Лекции по "Режущий инструмент"

    На  рисунке 11 с левой стороны показано положение призматического резца в процессе резания. При изготовлении этих резцов производится срез по передней грани под углом  γ+α, а задний угол в рабочем положении создается путем поворота резца относительно детали.

    Задние  углы на наклонных режущих кромках принято измерять в сечениях, нормальных к этим кромкам. Во избежание трения задних поверхностей с обработанной поверхностью заготовки они должны быть не менее 1...2°.

      Профилирование фасонных  резцов необходимо для их изготовления и проектирования инструментов второго порядка, а также шаблонов и контршаблонов, применяемых для контроля соответственно профилей резцов и шаблонов. При этом профиль круглого резца рассчитывается в радиальном (осевом) сечении, а призматического резца - в сечении, нормальном к задней поверхности. Из-за наличия переменных значений углов α и γ глубина точек профиля резца в этих сечениях не совпадает с глубиной профиля детали в ее осевом сечении. Расчет ведется путем определения высотных координат характерных (узловых) точек профиля, отсчитываемых от базовой точки, за которую принимается наивысшая точка профиля (вершина резца). Осевые размеры профиля передаются от детали без искажения.

    Рисунок 10 – Типы фасонных резцов

    Профилирование  круглых фасонных резцов. Исходные данные для расчета профиля резца: обрабатываемый материал и профиль детали, задаваемый радиусами окружностей, проходящих через узловые точки и осевыми размерами. По рекомендациям выбирают углы вершинной точки α и γ и радиус наружной окружности резца. Исходя из поставленной задачи, требуется рассчитать радиусы окружностей, на которых лежат точки резца, обрабатывающие соответствующие точки детали и высотные координаты профиля резца в его осевом сечении.  Предварительно определяют параметры вершины резца, лежащей на линии центров станка по заданным исходным значениям. Далее, используя значения этих параметров, для любой i-й точки профиля находят последовательно необходимые параметры.

Рисунок 11 – Геометрические параметры круглых  и призматических фасонных резцов

    Профилирование  призматических резцов производится на основе тех же исходных данных и заключается в определении высотных координат узловых точек профиля резца в сечении, перпендикулярном к задней поверхности инструмента.

    Здесь по аналогии с круглыми резцами предварительно находят значения параметров. Координаты узловых точек вдоль оси передаются от детали к резцу без искажения.

    По  найденным координатам узловых  точек в указанных сечениях на рабочих чертежах фасонных резцов вычерчивают  профиль, обычно в увеличенном масштабе. При этом прямолинейные участки профиля получают соединением прямой двух крайних точек, а криволинейные - по лекалу через точки отдельных отрезков, на которые предварительно разбивают заданный профиль детали. Обычно берут не менее трех-четырех точек.

Рисунок 12 – Расчётные схемы профилирования фасонных резцов

    Погрешности обработки фасонными  резцами возникают при обработке конических участков детали из-за несовпадения режущей кромки с образующей конуса. При обточке усеченного конуса призматическим резцом режущая кромка скрещивается в пространстве с осью конуса и при вращении ее относительно оси детали образуется не конус, а однополостной гиперболоид. Наибольшее отклонение фактического профиля от конического приходится на точку профиля с радиусом rср.

    При этом величина погрешности не должна превышать допуск на отклонение образующей конуса. В случае применения призматических резцов можно свести до 0, заточив переднюю грань дополнительно под определённым углом наклона режущей кромки. При этом режущая кромка резца займет положение, которое будет совпадать с образующей конуса.

    Теоретически  можно рассчитать профиль резца  по нескольким точкам конической поверхности детали, определив их радиусы в сечениях, перпендикулярных к оси, но тогда профиль исходного тела резца будет криволинейным. Из-за высокой трудоемкости точное изготовление таких резцов считается нерациональным. Заточка же передней грани круглых резцов под углом хотя и не исключает погрешности обработки конических участков детали, но дает существенное ее снижение.

Тема 3 – Протяжки

    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, 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. 13 показано несколько схем протягивания: при обработке отверстий и  наружных поверхностей с возвратно-поступательным движением инструмента и неподвижной заготовкой; при непрерывном протягивании наружных поверхностей с автоматической загрузкой и выгрузкой заготовок, перемещающихся относительно неподвижной протяжки; при обработке тел вращения плоскими или круглыми протяжками; при обработке отверстий прошивками 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.

    Протяжки  нашли широкое применение благодаря  следующим достоинствам процесса протягивания: 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). В целом производительность при протягивании в 3-12 раз выше, чем при других видах обработки; высокая точность (7...8 квалитет) и низкая шероховатость (0,32...2,5 мкм) 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; высокая стойкость инструмента, исчисляемая несколькими тысячами деталей. Это достигается благодаря оптимальным условиям резания и большим запасам на переточку; простота конструкции станков, так как при протягивании отсутствует движение подачи, поэтому станки не имеют коробок подач, а главное движение осуществляется с помощью силовых гидроцилиндров.

    К недостаткам протяжек можно отнести: высокие трудоемкость и стоимость  инструмента из-за сложности конструкций  протяжек и высоких требований к  точности их изготовления; протяжки - это специальные инструменты, предназначенные для изготовления деталей только одного типоразмера; высокие затраты на переточку, обусловленные сложностью конструкций этих инструментов.

Рисунок 13 – Схемы протягивания

    Экономическая эффективность применения протяжек достигается лишь в массовом и серийном производствах. Однако даже на предприятиях с единичным и мелкосерийным производствами протяжки могут дать значительный экономический эффект при обработке сложных фасонных отверстий, если формы обрабатываемых поверхностей и их размеры имеют узкие допуски.

    При проектировании протяжек необходимо иметь  в виду следующие особенности  их работы: 1) протяжки испытывают очень  большие растягивающие нагрузки, поэтому внутренние протяжки обязательно проверяют на прочность по наиболее слабым сечениям; 2)срезаемая при протягивании стружка должна свободно размещаться в стружечных канавках в течение всего времени нахождения режущих зубьев в контакте с заготовкой и свободно выходить из канавки после прекращения процесса резания. Поэтому вопросы размещения и разделения стружки по ширине требуют большого внимания; 3)длина протяжек должна соответствовать рабочему ходу протяжного станка, а также возможностям оборудования для их термической и механической обработки. Протяжки должны иметь достаточную жесткость при изготовлении и эксплуатации, поэтому при протягивании иногда используют люнеты и другие приспособления. Из всех разновидностей внутренних протяжек наибольшее применение (до 60 %) нашли протяжки для обработки круглых отверстий.

    Конструктивные  элементы протяжек. Протяжки состоят из следующих основных частей: хвостовика, шейки, передней и задней направляющих, режущей и калибрующей частей, заднего хвостовика.

Рисунок 14 – Конструктивные элементы протяжки для обработки отверстий

    Хвостовик служит для присоединения протяжки к патрону станка. Основные типы и размеры хвостовиков стандартизированы. При этом диаметр хвостовика должен быть меньше диаметра отверстия под протягивание на 1...2 мм.

    Шейка и следующий за ней переходный конус выполняют вспомогательную роль. Их длина должна обеспечивать возможность присоединения протяжки к патрону перед началом протягивания. Переходный конус обеспечивает свободное вхождение передней направляющей в протягиваемое отверстие. Диаметр шейки изготовляют меньше диаметра хвостовика на 0,3... 1,0 мм.

    Передняя  направляющая служит для центрирования  оси заготовки относительно оси  протяжки перед протягиванием, чтобы  исключить перекос заготовки, который может привести к поломке протяжки или порче обработанной поверхности. Длина передней направляющей должна быть равна длине протягиваемого отверстия. Форма передней направляющей должна соответствовать форме отверстия в заготовке, а допуск на диаметр направляющей берется по е8. Задняя направляющая выполняет ту же роль, что и передняя, предохраняя протяжку от перекоса при выходе ее калибрующей части из обработанного отверстия. По длине она несколько меньше длины передней направляющей, а ее диаметр выполняется точнее, с допуском по f7. Форма задней направляющей должна быть такой же, как у протянутого отверстия.

    Для автоматического возврата протяжки в исходное положение после протягивания, особенно при больших длине и диаметре протяжки, после задней направляющей иногда предусматривается задний хвостовик, закрепляемый в патроне каретки станка, и который по форме подобен переднему хвостовику. Наличие заднего хвостовика также предохраняет протяжку от провисания и перекоса в отверстии и позволяет избежать искажения формы и размера обработанного отверстия.

    Режущая часть протяжки служит для удаления припуска и формирования поверхности  протянутого отверстия. Она содержит черновые и чистовые, а при групповой схеме резания еще и переходные зубья, располагаемые на ступенчато-конической поверхности. Длина режущей части равна произведению числа зубьев на их шаг, который, в свою очередь, зависит от требований к точности протягиваемого отверстия, шероховатости его поверхности и величины снимаемого припуска. Диаметры зубьев рассчитывают исходя из принятой схемы резания.

    Калибрующая часть содержит 4...10 зубьев одинакового  диаметра, равного диаметру последнего чистового зуба, и служит для калибровки отверстия, уменьшения рассеяния его  размеров, а также является запасом  на переточку: по мере износа чистовых зубьев калибрующие зубья заточкой могут быть переведены в чистовые, тем самым увеличивая общий срок службы протяжки. Калибрующие зубья припуск не срезают, а удаляют микронеровности поверхности, остающиеся после прохода чистовых зубьев, и обеспечивают направление протяжки в отверстии.

    Конструкция режущей части протяжки определяется принятой схемой резания, под которой понимают принятый порядок последовательного срезания припуска. Различают следующие схемы резания: а)по способу деления припуска по толщине и ширине - одинарная и групповая; б)по способу формирования обработанной поверхности - профильная, генераторная и комбинированная.

    Одинарная схема резания характерна тем, что  каждый зуб протяжки срезает припуск определенной толщины по всему периметру обрабатываемого отверстия за счет того, что диаметр каждого последующего зуба больше диаметра предыдущего на величину 2аz, где аz - подъем или подача на зуб.

    Так как кольцевая стружка недопустима, то для деления стружки по ширине на режущих кромках необходимо делать стружкоделительные канавки V-образной формы, которые располагают в шахматном порядке при переходе от одного зуба к другому. Стружкоделительные канавки имеют глубину 0,4... 1,0 мм и ширину 0,6... 1,2 мм в зависимости от диаметра протяжки. Снимаемые каждым зубом стружки получаются в виде отдельных частей с ребром жесткости толщиной 2аz за счет того, что на участке канавки предыдущего зуба стружка не снимается. Ребро жесткости ухудшает свертываемость стружки в канавках между зубьями, из-за чего приходится значительно снижать величину подачи на зуб. Это приводит к нежелательному увеличению длины протяжки. Так, для цилиндрических протяжек ориентировочные значения толщин среза при обработке: сталей 0,02... 0,04 мм; чугуна 0,03... 1,0 мм; алюминия 0,02... 0,05 мм; бронзы и латуни 0,05... 0,12 мм.