Дабы добиться отличной производительности, прекрасного качества обрабатывания деталей, каждый режущий инструмент для станков с ЧПУ обязательно должен соответствовать определенным требованиям. Тщательный отбор, подготовка необходимых инструментов, обеспечивающая техническую надежность, автоматизацию рабочего процесса станка с ЧПУ, включает соответствие высокого уровня прочности таких приспособлений с их универсальностью.
Для производства режущего инструментария употребляют:
Причем твердые сплавы в свою очередь также подразделяются на несколько групп, различающихся по своим эксплуатационным, физическим, химическим свойствам:
Производственные станки с программным управлением, как правило, должны использовать такие режущие приспособления, что удовлетворяют ряду условий, таких как:
Внимание. В некоторых случаях, указанные выше требования к режущим инструментам, могут не позволить применять на устройствах с ЧПУ те, которые успешно применяются на обычных станках. Для таких современных станков сейчас выделяются специальные группы режущих, стандартизованных приспособлений.
Для обрабатывания деталей на токарных устройствах обычно используют:
Чаще всего в обычном токарном станке применяются в качестве особого режущего инструмента специальные резцы, имеющие типовые конструкции установленного типа. Обычно они бывают сборного вида, оснащены многогранными специальными пластинами из твердых металлов, различных сверхтвердых материалов (СМП).
К таким резцам предъявляются определенные требования:
Обычно комплект режущих приспособлений, используемых таким станком с ЧПУ, содержит типовые резцы такого вида:
Резцы сборные с пластинами СМП приобрели наибольшую популярность, широкое распространение применения их на станках, имеющих ЧПУ, благодаря таким факторам как:
В приспособлениях сборного типа производительность, равно как и надежность, выносливость, долговечность их эксплуатации, зависит от способов закрепления многогранных пластин. Эти крепежи должны обеспечить:
Для фрезерования используются в качестве режущих приспособлений фрезы, которые бывают различных конструкций, и имеют специальные зубья для обрабатывания поверхности деталей.
Все фрезерные инструменты различаются между собой по:
Чтобы в патроне фрезерного станка хорошо укрепить фрезу, используют ее хвостовик, который крепят к зубьям методом сварки или разными крепежными элементами, например:
Иногда фреза может быть представлена единым целым со своей режущей частью. Так ее обычно и называют – цельной фрезой.
Важно. Некоторые современные станки с ЧПУ употребляют только цельные специальные концевые фрезы, имеющие хвостовики цилиндрического, а также конического вида для более прочного, скорого закрепления их в патроне фрезерных станков.
При производстве фрезерных инструментов чаще всего используются следующие материалы:
При фрезеровании с помощью зубьев фрезы снимается стружка со шлифуемых ими поверхностей, при этом она из зоны резания отводится специальными бороздками вдоль самой фрезы. Поэтому особое значение имеет расположение зубьев относительно друг друга. Правильное геометрическое взаимное расположение влияет на:
Внимание. Каждый тип предполагаемых заготовок, будь то дерево, камень, металл, оргстекло, например, требует определенного вида фрезерных приспособлений.
Эти инструменты бывают разнообразного типа, которые обычно классифицируют по определенным группам, объединенным общим признаком. К таким признакам можно отнести, например:
К конструктивным особенностям относят фрезы:
По геометрическому типу к таким режущим приспособлениям относятся фрезы:
Операция фрезерования связана с режущими действиями, производимыми на поверхностях разных деталей, к примеру:
Бывают еще типизированные режущие инструменты, зависящие от вида отделываемых заготовок, к примеру, фрезы для обработки:
В подобных случаях материал самих режущих частей на фрезах зависит от жесткости обрабатываемой заготовки и соответственно от конструкции специальных бороздок для отведения стружек, которые могут быть:
Сейчас сложно представить фрезерный современный станок с ЧПУ без соответственно подходящих специальных фрезерных инструментов, без наличия которых нельзя достичь значительной производительности. Точность обрабатывания деталей, удобство эксплуатации – вот главные критерии предъявляемых к ним строгих требований.
На таких станках резательным инструментом часто являются фрезы концевого цилиндрического вида из твердосплавных или алмазных материалов. К их достоинствам относятся:
Все станки современного типа с числовым программным управлением могут выполнять самые сложные технологические действия, автоматически производя необходимую обработку деталей. Причем детали могут быть из чугуна, сплавов легких металлов, стали. Все действия таких устройств запрограммированы еще до начала рабочего процесса. И потому так важно правильно подобрать режущие инструменты, соответствующие всем необходимым требованиям и параметрам.
vseochpu.ru
Весь инструмент, использующийся в металлообработке, можно условно подразделить на режущий инструмент (фрезы, сверла, метчики и др.), непосредственно осуществляющий механическую обработку (резание), и вспомогательный, служащий для закрепления режущего инструмента в шпинделе станка (патроны, державки, оправки).
Станки могут иметь различные базовые конусы шпинделя, а режущий инструмент, в свою очередь, изготавливается с различными видами хвостовиков.
Базовый конус станка – выход шпинделя, выполненный в соответствии с одним из стандартных вариантов исполнения. Различают метрические конусы (7:24 или ISO 7388.1), конусы Морзе (отечественные фрезерные станки или оборудование сверлильной группы), HSK (современные станки, предназначенные для высокоскоростной обработки).
Таким образом, вспомогательный инструмент является неким переходником между шпинделем станка и режущим инструментом. Совокупность режущего и вспомогательного инструментов называется инструментальным блоком. Отметим, что в инструментальном блоке могут находиться несколько вспомогательных инструментов и только один режущий (основной). Большие инструментальные блоки снижают жесткость технологической системы и уменьшают точность установки режущего инструмента, в результате чего ухудшаются условия обработки и качество изделия.
Рис. 2.4. Фрезы с механическим креплением режущих пластин
По технологическому признаку различают фрезы для обработки плоскостей, пазов и шлицев, зубчатых колес, резьбы, фасонных поверхностей, для разрезки материала и т. д.
По конструктивному признаку различают:
По материалу, из которого они изготовлены: быстрорежущая сталь, твердый сплав и др. В современной инструментальной практике львиную долю составляет цель- ный твердосплавный или быстрорежущий инструмент, а также инструмент с механическим креплением режущих частей (пластин). Твердые сплавы допускают работу со скоростями резания, превышающими в 5–10 раз скорости обработки быстрорежущими инструментальными сталями, обладают большей температурной стойкостью и износостойкостью. При выборе фрезы технолог прежде всего руководствуется следующими параметрами:
Рис. 2.5. Цельные концевые фрезы
Обычная концевая фреза имеет несколько режущих зубьев (2, 3, 4, 6 или 8) и прямоугольный профиль режущей части. Зубья фрезы разделены винтовыми канавками, которые обеспечивают отвод стружки из зоны резания. В случае, когда необходимо получить переход от одной поверхности к другой с определенным радиусом, применяют фрезы со сферическим концом или с небольшим радиусом в основании профиля. Фрезы со сферическим концом и шаровые фрезы часто ис пользуются при обработке поверхностей сложной формы, например штампов и пресс-форм. Конические фрезы предназначены для фрезерования наклонных поверхностей и поднутрений.
Концевые фрезы наиболее универсальны – они позволяют обрабатывать плоскости, пазы и уступы. Существуют и другие типы фрез: торцовые, дисковые, пазовые. Эти фрезы, как правило, служат для выполнения фрезерных операций «узкой» направленности. Например, торцовая фреза – это лучший инструмент для фрезерования открытой плоскости, а дисковая – для обработки глубокого узкогопаза за один проход.
Рис. 2.6. Торцовая фреза и режущая пластина
Широкое распространение получили фрезы с механическим креплениемплас тин из твердого сплава и других инструментальных материалов. На корпусах таких фрез имеются специальные посадочные места, в которые устанавливаются пластины. Крепление пластин к стальному корпусу, как правило, осуществляется при помощи обычных винтов. Пластины имеют несколько граней, и в случае износа одной из них существует возможность развернуть пластину «свежей» гранью. Когда износятся все грани, то пластину можно выбросить и поставить новую. Получается очень экономичное решение, поскольку цельные твердосплавные фрезы стоят довольно дорого. Современные режущие пластины проектируются с учетом работы в различных условиях и отличаются геометрией передней поверхности.
Шаг зубьев фрезы может быть крупным, нормальным и мелким. Фрезы с различным шагом зубьев предназначены для различных условий обработки с точки зрения ее стабильности, энергозатрат и наличия склонности к вибрациям. Уменьшенное количество пластин – стандартное решение для производительной обработки при недостаточной мощности станка или низкой жесткости системы СПИД (станок – приспособление – инструмент – деталь). Фрезы с нормальным шагом универсальны для большинства операций. Мелкий шаг или максимальное число пластин на корпусе фрезы данного диаметра рекомендуется использовать для обработки при высокой жесткости системы СПИД, а также при фрезеровании материалов, дающих элементную стружку, титановых и жаропрочных сплавов.
На толщину срезаемого слоя при фрезеровании влияет главный угол в плане, который измеряется между главной режущей кромкой пластины и обрабатываемой поверхностью. Уменьшение угла в плане ведет к образованию более тонкой стружки для данного диапазона подач. Уменьшение толщины стружки происходит из-за распределения одного и того же объема снимаемого металла на большей длине режущей кромки. При меньшем угле в плане режущая кромка постепенно входит в работу и выходит из нее. Это уменьшает радиальную составляющую силы резания и защищает режущую кромку от возможных поломок. С другой стороны, неблагоприятным фактором является увеличение осевой составляющей силы резания, что вызывает ухудшение шероховатости поверхности тонкостенных деталей.
При угле в плане 90° сила резания направлена радиально в соответствии с направлением подачи. Основная область применения таких фрез – обработка прямоугольных уступов.
Рис. 2.7. Угол в плане 90°
При работе фрезой с углом в плане 45° осевые и радиальные силы резания практически одинаковы и потребляемая мощность невысока. Это фрезы универ- сального применения. Особенно они рекомендуются для обработки материалов, дающих элементную стружку и склонных к выкрашиванию при значительных радиальных усилиях на выходе инструмента. При врезании инструмента меньше нагрузка на режущую кромку и меньше склонность к вибрациям при закреплении в приспособлениях с небольшими усилиями зажима. Меньшая толщина срезаемого слоя при угле в плане 45° позволяет увеличивать минутную подачу стола, то есть повысить производительность обработки.
Фрезы с углом в плане 10° рекомендуются для продольного фрезерования с большими подачами и плунжерного фрезерования, когда характерны небольшие толщины стружки и высокие скоростные параметры. Преимуществом обработки такими фрезами являются низкие радиальные усилия резания. А также преобладание осевой составляющей силы резания как при радиальном, так и при осевом направлении подачи, что уменьшает склонность к вибрациям и предоставляет большие возможности для увеличения скоростей снятия материала.
Рис. 2.8. Угол в плане 45°
У фрез с круглыми пластинами главный угол в плане меняется от 0 до 90° в зависимости от глубины резания. Эти фрезы имеют очень прочную режущую кромку и могут работать при больших подачах, поскольку образуют довольно тонкую стружку на большой длине режущей кромки. Фрезы с круглыми пластинами рекомендуется применять для обработки труднообрабатываемых материалов, таких как титан и жаропрочные сплавы. Направление сил резания меняется вдоль радиуса пластины, поэтому направление суммарной нагрузки зависит от глубины резания. Современная геометрия круглых пластин делает их более универсальными, обеспечивая стабильность процесса резания, меньшую потребляемую мощность и, соответственно, меньшие требования к жесткости оборудования. В настоящее время эти фрезы широко используются для снятия больших объемов металла.
Рис. 2.9. Фрезы с круглыми пластинами
planetacam.ru
Для эффективной обработки на станке с ЧПУ большое значение имеет рациональное инструментальное обеспечение. Автоматические циклы обработки требуют высокой надежности системы инструментального обеспечения, что требует достаточно высокой точности изготовления державок, корпусов инструментов и самих инструментов.
Опыт эксплуатации токарных станков с ЧПУ показал, что типовой комплект режущего инструмента можно применять для обработки большинства машиностроительных деталей. Только незначительная часть деталей требует специфической технологии и изготовления специального инструмента.
Новый этап в инструментальном обеспечении станков с ЧПУ наступил с появлением сменных многогранных пластин (СМП) с неперетачиваемыми рабочими кромками. Согласно ГОСТ 19042—80 многогранные пластины разделяют на режущие, опорные и стружколомы. Режущие пластины используют для изготовления рабочей части инструмента, опорные служат опорой режущих пластин, обеспечивают их точное базирование и продолжительный срок службы державки. Стружколомы используют для дробления стружки.
Особенности и преимущества использования СМП следующие: возможна быстрая смена износившейся пластины или кромки; формирование передней грани осуществляется на стадии изготовления пластины, причем пластины готовы к использованию без доработок; исключены шлифовальные работы; пластины имеют невысокую стоимость. Таким образом, применение СМП ведет к уменьшению стоимости инструмента, повышению качества и надежности инструмента, сокращению количества заточного оборудования и числа рабочих-заточников.
СМП получили широкое применение в единичном и мелкосерийном производстве и доказали экономическую целесообразность оснащения ими станков с ЧПУ. СМП выполняют с острозаточенными режущими кромками, которые должны быть достаточно острыми для обработки вязких материалов и серого чугуна с малыми подачами. Для обработки с большими подачами режущие кромки скругляют или выполняют в виде фаски. Если режущая кромка затупляется, то режущую пластину поворачивают и в работу вводится новая режущая кромка. Поворотные режущие пластины (в зависимости от формы) имеют от двух до восьми готовых к работе режущих кромок. Изготовляют также двусторонние пластины, у которых соответственно числу граней увеличивается вдвое число рабочих кромок. После использования режущая пластина возвращается для вторичной переработки. Таким образом, использование СМП способствует сокращению времени смены инструмента.
СМП различают по конструкции, размерам, точности изготовления и исполнению. В соответствии с ГОСТ 19042—80 введены буквы и цифры для обозначения формы, заднего угла, точности, отличительных признаков, размера, толщины, углов между режущими кромками, а также направление резания СМП.
Для радиуса при вершине приняты следующие значения, мм: 0,4; 0,8; 1,2; 1,4; 2,4. В обозначении пластин радиус при вершине обозначают двухзначным целым числом в десятых долях мм (при одноцифровом обозначении впереди ставят нуль).
При помощи принятой системы обозначений можно описать конструкцию и размеры СМП 13-разрядным кодом, 10 разрядов которого являются обязательными. Первые четыре разряда — буквы, обозначающие в следующей последовательности:
форму пластины, величину заднего угла, точность изготовления пластины и тип пластин. Далее через тире следует шесть цифр, обозначающих длину режущей кромки, толщину пластины и радиус при вершине (по две цифры). Тринадцатый разряд используется для дополнительных обозначений завода-изготовителя.
Дробление и удаление стружки из зоны резания представляет особую проблему для токарных станков с ЧПУ. В конструкции СМП предусматривают стружечные канавки. Для определения оптимальной формы стружечной канавки необходимо учитывать множество факторов: вид обрабатываемого материала, скорость резания, глубину резания, подачу и т. д.
Применяют также резцы со стружко-направляющей пластиной, которая создает уступ на передней грани (ширина уступа регулируется). Для бесступенчатого регулирования ширины стружконаправляющей ступени применяется эксцентрик, а ступенчатое регулирование осуществляется при помощи рифлений. Для крепления режущих и стружконаправляющих пластин используют прижимные прихваты и лапки. Применяют также их крепление винтом, клином, клином-прихватом. Крепление пластин по отверстию осуществляется поворотным рычагом и винтом.
При обработке на токарных станках с ЧПУ принята система кодирования режущего инструмента, в соответствии с которой каждому виду инструмента, выполняющему определенные технологические переходы (один или несколько), присваивают цифровой код. При этом учитывают геометрические параметры и материал режущей части.
Ниже приведены основные виды режущего инструмента, входящие в типовой комплект для токарной обработки.
В номенклатуру используемого инструмента входит также стандартный режущий инструмент (спиральные сверла, зенкеры, метчики и др.). Сборные резцы с механическим креплением СМП из твердого сплава кодируют следующим образом: резцы с трехгранной пластиной — как подрезные, с четырехгранной — как проходные с главным углом в плане 45°, с пятигранной — как проходные с главным углом в плане 60°.
Твердосплавную СМП при затуплении одной режущей грани необходимо развернуть, введя в работу другую грань. При повороте пластины вершина режущей кромки может занять положение, отличающееся от предыдущего на величину до 0,2 мм. Для предотвращения брака при повороте пластины следует пользоваться соответствующими корректорными переключателями. При этом не требуется снимать резцовый блок со станка для поднастройки в приспособлении.
Долговечность одной державки позволяет работать с несколькими десятками пластин. Повышает долговечность резцов и применение твердосплавных опорных пластин под режущей пластиной. Твердосплавные опорные пластины устойчивы к истиранию стружкой. При износе их заменяют, что увеличивает срок службы державки.
Основными видами резцов с СМП, используемых для станков с ЧПУ, являются: проходные с опорными пластинами и механическим креплением трех-, четырех- и пятигранных СМП твердого сплава; копировальные с механическим креплением правильных трехгранных твердосплавных пластин с опорными пластинами; копировальные с механическим креплением параллелограммных СМП твердого сплава с опорными пластинами; расточные с механическим креплением трех- и четырехгранных СМП с опорными пластинами; канавочные для проточки наружных, внутренних и торцовых канавок с механическим креплением твердосплавных пластин специальной формы.
Первые три вида резцов используют для обработки наружных поверхностей. Перечисленным набором резцов можно обработать на станках с ЧПУ поверхности практически любых форм.
Срок работы пластины можно удлинить, если периодически производить доводку граней алмазным надфилем. Доводка граней и возможность поддерживать обрабатываемый размер в поле допуска с помощью корректоров положения повышают период стойкости каждой грани твердосплавной пластины, что делает применение сборных резцов на станках с ЧПУ чрезвычайно эффективным.
Работа каждой гранью ведется до полного износа, о котором можно судить как по невозможности получить в требуемых пределах размеры, геометрическую форму (конусность, овальность), шероховатость, так и по появлению высокочастотной вибрации, которая проявляется в виде сопровождающего резание звука, напоминающего свист.
Большое значение для достижения точности при работе на станке с ЧПУ имеет правильность геометрической формы рабочей части резца. Например, резцы с трехгранной пластиной твердого сплава используют при одной и той же установке в блоке для проточки наружных цилиндрических поверхностей и подрезки торцов. Большое значение для получения качественной поверхности при обработке деталей сложных профилей имеет радиус закругления при вершине резца. Если радиус закругления при вершине будет иметь отклонения от заданной величины, то при обработке деталей будут получаться отклонения от требуемой формы в продольном сечении, причем величины погрешностей формы соизмеримы с величинами погрешностей в размерах радиуса при вершине резца.
stankitokarnie.ru
В качестве режущего инструмента на фрезерных станках с ЧПУ используются фрезы. Несмотря на конструктивное разнообразие, каждая фреза имеет режущие лезвия (зубья), взаимодействующие с обрабатываемой поверхностью заготовки. Для закрепления в патроне станка служит хвостовик фрезы. Хвостовик может крепиться к зубчатой части сваркой (или другими крепёжными элементами – винтами, болтами, клиньями и пр.), или представлять единое целое с режущей частью (тогда фреза называется цельной). В скоростных автоматических станках с ЧПУ предпочтение отдаётся цельным концевым фрезам с цилиндрическим или коническим хвостовиком – для быстрого и надёжного закрепления в патроне шпинделя. Материалом для изготовления фрез служит быстрорежущая сталь, металлокерамика, а также твёрдые сплавы с алмазным напылением.
Принцип обработки
При взаимодействии инструмента с заготовкой зубья фрезы снимают стружку с обрабатываемой поверхности. Специальные канавки вдоль тела фрезы способствуют отводу стружки из области резания. Нетрудно догадаться, что взаимное расположение зубьев и их геометрия оказывают решающее влияние на качество обработки поверхности, скорость резания и стойкость к износу самой фрезы. А также на величину потерь на трение и нагрев, а, следовательно, энергетические затраты на обработку и конечную стоимость готового изделия. Поэтому для каждого типа заготовки (деревянной, металлической, пластиковой, из оргстекла или камня) используются специальные фрезы.
Виды фрез
Разнообразные типы фрез можно классифицировать по группам, взяв за базис один из следующих признаков.По конструктивным особенностям:
• Цельные – когда хвостовик фрезы и её режущая часть изготовлены как единое целое из одного материала;• Составные фрезы отличает прочная зубчатая часть (инструментальная сталь) приваренная к хвостовику из конструкционной стали. К этой же группе относят фрезы с напаянными на корпус зубьями из инструментальной стали;
• Сборные – как отмечалось выше, зубчатая часть таких фрез механически крепится к хвостовику.По геометрии:
• Цилиндрические;• Торцевые;• Концевые;• Конические;• Гравировальные;• Алмазные;• Червячные и т.д.По виду обрабатываемой заготовки – бывают специализированные фрезы по дереву, стали, пластичным металлам (медь, алюминий), оргстеклу или камню и т.д. В этом случае отличия в основном касаются материала режущей части фрезы (в зависимости от твёрдости заготовки), а также конструкции канавок для отведения стружи (исходя из характера стружки – пластичная, хрупкая, крупная или мелкая и т.д.).Особенности инструмента для современных станков с ЧПУ
Главными достоинствами автоматизированных станочных комплексов является их высокая производительность, точность обработки и удобство в эксплуатации. Обеспечение этого невозможно без использования соответствующего инструмента, к которому также предъявляются строгие требования. Для работы на станках с ЧПУ в основном применяют цилиндрические концевые фрезы – твёрдосплавные или алмазные. Такие фрезы обладают повышенной жёсткостью и износостойкостью, противостоят вибрации при вращении и обеспечивают высокую точность и скорость резания. Конструктивные исполнения фрез довольно разнообразны. Ниже приведены самые распространённые типы с указанием особенностей и областей применения.
Тип режущего инструмента | Конструктивные особенности | Обрабатываемый материал | Примечание |
Концевые однозаходные | Одна режущая кромка, заточка наклонная | Твёрдые или вязкие материалы (пластик, акрил и т.п.) | Оптимизированы для высокоскоростной обработки; обеспечивают малую шероховатость обрабатываемой поверхности |
Концевые двухзаходные | Две режущие кромки, острый зуб | Хрупкие материалы, образующие мелкую стружку (дерево, оргстекло, «композиты», некоторые сорта пластика) | Хорошо справляются с отводом мелкой стружки, однако толщина материала, снимаемого за один проход, ограничена |
Спиральные однозаходные | Одна режущая грань, наклонная заточка | Пластики, ПВХ, акрил | Предназначены для высокоскоростной обработки; форма канавки специально предназначена для образования длинной стружки – с целью самомочистки фрезы и повышению её долговечности. По классу твёрдости выделяют типы N, A, AA. |
Спиральные двухзаходные сферические | Две режущие кромки, форма зуба скруглённая («сферическая») | Применяются для нанесения гравировки (текста, рисунка) и финишной обработки сложных 3D-объектов, содержащих множество мелких деталей. | Низкая вибрация при обработке – обеспечивают гладкую поверхность обработки; При чистовой фрезеровке дерева поверхность получается полированной. |
Конусные сферические | Иглообразная заострённая с округлым торцом | МДФ, дерево, твёрдые стали | Сочетает высокую прочность при малом диаметре рабочей поверхности |
Гравер конический | Режущая часть плоская, под конус | Применяются для прецизионной обработки мелких элементов (обычно частей сложных трёхмерных объектов). | По прочности различают граверы N и A, хотя оба типа чрезвычайно стойкие к износу |
Гравер V-образный | Характерный треугольный торец | Поверхности любых материалов, в том числе твёрдых металлических | Применяется для нанесения так называемой V-гравировки |
Нужно отметить, что единой общепринятой классификации фрез не существует – каждый производитель пользуется своими обозначениями. Однако для общего ориентира можно использовать вышеприведённый перечень. Разумеется, он далеко не полный. Для конкретного случая необходимо подбирать фрезу в зависимости от материала и вида готового изделия, типа станка и режимов обработки. Следует помнить, что грамотный подбор фрезы позволит обеспечить высокое качество фрезерования, снизить энергетические затраты на обработку, а следовательно и себестоимость конечной продукции.
infofrezer.ru