Инструменти за едросерийно и автоматизирано производство

Механични системиСп. Инженеринг ревю - брой 1/2016 • 01.03.2016

Инструменти за едросерийно и автоматизирано производство
Инструменти за едросерийно и автоматизирано производство

Kомбинираните инструменти са важно средство за концентриране на технологичните преходи и операции. Характерен техен признак е наличието на няколко, различни по форма и големина режещи ръба, съединени в една линия със сложна форма. Те могат да се разглеждат като инструменти, състоящи се от няколко единични инструмента, наричани степени.

Приложението на комбинираните инструменти значително съкращава броя на вретената и опростява конструкцията на агрегатните машини и автоматичните линии, инструменталните магазини на обработващите центри и др. автоматизирано оборудване. При съвместяване работата на отделни степени по време те реализират намаляване на основното време за обработка. Във всички случаи реализират икономия на спомагателно време, необходимо за обратни ходове, центроващи и регулиращи движения.

Комбинираните инструменти са специални високоефективни режещи инструменти, проектирани и произвеждани в условия на единично производство, а обслужващи едросерийното и масово производство. Особени проблеми при конструирането и експлоатацията им създават затрудненото стружкоотвеждане от съседните съвместно работещи степени, повишеното силово натоварване, избирането на режими на рязане, конструктивното оформление и технологичните преходи между съседните близко разположени степени и др.

Комбинираните инструменти се класифицират по няколко основни признака:
• според вида на работната машина: за стругови, фрезови, пробивни, зъбообработващи, резбообработващи, протяжни, агрегатни машини, обработващи центри и др;
• според вида на обработваната повърхнина: за вътрешни (свредла, зенкери, райбери, метчици) и за външни повърхнини (ножове, фрези, зъбообработващи).
• според броя на отделните степени: с 2, 3 до 6 степени;
• според конструкцията: цели, съставни и сглобяеми, като последните могат да бъдат с регулируеми и с нерегулируеми размери;
• според последователността на работа на отделните степени: с успоредна, последователна и смесена схема на работа;
• според типа на режещите инструменти: еднотипни и разнотипни.

В зависимост от формата на обработената повърхнина, вида на степените, мощността на машината и стабилността на технологичната система степените на комбинираните инструменти работят последователно или едновременно.

Тъй като всички едновременно работещи степени участват в едно общо работно движение с определена скорост и подаване, скоростите на отделните степени на показаните кръгли инструменти са различни за различните точки от режещите ръбове, разположени на различни радиуси. Различни са и прибавките, силовото и температурно натоварване, както и трайностите на отделните степени.

Прието е режимите на рязане да се определят с оглед оптималната трайност на комбинираните инструменти като цяло. При това отделните степени, особено по-слабо натоварените и обработващи по-неотговорни повърхнини на заготовката, могат да работят в много нехарактерни условия, за да се съгласуват с работата на лимитиращите степени. Режимите се съгласуват с възможностите на машината и стабилността на технологичната система.

Трайността на комбинираните инструменти с две степени се избира като тази на съставните му отделни степени. При три и повече степени на комбинираните инструменти се препоръчва правилото трайността да нараства с 20% за всяка степен чрез намаляване скоростта на рязане.

Дълбочината на рязане се разпределя между отделните степени според формата на обработената повърхнина и предписаното качество с оглед на еднопроходна обработка.

Подаването при чистите обработки се ограничава от точността и грапавостта на лимитиращата повърхнина, а при грубите обработки – от ограниченията по мощност и сила на инструмента, машината и приспособлението (ако има такова).

Особености при определяне на конструктивните и геометрични параметри
Формата и размерите на стружковите канали на комбинираните инструменти се избират в зависимост от диаметъра, вида на степените, методите на присъединяване на режещите части, материала им и желаната посока за отвеждане на стружката.

Съседните степени могат да имат отделни или общи стружкови канали. Наклонът им обикновено е в границите 0-30°, а посоката (лява или дясна) се избира еднаква с посоката на въртене на инструмента при отвеждане на стружката назад и обратна на въртенето на инструмента при отвеждане на стружката напред.

Отвеждането на стружките по общи канали е по-изгодно и технологично при изработване на комбинираните инструменти, но може да създаде сериозни проблеми при експлоатацията им, особено при съвместването на няколко течащи стружки в общ канал. Общите канали са подходящи при пръскащи се или начупени на определен малък размер стружки. Ако това е невъзможно, конструктивно се осигуряват условия двете стружки да се отвеждат по две различни стени на общия канал.

Разделното отвеждане на стружки от съседните степени може да се постигне чрез подходящо редуване на стружковите канали на отделните степени. Подобряване на стружкоотвеждането може да се постигне чрез намаляване броя на зъбите и увеличаване размерите на каналите, чрез увеличаване ъгъла на наклона им, чрез подаване на мажещо-охлаждаща течност с повишено налягане в зоната на рязане, която изтичайки през каналите подпомага транспортирането на стружките. По пътя на тяхното отвеждане не бива да има препятствия.

Броят на зъбите на комбинираните инструменти зависи от прибавката, условията за формиране на стружката и сумарното силово натоварване. За удобство на измерването обикновено той се избира четен. Комбинираните инструменти с големи размери се конструират сглобяеми и по възможност – с регулируеми размери. Най-силно натоварените степени се изработват от материали с повишени режещи свойства и с оптимизирани геометрични параметри за степента.

Презаточването на комбинираните инструменти е по-трудно от това на единичните поради различното ориентиране на режещите ръбове, принадлежащи на съседните степени. Особено е затруднено влизането и излизането на абразивния диск в преходните зони при шлифоване и заточване. Този проблем успешно се решава при сглобяеми конструкции чрез разделно заточване на единичните инструменти.

Комбинираните инструменти за отвори са сред най-разпространените. Когато последната степен е с нерегулируеми размери, калиброващите й части се оразмеряват по известните методи, отчитащи граничните отклонения, свиването или разбиването на отвора и износването на инструмента.

Монолитните конструкции на еднотипните инструменти с малка разлика между размерите на отделните степени могат да се получат от стандартен инструмент с размерите на по-голямата степен чрез шлифоване до размерите на по-малката.

Комбинираните инструменти за резбообработване и зъбообработване се използват в едросерийното и в масовото производство. Те имат последователна схема на работа, могат да бъдат еднотипни и разнотипни.

Инструменти за автоматизирано производство
Инструментите за автоматизирано производство са предназначени за работа върху автоматизирани машини и технологични линии. Автоматизираното производствено оборудване включва обработващи машини с автоматичен цикъл, приспособления за базиране и закрепване на заготовките, транспортни, измервателни съоръжения и режещи инструменти.

Докато при универсалните машини за състоянието на всеки режещ инструмент следи работник, в инструменталните магазини на автоматизираните машини десетки или стотици инструменти се сменят и експлоатират без състоянието им да се следи непрекъснато от човек. При това те работят при екстремно високи режими, като автоматично трябва да осигуряват точността на формата, размерите и качеството на обработваните повърхнини.

По вид и конструкция инструментите за автоматизирано производство са аналогични на тези за общото машиностроене. Характерните изисквания към тях произтичат от факта, че в продължение на определено време те трябва да поддържат работоспособността си автономно, без контрол от страна на оператор. Към тях се предявяват много високи изисквания по отношение на:
• голяма и гарантирана якост и трайност;
• бързо и точно установяване върху машината;
• възможности за регулиране размерите на инструмента чрез специални елементи в конструкцията му или чрез поднастроечни движения на машината;
• автоматично контролиране на състоянието на инструмента и сигнализиране за приближаване стойността на избран критерий до определени граници;
• сигурно начупване и отвеждане на стружката;
• високи и гарантирани надеждност и работоспособност.

Трайност на инструментите за автоматизирано производство
При инструментите за автоматизирано производство ясно се разграничават двете нива на трайността - обща и размерна трайност. Общата трайност се измерва с времето на работа до пълното износване на режещите ръбове, оценено по определен критерий в зависимост от вида на обработката, инструменталния материал и от вида на инструмента. Размерната трайност се измерва с времето на работа, през което се запазва предписаната точност на обработената повърхнина.

При неавтоматизираното производство за грубите обработки се лимитира общата трайност, а за чистите обработки лимитирането на трайността е по размерната трайност, което често е няколко пъти по-малко от общата трайност. При автоматизираното производство се контролират и двете характеристики със стремеж за достигане на висока размерна трайност, чиято стойност да се доближава до общата.

Регулиране на инструментите на размер
Ако допустимото размерно износване е няколко пъти по-малко от общото, се прилага цикъл за няколкократно поднастройване на предварително настроения инструмент чрез органите на работната машина. Това може да се извършва между отделните работни цикли на машината без загуба на производителност.

Регулирането върху машината може да става след спирането й или по време на работа. Ръчното регулиране върху машината изисква тя да е спряла. Този метод е основен за неавтоматизираното производство, а при автоматизираното е свързан с нежелани престои на цели линии и участъци, поради което не се прилага.

Автоматизираното регулиране на разположението на инструментите върху машината е най-производително, но обикновено изисква приспособления, за които не винаги има място върху претрупаните с различни съоръжения работни зони. Пример за такова регулиране е осовото поднастройване на червячна фреза за нарязване на еволвентни зъбни колела, извършвано по време на работа.

С усъвършенстване на уредите за автоматичен контрол на състоянието на инструментите и параметрите на обработваната повърхнина, както и на средствата за адаптивно управление, много видове автоматизирани машини позволяват такова регулиране.

Ръчното извънмашинно регулиране на размерите на инструмента е просто, удобно и евтино за всякаква серийност на производството. То изисква в конструкцията на инструмента да се включат безстепенно регулируеми опори (обикновено винт с контрагайка), чрез които се възстановява точното разположение на режещия ръб относно обработената повърхнина (примерно след завъртане или смяна на режещата пластина).

Автоматичното извънмашинно регулиране на размерите е скъпо и много рядко се оправдава икономически.
Поднастройването на инструментите на размер е допълнително настройване на вече установения в машината инструмент с цел получаване на необходимата точност, когато обработваната повърхнина е с тясно допусково поле, размерната трайност е много по-малка от общата и честото спиране на машината с извънмашинно настроения инструмент е нежелано.

То може да се извършва на машини с програмно управление без спиране на машината, непрекъснато или циклично. Във втория случай поднастройването се осъществява с приближаване на обработвания размер до граничната стойност по сигнал от измервателно устройство за активен или пасивен контрол или след обработване на определен брой заготовки. Непрекъснатото поднастройване поддържа постоянно режещите ръбове в определено положение относно заготовката.

Установяване и смяна на инструмента
Закрепването на инструментите за автоматизираното производство върху машината трябва да се извършва бързо и сигурно и да гарантира точно ориентиране на инструмента и режещите му ръбове относно заготовката.

Закрепването на инструментите обикновено се извършва на три нива: директно в машината; в държач, който се закрепва в машината; в адаптер, който се закрепва в държач, установен по други повърхнини в машината.

В инструменталните комплекти на пробивно-разстъргващите, фрезови, стругови и други машини с програмно управление се съхраняват няколко десетки инструмента, установени в един инструментален магазин. Те се избират и транспортират до машината и обратно от автооператор. И ротационните и призматичните инструменти от комплекта се установяват в тела с еднакви повърхнини за базиране в инструменталния магазин, в автооператора и в държача на машината. Тези комплекти са изградени на модулен принцип и са различни за различните модели машини и фирми производители на комплекти.

Обикновено във вретеното на машината се установява опашката на модулно изградения инструмент, притежаваща конусна базова повърхнина, съответстваща на тази на вретеното, пръстен за захващане от автооператора, сменящ инструментите и многостен, служещ за предаване на въртящия момент от вретеното към режещата част на инструмента.

При нужда се използват удължители и преходни елементи, към които се установява режещата част, позволяваща използването на различни вложки, като е желателно съставните елементи на комплектите да са стандартизирани и с по-универсално предназначение.

Стружкоформиране и стружкочупене
Много важно изискване за експлоатацията на инструментите за автоматизирано производство е гарантираното начупване на стружката на определен размер и надеждното й отвеждане от зоната на рязане, където натрупването и може да доведе до повреждане на инструмента, обработената повърхнина или намиращите се наблизо автоматични устройства.

Формирането, начупването й транспортирането на стружките не трябва да предизвиква нараняване на инструмента, заготовката или оператора, а да осигурява надеждно отвеждане на стружките от работната зона.

Автоматичното отвеждане на пръскащите се стружки се извършва от стружковите канали със специално избрани стойности на ъгъла на наклона, екрани, улеи и др. за насочване на струята от стружки, както и чрез издухване със сгъстен въздух или извличане от течност под налягане.

Течащите стружки трябва гарантирано да се начупват на дължина 100-200 мм. Стужкоформирането има за цел да предизвика пластична деформация с неравномерна степен на уякчаване и създаване на концентратори на напрежение в стружката, около които започва разрушаването при по-нататъшното й движение.

Стружкоформирането и стружкочупенето се извършват с известни средства:
• препятствия по предната повърхнина (прагове, канали, гнезда);
• кинематични методи, свеждащи се до периодична промяна на стойностите на подавателното движение и размерите на напречното сечение на стружката;
• технологични методи (формиране на бразди пред инструмента, променящи сечението на стружката и др.).

Сигнализирането за състоянието на инструмента е необходимо за получаване на информация за настъпило гранично състояние на даден режещ ръб. Обикновено инструментите за автоматизирано производство се сменят принудително след обработване на определен брой заготовки. Този прост метод изисква много добра надеждност и тясно групиране на трайностните показатели на инструмента. При възникване на аварийна ситуация се стига до обработване на няколко негодни заготовки.

Съвременните металорежещи машини често имат вградени динамометрични устройства във вретеното и подавателните механизми, които се използват както за адаптивно управление, така и за сигнализиране при достигане гранични стойности на силите на рязане, захранващия ток и др. Като ограничаващ критерий може да се използва информация за достигнатата температура в зоната на рязане или повишеното акустично ниво на звука, придружаващ процеса.

Достигнатите гранични стойности на размерното износване се установяват от автоматични уреди за активен или пасивен контрол на обработваните размери, които подават сигнал при доближаване до границата на допусковото поле на обработената повърхнина.

Статията е разработена със съдействието на доц. д-р инж. Кирил Петров Киров

ЕКСКЛУЗИВНО

Top