Лекции по "Режущий инструмент"

    Для уменьшения габаритов хвостовиков  в некоторых инструментах используют укороченные хвостовики Морзе (№ 1...4) с сохранением наибольшего диаметра и уменьшением длины конуса.

    Широкое применение у быстросменных инструментов нашли также хвостовики с конусностью 7:24. 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 51547-2000 на полые конические хвостовики типа НSК, обеспечивающие надежное базирование и закрепление режущих инструментов при сверхскоростной обработке (с частотами вращения более 8000 об/мин). 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.

    Материалы для лезвийных  инструментов. В процессе резания режущий клин инструмента на относительно небольшой площадке контакта с заготовкой испытывает воздействие высоких давлений и сил трения. Это сопровождается выделением большого количества тепла и вызывает интенсивный износ контактных поверхностей клина. Поэтому режущие материалы должны обладать высокими значениями: 1) твердости (не менее чем в 5 раз больше твердости обрабатываемой заготовки); 2) теплопроводности, т.е. способностью сохранять твердость при высоких температурах резания; 3) прочности режущего клина, особенно на изгиб; 4) износоустойчивости при различных видах износа (абразивного, адгезионного, диффузионного и др.); 5) теплопроводности; 6) технологичности (пластичность, шлифуемость и др.).

    Все материалы для лезвийных инструментов можно условно разбить на следующие группы: 1) инструментальные стали; 2) быстрорежущие стали; 3) твердые сплавы; 4) минералокерамические материалы; 5) сверхтвердые материалы.

    Работы  по совершенствованию  режущих инструментов тесно взаимосвязаны с развитием станкостроения, которое ставит задачи по созданию новых конструкций режущих инструментов. В свою очередь, появление новых режущих материалов и новых типов режущих инструментов приводит к постоянному совершенствованию и обновлению станочного парка. Основными целями этих работ являются: повышение производительности обработки; обеспечение все возрастающих требований к точности и качеству поверхностей изготавливаемых деталей; повышение экономической эффективности применения новых режущих инструментов. На рис. 5 схематично показаны основные

Тема 2 – Резцы

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

    Резцы являются одними из самых распространенных режущих инструментов. Они применяются при работе на токарных, расточных, строгальных, долбежных и других типах станков при обработке наружных и внутренних поверхностей самых разнообразных форм. Резцы классифицируют по следующим основным признакам: 1)тип станка - токарные, расточные, строгальные и др.; 2)вид операции - проходные, подрезные, отрезные, фасонные, резьбонарезные и др.; 3)направление подачи – правые и левые; 4)конструкция - цельные; сборные: сварные, с напайкой или механическим закреплением режущих пластин; 5)материал режущей части - быстрорежущие, твердосплавные, с пластинами из керамики или сверхтвердых материалов; 6)по установке относительно детали: радиальные и тангенциальные; 7)по характеру обработки: черновые, чистовые, для тонкого точения; 8)по расположению рабочей части относительно корпуса: прямые, отогнутые, изогнутые, с оттянутой головкой.направления работ по достижению этих целей.

    Призматическое  тело проходного резца (рис. 6), как и любого другого, состоит из режущей части (головки) и державки. Головка резца содержит переднюю 1, главную заднюю 2 и вспомогательную заднюю 3 поверхности. Пересечения этих поверхностей образуют главную 4 и вспомогательную 5 режущие кромки. По передней поверхности сходит снимаемая резцом стружка. Главная задняя поверхность обращена к поверхности резания, образуемой главной режущей кромкой, а вспомогательная задняя поверхность - к обработанной поверхности детали. Указанные поверхности и режущие кромки после заточки располагаются под определенными углами относительно двух координатных плоскостей и направления подачи, выбираемыми с учетом кинематики станка.

Рисунок 5 – Пути совершенствования режущих  инструментов

    Рисунок 6 – Конструктивные элементы токарного  резца

    За  координатные плоскости (рис. 7) принимают  две взаимно перпендикулярные плоскости: плоскость резания, проходящую через главную режущую кромку, и вектор скорости резания, касательный к поверхности резания; основную плоскость, проходящую через эту же кромку и нормаль к вектору скорости резания.

    Рисунок 7 – Геометрические параметры проходного токарного резца

    Есть  другое определение основной плоскости: это плоскость, проходящая через векторы продольной и радиальной подач; в частном случае может совпадать с основанием резца, и в этом случае возможно измерение углов резца вне станка в его статическом положении.

    За  вектор скорости резания, применительно  к резцам, а также ко многим другим инструментам, принимают вектор окружной скорости детали без учета вектора продольной подачи, который во много раз меньше вектора окружной скорости и не оказывает заметного влияния на величину передних и задних углов. Только в отдельных случаях, применительно, например, к сверлам, в точках режущих кромок, прилегающих к оси сверла, это влияние становится существенным.

    Передний и задний углы главной режущей кромки принято измерять в главной секущей плоскости, проходящей нормально к проекции этой кромки на основную плоскость, которая в данном случае совпадает с плоскостью чертежа. Плоскость выбрана в связи с тем, что именно в ней происходит деформация металла при резании.

    Передний  угол - это угол между основной плоскостью и плоскостью, касательной к передней поверхности. Величина этого угла оказывает на процесс резания определяющее влияние, так как от него зависят степень деформации металла при переходе в стружку, силовая и тепловая нагрузки на режущий клин, прочность клина и условия отвода тепла из зоны резания. Оптимальное значение переднего угла определяется опытным путем в зависимости от физико-механических свойств обрабатываемого и режущего материалов, факторов режима резания и других условий обработки. Возможные значения угла у находятся в пределах 0...30. Для упрочнения режущего клина, особенно изготовленного из хрупких режущих материалов, на передней поверхности затачивают фаску с нулевым или отрицательным передним углом, шириной, зависящей от подачи.

    Задний  угол - это угол между плоскостью резания и плоскостью, касательной  к задней поверхности. Фактически это  угол зазора, препятствующего трению задней поверхности резца о поверхность резания. Он влияет на интенсивность износа резца и в сочетании с передним углом влияет на прочность режущего клина и условия отвода тепла из зоны резания.

    Чем меньшую нагрузку испытывает режущий  клин и чем он прочнее, тем больше значение заднего угла, величина которого зависит, таким образом, от сочетания свойств обрабатываемого и режущего материалов, от величины подачи и других условий резания.

    Угол  наклона главной режущей кромки - это угол между основной плоскостью, проведенной через вершину резца, и режущей кромкой. Он измеряется в плоскости резания и служит для предохранения вершины резца от выкрашивания, особенно при ударной нагрузке, а также для изменения направления сходящей стружки. Угол считается положительным, когда вершина резца занижена по сравнению с другими точками главной режущей кромки и в контакт с заготовкой включается последней. Стружка при этом сходит в направлении обработанной поверхности, что может существенно повысить ее шероховатость. При черновой обработке это допустимо, так как после нее следует чистовая операция, снимающая эти неровности. Но при чистовых операциях, когда нагрузка на режущий клин невелика, первостепенное значение приобретает задача отвода стружки от обработанной поверхности. С этой целью назначают отрицательные значения угла. При этом вершина резца является наивысшей точкой режущей кромки.

    Наличие угла усложняет заточку резцов, поэтому  практические значения этого угла невелики и находятся в пределах +5.. .-5°. Углы в плане - это углы между направлением продольной подачи и, соответственно, проекциями главной и вспомогательной режущих кромок на основную плоскость. Главный угол в плане определяет соотношение между толщиной и шириной срезаемого слоя. При уменьшении угла стружка становится тоньше, улучшаются условия теплоотвода и тем самым повышается стойкость резца, но при этом возрастает радиальная составляющая силы резания.

    При обточке длинных заготовок малого диаметра вышесказанное может привести к их деформации и вибрациям, и  в этом случае принимается 90°. Для других случаев рекомендуется: при чистовой обработке 10...20°; при черновой обработке валов 60...75°; при черновой обработке более жестких заготовок 30.. .45°. Вспомогательный угол в плане оказывает влияние на высоту остаточных гребешков (шероховатости) на обработанной поверхности, величина которых возрастает с увеличением вспомогательного угла в плане и подачи.

    У проходных резцов обычно угол 10...15°. С уменьшением угла до 0 шероховатость также снижается, что позволяет значительно увеличить подачу, а следовательно, и производительность процесса резания.

    Вспомогательный задний угол, измеряемый в сечении, перпендикулярном к вспомогательной режущей кромке, принимается примерно равным главному заднему углу и он образует зазор между вспомогательной задней поверхностью и обработанной поверхностью заготовки. Вспомогательный передний угол определяется заточкой передней поверхности.

    С целью повышения прочности режущей  части резца предусматривается также радиус скругления его вершины в плане 0,1...3,0 мм. При этом большее значение радиуса применяется при обработке жестких заготовок, так как с увеличением этого радиуса возрастает радиальная составляющая силы резания.

    Из  других типов токарных резцов широкое распространение  получили подрезные, расточные и отрезные резцы.

    Подрезные резцы изготавливают с отогнутой  и прямой державками. Хотя отогнутая державка усложняет изготовление резцов, она обеспечивает следующие преимущества: 1) универсальность, так как проходные резцы могут работать напроход и на подрезание; 2) возможность вести обработку в менее доступных местах.

    Расточные резцы используют для обработки  внутренних сквозных и глухих отверстий, а также внутренних канавок. Из-за большого вылета державки, уменьшенной площади ее сечения и затрудненного отвода стружки расточные резцы работают в более тяжелых условиях, чем проходные резцы. Державки расточных резцов выполняют круглыми, а в месте крепления они имеют утолщение квадратного сечения. Диаметр державки зависит от диаметра обрабатываемого отверстия.

    Расточные резцы имеют малую виброустойчивость  и жесткость. Чтобы исключить  врезание задней поверхности резца  в поверхность резания, лезвие резца располагают несколько ниже оси отверстия, а заднюю поверхность выполняют криволинейной формы.

    Отрезные  резцы применяют для отрезки  заготовок из прутка и проточки наружных канавок в заготовках на токарных, револьверных станках и станках-автоматах. 

Рисунок 8 – Типы резцов

    Из-за тяжелых условий работы (большого вылета резца, затрудненных условий деформации металла при переходе в стружку, малой жесткости режущей части и, следовательно, низкой виброустойчивости) отрезные резцы чаще всего изготавливают из быстрорежущей стали. Режущая часть имеет главную режущую кромку с углом 90° и две вспомогательные кромки с углами 1°30'...3°. Если нужно обработать торец заготовки без оставления стержня (бобышки) в ее центре, то главную режущую кромку затачивают под углом 75.. .80°.