Выбор типа резца, его основных размеров и геометрии

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ

БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ имени академика С.П. КОРОЛЁВА

(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»

РЕЖИМЫ РЕЗАНИЯ АВИАЦИОННЫХ

МАТЕРИАЛОВ ПРИ ТОЧЕНИИ

С А М А Р А 2 0 1 3

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ

БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ имени академика С.П. КОРОЛЁВА

(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»

РЕЖИМЫ РЕЗАНИЯ АВИАЦИОННЫХ

МАТЕРИАЛОВ ПРИ ТОЧЕНИИ

Утверждено Редакционно-издательским советом

университета в качестве учебного пособия

С А М А Р А

Издательство СГАУ

УДК СГАУ 621.9 (7)

ББК СГАУ 34.63-1я2 О-28

Р 33

Авторы: А.Н. Волков, А.Н. Дружин, М.Б. Сазонов, А.Н. Швецов.

Рецензенты: д.т.н., проф. Н.Д. Проничев

к.т.н., доц. В.И. Петрунин

Р 33 Режимы резания авиационных материалов при точении: учеб. пособие / [А.Н. Волков и др.] Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2013. - 135 с.: 15 ил.

ISBN

В данном пособии рассмотрены вопросы выбора режимов резания авиационных материалов.

Пособие предназначено для студентов специальностей 151001, 160301, 160302 и других, изучающих дисциплины «Резание металлов», «Металлорежущие станки и инструменты», выполняющих домашние задания или курсовые работы. Оно также может быть использовано студентами при выполнении дипломных проектов по технологии машиностроения.

Выполнено на кафедре механической обработки материалов СГАУ.

УДК СГАУ 621.901 (7)

ББК СГАУ 34.63-1я2 О-28

ISBN© Самарский государственный

аэрокосмический университет, 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. ОБЩАЯ МЕТОДИКА ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ И ГЕОМЕРИИ ИНСТРУМЕНТА. РАСЧЕТ НАИВЫГОДНЕЙШЕГО РЕЖИМА РЕЗАНИЯ.. 5

1.1. Наивыгоднейший режим резания и порядок выбора его параметров. 5

1.2. Методика расчета параметров режима резания. 9

1.3. Проверка выполнимости выбранного режима резания по возможностям
станка. 12

1.4. Коэффициенты использования режущих свойств инструмента и загрузки станка по мощности 16

2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА РЕЖИМА РЕЗАНИЯ ПРИ ТОЧЕНИИ.. 18

2.1. Выбор конструкции и геометрии инструмента. 18

2.1.1. Резцы для обтачивания. 20

2.1.2. Резцы для обработки торцовых поверхностей. 24

2.1.3. Резцы для обработки отверстий. 27

2.1.4. Резцы для отрезки. 28

2.1.5. Выбор типоразмера резца. 30

2.1.6. Выбор марки инструментального материала. 32

2.1.7. Выбор геометрии режущей части резца. 33

2.1.8. Рабочий чертеж резца. 33

2.2. Выбор глубины резания. 38

2.3. Выбор подачи. 38

2.3.1. Расчет подачи по прочности механизма подачи станка. 39

2.3.2. Расчет подачи по прочности державки резца. 42

2.3.3. Расчет подачи по жесткости технологической системы в связи с заданной точностью обработки 43

2.3.4. Расчет подачи по заданной шероховатости обработанной поверхности. 48

2.3.5. Выбор наибольшей технологически допустимой подачи. 49

2.4. Выбор скорости резания (скоростной ступени станка) 50

2.5. Проверка выбранного режима резания по крутящему моменту (мощности) на шпинделе станка 53

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАШИННОГО ВРЕМЕНИ ОБРАБОТКИ И НЕКОТОРЫХ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ 55

4. ПРИМЕР АНАЛИТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА НАИВЫГОДНЕЙШЕГО РЕЖИМА РЕЗАНИЯ 57

5. ПРИМЕР ТАБЛИЧНОГО РАСЧЕТА РЕЖИМА РЕЗАНИЯ.. 64

6.РАСЧЕТ НАИВЫГОДНЕЙШЕГО РЕЖИМА РЕЗАНИЯ НА ЭВМ... 67

7. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ОФОРМЛЕНИЮ ДОМАШНЕГО ЗАДАНИЯ 68

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 69

Приложение А.. 71

Приложение Б. 88

Приложение В.. 101

Приложение Г. 109

Приложение Д.. 114

Приложение Е. 117

Приложение Ж... 123

Приложение И.. 129

Приложение К.. 129

Приложение Л.. 130

приложение М... 130

Приложение Н.. 130

Приложение П.. 131

Приложение Р. 132

Приложение С.. 133

Приложение Т. 134

Приложение У.. 135

приложение Ф.. 136

1. ОБЩАЯ МЕТОДИКА ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ И ГЕОМЕРИИ ИНСТРУМЕНТА.
РАСЧЕТ НАИВЫГОДНЕЙШЕГО РЕЖИМА РЕЗАНИЯ

1.1. НАИВЫГОДНЕЙШИЙ РЕЖИМ РЕЗАНИЯ И ПОРЯДОК ВЫБОРА ЕГО ПАРАМЕТРОВ

Основной целью оптимизации операции любого производственного процесса, в том числе обработки материалов резанием, обеспечивающей изделию необходимое качество (геометрическую форму, точность размеров, шероховатость и т.д.), является достижение максимальной производительности при минимальной себестоимости выполнения операции. Производительность обработки тем выше, чем меньше так называемое основное технологическое время (или, в случае для обработки резанием, – машинное время обработки).

Машинное время обработки определяется по соотношению:

Т_маш=(L/v_s)i,

где L – путь (мм), который должен пройти режущий инструмент в процессе обработки (рис. 1), складывающийся из участка врезания l₁, зависящего от типа инструмента, его геометрии и глубины резания t; из длины обрабатываемой поверхности l и некоторого «перебега» инструмента l_2, необходимого для того, чтобы убедиться, что инструмент закончил процесс резания, т.е. L=l₁+l+l₂; v_s=s_м – скорость движения инструмента в направлении подачи или, что то же самое, минутная подача s_м (мм/мин), s_м=s×n, зависит от подачи s (мм/об) и частоты вращения шпинделя станка n (об/мин); i=(Δ/t) – число проходов инструмента, необходимое для удаления всего припуска Δ на обработку, если глубина резания при каждом проходе равна t (мм); Δ – припуск на одну сторону (припуск на диаметр равен 2Δ).

Рис. 1. Схема к определению машинного времени обработки

С использованием приведенных выше обозначений, машинное время обработки может быть выражено следующим образом:

. (1.1)

Учитывая, что частота вращения шпинделя станка может быть выражена через скорость резания v (м/мин) и диаметр поверхности резания D (мм) в виде:

n=1000v/πD,

выражение (1.1) можно записать в следующей форме:

,

где знаменатель представляет собой производительность процесса резания (объем металла в мм³, удаленного с заготовки в течение одной минуты):

(1.2)

Очевидно, что чем больше величины v, s, и t, тем выше производительность процесса резания, меньше машинное время и, следовательно, выше производительность операции, поэтому для достижения наивысшей производительности необходимо, чтобы:

.

В качестве критерия минимальной себестоимости операции можно использовать экономический период стойкости режущего инструмента. Выражение для экономического периода стойкости, обеспечивающего наименьшую себестоимость операции, можно получить, если переменную долю себестоимости операции выразить в функции от скорости резания, найти производную и приравнять её к нулю (т.е. найти минимум функции) [8].

В результате получим соотношение для экономического периода стойкости:

, (1.3)

где Т_э – экономический период стойкости режущего инструмента, мин;

m – показатель относительной стойкости ,

z – эмпирический коэффициент;

Т_cм – время на смену износившегося инструмента и его подналадку за период его стойкости, мин;

е – стоимость эксплуатации инструмента за период его стойкости, руб;

Е – стоимость станко-минуты, руб.

Чтобы определить Т_cм, e и Е, а вместе с тем и Т_э, необходимо иметь большое количество экономических показателей данного производства. Такие сведения, как правило, отсутствуют или они недостаточно полны, что вызывает затруднения в расчете Т_э. Поэтому часто пользуются нормативным периодом стойкости, который отличается от Т_э тем, что отражает условия не конкретного производства, а некоторые средние показатели для данной отрасли промышленности, полученные эмпирическим путём. Нормативный период стойкости в зависимости от влияющих факторов приводится в справочной литературе [2, 3].

Из изложенного следует, что себестоимость операции будет минимальной, если будут выбраны такие t, s и v, при которых реальная стойкость Т инструмента станет равной экономическому периоду стойкости Т_э.

Известно, что

, (1.4)

(x, y, z – эмпирические коэффициенты), следовательно, элементы режима резания должны удовлетворять условию:

.

Таким образом, для достижения наибольшей производительности (т.е. минимальной себестоимости операции) необходимо, чтобы параметры режима резания v, s и t удовлетворяли одновременно двум условиям:

,

. (1.5)

Сочетание глубины резания t, подачи s и скорости резания v, которое при выполнении всех технических требований на изготовление детали (или обработки её поверхности) обеспечивает наибольшую производительность при наименьшей себестоимости операции (перехода), называется наивыгоднейшим режимом резания.

Из условий оптимизации режима резания (1.5) вытекает, что если на производительность процесса (первое условие) все параметры режима резания оказывают одинаковое влияние, то на стойкость инструмента (второе условие) те же параметры влияют в различной степени. При обработке с «прямыми» срезами (т.е. когда t≥s), наиболее часто встречающейся в практике, эмпирические коэффициенты удовлетворяют условию: z>y>x.

Анализ условий (1.5) при указанном соотношении z, y и x показывает, что все параметры режима резания должны быть выбраны максимально возможными, но при этом необходимо отдавать предпочтение увеличению глубины резания t за счет соответствующего снижения скорости резания v и, если есть в этом необходимость, подачи s. Из двух других параметров режима резания (s и v) предпочтительнее увеличивать подачу s за счет соответствующего уменьшения скорости резания v.

1.2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА
РЕЗАНИЯ

В соответствии с выводами анализа условий оптимизации (1.5) сначала выбирается глубина резания t. При выполнении каждой операции (или её перехода) глубина резания должна быть равна операционному припуску на обработку, т.е. t=Δ.

Величина операционного припуска Δ зависит от ряда факторов, её расчет производится при разработке технологического процесса на стадии проектирования заготовки и является задачей курса технологии машиностроения. На этапе расчёта режимов резания операционный припуск обычно не рассчитывается, а выбирается по таблицам, приведенным в справочниках по технологии механической обработки материалов.

При выполнении расчёта глубина резания t выбирается в соответствии с рекомендациями, изложенными в методике расчета режима резания для конкретного метода обработки (например, для точения – в подразделе 2.2 настоящего пособия).

После выбора глубины резания выбирается максимально возможная подача s, которая ограничивается прочностью механизма подач станка и инструмента; жесткостью технологической системы «станок – приспособление – инструмент – деталь» в связи с заданной точностью обработки; шероховатостью обработанной поверхности; допустимой величиной наклёпа и остаточных напряжений в поверхностном слое обработанной детали и другими факторами.

Следовательно, чтобы установить величину подачи, обеспечивающей наибольшую производительность при заданном качестве изготовления детали, необходимо рассчитать предельные величины подач, допускаемых каждым из ограничивающих факторов, и выбрать из них наименьшую.

Наименьшая из расчётных подач должна быть согласована с возможностями станка. При этом из паспортных величин подач должна быть выбрана равная расчётной или ближайшая меньшая, которая обозначается s₀.

Подача, обеспечивающая наибольшую производительность при выполнении всех технологических требований, называется наибольшей технологически допустимой.

После того как выбраны глубина резания t и подача s, рассчитывается скорость резания из условия полного использования режущих свойств инструмента при экономическом (нормативном) периоде стойкости Т по соотношению:

, (1.6)

где C_v − коэффициент, характеризующий реальные условия обработки;

x_v и y_v− показатели степени, характеризующие влияние глубины резания и подачи на скорость резания.

Зная скорость резания и диаметр обрабатываемой поверхности (наибольший диаметр поверхности резания), определим частоту вращения шпинделя станка:

, (1.7)

или, подставив (1.6) в (1.7), получим в развёрнутом виде:

. (1.8)

Полученную по соотношению (1.8) расчётную частоту вращения шпинделя n необходимо согласовать с возможностями станка, т.е. выбрать из имеющихся на заданном станке такую ближайшую к расчётной скоростную ступень шпинделя, которая будет обеспечивать наиболее полное использование режущих свойств инструмента и, следовательно, наибольшую производительность.

На станке с бесступенчатым регулированием частота вращения шпинделя n_шп принимается равной n. Наивыгоднейший режим определяется совокупностью величин t, s₀ и n, при этом режущие свойства инструмента будут использованы полностью.

Однако большинство станков имеет ступенчатый ряд частот вращения шпинделя. Поэтому найденная расчётным путём частота вращения будет находиться между некоторыми соседними величинами частот вращения шпинделя: n_x и n_x+1.

С целью достижения наибольшей производительности целесообразно принять величину n_x+1, так как в этом случае будет наибольшая минутная подача: , и, следовательно, наибольшая производительность. Однако принять n_x+1, не изменяя s₀ , невозможно, так как, согласно (1.8), это приведет к уменьшению стойкости инструмента Т по сравнению с оптимальной величиной, а, следовательно, к увеличению стоимости выполнения операции.

Для того, чтобы стойкость сохранилась неизменной при n_x+1, необходимо уменьшить подачу, величина которой может быть найдена согласно [1] из выражения (1.8) при n_x+1:

(1.9)

или по приближенному следующему соотношению:

. (1.9 а)

Полученную подачу необходимо согласовать с паспортными подачами, т.е. выбрать из имеющихся на станке подач, ближайшую меньшую к .

Итак, на реальном (заданном) станке со ступенчатой передачей следует работать на одном из двух режимов: или , которые обеспечивают стойкость инструмента, равную оптимальной или несколько больше её.

Выгоднее работать на том режиме, который обеспечивает большую производительность, т.е. большую минутную подачу. Поэтому сравним и .

Ступень, для которой минутная подача окажется большей, будет наивыгоднейшей. Таким способом выбираются оптимальные параметры режима резания: t, s₀, n_x или t, , .

Рассчитанная по соотношению (1.8) частота вращения может оказаться больше, чем наибольшая частота вращения шпинделя станка (n>n_шп.max). В этом случае за оптимальную скоростную ступень следует принимать n_шп.max. Следовательно, наивыгоднейшим будет режим резания: t, s₀ и n_шп.max. Очевидно, что при этом режущие свойства инструмента будут недоиспользованы. Для упрощения в последующем изложении там, где это возможно, индексы опущены, и оптимальные параметры обозначаются как t, s и n.

1.3. ПРОВЕРКА ВЫПОЛНИМОСТИ ВЫБРАННОГО РЕЖИМА РЕЗАНИЯ ПО ВОЗМОЖНОСТЯМ СТАНКА

Шпиндель станка получает вращательное движение от электродвигателя через коробку скоростей, с помощью которой изменяется частота его вращения. Часть мощности при этом затрачивается на преодоление сил трения в кинематических парах и на опорах.

В коробке скоростей станка имеются слабые звенья, которые могут не обеспечить передачу всей подводимой мощности. Поэтому различной частоте вращения соответствуют различные мощность N_шп и крутящий момент М_шп на шпинделе, которые определяются на основании паспортных данных станка.

Для некоторых станков (например, токарных) величина М_шп приводится для каждой частоты вращения шпинделя, для других (например, сверлильных) – указывается только мощность двигателя N_дв и коэффициент полезного действия привода главного движения η.

Следовательно, мощность на шпинделе можно найти по соотношению:

. (1.10)

Поэтому в первом случае (для токарных станков) проверку выполнимости назначенного режима резания целесообразно производить по условию (1.11), во втором случае (для сверлильных станков) – по условию (1.12).

Очевидно, что выбранный режим резания можно осуществить на станке только при условиях, если моменты и мощности удовлетворяют следующим неравенствам:

, (1.11)

. (1.12)

Момент сопротивления резанию М_ср (Н×м) и эффективная мощность резания N_рез (Вт) определяются следующим образом.

Для точения:

, (1.13)

, (1.14)

где − касательная составляющая силы резания, Н.

Для операций сверления, зенкерования и развертывания:

, (1.15)

. (1.16)

Если одно из условий (1.11) или (1.12) выполняется, то расчёт заканчивается.

Однако в ряде случаев условия (1.11) или (1.12) при выбранных n, t и s не могут быть выполненными и, следовательно, для реализации оптимальных режимов резания мощность или момент на шпинделе станка недостаточны, т.е. станок «слабее» инструмента. В этих случаях скоростная ступень определяется из условия максимального использования возможностей станка.

Для металлорежущих станков, в паспорте которых указаны моменты на шпинделе для всего ряда частот вращения (например, для токарных), оптимальные режимы резания устанавливаются следующим образом.

По соотношению (1.13) определяется М_ср для t, s₀ и n_x. Найденная величина М_ср будет находиться между значениями и , которым соответствуют скоростные ступени и , т.е.:

.

Работа на ступени с частотой вращения возможна только при .

Величину можно определить из выражения (1.13), приняв и решив его относительно :

. (1.17)

Найденную величину следует сравнить с паспортными значениями станка и выбрать из них ближайшую меньшую – .

Для работы на скоростной ступени n_y должна быть использована величина . Следовательно, имеем два режима, которые сравниваем по минутным подачам:

,

.

Наивыгоднейшим режимом будет тот, которому соответствует большая минутная подача. На этом режиме резания (t, s₀, n_y или t, , ) будут полностью использованы возможности станка, но недоиспользованы режущие свойства инструмента.

Для станков (например, сверлильных), в паспорте которых отсутствуют указания на величины М_шп или N_шп, для каждой из частот вращения шпинделя оптимальные режимы резания устанавливаются (уточняются) следующим образом.

Определяется скоростная ступень по выражению (1.16) при подстановке в него N_рез=N_шп:

(1.18)

и округляется до ближайшего меньшего значения, имеющегося на станке. Для этой скоростной ступени минутная подача будет определяться по соотношению:

. (1.19)

С другой стороны, по тому же выражению (1.16) для оптимальной n, приняв N_рез=N_шп и , рассчитывается подача:

. (1.20)

Полученная величина подачи согласовывается с паспортными данными и округляется до ближайшей меньшей, имеющейся на станке – . Для скоростной ступени n определяется минутная подача:

. (1.21)

Сопоставлением величин минутных подач (1.19) и (1.21), окончательно решается вопрос о наивыгоднейшем режиме резания, которым будет режим, дающий наибольшую величину минутной подачи или, что то же самое, – наибольшую производительность.

1.4. КОЭФФИЦИЕНТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕЖУЩИХ СВОЙСТВ ИНСТРУМЕНТА И ЗАГРУЗКИ СТАНКА ПО МОЩНОСТИ

Как отмечалось в п.п.1.1, время, в течение которого необходимо производить рабочие движения на станке – главное движение резания и движение подачи для осуществления обработки поверхности с размером l в направлении движения подачи, – называется основным технологическим (или машинным) временем и определяется по соотношению (1.1):

.

Из изложенного выше следует, что использовать полностью режущие свойства инструмента удаётся только на станках с бесступенчатым регулированием главного движения подач при достаточной мощности привода главного движения. В большинстве же случаев на металлорежущих станках регулирование рабочих движений является ступенчатым, в связи с чем происходит недоиспользование режущих свойств инструмента.

Коэффициент использования режущих свойств инструмента определяется следующим образом:

, (1.22)

где n и s – частота вращения шпинделя и величина подачи, принятые в качестве наивыгоднейших;

s₀ – величина наибольшей технологически допустимой подачи, которая использовалась в соотношении (1.8);

n_p – расчётная частота вращения шпинделя, соответствующая оптимальной стойкости Т и подаче s₀ (величина, полученная по соотношению (1.8).

Станок, на котором осуществляется обработка детали с наивыгоднейшим режимом резания, должен иметь мощность на шпинделе, которая равна или больше эффективной мощности резания (1.12), а поэтому, как правило, реальный станок всегда недогружен.

Коэффициент загрузки станка по мощности, характеризующий степень загрузки станка, равен:

, (1.23)

где N_рез – эффективная мощность резания по соотношениям (1.14) или (1.16) при принятых в качестве наивыгоднейших параметрах режима резания (t,s и n);

М_ср – момент сопротивления резанию по выражениям (1.13) или (1.15) при принятых в качестве наивыгоднейших параметрах режима резания (t,s и n); (t и s);

N_шп и М_шп – соответственно, мощность и крутящий момент на шпинделе станка на принятой в качестве наивыгоднейшей скоростной ступени n.

2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА РЕЖИМА РЕЗАНИЯ
ПРИ ТОЧЕНИИ

Основные положения методики расчета наивыгоднейшего режима резания, изложенной выше, относятся ко всем видам лезвийной обработки. Однако в связи с особенностями конструкции режущего инструмента и применяемых станков имеются особенности в расчёте режимов резания материалов.

Ниже рассматривается методика расчета режимов резания применительно к процессу точения.

2.1. ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ И ГЕОМЕТРИИ
ИНСТРУМЕНТА

Операция точения осуществляется токарными резцами, которые отличаются от других (строгальных, долбежных и т.д.) резцов большим разнообразием конструкций и геометрии.

Токарные резцы делятся на 4 группы: резцы, предназначенные для обтачивания наружных поверхностей (обточные), резцы для обработки торцевых поверхностей (торцевые), резцы для растачивания отверстий (расточные) и резцы для отрезки (отрезные).

В каждой из первых трех групп имеются резцы общего назначения (проходные – с главным углом в плане φ<90⁰, упорные – с φ=90⁰ и подрезные с φ>90⁰) и резцы специального назначения.

К резцам специального назначения относятся резцы, профиль режущих кромок которых или размеры их элементов связаны с соответствующими параметрами обрабатываемых поверхностей, например, резьбовые, канавочные, галтельные и фасонные резцы. Последние отличаются большим разнообразием в зависимости от профиля обрабатываемой поверхности.

Резцы общего и резцы специального назначения могут быть предназначены для черновой (предварительной) и чистовой (окончательной) обработки. Обычно эти резцы, одинаковые по форме и конструкции головки, отличаются величиной передних и задних углов, радиусом закругления вершины и тщательностью заточки (доводки) передних и задних поверхностей (фасок и ленточек). У специальных резцов иногда меняются размеры элементов режущих кромок.

По конструкции резцы (рис. 2) делятся на стержневые (а), призматические (б) и круглые (в). Для работы на токарных универсальных станках используются в основном стержневые резцы.

а

б

в

Рис. 2. Конструкции резцов:

а – стрежневой; б – призматический; в – круглый (дисковый)

По форме головки различают резцы прямые (рис. 3 а и в); отогнутые (рис. 3 б, г и д), ось которых изогнута в горизонтальной плоскости; изогнутые, ось которых изогнута в вертикальной плоскости, и оттянутые (рис. 6) влево (а, и б), вправо (в) или симметрично (г). Резцы изогнутые для токарных работ применяются чаще всего как отрезные резцы [9, 10].

Остановимся подробнее на некоторых вопросах, касающихся выбора стержневых резцов в зависимости от характера выполняемой операции.

РЕЗЦЫ ДЛЯ ОБТАЧИВАНИЯ

Для обработки наружных поверхностей в зависимости от их характера и размеров при преимущественно продольной подаче применяют проходные (рис. 3 а и б), упорные (рис. 3 в и г), и подрезные (рис. 3 д) резцы. Они выполняются с прямой (рис. 3 а и в) или с отогнутой головкой (рис. 3 б, г и д).

Проходные резцы предназначены для обработки наружных цилиндрических и конических поверхностей «напроход» (т.е. со свободным выходом за пределы обрабатываемой поверхности, например, в канавку) или ступенчатых поверхностей при небольшом перепаде диаметров D и d в тех случаях, когда переход от одной ступени к другой остается коническим или затем подрезается.

Прямые проходные резцы по сравнению с отогнутыми более дешевы, поэтому их следует применять везде, где это возможно, и не имеется каких-либо ограничений по их применению. Такие ограничения обычно возникают в тех случаях, когда резец в конце прохода очень близко подходит к кулачкам патрона или иным элементам приспособлений. Здесь целесообразно использовать отогнутые проходные резцы.

В соответствии со стандартами прямые проходные резцы изготавливаются с главным углом в плане φ=45, 60 и 75°.

Если это не диктуется углом перехода одной ступени к другой, то следует предпочитать резцы с меньшим углом φ, т.к. при прочих равных условиях резцы с меньшими значениями φ имеют больший период стойкости и обеспечивают меньшую шероховатость обработанной поверхности, или при заданной стойкости – большую производительность.

Однако, уменьшение φ может ограничиваться жесткостью системы СПИД, так как с уменьшением φ возрастает радиальная составляющая силы резания Р_y, увеличивается прогиб детали из-за контакта с инструментом, а, следовательно, снижается точность обработки и увеличивается возможность возникновения вибраций. Это необходимо учитывать, если L/d>3 при закреплении детали в патроне и L/d>5 при закреплении в центрах, где L − свободная длина детали, d − диаметр «опасного» сечения детали (в первом приближении − её наименьший диаметр). Чем больше указанное отношение, тем большую величину должен иметь угол φ.

а

б

в

г

д

Рис. 3. Резцы для обтачивания:

а – проходной прямой; б –проходной отогнутый; в –упорный прямой; г – упорныйотогнутый; д – подрезной

В любом случае, при выборе типа резца нельзя ограничиваться только стандартными углами φ. Величина этого угла должна быть выбрана оптимальной, а затем по ней подбирают резец из стандартных с углом φ, равным или несколько большим, чем оптимальный. Например, если по каким-то соображениям определено, что оптимальной величиной φ является 50°, выбирают проходной прямой резец с φ=60° и перетачивают его на угол φ=50° только на длине по режущей кромке, достаточной для перекрытия заданной глубины резания, т.е.:

В этом случае получается резец с «двойным углом в плане» (φ=50° и 60°).

Проходные резцы с отогнутой головкой, также как и проходные прямые резцы, предназначены для обтачивания наружных цилиндрических и конических поверхностей «напроход» или ступенчатых поверхностей при относительно небольшом перепаде диаметров. Однако, отогнутые проходные резцы, имея 3 режущие кромки, а, следовательно, 2 вершины, обладают большей универсальностью. Они позволяют осуществлять врезание с поперечной подачей и обрабатывать «открытые» торцовые поверхности (рис. 4 г). Равенство условий работы вершинами без перезакрепления в резцедержателе достигается изготовлением этих резцов с φ=φ₁ =45⁰. Это не означает, однако, что во всех случаях углы φ и φ₁должны оставаться равными 45⁰. В зависимости от условий работы они могут изменяться до оптимальных величин соответствующей заточкой.

И, наконец, как уже отмечалось, резцы с отогнутой головкой целесообразно использовать в тех случаях, когда необходимо работать вблизи к кулачкам патрона или к другим выступающим частям приспособлений. Практика показывает, что резцы с отогнутой головкой имеют большую виброустойчивость по сравнению с прямыми резцами.

В связи с отмеченными особенностями проходные резцы с отогнутой головкой находят широкое применение, несмотря на несколько большую стоимость.

Упорные резцы (рис. 3 в и г) применяются при продольном обтачивании ступенчатых поверхностей, сопрягающихся под прямым или близком к нему углом и когда разность между цилиндрическими поверхностями относительно невелика (не превышает 15-20 мм).

Упорные резцы имеют главный угол в плане φ=90°, поэтому их стойкость при обточке цилиндрических поверхностей ниже стойкости проходных резцов. При обточке ступенчатых поверхностей, у которых цилиндрическая часть достаточно длинная, а разница между диаметрами участков невелика, во многих случаях целесообразнее обтачивать проходными резцами (с φ<90°), а затем производить подрезку уступов упорными или подрезными резцами.

Упорные резцы используют и при цилиндрической обточке в условиях низкой жесткости технологической системы, особенно при обточке деталей с L/d>5 при закреплении в патроне и с L/d> 10 при закреплении в центрах.

Упорные резцы часто используют и как подрезные. В этом случае их устанавливают в резцедержателе так, чтобы при цилиндрической обточке главный угол в плане был больше 90⁰ (φ≈95-105⁰), и после прекращения продольной подачи, при достижении необходимой длины цилиндрической части осуществляют поперечную подачу в направлении от центра к периферии.

Во всех случаях, когда нет необходимости применять упорные резцы с отогнутой головкой, применяют прямые резцы. Упорные резцы с отогнутой головкой применяют в тех случаях, когда надо работать в непосредственной близости от кулачков патрона и когда необходимо сделать несколько продольных проходов, a (D-d)/2 больше длины режущей кромки (рис. 3 в и г).

Подрезные резцы (рис. 3 д) предназначены для того, чтобы обеспечить перпендикулярность уступа (торца) детали к оси или цилиндрической поверхности. Геометрия их формируется с учетом того, что роль режущих кромок (главная и вспомогательная) может меняться в связи с изменением направления подачи как в продольном, так и в поперечном направлениях. При черновой обработке эти резцы используются редко, так как при любой последовательности обработки цилиндрической и торцовой поверхности величины углов в плане φ и φ₁ далеки от оптимальных, а, следовательно, стойкость резцов невелика.

Более широкое применение подрезные резцы находят в качестве чистовых, когда технологический процесс дифференцирован и имеет деление на черновые и чистовые операции.