Точность позиционирования инструментальных блоков

Точность позиционирования инструментальных блоков зависит от биения режущих кромок инструмента. Биение режущих кромок инструмента в системе координат станка рассматривают как замыкающее звено сложной размерной цепи, образованной отклонениями линейных и угловых размеров элементов вспомогательного инструмента.

Применяя теоретико-вероятностный метод, можно рассчитать биение режущей части как вероятностную сумму рассеяния отклонений составляющих их цепей.

Например, при закреплении цилиндрической оправки в цанговом патроне, который установлен в шпинделе станка с ЧПУ с отверстием 7:24 при определении биения цилиндрической оправки суммируют (учитывают) следующие погрешности (составляющие размерной цепи):

1. Биение конического отверстия в шпинделе.

2. Перекос оси шпинделя.

3. Перекос оси цангового патрона от погрешности изготовления.

4. Биение конического отверстия шпинделя относительно оси хвостовика цангового патрона (имеющего конусность 7:24).

5. Биение оси цанги при установке ее в корпусе патрона.

6. Радиальное биение цилиндрического отверстия в цанге относительно ее наружного цилиндра.

Допустимое биение режущих кромок после установки инструментальных блоков в шпиндель для различных типов инструментов см. на предыдущей странице.

8. Подсистема инструментального обеспечения гибкого автоматизированного производства (гап); ее структура и организация

Современному машиностроению серийного характера (75 % общего объема продукции машиностроения) присуще:

• постоянное усложнение конструкции изделий;

• увеличение номенклатуры изделий;

• частая смена объектов производства;

• сокращение сроков освоения новой продукции.

Эффективным средством реализации этого является широкое применение гибких производственных комплексов (ГПК), которые управляются от ЭВМ и работают по принципу гибко перестраиваемой технологии.

На основе ГПК практически реализуется принцип «безлюдной» технологии механической обработки с круглосуточной эксплуатацией инструмента, т.к. в ГПК автоматизированы:

• подача на станок заготовки и удаление со станка обработанной детали;

• механическая обработка детали по заданной программе;

• смена режущих и измерительных инструментов;

• контроль качества обработки детали;

• транспортирование заготовок из склада к станкам и обработанных деталей от станков к складу;

• отвод стружки от станков и подача СОЖ;

• смена программ обработки.

ГАП – это гибкая производственная система, состоящая из одного или нескольких гибких производственных комплексов (ГПК).

ГПК – одна из 3-х составляющих частей ГАП. Две остальные составляющие – это:

• АСУ ТПП – автоматизированная система управления технологической подготовки производства;

• АСУП – автоматизированная система управления производством.

ГПК – это гибкая производственная система, состоящая из нескольких гибких производственных модулей (ГПМ), объединенных автоматизированной системой управления и автоматизированной транспортно-складской системой, автономно функционирующая в течение заданного интервала времени и имеющая возможность встраивания в систему более высокой ступени автоматизации (ГОСТ 26228-84).

ГПМ – это гибкая производственная система низшего уровня (1-го уровня). Это элементарный компонент ГПК, не способный функционировать автономно (самостоятельно). Состав ГПМ:

• станки с ЧПУ или (чаще) многооперационные станки (ОЦ);

• промышленный робот, то есть устройство загрузки и разгрузки;

• накопители;

• приспособления-спутники (паллеты);

• устройства замены оснастки;

• устройства удаления стружки;

• автоматизированный контроль, включая и диагностирование, переналадки и т.п..

Простейший ГПМ - это станок с ЧПУ типа ОЦ с одним иди двумя инструментальными магазинами.

Для того, чтобы определить требования к инструментальной оснастке для ГПК, проанализируем себестоимость операции:

;

– не зависит от оснастки;

где С – полная себестоимость механической обработки заготовки;

С_пер – переменная доля себестоимости, зависящая от инструментальной оснастки и режимов резания. На С_пер влияют:

• продолжительность рабочего хода и дополнительных движений;

• плановые потери времени работы станка на смену инструмента;

• плановые потери времени работы станка наладку, подналадку или размерное регулирование инструмента;

• затраты на амортизацию и заточку инструмента за период его стойкости;

• заработная плата наладчика за 1 мин;

• продолжительность работы инструмента без замены (относительная стойкость).

С_всп – постоянная доля себестоимости, не зависящая от инструментальной оснастки, а зависящая от продолжительности вспомогательной работы, то есть ХХ, времени на установку и снятие детали и т.п., то есть, чтобы снизить эту долю себестоимости необходимо увеличить скорость XX и сократить время на установку, закрепление и снятие детали (ХХ – холостой ход).

С_прост – доля себестоимости, связанная с простоем оборудования. Частично зависит от инструментальной оснастки, например, случайный выход из строя инструмента или, например, если плохо сформированная стружка будет препятствовать автоматическому циклу работы станка.

С_{изн.ин-та} – постоянная доля себестоимости, плановые затраты, связанные с износом инструмента и отнесенные к одной детали.

С_накл – постоянная доля себестоимости, затраты не зависящие от инструментальной оснастки и от темпа операции, например, накладные расходы.

Следовательно, чтобы уменьшить себестоимость механической операции, инструментальная оснастка должна удовлетворять следующим требованиям:

1. Обеспечить снижение затрат, связанных с работой и эксплуатацией инструмента. Это можно достичь:

• применением быстросменного инструмента;

• сокращением времени на установку и смену инструмента за счет упрощения элементов крепления инструмента (например, схема крепления МНП косой тягой);

• применением механизмов для автоматической смены инструмента во время XX станка (ХХ – холостой ход);

• применением инструмента, настраиваемого на размер вне станка, что сокращает время на наладку инструмента на станке (резцы, фрезы и т.п);

• повышение стойкости инструмента, что обеспечивается не только режущими свойствами инструментального материала режущей части, но и применением механизмов автоматической подналадки инструментов, а также созданием специальных инструментов, например, с обновлением режущей кроши по мере износа (например, чашечный резец).

2. Снизить внеплановые простои оборудования применением устройств, сигнализирующих о предельном износе или поломке инструмента, кроме того, обеспечить надежное формирование и отвод стружки.

Кроме этих требований, обеспечивающих снижение себестоимости механической обработки, к инструментальной оснастке для ГПК предъявляется дополнительные требования:

1. Инструмент для ГПК должен быть малогабаритным – для уменьшения размеров оборудования и площадей инструментальных складов. С этой целью инструмент расчленяют на взаимозаменяемые унифицированные элементы – модули, которые в зависимости от технологической задачи могут компоноваться в различных комбинациях (резцовые блоки, кассеты, удлинители, втулки и т.п.).

2. Переналаженный инструмент, построенный по модульному принципу, должен иметь результирующие точность и жесткость не ниже требуемых для данного перехода. Это достигается высоким качеством присоединительных поверхностей всех элементов.

3. Инструментальная оснастка должна удовлетворять всем требованиям, предъявляемым к оснастке станков автоматизированного производства и станков с ЧПУ, например:

• обеспечивать точное базирование и надежное закрепление РИ;

• обеспечить взаимозаменяемость инструмента, то есть выход режущих кромок инструмента на заданные координаты по программе с заданной точностью;

• виброустойчивость при работе различными РИ;

• широкое применение стандартизированных режущих инструментов и прежде всего – МНП, а также присоединительных крепежных элементов (цилиндрические хвостовики по ГОСТ, конические – с конусностью 7:24) и т.д. с повышенной точностью исполнения.

Автоматизированный контроль размеров обрабатываемой детали осуществляют непосредственно на станке. Используют специальные измерительные устройства, которые могут быть смонтированы в инструментальной оснастке, помещённой в инструментальный магазин:

• Датчиками: щуп касается поверхности и выдает информацию на управляющую ЭВМ;

• электронный измерительный щуп.

Контроль состояния режущей кромки может быть прямой и косвенный:

1. – прямой:

• микроскопом;

• миникомпьютером;

• фотодатчиком.

2. – косвенный по:

• силе резания;

• точности размеров и шероховатости;

• акустический (шум при резании);

• температуре резания;

• потребляемой энергии;

• вибрации.

В соответствии с этими методами применяются специальные устройства, приборы и приспособления.