Приспособления для установки заготовок на фрезерных станках с ЧПУ

Приспособления и оснастка являются наиважнейшим компонентом успешной работы на ЧПУ станках.

Оснастка — это общий термин для любого устройства, которое используется для надежной фиксации заготовки во время обработки.

«Приспособления» — это решения для крепления деталей, которые изготавливаются на заказ для конкретной детали или ситуации.

Удержание рабочего места состоит из двух компонентов:

• Собственно зажимное приспособление, такое как фрезерные тиски.
• Метод размещения и закрепления этого зажимного приспособления на вашем станке. Это включает в себя вездесущие Т-образные пазы, модульные крепежные пластины, решения для 4-й оси и многое другое.

Мы рассмотрим различные методы определения местоположения удерживающих устройств, а затем дадим описание выбора для удерживающих устройств.

Но сначала давайте поговорим о том, почему так важны оснастка и приспособления, и как узнать, когда вам нужно сделать специальный крепеж.

Оснастка и приспособления: типы и виды

На западе среди фрезеровщиков есть такая поговорка: «fixtures are where you make your money», что переводиться примерно как: «Крепеж это то, на чем вы зарабатываете деньги». Если вы умеете делать приспособления, которые экономят время, вы получите большую прибыль.

Т-образные пазы — это наиболее распространенный метод позиционирования и удержания вашего рабочего крепления. Они просты, надежны и работают. Чтобы прикрепить что-либо к столу с Т-образным пазом, используйте гайки с Т-образным пазом и подходящие шпильки или другие крепежные детали, подходящие к гайкам.

Хотя они распространены, у них есть некоторые недостатки по сравнению с другими решениями. Помимо того факта, что Т-образные пазы могут собирать стружку и другой мусор, их самым большим недостатком является то, что вам трудно вернуть ваши тиски или другое приспособление для крепления на стол в точно таком же месте и в той же ориентации. Это может привести к дополнительной работе каждый раз, когда машина должна быть настроена с новой рабочей оснасткой для новой работы. Со временем цена такой неэффективности может быть довольно высокой.

Только представьте, что, если бы вместо устройства смены инструмента и таблицы инструментов вам приходилось набирать каждый инструмент каждый раз, когда он использовался? Разве это не было бы огромным препятствием для повышения производительности вашего рабочего процесса обработки? Что ж, время настройки также может быть большим препятствием для производительности, и Т-образные пазы здесь не помогают.

Есть несколько решений, которые пытались сделать их немного лучше:

Крепление на планшайбу

Планшайба 2 выглядит в виде плоского диска, на котором прорезаны пазы в радиальном направлении или по концентрическим окружностям, закрепленного на фланце 1, шпинделя.

В качестве креплений заготовок к планшайбе используются:

1. Для заготовок в виде колец 4 при обработке по наружной поверхности – шайба 5 и винт 8 с гайкой 7. При обработке внутренних поверхностей – прихват 9, как показано на (рис. 5, а);
2. Для заготовок сложной формы, например, кронштейна 5, который крепится на угольник 7 центрируется по пальцам 6 – откидной зажим 4, с использованием противовеса 3 для уравновешивания сил вращения (рис. 5, б).
3. Для заготовок-тел вращения 3 – прихваты 4 и сменные накладки, (рис. 5, в).

Рис. 5. Крепление на планшайбе

Тиски и приспособления с ключом

Если ваши Т-образные пазы соответствуют требованиям, вы можете установить ключи на дно тисков или крепежных пластин, которые совпадают с Т-образными пазами. Вы также можете установить ключи в Т-образные пазы, которые совпадают с краем пластины или основания тисков. Это может сэкономить вам довольно много времени на вытаскивание тисков и тому подобное, и это несложно, так что об этом определенно стоит подумать.

Проблема в том, что такие решения помогут с одним измерением (обычно короткий размер стола — это ось Y и она перпендикулярна прорезям), но у нас все еще есть проблема с позиционированием вдоль оси Т-образного паза. .

К счастью, есть лучший способ — это вспомогательные пластины для крепления (также называемые пластинами для крепления).

Монтажные плиты, инструментальные плиты и модульное крепление

Вспомогательные пластины для приспособлений (также называемые пластинами для приспособлений или инструментальными пластинами) — это пластины, которые устанавливаются поверх стола с Т-образными пазами, чтобы обеспечить новый способ позиционирования и закрепления оснастки. Типичная пластина для инструментов выглядит так:

В инструментальных пластинах обычно используется сетка отверстий, которые чередуются между отверстиями для точных установочных штифтов и отверстиями с резьбой для крепежных деталей. Если эта сетка позиционируется точно (или даже если это не так и положения точно известны), у вас есть очень повторяемый способ установки оснастки на пластину. Установочные штифты обеспечивают точное позиционирование с точностью до 0,01. Представьте себе возможность установить тиски, на отдельную крепежную пластину с установочными штифтами и отверстиями для крепежа, повторяемость это операции будет около 0,01. Если все ваши приспособления могут встать на пластину для инструментов, вы действительно можете очень быстро переключить станок на новую конфигурацию оснастки. Экономия времени позволяет очень быстро окупить стоимость такой системы.

Тиски можно установить на одну из этих пластин в течение одной или двух минут. Станок с ЧПУ можно перенастроить за 5 или 10 минут для совершенно другой работы. К тому же навыки, требуемые от операторов станков, а также вероятность ошибок значительно снижаются, если не нужно каждый раз тщательно настраивать приспособления. Есть преимущества и для создания модульного G-кода, потому что он может полагаться на сетку позиционирования.

Если требуется точность более 0,01, часто лучше использовать зондирование вместе с выбранной параметризацией g-кода, чтобы исправить оставшуюся ошибку. Вы можете попытаться более точно настроить параметры вручную, но решение для зондирования может полагаться на то, что все почти верно, чтобы определить последнюю небольшую часть исправления ошибок, которая должна быть применена в самом g-коде. Например, можно очень точно применить вращение к g-коду на основе результатов датчиков (выравнивание объектов по движению оси).

Инструментальные пластины обычно изготавливаются из чугуна или алюминия, хотя есть и стальные. Их можно купить или изготовить с нуля. Чтобы получить полное руководство, обязательно посетите нашу страницу о крепжных пластинах.

Крепление с помощью люнета

Если длина выступающей части заготовки превышает 15 см, рекомендуется применять люнеты – подвижные и неподвижные опоры. Отличие состоит в способе крепления:

• неподвижный люнет закрепляется стационарно на направляющих станины (рис. 3) при помощи планки 5 и крепежных гаек 6. Верх люнета 1 откидывается для установки детали, которая укладывается на опорные ролики 4 с регулировочными винтами 2 и дополнительными болтами. Для фиксации заготовки на роликах, на ней нужно проточить канавки.

Рис. 3. Неподвижный люнет:

1 – откидная крышка; 2 – винты; 3 – болты; 4 – ролики; 5 – планка, 6 — гайка

• крепление подвижного люнета выполняется к каретке суппорта, перемещаясь вместе с ней в осевом направлении. Конец детали фиксируется на двух роликовых опора люнета. В качестве третьей опоры выступает режущий инструмент (резец).

Рис. 3. Подвижный люнет

Шаровые замки и другие решения для быстрой смены инструментальных пластин

Сейчас я надеюсь, что вы видите, сколько времени на настройку можно сэкономить, используя инструментальные пластины. Что может быть лучше? Есть как минимум два разных способа еще упростить установку приспособлений и оснастки: быстросменные пластины для инструментов и поддоны.

Благодаря системе Quick Change время, необходимое для работы с установочными штифтами и крепежными деталями, сокращается за счет какого-то интегрированного решения, которое позволяет точно позиционировать и очень быстро фиксировать. Одна из них — система шарового замка:

Шаровые замки — это система быстрого извлечение и установки инструментальных пластин. Эта система обеспечивает точное позиционирование и надежное удержание с помощью 4-х шаровых замков. Просто совместите пластину с дополнительной пластиной (которая имеет втулки приемника и установлена ​​на столе), опустите хвостовики шарового фиксатора в отверстие, закрутите болт наверху хвостовика шарового фиксатора, и все готово. Закрутить четыре болта и не возиться с установочными штифтами или дополнительными креплениями действительно быстро и легко. Речь идет о 30-секундном времени смены приспособлений, что действительно очень быстро.

Дополнительные опоры

При обработке заготовок большой длины и малого диаметра, для обеспечения надежной фиксации применятся дополнительные опоры – люнеты. Они необходимы для повышения жесткости обрабатываемых заготовок. В зависимости от конструкции люнеты могут быть:

• подвижными;
• неподвижными;
• модернизированными с самоустанавливающейся муфтой;
• самоцентрирующимися, с встроенными в кулачки подшипниками.

Неподвижные приспособления применяются для обработки заготовок валов, длина которых превышает 10 диаметров изделия. Перед установкой люнета необходимо закрепит заготовку в центрах и проточить шейку под кулачки. Сам люнет состоит из чугунного корпуса с откидной крышкой для облегчения фиксации заготовки. Корпус крепится к станине планкой и болтом. Кулачки перемещаются с помощью регулирующих винтов, для их фиксации в нужном положении используются специальные винты. В некоторых конструкциях вместо кулачков используются ролики для снижения силы трения.

Подвижные люнеты устанавливаются непосредственно на каретку суппорта. Данное приспособления также используется для точения длинных валов, в частности для чистовой обработки, нарезки резьбы и других операций. Регулируемая кулачковая система позволяет настроить люнет под размер вала.

Поддоны

Следующий шаг — поддоны. Это как автоматические инструментальные плиты, в то время как все остальное, было ручным. Типичная машина с поддонами позволяет вам настраивать его, пока машина работает над другим. Смена поддона происходит за счет снятия старого поддона за пределами зоны фрезерования станка и установки нового. Это сводит к минимуму время, в течение которого станок должен находиться в простое, и позволяет выполнять настройку параллельно с обработкой.

Некоторые машины имеют так называемые «пулы поддонов», которые позволяют заранее настроить несколько поддонов и запланировать их запуск. Пул поддонов может позволить машине работать без присмотра в течение довольно долгого времени и может быть полезной частью для полной автоматизации.

Поддоны обычно можно увидеть только на горизонтальных обрабатывающих центрах и некоторых высокопроизводительных вертикальных обрабатывающих центрах. Это полноценная производственная функция, которая довольно дорога, поэтому стоимость должна быть оправдана.

4-я ось, цапфы и инструментальные колонны

Иногда полезно иметь возможность применить к нашему мышлению другое измерение — в данном случае 4-ю Ось. В ЧПУ 4-я ось обычно представляет собой ось вращения. Она выровнена для вращения вдоль оси, параллельной одной из трех других осей станка. На вертикальных станках 4-я ось часто параллельна X или Y и проложена вниз. На горизонтальных 4-я ось также параллельна X или Y, но она стоит вертикально.

С точки зрения рабочего места, 4-я ось может использоваться для введения новых ориентаций для двух целей:

1. Она обеспечивает доступ к большему количеству сторон детали, поэтому обработка может продолжаться без необходимости переворачивать детали вручную.

2. Это позволяет получить доступ к большему количеству частей, которые могут быть расположены вокруг 4-й оси.

Чтобы узнать больше об этих применениях, ознакомьтесь с нашей превосходной серией статей «Основы 4-й оси».

Приспособления и оснастка. Рабочие решения

Разобравшись, как мы собираемся разместить и прикрепить нашу оснастку для крепления к фрезерному станку, давайте посмотрим, какие типы крепления есть впринципе.

Фрезерные тиски

На сегодняшний день, самым популярным решением для фиксации заготовок являются тиски. Существует множество производителей таких тисков, ярким примером является Курт , выпустивший первые тиски в 1950-х годах.

Более подробное описание тисков машиниста можно найти в нашем Полном руководстве по тискам. Там полно нужной информации.

Зажимы, оснастка и приспособления для пластин

Какими бы полезными ни были тиски, у них есть свой недостаток. Им сложно работать с действительно большими пластинами, хотя, как уже упоминалось, вы можете переместить губки в крайнее положение для пластин среднего размера. И они также могут быть неоптимальными для очень мелких деталей. Конечно, вы можете разместить несколько деталей в массиве, но это часто не удобно.

Когда приходит время обрабатывать большие листы или большое количество мелких деталей, обычно пора снимать тиски со стола и использовать зажимы .

Ступенчатые зажимы

Наиболее распространенный тип зажимов называется ступенчатыми зажимами, потому что на них выточены маленькие ступеньки. Они обычно используются с Т-образными пазами, хотя вы также можете крепить их болтами в инструментальной пластине. Вот несколько типичных ступенчатых зажимов:

На фото показан типичный набор ступенчатых зажимов. Может быть удобно запастись дополнительным набором, чтобы у вас было больше зажимных деталей для работы. Устанавливая ступенчатые блоки друг на друга и используя более длинные болты, вы можете зажимать довольно высокие заготовки. При использовании ступенчатых зажимов держите болт ближе к заготовке, а не к ступенчатому блоку. Может быть полезно наклонить зажим на детали, подняв его на шаг или два от уровня. Еще можете поместить прокладку из мягкого материала между зажимом и заготовкой, чтобы заготовка не повредилась.

Зажимные блоки

Ступенчатые зажимы захватывают верхнюю часть заготовки, что иногда неудобно, поскольку вам может потребоваться обработать захваченную область. Зажимы с носком захватывают боковую часть заготовки, обеспечивая полный доступ к верхней части заготовки. Доступно множество различных типов:

Этот зажим с носком перемещает зажим вниз по пандусу, когда он затягивается, чтобы прижать к заготовке

Двусторонняя лента, клей, воск и сплавы с низкой температурой плавления

Некоторые заготовки очень трудно удерживать, потому что они тонкие или из-за их формы. Как правило, их просто невозможно зажать. Решения для таких ситуаций — это двусторонняя лента, клей, воск и сплавы с низкой температурой плавления.

Клей должен быть чем-то, что высвобождается при необходимости. Например, Super Glue выделяется при определенной температуре, как и LocTite. Пары от него токсичны, поэтому старайтесь отводить их с помощью хорошей вентиляции. Двусторонний скотч отлично подойдет, особенно для очень тонких материалов.

Воск и сплавы с низкой температурой плавления (обычно сплавы висмута). Их можно использовать для нарашивания заготовки и создания зоны захвата. Когда обработка закончена, воск или сплав можно расплавить и сохранить для повторного использования.

Вакуумные приспособления

Нужно приложить равномерное давление, чтобы удерживать деталь? Он может создать значительную удерживающую силу при наличии достаточной площади поверхности. И она не зависит от формы или от того, насколько тонкий материал. У нас есть хорошая статья о том, как создать свои собственные вакуумные приспособления.

Возможно, самым большим недостатком вакуумных приспособлений является то, что его сила прижима ограничена площадью поверхности. Из-за этого небольшие детали могут относительно легко отрываться. Когда силы резания превышают силу прижима, которую может дать вакуумный стол, деталь выскакивает и портится. Это обычная проблема для пользователей вакуумных столов. Особенно актуально для небольших деталей, не имеющих большой площади поверхности.

Патроны и цанги: для круглых деталей

Обычно круглые детали обрабатываются на токарных станках, хотя во многих случаях может потребоваться и фрезерование. Если у вас есть токарно-фрезерный станок, возможно, нет необходимости ставить его на фрезерный станок. Но если вам просто нужно поработать на фрезере с некоторыми круглыми деталями, вы можете использовать тот же крепеж что и для токарных станков . Просто прикрутите их болтами или прижмите к столу мельницы. Например, используйте трехкулачковый патрон или набор цанговых патронов.

Токарные патроны особенно распространены на 4-х осях, потому что мы часто начинаем с круглой заготовки.

Время от времени мы ставим на стол круглые детали, потому что это намного быстрее. Рассмотрим эту установку для обработки круглых деталей:

Я никогда бы не подумал, но многие специалисты говорит, что эта 4-осевая установка очень эффективна. Она была способна обрабатывать алюминиевые прутки до нужной длины, обеспечивать квадратные грани, а также просверливать и нарезать отверстия быстрее, чем токарный станок.

Расширительные оправки, оправки и шпильки

Мы можем использовать расширительные оправки, оправки или шпильки. Суть в том, чтобы поместить расширяющийся цилиндр в отверстие на нижней стороне заготовки. Это позволит зафиксировать заготовку на месте. Так, вы можете получить доступ к заготовке со всех сторон, кроме нижней части. При этом, вы не столкнетесь с обрабатываемой опорой (нужно помнить, где находятся оправки, чтобы у вас не было одной в середине кармана!).

Вот приспособление, использующее расширяющиеся шпильки :

Поворот болта раздвигает шпильку, чтобы можно было зажать заготовку

Существует множество подобных приспособлений, подходящих для ваших нужд. Они особенно распространены для токарных станков, но, как мы уже упоминали, вы можете использовать токарный инструмент в работе, если найдете способ закрепить его на столе.

Приспособления для фиксации заготовок

Для крепления заготовок используются универсальные приспособления – центры, втулки и оправки. Центры применяются для деталей длиной более трех метров с базовыми поверхностями в форме центровых отверстий. В зависимости от конструкции они подразделяются на вращающиеся и неподвижные, устанавливаются в пиноли передней и задней бабки. Угол конуса переднего центра зависит от типа работ. Для обычных операций он равен 60°, для тяжелых работ – 90°. Материалом является инструментальная сталь с твердостью HRC 55-58.

Существуют различные варианты конструкции центров для выполнения специальных операций:

• Рифленые центры для обработки пустотелых заготовок.
• Центры с выточкой. Применяются для подрезки торца.
• Подпружиненные или «плавающие центры – для точной установки деталей по торцу.

На рисунке выше представлены конструкции центров: а — обыкновенный; б — рифленый; в — с выточкой, г — вращающийся для заготовок с центровыми углублениями; д — вращающийся для заготовок с коническими концами.

В том случае, если деталь не может быть зафиксирована в патроне, например по причине неправильной геометрической формы, используется специальное приспособление для закрепления заготовок на станках – планшайба. Это плоский диск с радиальными или концентрическими пазами, который крепится к шпинделю станка через фланец. Пазы могут иметь Т-образную или фигурную форму в поперечном сечении. Заготовка центрируется и фиксируется на планшайбы с помощью сменных прихватов и наладок.

Для точения некоторых заготовок с внутренними сквозными отверстиями применяется фиксация с помощью оправки. Данные приспособления подразделяются на центровые и шпиндельные. В свою очередь центровые подразделяются на цельные и разжимные.

На рисунке выше показаны оправки в разрезе: а — центровые; б — шпиндельная; 1 — стержень; 2 — заготовка; 3 — разрезной элемент; 4 — гайка.