Проектирование фасонных резцов

Введение

Фасонные резцы относятся к классу сложнорежущих однолезвийных инструментов и применяются при обработке деталей, имеющих сложный профиль поверхностей. Наибо­лее часто фасонные резцы применяются для обработки де­талей типа тел вращения на токарных и револьверных станках, автоматах и полуавтоматах. Иногда их исполь­зуют на строгальных, долбежных или специальных станках при обработке фасонных поверхностей.

Преимущества фасонных резцов перед обычными за­ключаются в том, что они обеспечивают:

1. высокую производительность, благодаря значительной экономии машинного и вспомогательного времени. Экономия машинного времени достигается сокращением пути резания, экономия вспомогательного времени обеспечивается простотой установки и наладки резца при его смене;

2. высокую точность получаемых осевых и диаметральных размеров, которая определяется точностью изготов­ления и установки резца;

3. идентичность формы изготовляемых деталей;

4. меньшее количество брака;

5. простоту заточки (заточка фасонных резцов осущест­вляется по передней поверхности);

6) высокую долговечность, которая достигается благодаря большому количеству допускаемых переточек.

Основные недостатки фасонных резцов обусловлены достаточно высокой сложностью их проектирования и из­готовления, высокой стоимостью и практически полным отсутствием универсальности. Фасонные резцы проектируются для обработки строго определенной поверхности конкретной детали, вследствие чего их применение экономически оправдано только в условиях крупносерийного и массового производства. Кроме того, фасонные резцы требуют точной и определенной установки на станке и не обеспечивают одинаковых условий для работы различных участков режущей кромки, что приводит ее к неравномерному износу.

Проектировочный расчет фасонных резцов заключается в профилировании резца, определении размеров тела вращения или призматического тела, на основе которого изготовляется резец, и назначении геометрических и конструктивных параметров инструмента. Большинство используемых при проектировании процедур основывается на методах аналитической геометрии. Следует отметить, что геометрические методы определения формы и размеров фа­сонного резца являются весьма универсальными. Так, эффект изменения формы режущей кромки по сравнению с формой детали, характерный для фасонных резцов, также имеет место для любого сложнорежущего лезвийного инст­румента, имеющего передний угол, отличный от нуля (дисковых фасонных фрез, червячных фрез, долбяков и т.д.). С этой точки зрения, задача проектирования фа­сонного резца имеет высокую методическую ценность, так как помогает студентам понять общие закономерности профилирования сложнорежущего инструмента.

Данное учебное пособие представляет собой руководство по проектированию круглых и призматических фа­сонных резцов, предназначенных для наружной обработки деталей типа тел вращения. Основное место в учебном пособии отводится описанию аналитического метода рас­чета геометрических параметров фасонного резца. Пред­лагаемый в пособии метод расчета основан на работах: (3; 5; 6, С.55-60; 9, С.148-153; 10, С.44-52; 11, С.44-52; 15, С.302-313). Принимая во внимание, что в настоящее время в промышленности наиболее широкое применение находят фасонные резцы с расположением оси или базы крепления, параллельным оси детали, в настоящем пособии основное внимание уделяется рассмотрению именно ХХХХХХХХХ

Учебное пособие должно способствовать успешному выполнению курсового проекта по металлорежущим инстру­ментам студентами специальности 1202 и направления 5529 технического университета. Кроме того, пособие может оказаться полезным инженерно-техническим работникам, занимающимся вопросами проектирования сложнорещущего инструмента.

1. Назначение и основные типы фасонных резцов

Фасонные резцы, применяемые в современном маши­ностроении, можно разделить на группы по различным признакам. Многообразие типов резцов обусловлено разнообразием формы и специфическими требованиями к обра­батываемым деталям, а также условиями обработки. Схема классификации фасонных резцов по различным основаниям представлена на рис. 1.1. На рис. 1.2 представлены схемы, иллюстрирующие, использование различных классов резцов при обработке деталей типа тел вращения.

Рис. 1.1. Схема классификации фасонных резцов по различным основаниям.

По конструктивной форме резцы делят на стержневые, призматические и круглые. Стержневые фасонные резцы (рис. 1.2, а) по своей конструкции и способу за­крепления подобны обычным резцам общего назначения, но в отличие от них имеют фасонную режущую кромку, соот­ветствующую форме поверхности обрабатываемой детали. Они просты в изготовлении и эксплуатации, но допускают небольшое количество переточек. Применять их целесооб­разно для изготовления небольшихx партий деталей и в качестве инструмента второго порядка при изготовлении режущих инструментов сложного профиля.

Призматический фасонный резец (рис. 1.2, б) представляет собой призматическое тело, одна из боко­вых граней которого имеет фасонную поверхность, выпол­няющую роль задней поверхности. Крепятся призматиче­ские резцы в державках. Чаще всего применяется крепле­ние типа ласточкина хвоста. Призматические резцы обладают повышенной прочностью и жесткостью режущей части, высокой надежностью крепления, повышенной точностью работки. Кроме того, призматические резцы лучше отводят теплоту, проще в установке на станках по сравне­нию с круглыми [14, С.127]. Существенным недостатком этих резцов является невозможность обработки внутрен­них поверхностей вращения.

Круглые фасонные резцы (рис. 1.2, в) представляют собой тела вращения, снабженные угловым пазом для создания передней поверхности и отверстием или хвосто­виком для закрепления на державке. Эти резцы позволяют обрабатывать как наружные (рис. 1.2, д), так и внутренние поверхности (рис. 1.2, г), они более техноло­гичны в изготовлении, чем призматические, и допускают большое число переточек.

По установке относительно заготовки фасонные резцы подразделяют на радиальные (рис. 1.2, б) и тангенциальные (рис. 1.2, д). У радиальных резцов вершина устанавливается в осевой плоскости заготовки, а подача осуществляется в направлении, перпендикулярном оси заготовки, то есть по рисунку.

Рис. 1.2. Использование фасонных резцов для обработки деталей типа тел вращения

При обработке радиальными резцами происходит по­степенное срезание в виде непрерывной стружки всего подлежащего удалению объема металла одним режущим лезвием, причем режущая часть периметра постепенно увели­чивается и к концу работы достигает всей длины лезвия резца. Вследствие этого радиальный резец работает в тяжелых условиях резания. При обработке тангенциальны­ми резцами осуществляется движение подачи, направлен­ное по касательной к фасонной поверхности обрабатывае­мого изделия. Вершина тангенциального резца устанавливается на расстоянии от оси обрабатываемой детали, равном минимальному радиусу обработанной поверхности. Режущая кромка такого резца, как правило, снабжается скосом под некоторым углом φ (см. рис. 1.2, д). Тан­генциальные резцы обрабатывают профиль детали не сразу по всему контуру, а постепенно, что приводит к снижению силы резания. Следствием этого является возмож­ность обработки такими резцами нежестких заготовок большой длины. Однако вследствие сложности их настрой­ки и эксплуатации, тангенциальные резцы применяются в промышленности не столь широко, как радиальные.

По расположению оси отверстия или базы крепления резца по отношению к оси детали выделяют два типа фа­сонных резцов: с параллельным расположением оси или базы крепления резца относительно оси заготовки (рис. 1.2, в, г) и с наклонным расположением оси или базы крепления резца относительно оси заготовки (рис. 1.2, е, ж). На практике в основном применяются фасонные резцы с параллельным расположением оси отвер­стия или базы крепления. Наклонное расположение оси отверстия или базы крепления применяется в исключи­тельных случаях, когда форма детали на отдельных уча­стках профиля не обеспечивает получения оптимальных задних углов при параллельном расположении. Так, при­менение резцов с осью или базой крепления, наклоненной к оси заготовки под углом 10°-20° рекомендуется в слу­чаях, когда на детали имеются участки с углом профиля 90°. В этом случае на участке А-В (рис. 1.2, е) образуются положительные задний и передний углы, что снижает износ режущего лезвия фасонного инструмента.

Альтернативным способом увеличения задних углов при обработке заготовки, имеющей прямолинейные участ­ки, перпендикулярные к ее оси, является использование круглых резцов с винтовыми образующими. Из-за сложности изготовления резцы с винтовыми образующими находят гораздо меньшее применение по сравнению с традиционны­ми конструкциями, имеющими кольцевые образующие.

По расположению передней поверхности резца отно­сительно оси обрабатываемой детали фасонные резцы де­лятся на следующие типы: с передней поверхностью, па­раллельной оси детали (рис. 1.2, а-г); с передней по­верхностью, расположенной под углом к оси детали (рис. 1.2, з). У резцов с передней поверхностью, па­раллельной оси детали, по центру детали располагается только одна точка режущей кромки, если смотреть на ре­зец со стороны торца заготовки. Поэтому такие резцы еще называют фасонными резцами с точкой по центру де­тали. Фасонные резцы с точкой по центру детали не обеспечивают получение точных конических поверхностей. Фасонные резцы с передней поверхностью, расположенной под углом к оси детали, позволяют увеличить точность обработки деталей, имеющих конические участки. У таких резцов по оси детали, если смотреть на них со стороны торца заготовки, располагается весь участок режущей кромки, обрабатывающий коническую поверхность. Поэтому фасонные резцы передней поверхностью, расположенной под углом к оси детали, называют также резцами с базо­вой линией по центру детали.

По конструкции самого инструмента фасонные резцы выделяют цельные, составные и сборные резцы. Как пра­вило, фасонные резцы изготовляются из быстрорежущих сталей. Однако их стойкость может быть существенно повышена путем использования твердых сплавов в конструкциях составных и сборных резцов.

В настоящее время в промышленности наиболее широкое применение находят круглые и призматические фасонные резцы для обработки наружных поверхностей дета­ли типа тел вращения, имеющие ось или базу крепления, параллельную оси детали (рис. 1.2, б ,в, г, з) . Поэто­му в настоящем пособии основное внимание уделяется рассмотрению именно этого типа резцов.