Прогрессивная технологическая оснастка

В условиях мелкосерийного и серийного производства, доминирующего в машиностроении, применение прогрессивных станочных приспособлений, режущего и вспомогательного инструмента в значительной мере повышает точность и производительность обработки заготовок на станках с числовым программным управлением (ЧПУ).

Чтобы повысить эффективность обработки деталей на токарных станках, в настоящее время промышленность выпускает высокоскоростные патроны с контргрузами, которые снижают влияние центробежных сил, возникающих на больших частотах вращения. Токарные станки с ЧПУ оснащаются револьверными головками с инструментом — фрезами, сверлами, метчиками и другими, благодаря чему они превращаются в многоцелевые станки типа «обрабатывающий центр».

В целях сокращения времени переналадки патронов токарных станков при закреплении заготовок разного диаметра отечественной промышленностью выпускаются патроны с пневмо, гидро и электромеханическим приводами. С применением таких быстропереналаживаемых патронов значительно снижаются простои дорогостоящего оборудования.

Для обработки заготовок на фрезерных и сверлильных станках с ЧПУ в условиях мелкосерийного производства используют комплекты универсально-сборных механизированных приспособлений (УСПМ-ЧПУ). Они включают базовые, установочные, зажимные, крепежные и другие элементы, соединяемые между собой посредством сочленения типа «паз—шпонка». Из этих элементов компонуют различные приспособления, которые после окончания обработки партии заготовок разбирают. Базовыми элементами таких приспособлений являются плиты с сеткой пазов для размещения и закрепления установочных элементов. В корпус плиты встроены гидроцилиндры, в отверстия штоков поршней которых ввинчивают шпильки зажимных устройств. Неиспользуемые гидроцилиндры отключают. Зажимают заготовки с помощью быстросменных шайб, сила зажима которых передается гайками шпилек. Широкое применение механизированных универсально-сборных приспособлений позволяет значительно сократить время на закрепление — раскрепление заготовок, повысить производительность станков.

В условиях серийного производства при обработке заготовок на фрезерных и сверлильных станках с ЧПУ предназначен комплект сборноразборных приспособлений (СРП-ЧПУ). В него входят базовые, установочные и зажимные элементы. На базовых плитах выполнены Т-образные пазы и сетка координатно-фиксирующих отверстий. Элементы приспособлений фиксируются один относительно другого системой типа «палец—отверстие». Переналадка приспособлений обеспечивается перекомпоновкой, регулировкой или сменой специальных насадок. Для механизации процесса закрепления заготовок в комплекте предусмотрены прямоугольные и круглые плиты со встроенными гидроцилиндрами.

Для установки на фрезерных и сверлильных станках с ЧПУ группы родственных по конфигурации заготовок различных типоразмеров выпускается также комплект специализированных наладочных приспособлений. Установка в них заготовок различных типоразмеров одной группы осуществляется путем замены сменных наладок.

В настоящее время в условиях единичного и мелкосерийного производства изготавливается около 80% всей продукции машиностроения. Резкое сокращение цикла обработки изделий за счет снижения межолерационных заделов и заделов готовых деталей на сборке может быть обеспечено лишь с применением гибких производственных систем (ГПС) — совокупности в различных сочетаниях оборудования с ЧПУ, гибких производственных модулей и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме, которая обладает свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры.

Возможность быстрой переналадки ГПС для обработки новой партии заготовок зависит не только и не столько от гибкости основного и вспомогательного оборудования, сколько от гибкости станочных приспособлений. Переналаживаемые станочные приспособления устанавливают на так называемых полетах (спутниках). Для этого многоцелевые станки с ЧПУ оснащаются магазинами-наполнителями спутников и устройствами их автоматической смены. Заготовки размещают и закрепляют на станции загрузки — разгрузки приспособлений. Спутники с установленными заготовками хранятся в пристаночных магазинах-наполнителях, откуда по команде ЧПУ-ЭВМ автоматически подаются на стол станка, а спутники с обработанными заготовками — в магазин-наполнитель. При этом станок может работать во 2-ю и 3-ю смены без обслуживающего персонала.

В настоящее время промышленность выпускает комплекты универсально-сборочной переналаживаемой оснастки (УСПО), из которых компонуются приспособления для многоцелевых станков ГПС. Такая оснастка представляет собой совокупность стандартных деталей и сборочных единиц, из которых методом агрегатирования, минуя стадию технологического проектирования, можно собирать различные конструкции. Элементы УСПО не имеют пазов: они фиксируются между собой посредством отверстий и разжимных втулок, обеспечивающих беззазорное соединение сопрягаемых деталей. Это увеличивает жесткость компоновок и позволяет производить обработку заготовок на максимальных режимах резания. Благодаря соответствующим свойствам материалов, применяемых для изготовления элементов, и их химикотермической обработке срок их службы может достигнуть 10 лет. В комплекте УСПО предусмотрены средства механизации зажима заготовок — пневмогидравлические преобразователи давления, гидроцилиндры, арматура.

Дальнейшее совершенствование таких комплектов привело к созданию системы с бесшланговой подачей масла в гидроцилиндры, что повышает надежность работы приспособлений и обеспечивает доступ инструмента ко всем обрабатываемым поверхностям. базовой деталью комплекта является плита с сеткой гладких цилиндрических и резьбовых отверстий. В плите имеются каналы, соединенные с резьбовыми отверстиями, в которые ввинчиваются горизонтальные и вертикальные гидроцилиндры (остальные заглушают пробками). В комплект входят также установочные и зажимные элементы. Масло в гидроцилиндры при зажиме заготовок поступает от пневмогидравлического преобразователя давления через быстроразъемную муфту с автоматическим запором масла и далее через каналы в плите. После зажима заготовок муфту разъединяют. Пружинный гидроаккумулятор поддерживает необходимое давление в гидроцилиндрах.

Продолжаются работы по совершенствованию конструкции приспособлений универсально-сборочной переналаживаемой оснастки. Так, новая система УСПО-V обеспечивает легкоразъемное беззазорное соединение сопряженных деталей приспособления за счет взаимной ориентации их блоками цилиндрических шпонок. Шпонки вставляются в V-образные пазы, выполненные на установочных поверхностях деталей.

Неотъемлемой частью станка с ЧПУ является комплект вспомогательного инструмента. Это связано с необходимостью осуществлять крепление и смену различного режущего инструмента в шпинделе с единственным по конструкции посадочным местом. Для этой цели вспомогательный инструмент имеет унифицированный хвостовик и переднюю зажимную часть для крепления режущих инструментов различных типов. Так, для станков сверлильно-расточной и фрезерной групп применяется инструмент, имеющий унифицированный хвостовик с присоединительной поверхностью конусностью 7:24 по ГОСТ 25827—83. Кроме того, используются хвостовики типоразмеров 40 и 50 с V-образной канавкой на наружном диаметре фланца.

В состав комплекта вспомогательного инструмента для таких станков входят различные крепежные приспособления, например, оправки для насадных торцовых, трехсторонних, цилиндрических и других фрез; цанговые патроны для инструмента с цилиндрическим хвостовиком (стандартных сверл, зенкеров, разверток и фрез диаметром до 20 мм, специальных фрез диаметром 20—40 мм); патрон для крепления винтами сбоку концевых фрез; переходные втулки для инструмента с конусом Морзе; расточная головка, в которой устанавливаются две неперетачиваемые твердосплавные пластины для предварительного растачивания отверстий диаметром 80—250 мм и другие. Сокращение вспомогательного времени и времени переналадки достигается с применением автоматически сменяемых многошпиндельных головок, оправок с механизмами подналадки положения режущих кромок.

Основное время обработки сокращается с использованием конструкций, непосредственно влияющих на стойкость режущего инструмента. К ним относятся патроны для подвода смазочно-охлаждающей жидкости прямо к режущим кромкам и ускорительные головки, которые увеличивают в 5—7 раз частоту вращения инструмента по сравнению со шпинделем станка. Ускорительные головки должны обеспечивать максимальную частоту вращения режущего инструмента не менее 130 с , коэффициент мультипликации 4—5, максимальное радиальное и осевое усилие не более 1000 Н, минимальную жесткость не менее 100 Н/мкм, максимальный крутящий момент на режущем инструменте не более 4 Н - м. При этом уровень шума не должен превышать 50 дБ, а периодичность смазки проводится не чаще одного раза в год.

Перечисленным требованиям наиболее полно отвечают ускорительные головки, использующие зубчатые планетарные передачи (может быть применена передача с одной ступенью подвижности). Такая передача имеет большую нагрузочную способность и более высокий кпд, чем зубчатые передачи тех же габаритов с неподвижными осями колес. С применением ускорительных головок подобного типа появляется возможность использовать мелкоразмерный инструмент на станках, предназначенных для обработки крупногабаритных деталей и имеющих максимальную частоту вращения шпинделя 60 с . Увеличение скорости резания до оптимальной величины позволяет значительно повысить надежность работы инструмента.

На токарных станках применяется вспомогательный инструмент с унифицированными цилиндрическими хвостовиками для крепления его в отверстиях револьверных головок. В состав комплекта такого инструмента входят, например, резцедержатели, в которых устанавливают резцы сечением от 16X16 до 40Х40 мм для обработки наружных и внутренних.поверхностей деталей. В конструкции этих резцедержателей отсутствуют какие-либо выступающие элементы (винты или трубки), на которые может навиваться стружка. Смазочно-охлаждающая жидкость подводится к вершине резца от револьверной головки.

Весьма перспективно применение на токарных станках державок с закрепленной режущей пластиной (перовых сверл). Для крепления режущего инструмента с конусом Морзе используются переходная жесткая втулка и патрон с самоустанавливающейся втулкой. Резьбу Мб— М27 нарезают метчиками, закрепленными в патроне другого типа, причем при оснащении его специальной вставкой можно нарезать резьбу плашками. Кроме того, в состав комплекта входят различные переходные втулки, которые позволяют использовать на станках токарной группы инструмент сверлильно-расточных и фрезерных станков.

Время на переналадку и межоперационные простои значительно сокращается при выполнении на токарных станках с ЧПУ таких операций, как сверление внецентровых и радиальных отверстий, нарезание в них резьбы, фрезерование уступов и шпоночных пазов. Вспомогательный инструмент для этих целей включает в себя прямые и угловые головки с цанговым зажимом, конусом Морзе и резьбонарезным патроном.

Разработанная система унифицированного вспомогательного инструмента наряду со стандартизацией присоединительных поверхностей как этого инструмента, так и револьверной головки создала предпосылки для централизованного выпуска инструментальной оснастки, позволяющей максимально реализовать технологические возможности не только выпускаемых и перспективных моделей станков с ЧПУ, но и ГПС в целом.