Режущий инструмент, используемый на станках с чпу

Режущий инструмент является составной частью комплексной автоматизированной системы станка с ЧПУ. Тщательному выбору и подготовке инструмента для станков с ЧПУ должно уделяться особое внимание. Это связано с высокой стоимостью этого оборудования и необходимостью достижения максимальной производительности и более высокой точности обработки. Для обеспечения автоматическо- го цикла работы станков требуется более высокая степень надежно- сти работы инструмента.

Режущий инструмент для станков с ЧПУ должен удовлетворять следующим требованиям [3]:

– обеспечение высоких и стабильных режущих характеристик;

– удовлетворительное формирование и отвод стружки;

– обеспечение заданных условий по точности обработки;

– универсальность применения для типовых обрабатываемых поверхностей различных деталей на разных моделях станков;

– быстросменность при переналадке на другую обрабатываемую деталь или замене затупившегося инструмента.

На станках с ЧПУ наибольшее распространение получил сбор- ный инструмент со сменными многогранными пластинами (СМП). Широкое применение СМП обусловлено следующими факторами:

– обеспечивает значительную экономию дефицитных режущих материалов;

– существенно сокращается время подналадки инструмента (СМП могут быть замены без снятия корпуса инструмента из револь- верной головки, в ряде случаев не требуется после замены СМП при- вязка инструмента);

– возможность быстрого подбора режимов резания путем заме- ны пластин;

– стабильное получение одинаковой величины шероховатости при прочих равных условиях;

– надежное дробление стружки;

– исключается необходимость в заточке инструмента.

В качестве режущего материала для инструмента станков с ЧПУ используют: твердые сплавы, керамику, сверхтвердые синтетические материалы и быстрорежущие стали.

Твердые сплавы подразделяют на четыре группы: вольфрамо- вые, танталовольфрамовые, титанотанталовольфрамовые и безвольф- рамовые. Они различаются по химическому составу, физико- механическим и эксплуатационным свойствам.

По классификации ISO твердые сплавы независимо от химиче- ского состава подразделяются, в зависимости от их пригодности для обработки определенных материалов, на три группы. Каждая группа обозначается буквой и цветом (синим, желтым или красным) и разде- лена на подгруппы, характеризующие конкретное назначение твер- дых сплавов: Р (синий) - сплавы для обработки углеродистой, легиро- ванной, высоколегированной и инструментальной сталей; М (жел- тый) – сплавы для обработки нержавеющих и жаропрочных сталей, титановых сплавов; К (красный) – сплавы для обработки чугунов, цветных металлов, закаленной стали, пластмасс и древесины.

Основным направлением повышения работоспособности твер- дых сплавов является нанесение на поверхность инструмента износо- стойких покрытий, повышающих его стойкость в 3–4 раза. В качестве покрытий применяют, в основном, карбид титана и нитрид титана.

За последние два-три года расширилось применение покрытий инструмента из быстрорежущей стали нитридом титана с целью по- вышения стойкости.

Поскольку различие в стойкости покрытого и непокрытого ин- струментов возрастает с повышением скорости резания, следует ра- ботать на более высоких скоростях резания для повышения произво- дительности труда и увеличения суммарного числа деталей, обрабо- танных одним инструментом.

В сборном режущем инструменте от правильного выбора спосо- ба крепления пластин в значительной степени зависят его надеж- ность, долговечность и стойкость.

Крепление должно обеспечивать:

– надежность (не допускать микросмещений пластины в процес- се резания);

– плотный контакт опорной поверхности пластины с опорной поверхностью паза в державке;

– точность позиционирования и взаимозаменяемость режущих кромок при повороте и смене пластин;

– стабильность геометрии;

– дробление, завивание и надежный отвод стружки;

– минимальное время для смены лезвий.

Крепление должно быть компактным и технологичным.

Конструкции креплений зависят от конструкций самих СМП и от вида инструмента, величины и направления нагрузки на пластину в процессе резания, от условий размещения элементов крепления и других факторов.

СМП, в зависимости от заднего угла, делятся на негативные и позитивные. Пластины без заднего угла получили название негатив- ных, так как при установке в пазу державки возникал отрицательный передний угол, равный углу наклона опорной поверхности паза. Пла- стины с задними углами можно устанавливать в корпусе с положи- тельным передним углом. Такие пластины получили название пози- тивных (рис. 3.1).

a) б)

d

d

 

Рис. 3.1. Форма сменных многогранных пластин: а – позитивная СМП; б – не- гативная СМП

 

Коэффициент использования твердого сплава в негативных пла- стинах в 2 раза выше, чем в позитивных, так как первые после износа всех режущих кромок с одной стороны могут быть перевернуты, при этом их опорная поверхность становится передней поверхностью.

Недостаток этих пластин заключается в том, что при обработке с отрицательными передними углами возникают большие по значе- нию силы резания, вызывающие при определенных условиях вибра- цию и приводящие к выкрашиванию и поломке пластин.

Совершенствование методов точного прессования позволяет из- готовлять пластины с большими положительными передними углами (одно- и двусторонними) с установкой в державках, предназначенных для негативных пластин. При этом сохраняется положительный пе- редний угол, вследствие чего снижаются (до 30 %) силы резания, за-

трачиваемая мощность станка, нагрузка на пластину и обрабатывае- мую заготовку детали, уменьшается опасность появления вибраций.

Пластины такого типа называют негативно-позитивными: они устанавливаются в державке подобно негативным пластинам, но со- храняют при этом положительный передний угол в процессе резания.

 

 

МАТЕРИАЛЫ РЕЖУЩЕЙ ЧАСТИ СОВРЕМЕННОГО ИНСТРУМЕНТА НА ПРИМЕРЕ МАТЕРИАЛОВ SANDVIK

В настоящее время на рынке присутствует большое число фирм, занимающихся производством металлорежущего инструмента (табл.2). Каждая из них использует свои технологии и материалы, но вся их продукция соответствует стандартам ISO.

Современный инструмент на сегодняшний день рассматривают как систему, на функционирование которой влияют геометрия инст- румента, материал рабочей части и покрытие. Все элементы допол- няют друг друга, и неправильный выбор одного из них может значи- тельно ухудшить общие результаты. Однако основополагающим в системе является материал рабочей части.

 

Таблица 2

Характеристика ряда мировых фирм производителей металлорежу- щего инструмента

№ п/п	Название	Страна	Ценовая категория	Продукция
	Sandvik	Швеция	высшая	Пластины твердосплавные, развертки, резцы, сверла, фрезы
	Seco	Швеция	высшая	Зенкеры, зенковки, метчики, пластины, твердосплавные развертки, резцы, сверла фрезы
	Iscar	Израиль	высшая	Резцы, сменные режущие пла- стины, державки, сверла, фрезы, зубила, метчики, развертки, сверла

Окончание табл.2

№ п/п	Название	Страна	Ценовая категория	Продукция
	Mitsubishi	Япония	высшая	Сменные режущие пластины, резцы, расточной инструмент, резьбонарезной инструмент, фрезы, сверла
	TaeguTec	Корея	низкая	Сменные режущие пластины, резцы, расточной инструмент, резьбонарезной инструмент, фрезы, сверла
	Walter	Германия	средняя	Резцы, сменные режущие пла- стины, державки, сверла, фрезы, резцы, метчики, резьбонарезной инструмент, развертки
	ООО «ПКФ Ин- струмент- сервис»	Россия	низкая	Фрезы, резцы, твердосплавные пластины, сверла, метчики, раз- вертки, зенкеры, зенковки, пилы дисковые сегментные
	ООО «ПЕТБОР»	Россия	средняя	Фрезы, резцы, твердосплавные пластины, сверла
	ZCC	Китай	низкая	Пластины из спеченного карбида для фрезерования, пластины из спеченного карбида с покрытием и различными уг- лами крепления для токарных работ, точные многогранные ин- струменты и микросверла из спеченного карбида.

 

Марка сплава пластины выбирается в зависимости от материала детали, условий обработки и типа операции. Обозначение сплава по- казывает тип инструментального материала и область применения этого материала. Инструментальный материал и геометрия пластины работают совместно, и, например, недостаток прочности геометрии может компенсироваться прочностью сплава.

Современные инструментальные материалы разнообразны и их развитие продолжается. При этом развиваются не только сами инст-

рументальные материалы, но и технологические процессы их изго- товления. Это привело к тому, что теперь есть высокопроизводитель- ный инструмент для любых типов обработки. Основными инструмен- тальными материалами являются:

· твердый сплав с покрытием (HC);

· твердые сплавы (HW);

· керметы (HT, HC);

· керамика (CA, CN, CC);

· кубический нитрид бора (CBN);

· искусственые поликристаллические алмазы (DP, HC)(рис.3.2).

 

Рис. 3.2. Диапазоны скоростей обработки при точении.

 

Марки твердых сплавов разделены на две группы и размещены в диаграмме ISO/ANSI в зависимости от их износостойкости и прочно- сти:

· основной сплав;

· дополнительная марка сплава.

Основными характеристиками твердых сплавов являются изно- состойкость и прочность. Именно они влияют на выбор сплава для конкретного случая обработки. Существуют рекомендации по совме- стному применению сплавов и геометрий пластин, однако необходи- мо помнить, что существует немало вариантов оптимизации обработ- ки и многие сплавы способны заменять друг друга.