CC BY
73
УДК 621.941
А.В. Платонов
канд. техн. наук, доцент,
кафедра технологии машиностроения, Арзамасский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
И.С. Самсонов
студент,
кафедра технологии машиностроения, Арзамасский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
А.С. Любомиров
студент,
кафедра технологии машиностроения, Арзамасский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
И.А. Платонов
аспирант,
кафедра технологии машиностроения, Арзамасский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ОПРАВОК, ПРИМЕНЯЕМЫХ НА СТАНКАХ С ЧПУ ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ
Аннотация. В статье рассмотрены варианты исполнения инструментальных оправок, устанавливаемых в станки с числовым программным управлением, предназначенных для жесткого закрепления инструмента. Рассмотрены принципы работы, а также случаи применения на производстве.
Ключевые слова: технологическая оснастка, станок с числовым программным управлением, гидравлическая оправка, полигональная оправка, термооправка, инструментальная оправка.
A.V. Platonov, Arzamas Polytechnic Institute (branch) Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseev
I.S. Samsonov, Arzamas Polytechnic Institute (branch) Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseev
A.S. Lubomirov, Arzamas Polytechnic Institute (branch) Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseev
I.A. Platonov, Arzamas Polytechnic Institute (branch) Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseev
STUDY DESIGN FEATURES TOOLHOLDERS APPLIED ON CNC MACHINES FOR PRECISION
MACHINING
Abstract. The article describes the versions toolholders installed in machines with numerical control designed to secure the hard tool. The principles of work and use cases at work.
Keywords: technological rigging, machine with computer numerical control, hydraulic expansion toolholders, polygonal clamping technology, heat shrink technology, toolholding systems.
В условия современного производства, особенно при высокоскоростной (прецизионной) обработке и высокоточной обработке, производимой на станках с числовым программным управлением (ЧПУ), таких изделий, как режущий инструмент, матрицы штампов, сварочные электроды, точные корпусные детали, необходимо применение технологической оснастки, позволяющей жестко и одновременно с высокой точностью закрепить режущий инструмент. Данным требованиям удовлетворяют виды оправок, приведенные ниже.
Гидравлические оправки
Рисунок 1 - Устройство гидравлической оправки
Принцип работы гидравлической оправки заключается в следующем. Путём закручивания зажимного винта 1, передаётся усилие на зажимной поршень 2, который оказывает давление на гидравлическую жидкость. Рабочая жидкость занимает объём рабочей камеры 5. Для герметичности поршня используется уплотняющий элемент 3. Усилие давления гидравлической жидкости сжимает мембрану 4, в результате происходит одновременное центрование и закрепление хвостовика режущего инструмента 8. Длину закрепления хвостовика можно регулировать при помощи винта 7. Все детали приспособления устанавливаются в цельный корпус 6. Данные оправки гарантируют точность радиального биения до 3 мкм, что обеспечивает высокую точность обработки деталей.
Благодаря наличию подвижной мембраны вибрации, возникающие в процессе обработки, значительно гасятся при помощи гидравлической системы. По сравнению с универсальными оправками вибрации снижаются на 300%. Снижается вероятность образования микросколов на поверхности режущей кромки инструмента. Благодаря данной особенности повышается качество обрабатываемой поверхности, продлевается срок службы шпинделя, увеличивается стойкость инструмента.
В гидравлические оправки возможна установка инструмента с гладким цилиндрическим хвостовиком, с конусом Морзе, также возможна установка хвостовиков, имеющих лыски. Наличие отводных каналов в рабочей части мембраны способствует отводу смазочных материалов из зоны контакта, благодаря чему возможна работа инструмента диаметром до 20 мм с крутящим моментом до 900 Нм [1].
Оптимальное использование гидравлических оправок в производстве:
- прецизионное сверление в инструментальном производстве;
- фрезерование в инструментальном производстве;
- фрезерование вставок штампов;
- высокоскоростное фрезерование медных электродов;
- высокоскоростное фрезерование закаленных деталей, полученных методом объёмной штамповки;
- обработка поршневых отверстий разверткой с покрытием из поликристаллического алмаза;
- высокопроизводительное сверление в машиностроении;
- контурное фрезерование в производстве пресс-форм. Полигональная оправка
Полигональные инструментальные оправки имеют гибкий и разнообразный спектр применения - от прецизионной механической обработки до более мощной объёмной обработки.
Рисунок 2 - Схема работы полигональной оправки
Как показано на рисунке 2, в оправке расположено центральное отверстие, предназначенное для установки крепежной части режущего инструмента. Под действием приложенной внешней силы, действующей на наружную поверхность оправки, благодаря пластической деформации происходит изменение геометрии центрального отверстия, которое становиться цилиндрическим. После установки хвостовика инструмента снимается приложенное усилие к поверхности оправки, вследствие чего происходит изменение геометрии отверстия, и инструмент надёжно фиксируется.
Точность радиального биения полигональной оправки составляет 3 мкм. Данная конструкция оправки имеет широкую гибкость диапазона зажима от 0,3-32 мм [1]. Важной особенностью является возможность зажима всех хвостовиков промышленного типа.
Аксиальная регулировка длины. В технологии полигонального зажима может производиться регулировка длины с точностью до 0.01 мм. Длина регулировки составляет 10 мм [1]. Для данной группы оправок возможна эффективная высокоскоростная обработка и микрообработка с частотой вращения более 80000 об/мин.
Существенным недостатком данного вида оправок является необходимость приобретения зажимного устройства, предназначенного для смены инструментов и равномерной фиксации хвостовика. Устройство для смены инструмента, представленое на рисунке 3, оборудовано ручным насосом, благодаря чему регулируется оптимальное усилие зажима. Контроль давления насоса осуществляется встроенным манометром.
Рисунок 3 - Приспособление для смены инструмента
Оптимальное использование в производстве:
- фрезерование в автомобильной промышленности;
- резьба фрезерование корпусов;
- черновое фрезерование корпусных элементов;
- высокоскоростное фрезерование в производстве пресс-форм;
- сверление в инструментальном производстве;
- боковое фрезерование поверхностей;
- чистовое профильное фрезерование закаленной стали;
- фрезерование электродов с малыми диаметрами. Оправки с термозажимом
Рисунок 4 - Термооправка с установленной фрезой Принцип работы термооправки заключается в свойстве металлов под действием темпе-
ратуры изменяться в размерах: при высокой температуре расширяться, а при низкой - сужаться. Перед установкой режущего инструмента оправку предварительно нагревают до температуры 270°. Далее в предварительно разогретую оправку устанавливают хвостовик инструмента, после чего охлаждают оправку до рабочей температуры. В результате охлаждения металл усаживается и надежно фиксирует режущий инструмент. Процесс нагревания и охлаждения происходит на одном оборудовании, что позволяет избежать контакта рабочего с горячими поверхностями оснастки.
Точность радиального биения термооправки оправки составляет 3-5 мкм. Оправка обеспечивает высокое усилие зажима, что позволяет производить высокоскоростную обработку до 55000 об/мин, также большим преимуществом является высокая жесткость.
Недостатками термооправок являются:
- необходимость наличия термо-машины;
- расположенное в оправке отверстие должно соприкасаться с хвостовиком инструмента по всей длине, в противном случае увеличивается биение инструмента.
Область применения термооправок на производстве:
- фрезерование корпусов коробок передач;
- чистовое фрезерование токарных патронов в инструментальном производстве;
- чистовое фрезерование в производстве инструмента и пресс-форм;
- боковое фрезерование в производстве инструмента и пресс-форм;
- сверление в труднодоступных местах заготовки;
- высокоскоростная обработка в производстве пресс-форм.
Подводя итог, следует отметить, что выше рассмотренные типы инструментальных оправок выполнены с точностью до 6 квалитета. Основной задачей данных типов оправок является высокоскоростная и микрообработка высококачественных поверхностей, производимая при высоких числах оборотов инструмента. При работе инструмента на высоких оборотах у широко применяемых оправок, разработанных в системе ЭК (ГОСТ 25827-83) и НЭК (ГОСТ 515472000), наблюдается значительное увеличение радиального биения 16 мкм (ЭК) и 10 мкм (НЭК) при числе оборотов шпинделя станка 30000 об/мин [2]. Рассмотренные выше различные виды оправок сохраняют величину радиального биения (3-5 мкм) при частоте до 80000 об/мин.
Поскольку данные оправки жестко фиксируют хвостовик инструмента, а частая смена монолитного инструмента требует много времени, целесообразнее применять модульный инструмент, при использовании которого хвостовик остаётся закреплённым в оправку, а меняют либо отдельный модуль режущей части инструмента, либо его комбинация с адаптером, который непосредственно устанавливается в хвостовик.
Выше были рассмотрены инструментальные оправки, применяющиеся для прецизионной обработки, рассмотрены конструктивные особенности каждой из оправок, их точность и целесообразность применения. Материал данной статьи может быть полезен технологам промышленных предприятий при составлении технологических карт, а также операторам станков с ЧПУ.
Список литературы:
1. Каталог «Инструментальные оправки» фирмы БсИипк 2011. ЫКЬ: www.schunk.com.
2. Акмаев О.К., Кудояров Р.Г., Башаров Р.Р. Оценка работоспособности инструментальных оправок при высокоскоростной обработке деталей на многоцелевых станках // Вестник УГАТУ. 2009. № 1 (34). С. 138-140.
