Процедура выбора режущего инструмента для токарной обработки

Выбор режущего инструмента для токарной обработки зависит от поверхностей, образующих контур заданной детали. Для обработки основных наружных цилиндрических, конических и торцовых поверхностей в большинстве случаев используют проходные черновые и чистовые (контурные) резцы.

Для обработки внутренних основных поверхностей используют центровочные и спиральные сверла, а также расточные резцы: черновые и чистовые (контурные). Размеры расточного инструмента устанавливают в соответствии с диаметром и длиной внутренних поверхностей деталей, обрабатываемых в патроне [51]. Рассверливать целесообразно уступы, которые по величине больше, чем два прохода, расточным резцом. Зенкеры и развертки для обработки отверстий на токарных станках применять не рекомендуется. Они рентабельны лишь при обработке больших партий деталей или отверстий малого диаметра [54].

Для обработки дополнительных поверхностей используют прорезные резцы (наружные, внутренние и торцевые), внутренние и наружные – для угловых канавок, а также резьбовые наружные и внутренние – для метрических и дюймовых резьб.

При выборе параметров резцов следует обратить внимание на материал режущей части, углы в плане, передний и задний углы, радиус при вершине.

Материал режущей части инструмента выбирают в зависимости от стадии обработки, глубины резания и обрабатываемого материала.

Выбор главного и вспомогательного углов в плане зависит от типа обработки. При черновой обработке необходимо применять резцы с главным углом в плане 30°...450°, а при чистовой и отделочной – использовать резцы с углами в плане близкими к 90°. При указанных параметрах углов при черновой обработке меньше нагрузка на механизм привода подач от сил резания, а на чистовой – радиальная составляющая силы резания минимальна.

Вспомогательный угол в плане и радиус вершины резца оказывают влияние на шероховатость обработанных поверхностей: чем меньше вспомогательный угол в плане и чем больше радиус вершины резца, тем меньше шероховатость. Однако при этом снижается виброустойчивость технологической системы.

Передний и задний углы определяют прочность режущей части резца. Для черновой обработки целесообразно применять резцы с малыми (или отрицательными) передними углами, а для чистовой – с большими значениями этих углов. Резцы выполняются правыми и левыми. Использование того или иного резца зависит от направления рабочей подачи, конструктивного положения револьверной головки (за или перед осью центров), а также из следующих соображений:

– правый инструмент располагается в револьверной головке, находящейся перед осью центров, передней поверхностью вверх, что приводит к разлету стружки из зоны резания;

– левый инструмент устанавливается передней пластиной вниз.

Это приводит к надежному падению стружки в стружкосборник станка.

После выбора инструмента необходимо его распределить по револьверной головке, обеспечив равномерную нагрузку. Расположение осевого и радиального инструментов должно быть таким, чтобы исключались столкновения осевого инструмента с кулачками патрона.

Сущность токарной обработки состоит в формировании цилиндрической поверхности инструментом с одной режущей кромкой, при этом, как правило, происходит вращение заготовки и перемещение резца. Во многих отношениях этот традиционный метод металлообработки является относительно простым для понимания. С другой стороны, этот широко распространенный процесс хорошо поддается оптимизации, путем тщательного изучения различных факторов, оказывающих на него влияние.

Процесс точения достаточно разнообразен по форме и материалам обрабатываемых деталей, типам операций, условиям обработки, требованиям, себестоимости и многим другим факторам.

Существует несколько основных типов токарных операций, в число которых входят резьбонарезание, обработка канавок, отрезка и растачивание, эффективное выполнение которых требует применения специально разработанного инструмента.

Точение можно отнести к числу самых простых операций по выбору типа инструмента, расчету режимов резания и программированию обработки.

Точение - это комбинация двух движений - вращения заготовки и перемещения инструмента. В некоторых случаях заготовка остается неподвижной, а инструмент вращается вокруг нее, но принцип остается тот же. Подача инструмента может быть направлена вдоль оси заготовки, что означает обработку диаметра заготовки. Когда инструмент перемещается в поперечном направлении к центру детали, происходит подрезка торца на определенную длину детали. Иногда подача является комбинацией этих двух перемещений: либо при резьбонарезании, либо при обработке криволинейных поверхностей, что сегодня легко осуществляется на станках с ЧПУ, имеющих огромные возможности программирования траектории перемещения инструмента.

Оптимизация процесса точения происходит не только в направлении повышения скорости снятия металла, но и с целью повышения контролируемости процесса, что в конечном итоге сказывается на качестве обрабатываемых деталей и надежности всей работы. Отделение стружки от заготовки происходит в соответствии с выбранными параметрами резания, которые и определяют ее форму и размер.

При обработке металла резанием необходимо не только получить деталь определенной формы, размера и требуемого качества обработанной поверхности, но и обеспечить образование короткой, легко транспортируемой стружки (рис.1.26).

Рис. 14.26. Удовлетворительные виды стружки

Это особенно важно при высоких режимах обработки на современных станках с ЧПУ, когда в единицу времени образуется большой объем стружки и необходимо обеспечить безостановочную работу оборудования, безопасность оператора и не допустить повреждения обрабатываемой детали. Форма стружки может быть различной, в зависимости от обрабатываемого материала, и изменяется от длинной витой стружки, образующейся при резании вязких материалов до сыпучей стружки, образующейся от хрупких материалов.

Отделение стружки перпендикулярно обрабатываемой поверхности происходит в том случае, когда направление подачи и ось вращения заготовки образуют прямой угол с главной режущей кромкой. Этот несложный вид обработки встречается только на некоторых операциях, таких как отрезка и врезание. Большинство операций точения происходит в условиях, когда главная режущая кромка расположена под определенным углом к направлению резания. Это изменение геометрических параметров влечет за собой изменение направления схода стружки. Чаще всего стружка имеет форму запятых или

винтовых спиралей, в отличие от стружки, образующейся при отрезке и имеющей форму цилиндрической спирали.

На образование стружки большое влияние оказывают главный угол в плане и радиус при вершине инструмента. При уменьшении главного угла в плане толщина стружки уменьшается, а ее ширина растет. Направление схода стружки также изменяется, обычно в лучшую сторону, так как увеличивается шаг спирали. Форма и направление схода стружки также изменяются в зависимости от глубины резания и радиуса режущей кромки. При небольшом соотношении глубины резания и радиуса при вершине в резании будет участвовать только радиусная часть пластины и будет образовываться спиралевидная стружка. Большая глубина резания уменьшит влияние радиуса при

вершине и увеличит действие главного угла в плане на направления схода спиральной стружки. Величина подачи также влияет на ширину поперечного сечения стружки и на направление схода. Квадратная в поперечном сечении стружка обычно свидетельствует о чрезмерной нагрузке на режущую кромку, а широкая стружка будет формироваться в нежелательные длинные ленты (рис.1.27).

Когда завиток стружки становится меньше и утолщается, увеличивается длина контакта между стружкой и инструментом, с ростом давления и деформации. Чрезмерная толщина стружки оказывает негативное влияние на процесс обработки. Когда подача назначается выше допустимого значения, для которого разработана геометрия передней поверхности, стружка будет

проходить над стружколомающей канавкой и упираться в выступы. В результате этого резание будет осуществляться негативной геометрией, вместо позитивной, с нестабильным стружкообразованием.

Рис. 1.27. Рабочая область применения пластины, определяемая сочетанием подачи и глубины резания, обеспечивающим удовлетворительное стружколомание

Чистовые пластины, работающие областью, непосредственно прилегающей к режущей кромке, будут иметь стружколомающую канавку и выступы, сконцентрированные у вершины пластины, а у черновых пластин элементы стружколомающей геометрии будут распределяться по большей части передней поверхности. Некоторые пластины способны обеспечивать удовлетворительное стружкообразование в достаточно широком режимном диапазоне благодаря определенному сочетанию стружколомов, являющихся переходом от радиусной части пластины к широкой.

Способ стружколомания (рис. 1.28) частично зависит от геометрии пластины и инструмента и от режимов резания. Любой из видов стружколомания может приводить к нежелательным последствиям, но их можно избежать, выбрав соответствующие геометрию и режимные параметры. В случае самоломания стружки, при недостаточной стойкости инструмента рекомендуется использовать геометрию с более открытым стружколомом. Когда стружка ломается от соприкосновения с задней поверхностью инструмента, это может привести к повреждению сходящей стружкой режущей кромки на другой стороне пластины и необходимо выбрать пластину с другой геометрией передней поверхности (более прочной или с более открытым стружколомом). Альтернативным решением может быть изменение подачи.

Рис. 1.28. Варианты образования стружки

При обломе стружки о деталь, при обработке с большой подачей может возникнуть недостаточное разлетание стружки и необходимо выбрать меньший главный угол в плане. Материалы, дающие короткую стружку, нуждаются в небольшом стружколоме или могут обойтись без него, а для обработки вязких материалов просто необходима пластина со стружколомающей

геометрией, для деформации стружки в процессе резания. В начальный момент резания, как правило, не происходит ломания стружки. Стружколом является по своей сути встроенным препятствием на пути схода стружки (рис. 1.29). В таком грубом виде он может оказывать негативное воздействие на процесс обработки.

Рис. 1.29. Стружколомы и соответствующие им диаграммы стружколомания

В процессе совершенствования геометрии сменных пластин появлялись различные формы стружколомов, сначала получаемые методом вышлифовывания, а позже формируемые при прессовании и последующем спекании пластины. Современная сменная пластина представляет собой сложное сочетание углов, плоскостей и радиусов для обеспечения оптимального стружкоформирования в процессе резания.

Большинство пластин обеспечивают положительный передний угол при установке в державку с небольшим отрицательным углом, что облегчает формирование стружки и способствует позитивному процессу резания. Отрицательные фаски, имеющие разную длину, в зависимости от рабочей области геометрии предназначены для упрочнения режущей кромки. Контроль за стружкой - это один из важнейших факторов, особенно при точении и сверлении. При фрезеровании процесс резания прерывистый и стружка естественным образом разделяется на части. При сверлении и растачивании контроль за формированием стружки необходим из-за ограниченного пространства внутри обрабатываемого отверстия. В процессе высокопроизводительного сверления необходимо обеспечить формирование стружки строго определенной формы для эффективного удаления ее из зоны резания, накопление

стружки в которой может привести к немедленной поломке инструмента.

Диаграмма удовлетворительного стружколомания для выбранной геометрии пластины (основанная на рекомендуемых значениях подач и глубин глубин резания) и инструментальный материал пластины определяют ее область применения (рис. 1.30, 1.31). Современный ассортимент пластин включает режущие геометрии, предназначенные для обработки большинства существующих материалов.

Геометрии специализированы для чистовых, получистовых и черновых операций, а также для тяжелого чернового точения. Таким образом, контроль за стружкообразованием происходит посредством комбинации геометрии пластины и режимов обработки.

Рис. 1.30. Область удовлетворительного стружколомания, типичная для черновой пластины

Рис. 1.31. Область удовлетворительного стружколомания, типичная для чистовой пластины

Глубина резания на каждой из четырех стадий токарной обработки должна обеспечивать [62]:

– снятие погрешностей обработки и дефектов поверхностного слоя, полученных на предшествующей стадии обработки;

– компенсацию погрешностей, возникающих на выполняемой стадии обработки заготовки.

В связи с этим, если для обработки поверхности детали требуется несколько операций или переходов, общий припуск на обработку делится по глубинам резания для каждой из них. При этом необходимо вначале выбрать глубину резания, обеспечивающую окончательное получение размеров детали. Затем последовательно выбирают глубину резания для промежуточных операций обработки. Так, если деталь требует обработки по четырем переходам, выбирать сначала глубину резания для четвертого, затем глубину резания для третьего и второго переходов обработки. Сумма этих глубин определяет необходимый припуск для перехода от первого перехода обработки заготовки к четвертому. Оставшаяся часть от общего припуска на обработку должна быть снята на первом переходе (черновая обработка) как глубина резания.

Значения подач для каждой операции или перехода при наружном продольном точении и подрезании торцов выбирают в зависимости от обрабатываемого материала, диаметра детали и глубины резания, выбранной на предыдущем этапе. Эти подачи регламентируются материалом режущей части инструмента и способом крепления режущей пластины. Кроме того, табличное значение подачи корректируется с учетом поправочных коэффициентов для каждой операции. Значения подач при растачивании определяют в зависимости от обрабатываемого материала, глубины резания, выбранной на предыдущем этапе, сечения и вылета оправки или резца. Эти значения подач корректируются с учетом поправочных коэффициентов.

Выбранная подача для черновой и получистовой обработки проверяется по осевой и радиальной составляющим силы резания Рx и Рy, допустимым прочностью механизма подачи станка. Если возникает необходимость в получении более высоких параметров шероховатости детали, то подача определяется по карте нормативов с учетом требуемой шероховатости и радиуса вершины резца. Выбранное значение подачи корректируется в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала, инструментального материала, вида обработки, применения СОЖ. После сравнения подачи соответствующей операции обработки с подачей по шероховатости окончательно принимается меньшее из них значение.

Подача при прорезании канавок и отрезании выбирается в зависимости от ширины режущей части резца и ограничивается применяемой маркой инструментального материала и типом конструкции резца. Кроме того, подача корректируется в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала, способа крепления и длины заготовки, шероховатости обработанной поверхности, вида обработки.

Выбор подачи для обработки фасок зависит от способа их формирования. Если фаска обрабатывается путем перемещения резца в направлении одной координаты станка, то подача выбирается аналогично прорезанию канавок. Если фаска обрабатывается путем перемещения резца по двум координатам, то подача выбирается так же, как для контурной обработки.

Скорость резания при растачивании, точении наружных поверхностей и подрезании торцов выбирается для всей обработки в зависимости от глубины резания, подачи, обрабатываемого материала с учетом типа конструкции резца и марки инструментального материала. Кроме этого, скорость резания корректируется поправочными коэффициентами.

Скорость резания при прорезании канавок и отрезании выбирается по рекомендации и ограничивается маркой инструментального материала, а также способом крепления пластины. Скорость резания корректируется с учетом поправочных коэффициентов.

Режимы резания при растачивании, продольном наружном точении и подрезании торцов на черновой и получистовой обработки проверяются по мощности станка. Мощность станка выбирается из карты нормативов и корректируется в зависимости от твердости обрабатываемого материала. Если выбранный режим обработки не допускается мощностью станка, то необходимо установленную по нормативам скорость резания понизить.

В общем случае при выборе подачи следует руководствоваться следующими соображениями: при черновой обработке следует стремиться выбирать максимально возможную подачу. Ограничениями при этом являются мощность станка, жесткость системы СПИД, несущая способность выбранной режущей пластины с учетом геометрии передней поверхности. Экономически целесообразны при черновой обработке такие режимы, при которых большой удельный съем металла достигается за счет комбинации большой подачи и умеренной скорости резания.