1.3 Режущий инструмент, применяемый для высокопроизводительного токарного станка ts46-smc

Составной частью системы инструментального обеспечения станков с ЧПУ является широкая номенклатура режущего инструмента, который в основном имеет те же конструкции, что и для станков с ручным управлением. Однако, как указывалось выше, в связи с высокой стоимостью оборудования с ЧПУ эксплуатировать инструмент необходимо на экономически обоснованной скорости резания, обеспечивающей минимальную себестоимость операции. Это накладывает ряд требований к конструкциям режущего инструмента.

На станках с ЧПУ рационально применять только прогрессивные конструкции режущего инструмента, удовлетворяющего комплексу требований, вытекающих из особенностей эксплуатации этих станков.

В первую очередь для достижения высокой эффективности использования оборудования с ЧПУ режущий инструмент должен обеспечивать повышенные экономические режимы резания, что позволит снизить время резания при обработке конкретных поверхностей и деталей.

Другим неотъемлемым требованием к инструменту является обеспечение заданной стойкости (надежности) в работе, исключающей потерю его режущей способности в течение установленного программой времени работы, и снижение вероятности случайных поломок инструмента, а следовательно, простоев станка и возможного брака деталей. Это означает, что для уменьшения числа возможных случайных поломок инструмента должны программироваться более короткие периоды его стойкости при меньшем износе, чем износ при эксплуатации на станках с ручным управлением.

Режущая способность инструмента и его надежность более всего зависят от материала режущей части, конструктивных элементов и геометрических параметров режущей части, а также и от других факторов. Материал режущей части инструмента по своим физико-механическим свойствам нужно выбирать оптимальным для каждого вида инструмента и обработки в конкретных условиях. Основными факторами, влияющими на выбор материала режущей части конкретных инструментов, являются свойства материала заготовки, жесткость и виброустойчивость системы станок-приспособление-инструмент-заготовка, условий отвода стружки и подвода СОЖ, требования к обрабатываемой поверхности, припуски на обработку и др.

Для современных станков с ЧПУ наиболее эффективны режущие инструменты, оснащенные твердым сплавом или целиком изготовленные из твердого сплава, особенно инструменты малых размеров. Иногда весьма эффективно при работе с небольшими припусками для изготовления инструмента (резцов и фрез) применять новые инструментальные материалы: режущую керамику, синтетические сверхтвердые материалы на основе нитридов бора и кремния и т. п. На инструменты из быстрорежущей стали рационально наносить износостойкие покрытия из нитридов титана и др.

Существенное влияние на работу инструмента оказывают правильный выбор конструктивных элементов и геометрических параметров режущей части, особенно в конкретных условиях его применения, от этого в значительной степени также зависят выбор экономически обоснованных режимов резания и качество обработанной поверхности деталей.

Целесообразно конструкции специализировать по видам обрабатываемых материалов, требованиям к обработанной поверхности, условиям эксплуатации на данном станке и особенностям конкретной детали, например ее жесткости. Для обработки деталей из материалов основных групп (из стали, чугуна, алюминиевых сплавов, труднообрабатываемых сплавов) необходимо использовать соответствующие конструкции инструмента. Это связано как с назначением геометрических параметров режущей части, так и с рядом конструктивных элементов многолезвийных инструментов, в том числе числа зубьев, размеров и форм стружечных канавок для сверл, фрез, разверток, метчиков. Конструкции должны быть специализированы в соответствии с требованиями к параметрам шероховатости и точности обрабатываемых поверхностей.

Помимо требований к режущим свойствам инструмента для эффективной эксплуатации станков с ЧПУ инструмент должен обладать быстросменностью, т. е. обеспечивать сокращение времени на восстановление или замену затупившихся режущих кромок, а также сохранять первоначальные рабочие размеры (диаметр, длину и т. п.) С максимально возможным исключением подналадки. Для сокращения номенклатуры весьма важным является возможность использования одних и тех же режущих инструментов для обработки нескольких поверхностей, а также использования унифицированных режущих элементов и исключения, по возможности, переточки режущих частей инструмента. Перечисленным требованиям более всего отвечают конструкции сборного инструмента с механическим креплением сменных многогранных пластин. /1/

На отдельных видах инструментов применение сменных пластин позволяет существенно упростить их конструкцию.

В этом случае инструментальный блок с хвостовиком для установки на станке может состоять только из корпуса, на котором в специальных гнездах закреплены унифицированные режущие пластины. Такой инструмент обладает повышенной жесткостью (например, концевые фрезы). На сборных инструментах применяют сменные пластины из твердого сплава, режущей керамики и синтетических сверхтвердых материалов (СТМ).

В настоящее время широко выпускают со сменными пластинами токарные резцы различных типов, сверла, расточные одно- и двухлезвийные головки, торцовые и концевые фрезы и т. д.

Режущий инструмент со сменными режущими пластинами, в том числе с износостойким покрытием, при эксплуатации на станках с ЧПУ имеет ряд существенных преимуществ, главные из которых следующие:

- обеспечиваются более высокие режимы резания, стойкость и надежность за счет исключения напайки и переточки;

- обеспечивается стабильное формирование и отвод стружки за счет специальных форм передней поверхности пластин;

- позволяет на одном корпусе инструмента использовать оптимальные марки твердого сплава в соответствии с характеристиками материала заготовки;

- сохраняются постоянными (или мало изменяются) размеры инструментов;

- исключаются переточка и изменение размеров многолезвийного и мерного инструмента.

В силу указанных преимуществ инструменты, оснащенные сменными пластинами, являются основным видом режущего инструмента для станков с ЧПУ.

В последнее время широкое распространение получает модульный (агрегатный) принцип создания инструмента для многоцелевых станков. Этот принцип построения инструмента позволяет создать систему унифицированных взаимосвязанных элементов режущего инструмента, обеспечивающую повышение универсальности инструмента при решении различных технологических задач, и сократить номенклатуру применяемого инструмента, особенно специального.

Конструктивные элементы и основные размеры модульного инструмента построены по определенной системе, обеспечивающей выбор длин и диаметров в широком диапазоне, особенно при обработке отверстий. В этом случае инструментальные блоки можно собирать более оптимальными по жесткости, точности и другим параметрам.

Для станков с ЧПУ сверлильно-расточно-фрезерной группы модульная система инструмента может быть более развитой.

В систему входят режущие инструменты (сверла, фрезы, резцы и т. п.), наборы удлинителей и переходников с большего диаметра на меньший. Модульный принцип построения инструментальной оснастки наиболее эффективен для станков с ЧПУ.

Он позволяет быстро создавать инструмент любых размеров, в том числе и специальные конструкции в зависимости от типа используемого станка, материала заготовки и масштабов производства.

В процессе эксплуатации станков с ЧПУ весьма существенную роль играет применение смазочно-охлаждающих жидкостей. Роль СОЖ общеизвестна, однако при работе инструмента на автоматизированном оборудовании она еще более существенна. Помимо значительного повышения стойкости режущего инструмента СОЖ способствует более стабильному стружкоформированию и лучшему отводу стружки из зоны резания.

На оборудовании с ЧПУ в настоящее время начинают применять более эффективный метод подвода СОЖ - внутренний через инструмент непосредственно в зону резания под повышенным давлением, в том числе через вращающийся инструмент. В последнем случае СОЖ подается через шпиндель станка или применяют сменные специальные патроны, подающие СОЖ по заданной программе.

Внутренний подвод СОЖ с обязательной ее фильтрацией существенно повышает стойкость режущего инструмента и качество обработанной поверхности при работе чистовых инструментов. Режущий и вспомогательный инструмент в этом случае изготовляют со специальными каналами.

Ниже рассмотрены некоторые конструкции режущего инструмента, применяемого для обработки на токарном станке TS46-SMCи фрезерном станкеVC-560. Это фрезы и сверла фирмыHANITA(рисунок 1.44–1.49), резцы фирмыISCAR(рисунок 1.50–1.51), сверло центровочное фирмыDormer(рисунок 1.52) и миниатюрные резьбовые фрезы для внутренней резьбы фирмыVargus(рисунок 1.53).

Рисунок 1.44 – Четырехзубая фреза 4004 с плоским торцем для чистовой обработки цилиндрической частью фрезы

Рисунок 1.45 – Двухзубая фреза с плоским торцем и большим углом наклона канавки для обработки пазов в алюминии

Рисунок 1.46 – Трехзубая фреза 4103 с плоским торцем и большим углом наклона канавки для обработки пазов в алюминии

Рисунок 1.47 – Фреза для черновой и получистовой обработки алюминиевых сплавов

Рисунок 1.48 –Сверло М132 стандартной длины с углом при вершине 135° для обработки неглубоких отверстий

Рисунок 1.49 – Высокопроизводительное удлиненное твердосплавное сверло М112 с углом при вершине 118°

а	б

Рисунок 1.50 – Резец проходной

Рисунок 1.51 – Резец расточной

Рисунок 1.52 – Сверло центровочное для станков с ЧПУ DIN1897

Рисунок 1.53 – Миниатюрные резьбовые фрезы MilliProдля внутренней резьбы