8.2. Назначение режимов резания

В широком смысле под режимами резания (обработки) понимается совокупность величин (числовых значений) глубины резания, подачи, скорости резания, геометрических параметров и стойкости режущего инструмента, а также силы резания, мощности и других параметров процесса резания, от которых зависят его технико-экономические показатели. В более узком смысле режимами резания называют глубину резания, подачу и скорость резания. Оптимальными (рациональными) режимами считаются такие режимы, которые обеспечивают получение наилучших (высоких) технико-экономических показателей и заданное качество изготовления деталей. Для этого необходимо, чтобы:

• режущая часть инструмента была изготовлена из материала и имела геометрические параметры, оптимальные,(рациональные) для обработки данного материала заготовки детали, режимов и условий обработки;

• режимы резания (глубина, подача и скорость резания) были технически и экономически обоснованными;

• металлорежущее оборудование позволяло реализовать установленные режимы резания.

В качестве критериев оптимизации можно принять максимальную производительность, минимальную технологическую себестоимость, величину износа инструмента или минимально необходимый путь резания (площадь обработанной поверхности) при заданной величине износа инструмента. В большинстве случаев принятый критерий оптимизации может быть получен при различных сочетаниях режимов и условий обработки, т. е. решение задачи может быть многовариантным. Однако, решая задачу выбора оптимального варианта обработки, необходимо иметь .в виду, что режимные параметры взаимосвязаны и взаимозависимы. Изменение одного параметра влечет за собой изменение других параметров.

Обеспечение заданного качества детали является обязательным условием, накладывающим ограничения на режимы обработки. Они должны гарантировать заданную точность обработки и состояние поверхностного слоя детали. Сила резания, которая зависит от свойств обрабатываемого материала, геометрии режущего инструмента и режимов резания, вызывает упругие перемещения (деформации) технологической системы и соответствующие погрешности обработки. Эти деформации —• ос-

новная составляющая суммарной погрешности обработки маложестких деталей и должны учитываться при назначении режимов резания.

Если известна программа выпуска (количество изготавливаемых деталей), требования по качеству детали, вид заготовки (ее форма, размеры и свойства материала) и выбран метод обработки, то назначение режимов резания ведется в такой последовательности:

1. выбирается материал режущей части инструмента;

2. устанавливаются геометрические параметры режущей

части инструмента и его конфигурация* , ., *

3. назначается критерий затупления инструмента и его стойкость;

4. выбирается критерий оптимизации процесса обработки резанием;

5. устанавливается глубина резания /;

. §| определяется значение подачи 5;

определяется значение скорости резания V с учетом возможности применения СОТС*

8. рассчитывается частота вращения (или количество ходов при строгании) заготовки или инструмента;

9. рассчитывается сила резания (ее составляющие Р_х, Р_у, Р₂);

10. рассчитывается крутящий момент (момент вращения);

11. рассчитывается эффективная мощность, необходимая для обработки заготовки;

12. согласовываются (уточняются) расчетные параметры по имеющемуся металлорежущему оборудованию или выбирается соответствующее им оборудование.

Материал режущей части инструмента, ее геометрические параметры, критерий затупления и стойкость назначают по соответствующим справочникам.

На практике стойкость резцов обычно принимают равной 15; 20; 60 или 90 минут, а соответствующие им скорости резания обозначают г_р у₂₀, к» Ко' Скорости резания можно определить по следующей зависимости:

Эта степенная зависимость с достаточной точностью аппроксимирует результаты экспериментов при обработке сталей и сплавов в области высоких скоростей резания, при которых тем-

псратура резания приближается к предельным значениям, характеризующим теплостойкость инструментальных материалов.

В основе выбора критерия затупления и стойкости режущего инструмента лежат технические и экономические соображения: размерный износ инструмента, его стоимость, стоимость технологического оборудования, затраты времени на замену износившегося инструмента и др. Например, при многоинструмснталь- ной обработке на дорогостоящем оборудовании (обрабатывающие центры, агрегатные станки, автоматические линии и т. п.) частые смены инструментов (т. е. низкая его стойкость) приводят к большим простоям оборудования и потере его производительности. Это удорожает стоимость обработки. При одноинст- рументальной обработке на дорогостоящем оборудовании, например, на многооперационных станках, и сравнительно невысокой стоимости инструмента большую долю в технологической себестоимости детали составляют расходы на эксплуатацию и амортизацию оборудования. В этом случае главной задачей является обеспечение высокой производительности оборудования, что достигается повышением режимов резания, т. е. снижением допустимой стойкости и увеличением расхода инструментов.

Экономически целесообразную стойкость инструмента обычно устанавливают из условий минимума технологической себестоимости операции (или перехода).

Себестоимость (А) технологического перехода можно рассчитать по формуле [2, 3]

где 4- — основное технологическое (машинное) время, мин; / — время на замену инструмента, отнесенное к одной обрабатываемой заготовке, мин; Т — стойкость инструмента, мин; Е — затраты, связанные с работой оборудования в течение 1 мин; А_и — затраты на режущий инструмент, отнесенные к одной детали.

Основное технологическое (или машинное) время рассчитывается, исходя из размеров и формы заготовки, геометрии и размеров режущего инструмента, кинематики (траектории движения инструмента относительно заготовки) и режимов резания.

Например, при точении гладкой наружной поверхности проходным резцом (рис. 8.2) с подачей (мм/об), скоростью реза-

Рис. 8.2. Схема наружного точения проходным резцом

ния V (м/мин) и глубиной резания I- (мм) (/) — диаметр

заготовки, А — диаметр обработанной поверхности) основное технологическое время определяется по следующей формуле:

/ + А/. + А 1у .

/ ш

⁰⁷ п8

Здесь / — длина обрабатываемой поверхности заготовки; А/, — путь резца при врезании в заготовку, А/, = —, <р — главный угол

в плане; А/, — величина перебега резца; п — частота вращения

I _и 1000 • V . -

заготовки (мин ), п = ; / — число рабочих ходов резца

тс/)

для снятия припуска на обработку.

Из приведенного примера следует, что основой расчета основного технологического времени, а значит, и технологической себестоимости перехода при выбранном инструменте, его стойкости и оборудовании являются режимы резания ((,8, V).

Рассмотрим последовательность назначения режимов резания на примере наружного точения. После выбора материала режущей части инструмента, его геометрии, критерия затупления и стойкости назначение режимов резания обычно начинают с глубины резания. Она устанавливается, исходя из величины припуска на обработку, его свойств и задач, решаемых на дан-

ном переходе. На черновых переходах весь припуск целесообразно снимать за один проход. При этом необходимо учитывать прочность режущего инструмента, жесткость технологической системы (станок — приспособление *— инструмент — заготовка)

К мощность станка. Если величина припуска превышает пределы допустимых значений для данной технологической системы, то его снимают за несколько проходов с постоянной или последовательно уменьшающейся глубиной резания на каждом проходе (переходе).

Величина подачи выбирается, исходя из вида обработки (черновая, получистовая, чистовая), материала и вида заготовки, материала и геометрии режущей части инструмента. При черновой (предварительной) обработке назначают подачу, максимально возможную по прочности и жесткости инструмента. При чистовой (окончательной) обработке ограничивающими факторами в выборе подачи являются требования к состоянию поверхностного слоя и точности детали, так как с увеличением подачи растут силы резания, упругие деформации технологической системы и шероховатость поверхности. Расчетное значение шероховатости поверхности Кг_р, мкм, для точения и фрезерования (цилиндрического, дискового, торцового) можно приблизительно оценить по формуле

где 8 — подача на один оборот заготовки (при точении) или на зуб фрезы, мм/об, мм/зуб; г — радиус вершины резца или радиус фрезы, мм.

Однако необходимо иметь в виду, что расчетное значение шероховатости поверхности может быть существенно меньше фактического при шероховатости Кг < 5 мкм, особенно если обработка ведется в зоне наростообразования. Это объясняется тем, что кроме чисто геометрических факторов (8, г и др.) на формирование микрорельефа обработанной поверхности большое влияние оказывают физические процессы, протекающие в зоне резания и формирования поверхностного слоя.

Производственный опыт показывает, что производительная предварительная обработка обеспечивается тогда, когда подача 5= (0,15...0,2)г. На крупных станках обработку ведут с большими глубинами резания (до 20 мм и больше) и подачами (до 4 мм и выше), чистовую обработку ведут с подачами 5= (0,1...0,15)/.

После назначения стойкости инструмента, глубины резания и подачи скорость резания, м/мин, можно определить по эмпирической формуле

V* т-у-Ку.

у»т^Лу ^г

Здесь К_у- К_мК_иКуК_нК_с — поправочный коэффициент, который учитывает следующие факторы: К_м — прочностные свойства и обрабатываемость материала заготовки резанием; К„— свойства инструментального материала; К^— главный угол в плане; К_н- ширину фаски износа задней поверхности резца; К_с — состояние поверхностного слоя заготовки перед обработкой;

Су — некоторая постоянная величина, соответствующая основным (базовым) условиям резания, т. е. условиям, при которых все поправочные коэффициенты равны единице; т, X_ь Уу — показатели степени, которые определяются экспериментально для базового варианта обработки.

Например, при обработке точением заготовки из серого чугуна твердостью НВ = 1900 МПа без литейной корки проходным резцом с пластиной твердого сплава ВК6, главным углом в плане <р т 45°, допустимой шириной фаски износа задней поверхности И₃ = 0,8... 1 мм, без применения СОЖ экспериментально установлено, что С_г» 262; т = 0,2; Лу=0,2; У,, = 0,4. Все поправочные коэффициенты равны единице. Тогда расчетная зависимость для определения скорости резания будет иметь следующий вид:

у . 262

^г У’0,2^ 0,2^ 0,4 '

При Т= 60 мин; / = 4 мм; 5 = 0,5 мм/об У= 70 м/мин, соответственно при Т= 30 мин; 1=4 мм; ^ = 0,5 мм/об У= 81 м/мин. Следовательно, допустимая стойкость инструмента снижена в 2 раза, а скорость резания при этом увеличилась только на 13 %.

Из приведенных значений Х_у и У_у следует, что подача влияет на допустимую скорость резания значительно сильнее, чем глубина резания. Поэтому, как было сказано выше, глубина резания назначается максимально возможной величины.

После определения расчетных значений режимов резания они согласуются с техническими данными металлорежущего оборудования. При ступенчатом изменении частоты вращения п и подачи принимаются ближайшие меньшие их величины

и рассчитывается фактическая скорость резания, м/мин, по формуле

К_ф = лДЯф • 10'³,

где п_ф — фактическая частота вращения шпинделя станка, мин'¹.

Сила резания, возникающая в процессе обработки (или ее составляющие Р_х, Р_у, Р_г), определяется по эмпирической формуле

Р=С_р(^х'5^у'У²'К_р.

Здесь Ср, Хр, Ур, 2_Р — коэффициент и показатели степеней, которые зависят от свойств обрабатываемых и инструментальных материалов, стойкости инструмента, вида обработки и других факторов; К_Р — комплексный поправочный коэффициент, учитывающий геометрию режущей части инструмента, величину его износа и т. п.

Момент вращения, Н • м, действующий на шпиндель станка в процессе обработки, находят по следующей формуле:

М=(\5 • 10~³Р₂2),

где Р₂ — тангенциальная составляющая силы резания, Н; В — диаметр обрабатываемой заготовки, мм.

Учитывая КПД механизма главного привода станка ц, необходимая мощность, кВт, электродвигателя привода

ч

Обычно принимают ц « 0,8.

Таким образом, выбор оптимальных или даже рациональных режимов резания при решении конкретной технологической задачи изготовления деталей в данных производственных условиях или при создании нового производства связан с необходимостью учета большого количества факторов. Они, в свою очередь, связаны сложными зависимостями с показателями качества детали, технико-экономическими показателями процесса обработки и режимами. Это многовариантная технологическая задача, по результатам решения которой необходимо спроектировать (выбрать) конкретный технологический процесс обработки, обеспечивающий заданные показатели качества детали и наилучшие технико-экономические показатели.

При этом необходимо учитывать характер производства и вид металлорежущего оборудования. На станках с ЧПУ заготов-

ки обрабатываются малыми партиями, а режущие инструменты, как правило, работают последовательно. В этом случае для каждого инструмента могут быть рассчитаны свои рациональные режимы резания. Они должны быть такими, чтобы стойкость (или ресурс) инструмента обеспечивал обработку всех заготовок в партии. Особенностью обработки заготовок на автоматических линиях является необходимость обеспечения определенной цикличности, т. е. темпа рабочего процесса, когда за один полный цикл обрабатывается одна заготовка. Расчеты показывают, что на автоматических линиях целесообразно работать с малыми скоростями и малым расходом инструмента, но с большой стойкостью и ресурсом инструмента.

На станках с ЧПУ небольшие партии однотипных заготовок целесообразно обрабатывать с большими скоростями и малыми стойкостями, при которых полностью используется ресурс инструмента и обеспечивается небольшое основное технологическое время.

При обработке блоками инструментов, например, при токарной обработке на многорезцовых станках-полуавтоматах, скорость резания устанавливается по резцу, который обрабатывает максимальный диаметр, а продольная или поперечная подача - по резцу, который формирует поверхность с наименьшей шероховатостью (рис. 8.3).

Рис. 8.3. Продольное точение блоком резцов

В этом случае скорости резания могут существенно отличаться, и для обеспечения одинаковой стойкости резцов их целесообразно изготавливать из инструментальных материалов с разной износостойкостью. Резцы, работающие при больших скоростях резания, должны иметь более высокую стойкость, чем резцы, работающие при меньших скоростях.

7. ОБРАБОТКА ТОЧЕНИЕМ

И РАСТАЧИВАНИЕМ, ИНСТРУМЕНТЫ И СТАНКИ

1. Основные виды токарной обработки (точения)

Точение — способ обработки резанием наружных, внутренних и торцовых цилиндрических, конических, плоских и фасонных поверхностей, выполняемый резцами на станках токарной группы.

Точение обычно осуществляется при вращательном движении заготовки (главное движение резания) и поступательном движении резца (движение подачи). Движение подачи может осуществляться параллельно оси вращения заготовки (продольная подача), перпендикулярно оси вращения заготовки (поперечная подача), под углом к оси вращения заготовки (наклонная подача).

При движении подачи вдоль оси вращения заготовки точение называют продольным, а обработанная поверхность представляет собой цилиндр. Если движение подачи перпендикулярно оси вращения заготовки, то точение называют торцовым. При обработке фасонных и конических поверхностей точение осуществляется одновременно с продольной и поперечной подачей (по двум координатным осям). При нарезании резьбы движение подачи резца имеет строгую кинематическую связь с вращением заготовки.

Разновидностями точения (токарной обработки) являются: растачивание отверстий, обработка (подрезание) торцовых поверхностей, проточка канавок, нарезание резьбы (наружной и внутренней) резцами, отрезка и др.

Точение заготовок производится на металлорежущих станках токарной группы (универсальных токарных, револьверных, кару-

сельных, токарных полуавтоматах и автоматах, обрабатывающих центрах и др.) с горизонтальной или вертикальной осью вращения шпинделя.

Основные схемы токарной обработки приведены на рис. 9.1 [13]. Формообразование фасонных поверхностей при обработке с продольной подачей осуществляется по методу следов, при обработке с поперечной подачей — по методу копирования.

Наружные цилиндрические поверхности обтачиваются прямыми (рис. 9.1, а) или отогнутыми проходными резцами. Гладкие и ступенчатые длинные валы обрабатываются при установке заготовки в центрах. Для обработки маложестких валов используются проходные резцы с главным углом в плане <р * 90°, у которых радиальная составляющая силы резания Р_у практически равна нулю, что существенно снижает деформацию заготовки и повышает точность обработки.

Наружные и внутренние резьбы нарезают резьбовыми резцами (рис. 9.1, б) соответствующей формы и профиля. При этом производится настройка кинематической цепи станка на заданный шаг однозаходной или многозаходной резьбы путем подбора соответствующих зубчатых колес или программного управления (на станках с ЧПУ).

Точение длинных пологих конусов (2а = 8...10°) производят при смещенной в поперечном направлении задней бабке относительно линии центров станка или с помощью копировального устройства (конусной линейки, гидрокопира и т. п.). На станках с ЧПУ конические поверхности с любым углом конуса обрабатываются путем программированного изменения продольной и поперечной подачи.

Сквозные отверстия растачиваются проходными расточными резцами (рис. 9.1, г), а глухие — упорными резцами (рис. 9.1, д).

С поперечной подачей на токарно-винторезных станках ка- навочными (прорезными) резцами протачивают кольцевые канавки (рис. 9.1, ж), фасонными стержневыми резцами — фасонные поверхности (рис. 9.1, з), короткие конические поверхности— фаски (рис. 9.1, и) — широкими резцами с главным углом в плане, равным половине угда при вершине конической поверхности.

Отрезку деталей от заготовки (рис. 9.1, к) осуществляют отрезными резцами с наклонной режущей кромкой, которая после отрезки обеспечивает чистый торец на готовой детали. Для подрезания торцов используют отогнутые проходные резцы

Рис. 9.1. Типовые схемы токарной обработки заготовок: а — наружной цилиндрической поверхности прямым проходным резцом; б — наружных резьб резьбовым резцом; в — наружных длинных пологих конусов; г — сквозных отверстий проходным резцом; д — глухих отверстий упорным резцом; е — наружных коротких конусов проходным резцом; ж — наружных кольцевых канавок; з — наружных фасонных канавок; и — наружных коротких конусов широким резцом; к — отрезным резцом с наклонной режущей кромкой; л — отверстия спиральным сверлом; м •— торца отогнутым резцом; н — наружной цилиндрической поверхности торца специальным резцом; о — внутренней конической поверхности отогнутым резцом

(рис. 9.1, м) или специальные подрезные резцы. Обработку ступенчатых цилиндрических поверхностей ведут проходными резцами с главным углом в плане ср = 90° или специальными резцами с ф > 90°, но работающими с продольной и поперечной подачей (рис. 9.1, и).

Обработку отверстий на токарно-винторезных станках выполняют сверлами, зенкерами и развертками с продольной подачей режущего инструмента (рис. 9.1, л).

Обтачивание наружных и растачивание внутренних конических поверхностей средней длины (рис. 9.1, е, о) с любым углом конуса при вершине производят с наклонным движением подачи резцов при повернутом верхнем суппорте. На станках с ЧПУ эта обработка выполняется по соответствующей программе, обеспечивающей согласованные величины скоростей продольной У_пр и поперечной У_п подачи.

В токарных станках с ЧПУ в основном используют прямоугольную или контурную систему управления. Прямоугольная система ЧПУ (рис. 9.2, а) [13] обеспечивает рабочее перемещение исполнительных органов станка поочередно вдоль его осей координат на требуемое расстояние в соответствии с заданной программой обработки заготовок. Координатными осями токарного станка с ЧПУ являются: ось вращения заготовки «* ось 2; направление, перпщщщркрвде оси 2 в горизонтальной плоскости — ось X. Положительными направлениями осей считаются: оси Ш — слева направо от шпинделя станка; оси X — от линии центров станка. По такой схеме осуществляют наружную обработку ступенчатых валов или растачивание ступенчатых отверстий.

Контурная система ЧПУ (рис. 9.1* б) обеспечивает автоматическое перемещение исполнительного органа станка по произ* вольной траектории с контурной скоростью подачи Ц, заданной программой управления. Под контурной скоростью подачи понимается геометрическая (векторная) сумма скоростей продольной ж поперечной ^водач:

Два совместных взаимосвязанных движения осуществляются с помощью продольного суппорта и салазок поперечного суппорта. По такой схеме осуществляется обработка конических и фасонных поверхностей детали.

Рис. 9.2. Схемы обработки заготовок на токарном станке по прямоугольной (а) и контурной (б) системам ЧПУ:

]—6 н» точки перемены направления траектории движения резца

Наружные цилиндрические поверхности обрабатываются при У„ = 0. Если обрабатываемая поверхность имеет сложную криволинейную образующую, то в системе ЧПУ используют линейные, круговые или линейно-круговые интерполяторы. Они позволяют заменить с требуемой точностью (аппроксимировать) сложную образующую поверхности более простыми элементами (дугами окружности, отрезками прямых), что значительно упрощает разработку управляющих программ.

Схема срезания припуска на обработку определяется кинематической схемой движения заготовки и инструмента (резца). При продольном точении лезвие резца перемещается относи-

9-1924

тельно поверхности заготовки по винтовой траектории и срезает винтовой слой материала площадью поперечного сечения

Г=аЬ = Я,

где а, Ь — соответственно толщина и ширина срезаемого слоя; 5¹, / — соответственно подача на один оборот заготовки и глубина резания.

При черновой и получистовой обработке форма сечения срезаемого слоя в основном зависит от глубины резания, подачи и главного угла в плане (рис. 9.3).

Рис. 9.3. Зависимость формы и размеров поперечного сечения срезаемого слоя при продольном точении от главного угла в плане <р, глубины резания (и подачи 5: а — ф<90°; б — <р = 90°

Кинематическая схема растачивания на. станках токарного типа (рис. 9.4) принципиально не отличается от схемы наружного точения. Главным движением является вращение заготовки, которое определяет скорость резания

У= 10~³пВп,

где В — диаметр обработанного отверстия.

Однако процесс растачивания протекает в более сложных условиях, чем наружное точение. При растачивании глубоких отверстий невозможно визуально следить за процессом, а расточные резцы и оправки, на которых они закрепляются, имеют малую жесткость. Расточной резец и оправка находятся в сложном напряженном состоянии, вызванном крутящим, изгибающим моментом и сжатием или растяжением. Возникают упругие деформации резца, оправки и соответствующие им погрешности растачиваемого отверстия. При нерациональной конструкции оправок и режимов обработки могут также возникать виб-

Рис. 9.4. Схема растачивания отверстия на станках токарного типа

рации, которые снижают качество обработки и стойкость инструмента.

Для устранения изгибных деформаций применяют расточные оправки круглого сечения, в которых по диаметру в противоположных направлениях устанавливают два резца (рис. 9.5). Расстояние между вершинами резцов равно диаметру расточенного отверстия. Устанавливаются резцы симметрично оси от-

Рис. 9.5. Схема растачивания отверстия двумя резцами, установленными на консольной оправке

верстия (оси оправки). Главный угол в плане рекомендуется брать ф = 90°, так как при этом возникают минимальные радиальные силы Р_г, а главные режущие кромки расточных резцов лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси оправки. Происходит взаимное уравновешивание сил Р_у, возникающих на двух резцах.

2. Токарные резцы

Основным режущим инструментом для точения являются токарные резцы, характерной особенностью которых является то, что в большинстве случаев они имеют одно главное режущее лезвие (за исключением фасонных и резьбовых резцов), активная часть которого ограничена шириной срезаемого слоя Ь.

Токарные резцы делятся:

1. по видам обработки:

• проходные,

• подрезные,

• отрезные,

• расточные,

• резьбовые,

• фасонные;

2. по направлению подачи:

• правые,

• левые;

3. по форме головки:

• прямые,

• отогнутые,

• дисковые,

• призматические,

• стержневые,

• тангенциальные,

• радиальные.

Наружные цилиндрические, конические и фасонные поверхности обрабатываются проходными резцами; внутренние цилиндрические, конические и фасонные поверхности — расточными резцами, а торцовые плоскости обтачиваются подрезными резцами. Проточку внутренних и наружных канавок производят ка- навочными резцами; наружные и внутренние резьбы нарезают резьбовыми резцами, а разрезку заготовок — отрезными резца-

ми. Некоторые типы и формы токарных резцов приведены на рис. 9.6 [10] и рис. 9.7 [1].

При работе на универсальных токарных станках резцы, работающие с направлениями движения подачи к шпинделю станка

Рис. 9.6. Некоторые типы токарных резцов: а — подрезной (проходной отогнутый правый); б — подрезной (проходной упорный правый); в — расточной для сквозных отверстий; г — расточной канавоч-

ный; д — отрезной

ИСО 6 ИСО 7 ИСО 8

ИСО 9

Рис. 9.7. Формы резцов и схемы обработки при точении

(справа налево), называют правыми, а от шпинделя станка — левыми. Тип резца можно также определить, накладывая сверху на резец правую или левую руку так, чтобы большой палец совпадал с направлением продольной подачи.

У прямых резцов рабочая часть является продолжением корпусной части без искривления общей оси резца; у отогнутых резцов оси рабочей и корпусной части пересекаются.

Форма и поперечное сечение корпусов (державок) резцов выполняются в соответствии со стандартом 150/К241—1975 (см. рис. 9.7). Державки резцов в основном имеют прямоугольное поперечное сечение, у которого высота больше ширины. Для работы в стесненных условиях, например, при растачивании отверстий небольшого диаметра, применяют державки квадратного и круглого поперечного сечения.

В зависимости от главного угла в плане ф токарные резцы бывают проходного и подрезного типа. Резцы проходного типа имеют главный угол в плане ф < 90^е (чаще всего 75°, 60°, 45°). Их применение эффективно при обработке гладких (не ступенчатых) поверхностей, особенно при предварительной обработке. В этом случае толщина срезаемого слоя (а = ^зтф) меньше по-

(

больше глубины ре

. /

д

81П ф

ачи, а ширина срезаемого слоя Ь = -

зания. Это снижает силовую и тепловую напряженность про

цесса резания и режущего лезвия. Однако ими нельзя обрабатывать торцовые ступенчатые переходы на деталях с углом 90°. При небольшой разности диаметров ступенчатых поверхностей они обрабатываются с продольной подачей резцами подрезного типа с главным углом в плане (р = 90^е, т. е. $Ш(р= 1, а =5, Ь = 1, и лезвие работает в более напряженных условиях, чем у резца с <р < 90°.

Обработка ступенчатых поверхностей с большой разностью диаметров ведется резцами, имеющими ф > 90° (обычно 95...97°) и работающими последовательно с продольной и поперечной (обратной) подачей.

Токарная обработка заготовок в настоящее время осуществляется в основном резцами, режущая часть которых оснащена пластинками ш твердых сплавов, быстрорежущих сталей, ми- нералокерамики, нитрида бора, поликристаллического алмаза. Пластинки крепятся к державке резца путем напайки или механическим способом. Режущие пластинки из быстрорежущих сталей могут привариваться к державке резца. Для этого в державке под пластинку обрабатывается специальная форма гнезда: открытая, полузакрытая (для пластин с закруглениями), закрытая (для пластин малых размеров). Толщина пластинок определяется в основном их прочностью и допускаемым числом переточек по передней грани. Нормативный период стойкости для токарных резцов с пластинками быстрорежущей стали составляет 45 мин. Число переточек зависит от вида обработки,

• размеров державки резца и составляет 7—20 для проходных и подрезных резцов, 5—10 для расточных резцов, |*-Й для отрезных и прорезных резцов. Напайные пластинки в основном используются для крупных резцов, работающих на черновых и получистовых операциях с большими глубинами резания и подачами. Механическое крепление пластин к корпусу применяют для резцов, работающих на средних и облегченных режимах резания.

Резцы с механическим креплением сменных многогранных пластин (СМП) имеют следующие преимущества по сравнению с напаянными пластинами: повышенную стойкость и производительность, взаимозаменяемость, возможность использования одного корпуса для закрепления пластин из разных инструментальных материалов, простоту замены после затупления. Однако они обладают меньшей жесткостью, не всегда обеспечивают рациональную геометрию вспомогательных режущих лезвий, требуют более высокого уровня культуры производства.

Различают два типа СМП:

1. пластины, которые после достижения установленной величины износа подвергаются переточке;

2. многогранные неперетачиваемые пластины (МНП).

Односторонние неперетачиваемые пластины имеют режущие

лезвия только с одной стороны, вторая сторона является опорной. Многогранные пластины для двухстороннего использования имеют лезвия с двух сторон. После износа задней поверхности лезвия одной из граней СМП открепляется от корпуса резца, поворачивается, в рабочее положение устанавливается новая грань (вершина) и пластина закрепляется. Полностью использованная пластина (после износа всех лезвий) заменяется новой аналогичного типа и размера.

П

а

Рис. 9.8. Твердосплавные сменные многогранные пластины (СМП): а — формы пластин; |н геометрические параметры пластин (негативных, позитивных, не- гати в но- п озити вйых)

о числу режущих линй и форм СМП имеют различное исполнение в соответствии ж международными и отечественными стандартами (рис. 9.8),

б

Геометрические параметры СМП определяют до установки в державке (в станке) и корректируют при их закреплении в державке с учетом условий резания. По геометрическим параметрам СМП бывают:

а) негативные (у = 0°, а = 0°);

б) позитивные (|* 0^й, а > 1Р35

в) негативно-позитивные (у > 0°, а = 0^е).

Задний угол при установке негативных и негативно-позитивных пластин создается за счет их наклона при креплении в державке резца. У негативных пластин передний угол при этом от

рицательный, так как |у| -|а|, а у негативно-позитивных пластин угол у уменьшается на величину угла а.

Для различных условий обработки разработано большое количество конструкций корпусов резцов и устройств механического крепления СМП. Державки резцов имеют специальные точно обработанные и жестко прикрепленные к корпусу резца опорные пластины, а СМП — точно обработанные опорные плоскости, которыми они устанавливаются на опорные пластины. Основные конструкции инструментов со СМП можно свести к пяти типовым схемам (рис. 9.9) [10].

Пластины без отверстия (в том числе минералокерамические) крепятся прихватом сверху (рис. 9.9, а). Пластину устанавливают в закрытый паз и базируют по ее опорным и боковым поверхностям. Это обеспечивает высокую точность базирования пластины, надежность крепления и возможность применения стружколома.

Пластины с отверстием могут крепиться с помощью рычага или качающегося штифта (рис. 9.р» б). Эта схема обеспечивает высокую точность базирования и прижим пластины к боковым поверхностям закрытого паза державки, но не гарантирует надежного прилегания опорной поверхности режущей пластины к опорной пластине.

Пластины с коническим отверстием крепятся винтом с конической головкой (рис. 9.9, в). Одновременный прижим пластины к опорной поверхности и боковой поверхности паза обеспечивается смещением оси винта на 0,15 мм относительно оси отверстия в пластине. По схеме, изображенной на рис. 9.9, г, закрепление пластины производится клином-прихватом. Пластины негативные и негативно-позитивные чаще всего закрепляются прихватом сверху или клином-прихватом. Крепление винтом (см. рис. 9.9, в) применяется для малонагруженных пластин. Наиболее широко для резцов используются пластины с отверстием, обеспечивающие свободный сход стружки по передней поверхности и компактные, размещенные в державке резца элементы крепления пластины (см. рис. 9.9, б).

Рассмотренные схемы закрепления СМП можно использовать на универсальном оборудовании, на станках с ЧПУ и автоматических линиях. Для универсального оборудования с ручным управлением предпочтительным является крепление пластины между штифтом и клином-прихватом, который прижимает пластину к опорной поверхности.

Режущая керамика производится в виде неперетачиваемых многогранных пластин круглой, квадратной, треугольной и ромби-

а б в г

Рис. 9.9. Схемы механического крепления твердосплавных СМП:

д прихватом сверху; б — рычагом через отверстие; в — винтом с конической головкой; 2 штифтом через отверстие

и прихватом сверху; д — за счет упругой деформации стенки паза

ческой формы различных размеров. Крепление негативных керамических пластин осуществляется в основном прихватом сверху.

Пластины из поликристаллического сверхтвердого материала (кубического нитрида бора) также выпускаются круглой, квадратной, треугольной и ромбической формы небольших размеров (диаметр вписанной окружности 4... 12,7 мм, толщина 3...5 мм, у = 0^е, а = 0...1Г). Они крепятся прихватом сверху. Нитрид бора может также наноситься на твердосплавные пластины путем напайки на уголки. Такие пластины имеют более крупные размеры и более удобны для крепления в державках механическим путем.

Природные и синтетические алмазы имеют небольшие размеры и крепятся пайкой, зачеканкой или механическим путем. Алмаз крепится пайкой непосредственно в державке либо в промежуточной вставке, которая прессуется и спекается вместе с алмазом методом порошковой металлургии.

Геометрия режущей части резцов с перетачиваемыми пластинками формируется заточкой и переточками. Главный угол в плане ср на проходных токарных резцах общего назначения обычно принимается равным 45°* иногда 60° и за счет поворота резца может регулироваться от 45 до 60°. На резцах подрезного типа главный угол в плане устанавливают равным 90°, угол в плане меньше 45° практически не применяется, так как происходит значительное увеличение составляющей силы резания Р_у, рост упругих деформаций и вибраций технологической системы.

Вспомогательный угол в плане ф, на проходных токарных резцах принимается равным 7...10°, поскольку большие углы ослабляют вершину резца, и при образовании лунки износ! на передней грани она может выйти на вспомогательную режущую крощу, что'недопустимо.

Радиус вершины резца, сопрягающий главную и вспомогательную режущие кромки, рекомендуется брать в пределах /•=0,2..Д_Ж! мм. При назначении г необходимо учитывать, что с увеличением радиуса вершины резца повышается стойкость резцов и снижается шероховатость обработанной поверхности, но уменьшается фактическое значение главного угла в плане, что особенно существенно при малых глубинах резания.

Угол наклона главной режущей кромки X у проходных резцов берется в пределах X » ±3°. На черновых и получистовых переходах, выполняемых с подачами 5 >0,15 мм/об, предпочтительнее X я +3°, при котором стружка отводится от резца на обработанную поверхность заготовки (вправо от рабочего). На чистовых операциях при $< 0,15 мм/об стружка менее крупная, не представляет опасности для рабочего, но может повредить обработанную поверхность, угол наклона режущей кромки может быть X = -3^е.

Главный задний |тш а влияет на износ инструмента по задней грани и прочность режущего лезвия. С его увеличением уменьшается площадь контакта задней грани с обрабатываемой заготовкой, но одновременно снижается прочность режущего лезвия. Значение заднего угла а устанавливается в зависимости от толщины стружки, которая определяется подачей и главным углом в плане. У проходных токарных резцов, работающих с подачами мм/об, а =10...12^е, при подаче 5> 0,25 мм/об

а = 8...10^е.

На резцах с паяными пластинками твердого сплава заднюю поверхность целесообразно затачивать под тремя углами. Рабочий угол а затачивается алмазным кругом вдоль режущего лезвия на ширине 1—Я мм. Для облегчения последующей переточки остальную поверхность твердосплавной пластины затачивают под углом а +5°. Корпус (державка) резца изготавливается из углеродистой стали и плохо обрабатывается алмазным кругом. Он затачивается электрокорундовым кругом под углом а +8^е (рис. 9.10, а).

Передний угол у выбирается в зависимости от прочности (тжрДОСШ) обрабатываемого материала и величины подачи. С увеличением твердости и подачи угол у берется меньше. Для большинства перетачиваемых проходных резцов с пластинками твердого сплава, предназначенных для обработки сталей с прочностью о_в < 1000 МПа и подачей 5< 0,2 мм/об угол у * 15^е, при 5> 0,2 мм/об у = -5...^20°. В целях повышения прочности режу-

Рис. 9.10. Заточка задней поверхности (а) и плоской с фаской (/ под углом -уф) передней поверхности (б) на проходных токарных резцах с припаянной пластинкой твердого сплава

ш ею домнч нм Нем Э111Ш1Ш фаска шириной /=0,5...1 мм ИП!\ углом Уф»0,1,-5* (рис, 9.10, С>), Дли обеспечении завивания стружки и ее дроблении (етружколомаиия) вдоль главной режущей кромки резца па передней поверхности делают специальную канавку (рис. 9.11).

Рис, 9.И. Камппкн па передней поверхности резца для стружкозавивания и стружкодробления:

а — на плоской поверхности; б — иа поверхности с фаской; г_к — радиус канавки; / — ширина канавки;/— ширина фаски; уф — передний угол фаски

Расположение канавки и ее размеры устанавливаются в зависимости от толщины срезаемого слоя (подачи), исходя из следующих соотношений:

/=(0,8... 1,0)$ г_к = (Ю...15)$ /=2г_кап(_У1 -у).

Геометрические параметры режущей части резцов с непере- тачивасмыми твердосплавными пластинками задаются формой и размерами пластинок, их конструктивными особенностями, установкой и закреплением на корпусе резца. Пластинки выпускаются различных типоразмеров с плоскопараллельными верхней и нижней плоскостями, с отформированным задним углом или без него, со стружкозавивающими, стружколомающими канавками вдоль лезвий или без них, с закругленными вершинами.

Значения углов ф и <р,, а также углов у, а и X у резцов с СМП взаимосвязаны, поэтому выбор рациональных величин этих углов и их обеспечение за счет конструктивного исполнения корпуса резца и подкладных опорных пластин представляет определенные трудности.

Величины углов ф, ф, и е (угла при вершине резца или пластины) связаны следующей зависимостью: ф + ф, + е = 180*, кото-

рая определяется числом граней пластины, ее формой, пространственным положением пластины на корпусе резца по отношению к направлению главного движения резания и движения подачи (вектору скорости резания и подачи).

На рис. 9.12 показаны схемы резцов с многогранными пластинками разных форм и значения углов <р и <р, при различных вариантах расположения пластинок по отношению к направлению продольной подачи. Из этих схем с учетом приведенной выше формулы следует, что для четырехгранной пластины главный угол в плане <р должен быть всегда меньше 90°, так как при <р = 90° вспомогательный угол в плане ср, = 0 и резание невозможно, поскольку резец не работоспособен. У пятигранной пластинки главный угол в плане не может быть больше 72°.

б

. 9.12. Углы в плане на проходных токарных резцах, оснащенных сменными многогранными пластинками:

а — трехгранными; б — четырехгранными; в — пятигранными

Передний угол у и задний угол а на резцах, оснащенных СМП, также взаимосвязаны соотношением у + а + р = 90\ При постоянном угле заострения р увеличение переднего угла вызывает уменьшение заднего угла на такую же величину и наоборот. Пластины без сформированных задних и передних углов, т. е. имеющие р = 90^е, устанавливаются в корпусе резца так, чтобы обеспечить значение заднего угла а = 6...12⁰. Тогда передний угол будет такой же величины, но отрицательным, у =-6...-12\ Эти резцы хорошо работают при обработке труднообрабатываемых материалов.

У

0,5... 1,5 мм 0,5... 1,5 мм

Рис. 9.13. Фасеточная форма алмазного резца

гол наклона главной режущей кромки у СМП достигается соответствующим наклоном пластинки при ее установке в корпусе резца. Его величина обычно составляет X = +3...-3°.

Алмазные резцы имеют следующие геометрические параметры [10]: у = 0...-5°, а = 8...12^е, <р=15...45^е, радиус вершины г = ■ 0,2...0,8 мм. Вершина алмазного резца может иметь несколько фасок (фасеток) (рис. 9.13). Радиус скругления режущего лезвия р < 1 мкм, что позволяет снимать микростружки, получать шероховатость обработанной поверхности Ка = 0,08...032 мкм и точность 1Т 5—7. Алмазные резцы могут работать 200...300 ч без подналадок, смены инструмента и допускают 6—10 переточек при массе алмаза 0,5...0,6 карата.

3. Дробление и завивание стружки

Для получения в процессе обработки резанием транспортабельной стружки в виде отдельных кусочков, коротких завитков или сплошной пружины используют специальную геометрию ре-

1.5-2,0

Рис. 9.14. Способы стружколомания и стружкозавивания: а, б — лунки, в — уступ; г — фаски с Уф < 0; д — накладной нерегулируемый стружколом; е — регулируемый стружколом

жушсй части инструмента и его конструкцию: лунки, канавки, выступы, углубления на передней поверхности резца вдоль режущей кромки, накладные нерегулируемые и регулируемые стружколомы (рис. 9.14) [10],

Лунки, уступы и отрицательные фаски переменной ширины эффективны, когда их форма и размеры определены экспериментально для конкретных обрабатываемых материалов, режимов, условий обработки и несущественно снижают стойкость резцов.

У СМП стружколомающие канавки и уступы формируют при их изготовлении, что позволяет получать лунки, канавки и уступы различной формы, глубины, ширины и высоты (рис. 9.15).

А-А

Рис. 9.15. Некоторые виды передних поверхностей твердосплавных СМП

Накладные нерегулируемые стружколомы применяются редко. Они закрепляются на суппорте станка, имеют уступ в виде твердосплавной пластины, которая регулируется и устанавливается в определенное положение относительно режущей кромки для обеспечения надежного дробления или тшшшшж стружки при смене режимов резания. Однако регулируемые стружколомы обычно имеют сложную конструкцию и рзяшают условия отвода стружки.

Кинематический способ дробления стружки Ж счет низкочастотных колебаний резца в направлении подачи требует создания специальных устройств в конструкции станка и снижает стойкость резцов.

3. Фасонные резцы

Фасонные токарные резцы применяют для обработки наружных и внутренних фасонных поверхностей деталей типа тел вращения в крупносерийном и массовом производстве. Они

10-1924 имеют следующие преимущества по сравнению с другими типами резцов:

• обеспечивают высокое однообразие формы и точность размеров обработанных деталей;

• характеризуются высокой производительностью из-за большой длины активной части режущей кромки;

• допускают большое количество переточек, т. е. имеют большой ресурс работы;

• простота переточки (по плоскости передней грани);

• небольшое время на установку и настройку станка.

Недостатки фасонных резцов:

• сложность конструкции, изготовления и высокая стоимость;

• пригодность для изготовления деталей только заданного профиля;

• большие радиальные нагрузки у резцов, работающих с радиальной подачей, вызывают вибрации и деформации маложестких заготовок, для снижения которых необходимо уменьшать подачу, т. е. снижать производительность;

• кинематические передние и задние углы резцов в процессе резания меняются Ш длине режущей кромки в большом диапазоне, существенно отличаясь от рациональных значений. -

I Основные типы фасонных токарных резцов (рис. 9.16) [10]: стержневые, круглые, призматические радиальные, призматические тангенциальные. Наиболее широко применяются круглые и призматические резцы, работающие с радиальной подачей.

Стержневые резцы используются в основном для нарезания резьбы, проточки фасонных канавок, затылования фрез. Они имеют малый ресурс работы (запас на переточки).

Призматические тангенциальные резцы работают с небольшими силами Р_у, эффективны при обработке деталей малой жесткости, но могут применяться только на специальных станках. Кроме того, передние и задние углы в процессе снятия припуска изменяются.

Круглые резцы, работающие с радиальной подачей, более технологичны в изготовлении по сравнению с такими же призматическими резцами. Однако они менее жесткие, так как устанавливаются и закрепляются на оправках, допускают меньшее количество переточек.

Резцы, работающие с радиальной подачей, имеют переменное значение передних и задних углов по длине режущей кромки.

У круглых резцов задний угол а создается за счет установки центра резца выше центра заготовки (детали) на величину И (рис. 9.17) [10], а передний угол у — за счет выреза и формирования плоскости передней поверхности, отстоящей от центра резца на расстоянии Я. Для точек режущей кромки, лежащих на линии оси центров (по высоте),

_ш

А

К ’

вша

Рис. 9.16. Типы фасонных резцов:

а — стержневой; б — круглый; в — призматический радиальный; г — призматический тангенциальный

я

»(а + у) «■*?*« 81П \у, К

где К и- радиус наружной окружности резца. 10*

Рие. 9.17. Геометрические параметры круглых (справа) и призматических (слева) фасонных резцов, работающих с ради

альной подачей:

/, 2, 3, I — точки на фасонной кромке передней грани

По мере приближения режущей кромки к центру резца К,<К, 8Ша, > 8ша и а_;> а, а у_/ < у. Если известны радиусы точек профиля обработанной детали, лежащих на линии оси центров (г,) по высоте, и других точек, более удаленных от центра детали и расположенных ниже оси центров (/,), то углы у, можно определить из формулы

Н

81Пу, =~81Пу, Т. е. У/ = аГС81П|

-

Это соотношение справедливо как для круглых, так и для призматических резцов.

Задние углы на боковых (наклонных) режущих кромках измеряют в сечениях, перпендикулярных к этим кромкам. Они должны быть не менее 2^е. На участках режущих кромок, перпендикулярных оси заготовки, делают вспомогательные углы в плане ср, = 1,5...3° либо ленточки шириной 0,5... 1,0 мм.

Вследствие наличия переменных углов у и а глубина точек профиля круглого резца в радиальном сечении и призматического в сечении, нормальном к задней поверхности, не совпадает с глубиной профиля детали в радиальном (осевом) сечении. Поэтому необходимо проводить профилирование фасонных резцов, которое в основном осуществляется аналитическим способом, для чего расчетным путем определяют высотные координаты узловых точек профиля. За базовую (нулевую) точку принимается наивысшая точка профиля (вершина резца). Осевые размеры профиля детали сохраняются и без искажения переносятся на профиль резца.

Для профилирования фасонных резцов необходимо знать профиль детали, выбрать углы у и а вершинной точки резца и радиус наружной окружности резца К (для круглых резцов). Величины углов у и а выбираются в основном в зависимости от свойств обрабатываемого материала. Далее рассчитываются радиусы окружностей узловых точек профиля резца и его высотные координаты в осевом (радиальном) сечении как АЛ, = Я - /?,. По найденным координатам узловых точек вычерчивают профиль фасонного резца.

При обработке конических участков детали из-за несовпадения режущей кромки резца с образующей конуса формируется не коническая поверхность, а поверхность гиперболоида вращения (рис. 9.18) [10] и возникает погрешность обработки А = г_ср - г_ф, где г_ср = 0,5(г, + г₂); г, и г₂ — соответственно наиболь-

Рис. 9.18. Погрешность профиля конического участка заготовки, обработанного призматическим фасонным резцом

ший и наименьший радиус усеченного конуса, г_ф — фактический радиус средней точки гиперболоида. Погрешность обработки Д не должна превышать допуска на отклонение образующей конуса, заданного чертежом. Снизить эту погрешность обработки можно путем дополнительной заточки передней грани под углом X.

Для призматических резцов погрешность А можно свести к нулю, заточив переднюю грань под углом X, найденным по формуле

* л ^Г2 ~^г\ •

где / — высота конуса.