Д. В. Кожевников ВЛ Гречишников С.В. Кирсанов В.И. Кокарев АГ. Схиртладзе
МАШИНОСТРОЕНИЕ
|
ДЛЯ ВУЗОВ
Д.В. Кожевников, В.А. Гречишников, С.В. Кирсанов, ВЯ Кокарев, А.Г. Схиртладзе
РЕЖУЩИИ ИНСТРУМЕНТ
Под редакцией д-ра техи. наук С.В. Кирсанова
Издание 2-е, дополненное
Допущено Министерством образования и науки Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов ‘Конструкторско-технологическое обеспечение машшюстроительных производств’
МОСКВА
«МАШИНОСТРОЕНИЕ»
УДК 621.9.02 (075»] -ББК 34*Э-5тг7Э-' *58 р
Рецензенты:
В. В. Клепиков - д-р техн. наук, профессор кафедры «Технология и металлорежущие системы автомобилестроения» Московского государственного индустриального университета;
В.А. Рогов - д-р техн. наук, профессор кафедры «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты» Российского университета дружбы народов
Кожевников Д.В., Гречишников В.А., Кирсанов С.В.,
Кокарев В.И., Схиртладзе А.Г.
К58 Режущий инструмент: Учебник для вузов / Под редакцией С.В. Кирсанова. -2-е изд. доп. М.: Машиностроение, 2005.528 с.: ил.
ISBN 5-217-03314-2
Рассмотрены вопросы проектирования основных видов металлорежущих инструментов и оптимизации их конструктивных и геометрических параметров. Описаны современные конструкции режущих инструментов, изложены тенденции их развития с учетом отечественного и мирового опыта.
Второе издание (1-е издание 2004 г.) дополнено материалами о комбинированных инструментах для обработки резьбовых отверстий, а также приведены сведения об инструментальных сплавах.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» и специальностям: «Технология машиностроения», «Металлообрабатывающие станки и комплексы», «Инструментальные системы машиностроительных производств» и направлению подготовки дипломированных специалистов «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»; может быть полезен специалистам в области инструментального производства.
УДК 621.9.02(075.8) ББК 34.63-5 я 73
ISBN 5-217-03314-2 © Издательство «Машиностроение», 2005
© Кожевников Д.К., Гречишников В.А., Кирсанов С.В.,
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ 7
Глава 1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О РЕЖУЩИХ
ИНСТРУМЕНТАХ.......................................................................................................................... 8
1.1. Основные части и конструктивные элементы режущих
инструментов 8
1.2. Способы крепления режущих инструментов на станках 12
1.3. Материалы, применяемые для изготовления режущих
инструментов 19
1.4. Основные направления совершенствования режущих
инструментов 29
Глава 2. РЕЗЦЫ 35
2.1. Конструктивные элементы и геометрические параметры
проходных токарных резцов......................................................................................................... 35
2.2. Особенности конструкции резцов других типов.............. 39
2.3. Способы стружкозавивания и стружколомания при
конструировании токарных резцов............................................................................................. 47
2.4. Фасонные резцы......................................................................... 50
Глава 3. ПРОТЯЖКИ..................................................................................................................... 60
3.1. Назначение, основные типы и области применения
протяжек...................................................................... 60
3.2. Протяжки для обработки отверстий.................................... 63
3.3. Расчет протяжек для обработки круглых отверстий...... 72
3.4. Особенности расчета протяжек для обработки
фасонных отверстий......................................................................................................................... 77
3.5. Особенности конструкций протяжек для обработки
наружных поверхностей................................................................................................................. 83
3.6. Использование твердых сплавов для оснащения
протяжек 88
Глава 4. СВЕРЛА............................................................................................................................. 92
4.1. Перовые сверла.......................................................................... 92
4.2. Спиральные сверла........................................................................ 94
4.3. Недостатки геометрии спиральных сверл и способы ее
улучшения при заточке....................................................................................................................... 108
4.4. Особенности конструкций твердосплавных сверл............. 110
4.5. Сверла для сверления глубоких отверстий........................... 113
Глава 5. ЗЕНКЕРЫ...................................................................................... 126
5.1. Цилиндрические зенкеры............................................................ 127
5.2. Зенковки........................................................................................... 134
Глава 6. РАЗВЕРТКИ.................................................................................. 137
6.1. Развертки цилиндрические. Конструктивные и геометрические параметры 138
6.2. Особенности конструкций других типов разверток........... 144
Глава 7. РАСТОЧНЫЕ И КОМБИНИРОВАННЫЕ
ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИ Й 154
7.1. Расточные инструменты............................................................. 154
7.2. Комбинированные режущие инструменты для обработки отверстий 162
Глава 8. ФРЕЗЫ 166
8.1. Конструкции зубьев фрез. Их достоинства и недостатки 167
8.2. Особенности конструкций фрез с остроконечными
зубьями.... 171
8.3. Особенности конструкций фрез, оснащенных твердым
сплавом.... 183
8.4. Фрезы с затылованными зубьями............................................. 194
8.5. Определение профиля затыловочного резца для фрез
с положительным передним углом................................................................................................... 201
8.6. Профилирование дисковых фасонных фрез для обработки винтовых канавок 204
8.7. Фрезы с двойным затылованием зубьев................................. 223
8.8. Конструктивные параметры дисковых фрез с затылованными зубьями 224
Глава 9. РЕЗЬБООБРАЗУЮЩИЕ ИНСТРУМЕНТЫ..................... 227
9.1. Резьбовые резцы и гребенки................................................. 227
9.2. Резьбонарезные фрезы........................................................... 234
9.3. Метчики......................................................................................... 241
9.4. Резьбонарезные плашки........................................................ 264
9.5. Резьбонарезные головки............................................................ 273
9.6. Инструменты для накатывания резьбы............................ 279
Глава 10. ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ ЗУБЬЕВ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС....................................................................................................... 290
10.1. Основные сведения об эвольвентном зацеплении 291
10.2. Зуборезные инструменты, работающие по методу
копирования 305
10.3. Червячные зуборезные фрезы.............................................. 316
10.4. Зуборезные долбяки............................................................... 338
10.5. Шеверы....................................................................................... 358
10.6. Обкаточные инструменты для деталей с неэволь-
вентным профилем............................................................................................................................... 373
Глава 11. ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ ЗУБЬЕВ
КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС.................................................................................................................. 338
11.1. Основные сведения о конических передачах и параметрах зубчатых колес 388
11.2. Методы и инструменты, применяемые для нарезания
зубьев конических колес.................................................................................................................... 392
11.3. Инструменты для нарезания конических колес с прямыми зубьями 395
11.4. Инструменты для нарезания конических колес с криволинейными зубьями 403
Глава 12. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ИНСТРУМЕНТОВ
ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА 416
12.1. Виды автоматизированных производств и основные
требования к инструментам, применяемым в них..................... 416
12.2. Режущие инструменты, применяемые в автоматизиро-
ванном производстве....................................................................................................................... 418
12.3. Вспомогательные инструменты............................................ 426
12.4. Система инструментальной оснастки для станков
с ЧГТУ и ГПС 430
Глава 13. АБРАЗИВНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ................................. 434
13.1. Технические характеристики абразивных инструментов и основы выбора шлифовальных кругов 434
13.2. Профилирование и правка шлифовальных кругов....... 444
13.3. Некоторые специальные конструкции абразивных
инструментов... 449
Глава 14. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ............................................................................................... 471
14.1. Моделирование организационной структуры САПР РИ
и ее проектных модулей................................................................................................................. 471
14.2. Разработка проектных модулей по выбору и расчету
конструктивных элементов режущих и вспомогательных инструментов....................... 474
14.3. Моделирование в проектировании режущих инструментов 478
14.4. САПР некоторых видов режущих инструментов.......... 483
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...................................................................... 510
Приложение 1. КОМБИНИРОВАННЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ
ДЛЯ ОБРАБОТКИ РЕЗЬБОВЫХ ОТВЕРСТИЙ................................................................ 512
Приложение 2. СОВРЕМЕННЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ
ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ.................................................................................................................... 517
ПРЕДИСЛОВИЕ
Учебник содержит материалы, необходимые для освоения одной из профилирующих дисциплин, предусмотренных государственным обра- човательным стандартом по направлению подготовки дипломированных специалистов «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» и может быть использован по направлению «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств».
В учебнике рассмотрены вопросы расчета и оптимизации конструктивных и геометрических параметров основных видов режущих инструментов в зависимости от свойств режущих и обрабатываемых материалов, других условий резания, а также требований к точности размеров и качеству обработанной поверхности. При анализе конструкций режущих инструментов основное внимание обращается на достоинства и недостатки инструментов, тенденции их развития с учетом мирового опыта и достижений практики в настоящее время.
Учебник иллюстрирован большим числом рисунков и расчетных схем. Все многообразие конструкций режущих инструментов сведено к таким основным видам, как резцы, протяжки, сверла, зенкеры, развертки, расточные и комбинированные инструменты, фрезы, резьбообразующие инструменты, зуборезные инструменты, инструменты для автоматизированного производства и абразивные инструменты.
При написании учебника были критически проанализированы и частично использованы материалы из других учебников, учебных пособий, справочников, методических материалов и публикаций по отдельным видам режущих инструментов.
Глава 1 ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТАХ
Режущие инструменты - это орудия производства, конечная составная часть металлорежущих станков, находящаяся в контакте с обрабатываемой заготовкой. Назначение режущих инструментов - снятие припуска и формирование поверхности и размеров детали в соответствии с техническими требованиями рабочего чертежа.
Несмотря на большое разнообразие конструкций режущих инструментов и специфических особенностей их применения, для них характерны общие конструктивные, геометрические и другие элементы, а также способы крепления на станках.
1.1. ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ
Любой из режущих инструментов имеет рабочую (режущую) и крепежную части. В основе режущей части лежит клин, предназначенный для снятия стружки.
Крепежная часть, оформленная в виде корпуса или хвостовика, служит для установки, базирования и закрепления инструмента на станке.
Режущий клин ограничен двумя поверхностями: передней, по которой сходит стружка, и задней, обращенной к поверхности резания, которая образуется после снятия стружки; если эти поверхности плоские, их называют гранями, и при пересечении они образуют режущую кромку (лезвие).
Различают главную и вспомогательную режущие кромки. Первая служит для срезания основной части припуска, а вторая - лишь частично участвует в этом процессе и служит для зачистки и окончательного формирования обработанной поверхности. У некоторых инструментов, например резьбонарезных, вспомогательные режущие кромки отсутствуют. С целью обеспечения работоспособности многолезвийных инструментов пространство между лезвиями должно быть достаточным по объему для свободного размещения снимаемой стружки. С этой же целью на передних поверхностях часто предусматривают углубления, уступы и другие элементы для завивания или дробления стружки. При большой ширине срезаемых слоев на режущих кромках делают канавки или выемки для деления стружки по ширине и рационального распределения нагрузки между лезвиями.
У многих режущих инструментов (сверла, зенкеры, развертки, про- гяжки и др.) рабочая часть делится на режущую и калибрующую.
Режущая часть служит для снятия основного припуска, калибрующая - для окончательного формирования обработанной поверхности и носполнения режущей части инструмента при переточках (в некоторых I иучаях она также служит для направления инструмента и обеспечения «го самоподачи, например у резьбонарезных инструментов).
У инструментов для обработки отверстий калибрующая часть оформляется в виде «ленточек», на которых расположены вспомогательные режущие кромки. Ленточки служат для направления и базирования инструментов в отверстии, а вспомогательные кромки - для окончательного формирования обработанной поверхности отверстий. Для предот- мращения защемления инструментов в отверстии и снижения сил трения на ленточках вследствие упругой деформации обработанных поверхно- 1 гей, как правило, предусматривается небольшая обратная конусность, I с. уменьшение наружного диаметра инструмента в направлении к хвостовику.
Для подвода смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) в рабочей части инструментов могут быть выполнены внутренние каналы.
В зависимости от назначения инструмента и формы поверхности де- |.1ли режущие кромки по форме могут быть прямолинейными, винтовыми или фасонными.
Винтовые стружечные канавки и режущие кромки, располагаемые на них, обеспечивают лучшие условия удаления стружки из зоны резания и более равномерную работу инструмента.
Работоспособность, прочность и стойкость всех режущих инструментов зависят:
- от материала, из которого изготовлен режущий клин;
- от физико-механических свойств обрабатываемого материала (твердость, прочность и др.);
- от углов заточки режущего клина, называемых геометрическими параметрами инструмента.
На оптимальное значение последних влияют режимы резания: скорость v, подача 5 и глубина t.
На рабочих чертежах инструментов не принято указывать угол заострения р режущего клина; приводят только значения углов заточки: переднего у и заднего а, имея в виду, что (3 = 90° - (у + а). Эти углы отсчитываются от координатных плоскостей: основной и плоскости ре- 111ИИЯ, задаваемых кинематикой взаимодействия инструмента и заготовки в процессе резания.
|
Рис. 1.1. Сечение режущего клина инструмента плоскостью, нормальной к главной режущей кромке:
а - прямолинейные передняя и задняя поверхности (грани);
б - криволинейные передняя и задняя поверхности
Положение взаимно перпендикулярных координатных плоскостей (рис. 1.1, а) определяется двумя линиями: режущей кромкой и векторами скорости резания (плоскость резания) и подачи (основная плоскость). Передний угол у - это угол между передней плоскостью и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания. Задний угол а - это угол зазора между задней поверхностью и плоскостью резания. Если в сечении, нормальном к режущей кромке, передняя и задняя поверхности инструмента криволинейны, то их заменяют прямыми, касательными к ним (рис. 1.1, б). Кроме обязательных углов у и а, режущие кромки могут быть заточены также с углами в плане <р и ср, и с углом X наклона главной режущей кромки к основной плоскости. Более подробно определение и назначение этих углов рассмотрено в гл. 2 на примере проходного токарного резца.
На форму режущих кромок, а также стойкость инструмента, производительность и точность изготовления детали оказывают влияние метод формообразования поверхности детали и схема резания. Окончательное формообразование поверхности детали может быть осуществлено следующими методами: следа, копирования и обката (огибания).
При использовании метода следа (рис. 1.2, а) обработанная поверхность образуется вершиной режущей кромки в соответствии с формой траектории ее движения, задаваемой станком.
а) б) в)
1’ис. 1.2. Методы формообразования инструментом (И) поверхности детали (Д) при точении по следу (а), копирования (б) и огибания (в)
Форма режущей кромки совпадает с образующей обработанной по- нерхности только при методе копирования (рис. 1.2, б), реализуемом при радиальной подаче инструмента.
При методе огибания (обката) (рис. 1.2, в) обработанная поверхность является огибающей различных положений режущей кромки, которые обеспечиваются кинематикой процесса обработки, т.е. согласованными движениями инструмента и заготовки.
Под схемой резания понимают последовательность удаления припуска режущими кромками. В конструкциях режущих инструментов применяются следующие схемы резания: профильная, генераторная, комбинированная, одинарного и группового резания.
При профильной схеме режущие кромки подобны профилю обработанной поверхности, а припуск удаляется за счет превышения каждого последующего зуба над предыдущим. Таким образом, обработанная поверхность окончательно формируется последним режущим зубом, т.е. применяется комбинированная схема.
При генераторной схеме форма режущей кромки не совпадает с профилем детали, а обработанная поверхность формируется последовательно всеми зубьями инструмента. При этом качество поверхности несколько ухудшается, но удается значительно увеличить подачу и стойкость инструмента. В этом случае для снижения шероховатости поверхности последние зубья инструмента выполняют по профильной схеме.
Рис. 1.3. Форма режущего клина:
а - при заточке; б - при износе по передней грани; в - при износе по задней грани
Эти схемы резания, а также одинарная и групповая схемы используются главным образом при протягивании и служат для перераспределения нагрузки между зубьями (см. гл. 3).
При заточке режущих клиньев на зубьях, предназначенных для чистовой, окончательной обработки, необходимо обратить внимание на остроту лезвия, которая характеризуется радиусом скругления р, и на назначаемую толщину срезаемого слоя аг. На инструментах из быстрорежущей стали после заточки и доводки минимальное значение радиуса р = 0,005 мм. Затупление режущего клина вызывает увеличение этого радиуса, и при а2 < 0,02 мм вместо резания происходит смятие и уплотнение срезаемого слоя (рис. 1.3, а). При этом возможно появление нароста и резкое ухудшение качества обработанной поверхности. Снятие минимальной толщины среза требует тщательной заточки и доводки рабочих поверхностей режущего клина.
При работе с большими подачами износ клина концентрируется на передней поверхности в форме лунки (рис. 1.3, б), а при снятии тонких стружек и при обработке хрупких материалов - на задней поверхности в виде площадки износа (рис. 1.3, в). Это необходимо учитывать при назначении припуска на переточку и выборе формы режущих зубьев и методов их заточки.
1.2. СПОСОБЫ КРЕПЛЕНИЯ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ НА СТАНКАХ
По способу крепления на станках все инструменты делятся на стержневые, насадные и концевые (хвостовые). У стержневых инструментов крепежная часть представляет собой стержень круглого, прямоугольного или квадратного сечений, выполненный заодно с корпусом и закрепляемый в суппорте станка.
У насадных инструментов в корпусе имеются отверстия цилиндрической или конической формы (рис. 1.4), с помощью которых инструменты насаживаются на оправки. Сами же инструменты представляют собой тела вращения, на цилиндрической или конической поверхности которых находятся режущие зубья. Цилиндрические посадочные отверстия диаметрами 8... 100 мм стандартизованы, их выполняют с высокой точностью - по Н6 и //7, а для передачи крутящего момента делают продольную шпоночную канавку шириной Ьк = 2...25 мм. Базирование инструмента осуществляется по отверстию и его торцам. Однако в связи с тем, что эта посадка подвижная и всегда имеется зазор между инструментом и оправкой, это вызывает нежелательное биение режущих кромок.
Более точную посадку обеспечивают конические отверстия с конусностью 1:30 (рис. 1.4, б), используемые, например, у разверток и зенкеров. Чтобы не ослаблять стенки корпуса инструмента, шпоночные пазы, служащие для передачи крутящего момента, выполняют на торце корпуса.
С обоих торцов цилиндрических и конических посадочных отверстий снимают фаски а в середине отверстий делают выточку глубиной
1 мм и длиной 1/3... 1/4 от длины отверстия. Выточка уменьшает длину посадочной поверхности, сокращает трудоемкость ее изготовления, а также уменьшает износ шлифовального круга. У инструментов дискового типа (фрезы, долбяки) такие выточки не делают.
Диаметры оправок для насадных инструментов определяют расчетом из условия допустимой прочности на кручение и изгиб [22, 23].
Концевые инструменты изготавливают с цилиндрическими или коническими хвостовиками, которые входят в отверстия шпинделей станков непосредственно или через переходные втулки, оправки и патроны.
Достоинствами цилиндрических хвостовиков (рис. 1.5) являются: простота при высокой точности изготовления, возможность регулирования вылета инструмента в осевом направлении. Недостаток - наличие зазора при подвижной посадке. Для передачи крутящего момента некоторые типы хвостовиков имеют поводки в виде квадратов, лысок или вырезов для крепления винтами. Гладкие цилиндрические хвостовики применяют у инструментов малых диаметров, закрепляемых в цанговых или кулачковых патронах.
Лучшее центрирование с посадкой без зазора обеспечивает крепление с помощью конических хвостовиков. Чаще всего используют само- тормозящиеся хвостовики типа Морзе (№ 0...6) и метрические с конусностью 1:20 (угол конуса 2а = 2°50'). Достоинством этих конусов является возможность передачи крутящих моментов без дополнительных элементов и только за счет сил трения на поверхностях контакта конуса с гнездом. При этом, например, у сверл момент трения увеличивается при возрастании осевой составляющей силы резания.
Рис. 1.5. Типы цилиндрических хвостовиков режущих инструментов |
|
а)
J'//////////777?- | |
|
|
У////Л |
в) |
Рис. 1.6. Конические хвостовики Морзе: а, б-типы; в - схема выбивания клином конического хвостовика из шпинделя станка
На рис. 1.6 показаны конические хвостовики с лапкой (рис. 1.6, а) и затяжкой (рис. 1.6, б) в гнезде болтом. При этом следует иметь в виду, что лапка не должна передавать крутящий момент, а предназначена только для «выбивания» инструмента из гнезда с помощью клина (рис. 1.6, в).
Для увеличения силы трения хвостовики обычно термически не обрабатывают за исключением лапки, которую закаливают для предохранения от смятия. Чтобы не повредить клином центровое отверстие, торец лапки обрабатывают по радиусу.
Крутящий момент, передаваемый конусом, можно определить из расчетной схемы (рис. 1.7). Здесь касательная составляющая силы трения на поверхности конуса
sin а
где Р0 - осевая составляющая силы резания; N - нормальная составляющая силы трения; а - угол наклона образующей конуса; ц - коэффициент трения.
Крутящий момент от касательной составляющей силы трения на среднем диаметре;
Tdcp _ мро p + d
М кр = 2-= -^-2-----------------
2 sin а 4
|
|
N |
Рис. 1.7. Расчетная схема для определения крутящего момента, передаваемого коническим хвостовиком (2а < 3°) |
При изготовлении конуса возможна угловая погрешность Да, кото- |шя снижает и влияет на биение режущих кромок. С учетом этого
v гочненное значение Мкр
А^кр ~ ~7~(1 ~ 0,04Аа). (1.1)
sin а 4
Здесь допускаемое значение Да =10', а коэффициент трения ц = 0,096 (сталь по стали).
Определив экспериментально отношение М^ /Р0 для заданного значения диаметра инструмента, можно по уравнению (1.1) найти диаметры конуса D, d и подобрать по ГОСТ 25557-82 ближайший номер хвостовика.
У хвостовиков без лапок (см. рис. 1.6, б) для создания осевого усилия и предотвращения выпадения хвостовика из гнезда на торце делают резьбовое отверстие, в которое ввертывается болт-тяга (штревель). Такие хвостовики применяют на фрезах при малых осевых составляющих силы резания.
Дата добавления: 2015-09-29; просмотров: 224 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
