Повышение точности и снижение затрат с адаптивными направляющими втулками в швейцарской токарной обработке с ЧПУ

Важность направляющей втулки в швейцарских винторезных станках

В 2011 году Citizen Machinery Company представила адаптивную направляющую втулку (adaptive guide bushing), предназначенную для устранения затрат на обработку нешлифованного пруткового материала (non-ground bar stock). Citizen — специалист по станкам и лидер в токарной технологии с ЧПУ.

Та адаптивная втулка уже не новая. Но недавний визит в национальный штаб Citizen (в минутах от нашего завода) для обсуждения спецификаций одного из наших станков заставил задуматься о важности направляющей втулки. В чем функция этого часто недооцененного элемента?

Вот история.

Проблемы дефлекции при удалении материала

Деталь, подверженная силе, дефлектируется, сбиваясь с курса. Если режущая сила вызывает слишком большую дефлекцию, избыточная дефлекция влияет на точность резки.

Представьте: крепко держите деталь по одному краю и давите боком на неподдерживаемый конец — деталь прогнется на X. Тот же усилие на более длинной детали того же диаметра — прогнет еще больше.

Факт: если расстояние от опоры до силы в два раза больше, та же сила дает в 8 раз больше дефлекции. Сила на конце детали 2,0" (50,8 мм) дает 0,001" (0,0254 мм) дефлекции — та же сила на конце 4,0" (101,6 мм) даст 0,008" (0,2032 мм).

Компенсация дефлекции

Для компенсации большинство методов резки — включая швейцарскую токарную — делают несколько медленных проходов. Но дополнительные проходы увеличивают погрешность, особенно на больших длинах.

Общепринятое «правило» для обычного токарного станка: при отношении длины к диаметру > 3:1 используйте тылстоцк (tailstock) для предотвращения чрезмерной дефлекции. При > 6:1 — поддерживайте середину детали упором (steady rest или follow rest).

Зажимной коллет (chucking collet), дающий устойчивость детали, добавили в швейцарские станки в 1870-х для снижения дефлекции. Современные швейцарские винторезные станки дальше повышают эффективность и точность за счет направляющей втулки (guide bushing), дающей жесткость материалу за счет поддержки близко к режущему инструменту.

Подробнее об эволюции швейцарской токарной обработки с ЧПУ в статье «Швейцарский станок в современном машиностроении».

Как работает направляющая втулка в швейцарской токарной обработке

Цель направляющей втулки — поддерживать деталь и сохранять точность на протяжении всей обработки.

Со швейцарским станком направляющая втулка поддерживает деталь так близко к инструменту, что дефлекция от режущей силы по сути сводится к нулю. Поэтому режущий инструмент может сделать один глубокий проход вместо нескольких поверхностных, что позволяет:

• Сделать один проход с сохранением точных размеров детали;
• Снизить износ инструмента, обеспечивая большую согласованность и точность.

Оптимизация направляющей втулки

Точность направляющей втулки указывается коаксиальностью (coaxiality) — мерой концентричности нескольких диаметров вдоль теоретической оси. Для удержания микродинадапсков во времени направляющие втулки должны иметь коаксиальность 0,0002".

Типы направляющих втулок:

• Вращающиеся (Rotary guide bushings) — вращаются синхронно с деталью, лучше для более широких деталей, допуски > ±0,0005".
• Неподвижные (Fixed guide bushings) — остаются неподвижными, пока пруток вращается, лучше для более строгих допусков.
• Высокоточные (High precision guide bushings) — для трудных материалов или жестких допусков, напр. мелкие детали для медприборов или ортопедии.

Кроме того, размерная точность требует правильной конфигурации, регулировки и мониторинга швейцарского станка с ЧПУ. Пример: где микродинадапски делают повторяемость вызовом, тактика сегментации (segmentation) — где одна часть детали за раз изготавливается по мере продвижения — используется для использования направляющей втулки для улучшения консистентности.

Преимущества швейцарской токарной обработки с ЧПУ с направляющей втулкой

Направляющая втулка в сочетании с геометрией и механикой зоны инструмента дает швейцарской токарной обработке ряд преимуществ:

• Некоторые станки предлагают 20+ инструментов;
• Один глубокий проход часто удаляет весь необходимый материал;
• Отличная чистота поверхности может исключить необходимость шлифования;
• Симultanенные операции и инструменты оптимизируют резку сложных деталей;
• Исключение вторичных операций ускоряет производство и снижает затраты;
• Многие детали со станка готовы к отгрузке.

Чтобы узнать, как швейцарская токарная обработка с ЧПУ может оптимизировать ваши процессы и достичь требований точности, скачайте нашу техническую статью по часто задаваемым вопросам швейцарской винторезной обработки.