Если голова несменная, всё относительно просто: она крепится к колонне или ползуну фланцевым соединением и надолго остаётся частью станка. Такое соединение не рассчитано на регулярную замену в процессе работы.
Открыть фотографию ↗Совсем другая история, когда фрезерные головы сменные. Их приходится периодически менять, а на некоторых станках — делать это достаточно часто.
Задача похожа на смену оправки в шпинделе, только сам узел значительно крупнее, тяжелее и сложнее. Помимо механического соединения могут потребоваться передача вращения, гидравлика, смазка, охлаждение, воздух, электрические сигналы и обратная связь от датчиков.
Открыть фотографию ↗При смене головы особенно важны два вопроса:
- Насколько точно голова повторно базируется относительно ползуна станка?
- Насколько надёжно и жёстко она фиксируется после установки?
Рассмотрим основные варианты интерфейсов именно с учётом этих двух критериев.
Что базирует, а что зажимает
В одном интерфейсе разные элементы выполняют разные функции.
| Элемент | Основная функция |
|---|---|
| Торец фланца | Задаёт осевое положение и наклон головы |
| Цилиндрический поясок или конус | Центрирует голову относительно оси ползуна |
| Штифт | Задаёт угловую ориентацию |
| Зубчатое соединение Hirth или Curvic | Точно задаёт положение, угловую ориентацию и передаёт момент |
| Болты, цанги и штревели | Притягивают голову и обеспечивают жёсткую фиксацию |
На практике эти функции могут совмещаться. Например, несколько конусов одновременно участвуют в базировании, а установленные в них штревели или цанги создают усилие притяга.
1. Базирующий фланец и ручное крепление болтами
Самый понятный вариант — базирование по фланцу, иногда дополненное цилиндрическим пояском и установочным штифтом, с последующим креплением винтами или болтами.
Торец задаёт положение по оси и наклон, цилиндрический поясок обеспечивает центрирование, а штифт — угловую ориентацию. После установки оператор вручную затягивает крепёж.
Такую схему можно встретить на старых станках, в том числе на некоторых Škoda. Ниже — ручная сменная голова Mecoff.
Открыть фотографию ↗2. Базирование по фланцу и зажим через несколько штревелей
Вместо ручных болтов можно использовать несколько штревелей, расположенных по окружности. Голова базируется по фланцу, а штревели захватываются зажимными механизмами станка и равномерно притягивают её к ползуну.
На примере Waldrich Coburg хорошо видны общий вид головы, схема интерфейса и реальные зажимные элементы. Вращение шпинделю передаётся механически.
Открыть фотографию ↗3. Базирование по фланцу и фиксация большой круговой цангой
Ещё один вариант — базирование по фланцу и фиксация одной большой кольцевой цангой. Цанга охватывает круговой элемент интерфейса и создаёт распределённое усилие притяга по окружности.
Ниже — механическая голова SMT: на чертеже показана общая конструкция, а на фотографии крупно видна круговая зажимная система.
Открыть фотографию ↗4. Базирование по конусам и зажим цангами
В этой схеме несколько конусов выполняют не только роль точек захвата, но и базирующую функцию. Ответные цанги захватывают конусы и притягивают голову к ползуну.
По общей логике такое соединение напоминает системы zero-point и инструментальный интерфейс HSK: зажим одновременно обеспечивает точную повторяемую посадку. Но размеры, число конусов и их расположение у фрезерных голов определяет производитель станка.
На чертежах Schiess показаны обе сопрягаемые части и сечения зажимных узлов.
Открыть фотографию ↗5. Hirth и фиксация через конусы с цангами
Базирующее зубчатое соединение типа Hirth или Curvic обеспечивает точную угловую ориентацию и высокую жёсткость. Основной базой здесь служат торцевые зубья, а усилие притяга создают несколько конусно-цанговых зажимов.
Один и тот же принцип может применяться в головах с разными приводами. На механической голове Jobs вращение шпинделю передаётся от станка. В другом исполнении Jobs установлен мотор-шпиндель, а поворотные оси приводятся торк-моторами.
Открыть фотографию ↗6. Hirth и центральный зажим за штревель
Зубчатое соединение Hirth можно притягивать не несколькими периферийными зажимами, а одним центральным механизмом. В этом случае Hirth отвечает за базирование, угловую ориентацию и передачу момента, а центральный штревель — за фиксацию головы.
Так выполнен интерфейс механической головы Okuma.
Открыть фотографию ↗7. Центральный конус и зажим через его штревель
Голова может базироваться по одному большому центральному конусу, например с конусностью 7:24. Конус обеспечивает центрирование, а установленный на нём штревель захватывается центральным цанговым механизмом и притягивает голову.
На примере механической головы Waldrich Coburg центральный конус одновременно служит базирующим элементом и частью механической кинематической цепи.
Открыть фотографию ↗8. Несколько конусов со штревелями
В интерфейсе сменной механической головы FPT базирование и фиксация распределены между несколькими одинаковыми узлами. Конусные поверхности задают положение головы, а штревели захватываются зажимными механизмами и создают усилие притяга.
Такое решение совмещает базирующую и зажимную функции в нескольких точках вокруг интерфейса.
Единого стандарта нет
Единого интерфейса фиксации сменных фрезерных голов не существует. Каждый производитель выбирает схему, которая подходит конструкции станка, массе и моменту головы, способу её смены и необходимым коммуникациям.
Поэтому внешне похожие головы могут иметь несовместимые посадочные поверхности, зажимы, кинематические муфты и разъёмы.
Но есть и положительный момент: если задача действительно того требует, можно спроектировать переходной адаптер и использовать «неродную» голову. Это всегда отдельный инженерный проект со своими ограничениями по габаритам, жёсткости, передаваемому моменту, точности и подключению коммуникаций — сложный, но выполнимый.
Если перед вами стоит такая задача — пишите, постараемся помочь.