Руководство по инструментам для токарных станков с ЧПУ: типы, применение и настройка инструмента

Что такое Токарные инструменты с ЧПУ ?

Токарные инструменты с ЧПУ служат основными режущими элементами при токарных операциях с ЧПУ. Установленные на револьверной головке или держателе инструмента, они используют программируемое управление для точной резки, придания формы и механической обработки заготовок, изготовленных из таких материалов, как металлы, пластмассы и композиты. В отличие от инструментов, используемых в традиционных ручных токарных станках, токарные станки с ЧПУ должны обладать исключительно высокой размерной стабильностью, износостойкостью и повторяемой точностью позиционирования, чтобы соответствовать требованиям современного производства для крупносерийного и высокоточного производства.

Типичная система инструментов токарного станка с ЧПУ состоит из трех основных компонентов: державки инструмента, пластины и системы зажима пластины. Эта модульная конструкция значительно повышает эффективность смены инструмента, потенциально сокращая время простоя станка до 40%.

Благодаря широкому распространению технологий высокоскоростной обработки (HSM) и жесткого точения современные токарные станки с ЧПУ быстро развиваются в сторону использования твердых сплавов с покрытием, керамики и материалов CBN (кубический нитрид бора), тем самым достигая хорошего баланса между скоростью резания и сроком службы инструмента.

Типы токарных станков с ЧПУ

В зависимости от функции и технологического применения токарные станки с ЧПУ подразделяются на следующие шесть основных типов:

Кроме того, «Приводные инструменты» представляют собой специализированную категорию, которая позволяет выполнять операции ротационной обработки, такие как фрезерование, сверление и нарезание резьбы, непосредственно на токарном станке; они являются стандартной функцией многозадачных токарных станков.

Токарный станок с ЧПУ для различных типов станков

Токарные станки с ЧПУ, имеющие различную структурную архитектуру, предъявляют совершенно разные требования к конфигурации своих инструментальных систем:

Различные конфигурации токарных станков

4.1 Стандартная компоновка инструмента токарного станка с ЧПУ (револьверная головка на 8 станций)

Турель на 8 станций является более распространенной конфигурацией; типичное распределение для каждой станции следующее:

Расположение инструментов для токарных станков с ЧПУ по оси Y

Основываясь на стандартной конфигурации, токарные станки с осью Y обозначают станции с 5 по 8 как станции радиального/осевого приводного инструмента, поддерживающие операции фрезерования, сверления и нарезания резьбы:

• Станции 1–4: Инструменты с фиксированной осью X/Z (для наружного точения, растачивания, обработки канавок и нарезания резьбы)
• Станции 5–6: Радиальные держатели приводного инструмента (для бокового фрезерования пазов и шпоночных пазов, а также сверления)
• Станции 7–8: Осевые держатели приводного инструмента (для торцевого сверления и нарезания резьбы)

Настройка инструмента для двухшпиндельных токарных станков с ЧПУ

Две револьверные головки на двухшпиндельном токарном станке должны проектироваться независимо, чтобы предотвратить взаимное влияние. Основная револьверная головка выполняет основные операции обработки, а вспомогательная револьверная головка (обычно состоящая из 4–6 станций) занимается обработкой задней поверхности заготовки после ее перемещения, включая чистовую обработку торцевой поверхности, внутреннее растачивание и нарезание резьбы.

Ключевые моменты настройки

При планировании траектории инструмента на двухшпиндельном станке обязательно активируйте функцию моделирования столкновений в программном обеспечении CAM. Это позволяет проверять траекторию полного хода обеих турелей, тем самым предотвращая возникновение помех во время одновременных или перекрывающихся операций.

Конфигурация инструмента для токарно-фрезерных центров

Токарно-фрезерные центры объединяют токарные и фрезерные операции на одном станке; следовательно, их конфигурация инструментов более сложна. Обычно он включает в себя:

• Стандартные держатели токарных инструментов (для наружного точения, растачивания, обработки канавок и нарезания резьбы)
• Высокоскоростные приводные фрезы (концевые фрезы, торцевые фрезы, шаровые фрезы), обеспечивающие скорость шпинделя до 12 000 об/мин.
• Инструменты для сверления и нарезания резьбы (центровые сверла, спиральные сверла, метчики)
• Универсальные держатели инструмента по оси B (обеспечивают многонаправленную обработку без необходимости смены инструмента)
• Антивибрационные расточные оправки (применяются для высокоточного растачивания глубоких отверстий, имеют встроенные механизмы гашения вибрации)

Ключевые факторы при выборе режущих инструментов

Правильный выбор инструмента является решающим фактором в контроле затрат и качества обработки. Для этого требуется комплексная оценка следующих элементов:

Часто задаваемые вопросы по инструментам для токарных станков с ЧПУ

Вопрос 1. В чем разница между оснасткой для токарных станков с ЧПУ и оснасткой для обычных токарных станков?

В токарном станке с ЧПУ используются стандартизированные держатели инструментов (такие как системы VDI, BMT или Capto), которые обеспечивают быстрое и точное позиционирование и автоматическую блокировку. Пластины имеют сменную конструкцию; при износе необходимо заменять только вставку, а не весь инструмент. Кроме того, их размеры и геометрические углы соответствуют спецификациям стандарта ISO, что обеспечивает высокую повторяемость и точность после замены инструмента.

В2. Как определить, когда необходимо заменить пластину токарного станка с ЧПУ?

Общие критерии включают в себя:

1. Заметное ухудшение качества поверхности обрабатываемой детали;
2. Увеличение сил резания и увеличение нагрузки на станок;
3. Тенденция к отклонению размеров (выходу за пределы допуска) заготовки;
4. Видимые повреждения режущей кромки пластины, такие как сколы, лунки или наросты на кромке (BUE);
5. Аномальное повышение температуры резки или появление дыма. Рекомендуется настроить предупреждения о сроке службы инструмента в программном обеспечении CAM, чтобы заранее спланировать интервалы замены инструмента.

Вопрос 3. Что такое коррекция инструмента и почему это важно?

Смещение инструмента — это параметр в системе ЧПУ, используемый для исправления несоответствия между фактическим положением инструмента и его теоретическим, запрограммированным положением. Из-за таких факторов, как неточности монтажа инструмента и износ, регулировка с помощью компенсации длины и компенсации радиуса необходима для обеспечения точности размеров обрабатываемой детали. После каждой замены инструмента или пластины инструмент необходимо повторно измерить (обнулить), чтобы обновить соответствующие значения коррекции.

Вопрос 4. Могут ли токарно-фрезерные составные станки полностью заменить отдельные токарные и фрезерные станки?

Для сложных деталей (таких как валы или корпуса) токарно-фрезерные составные станки позволяют выполнять все операции обработки за один установ, тем самым исключая ошибки, связанные с вторичными наладками, и значительно сокращая время цикла обработки. Однако при массовом производстве простых деталей специальные токарные или фрезерные станки могут предложить большие преимущества с точки зрения эффективности и рентабельности.

Вопрос 5. Какой тип инструментального материала следует выбрать для обработки нержавеющей стали и титановых сплавов?

Для нержавеющей стали рекомендуются мелкозернистые твердосплавные пластины с PVD-покрытием (например, TiAlN или AlTiN); геометрия резания должна иметь положительный передний угол. Для титановых сплавов, характеризующихся плохой теплопроводностью и высокой химической активностью (клейкостью), целесообразно использовать вставки без покрытия или вставки с PVD-покрытием TiN. Их следует сочетать с низкими скоростями резания (30–60 м/мин), высокими скоростями подачи и достаточным внутренним подводом СОЖ для предотвращения перегрева кончика инструмента.

Вопрос 6. В чем разница между стандартами держателей инструментов VDI и BMT?

Стандартные держатели инструментов VDI позиционируются через цилиндрическое отверстие; хотя смена инструмента удобна, ее повторяемость составляет примерно ±0,01 мм. Держатели инструментов BMT используют прямой контакт для позиционирования, обеспечивая хорошую повторяемость (до ± 0,005 мм) и большую жесткость, что делает их пригодными для точных операций резки в тяжелых условиях; однако процедура смены инструмента немного сложнее.

Вопрос 7. Как может вибрация (дребезжание) в токарные станки с ЧПУ быть сведено к минимуму?

Ключевые меры по сокращению болтовни включают в себя:

1. Уменьшение длины вылета инструмента так, чтобы он не превышал диаметр хвостовика инструмента в четыре раза;
2. Использование антивибрационных держателей инструмента, оснащенных встроенными демпфирующими механизмами;
3. Соответствующее увеличение скорости подачи при одновременном снижении скорости резания, чтобы избежать собственных резонансных частот системы;
4. Проверка того, что момент затяжки режущей пластины соответствует указанным требованиям;
5. Проверка надежности подшипников шпинделя и механизма прижима револьверной головки.