Инструмент и закрепление заготовки: фрезы, пластины, патроны, тиски и кулачки

Фрезы: какие бывают и где работают

Фрезу выбирают от того, что нужно получить на детали. Для оператора это значит: в карте наладки у каждого инструмента своя задача, и подменять его «похожим» нельзя.

• Торцевая фреза режет торцом и периферией, обычно сменными пластинами. Ею снимают припуск с больших плоскостей.
• Концевая фреза — основной инструмент обрабатывающего центра: уступы, пазы, карманы, контуры. Закрытый паз и карман можно сделать только ею.
• Дисковая фреза — длинные глубокие открытые пазы, в основном на горизонтально-фрезерных станках.

По конструкции фрезы бывают монолитные твёрдосплавные — цельный инструмент — и корпусные со сменными пластинами. Монолит берут для малых диаметров, точных контуров и чистовых проходов: у него острая кромка и малое биение. Корпус с пластинами — для больших диаметров и черновой обработки: при износе меняют пластину, а не весь инструмент.

Число зубьев — компромисс. Больше зубьев — выше подача, но канавки меньше, и стружке тесно. Меньше зубьев — просторные канавки и меньше силы резания. Поэтому для алюминия, который даёт крупную стружку, производители выпускают фрезы с двумя-тремя зубьями, а для стали — с четырьмя-пятью.

Токарные резцы и сменные пластины

На токарном станке с ЧПУ в основном работают резцы со сменными пластинами: для наружного точения, подрезки торца, растачивания, канавок, отрезки и резьбы. Пластину крепят в державке винтом, рычагом или прихватом.

Обозначение пластины задаёт ISO 1832, в России — ГОСТ 19042-80 на той же системе. Первые семь позиций обязательны. Разберём CNMG 120408:

Что важно у станка:

• Негативную пластину (N во второй позиции) можно перевернуть: вершины есть с обеих сторон. Позитивная (например, буква C во второй позиции — задний угол 7°) режет с меньшими силами, её берут для растачивания и нежёстких деталей.
• Всё после дефиса — код изготовителя, обычно геометрия стружколома. Пластину с другим кодом нельзя считать полной заменой: режимы берут из каталога новой пластины.
• Группу обрабатываемого материала обозначают буквой по ISO 513: P — сталь, M — аустенитная нержавеющая сталь, K — чугун, N — алюминий, медь и другие цветные металлы, S — жаропрочные и титановые сплавы, H — закалённые стали и отбелённый чугун. Пластина для группы P на нержавейке или алюминии работает хуже.
• Радиус при вершине берут не больше глубины резания. Если глубина меньше радиуса, режет закруглённая часть, растёт радиальная сила, и появляются вибрации.

Вылет и биение

Вылет — длина инструмента от торца патрона или державки до кромки. Чем он длиннее, тем сильнее инструмент отжимается и раскачивается. По рекомендациям производителя инструмента, при вылете фрезы больше четырёх диаметров склонность к вибрациям заметно растёт. Для токарных расточных оправок производители дают предел вылета в диаметрах оправки: у стальной он меньше, чем у твердосплавной. Оправку зажимают на длину не меньше трёх её диаметров. Правило для оператора простое: инструмент — минимально возможной длины, которой хватает, чтобы дойти до дна и не задеть деталь патроном.

Биение — насколько кромка при вращении отклоняется от идеальной окружности. Оно напрямую уходит в размер: паз, прорезанный фрезой по ширине, получается шире на величину биения и отжима, развёрнутое отверстие — больше номинала. Поэтому при плохом отверстии после развёртки первое, что проверяют, — биение инструмента в патроне, а уже потом режимы.

Патроны и оправки

Инструмент ставят в шпиндель не напрямую, а через оправку с зажимом.

• Цанговый патрон — основной зажим для инструмента с цилиндрическим хвостовиком: сверла, концевой фрезы, метчика. Разрезная втулка — цанга — сжимается гайкой и обжимает хвостовик. Распространённые цанги ER стандартизованы по ISO 15488, поэтому их выпускают многие производители.
• Гидравлический патрон и термопатрон — их производитель твердосплавных развёрток рекомендует для своего инструмента, с зажимом хвостовика на максимальную глубину.
• Оправка для насадных фрез — для торцевых и дисковых фрез с посадочным отверстием.
• Расточная оправка — для отверстий; у чистовых оправок вылет резца регулируется.

Для высокоскоростных стратегий фрезерования нужен жёсткий короткий патрон и минимальный вылет: там работает вся длина кромки.

Закрепление на фрезерном станке

Сначала заготовку базируют — ставят в нужное положение, — потом зажимают. По ГОСТ 21495-76 для неподвижности нужны шесть опорных точек: три под нижней гранью, две вдоль длинной боковой грани и одна у торца. Отсюда название «3-2-1». Опоры ставят как можно дальше друг от друга: тогда грязь или заусенец под одной из них меньше перекашивают заготовку.

Тиски — основная оснастка для призматических деталей:

• механические — винт, универсальная работа;
• гидравлические — усилие задаётся давлением и повторяется от детали к детали;
• самоцентрирующие — обе губки сходятся к центру, база — ось детали.

В обычных тисках база — неподвижная губка: деталь прижимают к ней. Под деталь на твёрдых губках кладут параллели. Фасонные и тонкостенные детали держат мягкими губками, которые фрезеруют на станке под контур: контакт идёт по всей поверхности, а не по двум линиям.

Крупные заготовки ставят на стол или плиту и прижимают прихватами. Правила: опора под каждым прижимом, прижим ближе к зоне резания, опора прихвата на уровне заготовки или чуть выше, чтобы прихват давил вниз, а не под углом. Прихваты не должны попадать на траекторию инструмента — это проверяют в симуляции и на пробном прогоне.

Тонкая стенка деформируется и от зажима, и от резания. Помогает зажим по толстым участкам, опоры под тонкими, усилие не больше нужного. После черновой обработки зажим ослабляют, дают детали «отпустить» напряжения и зажимают заново с меньшим усилием.

Закрепление на токарном станке

Кулачковый патрон — основной способ. Сырые кулачки растачивают под размер детали, зажав опорное кольцо в середине хода кулачков: тогда кулачки прилегают к детали по всей длине и она не смещается при резании. На высоких оборотах центробежная сила уменьшает усилие зажима наружными кулачками. Предельные обороты при заданном давлении зажима смотрите в документации на патрон и станок.

Цанга зажимает пруток или калиброванную заготовку по окружности — при работе от прутка и на небольших диаметрах.

Длинную деталь поддерживают. Производитель станков рекомендует такие пороги по вылету L из патрона, считая в диаметрах детали. В учебниках технологии границы бывают другими, поэтому схему для своей детали сверяйте с техкартой:

Задний центр превращает консоль в балку на двух опорах. Прогиб вала растёт как куб длины: сократить вылет вдвое — значит уменьшить прогиб в восемь раз. Центровое отверстие делают центровочным сверлом 60°, иначе центр не прилегает. Изношенный вращающийся центр сам даёт вибрации и конусность.

Поджимать центр «с запасом» нельзя. Тонкий вал при резании нагревается и удлиняется, и лишнее осевое усилие изгибает его. Для таких задач выпускают вращающиеся центры с индикатором давления, а на станках с гидравлической пинолью усилие задают параметром — начинают с меньших значений.

Люнет — дополнительная опора для длинного вала. Неподвижный ставят на станину, под него заранее протачивают шейку. Подвижный крепят на суппорте, он идёт вместе с резцом и принимает радиальную силу прямо у зоны резания.

Ошибки закрепления и что из них выходит

Что проверить перед пуском

• Инструмент в оправке тот, что в карте наладки: тип, диаметр, пластина с нужным обозначением и группой материала.
• Вылет минимальный, биение инструмента проверено индикатором.
• Заготовка прижата к базам, под ней нет стружки, зажим направлен на опоры.
• Прихваты, губки и кулачки вне траектории — проверено в симуляции или на пробном прогоне.
• Длинная деталь поджата центром или поддержана люнетом по схеме, усилие центра не завышено.