Инструментальная оснастка АПС

Инструментальная оснастка АПС имеет свою специфику по кон­структивному оформлению, качеству и точности изготовления. Ее про­изводят с жесткими требованиями по условиям взаимозаменяемости, она должна быть более жесткой, массивной и виброустойчивой, чем в условиях неавтоматизированного производства.

Для обеспечения заданной точности при обработке широкой но­менклатуры сложных и часто дорогих деталей без применения специ­альных приспособлений режущий инструмент должен обладать: высокой режущей способностью и надежностью (благодаря исполь­зованию наиболее совершенных инструментальных материалов); по­вышенной точностью (за счет изготовления инструментов по специ­альным ужесточенным стандартам); универсальностью, позволяющей обрабатывать сложные детали за один автоматический цикл; высокой жесткостью и виброустойчивостью; быстросменностью; возможнос­тью автоматической настройки и поднастройки.

Материал режущего инструмента, работающего в АП, должен обеспечивать стабильность режущих свойств: повышенную общую и особенно размерную стойкость; прочность и надежность инструмен­та. Существует ряд путей реализации указанных требований:

• применение дорогостоящих, но обладающих высокими режу­щими свойствами, быстрорежущих сталей (Р18, Р18Ф2, Р18К5, Р18Ф2К5, Р14Ф4, Р10К5Ф5, Р9К5, Р9Ф5);

• обеспечение мелкозернистой структуры сталей (например, за счет добавления ванадия);

• обеспечение баллакарбидной неоднородности (два и менее) за счет многократной проковки;

• применение твердых сплавов, обладающих прежде всего по­вышенной износостойкостью (сплавы с высоким содержанием титана (Ti) и низким содержанием кобальта (Со);

• применение износостойких покрытий (азотирование, карбонит-рация, плазменное напыление и др.).

Твердые сплавы склонны к выкрашиванию, поэтому при работе с ударными нагрузками лучше применять сплавы с высоким содержанием кобальта, например, твердый сплав ВК8, имеющие невысокую размер­ную стойкость, но очень высокую стойкость к ударным нагрузкам (за счет большого процента содержания кобальта, играющего роль связую­щего элемента). Повышенную износостойкость имеют сплавы с большим содержанием титана. Например, сплав Т30К4 (30 % Ti и 4 % Со) имеет повышенную износостойкость, однако он очень хрупкий, поэтому его нельзя применять для работы с ударными нагрузками и вибрациями.

Для обеспечения необходимой точности обработки, размерной стойкости и быстросменности инструмента в условиях АП применя­ют сменные многогранные пластины (СМП), которые механически кре­пятся в гнезде державки. В комплект поставки одного инструмента может входить несколько десятков режущих пластин из твердых спла­вов и композитов, в том числе с износостойкими покрытиями.

Следующим шагом в направлении совершенствования инструмента для АП явилась система блочного инструмента, впервые предложен­ная фирмой «Сандвик коромант» (Швеция). Сущность системы состоит в том, что державку резца делают из двух частей: корпуса и головки. Корпус постоянно закреплен в суппорте или револьверной головке, а при автоматической смене инструмента заменяется только головка, снабженная СМП. По мере изнашивания пластина поворачивается или заменяется. При этом используют малогабаритные манипуляторы и магазины для размещения головок.

На многооперационных станках с ЧПУ и гибких производственных модулях применяют те же режущие инструменты, что и на отдельных станках с ЧПУ (токарных, фрезерных, сверлильных и др.). Различие со­стоит в том, что и универсальный, и специальный режущий инструмент включен в состав системы инструментальной оснастки, основой кото­рой служит универсальная унифицированная подсистема вспомогатель­ного инструмента, предназначенная для станков разных моделей. В под­систему входят наборы оправок, цанговых патронов, переходных втулок, державок и прочих приспособлений, которые необходимы для выпол­нения всех основных видов обработки поверхностей деталей.

Типовые оправки для крепления режущего инструмента на обору­довании с ЧПУ имеют следующие характерные поверхности:

• для силового зажима оправки в шпинделе станка и в некото­рых случаях для установки элементов, кодирующих номер ин­струмента;

• для базирования в шпинделе станка;

• контактирующие с захватами автоматической руки;

• для установки и закрепления режущего и вспомогательного инструментов.

Вспомогательный инструмент служит для соединения режущих инструментов со шпинделями станков или суппортами. Конструкция вспомогательного инструмента определяется присоединительными поверхностями, предназначенными для крепления на станке и режу­щем инструменте. При выборе оптимальных конструкций вспомога­тельного инструмента руководствуются следующими критериями: уни­версальность, жесткость, быстросменность, переналаживаемость, надежность, которые определяют, исходя из основного (интегрально­го) критерия — эффективности эксплуатации.

Вспомогательный инструмент, как правило, представляет собой многоинструментальную головку, которую настраивают и заменяют в зависимости от стойкости «лимитирующего инструмента», т. е. ин­струмента, работающего в наиболее напряженном ритме. Быстрая сме­на многоинструментальной державки дает возможность снизить по­тери по инструменту.

Существенной особенностью станков с ЧПУ в составе АПС явля­ется высокая концентрация обработки. Чем выше степень концентра­ции, тем выше эффективность обработки. Система инструментообес-печения не должна препятствовать повышению концентрации обработки. На практике это положение реализуют с помощью инст­рументальных магазинов, манипуляторов для смены инструментов, систем коррекции траектории инструментов в сочетании с системами автоматической размерной настройки и загрузки инструментальных комплектов в магазины.

К присоединительным поверхностям вспомогательного инструмен­та предъявляют довольно жесткие требования: шероховатость долж­на находиться в пределах 1^= 0,2...0,8 мкм; твердость HRC₃ = 50-60.

Для деталей с присоединительными поверхностями рекомендуют сталь 18ХГТ с цементацией на глубину 0,1... 1,2 мм и последующей за­калкой.

Для изготовления зажимных цанг рекомендуется сталь марки 60С2А с закалкой HRC₃= 45-55. Поводки и сухари для передачи кру­тящих моментов изготовляют из стали 40Х с закалкой HRC₃= 45-50.

Для станков различных моделей разработана унифицированная подсистема вспомогательного инструмента, состоящая из оправок, цанговых патронов для крепления вращающегося инструмента, пере­ходных втулок, державок для патронов, расточных головок и других элементов. У всех вспомогательных инструментов, используемых в АПС, предусмотрены специальные места для захвата их автооперато­ром при смене, а также специальные элементы (кодовые кольца, резь­бовые штыри, кодовые гребенки) для кодирования и поиска инстру­ментов в инструментальных наладках и магазинах.

Кодирование инструментов особенно необходимо при их исполь­зовании на многооперационных станках с ЧПУ, в инструментальных магазинах которых может храниться более 100 различных инструмен­тов. По конструктивному исполнению магазины разнообразны (дис­ковые, цепные, кассетные и пр.). Магазин располагают на шпиндель­ной бабке, колонне, столе, вне станка на отдельном фундаменте. При многоинструментальной обработке все инструменты должны работать в определенной последовательности в соответствии с управляющей программой (УП). Поэтому необходима система поиска и кодирования инструмента. В конструкциях МС применяют три системы поиска режущего инструмента:

• с кодированием номера инструмента;

• с кодированием номера гнезда инструмента;

• без кодирования, но с расположением инструмента в последова­тельности обработки по УП.

Кроме указанных требований в условиях переналаживаемого АП необходимо обеспечить стыковку и взаимодействие всех элементов инструментальной оснастки с системами контроля и диагностики, транспортирования и складирования, с АСУ ТП, САПР, АСУП.