6.1 Погрешности, возникающие от размерного износа

режущего инструмента

Неточность режущего инструмента (особенно мерного типа зенкеров, разверток, протяжек, концевых пазовых фрез и фасонного инструмента) в большинстве случаев переносится на обрабатываемые заготовки. Появляю-щиеся погрешности размеров обрабатываемых заготовок являются система-тическими. Однако в связи с тем, что точность изготовления инструмента на специальных инструментальных заводах или инструментальных цехах машиностроительных заводов достаточно высока, неточность изготовления режущего инструмента практически мало отражается на точности изготовления деталей. Значительно большее влияние на точность обработки оказывают погрешности режущего инструмента связанные с его износом.

Износ режущего инструмента приводит к появлению систематической закономерно изменяющейся погрешности. На рис 6.1 приведена кривая изменения износа режущего инструмента в зависимости от пройденного пути резания.

В соответствии с общими закономерностями износа при трении скольжения в начальный период работы инструмента происходит его приработка. Величина износа инструмента в этот период называется начальный износ U_н (участок I на рис. 6.1).

Рис. 6.1. Зависимость износа режущего инструмента от длины пути резания

В период начального износа происходит приработка режущего лезвия инструмента, сопровождающаяся выкрашиванием отдельных неровностей и заглаживанием штрихов – следов заточки режущих граней. Шероховатость поверхности в этот период постепенно уменьшается. Начальный износ U_н и его продолжительность L_н (продолжительность приработки инструмента) зависят от материалов режущего инструмента и обрабатываемой детали, качества заточки и режимов резания. Обычно продолжительность приработки, выраженная длиной L_н пути резания находится в пределах 500 – 2000 м.

Второй период износа (участок II) характеризуется нормальным износом инструмента, прямо пропорциональным пути резания. Интенсивность этого периода изнашивания принято оценивать относительным (удельным) износом U₀ (мкм/км), определяемым по формуле

(6.1)

где U – размерный износ на пути резания L, мкм; L – путь резания в зоне нормального износа, км.

При обработке стали резцом Т15К6 путь резания L в период нормального износа может достигать 50 км.

Расчет величины износа режущего инструмента, протекающего на участке II производят по формуле

, (6.2)

где U – размерный износ режущего инструмента, мкм; L – длина пути резания, м; U₀ – интенсивность изнашивания, мкм/км.

Применительно к точению длина пути резания равна

, (6.3)

где D – диаметр обрабатываемой заготовки, мм; l – длина обработки (длина рабочего хода режущего инструмента); s – подача, мм/об.

При торцовом фрезеровании длину резания определяют по формулам

(6.4)

где l – длина хода фрезы, мм; B – ширина фрезеруемой площадки, мм; s₀ – подача на один оборот фрезы, мм/об; z – число зубьев фрезы; s_z – подача на один зуб фрезы, мм/зуб.

Из формулы (6.4) видно, что с увеличением числа зубьев фрезы z длина пути резания уменьшается, а стойкость фрезы и точность обработки возрастают.

Исследованиями установлено, что при фрезеровании износ инструмента происходит интенсивнее, чем при точении. Связано это с более неблагоприятными условиями работы фрезы, которая многократно врезается в обрабатываемую заготовку. Относительный износ фрез U_0фр больше относительного износа U₀ токарных резцов, определяемого по формуле (6.1).

(6.5)

Величина 100/B учитывает число врезаний зуба фрезы при фрезеро-вании заготовки шириной В.

Расчет величины износа по уравнениям (6.2 – 6.5) применим только к условиям нормального износа (участок II на рис. 6.1).

Для учета начального износа инструмента, без усложнения расчетов, принято расчетную длину пути резания L, определенную по формулам (6.3) и (6.4), увеличивать на некоторую дополнительную величину L_доп (рис. 6.1). В этом случае уравнение (6.2) принимает вид

. (6.6)

Для доведенных инструментов L_доп = 500м, для заточенных – 1500м. В расчетах обычно принимают среднее значение L_доп = 1000м.

Относительный износ (скорость изнашивания) U₀ в значительной степени зависит от материала режущего инструмента, режимов резания, материала обрабатываемой заготовки и жесткости технологической системы СПИД (станок − приспособление − инструмент − деталь).

При повышении жесткости технологической системы, способствующем уменьшению вибраций, износ режущего инструмента заметно уменьшается.

Величина износа зависит и от вида обработки. Так, например, при растачивании жаропрочных материалов относительный износ в 1,5 – 6 раз больше, чем при наружном точении этих же материалов. Это объясняется менее благоприятными условиями работы режущего инструмента при растачивании отверстий.

При увеличении подачи инструмента относительный износ несколько увеличивается. Так, в процессе точения термически обработанной стали 35ХМ резцами из сплава Т15К6 при увеличении подачи с 0,1 до 0,28 мм/об и при скорости резания 4 м/с (240 м/мин), относительный износ повысился с 15 до 18 мкм/км, что составляет 20 %. Однако, учитывая, что путь резания, в этом случае, уменьшается в 2,8 раза, общий износ уменьшился, при расчете по формуле (2.53), на 57 %.

Поскольку размерный износ инструмента обратно пропорционален подаче, в ряде случаев увеличение подачи ведет к повышению общей размерной стойкости инструмента и при достаточной жесткости технологической системы способствует повышению точности обработки. Применение широких резцов и инструментов с выглаживающими фасками, позволяющими повысить подачу, способствует повышению точности обработки при одновременном повышении производительности.

Изменение глубины резания незначительно влияет на относительный износ режущего инструмента.

Существенное влияние на относительный износ инструмента оказывает задний угол резца. Так, с увеличением заднего угла с 8 до 15⁰ относительный износ резцов из сплава Т15К6 при точении термически обработанной стали 35ХМ со скоростью 2,3 м/с (140 м/мин) возрос с 13 до 17 мкм/км, т. е. на 30 %.

Таким образом, погрешность размеров и формы обрабатываемых заготовок может быть существенно понижена путем рационального подбора материала и конструкции режущего инструмента и соответствующих режимов резания.