Эффективность и результативность производства напрямую зависит от того какое оборудование и технологическая оснастка используются для серийного выпуска продукции. Точность технологической оснастки напрямую влияет на качество обработки, срок службы оборудования и производительность. Например, неправильно выбранные зажимные устройства могут привести к деформации заготовки, что приведет к снижению точности и возможным дефектам. [1]

Правильный выбор технологической оснастки позволяет значительно снизить износ инструмента, ускорить настройку станков и улучшить качество конечной продукции. Это также важно для обеспечения безопасности на производстве и минимизации потерь материала.

Современные тенденции в области технологической оснастки включают в себя использование новых материалов для изготовления оснастки, повышение автоматизации процессов и интеграцию с системами ЧПУ. Также развивается концепция гибкой оснастки, которая позволяет использовать одни и те же приспособления для различных типов обработки и разных материалов, что значительно сокращает время на переналадку и увеличивает универсальность оборудования. [2,6]

Актуальность настоящего исследования состоит в решении задачи адаптации технологической оснастки станков токарной группы для обработки  деталей на фрезерном станке с ЧПУ в условиях мелкосерийного производства.

Практическая значимость —  повышение точности изготовления деталей на фрезерном станке с ЧПУ в условиях мелкосерийного производства.

Высокая стоимость технологической оснастки для фрезерных станков с ЧПУ увеличивает себестоимость обработки заготовок на этих станках.  Причинами высокой стоимости оснастки являются:

1. Сложность конструкции. Оснастка для фрезерных станков с ЧПУ часто включает в себя высокоточные компоненты, такие как цанговые патроны, оправки, делительные головки и крепежные системы. Их производство требует использования дорогостоящих материалов (например, инструментальной стали, твердых сплавов) и сложных технологий обработки.
2. Высокие требования к точности. Для обеспечения точности позиционирования и минимальных допусков при обработке деталей оснастка должна изготавливаться с высочайшей точностью. Это требует применения прецизионного оборудования и строгого контроля качества, что увеличивает ее себестоимость.
3. Индивидуальность и специализация. Многие виды оснастки разрабатываются под конкретные задачи или детали, что делает их производство мелкосерийным или даже штучным. Отсутствие массового производства приводит к увеличению затрат на единицу продукции.
4. Использование инновационных материалов и технологий. Современная оснастка часто включает компоненты с покрытиями (например, износостойкими или антикоррозийными), а также элементы, изготовленные с использованием аддитивных технологий (3D-печать). Эти технологии повышают долговечность и функциональность, но также увеличивают стоимость.
5. Затраты на разработку и проектирование. Создание новой оснастки требует значительных инвестиций в НИОКР (научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы), включая моделирование, тестирование и доработку прототипов. [2,8]

Высокая стоимость оснастки создает ограничения ее широкого использования на машиностроительных предприятиях.

Каковы же последствия высокой стоимости оснастки для производства?

1. Увеличение себестоимости продукции. Высокие затраты на оснастку напрямую влияют на стоимость конечной продукции, что может снизить конкурентоспособность предприятия на рынке.
2. Ограничение доступности для малого бизнеса. Малые и средние предприятия часто не могут позволить себе дорогостоящую оснастку, что ограничивает их возможности в использовании современных технологий обработки.
3. Необходимость оптимизации затрат. Предприятия вынуждены искать способы снижения затрат, например, путем адаптации существующей оснастки (как в случае с токарной оснасткой для фрезерных станков) или использования универсальных решений.
4. Стимул для инноваций.Высокая стоимость оснастки стимулирует разработку новых, более экономичных решений.

Пути снижения затрат могут быть следующие:

• Адаптация существующей оснастки: использование токарной оснастки на фрезерных станках с ЧПУ после соответствующей доработки.
• Универсальные решения: применение модульной оснастки, которая может быть легко перенастроена для различных задач.
• Коллективное использование: Создание совместных ресурсных центров, где несколько предприятий могут совместно использовать дорогостоящую оснастку.
• Развитие аддитивных технологий: 3D-печать оснастки из композитных материалов может снизить затраты на производство и ускорить процесс изготовления.

Таким образом, высокая стоимость оснастки для фрезерных станков с ЧПУ остается серьезным вызовом для производителей, но также открывает возможности для инноваций и поиска новых подходов к организации производственных процессов. [6-9]

В статье рассматривается актуальная задача снижения себестоимости обработки деталей  – крышка дифференциала и корпус дифференциала косилки-плющилки Мещера Е-403 (Егорьевский механический завод) на фрезерном вертикальном обрабатывающем центре VMC 855 за счет использования токарного трехкулачкового патрона и втулки разрезной (рис.1)

Рис.1 – Закрепление детали в приспособлении

Токарные патроны — это устройства для надежного закрепления заготовок в процессе их обработки на токарных станках. Токарные патроны могут использоваться для заготовок различной формы, но чаще всего применяются для крепления цилиндрических деталей.

Основной задачей токарного патрона является обеспечение точного и надежного закрепления заготовки на станке, а также минимизация деформаций и вибраций во время обработки.

Патрон должен обеспечивать точность позиционирования заготовки по всем осям, что является критически важным для токарных операций, требующих высокой точности обработки; возможность крепления заготовок различных диаметров и форм; надежность фиксации заготовки в процессе работы, предотвращая её выпадение или смещение, что может привести к повреждению как заготовки, так и инструмента. [4,10]

С целью обеспечения требований точности сверление 8 отверстий  Ø13мм на поверхности Ø164мм детали – крышка дифференциала; 18 отверстий Ø13мм на поверхности Ø210мм, 8 отверстий М12х1,5 на поверхности Ø164мм детали  – корпус дифференциала осуществляется на фрезерном вертикальном обрабатывающем центре с ЧПУ VMC 855.

При сверлении отверстий в этих деталях на фрезерном станке возможно использовать трехкулачковый токарный патрон (рис.2) с переходником (рис. 3) в качестве оснастки для закрепления заготовки. Это решение оптимально, так как обеспечивается надежная установка и закрепление заготовки, а общая универсальность и простота настройки выходят на первый план (рис.4).

Использование переходника позволяет адаптировать токарный патрон, обеспечивая жесткость и устойчивость во время выполнения сверлильной операции.

Основные преимущества такого способа фиксации заключаются в универсальности и скорости подготовки. Токарный патрон позволяет быстро зажать деталь без применения сложных приспособлений или дополнительных инструментов. Это особенно полезно при работе с небольшими сериями деталей или при сверлении отверстий в заготовках со сложной геометрией.

Для разработки трехмерной модели втулки (рис.5) использовалась система автоматизированного проектирования Компас 3D. Программа объединяет мощные параметрические возможности трехмерного моделирования со средствами создания и оформления конструкторской документации.

Рис. 5 – Чертеж втулки

Материал втулки – сталь 45 ГОСТ 1050-2013 — конструкционная углеродистая сталь.

Последовательность и содержание операций технологического маршрута обработки детали втулка представлена в таблице 1. [3]

Таблица 1

Последовательность и содержание операций

Методика закрепления и настройки токарной оснастки на фрезерном станке требует тщательного соблюдения технологических и монтажных процессов, чтобы обеспечить правильную и безопасную установку, точность обработки и долговечность оборудования. Ниже представлена последовательность работ при установке токарной оснастки на фрезерный станок:

1. Подготовка оборудования.

Отключить питание станка и убедиться, что станок находится в безопасном состоянии. Очистить рабочую поверхность станка от стружки и других загрязнений. Проверить исправность оснастки (болтов, зажимов, резьбовых соединений, сухари, подставки).

2. Выбор токарного патрона в зависимости от диаметра заготовки.
3. Установка токарного патрона на столе фрезерного обрабатывающего центра с ЧПУ.
4. Закрепление патрона на столе фрезерного станка, используя Т-образные пазы, сухари, шпильки, подставки и прижимы (рис.6).

Рис. 6 – Закрепление патрона на столе фрезерного обрабатывающего центра

5. Установка заготовки в патрон использую разрезную втулку.
6. Наладка станка.
7. Тестовая обработка детали.

Для успешного внедрения адаптированной оснастки (переходника) в производственный процесс ИП Никитин В.Б. «Егорьевский механический завод» необходимо следовать детальному плану, который позволит повысить эффективность использования нового оборудования, минимизировать возможные риски и обеспечить стабильное качество обработки деталей. Авторами разработаны практические рекомендации, которые помогут достичь поставленных целей. Соблюдение рекомендаций позволит минимизировать риски, повысить производительность и обеспечить стабильное качество продукции на вашем предприятии. [9-12]

1. Подготовка рабочей зоны.

Убедитесь, что фрезерный вертикальный обрабатывающий центр с ЧПУ имеет возможности и технические параметры (размер стола, жесткость креплений) для работы с переходником и деталями, которые будут устанавливаться в трехкулачковый токарный патрон.

Убедитесь, что переходник обеспечивает точное центрирование детали и безопасное крепление в процессе обработки.

Убедитесь, что материал переходника соответствует требованиям надежности, жесткости и износостойкости для минимизации вибраций и деформаций при работе станка.

2. Планирование и организация тестовых операций.

Используйте типовую заготовку из конструкционной стали для отладки процесса. Определите оптимальные режимы обработки (скорость подачи, глубина резания, обороты шпинделя) с учетом влияния переходника.

Осмотрите переходник на износ или повреждения после выполнения тестовых операций. Убедитесь, что установка обеспечивает повторяемость и усилие зажима.

3. Обучение и инструктаж персонала.

Разработайте подробные инструкции по установке и использованию переходника для операторов станков. В инструкциях должны быть описаны способы корректного закрепления детали в трехкулачковом патроне через переходник. [13]

Проведите обучение оператора станка, акцентируя внимание на особенностях оснастки. Это снизит вероятность ошибок и простоев.

4. Обеспечение безопасности.

Убедитесь в надежности фиксации как самого переходника, так и заготовки.

Ослабление зажима во время работы могут привести к браку или повреждению оборудования. Проверьте систему ЧПУ на наличие возможности экстренной остановки в случае возникновения аварийной ситуации, связанной с неправильной работой адаптированной оснастки. [5,6,14,15]

Соблюдение предложенных рекомендаций позволит минимизировать риски, повысить производительность и обеспечить стабильное качество продукции на предприятии.