со-
кращает вспомогательное время, затрачиваемое на смену инструмента.
Для наружного обтачивания заготовок применяют резцы токарные сборные
проходные с механическим креплением многогранных пластин из твердого сплава с
главным углом в плане φ = 45°, 60° и 92°. Резцы с φ = 45° и 90° могут применяться не
только для наружного обтачивания, но и для подрезания торцов.
Резец (рис. 2.2, а) состоит из державки 1 с запрессованным в нее штифтом 4,
служащим для закрепления твердосплавной опорной пластины 2. На штифт 4 свободно
надевают многогранную твердосплавную пластину в, закрепляемую между штифтом и
задней опорной стенкой державки посредством клина 5 и винта 6. Задние углы а и ai
получаются за счет соответствующей установки пластины на державке резца. Угол
установки пластины на резцах уменьшен для повышения их эксплуатационной стойкости,
снижения сил резания и степени деформации стружки. Резцы данной конструкции
отличаются большой универсальностью, надежностью, технологичностью и хорошим
завиванием и дроблением стружки в диапазоне подач 0,3—0,8 мм/об. Резцы оснащаются
стандартными многогранными пластинами с отпрессованными стружколомательными
канавками. Пластины не перетачиваются. После износа одной из режущих кромок
пластину поворачивают, и в работу вступает следующая кромка.
Рис. 2.2. Резцы с механическим креплением пластинок
Для контурной обработки фасонных деталей сложной конфигурации (врезание и
обработка уступов, сферических поверхностей, конусов, канавок и др.) с одной установки
применяют резцы для контурной обработки с механическим креплением
параллелограммных и трехгранных пластин из твердого сплава. Резцы имеют уменьшенный
угол при вершине 55—60°. Резец, оснащенный пластиной параллелограммной формы
(рис. 2.2,6) состоит из державок 3 с пазом под твердосплавную подкладку 5, которая
крепится в пазу посредством штифта 4. Режущая пластина 6 имеет канавки вдоль
режущих кромок и канавку на передней части, полученные при прессовании. Пластина
крепится Г-образным прихватом 2 сверху и затягивается винтом 1. Верхняя часть
прихвата входит в канавку на передней части пластины и затягивает ее в гнезде. Такими
резцами также обтачивают канавки для выхода шлифовального круга с углом входа 30°,
что позволяет заменить канавочный резец. Резец, оснащенный трехгранной пластиной
правильной формы (рис. 2.2,в), состоит из державки 3, в которой имеется паз под
твердосплавную опорную подкладку 5, легко надеваемую на штифт 4, запрессованный в
державке. На штифт свободно надевается пластина 6 и закрепляется между штифтом и
задней опорной стенкой державки посредством клина 2 и винта 1. Для уменьшения
отрицательного угла наклона главной режущей кромки разворот пластины в гнезде
державки осуществляется не по оси симметрии пластины, а в плоскости, расположенной
под углом 45° к оси резца. Задние углы у резца при этом по главной задней поверхности
равны 7°, по вспомогательной задней поверхности 20°30'. Резец широкоуниверсален:
имеет три режущие кромки, более прочную вершину, прост в изготовлении. Применение
резцов обеспечивает надежность крепления, хорошую работоспособность.
Для удобства программирования координаты вершины резца от боковой базовой
стороны для всех резцов с неперетачиваемыми многогранными пластинами с одним
сечением державок и одинакового назначения приняты одинаковыми, что исключает
ошибки при замене одного резца другим аналогичного назначения, но с различными
пластинами.
На станках с ЧПУ используются также регулируемые резцы с уменьшенными
габаритами — резцовые вставки (рис. 2.2,г), настраиваемые на размер вне станка
посредством регулировочных винтов державок. Регулирование и настройка вставок по
длине осуществляется регулировочным винтом со сферической головкой, ввинченным в
задний торец вставки. Головка винта упирается в жесткий штырь, установленный в теле
державки резца. Настройка вставок по оси X производится боковым регулировочным
винтом. При вращении винта вершина вставки перемещается по радиусу, причем
радиальный размер изменяется несущественно. Закрепление вставки в державке резца
осуществляется либо клином, взаимодействующим с верхней поверхностью державки
вставки, скошенной под углом 15°, либо наклонным винтом, проходящим через овальные
отверстия вставки. При этом вставка надежно базируется шлифованными опорной и
боковой поверхностями в державке резца.
Резцовые вставки выполняются квадратного сечения. Номенклатура резцовых вставок
предусматривает: резцовые вставки проходные, для контурного точения, с ромбическими,
параллелепипедными, трехгранными и четырехгранными пластинами, а также резцовые
вставки для нарезания резьбы. Номенклатура резцовых вставок, их геометрия, форма и
размеры многогранных пластин совпадает с нерегулируемыми резцами. Это обеспечивает
возможность обработки резцовыми вставками тех же поверхностей, что и резцами.
Резцовые вставки применяют на станках с ЧПУ для непосредственного закрепления в
точных пазах револьверных головок при отсутствии на станках промежуточного элемента
— резцового блока.
Для нарезания внутренних резьб с шагом до 2 мм применяют резцы с механическим
креплением пластин, а для нарезания резьб с шагом 2...2,5 мм — резцы с напайными
твердосплавными пластинами. Для нарезания наружной резьбы применяют токарные
сборные резцы с механическим креплением ромбических твердосплавных пластин двух
типов: для нарезания резьбы с шагом 1,5...4 мм с диаметром вписанной окружности 7,1
мм и для нарезания резьбы с шагом 4 . . . 6 мм с диаметром вписанной окружности 8,5 мм.
Форма пластин позволяет создать угол при вершине, равный 59°30', что предохраняет
резьбу от разбивания и не требует заточки резца по шаблону. Ромбическая пластина 3
устанавливается в гнезде державки 4 (рис. 2.2,(3) на опорной твердосплавной
пластеине 2 и закрепляется посредством прихвата 6 и винта 5. От бокового поворота
пластину предохраняет самоустанавливающийся опорный штифт 1 со срезанной
сегментной головкой. Такие резцы отличаются от резцов с напаянными пластинами —
они компактны, имеют повышенную стойкость при нарезании резьбы с минимальным
числом рабочих ходов. Необходимые геометрические параметры режущей части
обеспечиваются благодаря установке пластины в державке под углом 10° и наличию
выкружек вдоль режущих кромок. Это позволяет снизить силу резания и повысить
точность нарезаемой резьбы.
Токарные сборные проходные резцы с механическим креплением пластин из
безвольфрамового твердого сплава предназначены для чистовой и получистовой
обработки заготовок из конструкционных и низколегированных сталей. Резцы
комплектуются не-перетачиваемыми пластинами из безвольфрамового сплава квадратной и
трехгранной формы. Такие резцы повышают точность и производительность обработки,
стойкость их увеличивается в 1,5 раза по сравнению с резцами с напайными
твердосплавными пластинами из сплава Т15К6. Применение инструмента с режущими
сменными пластинами из керамики, обладающей высокой теплостойкостью (1200...
1400
С
С), твердостью до НВ 30000 МПа, износостойкостью, химической устойчивостью,
обеспечивает обработку деталей из сталей и чугуна с большими (до 8 раз) скоростями
резания по сравнению с инструментом, оснащенным пластинами из твердых сплавов.
Применение инструмента из керамики позволяет уменьшить основное (машинное) время
обработки от 1,5 до 8 раз, заменить дефицитные вольфрамосодержащие твердые сплавы,
снизить шероховатость обработки, повысить качество обработки поверхностного слоя
закаленных сталей по сравнению с шлифованной.
Режущие керамические материалы применяют трех основных групп: оксидная,
состоящая из оксида алюминия (99%) с незначительными добавками оксида магния или
других элементов. К ней относятся керамика ВО 13, ЦМЗЗЗ (белая), ВШ-75. Такие
материалы применяют при чистовом или получистовом точении незакаленных или
улучшенных конструкционных и легированных сталей и серых чугунов. Оксидно-
карбидная керамика состоит из оксида алюминия 60—80%, карбидов и окислов
тугоплавких металлов. К ней относятся ВОК60 и ВЗ. Эти материалы применяют при
обработке закаленных сталей, ковких, модифицированных и отбеленных чугунов. Группа
на основе нитридов кремния состоит из нитридов кремния и тугоплавких материалов с
включением оксида алюминия и некоторых других компонентов. К ней относятся
кортинит ОНТ-20 и силинит-Р. Эти марки материала применяют при обработке
улучшенных закаленных сталей, модифицированных и отбеленных чугунов.
Механическая обработка инструментом, оснащенным сверхтвердым материалом
(СТМ), характеризуется следующими особенностями: возможностью обработки различных
материалов практически любой твердости, что позволяет осуществлять точение после
термообработки. Высокая режущая способность СТМ позволяет работать на высоких
скоростях резания (5000 м/мин при обработке чугунов и 400... 600 м/мин при обработке
закаленных сталей), при этом стойкость инструмента весьма высока, а износ небольшой.
Работа на высоких скоростях резания и уменьшенных глубинах резания снижает силы
резания, сокращает деформации системы станок — приспособление — инструмент —
заготовка и, следовательно, повышает точность обработки, а также уменьшает износ узлов
станка и приспособлений. Использование СТМ обеспечивает высокую точность обработки
при длительной работе, что особенно важно для гибких производственных систем, а
также низкую шероховатость обработанной поверхности.
Пластины из композиционных материалов, например композита 01, применяют для
тонкого и чистового точения (без удара) заготовок из закаленных сталей и чугунов любой
твердости, твердых сплавов с содержанием кобальта не менее 15%, с глубиной резания
0,05... 0,4 мм (максимально допустимая глубина резания 1 мм). Цельные пластины из
композита 05 применяют для предварительного и окончательного точения (без удара)
заготовок из закаленных сталей с твердостью не более HRC
9
60 и чугунов любой
твердости с глубиной резания 0,05...3,0 мм; цельные пластины из композита 10 и
двухслойные из композита 10Д применяют для предварительного и окончательного
точения (с ударом и без удара).
Токарные сборные резцы с механическим креплением многогранных и круглых
пластин из композиционных материалов (рис. 2.2, е) предназначены для
предварительного и окончательного точения, растачивания и подрезания торцов деталей
из закаленных сталей, чугунов, твердых сплавов, труднообрабатываемых сплавов на
основе никеля. Такие резцы обеспечивают повышение производительности в 1,5... 3 раза по
сравнению с точением твердосплавными резцами и шлифованием. Пластины закрепляют в
державке резца прихватом и винтом. Вставки из композиционных материалов диаметром
8... 16 мм обеспечивают шероховатость поверхности Rа = 0,1 ...0,8 мкм. Сборные токарные
резцы: проходные, подрезные и расточные с механическим креплением многогранных
пластин из композиционных материалов (шестигранных или ромбических) имеют
главный угол в плане 95° и 93°. Точение резцами из композиционных материалов особенно
эффективно при обработке заготовок со сложным контуром с точным взаимным
расположением поверхностей. Точение такими резцами обеспечивает шероховатость
поверхности Rа = 0,1 мкм.
Сверхтвердый материал ПТНБ — поликристаллы твердого (кубического) нитрида бора
по твердости приближается к алмазу, и превышает более чем в 3 раза твердость керамики
и в 5 раз твердость быстрорежущей стали. Он также значительно превосходит все
материалы, применяемые для лезвийного инструмента по теплостойкости: алмаз — в 1,9
раза, быстрорежущую сталь — в 2,3 раза, твердый сплав — в 1,7 раза, керамику — в 1,2
раза. Высокие физико-химические свойства поликристаллов твердого нитрида бора
позволяют эффективно использовать их в режущем инструменте для чистовой и тонкой
обработки заготовок из закаленных сталей различной твердости, чугунов, цветных
металлов. Применяют различные типы сборных и цельных резцов из ПТНБ: проходные,
расточные, резьбовые, фасонные, отрезные, подрезные.
Наиболее эффективной областью применения резцов, оснащенных гексанитом-Р,
является обработка чугунов, закаленных и незакаленных сталей. Высокая
производительность процесса резания сочетается с отсутствием прижогов, вырывов, сетки
микротрещин, имеющих место при шлифовании. Отличительной особенностью таких
резцов является способность работать в условиях ударных нагрузок, что дает возможность
использовать их на получистовых и чистовых операциях при обработке заготовок с преры-
вистой поверхностью.
Основной формой пластин из СТМ проходных токарных и расточных резцов является
шестигранная. Такие пластины имеют оптимальную геометрию, достаточную длину
режущей кромки. Для резцов, работающих в упор при точении как цилиндрических, так
и торцовых поверхностей, предусмотрена пластина ромбической формы с углом при
вершине 80°. Взамен пластин трехгранной формы, надежное крепление которых трудно
обеспечить, рекомендуются ромбические пластины с углом при вершине 60°.
Для расточных работ, выполняемых на токарных станках с ЧПУ, применяют резцы с
твердосплавными напаянными пластинами и сборные резцы с механическим креплением
многогранных пластин. Минимальный диаметр растачиваемого отверстия 12 мм. Для
обработки отверстий диаметром 12...20 мм применяют напайные резцы с
цилиндрическим хвостовиком и с конической рабочей частью. Твердосплавная пластина
впаивается в открытый со стороны торца паз, что обеспечивает высокую надежность за-
крепления пластины и демпфирование рабочей части резца в процессе резания.
Основным типом резца является резец с главным углом в плане 92°, обеспечивающий
расточку ступенчатых отверстий с зачисткой торцовых ступеней. Резцы закрепляют в
призматических пружинящих переходниках, устанавливаемых в резцовых блоках с
призматическими пазами.
2.2.2. Расточные резцы