2020-06-12
321
При работе на станках с ручным управлением механизированы только рабочие движения инструмента. Установку, настройку и замену инструмента, а также контроль за его состоянием осуществляет оператор. Повышение уровня автоматизации процесса обработки путем уменьшения вмешательства оператора достигается наряду с другими мероприятиями применением ряда новых, в том числе специальных конструкций инструмента.
Автоматизация машиностроительного производства имеет следующие цели: повышение производительности; снижение себестоимости изделий; гибкости производства при частной смене номенклатуры изделий. На первом этапе цели достигались путем применения станков-автоматов, полуавтоматов и автоматических линий, используемых для изготовления одного вида изделий. Важные достижения в области электроники, электротехники и станкостроения позволили создать автоматизированные станки с числовым программным управлением (ЧПУ), которые стали широко применяться в серийном и даже мелкосерийном производствах, так как позволили добиться не только повышения производительности, но гибкости производства путем быстрой смены управляющих программ на станках. Благодаря использованию системы ЧПУ были созданы многооперационные станки (обрабатывающие центры), на которых стала возможной обработка детали за одну установку при автоматической смене большего числа инструментов, устанавливаемых в магазинах станков.
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, форме и качеству заточки, оформленные в виде специальных стандартов.
Во вновь разработанных конструкциях режущих инструментов широко используются сменные многогранные пластины (СМП) не только в резцах, но и сверлах, комбинированных режущих инструментах, фрезах и др.
Комбинированным называется инструмент, в котором соединены два или несколько однотипных или различных инструментов, что позволяет совмещать несколько операций в одну. В автоматизированном производстве комбинированные инструменты используют для сокращения числа проходов. Комбинированные инструменты подразделяют:
1. для одновременного получения одной или нескольких деталей одним методом обработки – многоинструментальные резцовые наладки, расточные оправки с расточными блоками, комплектные фрезы. В последнем случае при обработке ступенчатой поверхности на одной оправке собирают фрезы разного диаметра, обрабатывая всю плоскость за один проход. Разнообразные многорезцовые расточные оправки используют для растачивания ступенчатых отверстий за один проход.
2. совмещающие различные методы обработки – сверло=зенкер, сверло-фреза, сверло-метчик двухступенчатые зенкеры и т.п.
Для сокращения числа переходов используются комбинированные инструменты: ступенчатые сверла, зенкеры-развертки, сверла-метчики (рисунок 5.2.1 а) и другие и даже целые агрегаты в виде корпусов сложной формы, оснащенные большим числом СМП, каждая из которых обрабатывает определенную поверхность заготовки (рисунок 5.2.1, б).
Для расточки ступенчатых отверстий применяются разнообразные многорезцовые оправки с резцовыми вставками, оснащенными СМП (рисунок 5.2.1, в).
а)
б)
в)
Рисунок 5.2.1 - Комбинированные инструменты:
а – сверло-метчик; б – сверло-зенкер; в – расточная оправка, оснащенная твердосплавными СМП
На горизонтально-фрезерных станках, встраиваемых в автоматические линии, применяются наборы фрез, закрепленных на одной оправке и предназначенных для одновременной обработки нескольких поверхностей. Для обработки деталей типа тел вращения с фасонной образующей на станках с копировальными устройствами и станках с ЧПУ используют резцы для контурного точения.
С целью обеспечения быстросменности инструмента и сокращения времени простоев оборудования настройка инструментов на размер осуществляется с помощью специальных приспособлений вне станка. Для этого режущие инструменты снабжаются регулирующими элементами. Например, у резцов используют для этого винты со сферической головкой, ввинчиваемые с торца в державку, и после регулировки на размер крепление в сменном резцовом блоке осуществляется с помощью клиньев и винтов.
Безналадочная замена осевых инструментов (сверл, зенкеров, разверток и т.д.) достигается с помощью регулировочных винтов и регулировочных гаек, позволяющих изменить вылет инструмента.
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.
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. Применением системы вспомогательных инструментов достигается гибкость инструментального обеспечения станков с ЧПУ.
Наибольшее число конструкций режущих 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. 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, самотормозящие конусы Морзе и др.
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.
Некоторые схемы таких соединений показаны на рис. 12. При соединении с односторонним прижимом винтами может быть использована схема с внутренним (рисунок 5.2.2, а) или с наружным (рисунок 5.2.2, б) креплением инструмента 1 на оправке 2. Для создания натяга по торцу возможны варианты (рисунок 5.2.2, в, г) с использованием резьбового соединения. Возможно использование более простого варианта (рисунок 5.2.2, д) крепления винтом со смещенной осью.
В качестве элементов вспомогательного инструмента также используются переходные втулки, различные державки и оправки, цанговые и трехкулачковые патроны и др.
Недостатками сборных инструментальных блоков являются их повышенная 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.
а) б) в)
г) д)
Рисунок 5.2.1 - Схемы соединений сменного инструмента: 1 – инструмент;
2 – оправка
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.
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.
Рядом зарубежных фирм были разработаны различные инструментальные системы для ГПС. Одно из таких решений для станков токарной группы создано фирмой «Sandvix Coromant» (Швеция). Оно представляет собой компактные сменные режущие головки, оснащенные СМП и используемые для всех видов токарной обработки. Комплекты таких головок устанавливаются в магазинах барабанного типа, размещенных около станков. Для их автоматического нахождения головки кодируются и заменяются по команде компьютера.
Существует много способов кодирования инструмента и устройств для их считывания. В случае кодирования с помощью кодировочных винтов на державке режущего инструмента выполняются две плоскости, на каждой из которых имеются 9 отверстий для размещения кодировочных винтов. Так как каждая плоскость имеет 8+1 резьбовых отверстий, то в двоично-десятичном коде (информация типа «да» или «нет») можно закодировать четыре десятичных разряда, а именно числа от 0 до 9999.
При кодировании с помощью концентрических колец порядковое число режущего инструмента определяется с помощью аксиально-насаженных концентрических колец двух различных диаметров, размещенных на державке режущего инструмента. С помощью таких колец можно закодировать четыре десятичных разряда, то есть числа от 0 до 9999.
С помощью описанных выше систем кодирования нельзя закодировать режущий инструмент числом более 10 000, так как в этом случае увеличивается площадь для расположения кодировочных элементов. Разработаны новые методы кодирования, основанные на физических законах: магнитные системы кодирования; оптические; высокочастотные электронные.
Первые две системы кодирования не нашли широкого применения из-за органических недостатков, присущих каждой системе. Так, в магнитных системах кодирования носители информации режущего инструмента расположены на конусе режущего инструмента в зоне пазов. Для считывания информации должны быть использованы так называемые генераторы Холла. Особенность генераторов Холла в том, что они могут надежно считывать информацию только в том случае, если располагаются от носителей на расстоянии не более 0,01 мм. Очевидно, что их использование практически нереализуемо по причинам, обусловленным допусками.
Оптическая система кодирования основана на использовании так называемых БАР-кодов и содержит серию параллельных темных рисок, выполненных на светлом основании. Считывание информации осуществляется лучом света по методу отражения. Однако, при смачивании СОЖ или маслом светлого пространства, область спектра сдвигается, и система работает неуверенно.
Высокочастотная электронная система кодирования содержит две станции: передающую и приемную. Передающая станция выполнена на высокоинтегральных схемах и вмонтирована в корпус державки. Ее габариты 20X15 мм. Она не имеет своего источника питания. Если разместить такую станцию (катушку) около индукционной катушки, то в ней возникают мини-токи. Схема становится активной и посылает определенные импульсные сигналы.
Приемная станция оборудована компьютером, который воспринимает полученную информацию и может передать ее на центральный пункт переработки информации.
Кодировочная матрица имеет форму «8X8 бит». Это соответствует объему информации, равному максимум 264.
Система работает одновременно на перенос энергии и передачу информации за счет использования разных частот: перенос информации осуществляется на частотах нескольких десятков мегагерц, а перенос энергии — на частотах нескольких сотен килогерц.
С помощью такой системы возможно закодировать режущий инструмент на крупных ГПС, содержащих до 100 000 или даже до 1 000 000 режущих инструментов.
