Лекции по "Режущий инструмент"

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Режущий инструмент

(курс  лекций)

для студентов-заочников 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Тема 1 – Общие вопросы  выбора параметров режущего инструмента

    Режущие инструменты - это орудия производства, конечная составная часть металлорежущих станков, находящаяся в контакте с обрабатываемой заготовкой. Назначение режущих инструментов - снятие припуска и формирование поверхности и размеров детали в соответствии с техническими требованиями рабочего чертежа.

    Несмотря  на большое разнообразие конструкций режущих инструментов и специфических особенностей их применения, для них характерны общие конструктивные, геометрические и другие элементы, а также способы крепления на станках.

    Любой из режущих инструментов имеет рабочую (режущую) и крепежную части. В основе режущей части лежит клин, предназначенный для снятия стружки. Крепежная часть, оформленная в виде корпуса или хвостовика, служит для установки, базирования и закрепления инструмента на станке.

    Режущий клин ограничен двумя поверхностями: передней, по которой сходит стружка, и задней, обращенной к поверхности резания, которая образуется после снятия стружки и при пересечении они образуют режущую кромку.

    Различают главную и вспомогательную режущие  кромки. Первая служит для срезания основной части припуска, а вторая - служит для зачистки и окончательного формирования обработанной поверхности. С целью обеспечения работоспособности на передних поверхностях часто предусматривают углубления, уступы и другие элементы для завивания или дробления стружки. При большой ширине срезаемых слоев на режущих кромках делают канавки или выемки для деления стружки по ширине и рационального распределения нагрузки между лезвиями. У многих режущих инструментов рабочая часть делится на режущую и калибрующую.

    Режущая часть служит для снятия основного припуска, калибрующая - для окончательного формирования обработанной поверхности и восполнения режущей части инструмента при переточках.

    У инструментов для обработки отверстий  калибрующая часть оформляется  в виде «ленточек», на которых расположены вспомогательные режущие кромки. Ленточки служат для направления и базирования инструментов в отверстии, а вспомогательные кромки - для окончательного формирования обработанной поверхности отверстий. Для предотвращения защемления инструментов в отверстии и снижения сил трения на ленточках вследствие упругой деформации обработанных поверхностей, как правило, предусматривается небольшая обратная конусность, т.е. уменьшение наружного диаметра инструмента в направлении к хвостовику.

    Для подвода смазочно-охлаждающих технологических  средств в рабочей части инструментов могут быть выполнены внутренние каналы. В зависимости от назначения инструмента и формы поверхности детали режущие кромки по форме могут быть прямолинейными, винтовыми или фасонными. Винтовые стружечные канавки и режущие кромки, располагаемые на них, обеспечивают лучшие условия удаления стружки из зоны резания и более равномерную работу инструмента.

    Работоспособность, прочность и стойкость всех режущих  инструментов зависят: от материала, из которого изготовлен режущий клин; от физико-механических свойств обрабатываемого материала; от углов заточки режущего клина, называемых геометрическими параметрами инструмента. На оптимальное значение последних влияют режимы резания: скорость V, подача s и глубина t. На рабочих чертежах инструментов приводят только значения углов заточки: переднего и заднего. Эти углы отсчитываются от координатных плоскостей: основной и плоскости резания.

    Положение взаимно перпендикулярных координатных плоскостей (рис. 1, а) определяется двумя линиями: режущей кромкой и векторами скорости резания (плоскость резания) и подачи (основная плоскость).

    Передний  угол - это угол между передней поверхностью и основной плоскостью. Задний угол - угол между задней поверхностью и плоскостью резания. Если в сечении, нормальном к режущей кромке, передняя и задняя поверхности инструмента криволинейны, то их заменяют прямыми, касательными к ним (рис. 1, б). Кроме обязательных углов, режущие кромки могут быть заточены также с углами в плане и с углом наклона главной режущей кромки к основной плоскости.

                                                      а                                           б

Рисунок 1 – Сечение режущего клина инструмента плоскостью, нормальной к главной режущей кромке: а – прямолинейные передняя и задняя поверхности; б – криволинейные передняя и задняя поверхности.

    На  форму режущих кромок, а также  стойкость инструмента, производительность и точность изготовления детали оказывают влияние метод формообразования поверхности детали и схема резания. Окончательное формообразование поверхности детали может быть осуществлено следующими методами: следа, копирования и обката (огибания).

    При использовании метода следа (рис. 2, а) обработанная поверхность образуется вершиной режущей кромки в соответствии с формой траектории ее движения, задаваемой станком. Форма режущей кромки совпадает с образующей обработанной поверхности только при методе копирования (рис. 2, б), реализуемом при радиальной подаче инструмента. При методе огибания (обката) (рис. 2, в) обработанная поверхность является огибающей различных положений режущей кромки, которые обеспечиваются кинематикой процесса обработки, т.е. согласованными движениями инструмента и заготовки.

                                                 а                            б                               в

Рисунок 2 – Методы формообразования инструментом поверхности детали при обработке  по методу следа (а), копирования (б) и огибания (в)

    Последовательность  удаления припуска инструментами определяется схемами резания. Применяют схемы профильного или одинарного резания, группового или переменного резания и генераторную. При профильной схеме резания движение подачи перпендикулярно обрабатываемой поверхности, последующие работающие режущие кромки по форме подобны (рис. 3 а, б), припуск снимается широкими и тонкими слоями. Окончательное образование обработанной поверхности осуществляется последним режущим и калибрующими зубьями. При схеме группового или переменного резания припуск по ширине делится на отдельные участки и снимается сравнительно узкими и толстыми слоями (рис. 3 в, г), поэтому сила резания на единицу площади срезаемого слоя получается меньше. Окончательное формирование поверхности осуществляется не одной кромкой, а группой последних режущих кромок, из-за чего качество обработанной поверхности получается хуже, чем при первой схеме. Эту схему в основном применяют при обработке черновыми зубьями. При генераторной схеме резания подача осуществляется параллельно образуемой поверхности детали (рис. 3 д, е). Окончательно обработанная поверхность образуется последовательно всеми зубьями инструмента. Качество поверхности хуже, чем при первой схеме резания.

    Приведенные схемы резания используют во многих видах режущих инструментов с  конструктивной и станочной подачей, например профильную, групповую и генераторную — в протяжках, групповую — в ступенчатых торцовых  фрезах,  метчиках и плашках.

Рисунок 3 – Схемы резания

    При заточке режущих клиньев на зубьях, предназначенных для чистовой, окончательной обработки, необходимо обратить внимание на остроту лезвия, которая характеризуется радиусом скругления и на назначаемую толщину срезаемого слоя. На инструментах из быстрорежущей стали после заточки и доводки минимальное значение радиуса 0,005 мм. Затупление режущего клина вызывает увеличение этого радиуса, и при < 0,02 мм вместо резания происходит смятие и уплотнение срезаемого слоя (рис. 4, а). При этом возможно появление нароста и резкое ухудшение качества обработанной поверхности. Снятие минимальной толщины среза требует тщательной заточки и доводки рабочих поверхностей режущего клина. При работе с большими подачами износ клина концентрируется на передней поверхности в форме лунки (рис. 4, б), а при снятии тонких стружек и при обработке хрупких материалов - на задней поверхности в виде площадки износа (рис. 4, в). Это необходимо учитывать при назначении припуска на переточку и выборе формы режущих зубьев и методов их заточки.

    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.

Рисунок 4 – Форма режущего клина: а –  при заточке;

б –  при износе по передней поверхности; в – при износе по задней поверхности.

    У насадных инструментов в корпусе  имеются отверстия цилиндрической или конической формы, 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 2...25 мм. 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. 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, 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 такие выточки не делают.

    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 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.

    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. 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.

    Также применяют конические хвостовики с лапкой и затяжкой 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.

    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.

    У хвостовиков без лапок 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.