Режущий инструмент для станков с ЧПУ должен иметь высокую стойкость, возможность предварительной настройки на размер вне станка (совместно с применяемым вспомогательным инструментом); быстросменность при переналадке на изготовление другой детали или замене затупившегося инструмента; высокую точность повторения положения режущих кромок инструмента относительно установочных баз; технологичность в изготовлении и относительную простоту конструкции.
На станках с ЧПУ в настоящее время применяют в основном режущие инструменты с механическим креплением многогранных твердосплавных режущих пластинок, а также из минералокерамики и сверхтвердых материалов. Режущие инструменты закрепляются в шпинделе или на суппорте станка с помощью разнообразных вспомогательных инструментов: оправок, втулок, патронов, державок, блоков.
Конструкцию вспомогательного инструмента определяют его основные элементы: поверхности, предназначенные для его крепления на рабочих органах станка; поверхности, предназначенные для крепления на нем режущих инструментов.
Устройства, осуществляющие крепление вспомогательного инструмента (оправок и державок) на станке, определяют конструкцию хвостовика (у оправок) и базовых поверхностей (у державок), которые унифицированы для применения на разных станках.
Для установки и регулирования положения режущих инструментов в оправках применяют различные по конструкции переходники (адаптеры) (рис. 3.26).
Разработаны комплекты унифицированного вспомогательного инструмента, которые образуют инструментальные системы для соответствующих групп станков с ЧПУ. Структура и характеристика таких систем для токарных, фрезерных и многоцелевых станков описаны в работах [4, 7,9].
Унификация вспомогательного инструмента основана на принципе взаимозаменяемости (элементы должны комплектоваться в инструментальные блоки без дополнительной пригонки) и рационального разделения конструкций инструментальных блоков на агрегаты. Каждый агрегат выполняет определенную функцию и может многократно использоваться при создании различных инструментальных блоков с необходимой точностью и жесткостью соединения.
К вспомогательному инструменту предъявляют следующие требования:
• его номенклатура и стоимость должны быть экономически целесообразными;
Рис. 3.26. Схема построения инструментального комплекта для многоцелевых станков:
· 7 — шпиндель; 2 — оправки;
· 3 — фреза; 4 — патрон для крепления сверла;
· 5 — переходные оправки
· • при установке и креплении режущего инструмента должны обеспечиваться требуемая точность, жесткость и виброустойчивость с учетом интенсивных режимов работы;
· • должна быть предусмотрена возможность (в необходимых случаях) регулирования положения режущего инструмента;
· • обслуживание должно быть удобным (при необходимости — быстросменность);
· • изготовление и конструкция должны быть простыми;
· • масса вспомогательного инструмента не должна превышать определенной величины для исключения трудностей при смене режущего инструмента;
· • посадочные места оправок (хвостовики) и резцедержавок следует выполнять с высокой точностью для обеспечения идентичности их положения при установке и креплении в одном и том же шпинделе или на одном и том же суппорте станка, а также на приборе настройки режущих инструментов.
Для закрепления режущего инструмента на фрезерных и многоцелевых станках применяют оправки, размеры которых регламентированы ГОСТ 25827—93. Данный стандарт распространяется на хвостовики оправок с конусом 7: 24 для их ручной и автоматической смены.
В последние годы получает все большее развитие высокоскоростная обработка заготовок, что потребовало значительного увеличения частот вращения шпинделя в станках с ЧПУ.
Было установлено, что широко применяющиеся на многоцелевых станках оправки с коническим хвостовиком (конус 7: 24) имеют слишком большую массу. При высоких частотах вращения шпинделя это приводит к появлению осевой составляющей центробежной силы, сопоставимой с силой закрепления оправки в шпинделе. Так как эти силы направлены в противоположные стороны, то может произойти раскрепление оправки, нарушение базирования ее хвостовика в шпинделе станка и, следовательно, снижение жесткости и точности этого крепления.
Фирмой ОТТ JAKOB (ФРГ) были разработаны новые полые оправки с укороченным конусным хвостовиком HSK.
В нашей стране вышел ГОСТ Р 51726—2001, регламентирующий крепление оправок с полым коническим хвостовиком HSK типа А. В стандарте полностью отражены требования стандарта ДИН 69063— 1—95 «Крепление инструментов с полым коническим хвостовиком (HSK) типа А Присоединительные размеры».
Современные токарные станки с ЧПУ в большинстве случаев имеют револьверную головку (одну, две или три), в 6, 8, 12, 16 позициях которой устанавливают различные режущие инструменты. Их установку осуществляют также с применением вспомогательного инструмента (резцедержавок).
В настоящее время для токарных станков с ЧПУ разработаны две подсистемы вспомогательного инструмента: с цилиндрическим хвостовиком и базирующей призмой (см. работы [4, 7]).
В связи со значительными трудностями смены державок с инструментом, установленным в револьверной головке токарного станка, в настоящее время применяют державки с быстросменными резцовыми головками (рис. 3.27).
При таком конструктивном исполнении, когда сами державки остаются в револьверной головке, а меняются только базируемые в них резцовые головки (при износе инструмента или при переходе на обработку других заготовок), упрощаются смена и настройка инструментов в револьверной головке, а также становится возможной замена резцовых головок автоматически с помощью автооператора или промышленного робота.
При автоматическом цикле обработки заготовок на станках с ЧПУ и автоматической смене режущих инструментов точность изготовления деталей в значительной степени зависит от точности предварительной размерной настройки режущих инструментов, точности их исходного положения по отношению к заготовке. Размерная настройка режущих инструментов может выполняться двумя способами: вне станка на специальных приборах и непосредственно на станке перед началом обработки с применением измерительных щупов.
Приборы для настройки режущих инструментов при их установке и закреплении в оправках и на державках подразделяют на две
Рис. 3.27. Схемы закрепления быстросменных резцовых головок: а — фирмы Sandvik Coromant (Швеция); б — фирмы Krupp Widia (Германия)
группы: контактные и бесконтактные. Первые оснащают индикаторами, вторые — оптическими средствами измерения (микроскопами, проекторами, компараторами).
Второй способ — настройка непосредственно на станке путем касания режущим инструментом специальных измерительных щупов, установленных на столе станка, на специальном выдвижном кронштейне, на шпиндельной бабке и др., и сообщения в систему ЧПУ действительного положения резущей кромки инструмента.