Фасонные резцы

6. Фасонные резцы

6.1. Назначение и классификация

Фасонный резец - это специальный инструмент, форма режущих кромок которого определяется формой профиля изделия.

Применяются фасонные резцы для обработки деталей типа тел вращения (на токарных станках) и типа плоских, прямоугольных, и тому подобных тел (на строгальных и долбежных станках).

Достоинства фасонных резцов:

- однородность профиля и точность размеров обрабатываемой детали;

- высокая производительность обработки;

- длительность эксплуатации (большое число переточек);

- не требуют высокой квалификации рабочего для обработки
фасонных деталей.

Фасонные резцы широко используются в крупносерийном и массовом производстве, несмотря на сложность в изготовлении и высокую стоимость.

Фасонные резцы можно классифицировать следующим образом:

Рекомендуемые материалы

по форме:

- стержневые;

- призматические;

- круглые;

по расположению оси или базы крепления по отношению к оси детали:

- с параллельным расположением;

- с наклонным расположением;

по направлению подачи:

- радиальные;

- тангенциальные;

по форме образующих:

- круглые резцы с кольцевыми образующими;

- круглые резцы с винтовыми образующими;

- призматические резцы с плоскими образующими.

Основные виды фасонных резцов показаны на рис. 8.

6.2. Геометрия фасонных резцов

Передний угол фасонного резца выбирается в зависимости от обрабатываемого материала в пределах от 0° до 25°. Чем меньше твердость обрабатываемого материала, тем больше передний угол.

Задний угол зависит от формы фасонного резца и его типа. Увеличение заднего угла может привести к ослаблению режущей кромки, что наиболее опасно для круглого резца. Поэтому задний угол для круглых резцов выбирается в пределах 10-15°, а для призматических - 12-17°. У фасонных резцов, предназначенных для затылования, задний угол увеличен до 25-30°с тем, чтобы обеспечить необходимый задний угол в относительном движении резца и заготовки при затыловании.

Особенностью фасонных резцов является то, что задний угол в процессе резания образуется у них специальной установкой на станке (рис. 9)

Призматический резец поворачивается на величину заднего угла: этот поворот обеспечивает специальная конструкция державки.

Круглый резец устанавливается относительно обрабатывае­мой детали так, чтобы ось его располагалась выше оси обрабатываемой детали.

Высота установки резца определяется из ∆ABC по следующей формуле:

.

Указанные значения переднего и заднего углов относятся к наружным точкам профиля. С удалением точек профиля резца от оси обрабатываемой детали задний угол будет увеличиваться, а передний - уменьшаться. На величину переднего и, что особенно важно, заднего угла влияет наклон режущей кромки относительно оси обрабатываемой детали.

Если представить, что режущая кромка наклонена к линии, перпендикулярной оси обрабатываемой детали под углом φ, то можно определить задний угол α_N в точке А режущей кромки (рис.10).

Из пирамиды ABDC:

tg α = BD/AB;

tg α_N = BC/AB.

Разделив почленно эти равенства, можно написать:

tg α_N =tg α sin φ.

При φ = 90° α_N=α, при φ = 0 α_N = 0 и в этом случае необходимо предпринимать специальные меры для увеличения заднего угла на боковых режущих кромках.

6.3. Конструктивные элементы фасонных резцов и их крепление на станках

Основными конструктивными элементами призматического фасонного резца являются ширина резца, толщина, высота, узел крепления и размеры профиля.

Основные конструктивные элементы круглого фасонного резца - диаметр резца, диаметр отверстия, длина резца, размеры выемки для стружки, узел крепления и все элементы профиля.

Все конструктивные элементы фасонных резцов за исключением элементов профиля выбираются конструктивно из справочных материалов в зависимости от максимальной высоты фасонного профиля детали.

Крепление призматического фасонного резца на станке осуществляется с помощью державки, в которой резец устанавливается под определенным углом, равным заднему углу резца и закрепляется с помощью узла крепле

ния, называемого "ласточкин хвост", от перемещения в державке под действием сил резания резец удерживается силами трения (рис.11).

Круглый фасонный резец устанавливается и закрепляется на станке с помощью державки, конструкция которой предусматривает установку оси резца выше оси обрабатываемой детали на величину, соответствующую заднему углу резца. От проворачивания под действием силы резания резец предохраняется сочленением радиальных рифлений на торце резца с такими же рифлениями на торце державки или с помощью штифта, входящего в отверстия на торцах резца и державки.

В основу многочисленных по конструкции державок положены именно указанные методы крепления призматического и круглого фасонных резцов.

Стержневой фасонный резец крепится на станке как обычный токарный резец.

6.4. Профилирование фасонных резцов

Наиболее сложной частью при расчете и конструировании фасонных резцов является определение фасонного профиля режущей части.

Выше говорилось о том, что профиль фасонного резца не соответствует профилю обрабатываемой детали, отличается от него.

Поэтому для изготовления фасонного резца необходимо определить размеры его профиля.

Для правильного изготовления резца необходимо знать размеры профиля в двух характерных плоскостях: в передней плоскости и в плоскости, нормальной к задней поверхности. Выбор этих плоскостей обусловлен технологическими обстоятельствами: в плоскости передней грани резца удобно производить контроль профиля, а размерам профиля резца в нормальном сечении к задней грани должны соответствовать размеры профиля инструмента II порядка, то есть инструмента для чистовой обработки этого резца. Обычно таким инструментом служит шлифовальный круг с размерами профиля в осевом сечении, соответствующими размерам профиля резца в сечении, нормальном к его задней поверхности. Такой профиль образуется на шлифовальном круге специальной правкой.

Расчет профиля или профилирование фасонного резца может выполняться графически и аналитически, В качестве основного используется аналитический (расчетный) метод, так как требуется высокая точность расчета - до 0,001 мм, графический метод, основу которого составляют принципы начертательной геометрии, используется как вспомогательный - для проверки правильности аналитического расчета.

6.5. Аналитический расчет профиля призматических и круглых фасонных резцов

Наиболее распространенными конструкциями фасонных резцов являются призматический и круглый с параллельным расположением базы креп

ления и оси резца относительно оси обрабатываемой детали, работающие с радиальной подачей.

Аналитический расчет таких резцов упрощается за счет того, что осевые размеры (вдоль оси обрабатываемой детали) у резца такие же, как у детали, и расчет сводится к определению только радиальных (по отношению к детали) размеров или, как их обычно называют, высот профиля резца.

Достаточно рассмотреть расчет для одной точки профиля резца, для других точек, определяющих конфигурацию профиля и поэтому называемых "узловыми", принцип расчета будет тот же, изменятся лишь исходные параметры для расчета, то есть размер соответствующего участка профиля детали.

Для определения высот профиля в плоскости передний грани - С_Х и в плоскости, нормальной к задней грани - t_Х, можно воспользоваться расчетом с применением теоремы синусов или рассмотреть прямоугольные треугольники ∆ОСХ и ∆ОСА (рис. 12).

Если пользоваться теоремой синусов, то можно написать:

r₀/sinγ_x = r_x/sin(180°-γ);

r₀/sinγ_x = r_x/sinγ.

Отсюда:

sinγ_x = r₀×sinγ/r_x

С помощью этой формулы можно определить значение переднего угла γ_Х в искомой узловой точке.

Для определения высоты профиля в плоскости передней грани необходимо спроектировать стороны треугольника ∆ОАХ на горизонтальную плоскость:

r₀+C_x×cosγ = r_x×cos(γ-γ_x);

откуда:

C_x = (r_x×cos(γ-γ_x)-r₀)/cosγ.

Для призматического резца высоты профиля t_X в плоскости, нормальной к задней грани, определяется из прямоугольного треугольника ∆АХB:

t_X = C_X× cos(α+γ).

Для круглого резца:

t_X = R – R_X,

где R – принятый наибольший радиус резца D/2.

Величина:

.

определяется из известной теоремы об определении третьей стороны треугольника по известным двум и углу между ними.

Для определения высоты профиля в плоскости передней грани C_X из рассмотрения треугольников ∆ OCX и ∆ ОСА можно написать:

;

;

.

Поэтому:

.

7. Протяжки

7.1. Назначение и классификация

        

Протяжки предназначаются для обработки внутренних отверстий различной формы (рис. 13) и для обработки наружных поверхностей. Резание этими многозубыми инструментами осуществляется за счёт увеличения высоты или диаметра каждого последующего зуба по отношению к предыдущему.

         Протяжки получили широкое распространение из-за следующих достоинств:

- высокая точность обработки (6-7 квалитет) и качество поверхности (R_a=0,5 – 1,0 мкм);

- высокая стойкость;

- большая производительность.

         В то же время протяжки имеют недостатки:

- сложность в изготовлении и эксплуатации;

- специализированность.

         По способу приложения силы к инструменту – растягивающая или сжимающая – различаются протяжки (рис.14) и прошивки.

         В зависимости от характера работы различают протяжки: режущие, калибрующие и выглаживающие.

         Протяжки могут работать как одиночные, так и в комплекте из 2 – 3 и более штук.

         Диаметры протягиваемых отверстий обычно 6 – 100 мм.

7.2. Конструктивные элементы протяжки для отверстия

        

Протяжка для отверстия состоит из присоединительной части, рабочей части и задней направляющей и включает в себя: хвостовик (l₁), шейку (l₂), переходный конус (l₃), переднюю направляющую (l₄), режущую часть (l₅), калибрующую часть (l₆), заднюю направляющую (l₇) и цапфу (l₈), которая может отсутствовать.

         Отверстие под протяжку выполняется сверлом, зенкером или черновой развёрткой, а также – растачиванием.

         Диаметра хвостовика должен быть меньше диаметра отверстия на 2-5мм.

         Длина шейки должна компенсировать толщину стола станка и приспособления с тем, чтобы хвостовик можно было закрепить в патроне станка.

         Передняя направляющая служит для центрирования оси заготовки относительно оси протяжки.

Режущие зубья протяжки предназначены для снятия основного припуска. Толщина слоя металла, срезаемого одним зубом, зависит от обрабатываемого материала и конструкции протяжки:

S_z = 0,02 – 0,15 мм.

         Калибрующая часть протяжки предназначена для окончательного оформления протянутой поверхности по точности обработки и шероховатости.

         Расстояние между лезвиями режущих зубьев – шаг – является одним из основных параметров протяжки. В стружечных канавках должна размещаться стружка, поэтому существует разная форма канавок и размеры. Геометрические параметры зубьев – передний угол (γ = 5⁰ – 20⁰) и задний угол (α= 2⁰ – 3⁰) – выбираются в зависимости от обрабатываемого материала и назначения  протяжки.

         Для облегчения схода стружки на режущих зубьях выполняется стружкоразделительные канавки.

         Число зубьев режущей части определяется по формуле:

Z_p = A/2S_z + (2-3) зуба,

где: А припуск на диаметр в мм;

S_z – толщина слоя, срезаемого одним зубом (подъём на зуб) в мм.

         При протягивании отверстий из-за неточности изготовления протяжки или тонкостенности заготовки наблюдается явление «разбивания» отверстия, что есть его увеличение или уменьшение по отношению к теоретически правильному. Величина «разбивания» установлена опытным путём и находится в пределах:

δ= ± 0,01 ÷ 0,03 мм.

         Калибрующая часть протяжки содержит 4 ÷ 8 зубьев, которые имеют одинаковую высоту и меньшую стружечную канавку. Задний угол их α= 0°30` - 1°.

         Проверка протяжки на прочность проводится в двух опасных сечениях – по впадине хвостовика и по впадине перед первым режущим зубом. Для этого определяется сила резания и находится напряжение растяжения, которое сравнивается с допустимым:

σ_раст. = Р_р/F ≤ [σ_раст.],

где: Р_р – осевая сила резания в МПа; F – площадь опасного сечения в мм².

7.3. Особенности конструкций протяжек

        

Протяжки для круглых отверстий могут быть сконструированы по продольной (одинарного резания) или групповой (переменного резания) схемам резания (рис.15).

         При профильной схеме резания режущие кромки всех зубьев имеют одинаковую форму окружности, при групповой схеме – зубья работают секцией из 2-3 зубьев одного диаметра с различным расположением рабочих участков режущих кромок.

         Шлицевые протяжки предназначены для выполнения шлицевых отверстий. Обычно используются комбинированные шлицевые протяжки, включающие в себя цилиндрическую, шлицевую и фасочную части, последовательность расположения которых может быть различной.

         Протяжки для многогранных отверстий (квадратных, шестигранных и др.) могут быть выполнены по разным схемам резания в зависимости от условий резания и особенностей обеспечения качества поверхности отверстия.

Вместе с этой лекцией читают "22 Философия эпохи эллинизма".

         Шпоночные протяжки применяются для изготовления шпоночных канавок в отверстиях. По конструкции могут быть: с круглым телом, с плоским телом и с утолщённым телом, которое наиболее распространено (Рис.16). Обработка шпоночной протяжкой осуществляется с использованием специального приспособления для её центрирования относительно отверстия.

         Сборные протяжки конструируют в основном с целью экономии инструментальных материалов или использования твёрдого сплава. С многочисленными конструкциями сборных протяжек для отверстий можно ознакомиться в специальной литературе.

         Протяжки для обработки наружных плоских и фасонных поверхностей заготовок обычно состоит из отдельных секций, закрепляемых на инструментальной плите. Расположение секций может быть последовательным, параллельным и параллельно-последовательным. В секциях имеются режущая и калибрующая части. Применяют различные способы крепления секций на плите с помощью винтов, клиньев, прокладок, упоров различной конструкции в зависимости от формы секций и особенностей эксплуатации.

         Принцип протягивания и соответствующие инструменты применяются и в других видах обработки. Так дисковые протяжки используются при протягивании зубьев зубчатых колёс. Могут обрабатываться протягиванием шейки коленчатых валов, а также шлицы винтов, когда перемещаются заготовки относительно протяжки.