Конструкция составных резцов

Составные токарные резцы широко применяются на мелких и средних предприятиях машиностроения. Они состоят из корпуса и режущей пластины из быстрорежущей стали или твердого сплава, соединяющихся пайкой (рис. 4.3). В качестве припоя используют­ся латунные, медные и другие припои. Пайка выполняется на ус­тановках токов высокой частоты (ТВЧ).

Большое распространение составных резцов определяется про­стотой конструкции, относительно низкой стоимостью и возможно­стью получения любых заданных углов на режущей части, так как достигаются они заточкой. Вместе с тем эти инструменты имеют существенный недостаток - при пайке и заточке в пластине возни­кают внутренние термические напряжения и напряжения растяже­ния, вызываемые разностью коэффициентов линейного расширения материала державки (стали) и пластины твердого сплава. При ох­лаждении державка уменьшается в размере больше, чем пластина, что и вызывает возникновение в ней растягивающих напряжений, ко­торые, суммируясь с растягивающими напряжениями от действия сил резания, могут превысить допускаемое. Эксплуатационные ка­чества паяных резцов снижаются также из-за вероятности образо­вания микротрещин в результате отклонений в температурном ре­жиме пайки. Для уменьшения вероятности образования трещин в пластине твердого сплава целесообразно державку резца изготав­ливать из стали с низким коэффициентом линейного расширения или из стали, закаливающейся в интервале температуры нагрева при пай­ке. К таким материалам относятся стали типа 35ХГСА.

Конструкция сборных резцов

В сборных резцах используют сменные многогранные пласти­ны (СМП), которые закрепляются в головке инструмента винтовы­ми механизмами и удерживаются в гнезде державки силами тре­ния. При износе одной вершины крепление ослабляют и, поворачи­вая пластину, вводят в работу следующую вершину. После износа всех вершин пластину заменяют новой. Такой способ соединения рабочей части резца с державкой ликвидирует затраты на переточ­ку, сокращает время на замену затупившегося резца, позволяет ра­ботать в прямом и перевернутом положении пластины. Отсутствие пайки для присоединения пластины к корпусу снижает в ней трещинообразование и другие дефекты, что увеличивает стойкость резца в 1,2-1,3 раза.

Основной недостаток сборных резцов - постоянство заложен­ных в их конструкцию геометрических параметров не под­лежащих изменению. Стоимость сборных резцов, которая в 5-10 раз выше стоимости составного резца, должна окупаться сниже­нием технологических затрат за счет исключения затрат на заточ­ку, многократного использования державки резца, увеличения стой­кости, сокращения расхода дорогостоящего твердого сплава. По этим причинам сборные резцы применяются, как правило, в усло­виях стабильного производства, на предприятиях, где налажен круп­носерийный или массовый выпуск изделий.

Эксплуатационные свойства резца во многом зависят от фор­мы режущих пластин и их размеров.

Пластины правильной трехгранной формы наиболее универ­сальны. Они применяются в резцах с углами в плане 95, 90, 75, 60, 45°, работающих врезанием, с продольной подачей в прямом и об­ратном направлениях. Недостатком пластин этой формы является малая прочность вершины. У пластин неправильной трехгранной формы вершина усилена, однако у них уменьшенная длина режущей кромки и увеличенный расход твердого сплава. Квадратная форма достаточно универсальна и хорошо работает в резцах проходных отогнутых, упорных с углами f = 45, 60, 75°. Пластины пяти- и шестигранной форм используются в черновых рез­цах, так как обладают высокой прочностью вершин, хотя в зарубеж­ной практике и на станках с ЧПУ они практически не применяют­ся. Ромбические формы используются в резцах для контурной обработки и при расточке отверстий.

ФАСОННЫЕ РЕЗЦЫ

Эти резцы применяются для обработки тел вращения, имеющих на­ружные или внутренние фасонные поверхности. Обработка этими резца­ми обычно ведется на станках-автоматах и револьверных станках в усло­виях крупносерийного или массового типа производства. В качестве за­готовок деталей чаще всего используют калиброванный прокат в виде прутка.

В сравнении с другими типами резцов фасонные резцы имеют сле­дующие преимущества:

1) обеспечивают идентичность формы детали и высокую точность размеров, не зависящую от квалификации рабочего;

2) обладают высокой производительностью за счет большой длины активной части режущей кромки;

3) имеют большой запас на переточку;

4) достаточно простой переточки по плоскости передней грани;

5) не требуют больших затрат времени на наладку и настройку станка.

К числу недостатков фасонных резцов можно отнести:

1) сложность изготовления и высокую стоимость;

2) резцы - специальные, так как они пригодны для изготовления де­талей только заданного профиля;

3) большие радиальные нагрузки у резцов, работающих с радиаль­ной подачей, вызывают вибрации и упругие деформации нежестких заго­товок, что требует снижения подачи и уменьшает производительность;

4) кинематические передние и задние углы фасонных резцов в про­цессе резания меняются по длине режущих кромок в большом диапазоне, существенно отличаясь от оптимальных значений.

Стержневые резцы подобны призматическим, но имеют малый за­пас на переточку. Они применяются в основном для затылования фрез, а также для нарезания резьбы. Крепление этих резцов в суппорте станка подобно креплению токарных резцов.

Призматические тангенциальные резцы позволяют обрабатывать детали малой жесткости, но требуют специальных станков и поэтому на практике применяются очень редко. Их недостатком также является пе­ременность передних и задних углов в процессе снятия припуска.

Сравнение круглых и призматических резцов, работающих с ради­альной подачей, показывает, что круглые резцы более технологичны и могут быть изготовлены с большей точностью. Однако они обладают меньшим запасом на переточку и меньшей жесткостью крепления, так как у насадных резцов диаметр оправки зависит от диаметра резца. По­следний рекомендуется брать не более 100 мм из-за ухудшения качества быстрорежущей стали, используемой для изготовления таких резцов. Призматические резцы имеют большую жесткость и крепятся с помощью ласточкина хвоста в державках стержневого типа, обладают большим запасом на переточку и, как будет показано ниже, обеспечивают боль­шую точность обработки.

Для обработки внутренних фасонных поверхностей используются только круглые фасонные резцы с креплением на станке с помощью хво­стовика, выполненного за одно целое с резцом.

Особенностью фасонных резцов, работающих с радиальной пода­чей, является переменное значение передних и задних углов по длине режущей кромки.

У круглых резцов задний угол α создается за счет превышения цен­тра резца O_Р над центром детали О_Д на величину h, а передний угол γ - за счет выреза по плоскости передней поверхности, отстоящей от центра на величину Н (рис. 2.10). При этом точки режущей кромки на наружной окружности резца (точки / и 3) лежат на линии оси центров станка:

где R - радиус наружной окружности резца.

В других точках режущей кромки углы α и γ в сечении, перпендику­лярном к оси резца, зависят от положения координатных плоскостей (ос­новной и резания) и касательных к задней и передней поверхностям. При этом след основной плоскости проходит через режущую кромку и ради­ус, проведенный в точку режущей кромки из центра детали, а след плос­кости резания проходит через вектор окружной скорости резания v. Каса­тельная к задней поверхности в разных точках режущей кромки - это нормаль к радиусу, проведенному из центра резца O_Р.

Из сказанного следует, что по мере приближения точки режущей кромки к центру резца происходит поворот координатных плоскостей по часовой стрелке и в любой i-й точке, отстоящей от вершины ближе к цен­тру резца, задний угол α₁ > α, а γ₁< γ. Касательные к задней поверхности у круглых резцов также поворачиваются, но в противоположном направ­лении, т.е. против часовой стрелки. Для расчета переднего угла в любой i-й точке режущей кромки резца опустим перпендикуляр т из центра детали О_Д на продолжение передней поверхности резца и найдем, что

где r₁ ,r₂ - радиусы точек профиля детали, задаваемые чертежом.

На рис. 2.10 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 α в рабочем поло­жении создается путем поворота резца относительно детали. Приведен­ные выше формулы (2.1), полученные для круглого резца, справедливы и для призматического резца.

Задние углы a_N 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°.

На примере призматического резца (рис. 2.11, а) с γ = 0 и прямоли­нейным фасонным профилем найдем, что на участке, параллельном оси детали,

а на наклонном участке режущей кромки в нормальном сечении

Так как у = xsin ф, где ф - угол между режущей кромкой и норма­лью к оси заготовки, то

Из уравнения (2.2) следует, что при ф->0 и а -> 0 угол a_N -> 0.

Во избежание трения боковых задних поверхностей с обработанной по­верхностью заготовки участки режущих кромок, перпендикулярные к оси заготовки, выполняют либо с углом поднутрения ф₁ = 1°30'...3°, либо на них оставляют узкие ленточки шириной f = 0,5... 1,0 мм (рис. 2.11, б). При открытых поверхностях возможно изготовление резцов с винтовыми задними поверхностями либо с поворотом оси резца относительно оси заготовки (рис. 2.11, в). В последнем случае на участке ab, перпендику­лярном к оси детали, ф > 0 и, следовательно, a_N > 0

Профилирование фасонных резцов (аналитический расчет профиля) 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.