Проектирование режущего инструмента

Рассматриваются в статическом состоянии и при условии, что вершина резца расположена на высоте центра перемещения заготовки, а резец — перпендикулярно к оси вращения (обработанной плоскости при строгании). Передние, задние углы, форма передней и задней поверхностей зависят от вида резца и условий обработки. Вспомогательный задний угол резцов α₁ = α, за исключением отрезных и прорезных резцов, для которых α_г = 1...2° (большие значения при большей ширине резца).

Главный угол в плане φ в зависимости от условий обработки принимается равным 10—95°.

Вспомогательный угол в  плане φ₁ может принимать значения от 1 до 30°.

 

Рис. 2.1. Переходные режущие   кромки   резца

 

Углы φ и φ ₁ при контурном точении определяют возможности обработки контура, а в инструментах, оснащенных сменными пластинами, они еще и взаимосвязаны: изменение одного из углов приводит к изменению другого.

Формы передней поверхности  для расточных резцов с пластинкой из быстрорежущей стали представлены в табл. 2.1.

 

Примечание.

1. Угол наклона главной  режущей кромки λ равен 0°. 

2. α = 1° при α<β  мм и =2° при а>5 мм.

 

Геометрия режущей части  прямоугольных проходных, расточных прорезных и отрезных резцов с пластинками твердого сплава, применяемых при расточных работах, приведена в табл. 2.2.

 

Примечание. Угол наклона  главной режущей кромки λ =+4°,

 

Примечание:

1 Угол наклона  главной режущей кромки λ при  работе без ударов равен +4 , при работе с ударами и получении  ломаной стружки + 12°. 

2. Задний угол переходной кромки по пластинке равен главному заднему углу. Знаком Д отмечены формы заточки, наиболее часто применяемые.

 

4.  Определение конструктивных элементов

 

Расточной резец состоит  из трех основных частей: сменной неперетачиваемой пластины, тела расточной оправки и хвостовика. Хвостовик – это часть расточной оправки, по которой ведется ее базирование и закрепление. Обычно длина закрепления равна четырем диаметрам оправки. Расстояние от хвостовика до пластины, т.е. незакрепленная часть резца, называется вылетом.

Вылет определяет максимальную глубину растачивания и является самым важным размером расточного резца. Слишком большой вылет вызывает избыточные упругие деформации расточной  оправки, способствует появлению вибраций, которые ухудшают качество поверхности, и может привести к преждевременному износу пластины.

Анализ показывает, что  следует руководствоваться следующими правилами при выборе инструмента  для растачивания:

• Вылет расточного резца должен быть минимальным. При увеличении вылета отжим увеличивается. Например, при увеличении вылета в 1,25 раза, отжим увеличивается в 1,95 раза (при неизменном диаметре оправки и остальных параметрах).
• Диаметр расточного резца должен быть максимальным. При увеличении диаметра оправки увеличивается момент инерции поперечного сечения и отжим уменьшается. Например, при увеличении диаметра оправки в 1,25 раза, отжим уменьшается в 2,44 раза (при неизменном вылете оправки и остальных параметрах).
• Чем выше модуль упругости материала оправки, тем меньше отжим при неизменном вылете и диаметре оправки и остальных параметрах.

 

5.  Коррекционный расчет профиля

 

 Форма поперечного  сечения резца зависит от назначения резца. Прямоугольную форму с отношением высоты к ширине Н/В=1,6 имеют чистовые и получистовые резцы, с отношением Н/В=1,25 – черновые резцы. Квадратная форма – у автоматных и расточных резцов, резцов с МНП; круглая – у расточных и резьбовых резцов; трапецеидальная – у резьбовых вставок для автоматических линий и агрегатных станков. Размеры поперечного сечения корпуса зависят от характера нагрузок и назначения резца. Критическое поперечное сечение задается в зоне крепления резца в резцедержателе станка. ориентировочные значения поперечного сечения при обработке сталей средней твердости приведены в табл. 2.3.

 

Таблица 2.3. Размеры поперечного сечения резцов

Форма сечения	Площадь поперечного  срезаемого слоя, мм2
	0,5	0,75	1,0	1,5	2,5	4,0	6,0	9,0	16,0	25,0
Прямоугольная (НхВ)	-	-	-	16х12	20х16	25х20	32х25	40х32	50х40	63х50
Квадратная	6	8	10	12	16	20	25	32	-	-

 

При точении с большими припусками необходимо рассчитывать корпус на прочность. Рассматривая резец как защемленную балку с вылетом, нагруженную главной силой резания, легко получить для корпусов прямых резцов прямоугольного сечения

;                                                        (2.1)

 

для Н=1,6В                                                             (2.2)

 

имеем ,                                                      (2.3)

квадратного

 

,                                                            (2.4)

 

Круглого

 

,                                                          (2.5)

 

где - допускаемое напряжение на изгиб материала державки (табл. 2.4).

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.4. Допускаемое напряжение для инструментальных сталей, Мпа

Группа сталей	Состояние материала	Растяжение	Изгиб	Кручение	Срез
Быстрорежущие	Незакаленное	300	360	260	280
	Закаленное	480	480	350	380
Углеродистые	Незакаленное	200	240	170	200
	Закаленное	300	360	260	280

 

Проверочный расчет корпуса  на жесткость выполняется для  инструментов с малыми сечениями  и большим вылетом (отрезных, расточных). Стрела прогиба не должна превышать 0,1 мм при черновой и 0,02 мм при чистовой обработке и находится, как

 

,                                                 (2.6)

 

где Е=200..220 Гпа – модуль упругости материала корпуса; I – момент инерции державки, равный ВН³/12 для прямоугольного сечения, В⁴/12 для квадратного и 0,05d³ для круглого.

В случае необходимости, расчеты корпуса на прочность  и жесткость выполняются также для минимального поперечного сечения, которое находится на уровне гнезда под пластину.

При работе отогнутых  резцов условная точка приложения силы резания значительно смещена относительно оси симметрии корпуса, и расчет на прочность необходимо вести для случая одновременного действия сил P_z, P_y, P_x. В этом случае для проверочных расчетов можно воспользоваться формулами Г. Н. Титова:

 

;                                         (2.8)

 

где - относительный вылет; - допускаемое напряжение на растяжение материала корпуса.

Пластины характеризуются длиной l, шириной b и толщиной S. Длина определяет длину режущей кромки и зависит от глубины резания и главного угла в плане:

 

.                                          (2.9)

 

Ширина b определяет количество переточек по задней поверхности и площадь опоры пластины. На ее увеличение накладывают ограничения габариты корпуса и возможное увеличение остаточных напряжений при пайке или склеивании. Толщина S влияет на прочность пластины и количество переточек по передней поверхности. Обычно она выбирается в зависимости от высоты корпуса:

 

.                                      (2.10)

 

Ширина пластины

 

.                                              (2.11)

 

 Следует иметь в  виду, что целесообразное расположение пластины – вдоль задней поверхности или под некоторым острым углом к ней. В этом случае увеличиваются предельно допустимые подачи, количество переточек, снижается вероятность поломки пластины.

Форма неперетачиваемых пластин выбирается в зависимости  от формы обрабатываемой поверхности, их длина и толщина – из соответствующих стандартов. Следует помнить, что длина пластины обычно равна или больше удвоенной эффективной длине режущей кромки

 

  .                                            (2.12)

 

В соответствии с режущими выбирают также опорные пластины и стружколомы.

Определение положения  гнезда под пластину. Для закрепления  пластин в корпусе выполняют  гнезда. Их форма соответствует форме  пластины, а размеры – зависят от ее размеров. Для напайных пластин, врезаемых на полную глубину, равную толщине пластины

 

;                                       (2.13)

 

,                                  (2.14)

 

где l₁ – длина гнезда; b₁ - ширина гнезда в направлении угла врезки пластины в корпус ; обычно ; - задний угол корпуса в направлении угла ; - задний угол корпуса в направлении l₁; обычно .

Глубина гнезда под пластину S при S=4 мм и 0,5 S при 4..7 мм. Для снижения напряжений при пайке высота контакта пластины со стенкой гнезда не должна превышать (0,25..0,3)S, что достигается образованием уступа по задней стенке. При механическом креплении пластины глубина гнезда равна сумме толщин опорной и режущей пластин, размеры гнезда должны обеспечить выступание режущих пластин из корпуса не более, чем на 0,8 мм у пластин с длиной кромки менее 12,7 мм.

Расчет параметров гнезда для установки многогранной пластины производится в следующей последовательности:

В соответствии с заданными  условиями обработки определяют число граней пластины по формуле

 

,                                               (2.15)

 

где - углы в плане. При дробном его округляют до целого числа, изменяя угол .

Определяют положение  плоскости N-N, расположенной под углом относительно главной режущей кромки, в которой необходимо повернуть пластину на угол для обеспечения главного и вспомогательного задних углов:

 

,                                 (2.16)

 

,                                              (2.17)

 

где - угол при вершине пластины.

Если пластина имеет  задние углы, то в величины и вносят соответствующие корректировки, считая , где - номинальный задний угол, - задний угол пластины.

В том случае, если резец  или вставка устанавливаются  на борштанге и работают, как расточной инструмент, необходимо определить параметры их установки относительно оси шпинделя. Для этого надо знать значения поперечного и продольного передних углов резца.

Угол наклона пластины определяют, как

 

  .                                         (2.18)

 

Величина смещения гнезда Н относительно оси расточной  оправки при установке пластины непосредственно в корпусе борштанги равна

 

,                               (2.19)

 

где - расстояние от оси борштанги до вершины лезвия; - толщина пластины.

Если пластины устанавливаются  во вставке, то величина смещения Е  относительно опорной поверхности паза равна

 

,                              (2.20)

 

где - расстояние от вершины лезвия до крайней точки гнезда под пластину; - расстояние от торца вставки до этой точки.