Асимметрия придает сверлению точность и производительность

Точность имеет жизненно важное значение в производстве дорогих деталей, в частности, точность сверления. Геометрическая точность и качество отделки полости под коленчатый вал в блоке цилиндров двигателя непосредственно влияет на энергетическую и топливную эффективность, а время, необходимое для достижения этой точности, находит свое отражение в финансовых результатах производителя двигателя. Такие отверстия должны удовлетворять жестким допускам, но точность сверления может быть целью дорогостоящей и труднодостижимой. Малейшая ошибка превращает потенциально ценный продукт в металлолом.

Компания Kennametal признает эту проблему производителей и предлагает средство асимметричного сверления. Продукт, который она позиционирует как революционный. Сверление, в отличие от бурения, представляет собой процесс обработки, при котором внутренние диаметры выполняются в истинном отношении к осевой линии шпинделя. Это обычно осуществляется путем обеспечения неподвижности заготовки при одновременном вращении режущего инструмента и продвижения его в заготовку. При этом сверление выполняется в одинаковой степени режущим инструментом и манипулированием обрабатываемой деталью. Общие аспекты сверления включают увеличение или отделку вырезанных, пробитых или просверленных отверстий и оконтуривание внутренних поверхностей. Операции, иногда выполняемые одновременно со сверлением, включают точку, подрезку, снятие фасок, обработку канавок и нарезание резьбы.

Представим себе небольшой блок цилиндров с пятью шейками вала в линию, которые требуют кривошипных полостей. Традиционный подход, например, включает использование многолезвийной развертки со следующим предлагаемым процессом, обозначаемым здесь как Вариант 1.0. Пилотная развертка отделывает первое отверстие. Многолезвийная же подается вслед и отделывает отверстия со второго по пятое. Наконец, развертка втянута.

Преимущество этого способа в том, что он пригоден для использования на горизонтальных или многоосевых обрабатывающих центрах с числовым программным управлением и не требует специализированного сверлильного станка со специализированными инструментодержателями. Тем не менее, в зависимости от размера заготовки, станок должен быть достаточно жестким. В противном случае качество отделки отверстий существенно ухудшается.

Кроме того, ввод и вывод инструмента из отделанного отверстия должны выполняться медленно и точно. Иначе неизбежно повреждение режущих кромок. Еще одним вариантом обработки такого рода отверстия является линейное сверление, Вариант 2.0. Основной вопрос состоит в определении того, как лезвия и направляющие колодки могут пройти через неотделанные отверстия меньших диаметров.

Строители станков с числовым программным управлением используют обычные стержни линейного сверления и контрподшипниковые возможности их оборудования. Процесс выглядит следующим образом. Заготовочная зона станка поднимает блок цилиндров. Линейно-расточная оправка подается через компонент в подшипник на противоположном конце. Блок цилиндров опускают и зажимают. Отверстия отделаны, блок цилиндров поднят, сверло втянуто.

Процесс ускоряет подачу и вывод. Поскольку же инструмент поддерживается с обоих концов, геометрия готового ствола улучшается по сравнению с развертыванием по Варианту 1.0. С другой стороны, функции подъема требуют особого крепления и числового программного управления. А необходимость наличия контрподшипника на крепежном устройстве делает невозможной любую дополнительную заднестороннюю обработку.

Многоосные станки с наклонными рабочими столами и наклонными шпинделями совместно с более развитыми сверлильными стержнями вносят определенный вклад в линейно-сверлильный Вариант 2.1 с расширяющимися направляющими колодками. Тогда процесс протекает следующим образом. Пилотная развертка подается внутрь и отделывает пятое отверстие. Компонент или станочный стол оказывается повернутым на 180 градусов.

Ось XY обрабатывающего центра регулируется под внецентренную подачу сверлильного стержня. Последний вместе с направляющими пластинами центрально подается в пятое отверстие. Направляющие колодки разведены. Отделаны отверстия с первого по четвертое. Направляющие колодки подаются обратно, втягиваются. Сверлильный стержень внецентренно втягивается.

Вариант 2.1 использует многоосевую регулируемость станка. Он сохраняет преимущества Варианта 1.0, устраняя необходимость подъема или контропирания, и Варианта 2.0 с поддержкой на обоих концах инструмента. К недостаткам можно отнести то, что сложная внутренняя механика этого типа расточной оправки является дорогостоящей и трудноуправляемой. Недостаточная смазка может повредить чувствительную внутреннюю механику, и если не контролируется точность, инструмент может заклинить в заготовке, что может привести к повреждению станка, крепежа, инструмента и детали.

В сотрудничестве с изготовителями блоков цилиндров инженеры Kennametal расширили диапазон вариантов сверления асимметрично линейным сверлением, Вариантом 3.0. Это геометрический скачок вперед, который подчеркивает преимущества развертывания и линейного сверления, фактически устраняя недостатки обоих подходов.

Как и в большинстве современных решений, принцип, положенный в основу данного подхода, довольно прост. Нормальные направляющие диаметры полностью состоят из материала или из трех или большего числа направляющих колодок. При этом не возникает ни одной степени свободы от стенки скважины во время подачи и вывода.

Подход Kennametal подразумевает наличие в установке одной направляющей колодки, похожей на типовую направляющую планку развертки, но направляющая планка, как правило, расположенная под углом 180 градусов к режущей кромке, развернута таким образом, что в результате конструкция обеспечивает свободу входа и выхода направляющей части даже при прохождении через необработанные отверстия. Эта геометрия позволяет подавать стержень через необработанные отверстия на внецентренном пути.

Процесс выглядит следующим образом. Пилотная развертка подается внутрь и отделывает пятое отверстие. Компонент или станочный стол оказывается повернутым на 180 градусов. Асимметричное сверло внецентренно подается с помощью оси XY обрабатывающего центра. Инструмент перемещается к центру и одновременно отделывает отверстия с первого по четвертое. Инструмент отводится от центра и быстро выводится.

Такое асимметрично-линейное сверление сохраняет все преимущества принятой технологии линейного сверления. Это высокая точность получаемых отверстий и поддержка обоих концов инструмента. В то же время не требуется никаких дорогостоящих подъемных функций, мешающих контрподшипников или механизмов внутри инструмента. Кроме того, подающее и выводное движения могут выполняться на повышенных скоростях подачи на обычных обрабатывающих центрах, что добавляет эффективности этому процессу.

Сменные же пластины, предусматриваемые этим внецентренно-сверлильным решением, также имеют усовершенствования. Высокоточные пластины RI8 имеют восемь режущих кромок с предварительно определенным задним уклоном, что делает возможной высокую скорость подачи. Диаметр может быть отрегулирован с точностью до одного микрона. Высокое зажимное усилие, обеспечиваемое коническим зажимным винтом, позволяет избегать проседания.

Как пластины, так и асимметричное сверло сконструированы таким образом, что пластины вжимаются непосредственно в тело сверла. Это устраняет необходимость в картриджах и требуемых ими дополнительных допусках и пространствах. Короче говоря, асимметрично-линейное сверление увеличивает надежность обработки и скорость процесса, а также сокращает время на обслуживание инструмента. Все это совместимо с обрабатывающими центрами с числовым программным управлением.