1. Резьбонарезные.

- В конструкцию инструмента входит угол профиля резьбы. Все остальные параметры определяются движением станка (стержневые резьбовые резцы, однониточные резьбовые фрезы, однониточные шлифовальные круги)

- Полу-универсальный инструмент. В конструкцию заложен параметр угла профиля резьбы и шаг (резьбонарезные гребенки, многониточные резьбонарезные фрезы, многониточные шлифовальные круги).

- Специальный. В конструкцию заложены все параметры (метчики, плашки).

2. Резьбонакатные (путем пластической деформации). Процесс резьбонакатывания отличается производительностью, его целесообразно применять в крупносерийном и массовом производстве.

- Резьбонакатные ролики (с радиальной подачей, с тангенциальной подачей, с осевой подачей).

- Резьбонакатные плашки (плоские плашки, сегментные плашки, выдавливающие плашки).

- Резьбонакатные головки (с тангенциальной подачей, аксиальные).

- Накатные.

Протяжной инструмент.

Протяжки – многозубые, высокопроизводительные инструменты, применяющиеся в крупносерийном и массовом производстве для обработки наружных и внутренних поверхностей.

Протяжки относятся к инструменту с конструктивной подачей. Протяжки, предназначенные для обработки внутренних поверхностей называются внутренними, а для обработки наружных – наружными.

Главное движение резания у протяжек чаще всего прямолинейное поступательное. Но также встречаются протяжки с винтовым протягивающим движением. Процесс протягивания происходит на специальных горизонтальных или вертикальных станках.

Прошивка – частный случай протяжки. При обработке отверстий прошивкой сила прикладывается к торцу инструмента. Прошивка работает на сжатие, у прошивок есть ограничение, для ее продольной устойчивости, длина прошивки должна быть не более 15 диаметров. Скорость V при протягивании 6-12 м/мин. Протяжками обеспечивается высокая точность и хорошая шероховатость R_а 0,32-2,5 мм.

Лекция №6

Инструменты для нарезания зубчатых колес.

Подавляющее большинство передач имеют зубчатые колеса с эвольвентным зацеплением.

Эвольвента, как кривая для формирования профиля зуба колеса была предложена Л. Эйлером. Обладает преимуществом перед другими кривыми:

- обеспечивает постоянство передаточного отношения;

- нечувствительна к неточности межосевого расстояния;

- проста и технологична в изготовлении;

- легко стандартизуется.

Эвольвента – траектория движения точки, принадлежащей прямой, перекатывающейся по окружности.

Прямая – производящая прямая, окружность – основная окружность.

Свойства эвольвенты:

- форма определяется радиусом окружности;

- нормаль к эвольвенте в любой точке – касательная к ее окружности;

- эвольвента одной окружности – эквидистантные кривые.

Положение любой точки на профиле характеризуется:

- диаметром окружности, на которой она расположена;

- характерными узлами (v – угол развернутости, a – угол профиля, inv a – эвольвентный угол).

Зубчатые колеса с эвольвентным профилем нарезаются двумя методами:

1. Метод копирования. По чертежу колеса изготавливается модульная фреза, режущая часть которой соответствует впадине между зубьями. Вращаясь, фреза перемещается вдоль боковой образующей зуба колеса. За каждый проход фрезы в заготовке в заготовке нарезается одна впадина. Фреза, возвращаясь в исходное положение, заготовка поворачивается.

Метод копирования прост, но малопроизводителен, уступает по точности методу обката, применяется в единичном производстве.

2. Метод обкатки. Инструменту, режущие кромки которого имеют точки очертания зубчатого колеса или рейки и заготовке сообщают такие относительные движения, будто они находятся в зубчатом зацеплении. Является этот метод точным и высокопроизводительным.

Основные группы инструментальных материалов.

Инструментальные стали: углеродистые, легированные, быстрорежущие.

Твердые сплавы: вольфрамокобальтовые, титановольфрамовые, титанотанталовольфрамовые, безвольфрамовые.

Керамика: оксидная, оксидно-карбидовая, оксидно-нитридная, нитридная.

Сверхтвердые сплавы: на основе алмаза, на основе нитрида бора.

Области применения инструментальных материалов.

Методы поверхностей модификации.

Наиболее частым совершенствованием материалов является поверхностная модификация. Она заключается в направленном изменении физикомеханических и кристаллохимических свойств поверхностей инструментов. Модификация позволяет создать инструменты с уникальным сочетанием свойств (прочность и твердость).

Методы:

- Нанесение покрытий – химическое осаждение, физическое осаждение электрическим способом, газотермическое напыление, наплавка, лакирование.

- Легирование – химико-термическая обработка, ионная имплантация, лазерное легирование, электроскопическое, электроионнолучевое, плазменное.

- Термическое воздействие – закалка токами, лазерная закалка, электро-лучевая обработка, плазменная закалка, криогенная обработка, газоплазменная закалка.

- Деформация – дробеструйная обработка, вибрация, упрочнение взрывом, ультразвуковая обработка, выглаживание.

Лекция №7

Вспомогательный инструмент для станков с ЧПУ.

Повышение производительности станков с ЧПУ в значительной мере зависит от технического уровня вспомогательного инструмента, который обеспечивает возможность сокращения всех составляющих штучно-калькуляционного времени.

Присоединительные поверхности вспомогательного времени соответствуют, с одной стороны, основным видам крепления компоновок инструмента на станке, а с другой – адекватны всем многообразным типам и типоразмерам присоединительных поверхностей режущего инструмента.

Количество присоединительных поверхностей для закрепления режущего инструмента только на одном многооперационном станке может доходить до 200 типоразмеров.

Унификация типов вспомогательного инструмента осуществляется путем использования принципа агрегатирования и взаимозаменяемости агрегатов между моделями и видами станков с ЧПУ.

При выборе ВИ отдают предпочтение конструкциям со стандартными элементами, регламентированными ГОСТ-ами и стандартами ИСО, обеспечивающим взаимозаменяемость конструкций и снижение стоимости инструмента.

При выборе материала для ВИ исходят из следующих требований к присоединительным поверхностям: параметр шероховатости R_a ≤ 0,4 мкм, твердость 58…62 HRC, рекомендуются стали 18ХГТ или 20ХН3А.

Классификация вида закрепления инструмента.

Требования к вспомогательным инструментам для станков с ЧПУ.

- Крепление режущего инструмента должно быть выполнено с требуемой точностью, жесткостью и виброустойчивостью.

- Возможность регулирования режущих кромок инструмента относительно координат станка.

- Расширение технологических переходов.

- Концентрация технологических переходов.

- Удобство в эксплуатации.

- Технологичность изготовления.

Хвостовики инструмента для станков с ЧПУ.

Распространенными являются хвостовики с конусами конусностью 7:24. Стандартная конструкция по DIN 2080 применяется на фрезерных и расточных станках с ручной сменой инструмента. Для станков с автоматической сменой инструмента используют хвостовики по ГОСТ 25827-93, исполнение 3, имеющие тот же размерный ряд, что и по DIN 2080, но отличающиеся трапецеидальной проточкой во фланце под захват устройства с автоматической сменой инструмента.

Так же распространены во всем мире хвостовики по ГОСТ 25827-93, исполнение 2, соответствующие немецкому стандарту DIN, стандарту ISO, и японскому стандарту MAS.

Основные размеры, мм, хвостовиков по DIN 2080

Основные размеры, мм, хвостовиков по ГОСТ 25827-93, исполнение 3

Система вспомогательного инструмента для токарных станков с ЧПУ.

1. Резцедержатель с перпендикулярным открытым пазом

2. Резцедержатель с перпендикулярным закрытым пазом

3. Резцедержатель с параллельным открытым пазом

4. Резцедержатель с перпендикулярным и параллельным открытым пазом

5. Резцедержатель с осевым открытым пазом

6. Резцедержатель с перпендикулярным открытым пазом для отрезных резцов

7. Резцедержатель несимметричный с перпендикулярным открытым пазом

8. Удлиненный резцедержатель с перпендикулярным открытым пазом

9. Удлиненный резцедержатель с параллельным открытым пазом

10. Переходная втулка

11. Сверло перовое

12. Втулка переходная с конусом Морзе

13. Втулка переходная плавающая с конусом Морзе

14. Борштанга расточная с перпендикулярным пазом

15. Борштанга расточная с наклонным пазом

16. Патрон для метчиков

17. Втулка переходная разжимная

18. Втулка переходная расточная со шпоночным пазом

19. Втулка переходная укороченная со шпоночным пазом

1.20 Расточная оправка с регулированием по двум осям

1.16 Регулируемый резьбонарезной патрон, справа – втулка регулируемая с конусом Морзе

1.26 Трехкулачковый патрон

Система вспомогательного инструмента сверлильно-фрезерно-расточных станков с ЧПУ

- шпиндель станка

- оправка для насадных фрез с поперечной штангой

- патрон цанговый

- втулка переходная для концевых фрез с конусом Морзе и резьбовым отверстием

- державка для регулируемых втулок, патронов и оправок

- оправка расточная для чернового растачивания

- оправка расточная для чистового растачивания

- патрон регулируемый цанговый

- втулка регулируемая с внутренним конусом Морзе

- втулка регулируемая длинная с внутренним конусом Морзе

- оправка регулируемая для насадных зенкеров и разверток

- патрон регулируемый резьбонарезной

- оправка регулируемая для чернового растачивания

- оправка регулируемая для крепления перовых сверл

- оправка регулируемая для дисковых фрез

- расточной регулируемый патрон

Для крепления инструмента с конусом Морзе может быть использован сборный переходной патрон.

1-корпус патрона с конусом 7:24 имеет внутреннее цилиндрическое отверстие диаметром 36 или 48мм. В этом отверстие предусмотрен шпоночный паз 2. В этом цилиндрическом отверстии находится внутренняя регулируемая втулка 3. Во втулке 3 устанавливается инструмент 8. Регулирование вылета инструмента осуществляется за счет вращения регулировочной гайки 5. Эта гайка вращается по наружной трапециевидной резьбе втулки 3. После достижения нужной длины вылета, гайка фиксируется гайкой 7 и прокладкой 6. Втулка 3 фиксируется в корпусе патрона с помощью винтов 4. Для предотвращения вытягивания втулки из корпуса патрона, на ее поверхности делается косой срез.

Недостатки соединения с конусом SK 7/24

Дальнейшее повышение точности и жесткости закрепления за счет точного базирования по конической поверхности конусностью 7:24 нецелесообразно из-за низкой эффективности расходов на изготовление. Поэтому существуют несколько вариантов усовершенствования конструкций хвостовиков. Одним из вариантов является хвостовик «Big Plus». При этом возрастают:

а) точность обработки;

б) верхняя граница допускаемой частоты вращения шпинделя;

в) стойкость режущего инструмента;

г) повторяемость положения инструмента вдоль его оси.

Высокая точность хвостовиков «Big Plus» требует при эксплуатации обязательного обдува сжатым воздухом сопрягаемых поверхностей для удаления стружки и пыли. Устройства автоматической смены инструмента должны иметь рычажный или пневмозажим, чтобы избежать повреждения торца шпинделя, а гнезда магазинов - защиту от повреждения торцов фланцев вспомогательного инструмента.

Типы хвостовиков HSK

Для высокоскоростной обработки на станках с ЧПУ разработан стандарт DIN 69893 на хвостовики с обозначением HSK. Стандарт DIN 69893 включает в себя 6 типов хвостовиков 35 типоразмеров.

Основные элементы хвостовика HSK:

- кольцевая канавка под автооператор - 7;

- индексирующая канавка для ориентации инструмента в автооператоре - 2;

- шпоночные канавки для шпонок инструментального магазина

- место для расположения кодового элемента - 4;

- резьба под втулку для СОЖ - 5;

- шпоночные канавки для шпонок внутри шпинделя – 6;

- радиальное отверстие для зажимных устройств ручного закрепления - 7;

- кольцевая коническая расточка для кулачков зажимного устройства - 5.

Использование соединения на базе хвостовиков HSK позволяет исключить износ конусов шпинделей и уменьшить вибрации режущей части, что приводит к существенному повышению режимов резания.

- хвостовики HSK типа А и С - средние крутящие моменты, средние и высокие частоты вращения;

- хвостовики HSK типа В и D - высокие крутящие моменты, средние и высокие частоты вращения;

- хвостовики HSK типа Е и F - низкие крутящие моменты, сверхвысокие частоты вращения.

Преимущество применения хвостовиков на базе HSK

Малая масса хвостовика HSK и короткая длина его конуса уменьшает время для смены инструмента. Стойкость инструмента с хвостовиком HSK выше, чем у 7:24. Имеется ряд недостатков хвостовиков HSK по сравнению с хвостовиками с конусом 7:24. Хвостовики HSK требуют значительно более внимательного отношения к чистоте поверхностей хвостовика. Для установки хвостовика в шпиндель необходимо убедиться в отсутствии стружки или других частиц на стыкуемых поверхностях. На частотах вращения, превышающих 20000 мин^-1 из-за асимметрии каналов подвода охлаждающей жидкости и из-за наличия жидкости во внутренних каналах, может нарушиться балансировка сборки шпиндель-державка, В таких условиях рекомендуется переходить на внешний подвод охлаждающей жидкости. Высокие изгибающие нагрузки, которые при большом вылете могут быть обусловлены даже относительно малыми усилиями, ведут к появлению на хвостовике HSK трещин в зоне радиуса перехода к зажимной фаске с радиусом перехода r₃ или в сквозном отверстии под ключ. Геометрия конусного хвостовика в этих местах ослаблена, что обусловлено конструкцией. Скручивающие перегрузки являются причинами трещин на радиусе поводкового паза r₂ или около него.

Подсистема вспомогательного инструмента для станков с ЧПУ с базирующей призмой.

Подсистема вспомогательного инструмента с базирующей призмой включает двусторонний резцедержатель 1, резцедержатель 2 с открытым перпендикулярным пазом, двухрезцовый резцедержатель 3, распределитель 4 охлаждающая жидкости, трехсторонний резцедержатель 5, держатель б для крепления инструмента с цилиндрическим хвостовиком диаметром 30...60 мм. Держатель 7 служит для установки инструмента с цилиндрическим хвостовиком и отверстием, параллельны базовой поверхности, а держатель 8 выполнен с отверстием, перпендикулярным к базовой поверхности.

Система инструментальной оснастки.

Для снижения себестоимости инструментальной оснастки при ее изготовлении и для уменьшения количества типоразмеров инструмента при эксплуатации участков из станков с ЧПУ применяют принцип агрегатирования с разделением вспомогательного инструмента на базисные агрегаты и на сменные наладки.

У базисных агрегатов хвостовики выполняются в соответствии с действующими стандартами, а передняя зажимная часть предназначается для закрепления унифицированных хвостовиков сменных наладок. Сменные наладки служат для закрепления режущего инструмента со стандартными присоединительными поверхностями (призматическими, цилиндрическими, коническими и т.п.). Один из базисных агрегатов, соответствующие сменные наладки и режущий инструмент образуют конкретную систему инструментальной наладки. В связи с внедрением высокоскоростной обработки к ВИ предъявляются специальные требования:

- подвод смазывающе-охлаждающих жидкостей по внутренним каналам;

- минимальные значения радиального биения;

- малый дисбаланс;

- высокая повторяемость базирования;

- высокая жесткость и виброустойчивость;

- обеспечение обработки в труднодоступных местах.

Этим требованиям в разной степени отвечают следующие типы базисных агрегатов:

- Цанговые патроны с коническими разрезными цангами.

- Роликовые, в которых силы закрепления создаются качением роликов по квазигиперболической поверхности.

- С односторонним прижимом одним или двумя винтами

- Гидравлические, в которых тонкая стенка корпуса деформируется за счет создания давления гидравлической среды в полости патрона.

- Гидромеханические, в которых плунжер с отверстием с очень малой конусностью сжимает корпус патрона.

- С тепловой деформацией стенок для закрепления по типу "горячей посадки".

- С механической деформацией стенок втулки с посадочным отверстием, имеющим "РК-профиль".

Для закрепления сменных наладок и режущего инструмента с коническим хвостовиком применяют переходные втулки с коническим отверстием:

- под хвостовики HSK ;

- под хвостовики "Coromant Capto";

- под конусы Морзе.

В этих втулках закрепление осуществляется с помощью затяжного болта.

Лекция №8

Цанговые патроны.

Цанговые патроны применяют для крепления инструмента с цилиндрическим хвостовиком диаметром 2...40 мм.

Основным зажимным элементом таких патронов является цанга, представляющая собой точно изготовленную закаленную втулку с продольными прорезями.

Цанга обладает пружинящими свойствами и обеспечивает точное центрирование инструмента

При вращении гайки 3 по резьбе корпуса 1 цанга 2 зажимает хвостовик 4.

Осевая сила затяжки инструмента в патроне определяется следующей формулой:

P₀=(M_зат)/((d_z/z)tg(ψ+ρ’)+f_прD), где

d_z – средний диаметр резьбы

ψ, ρ – угол подъема и приведенный угол трения резьбы

M _зат - момент затяжки гайки

f_пр – приведенный коэффициент трения

D – диаметр наружного торца гайки

Схема одноугловой цанги

Одноугловая цанга после разрезки представляет кольцевую пружину, образованную упругими лепестками длиной t.

Базисный агрегат со сменными цангами

Конструкция базисного агрегата также включает в себя винт 5, ориентирующий цангу 2 относительно корпуса 1 с целью достижения минимального биения путем вычитания эксцентриситетов цанги и корпуса. В корпусе 1 поводок 7 установлен для передачи крутящего момента при тяжелом черновом фрезеровании с помощью штифта 6. Резьбовой упор 8 служит для регулировки осевого положения перед закреплением инструмента. Цанги 2 этого агрегата являются сменными, в зависимости от диаметра хвостовика инструмента, который крепится в патроне. Цанги 2 вставляются в патрон за счет упругости лепестков в проточку внутреннего кольца 3 сборной гайки. Конструкция этой сварной гайки включает в себя кольцо 4, шарик 10 и пробку отверстия 9.

Устройство цангового патрона

1 - фиксаторы; 2 - резьбовая муфта; 3 - резьбовая пробка; 4 - гайка; 5 - тяга; 6 - цанга; 7 - пружинные кольца; 8 - шарики; 9 - шифты; 10 – корпус

Зависимость передаваемого крутящего момента М_кр от частоты вращения цангового патрона

Патрон с односторонним прижимом.

Патроны с односторонним прижимом винтами применяют для установки и закрепления резцедержателей в револьверных головках токарных станков (см. рис. 3.26), для закрепления концевых фрез и сменных наладок в базисных агрегатах. Также данные патроны применяют в модульном расточном инструменте.

Принципиальная схема патрона показана на рис. а). В корпусе 1 одним или двумя винтами 3 к одной стороне отверстия прижат цилиндрический хвостовик 2. Для надежного контакта с винтами хвостовик имеет лыски глубиной h.

Силы закрепления, приложенные к хвостовику инструмента, определяется по следующей формуле:

Q = (nM_зат)/(d₁(tg(ψ+ρ)+f_пр), где

d₁ – диаметр зажимного винта 3

n – количество зажимных винтов

f_пр – коэффициент трения на опорной поверхности зажимного винта

ψ – угол подъема

ρ – угол трения

На рисунке б): при завинчивании зажимных винтов 3 происходит упругое смещение хвостовика относительно корпуса. Это смещение происходит на величину fc.

Роликовый патрон

Роликовые патроны предназначены для тех же целей, что и цанговые. В них сила закрепления создается за счет заклинивания игольчатых роликов 3 между гайкой 5 и конической наружной поверхностью корпуса 1. Закаленные стальные ролики укладываются в латунный сепаратор 4 в шахматном порядке в три ряда. Сепаратор фиксируется на корпусе 1 запорными кольцами 2, 6 и 7. Как правило, размещают 126 роликов диаметром 2 мм и длиной 10 мм. При размещении роликов под углом 1,5...2°, огибающая их поверхность образует гиперболоид, который при вращении гайки дополнительно деформирует корпус 1, создавая более равномерный зажим.

Гидравлический патрон

Гидравлические патроны аналогичны роликовым по конструкции, но вместо давления роликов в них используется давление гидравлической жидкости. В корпусе 1 патрона выполнены полости 6 и каналы 4, которые заполнены специальной гидравлической жидкостью. Плунжер 2, управляемый винтом 8, создает гидравлическое давление, которое деформирует мембрану 5, в результате чего происходит закрепление цилиндрического хвостовика инструмента, положение которого предварительно регулируется регулировочным винтом 3, перемещаемым от поворота винта 7.

Передаваемый гидравлическим патроном крутящий момент М_кр меньше, чем у роликового патрона и сопоставим по величине с этим параметром цангового патрона

Патрон «Coro Grip»

Патрон «Coro Grip» также принципиально основан на деформации стенок корпуса 4. Для этого втулка 1 конусным отверстием с очень маленькой конусностью под действием высокого давления гидравлической жидкости, подаваемой через штуцер 3, перемещается вверх, к хвостовику патрона. Из-за большого самоторможения втулки 1 патрон "Coro Grip" может работать на очень высоких частотах вращения без опасности самораскрепления инструмента. Однако, если в патроне "Coro Grip" применяются переходные втулки и сменные цанги, то частота вращения патрона должна быть ограничена 8000 мин"1. Для раскрепления инструмента давление подается к штуцеру 2. Крутящий момент у этого патрона меньше, чем у роликового и сопоставим с цанговым.

Зависимость передаваемого крутящего момента Мкр от частоты вращения патрона "Coro Grip":

Патрон с термозажимом

Применяются для соединения по "горячей" посадке, хорошо известной как посадка с натягом типа Н7/р6, Н7/п6, образуемой при соединении нагретых деталей, например, бандажей колесных пар.

Действие патронов с термозажимом основано на том, что при нагревании посадочное отверстие увеличивается в диаметре. Нагрев в патроне, как правило осуществляется токами высокой частоты (ТВЧ), с помощью индукционной катушки. Время нагрева 3...5 с, охлаждение – 30с.

Схема устройства для термозажима.

1 - зажимаемый инструмент; 2 - радиатор воздушного охлаждения; 3 - расточка для снятия "краевого" эффекта; 4 - патрон; 5 - регулировочный винт; 6 - хвостовик патрона типа HSK; 7- заплечики для автоматической смены инструмента на станке; 8 - индукционная катушка; 9 - специальный отражатель

Хвостовик закрепляемого инструмента вставляется в расширенное отверстие патрона (рис. а). При охлаждении до комнатной температуры диаметр отверстия патрона возвращается к нормальному размеру, при этом возникают очень большие зажимные усилия (рис. б). Если закрепление осуществляется в диапазоне упругих деформаций материала патрона, то оно может быть повторено многократно (до 5000 раз).

При раскреплении инструмента в зоне, ограниченной участком сопряжения патрона и хвостовика закрепляемого инструмента, нагревание до температуры 300..,350 °С возможно менее чем за 10 с. После извлечения режущего инструмента патрон охлаждается достаточно быстро, чему способствует относительно большая масса патрона. Инструмент при этом практически не нагревается.

Удерживающие силы, возникающие в результате охлаждения патрона с термозажимом, значительно больше, чем в других известных системах закрепления, поэтому по уровню вибраций образующаяся система закрепления равноценна цельному инструменту той же конфигурации.

Патрон TRIBOS-R

Применяется для закрепления цилиндрических хвостовиков, является немецким изобретением.

Закрепление инструмента происходит в 4 этапа: