Проектирование режущего инструмента

ВВЕДЕНИЕ

 

В настоящее время  резание металлов получило широкое  распространение как технологический  прием обработки изделий из металла.

В отличие от процессов  горячей обработки металлов нагревание при резании происходит только в  небольшой зоне в том месте, где происходит образование и отделение стружки и теплота не может быстро распространиться на все изделие. Процесс резания сопровождается часто искусственным охлаждением – струей охлаждающей жидкости. Таким образом, образующаяся в зоне резания теплота практически не распространяется на все изделие. Это обстоятельство очень важно, так как позволяет получить чистую, свободную от окислов поверхность и любой заданный размер детали. Эти особенности процесса обработки металлов резанием позволили получить широкое распространение его в металлообрабатывающей и машиностроительной промышленности как основного технологического процесса.

Всякий режущий инструмент должен обеспечивать два основных условия:

• срезать определенный слой металла;
• обеспечить получение необходимых размеров и формы детали, а также требуемое качество обработанной поверхности.

Исключительное многообразие форм и размеров деталей привело  к развитию целого ряда различных  металлообрабатывающих инструментов и станков для обработки металлов резанием.

Цель проектирования режущего инструмента – создание оптимальной

конструкции для конкретных условий использования. Задачи проектирования, состоящие из разработки присоединительной  и направляющей частей, а также  технических требований к ним.

Эффективность режущих инструментов определяется не только их конструкцией, но и рациональными условиями эксплуатации.

Согласно современным  требованиям к будущему специалисту-машиностроителю, он должен владеть навыками использования  систем автоматизированного проектирования (САПР) в своей практической деятельности.

 

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ НАЛАДКИ

 

1. Выбор режущих и вспомогательных инструментов

 

Деталь «шкив» представляет собой фрикционную вращающуюся  деталь ремённой передачи, выполненную в виде колеса, охватываемого гибкой связью (ремнем). Служебное назначение шкива состоит в использовании его как одной из основных частей ременной передачи.

Технологический процесс  обработки детали «Шкив» состоит из таких операций как: отрезная, токарная с ЧПУ, токарная с ЧПУ, сверлильная с ЧПУ, термическая, шлифовальная, контрольная.

Удлиненные консольные оправки применяют в тех случаях, когда требуется обработать отверстие, диаметр которого меньше диаметра шпинделя станка (рис. 1.1,а). Если обрабатываемое отверстие больше диаметра шпинделя, то применяют короткие консольные оправки (рис. 1.1, б).

Рис. 1.1. Примеры применения различных оправок:

а — диаметр обрабатываемого  отверстия d меньше диаметра шпинделя D_шп, б — диаметр обрабатываемого отверстия d больше диаметра шпинделя D_шп, в — обработка отверстий в корпусных деталях с помощью борштанги

 

Вспомогательный инструмент выбираем из условия размещения его  в револьверной головке.

На цилиндрические присоединительные  поверхности инструмента и станков  разработан ГОСТ 24900-81 «Хвостовики державок цилиндрические для станков с ЧПУ».

Для обработки наружных поверхностей применяют державки с открытым пазом см. рис.1.3.

Для закрепления расточных  резцов, твердосплавного сверла с  цилиндрическими хвостовиками применяют  оправки с цилиндрическим отверстием см. рис.1.4.

Рис.1.2. Крепление державок в револьверной головке.

 

Крепление державок в  револьверной головке осуществляется базированием цилиндрического хвостовика в отверстиях револьверной головки. Закручивая винт, мы вводим рифления кулачка в зацепление с рифлениями державки. Войдя в зацепление, кулачок лишает державку всех степеней свободы.

 

Рис.1.3. Державка.

Рис.1.4. Оправка.

 

Таким образом, сводим данные в таблицу 1.

 

Таблица 1 – Выбор режущего и вспомогательного инструмента

Переход	Режущий инструмент	Вспомогательный инструмент
1	Резец проходной  T-MAX U SDLCR 2020 K12 Пластина DСMM12030802 см. рис.1.2. производитель “SANDVIK Coromant”	Державка 191711006 ТУ 2-024-5539-81 см. рис.1.8.
2	Резец канавочный T.MAX R150.21-2020-8 Пластина N151.2-1400-8E  см.рис.1.3. производитель “SANDVIK Coromant”	Державка 191711006 ТУ 2-024-5539-81 см. рис.1.8.
3	Резец расточной  Т.МАХU S20S-STFCR11 Пластина TРMМ 110306ТR  см. рис.1.4. производитель “SANDVIK Coromant”	Державка 191746004 ТУ 2-024-5540-81 см. рис.1.9.

 

Резец фасонный!! (т.е. вместо фасонного проходной – это я с книги взяла)

Фасонные поверхности  можно обтачивать фасонными резцами, проходными резцами с комбинированием ручной продольной и поперечной подач и проходными резцами по копиру с применением механической подачи.

 

2. Описание компоновки инструментальных блоков

 

Для точения  диаметра применим проходной резец, оснащенный пластинкой из твердого сплава Т15К6 см. рис.1.5.

Для растачивания отверстия  применим расточной резец,оснащенный пластинкой из твердого сплава Т15К6 см. рис.1.6.

Для получения радиусов   применим канавочный резец оснащенный пластинкой из твердого сплава Т15К6 см. рис.1.7.

 

Рис.1.5. Резец проходной.

 

Рис.1.6.Резец расточной.

 

Рис.1.7. Резец канавочный.

3. Описание установки инструмента на размер

 

Размерная настройка  производится с целью обеспечения  требуемой точности положения режущих кромок инструмента в системе координат вспомогательного инструмента.

                                               Рис.1.8. Установка инструмента

 

На (рис.1.8 а) положение вершины резца в указанной системе координат определяют размеры Х и Z, которые задаются в карте настройки инструмента. Резец устанавливают в блоке или в державке, которые базируют в посадочном гнезде специального прибора(см. рис.1.8.), идентичном гнезду револьверной головки или резцедержателя [4]. Оптическая система выставлена относительно базовых поверхностей вспомогательного инструмента по координатам X, Z с помощью концевых мер, шаблонов,  индикаторов или встроенных в прибор шкал с нониусом. При этом вершина режущего инструмента может не совпадать с центром оптического проекционного устройств. Чтобы устранить погрешность установки d_X, d_Z, используют регулировочные винты. После этого инструмент закрепляют в блоке или державке.

Для размерной  настройки вне станка выпускаются  приборы в горизонтальном исполнении (БВ-2010— БВ-2012) — настройка резцов и борштанг и в вертикальном исполнении (БВ-2013—БВ-2017)—настройка стержневых инструментов (сверл, зенкеров, разверток, метчиков, концевых фрез). Приборы первой группы можно также использовать  для настройки стержневого инструмента                       с помощью специальной бабки с горизонтальной осью вращения шпинделя.

Рис.1.9. Прибор БВ-2010

 

Прибор БВ-2010 (см. рис 1.9) состоит из основания 1, на                                              поверхности которого имеются                                                                       призматические направляющие нижней каретки 3, шкала продольного

отсчета и стопор нижней каретки [4]. К нижней каретке  прикреплены направляющие 9 верхней каретки, кронштейн 8 с отсчетным устройством продольного хода и осветителем шкалы продольного хода, кронштейн 7 с осветителем и отсчетным устройством поперечного хода и стопор верхней каретки. На верхней каретке размещены проектор 5, установленный на кронштейне 6, и шкала поперечного отсчета. К кронштейну 6 посредством планки 4 прикреплен осветитель 2, обеспечивающий подсветку вершины режущего инструмента при настройке.

Подставка под  инструмент устанавливается на поверхность А и выверяется с помощью специального контрольного шаблона с известными координатами вершины.

Настройка инструмента  на размер осуществляется следующим образом. Резцовый блок (державка) закрепляется на подставке. Перекрестие проектора устанавливается на требуемые координаты вершины инструмента в поперечном и продольном направлениях. Для этого ослабляют стопоры кареток, передвигают их вручную, а затем с помощью винтов микроподачи выставляют на заданные размеры и закрепляют.

Режущий инструмент устанавливают в державке и с  помощью регулировочных элементов смещают его вершину так, чтобы ее проекция попала в перекрестие, а проекции режущих кромок совпали с соответствующими линиями перекрестия экрана.

Режущий инструмент закрепляется в державке, при этом необходимо исключить смещение его вершины. У прибора БВ-2015 (рис.1.9) стойка 4 имеет вертикальные направляющие для продольного перемещения каретки 5. На каретке по горизонтальным направляющим в поперечном направлении перемещается траверса 7, на конце которой расположен визирный микроскоп 6.  Шпиндель 3, который легко можно провернуть рукой, крепится к станине 12. В верхней части шпинделя имеется отверстие для установки державки с инструментом, который закрепляется маховиком 2. Координатные расстояния вершины режущей кромки устанавливают по отсчетным микроскопам 8 и 9. Перемещения осуществляются с помощью маховиков 1 (грубое по вертикали), 11 (точное по вертикали) и 10 (по горизонтали).

В некоторых  конструкциях приборов визирный микроскоп  заменен на    блок из двух индикаторов.

Резец устанавливаем в державке, которую базируем в посадочном гнезде специального прибора(см. рис.1.10), идентичном гнезду револьверной головки. Оптическая система выставлена относительно базовых поверхностей вспомогательного инструмента по координатам X, Z с помощью концевых мер. Погрешность установки d_X, d_Z,устраняем при помощи регулировочных винтов. После этого инструмент закрепляют в блоке или державке выдерживая размеры 56 мм и 99 мм.

 

Рис.1.10.Схема настройки резца.

 

4. Расчет точности позиционирования режущих инструментов

 

Угловые ошибки составляющих звеньев(перекосы осей) и векторные  ошибки (параллельное смещение осей) суммируются путем приведения перекосов осей к векторному виду в плоскости замыкающего звена(биение режущей части) через передаточные отношения [2].

 

                                (1.1)

 

- половина допустимой величины  биения режущей части как замыкающего звена;

-коэффициент относительного  рассеяния замыкающего звена;

-принятое за скалярное отношение  и коэффициент относительного рассеяния ;

- приведенный коэффициент относительного рассеяния, одинаковый для всех звеньев с векторными ошибками;

По справочным таблица [5], тогда:

 мкм.

Величина биения составляет 0,017 мм, что является  допустимой нормой.

 

5.  Разработка рекомендаций по эксплуатации

 

В настоящее время  выбор правильных условий эксплуатации инструмента не менее важен, чем  разработка высокопроизводительной и  надежной его конструкции. В понятие  условий эксплуатации можно включить расчет технологически обоснованных норм его расхода, выбор технологической среды, восстановление работоспособности после отказа, контроль качества инструмента после его восстановления и его подготовка к последующему использованию.

Необходимо соблюдать  назначенные режимы резания для  каждой позиции.

Определение оптимальных режимов заточки следует производить из условия получения заданных технических требований на затачиваемый инструмент при минимальных затратах на операцию.

Для быстрорежущих сталей

• на предварительных  операциях: скорость круга 20-25 м/с, скорость изделия 3-5 м/мин, глубина шлифования 0,04-0,06 мм/дв.ход;

• на чистовых операциях: скорость круга 20-30 м/с, скорость изделия 1-3 м/мин, глубина шлифования 0,02-0,04 мм/дв.ход;

• скорость изделия 0,7-1 м/мин, глубина шли4юва-ния 0,005-0,01 мм/дв.ход. Для твердых сплавов

• на предварительных  операциях кругами КЗ: скорость круга 9—12 м/с, скорость изделия 5-6 м/мин, глубина шлифования0,04-0,05 мм/дв.ход;

• на предварительных  операциях алмазными кругами на металлических связках: скорость круга 20-25 м/с, скорость изделия 2-3 м/мин, глубина шлифования 0,02-0,03 мм/дв.ход;