Особенности многоинструментной обработки

Использование на металлорежущих стан­ках многоинструментных параллельных схем обработки создает условия для значительного повышения производительности труда. Прин­цип концентрации технологических переходов обработки осуществим на многих универ­сальных станках при их оснащении многорез­цовыми блоками, многошпиндельными свер­лильными головками, наборами фрез и други­ми комплектами инструментов для одновре­менной работы. Наиболее эффективно воз­можности концентрации переходов реализуют­ся на агрегатных станках (АС) и автоматиче­ских линиях (АЛ) из агрегатных станков при обработке корпусных деталей. На одной рабо­чей позиции АЛ с двух- или трехсторонним расположением многошпиндельных агре­гатных головок совмещают выполнение во времени десятков, а иногда и сотен технологи­ческих переходов. Однако при параллельной обработке поверхностей на технологическую систему действуют силы резания от многих одновременно работающих инструментов, в результате чего затрудняются условия обес­печения требований точности.

Точность расположения осей отверстий до­стигается наиболее трудно в связи с относи­тельно низкой жесткостью режущих и вспомо­гательных инструментов, применяемых при обработке отверстий, по сравнению с фрезами и резцами, используемыми при обработке наружных поверхностей.

Для сложных корпусных деталей необходи­мо обеспечивать: точность расположения осей отверстий относительно баз (плоских поверх­ностей, осей отверстий); допуск межосевого расстояния; допуск соосности отверстий, рас­положенных в двух стенках детали; допуск параллельности и перпендикулярности осей отверстий друг другу и плоским поверхно­стям. Наиболее общим отклонением располо­жения оси отверстия является позиционное от­клонение, определяемое по ГОСТ 24642—81 наибольшим расстоянием А между реальным расположением элемента (его центра, плоско­сти симметрии) и его номинальным расположением в пределах нормируемого участ­ка L.

В условиях производства позиционное от­клонение определяется как смещение ∆_см оси отверстия от номинального расположения или входит составной частью в отклонение распо­ложения оси отверстия относительно других отверстий (отклонение от соосности, отклоне­ние межосевого расстояния, отклонение разме­ров от баз или других поверхностей).

В реальных схемах многоинструментной обработки действие сил весьма сложно и не постоянно во времени. В партии обрабаты­ваемых заготовок силы резания зависят от из­менения свойств материала заготовок и коле­бания припусков на обработку. На протяже­нии одного рабочего цикла обработки отверстия траектория движения режущего лезвия изменяется под влиянием циклового измене­ния действующих сил от неравномерности глубины резания на длине рабочего хода и на одном обороте инструмента при снятии не­равномерного припуска.

Параллельные схемы обработки с одновре­менным началом и окончанием рабочего хода инструментов встречаются редко. Более харак­терны параллельно-последовательные схемы, при которых работа инструментов начинается и заканчивается в разные моменты рабочего цикла. В этих условиях действие сил и вызы­ваемые ими перемещения в технологической системе зависят от конкретного сочетания переходов, т. е. от структуры операции.

Структура операции характеризуется: чис­лом инструментов, участвующих в обработке на всех рабочих позициях станка; расположе­нием инструментов в пространстве; порядком вступления в работу и выхода из работы инструментов.

Изменение значения и направления дей­ствующих сил на протяжении цикла обработ­ки приводит к появлению составляющей по­грешности от упругих деформаций — струк­турной погрешности.

Для заданной производительности (при из­вестном такте t_д) можно разработать такую структуру операции, при которой рассматри­ваемая погрешность обработки будет иметь наименьшее значение. Для этого необходимо создать условия, при которых силы резания от отдельных инструментов в рабочей позиции будут частично компенсироваться. В общем случае действующие силы и моменты приво­дят к суммарным неуравновешенным силе и моменту, которые и определяют значение и направление результирующих перемещений элементов технологической системы.

Расчеты для выбора варианта построения операции, характеризуемого наименьшей структурной погрешностью, выполняются на ЭВМ. Значение этой погрешности в реальных условиях обработки на агрегатном станке с поворотно-делительным столом достигает 15 — 30% от суммарной погрешности обработ­ки. При устранении структурной погрешности можно обеспечить точность расположения в пределах 0,15—0,2 мм вместо 0,25—0,4 мм, когда эта погрешность имеет место.

Схемы обработки отверстий (рис. 38 и 39) разрабатывают с учетом их размеров, распо­ложения и требований точности. Отверстия больших диаметров при относительно малой длине (вылет инструмента l ≤ 3 ÷ 4d) растачи­вают инструментом без направления. В этом случае точность расположения осей отверстий зависит главным образом от точности станка и приспособления для установки заготовки на станке. Растачивание при плавающем соедине­нии инструмента со шпинделем и направлении борштанги применимо при отношении l/d ≥ 5 ÷ 6. Диаметры растачиваемых отвер­стий от 50 мм (реже от 18 мм) и более. Борштанга направляется в одно- или двухопорном узле направления, выполненном в виде вращающихся втулок; применяют также борштангу в виде «скользящей втулки», направляе­мой в неподвижной втулке узла направления.

Схему обработки с плавающим соединением применяют также при зенкеровании и раз­вертывании. Обработку осевым инструментом с направлением в кондукторных втулках в при жестком соединении инструмента со шпинде­лем применяют для крепежных отверстий и отверстий другого назначения диаметром до 18 мм (реже до 30 мм). На точность располо­жения влияют все звенья технологической системы — станок, инструмент, приспособление и заготовка. Во всех схемах обработки для сверления применяют жесткое крепление ин­струмента; для зенкерования и развертыва­ния — жесткое и плавающее соединения; для растачивания — жесткое и плавающее крепле­ния инструмента со шпинделем.

Точность диаметральных размеров отвер­стий при окончательной (чистовой или тон­кой) обработке на агрегатных станках соответ­ствует 6 —8-му квалитету. При этом в срав­нимых условиях точность обработки деталей из алюминиевых сплавов на один квалитет выше, а из стали на один квалитет ниже, чем при обработке чугунных деталей.

Обработку отверстий жестко закрепленным инструментом с направлением выполняют по нескольким вариантам (табл. 3). При примене­нии ружейных и эжекторных сверл (глубокого сверления) для отверстий диаметром 12—30 мм обеспечивается точность 7—9-го квалитета, и необходимость в многопереходной обработке отпадает. В связи с незначительным уводом оси отверстия (5—10 мкм на 100 мм длины) применять метод глубокого сверления наиболее целесообразно для обработки длинных отверстий (при l > 5d).

Точность обработки отверстий при пла­вающем соединении инструмента со шпинде­лем станка зависит от конструктивного ва­рианта узла направления (табл. 4). Точность диаметральных размеров отверстий от 50 до 250 мм при растачивании без направления ин­струмента соответствует 7-му квалитету (при диаметре менее 50 мм — несколько грубее). Отклонение формы отверстий (конусообразность и овальность) составляет 10 мкм для от­верстий диаметром 10—18 мм, 14 мкм для от­верстий диаметром 30—80 мм и 20 мкм для отверстий диаметром 180-250 мм.

Точность расположения осей отверстий у обрабатываемой детали обеспечивают со­ответствующим расположением осей шпинде­лей станка от технологических баз. Наиболее податливым звеном технологической системы. При обработке отверстия является инструмен­тальная наладка, состоящая из режущего и вспомогательного инструментов. Расточные борштанги с резцами и осевые инструменты, используемые без направления или с напра­влением во втулках приспособления, при рас­чете отжатий рассматривают как балки, рабо­тающие при определенных схемах закрепления и нагружения. Влияние других элементов тех­нологической системы на упругие перемеще­ния оси отверстия учитывают эксперимен­тальными коэффициентами. Кроме этого на точность расположения осей отверстий влияют геометрические погрешности станка, погрешности установки заготовок для обра­ботки, тепловые деформации технологической системы. Все эти погрешности формируются с учетом схемы и реальных условий обработ­ки.