Тема № 1.7 Примеры оригинальных конструкций режущего инструмента
Номенклатура нестандартных режущих инструментов намного представительней, чем стандартных. В отечественной истории техники большинство таких конструкций связано с именами станочников-новаторов производства: П. Б. Быкова, В.К. Семинского, Г. С. Борткевича, В.М. Бирюкова и многими другими.
Это лишний раз доказывает, что совершенствование оснастки начинается, прежде всего, теми, кто непосредственно занимается обработкой резанием. Другое дело, когда улучшение конструкций требует точных расчётов и больших затрат. В этом случае к конструированию и изготовлению подключаются инженеры и учёные специализированных фирм и предприятий.
Примерами нестандартных инструментов являются однолезвийные развёртки, двузубые зенкеры, трёхлезвийные свёрла, сверла с каналами для подвода СОЖ, свёрла с регулируемым диаметром, резцы с внутренним охлаждением и многие другие.
Рассмотрим конструкции некоторых нестандартных режущих инструментов.
Зенковки фирмы «Madison» (Германия) [2].
Применяются для притупления острых кромок (снятия грата) с внешней и внутренней стороны отверстий диаметром от 6 до 30 мм (рис. 7.1, а, б, в, г).
Рис. 1.7.1. Зенковки (а, б, в) фирмы «Madison» (Германия) и схема их заточки (г)
Рабочая часть зенковки двустороннего действия (рис. 1.7.1, а) разрезана пазом 5 на две части, образующие два упругих лепестка, на которых выполнены заходная часть 1 и зубья 3 с режущими кромками 2 и 4.
Жёсткость лепестков можно регулировать, перемещая кольцо 6 по цилиндрической части зенковки и закрепляя его в определённом положении винтом 7, который своим коническим концом заходит в паз 5 и тем самым создаёт точку защемления лепестков. Чем ближе к передней части закреплено кольцо, тем выше жёсткость лепестков.
Схема работы данной зенковки показана на рис. 1.7.2.
Рис. 1.7.2. Схема работы зенковки двустороннего действия
В позиции I вращающаяся зенковка своей передней направляющей введена в отверстие и производится снятие грата на внешнем торце отверстия.
При дальнейшем перемещении зенковки (позиция II) её лепестки сжимаются и свободно проходят в отверстие. Обратным ходом (позиция III) производится снятие грата на внутреннем торце отверстия. Продолжая обратное движение, лепестки, как и в позиции II, сожмутся, а зенковка выйдет из отверстия.
Скорость вращения данной зенковки такая же, как и при сверлении, подача выбирается в пределах от 0,2 до 0,5 мм/об. Большее значение подачи соответствует большему диаметру зенковки.
Фрагмент зенковки для снятия грата только на внутреннем торце отверстия (обратной подачей) показан на рис. 1.7.1, б. Зенковка имеет сферическую 8 и цилиндрическую 9 заходные части и режущие кромки 10.
Для обработки фаски на внешнем торце и снятия грата на внутреннем торце применяется зенковка, изображённая на рис. 1.7.1, в. Режущие кромки 2 снимают грат, а режущие кромки 3 производят обработку фаски. Заходная часть 1 имеет сферическую форму.
Режущие части зенковок выполняются из быстрорежущей стали в виде приваренных пластин, лепестки и хвостовик – из пружинной стали.
Отечественные аналоги данных зенкеров были разработаны Костромским СКБ АЛ и АС[9].
Зенковка с откидывающейся резцовой вставкой [2].
Применяется для подрезки торцов отверстий, расположенных внутри замкнутого пространства заготовки (рис. 1.7.3).
Рис. 1.7.3. Конструкция зенковки с откидывающейся резцовой вставкой
В оправке 1 имеются выборка 2, а также два соосных отверстия: резьбовое отверстие для винта-центра 5 и центровое отверстие 7. Между этими отверстиями установлена подвижная режущая вставка 8 с припаянной твёрдосплавной пластиной 9. Со стороны левого торца вставка сопряжена своим центровым отверстием 6 с конусом винта-центра, со стороны правого торца – своим наружным конусом с центровым отверстием оправки. Натяжение между сопряжёнными поверхностями регулируется винтом 7 так, чтобы вставка легко поворачивалась под действием собственного веса. После регулировки винт стопорится с помощью сухарика 4 и винта 3.
Профиль и размеры сечения выборки 2 в оправке выбраны такими, что при повороте вставки влево она, заняв положение 10, не выступает за габариты сечения оправки. В таком положении оправка, установленная в пиноль станка, вводится в отверстие заготовки до тех пор, пока вставка не выйдет за обратный торец отверстия.
После этого включают правое вращение пиноли, и вставка под действием собственного веса и сил инерции поворачивается вправо, пока не упрётся в плоскость 11. Затем включают обратную подачу шпинделя и производят обработку. При включении левого вращения вставка занимает положение 10 и не мешает выводу оправки из отверстия.
В процессе обработки зенковка центрируется по отверстию в заготовке, поэтому диаметр d цилиндрической части оправки 1 должен иметь небольшой зазор по отношению к диаметру отверстия в заготовке.
Переточку режущей вставки по задним поверхностям на торце и по периферии производят отдельно от оправки на заточном станке.
Подобная автоматическая обратная зенковка применяется на станках с ЧПУ[4].
Отрезные резцы фирмы «Coromant» (Швеция) [2]
Отрезные резцы фирмы «Coromant» с механическим креплением неперетачиваемых твёрдосплавных пластин (рис. 1.7.4).
Рис. 1.7.4. Отрезной резец фирмы «Coromant» (Швеция):
общий вид (а), конструкция режущей пластины (б),
увеличенный вид рабочей части резца (в)
Режущая призматическая пластина 1 предварительно крепится упругим лепестком 2, а в процессе резания она поджимается к державке усилиями резания по принципу самозаклинивания. Для снятия пластины применяется специальный ключ с эксцентриком, который приподнимает лепесток, освобождая пластину. Передняя поверхность 3 имеет специальную геометрию: по краям она выше, чем в центре, где предусмотрена канавка 4. Уступ 5 служит для завивания стружки 6 в спираль и выход её из паза без повреждения стенок заготовки. Отсутствие трения стружки в пазу значительно снижает усилия, действующие на резец, и температуру в зоне резания. Это позволяет работать с повышенными скоростью и подачей.
Такие резцы позволяют также отрезать заготовки большего диаметра при меньшей ширине пластины и работать с ударными нагрузками, например при отрезке квадратных заготовок со стороной 100 мм резцом с шириной пластины 2,23,1 мм.
Круглые самовращающиеся резцы [5, 7]. Применяются для точения, растачивания и подрезки торцов при обработке заготовок на токарных станках (ротационное резание). Различные конструкции таких резцов разработаны как за рубежом, так и в России. При работе круглыми вращающимися резцами сила резания снижается на 30 %, температура резания – на 250°С. Высокая эффективность применения таких резцов объясняется следующими причинами:
резкое увеличение длины рабочего участка режущего лезвия;
непрерывное обновление режущего лезвия, что обеспечивает интенсивный теплоотвод и надёжное его экранирование СОЖ во время холостого движения;
большая масса инструмента, прилегающая непосредственно к зоне резания;
отсутствие наиболее слабой части инструмента – вершины.
На рис. 1.7.5 показаны общий вид точения вращающимся резцом (а) и пример одной из конструкций (б). Представленная на рисунке конструкция применяется при точении углеродистых, легированных, конструкционных и жаропрочных сталей со скоростью резания 300400 м/мин, подачей
0,51,0 мм/об и глубиной резания 0,21,0 мм. Высота шероховатости обработанной поверхности составляет 1,255 мкм по шкале Ra.
Рис. 1.7.5. Точение вращающимся резцом (а) и пример конструкции ротационного круглого чашечного резца, оснащённого твёрдым сплавом (б):
1 – державка резца; 2 – вращающаяся ось; 3, 4 – железографитовые подшипники;
5 – чашечный резец; 6 – гайка; 7 – смазка
Однокромочное сверло с каналами для подвода СОЖ и внутренним отводом стружки [10] применяется для глубокого сверления (рис. 1.7.6).
Рис. 1.7.6. Однокромочное сверло для глубокого сверления с внутренним отводом стружки
Охлаждающая жидкость (СОЖ) подводится к месту резания под высоким давлением через каналы (на рисунке их три) в сверле. Образующаяся при резании стружка и отработанная СОЖ отводятся через внутреннее отверстие стержня сверла. На поверхности сверла имеются направляющие ленточки (а, b, с), обеспечивающие центрирование сверла в отверстии. В целях дробления сходящей стружки режущую часть сверла снабжают стружкодробительными уступами на передней поверхности. В результате вместо одной сплошной режущей кромки работают несколько отдельных кромок (зубцов).
Библиографический список к теме № 1.7
1. Справочник конструктора-инструментальщика/ Под общ. ред. В.И. Баранчикова. – М.: Машиностроение, 1994 (Библиотека конструктора).
2. Драгун, А.П. Режущий инструмент. (Для молодых рабочих)/ А.П. Драгун. Лениздат, 1986
3. Направления развития режущего инструмента для станков с ЧПУ в Японии. (Обзор зарубежного опыта) – НИАТ, 1990.
4. Маслов, А.Р. Прогрессивный инструмент для обработки отверстий/ А.Р. Маслов, А.В. Дворецкий, Ю.И Подвербный, В.Н. Фёдоров. – Вып. 4 –ВНИИТЭМР, 1990
5. Дыков, А.Т. Прогрессивный режущий инструмент в машиностроении/ А.Т. Дыков, Г.И. Ясинский. Л.: Машиностроение, 1972.
6. Каменкович, С.Л. Режущий инструмент высокой производительности/ С.Л. Каменкович. Московский рабочий, 1947.
7. Резание металлов. Станки и инструменты. Итоги науки и техники. Т.4 М.: ВИНИТИ, 1976.
8. Перспективы развития режущего инструмента и повышение эффективности его применения в машиностроении, 1315 сент. 1978 г. (Тез. докл.)/ Под ред. Г.И. Грановского. – М.: ВНИИ, 1978.
9. Мойса, М.К. Повышение производительности труда при обработке деталей на станках с ЧПУ/ М.К. Мойса. – М.: Машиностроитель, № 6, 1990. с. 17-18.
10. Обработка металлов резанием/ Под общ. ред. В.А. Кривоухова. – М.: 1958.