11. Вспомогательная оснастка станков с чпу.

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

Основное время сокращается благодаря интенсификации режимов резания, что может быть обеспечено применением ВИ, обладающего высокой жесткостью и обеспечивающего необходимые силы для закрепления режущего инструмента. Это время может быть также сокращено концентрацией переходов при применении многошпиндельных головок, а также за счет сбалансированных конструкций, исключающих влияние центробежных сил на точность обработки.

Время, затрачиваемое на базирование и закрепление заготовок, может быть уменьшено за счет применения ВИ, обеспечивающего расширение технологических возможностей станка (сменных угловых головок для сверлильно-фрезерно-расточных станков, головок для вращающихся инструментов на токарных станках и т.п.). Время смены инструмента и вспомогательное время сокращаются за счет уменьшения количества смен инструмента и концентрацией переходов путем применения многоинструментных наладок.

Снижение затрат на амортизацию ВИ осуществляется применением унифицированных деталей и узлов.

Присоединительные поверхности ВИ 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. Поэтому для этих целей используют универсальные конструкции зажимных патронов.

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

Агрегатирование связано также с преимущественным выбором таких конструкций ВИ, освоение серийного производства которых сопряжено с наименьшими трудностями.

При выборе ВИ отдают предпочтение конструкциям со стандартными элементами, регламентированными ГОСТ-ами и стандартами ИСО, обеспечивающим взаимозаменяемость конструкций и снижение стоимости инструмента. Их применение позволяет увеличить объем однотипной продукции и использовать значительно более совершенные технологические процессы и формы организации инструментального хозяйства, что приводит к снижению себестоимости конечной продукции.

При выборе материала для ВИ исходят из следующих требований к присоединительным поверхностям: параметр шероховатости Ra ? 0,4 мкм, твердость 58…62 HRC. Такие требования обусловлены многократным нагружением соединений вследствие частых переустановок компоновок инструмента, которые вызывают изнашивание поверхностей с последующим снижением точности закрепления инструмента. Для изготовления ВИ с точными присоединительными поверхностями рекомендуются стали 18ХГТ или 20ХН3А с цементацией на глубину h = 0,8…1,2 мм и последующей закалкой.

Распространенными являются хвостовики с конусами конусностью 7:24. Стандартная конструкция по DIN 2080 (таблица 1) применяется на фрезерных и расточных станках с ручной сменой инструмента. Для станков с автоматической сменой инструмента (АСИ) используют хвостовики по ГОСТ 25827-93, исполнение 3 (таблица 2), имеющие тот же размерный ряд, что и по DIN 2080, но отличающиеся трапецеидальной проточкой во фланце под захват устройства АСИ. Такое решение позволяет унифицировать ВИ в производственных условиях, когда одновременно используются станки с АСИ и с ручной сменой инструмента.

Таблица 1. Основные размеры, мм, хвостовиков по DIN 2080

Конус 7:24	D	D1	D2, не более	d (a10)	d1 (Н7)	d2 (6H)	L (h12)	L	l1
30	31,75	50,0	36	17,4	13	М12	68,4	3	48,4
40	44,45	63,0	50	25,3	17	М16	93,4	5	65,4
45	57,15	80,0	68	32,4	21	М20	106,8	6	82,8
50	69,85	97,5	78	39,6	25	М24	126,8	8	101,8

Конус 7:24	l2	l3, не менее	l4, не менее	l5, не менее	l6, не менее	а±0,2	b (H12)	Е/2, не более	с
30	5,5	24	34	8	9	1,6	16,1	16,2	0,2
40	8,2	32	43	10	11	1,6	16,1	22,5	0,4
45	10,0	40	53	12	13	3,2	19,3	29,0	0,6
50	11,5	47	62	12	16	3,2	25,7	35,3	0,6

Таблица 2. Основные размеры, мм, хвостовиков по ГОСТ 25827-93, исполнение 3

Конус 7:24	D	D1 ±0,15	D2(0-0,5)	D3 (h8)	D4, не более	d (а 10)	d1 (Н7)
30	31,75	50	46	55,07	44	17,4	13
40	44,45	63	58	69,34	55	25,3	17
45	57,15	80	74	87,61	68	32,4	21
50	69,85	100	94	107,61	85	39,6	25

Конус 7:24	d2 (6H)	d3 (js5)	L (h11)	l	l1	l2 (0-0,5)	l3, не менее	l4, не менее
30	М12	4	68,4	3	48,4	5,5	24	34
40	М16	5	93,4	5	65,4	8,2	32	43
45	М20	6	106,8	6	82,8	10,0	40	53
50	М24	6	126,8	8	101,8	11,5	47	62

Конус 7:24	l5 ±0,1	l6, не менее	l7 (0-0,3)	а ±0,1	y±0,1	B (Н12)	с	E/2 (0-0,4)
30	8	8	15,5	1,6	5,6	16,1	0,2	16,2
40	10	10	18,5	1,6	6,6	16,1	0,4	22,5
45	12	13	24,0	3,2	9,2	19,3	0,6	29,0
50	12	16	30,0	3,2	9,2	25,7	0,6	35,3

Более распространены во всем мире (в связи с количеством выпускаемых станков) хвостовики по ГОСТ 25827-93, исполнение 2, соответствующие немецкому стандарту DIN 69871/A+AD и стандарту ISO 7388/1, и по японскому стандарту MAS 403 ВТ.

Соединение станка с инструментом влияет на свойства упругой технологической системы, а следовательно, и на качество обработки деталей.

Наличие микро- и макропогрешностей определяет качество этого соединения. Микропогрешности, а именно шероховатость присоединительных поверхностей, оказывают влияние на контактную податливость и демпфирование в соединении. Макропогрешности в виде отклонений формы присоединительной поверхности от идеальной, как в поперечном, так и продольном сечении, вызывают уменьшение фактической площади контакта поверхностей и ухудшают их прилегание.

Основные погрешности сопрягаемых конических поверхностей:

• отклонения от правильной окружности в поперечных сечениях – некруглость;

• отклонение образующей от прямолинейности;

• отклонение угла конуса от номинального значения. Для цилиндрических соединений – отклонение от номинального диаметра. Наибольшее значение для качества соединения инструмента со станком имеют отклонения от номинальных размеров.

Точность обработки зависит от качества изготовления и состояния наружных конусов инструмента и внутренних конусов шпинделей станков.

Была проверена оценка влияния погрешности изготовления конусов 7:24 на погрешность установки инструмента на многооперационном станке растачиванием отверстий диаметром 40Н7 в плите из чугуна СЧ 21-40 с предварительной настройкой на специальном приборе. Применялись серийно изготовленные расточные оправки с конусами 7:24, аттестованные по коническим калибрам-втулкам степени точности АТ5. Обработанные 80 отверстий измерялись универсальными средствами с точностью 0,002 мкм. Полученное распределение отклонений диаметров показало, что только 65 % обработанных отверстий укладываются в допуск 7-го квалитета, 15% отверстий вышли за предел верхнего поля допуска и 20 % отверстий оказались меньше номинального размера. Это показывает влияние разности углов конусов 2Δα на разброс размеров обработанных отверстий.

Для проверки этого вывода была проведена аттестация углов конусов шпинделя станка, на котором проводился эксперимент и конусов серийных расточных оправок. Необходимо отметить, что действующие стандарты на конструкции шпинделей станков с автоматической сменой инструмента с конусами 7:24 в России не имеют необходимого метрологического обеспечения. Существующая система калибрового хозяйства удовлетворяет требованиям изготовления конусов 7:24 с допусками более 10", что не соответствует мировому уровню. При этом отсутствует система государственных поверок контрольных калибров. Все заводы имеют свои калибровые хозяйства, не связанные друг с другом. Это придает особую актуальность обоснованному назначению численных значений угловых допусков для конусов, используемых для закрепления инструмента. Поэтому для эксперимента были разработаны специальные приборы для измерения конусов 7:24.