Какие инструменты используются при той или иной технологии механической обработки деталей

Существуют различные варианты классификации металлорежущих станков с ЧПУ. В зависимости от того, для выполнения каких основных видов обработки они предназначены, станки с ЧПУ относятся к одной из следующих технологических групп – токарным, фрезерным, сверлильным, координатно-расточным, сверлильно-фрезерным (фрезерно-расточным), сверлильно-фрезерно-расточным, шлифовальным, многоцелевым (многооперационным), обрабатывающим центрам, предназначенным для электрообработки и пр.

В зависимости от принципа управления движением, определяемого системой ЧПУ, станки принадлежат к одной из трех групп – первая представлена оборудованием с позиционными системами ЧПУ, вторая – с контурными системами ЧПУ, в третью входят станки с комбинированными системами ЧПУ.

В зависимости от количества используемого инструмента станки могут быть одноинструментальными или многоинструментальными. Во многоинструментальном оборудовании используется до 12 станков. В тех, что способны обеспечить наиболее высокую концентрацию операций, имеется свыше 12 инструментов. Они снабжены специальным магазином для их размещения. Такое оборудование называется многоцелевым.

При помощи многоцелевых станков с ЧПУ выполняется большое количество операций с одной установкой детали на станке, что приобретает особую актуальность при значительном числе переходов.

Целесообразнее использовать бесконсольную компоновку станков средних размеров, оснащенных крестовым столом и горизонтальным либо вертикальным шпинделем (в первом случае часто используется встроенный поворотный стол).

Такая компоновка более жесткая в сравнении с консольным размещением стола, благодаря чему повышается точность обработки, а за счет постоянной высоты стола оборудование оснащается устройствами, позволяющими автоматически менять заготовки. С помощью одно- или двухстоечных многоцелевых станков с ЧПУ и продольным перемещением стола можно обрабатывать детали, имеющие большую длину. Такая компоновка оборудования также более жесткая в сравнении со станками, оборудованными крестовым столом.

Технологии механической обработки деталей предполагают, что режущие инструменты испытывают значительные нагрузки, высокие температуры, трение и износ, поэтому для них важны особые эксплуатационные требования. Рабочая часть инструментов должна изготавливаться из материалов большой твердости, выдерживающих повышенное напряжение на изгиб, растяжение, сжатие, кручение.

Также материалы, из которых изготавливаются инструменты, должны оставаться твердыми под воздействием высокой температуры нагрева (иметь высокую красностойкость). Очень важна такая характеристика инструментального материала, как износостойкость. Чем она выше, тем медленнее будет происходить износ инструмента и тем выше будет его размерная стойкость, т. е. разброс в размере деталей, последовательно обработанных одним и тем же инструментом, должен быть минимальным.

Успешная технология механической обработки деталей требует как можно меньшего содержания в материалах, из которых изготавливаются режущие инструменты, дефицитных элементов.

· Углеродистые инструментальные стали содержат 0,9–1,3 % углерода. Инструменты выполняют из качественных сталей У10А, У11А, У12А. В результате термической обработки стали (HRC3 60-62) их красностойкость составляет +200…+250 °С. При такой температуре твердость стали значительно снижается, инструменты становятся непригодными для резки. Применение подобных сталей ограничено, поскольку допустимая скорость резания не может быть больше 15–18 м/мин. Они используются для производства метчиков, плашек, ножовочных полотен и др.

· Легированные инструментальные стали. В их основе лежат углеродистые стали, легированные хромом X, вольфрамом В, ванадием Ф, кремнием С и пр. Красностойкость таких сталей (HRC3 62-64) после термообработки составляет +250…+300 °С.

Легированные стали отличаются от углеродистых повышенной вязкостью в закаленном состоянии, более высокой прокаливаемостью, меньшей склонностью к деформациям и появлению трещин в процессе закалки. Допустимая скорость резания варьируется от 15 до 25 м/мин. Из сталей 9ХВГ, ХВГ, ХГ, 6ХС 9ХС и др. изготавливают протяжки, сверла, метчики, плашки, развертки.

· Быстрорежущие стали с содержанием 8,9–19 % W, 3,8–4,4 % Cz, 2–10 % Со и V. Режущие инструменты изготавливают из сталей Р9, Р12, Р18, Р6МЗ, Р6М5, Р9Ф5, Р14Ф4, Р18Ф2, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф2, Р10К5Ф5. Красностойкость термически обработанного инструмента из быстрорежущей стали (HRC3 62-65) составляет +600…+630 °С.

Для инструмента характерна повышенная износостойкость и возможность работы со скоростями до 100 м/мин. Из стали Р9 изготавливают инструменты простой формы (резцы, фрезы, зенкеры). Фасонные и сложные инструменты (для нарезания резьбы и зубьев), которые должны отличаться высокой износостойкостью, изготавливаются из стали Р18.

· Кобальтовые быстрорежущие стали (Р9К5, Р18К5Ф2, Р9К10) подходят для технологии механической обработки деталей, при изготовлении которых использовались труднообрабатываемые коррозионностойкие и жаропрочные стали и сплавы – их рекомендуется использовать при работе в сложных условиях (при тяжелом прерывистом резании, вибрациях, плохих условиях охлаждения).

· Ванадиевые быстрорежущие стали (Р9Ф5, Р14Ф4) используют для производства инструментов, с помощью которых выполняют чистовую обработку (протяжку, развертку, цековку). Они подходят для работы с деталями, изготовленными из труднообрабатываемых материалов при срезании стружек с небольшим поперечным сечением.

· Вольфрамо-молибденовые стали (Р9М4, Р6МЗ) рекомендуются для производства инструментов, используемых для черновой обработки, из них также изготавливают протяжки, фрезы и др. инструменты. Экономия быстрорежущих сталей достигается за счет изготовления сборного и сварного инструмента. Для рабочей части инструмента применяется быстрорежущая сталь, свариваемая из углеродистой стали 45,50,40Х и т. п. с хвостовиком. Зачастую применяются пластинки из быстрорежущей стали, приваренные к державкам или корпусам инструментов.

· Металлокерамические сплавы представляют собой твердый раствор, в состав которого входит карбид вольфрама, титана и тантала (WC, Ti С, Та С) в металлическом кобальте (Со).