Способы стружкозавивания и стружколомания при конструировании токарных резцов

СПОСОБЫ КРЕПЛЕНИЯ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ

НА СТАНКАХ

 

По способу крепления на станках все инструменты делятся на стержневые, насадные и концевые (хвостовые). У стержневых инстру­ментов крепежная часть представляет собой стержень круглого, прямо­угольного или квадратного сечений, выполненный заодно с корпусом и закрепляемый в суппорте станка.

Рис. 2. Крепежная часть насадных режущих инструментов с

цилиндрическим (а) и коническим (б) отверстиями

У насадных инструментов в корпусе имеются отверстия цилиндри­ческой или конической формы (рис. 2), с помощью которых инструмен­ты насаживаются на оправки. Сами же инструменты представляют собой тела вращения, на цилиндрической или конической поверхности которых находятся режущие зубья. Цилиндрические посадочные отверстия диаметрами 8... 100 мм стандартизованы, их выполняют с высокой точно­стью – по Н6 и Н7, а для передачи крутящего момента делают продоль­ную шпоночную канавку шириной b_к = 2...25мм. Базирование инстру­мента осуществляется по отверстию и его торцам. Однако в связи с тем, что эта посадка подвижная и всегда имеется зазор между инструментом и оправкой, это вызывает нежелательное биение режущих кромок.

Более точную посадку обеспечивают конические отверстия с ко­нусностью 1:30 (рис. 2, б),используемые, например, у разверток и зенкеров. Чтобы не ослаблять стенки корпуса инструмента, шпоночные пазы, служащие для передачи крутящего момента, выполняют на торце корпуса.

С обоих торцов цилиндрических и конических посадочных отвер­стий снимают фаски f_Ф, а в середине отверстий делают выточку глубиной 1 мм и длиной 1/3... 1/4 от длины отверстия. Выточка уменьшает длину посадочной поверхности, сокращает трудоемкость ее изготовления, а также уменьшает износ шлифовального круга. У инструментов дискового типа (фрезы, долбяки) такие выточки не делают.

 

 

Рис. 3. Типы цилиндрических хвостовиков режущих инструментов.

 

 

Концевые инструменты изготавливают с цилиндрическими или ко­ническими хвостовиками, которые входят в отверстия шпинделей стан­ков непосредственно или через переходные втулки, оправки и патроны.

Достоинствами цилиндрических хвостовиков (рис. 3) являются: простота при высокой точности изготовления, возможность регулирова­ния вылета инструмента в осевом направлении. Недостаток – наличие зазора при подвижной посадке. Для передачи крутящего момента неко­торые типы хвостовиков имеют поводки в виде квадратов, лысок или вырезов для крепления винтами. Гладкие цилиндрические хвостовики применяют у инструментов малых диаметров, закрепляемых в цанговых или кулачковых патронах.

 

Рис. 4. Конические хвостовики Морзе:

а, б –типы; в –схема выбивания клином конического хвостовика из шпинделя станка

 

Лучшее центрирование с посадкой без зазора обеспечивает крепле­ние с помощью конических хвостовиков. Чаще всего используют само­тормозящиеся хвостовики типа Морзе (№ 0...6) и метрические с конус­ностью 1:20 (угол конуса 2α = 2°50'). Достоинством этих конусов являет­ся возможность передачи крутящих моментов без дополнительных эле­ментов и только за счет сил трения на поверхностях контакта конуса с гнездом. При этом, например, у сверл момент трения увеличивается при возрастании осевой составляющей силы резания.

На рис. 4 показаны конические хвостовики с лапкой (рис. 4, а) и за­тяжкой (рис. 4, 6)в гнезде болтом. При этом следует иметь в виду, что лапка не должна передавать крутящий момент, а предназначена только для «выбивания» инструмента из гнезда с помощью клина (рис. 4, в).

 

 

Рис. 5. Расчетная схема для определения крутящего момента, передаваемого коническим хвостовиком (2α < 3°)

 

Для увеличения силы трения хвостовики обычно термически не об­рабатывают за исключением лапки, которую закаливают для предохране­ния от смятия. Чтобы не повредить клином центровое отверстие, торец лапки обрабатывают по радиусу.

Крутящий момент, передаваемый конусом, можно определить из расчетной схемы (рис. 5). Здесь касательная составляющая силы трения на поверхности конуса:

 

 

где Р₀ – осевая составляющая силы резания; N – нормальная состав­ляющая силы трения; α – угол наклона образующей конуса; μ – коэффициент трения.

Крутящий момент от касательной составляющей силы трения на среднем диаметре:

 

 

При изготовлении конуса возможна угловая погрешность Δα, кото­рая снижает М_кри влияет на биение режущих кромок. С учетом этого уточненное значение М_кр:

 

(1)

 

Здесь допускаемое значение Δα = 10', а коэффициент трения μ = 0,096 (сталь по стали).

Определив экспериментально отношение М_кр/Р₀для заданного зна­чения диаметра инструмента, можно по уравнению (1) найти диаметры конуса D и d и подобрать по ГОСТ 25557–82 ближайший номер хвос­товика.

У хвостовиков без лапок (см. рис. 4, 6)для создания осевого уси­лия и предотвращения выпадения хвостовика из гнезда на торце делают резьбовое отверстие, в которое ввертывается болт-тяга (штревель). Такие хвостовики применяют на фрезах при малых осевых составляющих силы резания.

 

 

Рис. 6. Конический хвостовик с конусностью 7:24

 

Широкое применение у быстросменных инструментов нашли также хвостовики (рис. 6) с конусностью 7:24 (2α = 16°35'). Они обеспечива­ют хорошее центрирование, но не являются самотормозящими. Поэтому для передачи крутящего момента на торце хвостовиков предусмотрены шпоночные пазы. Крепление в шпинделе осуществляется путем затяжки штревелем или специальным захватом за цилиндрическую выточку на конце хвостовика. Раньше такие конусы применялись на фрезерных станках для крепления фрез в шпинделе непосредственно или через оп­равку, однако в последние годы их стали широко применять для крепле­ния режущих и вспомогательных инструментов на станках с ЧПУ.

В настоящее время разработан ГОСТ Р 51547-2000 на полые кони­ческие хвостовики типа HSK, обеспечивающие на­дежное базирование и закрепление режущих инструментов при сверх­скоростной обработке (с частотами вращения более 8000 мин ^–1). В отли­чие от хвостовиков 7:24 они имеют значительно меньшие габариты, а крепление инструмента в них осуществляется по «горячей» посадке – с натягом (Н7/р6, Н7/n6).Действие таких патронов основано на том, что при нагреве в специальных устройствах посадочное отверстие патрона увеличивается в диаметре, и хвостовик закрепляемого инструмента вставляется в это расширенное отверстие. После охлаждения патрона до температуры в помещении диаметр посадочного отверстия возвращается к исходному размеру и обеспечиваются очень большие усилия зажима.

У всех концевых инструментов на торцах предусматривают центро­вые отверстия, необходимые для их изготовления и переточки. Они, как правило, имеют предохранительные выточки или фаски, так как при по­вреждении конической опорной поверхности центровых отверстий уве­личивается биение режущих кромок. У инструментов малых диаметров вместо отверстий делают прямые конусы (см. рис. 3).

 

РЕЗЦЫ

Резец — это однолезвийный инструмент для обработки деталей с поступательным или вращательным главным движением резания и возможностью движения подачи в любом направлении.

Классификация резцов. Резцы разли­чают по следующим признакам.

1. По виду обработки.

Проходные для обработки наружных цилиндрических по­верхностей. Подрезные предназначены для обработки торцовых поверхностей, перпендикулярных оси вращения детали, эти резцы ра­ботают с поперечной подачей.

Расточные предназначены для обра­ботки отверстий.

Отрезные — для отрезки заготовок или обработанных из прутка деталей.

Резьбонарезные предназначены для нарезания резьбы.

Резцы для контурного точения обеспечивают возможность обработки тел вращения с фасонной образующей на станках с копировальными устройствами и станках с ЧПУ. Эти резцы имеют увеличенные вспомогатель­ные углы в плане.

Фасонные резцы предназначены для обработки де­талей сложного профиля на токарных, револьверных станках, автоматах и полу­автоматах.

2. По характеру обработки: черновые, чистовые, для тонкого точения.

3. По установке относительно детали: радиальные, тангенциальные.

4. По направлению подачи: правые, левые.

5. По конструкции головки: прямые, отогнутые, изогнутые, оттянутые.

6. По сечению корпуса: прямоугольные, квадратные, круглые.

7. По конструкции: цельные, составные, сборные.

8. По материалу рабочей части: из инструментальных сталей, из твердого сплава, из керамических материалов, из алмаза, из сверхтвердых синтетических материалов.

 

Твердосплавные резцы – это резцы, оснащенные пластинами твер­дого сплава.

Твердосплавные резцы бывают цельные и составные. Пластины крепятся к державке пайкой или механическим путем. Цельные твердосплавные резцы изготавливают только малых размеров (они применяются в приборостроении и часовой промышленности).

Использование пайки стандартных пластин из твердого сплава, имеющих разнообразную форму, позволяет получать компактные конструкции резцов. Последние после заточки имеют оптимальные значения геометрических параметров и характеризуются эффективным использованием твердого сплава благодаря многократной переточке. Однако пай­ке присущ такой существенный недостаток, как появление внутренних термических напряжений в спае и в самих пластинах из-за большой раз­ницы (примерно в 2 раза) коэффициентов линейного расширения твердо­го сплава и стальной державки. При охлаждении после пайки возникаю­щие напряжения приводят к образованию микротрещин в пластинах, ко­торые вскрываются при заточке или в процессе резания. Микротрещины приводят к выкрашиванию и даже к поломкам пластин. Обычно приме­няемые технологические приемы по снятию напряжений: релаксация пу­тем замедления скорости охлаждения, использование компенсационных прокладок и другие – не решают полностью этой проблемы. Избавиться от напряжений можно только путем применения сменных многогранных пла­стин (СМП), которые механически крепятся к корпусу инструмента. По мере затупления пластин путем их поворота производится обновление режущих кромок, что обеспечивает их быстросменность и не требует переточек.

Инструменты, оснащенные СМП, по сравнению с напайными, имеют следующие преимущества:

1) более высокие прочность, надежность и стойкость;

2) меньшие расходы на смену и утилизацию пластин;

3) меньшие простои оборудования при замене и наладке инстру­мента, что особенно важно при эксплуатации современных дорогостоя­щих станков с ЧПУ и автоматических линий;

4) более благоприятные условия для нанесения на пластины изно­состойких покрытий, что позволяет значительно (до 4-5 раз) повысить их стойкость, а следовательно, и производительность процесса резания;

5) меньшие потери остродефицитных материалов (вольфрама, ко­бальта, тантала и др.) за счет увеличения возврата пластин на переработку.

Недостатки инструментов, оснащенных СМП:

1) высокая стоимость из-за их высокой точности, а следовательно, высокой трудоемкости изготовления пластин и инструмента в целом;

2) повышенные габариты корпусов инструментов из-за необходи­мости размещения в них элементов крепления пластин;

3) невозможность полного обеспечения оптимальной геометрии режущей части инструмента из-за заданной формы пластин и условий их крепления.

По числу режущих кромок и форм пластины имеют различные ис­полнения, закрепленные в международных и национальных стандартах. Некоторые из них приведены на рис. 1, а.

 

Рис. 1. Твердосплавные сменные многогранные пластины (СМП):

а – формы пластин; б – геометрические параметры пластин (негативных, позитивных, негативно-позитивных)

Геометрические параметры инструментов, оснащенных СМП, опре­деляют в статике при изготовлении пластин и корректируют при их за­креплении в корпусе (державке) инструмента с учетом кинематики стан­ка и условий резания.

По геометрическим параметрам СМП делятся на: а) негативные (γ = 0°, α = 0°); б) позитивные (γ = 0°, α > 0°); в) негативно-позитивные (γ > 0°, α = 0°) (рис. 1, б).

Существует множество конструкций резцов, различающихся по спо­собу крепления СМП, часть которых с целью удобства крепления изго­тавливают с отверстиями. Анализ многочисленных конструктивных ре­шений крепления пластин позволил свести их к следующим схемам креп­ления (по ИСО):

а) прихватом сверху;

б) рычагом через отверстие с прижатием к боковым стенкам гнезда;

в) винтом с конической головкой;

г) штифтом через отверстие и прихватом сверху.

Некоторые примеры конструктивного исполнения этих схем на резцах приведены на рис. 2.5.

 

Пластины негативные и негативно-позитивные крепятся чаще всего прихватом сверху (схема а) или по схеме г. Последняя обеспечивает бо­лее надежное крепление. Крепление винтом (схема в) используется для малонагруженных пластин и является простым и компактным.

У резцов наибольшее распространение получили пластины с отвер­стием. Благодаря этому обеспечиваются свободный сход стружки по пе­редней поверхности и значительно меньшие габариты элементов крепле­ния, размещаемых в корпусе державки.

Возможны нестандартные схемы крепления твердосплавных пла­стин нестандартной формы. Примером этому являются отрезные резцы (рис. 2.5, д), разработанные фирмой «Sandvik Coromant» (Швеция). Здесь крепление пластины осуществляется силами упругой деформации стенки паза державки.

Резцы, оснащенные керамикой и синтетическими сверхтверды­ми материалами. Указанные материалы обладают высокими твердо­стью, износо- и теплостойкостью, благодаря чему обеспечивают значи­тельное повышение производительности и стойкости, высокие точность и качество обработанной поверхности. Их недостатком является низкая прочность режущего клина, которая ограничивает область их примене­ния. Наибольшую эффективность они показали при чистовом точении сталей, особенно закаленных, чугунов различной твердости и даже твер­дых сплавов с содержанием кобальта выше 25 %. При этом обработка должна проводиться на высокоточных, жестких, скоростных и мощных станках с ЧПУ последнего поколения.

Поставляется режущая керамика в виде неперетачиваемых много­гранных пластин (ГОСТ 25003-81) круглой, квадратной, треугольной и ромбической форм различных размеров. Негативные керамические пла­стины крепятся в основном в тех же державках, что и твердосплавные, – прихватом сверху (рис. 2.6, а).

К группе сверхтвердых материалов, как уже отмечалось, относят алмазы (природные и синтетические) и композиты на основе поликри­сталлов кубического нитрида бора (эльбора).

Так как алмазы имеют очень малые размеры, то их крепление осу­ществляется пайкой, зачеканкой или механическим путем. Крепление алмаза пайкой осуществляется либо непосредственно в державку (рис. 2.6, б), либо с применением промежуточных вставок (рис. 2.6, в). В последнем варианте вставка прессуется и спекается вместе с алмазом методом порошковой металлургии. Механическое крепление алмаза по­казано на рис. 2.6, г.

Геометрические параметры заточки алмазных резцов: γ = 0...–5⁰, α = 8...12°, φ = 15...45°. Вершина резца в плане выполняется со скруглением r = 0,2...0,8 мм или с несколькими фасками (фасетками) (рис. 2.6, д). В сечении, нормальном к режущей кромке, радиус округления режуще­го клина достигает величины ρ < 1 мкм. Благодаря этому алмазное то­чение позволяет снизить шероховатость обработанной поверхности до R_a= 0,08...0,32 мкм и повысить точность обработки до JT 5...7. При то­чении и растачивании цветных металлов, пластмасс и композиционных материалов стойкость алмазных резцов во много раз выше стойкости твердосплавных резцов. Алмазные резцы могут работать более 200...300 ч без подналадок и смены инструмента, что особенно важно для автомати­зированного производства, при этом алмазы массой 0,5...0,6 карата до­пускают 6... 10 переточек.

При точении деталей из закаленных углеродистых сталей, легиро­ванных коррозионно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов, а также высокопрочных чугунов применяются резцы, оснащенные поликристал­лическими сверхтвердыми материалами (ПСТМ) из кубического нитри­да бора. В настоящее время промышленностью освоен выпуск таких пла­стин трехгранной, круглой, квадратной и ромбической форм небольших размеров с диаметром вписанной окружности d =4... 12,7мм, толщиной 3...5мм (γ = 0, α = 0...11⁰). Крепление таких пластин осуществляется прихватом сверху.

В последние годы стали применяться двухслойные пластины, кото­рые представляют собой твердосплавную пластину с нанесенным слоем поликристаллов кубического нитрида бора на ее наружной поверхности или с напайками по ее уголкам (рис. 2.6, е). Такие пластины имеют более крупные размеры и их можно крепить механическим путем в державках, применяемых для крепления твердосплавных пластин.

СПОСОБЫ СТРУЖКОЗАВИВАНИЯ И СТРУЖКОЛОМАНИЯ ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ ТОКАРНЫХ РЕЗЦОВ

 

Проблема надежного удаления стружки из зоны резания имеет наи­более острое значение при использовании твердосплавных резцов и осо­бенно при обработке пластичных материалов, когда из-за резко возрос­ших скоростей резания значительно увеличивается объем образующейся стружки и изменяется ее форма. Нагретая до высоких температур струж­ка в виде непрерывной ленты наматывается на заготовку и резец, портит обрабатываемую поверхность и представляет собой серьезную опасность для рабочих, поэтому станочнику приходится часто останавливать станок для ее удаления. Для получения транспортабельной формы стружки в виде отдельных кусочков, сегментов, колец, коротких завитков или сплошной пружины применяют специальные способы стружкозавивания и стружколомания. Обычно для этого на передней поверхности резца на пути сходящей стружки создают специальные препятствия в виде лунок, канавок, сферических выступов или углублений вдоль режущей кромки, а также накладных нерегулируемых уступов и регулируемых стружколомов. Примеры таких устройств приведены на рис. 2.7.

Лунки (рис. 2.7, а, б) и уступы (рис. 2.7, в), применяемые на черно­вых и получистовых операциях, получают путем вышлифовывания ал­мазными кругами у проходных резцов с напайными твердосплавными пластинами. К сожалению, они не универсальны, так как для каждого обрабатываемого материала и определенного режима резания требуется определять опытным путем их параметры f, r, a, b и др., обеспечивающие нужную форму стружки.

 

Хорошо показала себя заточка фасок переменной ширины вдоль главной и вспомогательной режущих кромок с отрицательным передним углом (рис. 2.7, г). Ребро, образующееся при их пересечении, обеспечива­ет надежное дробление стружки при точении высоколегированных ста­лей, но несколько снижает стойкость резца.

Накладные стружколомающие элементы используются двух типов: нерегулируемые (рис. 2.7, д) и регулируемые (рис. 2.7, е). Первые выпол­няются в виде пластины, напаиваемой сверху режущей пластины. В от­личие от лунок и уступов, такой стружколом не снижает прочности ре­жущей пластины, но требует предварительного экспериментального оп­ределения положения относительно главной режущей кромки. При пере­точке резцов необходима перепайка накладной пластины, что неудобно, поэтому такие стружколомы применяются крайне редко.

Накладные регулируемые стружколомы представляют собой само­стоятельные устройства, закрепляемые на суппорте станка. Их рабочая часть выполняется в виде напайной твердосплавной пластины-уступа, устанавливаемой в определенном положении относительно режущей кромки, которое обеспечивает надежное дробление или завивание струж­ки. Устройство позволяет регулировать положение такого уступа относи­тельно режущей кромки при смене режимов резания. Недостатком уступа является сложность и громоздкость конструкции, ухудшающие условия отвода стружки.

У резцов оснащенных СМП, стружколомающие канавки и уступы получают методом прессования. При этом форма передней поверхности принимает порой экзотический вид с использованием лунок, канавок, уступов переменных глубины, высоты и ширины. Некоторые примеры оформления таких пластин приведены на рис. 2.8. Здесь эффект стружкодробления достигается как за счет изменения ширины площади контакта стружки с передней поверхностью резца, так и за счет силового воздействия на сходящую стружку. Кроме того, эффект усиливается за счет изменения по длине режущей кромки условий контакта стружки с передней поверхностью резца и улучшения условий подвода СОЖ в об­ласть контакта.

В автоматизированном производстве применяют также кинематиче­ский способ дробления стружки, заключающийся в использовании при­нудительных колебаний резца в направлении подачи. При этом толщина стружки меняется и стружка распадается на отдельные кусочки. Следует отметить, что этот метод несколько снижает стойкость инструмента и требует применения специальных устройств, встраиваемых в механизм подачи станка, что усложняет конструкцию последнего.

ФАСОННЫЕ РЕЗЦЫ

 

Эти резцы применяются для обработки тел вращения, имеющих на­ружные или внутренние фасонные поверхности. Обработка этими резца­ми обычно ведется на станках-автоматах и револьверных станках в усло­виях крупносерийного или массового типа производства. В качестве за­готовок деталей чаще всего используют калиброванный прокат в виде прутка.

В сравнении с другими типами резцов фасонные резцы имеют сле­дующие преимущества:

1) обеспечивают идентичность формы детали и высокую точность размеров, не зависящую от квалификации рабочего;

2) обладают высокой производительностью за счет большой длины активной части режущей кромки;

3) имеют большой запас на переточку;

4) достаточно простой переточки по плоскости передней грани;

5) не требуют больших затрат времени на наладку и настройку станка.

К числу недостатков фасонных резцов можно отнести:

1) сложность изготовления и высокую стоимость;

2) резцы - специальные, так как они пригодны для изготовления де­талей только заданного профиля;

3) большие радиальные нагрузки у резцов, работающих с радиаль­ной подачей, вызывают вибрации и упругие деформации нежестких заго­товок, что требует снижения подачи и уменьшает производительность;

4) кинематические передние и задние углы фасонных резцов в про­цессе резания меняются по длине режущих кромок в большом диапазоне, существенно отличаясь от оптимальных значений.

 

Существующие разновидности фасонных резцов можно разделить на группы по следующим признакам (рис. I):

1 - по конструктивному оформлению: стержневые (а), призматичес­кие (б) и круглые (в);

2 - по направлению движения подачи относительно оси обрабаты­ваемой детали: резцы с радиальной (а, б, в) и тангенциальной подача­ми (г);

3 - по способу установки относительно оси обрабатываемой дета­ли: с параллельным расположением оси или опоры резца (д) и по уг­лам (е);

4 - по способу расположения передней поверхности резца относи­тельно оси обрабатываемой детали: параллельно оси детали (а, б, в) и под углом (е);

5 - по расположения образующей профиля резца относительно его оси: с образующей на цилиндрической (д) и на винтовой (з) поверх­ностях.

Основными являются круглые и призматические с передней поверх­ностью и осью параллельной оси обрабатываемой детали. Образующая профиля этих резцов располагается на цилиндрической поверхности. У призматических резцов рабочая часть изготовляется из быстрорежу­щей стали, а их корпус - из конструкционной. Круглые фасонные резцы, как правило, изготавливаются из быстрорежущей стали. В послед­нее время при обработке труднообрабатываемых материалов применяются фасонные резцы, оснащенные твердым сплавом. Однако применяются такие резцы лишьдля обработки несложных профилей, что связано с трудностью обработки твердосплавных пластин.

 

Коррекционный расчет фасонных резцов

 

Глубина профиля на резце Р измеряется в нормальном к задней поверхности сечении. Графически этот размер получается как расстоя­ние от задней поверхности для режущей кромки, обрабатывающей минимальный диаметр на детали, до линии или окружности на резце, прохо­дящей через точку пересечения окружности радиуса r₁с передней поверхностью инструмента (рис. 2, 3).

Если все точки фасонного режущего лезвия будут располагаться на высоте центров заготовки, то эти точки будут лежать в диаметраль­ной плоскости. Профиль лезвия в этом случае будет соответствовать профилю шаблона детали. Если при этом и передняя поверхность будет нормальна к фасонным задним поверхностям, то профили детали и резца совпадут. Такое возможно лишь при условии, что задний и передний углы резца равны нулю (см. рис. 2).

Резание при переднем угле равном нулю возможна, а при заднем угле, величина которого также равна нулю – невозможно. Для резания резцом в первую очередь необходимо создать положительный задний угол. Для призматических фасонных резцов это достигается за счет крепления их в специальных державках, а для круглых – установкой в державке так, чтобы ось резца была бы выше оси обрабатываемой за­готовки. Смещение оси резца определяется размером h (см. рис. 3) и определяется по следующей формуле

где R₀ –максимальный радиус резца;

α – задний угол, необходимый для нормального резания.

Если рассматривать общий случай, когда задний и передний углы больше нуля (рис. 4), то тогда отличие глубины профиля на резце бу­дет еще больше. Фасонный профиль резцов никогда не совпадает с про­филем обрабатываемой детали. Определение глубины профиля резца в за­висимости от глубины профиля, обрабатываемой детали называют коррекционным расчетом.

 

ГЕОМЕТРИЯ РЕЖУЩИХ КРОМОК

Геометрия режущих кромок фасонных резцов, обрабатывающих различ­ные диаметральные поверхности заготовки отличаются от геометрии на режущей кромке, обрабатывающей минимальную диаметральную поверхность.

 

 

 

 

 

 

 

ПРОТЯЖКИ

1. НАЗНАЧЕНИЕ, ОСНОВНЫЕ ТИПЫ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОТЯЖЕК

 

Протяжки - это многозубые высокопроизводительные инструменты, нашедшие широкое применение в серийном и особенно в массовом про­изводствах. Они относятся к инструментам с конструктивной подачей, так как при протягивании движение подачи отсутствует.

Деление припуска между зубьями протяжки осуществляется за счет превышения по высоте или ширине каждого последующего зуба относи­тельно предыдущего. Превышение по высоте, определяющее толщину срезаемого слоя а_Z, называется подъемом или подачей на зуб. Деление припуска по ширине осуществляется с целью облегчения процесса реза­ния и используется в протяжках с групповой схемой резания.

Протяжки, применяемые для обработки отверстий различных форм, называются внутренними протяжками. Для обработки наружных по­верхностей, т.е. поверхностей с открытым незамкнутым контуром, при­меняют наружные протяжки.

Главное движение протяжки, обеспечивающее процесс резания, ча­ще всего прямолинейное, поступательное. Реже встречаются протяжки с вращательным или винтовым главным движением.

Процесс протягивания осуществляется на специальных горизон­тальных или вертикальных протяжных станках.

На рис. 1 показано несколько схем протягивания:

• при обработке отверстий (рис. 3.1, а) и наружных поверхностей (рис. 3.1, б) с возвратно-поступательным движением инструмента и не­подвижной заготовкой;

• при непрерывном протягивании наружных поверхностей с автома­тической загрузкой и выгрузкой заготовок, перемещающихся относи­тельно неподвижной протяжки (рис. 3.1, в);

• при обработке тел вращения плоскими или круглыми протяжками (здесь главное движение или прямолинейное, или вращательное, при этом протяжка совершает один оборот) (рис. 3.1, г);

• при обработке отверстий прошивками (рис. 3.1, д) сила приложена к торцу инструмента и, таким образом, прошивки работают на сжатие. Для обеспечения продольной устойчивости прошивок их длина не должна пре­вышать 15 диаметров. По конструкции прошивки подобны протяжкам.

 

Рис. 1. Схемы протягивания:

а — отверстий; 6 — плоскостей; в — непрерывное протягивание наружной

поверхности; г - обработка цилиндрической поверхности плоской

и круглой протяжками; д - обработка отверстия прошивкой

Встречаются и другие схемы протягивания, которые, как и сам ин­струмент, постоянно совершенствуются.

Впервые протяжки появились в 30-х годах XX столетия и нашли широкое применение благодаря следующим достоинствам процесса про­тягивания:

1) высокая производительность, так как в процессе резания снима­ется припуск одновременно несколькими зубьями, при этом активная длина режущих кромок очень большая, хотя скорость резания невелика (6... 12 м/мин). Так, например, при протягивании отверстия диаметром 30 мм одновременно пятью зубьями ширина срезаемого слоя составляет около 470 мм. В целом производительность при протягивании в 3-12 раз выше, чем при других видах обработки;

2) высокая точность (JT7....JT8) и низкая шероховатость (Rа 0,32...2,5) обработанных поверхностей благодаря наличию черновых, чистовых и калибрующих зубьев, а в некоторых конструкциях протяжек еще и выглаживающих зубьев. Протягивание заменяет фрезерование, строгание, зенкерование, развертывание, а иногда и шлифование;

3) высокая стойкость инструмента, исчисляемая несколькими тыся­чами деталей. Это достигается благодаря оптимальным условиям резания и большим запасам на переточку;

4) простота конструкции станков, так как при протягивании отсут­ствует движение подачи, поэтому станки не имеют коробок подач, а главное движение осуществляется с помощью силовых гидроцилиндров.

 

 

 

 

 

 

СВЕРЛА

Назначение и типы. Сверло представляет собой режущий ин­струмент для обработки отверстий в сплошном материале либо для рассверливания отверстий при двух одновременно происхо­дящих движениях — вращении детали или сверла вокруг его оси и поступательном движении подачи вдоль оси.

В промышленности применяются следующие основные типы сверл: спиральные, перовые, специальные для глубоких отвер­стий, головки для кольцевого сверления, центровочные.

Наиболее широкое распространение получило спиральное (вин­товое) сверло для сверления отверстий: а) не требующих дополни­тельной обработки; б) под зенкерование или растачивание; в) под развертывание; г) под нарезание резьбы метчиком.

Спиральные сверла позволяют обеспечить обработку отвер­стий квалитетов точности 11-12 с шероховатостью поверхности Rz = 20...80 мкм.

Сверла изготавливаются из быстрорежущих сталей, твердых сплавов и сверхтвердых инструментальных ма­териалов.

Конструктивные элементы. Сверло состоит из рабочей части, шейки и хвостовика (рис. 1). Конический или цилиндрический хвостовик служит для закрепления сверла в шпинделе станка, удлинителе или патроне. Для сверл диаметром свыше 6 мм хво­стовик чаще всего имеет коническую форму и заканчивается лап­кой. Лапка предназначена для выбивания сверла из конического отверстия.

Шейка — промежуточная часть между хвостовиком и рабо­чей частью сверла. Она имеет несколько меньший диаметр, чем рабочая часть.

Рабочая часть состоит из режущей и направляющей частей. Условия работы сверла определяются главным образом конструкцией его режущей части. Она имеет два лезвия, которые со­единены между собой сердцевиной, расположенной вдоль оси сверла. Размер сердцевины соответствует диаметру окружности, касательной к поверхности канавок, и может увеличиваться по направлению к хвостовику для большей прочности и жесткости сверла. Главные задние поверхности лезвий образуются при затачивании сверла по конической, винтовой или плоской поверх­ности. Передние поверхности лезвий сверла имеют винтовую форму, по ним стружка транспортируется из зоны резания. Пере­сечения передних поверхностей (винтовых канавок) с главными задними поверхностями образуют главные режущие кромки, ко­торые должны быть расположены симметрично относительно оси сверла. При пересечении двух задних поверхностей на сердце­вине образуется поперечная кромка, или перемычка.

Рис. 1. Конструктивные элементы спирального сверла: 1 — рабочая часть; 2 — режущая часть; 3 — шейка; 4 — хвостовик; 5 — лапка; 6 — зуб; 7 — поперечная кромка; 8 — поводок; 9 — стружечная канавка; 10 — задняя поверхность; 11 — режущая кромка; 12 — ленточка; 13 — кромка ленточки; 14 — передняя поверхность; 15 — спинка зуба; 16 —сердцевина

 

Направляющая часть обеспечивает ориентацию сверла в кон­дукторной втулке или обрабатываемом отверстии и служит ре­зервом для образования режущей части при переточках сверла. Направляющая часть сверла для уменьшения трения соприка­сается с отверстием только по шлифованным винтовым ленточ­кам, которые расположены по краю винтовой канавки. Ленточки шлифуются по окружности с очень малой конусностью по направ­лению к хвостовику. Они являются вспомогательными задними поверхностями лезвий сверла. Пересечения передних поверхно­стей (винтовых канавок) со вспомогательными задними поверхно­стями (ленточками) образуют вспомогательные режущие кромки.

Геометрические параметры. Углы в плане сверла, как и для всех инструментов, рассматриваются в основной плоскости. Глав­ным углом в плане φ называется угол между плоскостью реза­ния и рабочей плоскостью. От угла φ зависит ширина и толщина срезаемого слоя, условия теплоотвода, прочность режущей час­ти сверла. Для упрощения измерения углов на сверлах указывается не φ а 2φ. Величину угла 2φ (рис. 5.2) назначают в зависимости от свойств обрабатываемого материала.