Для обработки на станках с ЧПУ все условия выполнения технологических операций (выбор режущего и вспомогательного инструмента, конструкции приспособления, задающего определенным образом базирование и крепление заготовки, последовательность обработки и др.) должны быть определены на стадии разработки технологического процесса и занесены в программоноситель. В технологическую наладку станка с ЧПУ входят инструменты и приспособления, необходимые для обработки всех поверхностей, а также инструменты, применение которых снижает время обработки, облегчает обслуживание и т.д.

Технологически необходимые инструменты составляют комплект, состав которого зависит от вида заготовки, ее конфигурации, системы ЧПУ и технологических возможностей станка. Станок с ЧПУ благодаря своим конструктивным решениям (возможность автоматического изменения по программе частот вращения и подач в широком диапазоне) обеспечивает работу инструментов в рекомендуемых для него режимах на каждом из переходов.

Режущие инструменты закрепляются в шпинделе или на суппорте станка с помощью разнообразных вспомогательных приспособлений (оправок, втулок, патронов, державок, блоков). Инструменты станков с ЧПУ должны обладать:

· высокой режущей способностью;

· благоприятными условиями стружкоотвода;

· стабильностью качества и высокой стойкостью;

· возможностью настройки на размер вне станка;

· технологичностью в изготовлении и относительной простотой конструкции.

Для обеспечения этих требований для отдельных групп станков подобраны типовые комплекты (системы) инструментов. Типовой комплект (система) инструментов – это минимальный по числу и строго регламентированный по исполнению набор вспомогательных и режущих инструментов, позволяющий реализовать технологические возможности данной группы станков.

Такой комплект в сочетании с прибором предварительной настройки должен обеспечивать наладку инструмента для работ на станке с ЧПУ.

Конструкии режущего инструмента для станков с ЧПУ. Режущий инструмент для станков с ЧПУ представлен инструментами стандартных и специальных конструкций. Специальные конструкции, в свою очередь, делятся на комбинированные и модульные. Стандартные конструкции режущих инструментов приведены в справочниках. Эти инструменты являются режущими инструментами общего назначения и рекомендуются для использования на токарных, сверлильных, расточных и фрезерных станках с ЧПУ при обработке заготовок из конструкционных сталей и чугуна.

Условия эксплуатации инструмента на станках с ЧПУ отличаются от условий эксплуатации инструмента на обычных станках и определяются следующими факторами:

1) обработка отверстий осуществляется без кондукторных втулок и других направляющих устройств для инструмента. Погрешности обработки (например, увод сверла) не могут быть уменьшены при изготовлении деталей и не всегда могут быть учтены при составлении программы;

2) удельный вес времени резания от общего времени работы возрастает до 45 – 75 % вместо 20 % на обычных станках. Это снижает стойкость инструмента и увеличивает его расход;

3) детали обрабатывают по принципу автоматического получения заданных размеров, поэтому размерную настройку инструмента с учетом точностного баланса производят вне станка специальными контрольно-измерительными средствами.

Учитывая перечисленные условия эксплуатации, при выборе режущих инструментов необходимо руководствоваться следующим. При относительно большой серийности обработки на станках с ЧПУ используют комбинированный инструмент (например, для точных и взаимосвязанных отверстий и поверхностей). Применение комбинированного инструмента позволяет сократить штучное время при обработке заготовок корпусных деталей на 10…20 % благодаря уменьшению времени резания и вспомогательного времени.

Например, двухступенчатое сверло применяют для обработки ступенчатых отверстий (рис. 2.15, а); многоступенчатый зенкер (рис. 2.15, б) обеспечивает высокую производительность и допускает большое число повторных заточек. Длины ступеней этих зенкеров обычно равны соответствующим размерам обрабатываемых поверхностей. Затылование режущих зубьев зенкеров выполнено одинаковым на всех ступенях, чтобы при повторной заточке диаметры и длины ступеней не изменялись. Комбинирован

ный расточной инструмент (рис. 2.15, в) представляет собой державку 1, несущую сменные головки 2 с резцовыми вставками 3.

Примером комбинированной (модульной) конструкции являются сверла с многогранными неперетачиваемыми пластинами (рис. 2.16). Это сверло с коротким цилиндрическим хвостовиком 1 и штифтом 2, передающим крутящий момент. В качестве элемента модульной конструкции, применяемого на всей группе сверлильно-расточного инструмента является использование шестигранных неперетачиваемых твердосплавных пластин 3 с механическим креплением.

Режущий инструмент, применяемый на станках с ЧПУ, подразделяют на мерный, немерный и промежуточный. Мерными инструментами являются развертки, метчики, зенкеры. К немерным следует отнести резцы, у которых вершина режущей кромки не имеет точных расстояний от трех базовых поверхностей. Промежуточное исполнение имеют стандартные сверла: в диаметральном направлении они являются мерными, в осевом направлении их вершина занимает переменное положение, в зависимости от числа повторных заточек режущих кромок. Такая классификация режущего инструмента важна для компенсации параметров изнашивания инструмента с помощью системы ЧПУ.

Размерный износ режущего инструмента вызывает закономерно изменяющуюся погрешность. Инструмент изнашивается по задней и передней поверхностям. Особенно существенно сказывается на точности обработки изнашивание по задней поверхности инструмента. Размеры обрабатываемой заготовки меняются как по причине изменения положения вершины затупившегося инструмента, так и в связи с увеличением радиальной составляющей силы резания и повышенными отжимами инструмента относительно обрабатываемой заготовки. Необходимо на основе контроля результатов обработки предвидеть наиболее вероятные размеры каждой последующей детали и своевременно вносить коррекцию.

Программист рассчитывает перемещение одной из характерных (отсчетных) точек, принадлежащих рабочему органу станка.

Так, на токарных станках с поворотной головкой (рис. 2.17, а) чаще всего отсчетная точка О₁ совмещается с проекцией оси поворота головки на координатную плоскость осей Х и Z. В расточных, фрезерных, сверлильных и многооперационных станках (рис. 2.17, б) отсчетная точка О₁ находится на оси шпинделя у его переднего торца. Вершина режущего инструмента отстоит от отсчетной точки на некотором расстоянии:

W=,

 где W_x и W_z – проекции вектора W на координатные оси X и Z.

Координаты W_x и W_z  выбирают с учетом оптимальных вылетов режущих инструментов. Используя каталоги поверхностей, программист рассчитывает траекторию 2

перемещения отсчетной точки, представляя обрабатываемую поверхность 1 в виде кривой, равноотстоящей от программируемой точки на расстояние W.

Инструменты должны быть настроены таким образом, чтобы их вершины отстояли от отсчетной точки точно на предусмотренные управляющей программой координатные расстояния. Решению этой задачи служит настройка инструментов на размер.

Конструкция вспомогательного инструмента. Конструкция вспомогательного инструмента для станков с ЧПУ определяется его основными элементами: присоединительными поверхностями для крепления на станке его самого и режущего инструмента на нем. Устройства, осуществляющие автоматическую смену инструмента и его крепление, определяют конструкцию хвостовика, который должен быть одинаковым для всего режущего инструмента данного станка. Принята конструкция хвостовика с конусностью 7 : 24.

В качестве примера рассмотрим типовую оправку для сверлильных, фрезерных, расточных и многоцелевых станков с ЧПУ (рис. 2.18, а). Оправка имеет поверхность 1 для зажима в шпинделе станка после установки штыря 7 (рис. 2.18, б). На рис. 2.18, б показано размещение кодовых 6 и промежуточных 5 колец; поверхность 2 – для базирования в шпинделе станка; поверхность 3 контактирует с захватами; поверхность 4 – для установки и закрепления режущих и вспомогательных инструментов.

Основные размеры хвостовиков оправок приведены в табл. 2.11. Размер D₂ определяет свободное пространство для захвата автоматической рукой. Протяженность свободного пространства, очерченного на рисунке штрихпунктирными линиями, от торца фланца не менее 10 мм для хвостовика № 40 и не менее 16 мм для хвостовика № 50. Это пространство нельзя занимать элементами оправок и режущих инструментов. Коническая поверхность 6 (рис. 2.18, б) конусностью 7 : 24 и кольцевая канавка под захват автоматической рукой должны иметь твердость HRC 52 – 56. Канавки для кодирования оправки разрешено выполнять на поверхности диаметром d₃ и на штырях под захват механизмом осевого закрепления.

Таблица 2.11

Размеры хвостовиков оправок для многоцелевых станков с ЧПУ (см. рис. 2.18), мм

Вспомогательный инструмент служит для компоновки специальных функциональных единиц – инструментальных блоков (комбинаций режущего и вспомогательного инструмента), каждый из которых предназначен для выполнения конкретного технологического перехода. Вспомогательный инструмент классифицируют в соответствии с назначением для различных групп станков c ЧПУ, степенью их автоматизации (рис. 2.19).

Конструкции вспомогательных инструментов будут рассмотрены при изучении станков с ЧПУ различных типов (разд. 2.14).

Зажимные приспособления. К приспособлениям для станков с ЧПУ предъявляется ряд специфических требований, несоблюдение которых значительно снижает эффективность их применения: приспособления должны иметь повышенную точность; погрешности базирования и закрепления, возникающие при установке заготовок в приспособлениях, должны быть сведены к минимуму.

Станки с ЧПУ позволяют обрабатывать до четырех – пяти поверхностей с одной установки заготовки. Это означает, что приспособления должны открывать подход инструмента ко всем обрабатываемым поверхностям, а также допускать смену заготовок во время работы станка. Вместе с тем приспособления должны легко сменяться и переналаживаться. Наиболее эффективно применение системы переналаживаемых приспособлений, обеспечивающих обработку широкой номенклатуры заготовок за счет перекомпоновки устройств, смены или регулирования установочных и зажимных элементов. Приспособления для обработки малогабаритных заготовок должны быть многоместными, так как при этом возможна обработка сразу нескольких заготовок последовательно одним и тем же инструментом.