Глава ОБЩИЕ ВОПРОСЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
X РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ
Все сказанное в предыдущих главах о резании металлов и основные
положения применительно к обработке точением резцом может быть
полностью отнесено к любому режущему инструменту, так как всякий
режущий инструмент должен срезать некоторый слой металла и
обеспечивать необходимые формы, размеры и чистоту поверхности
обработанной детали. Существующее и все время развивающееся
разнообразие режущих инструментов обусловливается требованиями
производства. На рис. 125 показаны представители основных групп
режущих инструментов. Любой из них, несмотря на совершенно раз-
личную внешнюю форму и назначение, имеет рабочую часть,
т. е. часть, которой непосредственно снимается стружка. Каждый из
инструментов имеет также соединительную (или зажимную часть).
Режущие зубья всех режущих инструментов, в том или ином
виде, напоминают резец; даже у такого своеобразного режущего ин-
струмента, как абразивный круг, кромки зерен тоже снимают стружку.
В силу общности закономерностей процесса резания и основных
частей всех видов режущего инструмента возникает возможность
сформулировать и некоторые общие задачи конструирования.
Под конструированием понимается определение всех разме-
ров и формы режущего инструмента путем расчетов и графиче-
ских построений. Задача конструктора сводится к следующему:
1) на основании данных учения о резании определить силы, дей-
ствующие на режущие поверхности инструмента, найти наивыгод-
нейшие углы заточки, подобрать наиболее подходящий материал
для изготовления рабочей части инструмента, подобрать такую
форму рабочей части, которая обеспечивала бы свободное отделе-
ние стружки в процессе резания; 2) на основании данных техно-
логии металлов найти наиболее удобную для обработки форму
рабочей и соединительной частей инструмента, определить допуски
на размеры рабочей и соединительной частей в зависимости от условий
работы и требуемой точности обработки детали; 3) на основании
данных учения о сопротивлении материалов произвести расчеты ра-
бочей.и соединительной частей инструмента на прочность и жесткость;
4) составить рабочий чертеж инструмента и технические условия,
внеся в чертеж все необходимые данные о форме и размерах инстру-
мента, а в технические условия — допуски, требования, предъявляе-
мые к инструменту, данные для испытания инструмента и т. д.
|
|
|
§ 1. РАБОЧАЯ ЧАСТЬ
Для конструирования рабочей части инструмента необходимо
знать кинематическую схему резания.
Любой режущий инструмент снимает стружку только в том
случае, если его режущая кромка перемещается относительно об-
|
|
|
150
151
|
|
рабатываемой заготовки. Обычно относительное движение режу-
щей кромки получается в результате сложения абсолютных дви-
жений инструмента и заготовки. Например, при обтачивании
резцом какой-либо цилиндрической поверхности на токарном
станке происходит два движения: первое — вращательное движе-
ние заготовки вокруг своей оси и второе — поступательное движе-
ние резца вдоль оси; траектория перемещения режущей кромки
относительно детали представляет собой винтовую линию. Если
рассмотрим движения, осуществляемые в различных металлоре-
жущих станках, то увидим, что эти движения складываются из
поступательных прямолинейных и вращатель-
ных движений.
Кинематическую схему резания важно знать
конструктору для того, чтобы определить дей-
ствительные значения углов резания, которые
в работе инструмента зависят от кинематики
резания (см. гл. VIII, п. 2).
Каждый тип инструмента может иметь различ-
ную схему распределения нагрузки. Допустим,
намечено изготовить резьбу на валике на токар-
ном станке при помощи гребенки. Заготовка ва-
лика будет обработана по наружному диамет-
ру, и на долю гребенки останется нарезание
резьбы. Материал впадины можно срезать
различными способами. На рис. 126, а и б по-
казано срезание при углублении резца соот-
ветственно перпендикулярно оси и вдоль од-
ной стороны профиля резьбы. Каждый из ука-
занных способов резания имеет свои преиму-
щества и недостатки, и конструктор должен
уметь выбрать наиболее выгодный вариант.
Инструментами, предназначенными для обдирочных работ, важно
срезать как можно больше материала при наименьших усилиях
и затратах энергии. Инструментом, предназначенным для чистовой
обработки, важно обеспечить требуемую чистоту и точность изготов-
ления детали.
|
|
|
Инструменты различают однолезвийные (резцы) и многолезвийные
(сверла, фрезы и т.д.). Каждый зуб инструмента можно рассматри-
вать как отдельный резец со всеми присущими последнему геомет-
рическими параметрами.
Переточка зуба инструмента заключается в снятии с него слоя
металла, изношенного в процессе резания. Переточка может быть
произведена тремя способами: 1) только по одной задней поверх-
ности; 2) только по одной передней поверхности и 3) одновременно по
задней и передней поверхностям. Применение того или иного метода
заточки обусловливается назначением инструмента и условиями его
эксплуатации.
|
|
|
Принятый метод затачивания по задней или передней поверхности
определяет основные геометрические размеры зуба инструмента и
его форму.
Рассматривая условия работы инструмента, конструктор выби-
рает соответствующий метод затачивания, а следовательно, форму
зуба. Так как износ режущего инструмента протекает, хотя и в раз-
ной степени, как по передней, так и по задней поверхности, то в тех
случаях, когда имеет место интенсивный износ по одной и другой
поверхности (обдирочные резцы и т. д.), принимают комбинированный
метод затачивания инструмента, т. е. по задней и передней поверх-
ностям одновременно.
Во время резания происходит интенсивное стружкообразование.
Непременное условие хорошей работы режущего инструмента —
беспрепятственный отвод стружки от режу-
щей кромки и достаточное пространство для размещения
стружки.
Например, при работе проходного токарного резца стружка, не
встречая препятствий на своем пути, свободно отделяется и свободно
размещается (рис. 127, а). Это хорошо, когда скорость резания невы-
сокая. При обтачивании с высокими скоростями часто приходится
152
153
искусственным путем создавать препятствия для отвода и вынуждать
сливную стружку или завиваться отдельными кольцами, или ломаться.
Для этой цели делают специальные стружколоматели в виде ступеней
или в виде лунки на передней поверхности резца или других конструк-
ций, обеспечивающие завивание стружки в мелкие кольца.
Под закрытым пространством для помещения стружки условимся
понимать такой вид размещения, при котором получаемая в процессе
резания стружка не может свободно отводиться и остается в канавке
перед зубом. Образующаяся стружка может отходить от режущей
кромки по канавкам в теле инструмента (рис. 127, б) например, при
сверлении.
В отдельных случаях прибегают к принудительному отводу струж-
ки. Это можно обеспечить давлением струи охлаждающей жидкости,
специальной формой канавки и углом наклона ее. Например, при
конструировании гаечных метчиков, как увидим ниже, возможно за-
ставить стружку соответствующим наклоном канавок идти в нужном
направлении. В резцах это достигается выбором соответствующего
угла наклона режущей кромки l.
Выше отмечалось, что процесс образования и отделения стружки
сопровождается выделением значительного количества тепла при де-
формации металла, что приводит к интенсивному износу инстру-
мента.
Одним из основных принципов конструирования рабочей части
инструмента является обеспечение у проектируемого инстру-
мента отвода тепла от режущей кромки. В резцах
это достигается созданием определенных углов режущей части (зад-
него угла а, переднего угла у. угла в плане ) и, кроме того, подводом
охлаждающей жидкости.
При конструировании более сложных инструментов приходится
обеспечивать правильный отвод тепла достаточными размерами са-
мого тела зуба инструмента, а также системой каналов для подвода
охлаждающей жидкости к режущим кромкам. Примером такой кон-
струкции может служить сверло, изображенное на рис. 194.
Как было сказано в гл. V, инструмент подвергается воздействию
сил, возникающих в процессе резания.
Рабочую часть инструмента — зуб — можно представить в виде
балки, один конец которой заделан в корпус инструмента. Форма зуба
и эпюра действующих на зуб усилий сложны; поэтому рассчитать зуб
на прочность трудно, и такой расчет не всегда производится. Практи-
ческая ценность расчета на прочность снижается еще и потому, что
трудно учесть в расчете изменения усилий, которые происходят даже
при небольшом затуплении режущих кромок, а также изменения, свя-
занные с неравномерной нагрузкой на зубья инструмента (например,
при биении фрезы по режущим кромкам часть зубьев вообще не участ-
вует в работе и увеличенная нагрузка приходится на последующие
зубья). Однако при конструировании инструментов следует произво-
дить хотя бы упрощенный расчет на прочность.
154
Сложнее рассчитать режущий инструмент на жесткость и вибра-
ции. Обычно в особо сложных и ответственных случаях произво-
дится испытание нескольких различных опытных вариантов кон-
струкции и выбирается лучший из них.
|
|
На прочность инструмента большое
влияние оказывает термическая обра-
ботка. При закалке инструмента сталь
получает значительные внутренние на-
пряжения, Которые могут привести
к трещинам и разрушению инструмента.
Концентрация внутренних напряжений
происходит в местах резких изменений
сечения, в острых углах и т. д. У пра-
вильно сконструированных инструмен-
тов все острые углы закруглены. Острые
углы и резкие переходы от сечения к се-
чению совершенно недопустимы. Они
дают снижение прочности в несколько
раз и приводят к трещинам и разруше-
нию инструмента в процессе термиче-
ской обработки.
При проектировании режущих ин-
струментов, предназначенных для обра-
ботки сложных и фасонных поверхно-
стей, например, резьбы, зубчатых колес
и т. д., необходимо определить
форму и размеры режущей
кромки, так как форма режущей
кромки будет обеспечивать получение за-
данной фасонной поверхности. Обработ-
ка фасонной поверхности инструментом
может производиться двумя методами.
Первый метод предусматривает полу-
чение профиля фасонной поверхности
прямым копированием профиля инстру-
мента (рис. 128, а). Второй метод
(рис. 128, б) предусматривает получение
заданной поверхности детали путем обка-
тывания. В этом случае профиль детали
будет огибающей последовательных положений кромки инструмента.
При проектировании инструмента из поля зрения конструктора
не должны выпадать вопросы, связанные сэкономичным рас-
ходом инструментальных материалов. Стали
для режущего инструмента, особенно быстрорежущая, значительно
дороже конструкционной стали, а твердые сплавы в несколько раз
дороже быстрорежущей стали. Поэтому в машиностроении получили
чрезвычайно широкое распространение такие конструкции режущего
155
инструмента, в которых режущая часть выполняется из быстрорежу-
щей стали или твердых сплавов, а корпус — из конструкционной стали
или инструментальной легированной стали.
Кроме экономного расходования материала, сборный инструмент
имеет еще одно важное преимущество перед цельным, а именно: сбор-
ный инструмент позволяет производить регулирование размера. На-
пример, сборная развертка со вставными ножами дает возможность
регулировать диаметр развертки после износа путем раздвигания
ножей. Регулировка позволяет увеличить срок службы инструмента.
Поэтому нередко инструмент делается сборным только для достижения
возможности регулирования.
СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Соединительная часть режущего инструмента (хвостового или
насадного) должна передавать мощность, получаемую от шпинделя
станка, на режущую часть инструмента. Если соединительная часть
будет недостаточно прочна, т. е. рассчитана неправильно, то она
будет лимитировать использование мощности инструментом.
При конструировании соединительной части режущего инстру-
мента важно обеспечить необходимую точность установки инструмента
в рабочий шпиндель (сверла, зенкера, развертки и т. д.) или в гнездо
(резцы фасонные, ножи и т. д.). С этой целью соединительные части
инструментов изготовляются очень точно, чем обеспечивается полная
взаимозаменяемость (например, отверстия долбяка, насадной чер-
вячной фрезы изготовляются по 1-му классу точности).
Конструкторы должны выбирать такую форму соединительной
части, которая обеспечивает минимальное время, потребное на за-
крепление инструмента на станке вплоть до крепления инструмента
без остановки шпинделя станка (например, быстрая смена инструмента
на сверлильном станке).
Конструкции соединительных частей разнообразны; наиболее
употребительными являются следующие (рис. 129): 1) для хво-
стовых инструментов с вращательным движе-
нием; квадрат на цилиндрическом хвосте, инструментальный конус
с лапкой или без лапки, быстросменные зажимы различных конструк-
ций и т.д.; 2) для насадных инструментов с вра-
щательным движением: цилиндрическое отверстие с про-
дольной шпонкой, цилиндрическое отверстие с торцовой шпонкой,
замки различных конструкций, конусы; 3) для инструментов
с движением вдоль оси (протяжки, прошивки): хвост
с клиновидной чекой, быстросменные замки различных конструк-
ций и т. д.
При определении формы и размеров инструмента должен учи-
тываться способ его изготовления. При конструировании режущего
инструмента, который предполагается получать путем отливки, сле-
дует учитывать особенности технологии литья. Если, например,
предполагается получать спиральное сверло путем прокатки и завивки,
а не путем фрезерования, приходится учитывать особенности про-
цесса прокатки и завивки в конструкции сверла. Обычно при конструи-
ровании инструмента все перечисленные вопросы решаются комплекс-
но. В дальнейшем указанные общие вопросы конструирования будут
уточнены при рассмотрении отдельных видов инструмента.
156
Раздел РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ
/// ТОКАРНЫХ РЕЗЦОВ
Глава КОНСТРУКЦИИ ТОКАРНЫХ РЕЗЦОВ
Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 171; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!