Режущий инструмент многоцелевых станков с ЧПУ

3.3.2.1. Режущий инструмент для обработки поверхностей фрезерованием

Основными типами фрез, используемых для обработки широкой номенклатуры деталей на фрезерных станках с ЧПУ, являются торцо- вые и концевые цилиндрические фрезы. Торцовые фрезы применяют- ся для обработки плоскостей, а концевые цилиндрические – для обра- ботки контуров. Однако в ряде случаев плоскости обрабатывают кон- цевыми цилиндрическими фрезами. В зависимости от конфигурации детали и требований чертежа на операциях фрезерования используют концевые сферические, шаровые и конические фрезы, а также диско- вые. При этом следует отдавать предпочтение сборному инструменту (рис. 3.3) [12].

в)

г)

 

 

Рис.3.3. Фотографии сборного инструмента, на примере Sandvik Coromant: а -

торцовая фреза; б - дисковые фрезы; в - концевая фреза; г - сферическая фреза

 

 

С помощью сферических фрез (рис. 3.3, г) может быть обеспе- чена получистовая и чистовая обработки, а также обработка закален- ных сталей с твердостью до 63 HRC.

Концевые цилиндрические фрезы также могут оснащаться СМП

(рис. 3.4).

 

 

Рис. 3.4. Фотография концевой цилиндрической фрезы в работе на примере

Sandvik Coromant.

Наиболее эффективный съем большого объема материала мож- но достичь, работая плунжерными фрезами (рис. 3.5). Эти фрезы ра- ботают с осевой подачей. За счет этого они менее подвержены вибра- циям, и можно более полно использовать все возможности станка, работая на больших подачах.

Рис. 3.5. Фотография плунжерных фрез

 

 

Таблица 4

Области использования систем крепления СМП

Обозначение, схема	Вид обработки	Пример исполнения	Описание
Наружная	Внутренняя
С	Устаревшая система крепления режущих пластин. При разработке новых технологических процессов рекомендуется использовать бо- лее современные конструкции		При таком методе закрепления СМП базируют в закрытом гнезде держав- ки 1 по двум базовым поверхностям и прижимают к опорной поверхности прихватом 2. Быстрый съем СМП обеспечивается дифференциальным винтом 3. Опорную твердосплав-ную пластину 4 закрепляют винтом 5 на державке резца или разрезной пру- жинящей втулкой
Р	Наиболее же- сткая конст- рукция креп- ления режу- щих пластин. Возможность использова- ния негатив- ных пластин	Обработка диа- мет-ров от 32 мм. Высокие требо- вания к системе СПИД. Жесткая конструкция. Возможность ис- пользования не- гативных пластин		СМП базируется в закрытом гнезде державки 1, а рычаг 2, приводимый в действие винтом 3, подтягивает ее к двум боковым стенкам гнезда и при- жимает к опоре. Опорную пластину 4 закрепляют разрезной втулкой 5. Конструкция узла крепления обеспе- чивает возможность быстрого и точ- ного поворота или смены СМП и на- дежного ее закрепления
М

 

 

Окончание табл. 4.

S

Наиболее предпочти- тельный вы- бор при обра- ботке мате- риалов, склон- ных к накле- пу и наросто- образованию. Использова- ние позитив- ных пластин

Обработка диа- метров от 20 мм. Низкие силы ре- зания, плавность процесса резания позволяют прак- тически иск- лючить вибрации

Конусная головка винта 2 крепит СМП непосредственно к опорной по- верхности державки 1. Преимущест- вом этой конструкции являются ком- пактность узла крепления, хороший отвод стружки с открытой передней поверхности, высокая надежность и быстрая смена пластин

При выборе режущего инструмента вначале выявляют типы ин- струментов, необходимые для обработки детали на данной операции. Затем определяют технологические параметры каждого типа инстру- мента: материал режущей части, углы заточки режущих кромок и про- чее. На заключительном этапе выбирают конструктивные параметры режущего инструмента: диаметр фрезы D, длину режущей части l, вы- лет фрезы L, число зубьев z, радиус заточки торца фрезы r.

Материал режущей части торцовой фрезы выбирается в зависи- мости от обрабатываемого материала по картам, приведенным в нор- мативах режимов резания [10]. Здесь же, по нормативным картам, про- водится выбор числа зубьев торцовой фрезы и главного угла в плане.

Диаметр торцовых фрез рекомендуется выбирать по зависимости

 

D = (1,4…1,7)В3, (1)

 

где В3 - ширина заготовки, мм.

Торцовую фрезу следует выбирать, по возможности, меньшего диаметра, так как фрезы меньшего диаметра более производительны и имеют меньшую стоимость [4].

Выбор материала режущей части концевых фрез, а также перед- него и заднего углов в зависимости от различных факторов можно вы- полнить в соответствии с нормативными рекомендациями [9].

Для чистовой обработки контуров диаметр D концевой фрезы выбирается по номинальному размеру наименьшего радиуса сопряже- ния элементов, образующих вогнутость на контуре, т. е. радиус конце- вой фрезы должен быть не больше наименьшего радиуса кривизны во- гнутого контура. Если конфигурация детали не накладывает ограниче- ний на диаметр фрезы, то выбирается концевая фреза с таким макси- мальным диаметром, которую можно установить на станке.

Диаметр черновой фрезы Dmax выбирается из условия доступа инструмента во внутренние острые углы контура (рис. 3.6, а) [10]. При этом желательно, чтобы оставляемый во внутренних углах контура припуск не превышал (0,15...0,25) D, где D – диаметр инструмента, ис- пользуемого на чистовом переходе [1].

Исходя из этих условий, наибольший диаметр инструмента для чернового перехода может быть определен по формулe:

 

 

D max

æ j

2ç d sin

= è 2

æ

ö

- d

1 ÷

ø+ D

j ö

 

, (2)

ç1 - sin ÷

è 2 ø

где δ - максимальный припуск при обработке внутреннего угла; δ1 - припуск для чистовой обработки контура; φ - наименьший угол со- пряжения сторон в данном контуре; D - диаметр окружности, сопря- гающей стороны контура (равен диаметру чистовой фрезы).

а) б) в)

D

 

 

D b

 

Рис. 3.6. Схемы процессов обработки при выборе параметров фрезы

 

Радиус заточки торца фрезы r (рис. 3.6, б) для чистовой обработ- ки определяется номинальным размером наибольшего типового кон- структивного радиуса сопряжения стенок в вертикальном сечении.

При торцовой обработки ребер (рис. 3.6, в) диаметр фрезы целе- сообразно назначать из условия

 

D = (5...10)b + 2r, (3)

 

где b - окончательная толщина стенки ребра; r - радиус закругления у торца инструмента.

Для обеспечения жесткости инструмента необходимо, чтобы его диаметр удовлетворял условию

H ≤ 2,5D, (4)

где Н - максимальная высота стенки обрабатываемой детали (рис. 2.7,

б).

Если это условие не выполняется, тогда выбирают фрезу с бли- жайшим большим типовым диаметром и обработку проводят за не- сколько проходов [1].

Длина режущей части инструмента l для обработки внутренних глухих контуров определяется по формуле

 

l = H + (5...7), (5)

 

а для обработки наружных и сквозных внутренних контуров

 

l = Н + r + 5, (6)

 

где r - радиус скругления у торца фрезы.

Для обработки концевыми фрезами плоскостей рекомендуется выбирать инструмент, у которого торец имеет, самую большую пло- щадь и у него отсутствует радиусная заточка.

После уточнения выявленных технологических и геометрических параметров, а также конструктивных особенностей инструмента про- водится его окончательный выбор по ГОСТам [8]. При отсутствии по- добного инструмента в стандартах инструмент проектируется как спе- циальный.

 

3.3.2.2. Режущий инструмент для обработки отверстий

На станках с ЧПУ сверлильно-фрезерно-расточной группы для обработки отверстий используют следующие основные типы режущих инструментов [3, 9, 10, 13]:

Сверло d (h8) L L0 035-2317- 5,0     -0102 10,0     -0103 16,0     -0104 20,0

– сверла центровочные (рис. 3.7), спиральные; сверла с много- гранными неперетачиваемыми пластинами (рис. 3.8), ступенчатые (рис. 3.9), перовые.

 

Рис. 3.7. Конструктивное исполнение и параметры сверла центровочного

 

 

а) б) в)

Рис. 3.8. Схемы и фотография сверл, оснащенных СМП: а, б – конструктивное исполнение; в – сверло в работе

 

Сверла с СМП обычно используют для горизонтального сверле- ния отверстий глубиной, равной 2,5 диаметрам сверла, а при верти- кальном сверлении – до 1,5 диаметров. По сравнению с быстрорежу- щими спиральными сверлами сверла, оснащенные СМП, обеспечива- ют увеличение скорости резания не менее чем в 5 – 10 раз (до 300 м/мин) при снижении величины подачи в 2 – 3 раза, а из-за отсутствия перемычки усилия подачи уменьшаются на 60 %.

 

а) б) в)

 

Рис. 3.9. Конструктивные исполнения сверл ступенчатых: а – цельное сверло для обработки отверстия и снятия фасок; б, в – сборные сверла для обработки фасок и углублений под головку винта

 

Особенностью эксплуатации сверл с пластинами является необ- ходимость подвода охлаждающей жидкости через внутренние каналы под давлением 0,15МПа. Для вращающегося инструмента должны быть предусмотрены специальные устройства для подвода СОЖ:

– зенкеры и развертки цельные и насадные (рис.3.10);

 

Рис. 3.10. Конструктивное исполнение развертки Reamer 830 (Sandvik Coromant)

 

– зенковки (рис. 3.11) цилиндрические и конические;

Рис. 3.11. Конструктивное исполнение зенковки

 

– метчики;

– расточные оправки (рис. 3.12).

На станках с контурным или комбинированным устройством ЧПУ для обработки отверстий с круговой интерполяцией используют также концевые фрезы.

Выбор режущих инструментов осуществляется в соответствии с заданным маршрутом обработки отверстия, т. е. согласно последова- тельности выполнения переходов. Диаметры режущих инструментов для обработки отверстий на сверлильных станках с ЧПУ ориентиро- вочно можно назначать согласно табл. 5.

Рис. 3.12. Конструктивное исполнение расточных оправокж: а, б, в, г – трех- и двухрезцовые оправки для чернового растачивания; д, е, ж – однорезцо- вые оправки для чистового растачивания

 

Если известны глубины резания t, то необходимые диаметры ин- струментов для каждого перехода, начиная с последнего, рассчитыва- ются по формуле:

di = Di+1 - 2ti+1. (7)

 

Для перехода «зенкования» диаметр инструмента di определяется по формуле

 

di = D0 + 2f, (8)

где D0 – диаметр отверстия в предшествующем переходе или в заго- товке, мм; f – величина фаски, мм.

Длины инструментов выбирают в зависимости от условий обра- ботки, технических требований, предъявляемых к детали и ее конст- руктивных особенностей. После выбора рассчитанных значений диа- метров и длин инструмент назначается по действующим стандартам

[8]. Из полученного набора инструментов для обработки всех отвер- стий детали исключают одинаковые. При наличии в наборе инстру- ментов одного назначения и близких размеров рассматривают воз- можность выполнения соответствующих переходов одним инструмен- том.

Таблица 5

Инструмент для обработки отверстий на сверлильных станках с ЧПУ

Диаметр отверс- тия, D, мм	Диаметр инструмента d, мм
Центровочное сверло	Точность по диаметру отверстия, квалитет
Спи- ральное	Комбиниро- ванное		7…8
сверло	сверло	зенкер	Развертка
черновая	Чисто -вая
2…3	6,3	1,0	D	D-0,1	-	-	DН7
3…4	2,5	-	-
4…6	10,0	4,0	D-0,2	-	-
6…8	5,0	-	D-0,04
8…10	15,0	-
10…13	6,3	D-1,0	D-0,15	D-0,05
13…15	20,0	8,0
15…18	-	-	D-2,0	D-0,2	D-0,06
18…30	-	-

 

Рекомендации по выбору марки инструментального материала в зависимости от обрабатываемого материала приведены в общемаши- ностроительных нормативах [5,6]. Для повышения надежности работы инструмента в неблагоприятных условиях (труднообрабатываемый материал, литье низкого качества) в этих нормативах предусмотрено использование различного конструктивного оформления режущей час- ти, а также инструментов с износостойкими покрытиями [4].

С целью повышения точности обработки гладких отверстий на станках с ЧПУ можно принять во внимание рекомендации:

1. Для повышения точности диаметрального размера и снижения шероховатости поверхности отверстия целесообразно применять ком- би-нированные осевые инструменты, такие как сверло-зенкер, раз- вертка-раскатка, однолезвийная развертка, режуще-деформирующий инструмент и т. п.

2. При использовании инструментов для раскатывания, алмазного выглаживания и образования регулярного микрорельефа достигается резкое снижение шероховатости поверхности отверстия.

3. Применение плавающих, качающихся, плавающе-качающихся патронов и оправок или плавающих разверток, плавающих расточных блоков и т. п. позволяет сохранить ранее достигнутый малый допуск параллельности и перпендикулярности оси при повышении точности формы, размера и снижении шероховатости отверстия.