Главная Биржа Тендеры Форум

Баннер

Вход


-= ВНИМАНИЕ! =- Эта регистрация действует только на ПОРТАЛЕ. На ФОРУМЕ и БИРЖЕ СТАНОЧНИКОВ нужно регистрироваться отдельно!



Главная СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ Угловые головки. Особенности конструкции и эксплуатации
Угловые головки. Особенности конструкции и эксплуатации PDF Печать E-mail
Рейтинг пользователей: / 16
ХудшийЛучший 
Автор: Стружка №7 2004   
22.08.2013 12:09

Угловые головки. Особенности конструкции и эксплуатации

При использовании обрабатывающих центров (в основном, вертикальных) нередко возникает необходимость ввести в технологию еще один установ для обработки отверстия, находящегося под некоторым углом к плоскости обработки. В качестве альтернативы введению еще одного постанова, как правило, предлагается использование поворотного стола. Однако существует еще одна возможность обработки «за углом», о которой часто забывают или не знают вообще. Речь идет об угловых головках.

Угловые головки. Особенности конструкции и эксплуатации


Угловые головки действительно могут решить подобную проблему без введения дополнительной операции на другом установе. В этом плане они являются «пластырем», позволяющим быстро заклеить «рану». В то же время, применение угловых головок требует определенных знаний и подготовки.

 

Угловые головки, в полном соответствии с определением, позволяют вести обработку инструментом, расположенным под углом к шпинделю станка (рис. 1). Существует несколько типов головок, отличающихся конструкцией, гибкостью и областью применения.

 

Конструкция угловых головок

Головки могут быть жесткими и универсальными (рис. 2), в зависимости от того, можно или нельзя менять угол поворота выходного шпинделя головки относительно входного шпинделя (шпинделя станка). Если угол изменять невозможно, то головка является жесткой. Жесткие головки в свою очередь делятся на головки с расположением выходного шпинделя под углом 90° к входному шпинделю (шпинделю станка) (рис. 2 в центре) и головки с расположением выходного шпинделя под другими углами, отличными от 90° (рис. 2 слева). Наиболее часто применяются головки с выходным шпинделем, расположенным перпендикулярно к входному (т. е. под углом 90°). Использование угловых головок с углами, отличными от 90°, требует особого внимания при программировании. Далее этот вопрос будет рассмотрен более подробно.


Универсальные головки (рис. 2 справа) с возможностью изменения угла наклона выходного шпинделя являются наиболее гибкими. В зависимости от технологической задачи головку можно адаптировать для практически любой обработки (рис. 3). В жертву универсальности в этом случае принесена жесткость конструкции, так как появляется еще одно звено, в данном случае подвижное, между шпинделем станка и инструментом.


Головки могут быть с фланцевым креплением и с возможностью автоматической смены. Головки с фланцевым креплением (рис. 4) жестко устанавливаются на шпинделях фрезерных, сверлильных и расточных станков. Головки с автоматическим креплением предназначены для использования на обрабатывающих центах и оснащены стандартным присоединением к шпинделю (крутой конус (SK, MAS и т. д.)), конус HSK и т. д.). В этом случае в конструкции головки обязательно присутствует фиксирующий палец (рис. 5), а на корпусе шпинделя станка устанавливается опорный блок. Это предотвращает вращение корпуса головки вместе со шпинделем. Корпус остается неподвижным и является опорой для механической передачи вращения от шпинделя станка к шпинделю головки. Для передачи используются высокоточные конические косозубые шестерни. Последние достижения в конструировании и изготовлении косозубых конических передач позволили существенно расширить их область применения (например, увеличить максимальную частоту вращения угловых головок до 8000. оборотов в минуту) и повысить их надежность и долговечность.


Поскольку на обрабатывающих центрах необходима автоматическая смена инструмента, положение фиксирующего пальца относительно выходного шпинделя можно регулировать на 360°. Основная цель такой регулировки - обеспечить необходимое для обработки положение выходного шпинделя после автоматической установки головки в шпиндель станка.

Угловые головки могут быть оснащены системой внутреннего подвода СОЖ под высоким давлением.

 

Жесткость угловой головки

При использовании угловых головок необходимо учитывать неизбежное снижение жесткости по сравнению с прямой установкой инструмента в шпиндель станка. В этой связи могут быть определены две основные причины.

  • Первая - радиальное увеличение «вылета» инструмента. Фактически точка приложения нагрузки, возникающей в процессе резания, находится дальше от оси и плоскости шпинделя станка, так как инструмент имеет осевой вылет (определяемый размером головки) и дополнительный радиальный вылет на величину от оси шпинделя до вершины инструмента. Соответственно, усилие, прилагаемое к месту крепления инструмента в шпинделе станка при использовании угловой головки выше, что неминуемо приводит к дополнительным проблемам. Ситуация усугубляется тем, что вес угловой головки выше, чем вес обычного вспомогательного инструмента.
  • Вторая причина кроется в конструкции самой головки и ее креплении к шпинделю станка. Здесь существует несколько источников потери жесткости. Первым источником уменьшения жесткости является коническая передача. Совершенствованием этого узла занимаются все фирмы-изготовители угловых головок. Существенно повышена прочность самих зубчатых колес, применяются самые современные и наиболее точные подшипники, в результате увеличивается изгибная прочность и снижаются деформации всего узла при приложении нагрузки. Этот источник снижения жесткости присутствует у всех типов угловых головок.

Следующий источник имеет место только в головках с возможностью автоматической смены в шпинделе станка и отсутствует у головок с фланцевым креплением. Речь идет о наличии зазора между фиксирующим пальцем и стенками отверстия или паза на опорном блоке. Уменьшение зазора может привести к сбоям в работе механизма смены инструмента. Этот зазор в меньшей степени сказывается при выполнении операции сверления, в большей степени — при фрезеровании. Объясняется это увеличением крутящего момента, приложенного к опоре угловой головки, и изменением характера нагрузки. При сверлении возникают нагрузки на инструмент только в осевом направлении, при фрезеровании — и осевые и радиальные нагрузки. Если усилия превышают определенный предел, в месте стыка пальца и опорного блока возникают вибрации, которые затем передаются на головку и инструмент. Для улучшения ситуации стараются увеличить размер опорной поверхности (в обычном варианте опорная поверхность соответствует размеру конуса шпинделя станка). Для этого применяют: увеличение количества фиксирующих пальцев, обеспечение дополнительной фиксации на пальцах в осевом направлении и увеличение расстояния от оси шпинделя до оси фиксирующего пальца.


В универсальных головках существует дополнительное соединение между поворотной частью головки и базовой частью. Как и в любом подвижном соединении, в этом месте существуют зазоры, необходимые для работы соединения. Эти же зазоры являются источником снижения жесткости универсальной головки по сравнению с цельной.


Таким образом, жесткость угловых головок уменьшается от головок с фланцевым креплением к жестким цельным головкам и далее к универсальным регулируемым головкам. Обратим внимание, что таким же образом увеличивается гибкость головок.

Приведем коротко перечень технических мероприятий фирмы «Альберти» (Италия) — одного из основных производителей угловых головок в мире, — направленных на увеличение жесткости и снижение уровня вибраций:

  • входной вал выполнен как одно целое с конусом присоединения к шпинделю станка;
  • конические шестерни рассчитаны и изготовлены по технологии мировых лидеров — фирм Gleason и Klingelnberg;
  • валы головки изготовлены из высокопрочного материала (из него же изготовлены приводные валы гоночных автомобилей «Формулы 1»);
  • особое внимание уделяется термической обработке и финишной механической обработке;
  • каждая головка проходит испытания, после которых заполняется в трех экземплярах контрольный лист. Один экземпляр остается на фирме для дальнейших обращений, два оставшихся — передаются заказчику;
  • головки поставляются в специальном футляре, предохраняющем от повреждений, в комплекте с набором ключей, инструкцией по эксплуатации и тюбиком смазки.

 

Особенности применения угловых головок

Как уже было показано выше, при применении угловых головок необходимо учитывать различные факторы. В первую очередь, применение угловых головок должно быть экономически целесообразно. Угловые головки (что вполне естественно и очевидно) имеют более высокую стоимость по сравнению с традиционным вспомогательным инструментом. Стоимость стандартных угловых головок находится в диапазоне от 5 до 8 тыс. долларов, в то время как стоимость специальных головок может доходить до 50 тыс. долларов. Основанием для применения угловой головки является необходимость введения дополнительного установа для полной обработки детали. Необходимо рассчитать затраты на обработку детали по обоим вариантам и сравнить их между собой (методика расчета затрат уже была рассмотрена в журнале «Стружка» — ред.). Если расчет показывает целесообразность применения угловых головок и разумные сроки возврата вложений, то этот вариант предпочтительнее. Практика показывает, что это не всегда имеет место, особенно если требуется обработка нескольких поверхностей и применение, соответственно, нескольких головок. Альтернативой применению угловых головок может стать применение поворотных и глобусных столов. При большом количестве переходов, на которых планируется применение угловых головок, их стоимость может стать сопоставимой со стоимостью поворотных столов. Естественно, речь идет о тех случаях обработки, когда размеры и конфигурация детали позволяют использование поворотных столов (что в равной степени относится к угловым головкам).


Во-вторых, применение угловых головок должно быть технически возможно. Кроме указанных выше ограничений, связанных с жесткостью головок, существует еще целый ряд факторов. Как уже было сказано, сверление на угловых головках вызывает меньше проблем с жесткостью, чем фрезерование. В то же время, сверление отверстий под углом, отличным от 90° (рис.вызвать проблемы с программированием. Дело в том, что на станках с ЧПУ программируется перемещение вершины инструмента. В случае с угловыми головками надо обеспечить совпадение вектора перемещения с осью сверла. Иными словами, инструмент должен всегда перемещаться вдоль своей оси независимо от пространственного расположения оси относительно шпинделя станка. Иначе инструмент будет поломан. Некоторые фирмы включают в пакет программного обеспечения своих станков цикл «Сверление под углом». В иных случаях требуются консультации специалистов. Фрезерование (рис. 7) вызывает меньше проблем с программированием, но может привести к возникновению вибраций. Самые большие трудности возникают при попытке реализовать жесткое резьбонарезание (т. е. без компенсации на сжатие-растяжение из-за несоответствия скорости вращения шпинделя и скорости подачи станка). При жестком нарезании резьбы недопустимы люфты в приводе главного движения и движения подачи (теряется обязательное соответствие между ними). В угловой головке всегда присутствует зазор, пусть минимальный, в конической передаче. Наличие этого зазора делает невозможным жесткое нарезание резьбы без компенсации. Это ни в коем случае не означает, что угловые головки нельзя применять для нарезания резьбы. Можно, и они широко применяются на этой операции. Необходимо просто оснастить угловую головку механизмом компенсации. Это может быть либо широко применяемый резьбонарезной патрон, либо метчик в цанговом патроне с цангой с осевой компенсацией за счет пружинного механизма. И, естественно, никаких ограничений нет на фрезерование резьбы.

И, наконец, самое неожиданное. Проблема анализа необходимости применения угловой головки может привести к решению изменить конструкцию детали таким образом, чтобы не было необходимости в дополнительной обработке. Поставьте эту задачу перед конструктором, и, может быть, вы найдете решение. Примером являются дренажные отверстия, которые зачастую располагаются под углом 90° только потому, что так принято в конструкторской практике, а не потому, что этого требует конструкция данного изделия.

Модельный ряд угловых головок

Все угловые головки характеризуются по трем основным признакам — вид и размер входного шпинделя (присоединения к станку), угол наклона оси выходного шпинделя (жесткий или регулируемый) и вид выходного шпинделя. Угловые головки для автоматической смены, представленные на рис. 8, демонстрируют некоторые возможные комбинации. Выходные шпинделя имеют, в абсолютном большинстве случаев, цанговое присоединение (головка справа и в центре) или присоединение в виде крутого конуса 30 или 40 типоразмера (головка слева). Головки с крутым конусом — самые большие по габаритам в своих типоразмерах. Входные шпиндели могут отличаться по типам. Например, правая и средняя головка на рис. 6 имеют присоединение по типу ВТ, левая головка на этом же рисунке — присоединение по типу ISO, а головки на рис. 9 — присоединение HSK. Существуют головки (как правило, специальные) с другими видами присоединения, например с цилиндрическими присоединениями Weldon и Whistle Notch. Распространены также го-ловки с двумя выходными валами, направленными в противоположные стороны под углом 180°.


Немаловажной характеристикой угловой головки является максимально допустимое число оборотов шпинделя. Стандартной величиной считается 2-3 тыс. об/мин. Этого недостаточно для эксплуатации цельных твердосплавных сверл малого и среднего диаметра. Современные головки допускают увеличения частоты вращения до 8 тыс. оборотов, а специальные конструкции — до 12 тыс. Высокоскоростные головки (рис. 9) оснащаются подшипниками с керамическими шариками, специальными керамическими водонепроницаемыми уплотнениями (снижающими трение на 50%); все вращающиеся части подвергаются обязательной балансировке.

Для тех случаев, когда угловые головки могут применяться на одном производстве на разных станках с разными присоединениями, предназначены угловые головки модульной конструкции (рис. 10). Они устанавливаются на шпиндель вручную через сменный промежуточный фланец. Торцевой Т-образный паз позволяет повернуть головку на 360°. Для некоторых головок возможен поворот на 90° относительно другой оси. Модульная система делает возможным увеличить вылет головки за счет установки промежуточных вставок.

Головки могут быть оснащены системой внутреннего подвода СОЖ через шпиндель станка или через фланец и фиксирующий палец.

Отдельную группу головок составляют полустандартные головки, которые, тем не менее, находят очень широкое применение. К ним относятся удлиненные головки для сверления и нарезания резьбы с уменьшенным проходным размером (рис. 11) и головки со смещением оси (рис. 12).

Большие и средние станки традиционно оснащаются головками с фланцевым креплением (рис. 13). Они устанавливаются на шпиндель станка вручную. Головка может поворачиваться на фланце по торцевым Т-образным пазам на 360°.

Одна из американских фирм начала выпуск угловых головок с приводом от потока СОЖ через шпиндель. Преимуществом этого типа головок является независимость от их положения в шпинделе станка. Такие головки устанавливаются в шпиндель станка как обычный инструмент. После этого включается СОЖ, поток которой приводит во вращение встроенный двигатель, который вращает выходной шпиндель. Преимущество головки в том, что привод вращения шпинделя в этом случае не задействуется и может быть использован для ориентации, т. е. для поворота выходного шпинделя на желаемый угол. Особенностью головки (которая в наших условиях может считаться недостатком) является необходимость наличия на станке внутреннего подвода СОЖ под давлением через шпиндель, причем для получения приемлемого крутящего момента давление должно быть не ниже 15 бар. Станки с таким давлением внутреннего подвода СОЖ пока недостаточно распространены в нашей стране. Реальным недостатком такой системы является невозможность нарезания резьбы метчиком, так как под воздействием потока СОЖ встроенный мотор обеспечивает вращение только в одну сторону, без реверса.

Подводя итог, можно утверждать, что угловые головки являются крайне интерсным и полезным технологическим средством. Их применение в механической обработке на российских предприятиях явно недостаточно. Однако консультация специалистов и всесторонний анализ при их внедрении в технологию необходим в любом случае.

 

Дмитрий Локтев
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

"Стружка №7 2004 г."


Следующие материалы:
Предыдущие материалы:

Обновлено 08.05.2014 08:03
 

Просьба оставлять свои комментарии. Этим вы поможете развитию сайта, сделав его содержание более полезным! Также в комментариях можно писать о замеченных ошибках и неработающий ссылках.


Защитный код
Обновить