Инструменты и оснастки для камнеобработки

Камнеобрабатывающие инструменты являются сменными рабочими элементами технологического оборудования, непосредственно воздействующими на заготовку и осуще­ствляющие её направленное разрушение в процессе формообразования изделия.
Основными требованиями к рабочим инструментам являются максимально возможные износостойкость и производительность процесса обработки при минимальных затратах энергии и незначительных потерях камня в зоне разрушения.
Важным параметром рабочего инструмента, существенно влияющим на эффективность его эксплуатации, является динамическая устойчивость. Этот параметр характеризует способность инструмента противостоять деформирующим переменным нагрузкам, сохраняя в процессе работы заданные производящие линии и плоскость реза. Недостаточная динамическая устойчивость может привести к браку продукции, выходу инструмента из строя и созданию аварийной ситуации при работе камнеобрабатывающего оборудования.
На устойчивость инструмента основное влияние оказывают следующие факторы:
конструктивные (материал, форма, размеры, жёсткость инструментальной оснастки);
наладочные (точность установки на станке, натяжение или усилие закрепления);
эксплуатационные (качество и однородность обрабатываемого камня, соблюдение оптимальных режимов резания).

По технологическому назначению камнеобрабатывающие инструменты подразделяется на:
пилы с возвратно-поступательным и вращательным движениями резания;
пилы алмазно-канатные;
фрезы дисковые, цилиндрические, торцевые, фасонные для обработки кромок плоских плит и профилирования длинномерных изделий;
концевые фрезы для выборки полостей и объёмного профилирования;
виброударные долбяки;
свёрла цельные и кольцевые;
шлифовальные круги, чашки, бруски и шлифовальные головки;
полировальные круги (мягкие и жёсткие), полировальные головки планетарного типа;
бучарды с возвратно-поступательным движением и бучардировочные головки с вращательным движением; камнекольные клинья и ножи.
Классификация инструментов

Рабочие головки станков для обработки поверхностей изделий из камня разными способами:
а – пескоструйная; б – термоструйная;
в – водоструйная обработки плит с фактурой «Антик»
Отдельную группу образуют инструментальные головки для струйной обработки камней ­ гидроабразивные, пескоструйные, термоструйные, водоструйные.

Алмазные полосовые (штрипсовые) пилы предназначены для распиловки блоков на плиты-заготовки (слэбы) из мрамора, известняка, травертина, песчаника, туфа.
Конструктивные параметры алмазных полосовых пил

Дисковые алмазные пилы (алмазные отрезные круги) – рабочий инструмент однодис­ковых и многодисковых станков, предназначенных для распиловки блоков на плиты-заготовки (слэбы) из природных камней различной прочности (граниты, мраморы, травертины, песчаники, кварциты, известняки, туфы и другие).
Дисковые пилы используются также при разрезке слэбов на плиты по заданным размерам. Это наиболее распространённый вид камнеобрабатывающего инструмента, который отличается хорошими технико-экономическими характеристиками: высокими скоростями резания и производительностью; несложностью использования и высокой эксплуатационной надёжностью; возможностью многоразового использования корпуса (повторная напайка сегментов на корпус).
Алмазные отрезные круги типа «турбо» предназначены для резки мрамора, гранита, керамики и других труднообрабатываемых материалов на ручных машинах без охлаждения и распиловочных станках с охлаждением водой. Алмазный слой таких кругов выполнен в виде мелких зубцов, разделённых промежутками для лучшего отвода шлама, образующегося при разрушении камня в зоне пропила. Отрезные круги могут быть выполнены с сегментной (тип АОСК) или сплошной (тип АОК) режущей кромкой

Круги изготавливаются в двух исполнениях:
с широкими межсегментными пазами (В = 8 - 30 мм) – форма С1;
с узкими межсегментными пазами (В = 3 мм) – форма С2.
Круги с широкими пазами рекомендуется применять для распиловки блоков и разрезки слэбов на плиты различных размеров; круги с узкими пазами – при работах с повышенными требованиями к качеству реза и кромке обра­батываемого изделия.
Например, круги исполнения С2 применяются в качестве горизонтального (подрезного) инструмента на ортогональных многодисковых станках.
Конструкции алмазных отрезных сегментных кругов (АОСК)

Алмазная пила представляет собой корпус-диск с радиальными пазами и на­паянными на него алмазными элементами – сегментами.
Напаиваются сегменты в специальных установках токами высокой частоты или газовой горелкой. Напайка проходит при t ≈ 950°С с латунным или при t ≈ 650 °С серебросодержащими припоями. В результате получаются алмазные отрезные сегментные круги (АОСК), все параметры которых определены ГОСТ 16115 – 88.

Операция прорезки паза цилиндрической дисковой пилой (фрезой)

Алмазные втулки размещаются на канате со строго за­данным шагом с помощью разделительных втулок и фиксаторов (обычно на 1 м каната устанавливается от 33 до 40 втулок).
Разделительные элементы выполнены в виде стальных пружин или резиновых втулок, в результате чего снижаются динамические нагрузки на алмазные втулки в процессе работы. Фиксирующие детали, укрепляемые на канате после каждого четвертого-пятого алмазного элемента, представляют собой обжимные втулки из стали, бронзы или других материалов.
Концы алмазного каната соединены в кольцевой контур посредством винтовой пары или специальных обжимных втулок. Длина контура пилы может изменяться в диапазоне от 15 до 60 м и выбирается в соответствии с техническими характеристиками распиловочных станков.
Для равномерного износа перлин каната необходимо, чтобы он вращался вокруг своей оси. Это достигается закручиванием каната перед соединением (1 оборот на 1 м длины каната).
Натяжение каната должно осуществляться с усилием F = 4 - 6 кН. Линейная скорость каната зависит от обрабатываемого материала и длины реза, чем прочнее камень и больше его размер, тем скорость каната должна быть меньше
Алмазно-канатный вырезной станок с ЧПУ
мод. «TOP WIRE»(Италия

Рис. 1.21. Конструктивные размеры алмазных торцевых

На автоматических линиях для изготовления модульных плиток используются инструменты – калибраторы, обеспечивающие выравнивание полученных после распиловки заготовок по толщине перед шлифовально-полировальными операциями.
Калибраторы используют также для выполнения фрезерных и простейших профилировочных операций на заготовках из камней различной прочности.
Характерной особенностью калибраторов является возможность замены изношенных алмазных элементов благодаря использованию в конструкции быстросъёмных вставок с напаянными на них алмазными сегментами.
Периферийные калибраторы являются конструктивной разновидностью торцевых фрез.
Ось вращения периферийного калибратора устанавливается перпендикулярно обрабатываемой поверхности плиты.
Конструкция алмазного периферийного калибратора

Калибровочный станок мод. М 641 (Pedrini S.p.A) : а – общий вид станка; б – шпиндельная головка с поворотной цилиндрической алмазной фрезой; в - процесс калибровки гранитной плиты разной ширины
Цилиндрические фрезы - калибраторы

Органическая связка обладает незначительной твёрдостью, невысокой теплопроводностью и термостойкостью. Круги на органической связке марки B2-01 используют при чистовом шлифовании и доводке до требуемой шероховатости поверхностей изделий из природных камней и керамики.
Металлическая связка марки М2-01, которая отличается значительной твёрдостью, хорошей теплопроводностью и термостойкостью, применяется в кругах для плоского, круглого, внутреннего и наружного профильного шлифования изделий из мрамора, гранита, керамики, стекла и других неметаллических материалов.
Алмазные инструменты на гальванической связке характеризуются одно- или многослойным никелевым покрытием алмазных зёрен, толщина которого соответствует 2/3 размера зерна. Тем самым обеспечивается надёжная фиксация зёрен, выступающих далеко за поверхность связки.
Металлические круги с алмазным слоем на гальванической связке используются для шлифовальных операций фактурной обработки мягких пород камней, таких как мрамор, травертин, известняк.

Алмазные профильные головки типа МГП предназначены для шлифования кромок мелких изделий из поделочных камней. Головки с монолитным алмазным слоем имеют два исполнения А и В, каждое их которых может быть двух типов: 1- с цилиндрической или 2 - конической хвостовой частью.

Решающими факторами, обеспечивающими высокую эффективность работы алмазного шлифовально-полировального инструмента, являются его технические характеристики, соответствующие свойствам обрабатываемого материала, а также соблюдение технологии эксплуатации, оптимальных режимов резания и достаточного охлаждения.
Эксплуатационные показатели работы алмазного инструмента в основном зависят от качества и размеров используемых сегментов и типа связки.
Сегменты армируются природными или искусствен­ными алмазами, различными по качеству и зернистости. Алмазы с зернистостью 1200 - 1000 мкм применяются для грубой обдирки, с зернистостью 630 - 500 мкм и 500 - 400 мкм – для распила и окантовки, 80 - 63 мкм – для лощения.
Маркируются – от А3К65 до А9К140 (А3 – показатель изометричности – количество правильных граней, К65 – показатель твёрдости).
Эффективность использования алмазного инструмента в значительной степени зависит от правильного выбора характеристик сегментов.
Концентрация алмазов в сегменте характеризует степень насыщаемости ими единицы объёма рабочего слоя инструмента. Принято считать, что при концентрации в 100 у. е. в 1 см3 объёма содержится 0,878 г (4,4 карата) алмазов, что примерно соответ­ствует 1/4 алмазного слоя.
Для разных обрабатываемых материалов изготавливается различная связка, например, для мрамора и гранитов низкой прочности – М2 (связка из порошков олова, железа и кремния), для высокопрочных гранитов – М6-02 (связка из порошков кобальта и вольфрама).

Инструмент, для шлифовально-полировальной автоматической линии – сменные алмазные (для шлифования) и абразивные (для лощения и полирования) сегменты или бруски, устанавливаемые в корпусе круга или в специальной шлифовально-полировальной головке.

Шпиндельные головки для шлифовально-полировальных станков с программным управлением:
а – эпициклоидного типа с абразивными торцовыми дисками для разных фаз шлифования и полирования; б – эпициклоидного типа с упругими опорами для самоустановки шлифовальных дисков; в, г – планетарного типа с цилиндрическими и коническими алмазными дисками для чернового шлифования твёрдых материалов; д - планетарного типа для калибровочных операций с тремя алмазными дисками; е – тангенциального типа с осциллирующими абразивными брусками для полировки гранитных плит: ж - тангенциального типа с абразивным тарельчатым диском для полировки мраморных плит.

Технологическая оснастка
в камнеобрабатывающем производстве

Типовые модули соединения объектов при наладке оснастки для обработки камней
4

1
1
L
2
2
3
3
4
4
5
6
6
I
I
I
II
I
6
1
2
2
3
3
4
4
D
II
5
5
6
6
4
4
3

D
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
3
3
3
3
3
3
2
4
4
4
4
4
5
5
4
5
5
5
5
6
6
6
6
6
6
L
Н
D
I
I
I
II
II
II

Технологическая оснастка многоцелевого станка с ЧПУ

Пружинно-пневматический зажимной цилиндр
толкающего действия (а) и его применение в приспособлении (б)

Использование быстросменных опорных
пневмоцилиндров (а) при наладке оснастки станка с ЧПУ (б)
и схема базирования изделия (в)

Конструктивная схема поводкового патрона
с торцовыми ножами

Сменная технологическая оснастка для обработки
тел вращения на фрезерном станке с ЧПУ

Поворотные столы с вертикальной (а) и горизонтальной (б) осью вращения

Конструкция стандартной базовой инструментальной
оправки

Примеры наладки сменных инструментальных комплектов (а)
и их установки в накопителе (б) фрезерного станка с ЧПУ

Инструментальные оправки с коротким конусом модели HSK