Что бы точение на токарном станке тел вращения стало более эффективным, предложена конструкция фрезы, оснащенной СТМ, которая обеспечивает повышение производительности и эффективности обработки.
Однако, для начала проведем краткий обзор основных типов токарных резцов, которые используют при точении. Разные виды работ, выполняемых на токарных станках, обусловливает необходимость применения большого разнообразия токарных резцов. Основные и чаще всего используемые из них являются проходные, чистовые, подрезные, отрезные и расточные.
Проходные, или обдирочные, резцы (рис. 1, а) применяются для предварительной грубой обработки и подрезания деталей, во время которых снимается наибольшая часть металла. Поэтому эти резцы имеют такую форму, при которой обеспечивается наибольшая производительность станка. Чистота обработанной поверхности, а также обязательное соблюдение точных допусков детали при этом не требуется.
Далее рассмотрим чистовые резцы (рис. 1, б). Они используются для окончательной отделки деталей. Лишний металл, который снимается в данном случае, обычно небольшой по толщине. Основное требование, предъявляемое к чистовому резцу, — это достижение требуемой чистоты обработанной поверхности.
Следом идут подрезные резцы, которые применяются для обработки торцовых поверхностей. Еще для этих целей используются проходные отогнутые резцы (рис. 1, б).
Отрезные резцы (рис. 1, г) применяют для отрезания от прутков требующихся кусков материала. При отрезании важно обеспечить как можно меньшую потерю материала, поэтому отрезные резцы делают узкими (тонкими), вследствие чего они получаются ломкими и непрочными, часто выходят из строя и работа ими требует большой осторожности и умения.
Расточные резцы (рис. 1, д) используются для растачивания различных отверстий, выемок и т. д. Размеры резцов этого типа (поперечное сечение и длину стержня) выбирают в соответствии с размерами обрабатываемого отверстия.
Рис. 1. Основные типы инструмента: проходной прямой резец (а), чистовой резец (6), проходной отогнутый резец (в), отрезной резец (г), расточной резец (д)
Кроме перечисленных резцов, при токарной обработке используются резцы прорезного типа, резцы фасонные, резьбовые типы резцов и некоторые другие резцы, более или менее специального назначения.
При точении на токарном станке деталей из труднообрабатываемых материалов на токарных станках резцы не всегда удовлетворяют требованиям технологического процесса. В качестве примера обозначим варианты обработки на токарных станках, когда применение резцов не позволяет реализовывать технологический процесс с учетом технических требований на деталь. К таким вариантам относится обработка длинномерных валов, когда резец изнашивается в процессе точения одной детали и не позволяет выдерживать размер в пределах допуска на диаметр детали. В этом случае целесообразно реализовать обработку по способу фрезоточения. В качестве режущего инструмента применяется фреза, оснащенная режущими элементами из сверхтвердых материалов (СТМ фрезы) составной или сборной конструкции дискового типа. В этом случае дисковая фреза имеет следующие преимущества: чистовой резец производит точение на токарном станке с точностью в лучшем случае до 8-го квалитета и шероховатостью Ra до 1,6…3,2 мкм, фреза позволяет улучшить оба параметра на 1-2 пункта, поскольку в отличие от резца она имеет несколько режущих кромок, а значит, имеет большую стойкость; при точении на резец будут действовать большие нагрузки, для устранения которых приходится снижать подачу, уменьшая производительность, а фреза способна работать в условиях высоких нагрузок при большой подаче, увеличивая производительность обработки за счет большего числа режущих кромок; при обработке резцом для дробления стружки приходится использовать стружколомы, как накладные, так и «встроенные», реализованные в виде пазов и уступов на передней поверхности пластины, а каждый из которых имеет узкий диапазон подач, трудоемкость изготовления, при обработке фрезой стружка снимается каждым зубом фрезы и дробится на отдельный элемент; возможна обработка на токарных станках заготовок с наличием твердой корки (поковки, отливки), а также труднообрабатываемых материалов, так как зуб фрезы в данном случае будет плавно резать под корку, что помогает существенно снизить износ фрезы и увеличить стойкость. Кроме того, CTM фрезы, могут заменить операцию шлифования, обеспечивая размерную стойкость, так как в отличие от шлифовального круга не имеют процесса осыпания. Основные варианты схем обработки деталей по способу фрезоточения представлены на рис. 2-4.
Рис. 2. Наружная токарная обработка длинномерных валов, нарезание резьбы
Рис. 3. Обработка деталей сложного профиля, нарезание резьбы на заданном отрезке
Рис. 4. Обработка двумя фрезами, установленными в специальном приспособлении, работающем от одного привода: наружное точение, нарезание резьбы
На фрезах могут использоваться вставки из сверхтвердого материала. В частности, фрезы оснащенные пластиной из ПТНБ (модификация композита-09), применяются в плоскошлифовальных станках вместо шлифовальных кругов при фрезеровании чугуна; скорость резания при этом выбиралась в пределах 800 … 1000 м/мин. Возможные варианты конструкций фрез, оснащенных СТМ, для процесса фрезоточения и нарезания резьб представлены на рис. 5-9.
Рис. 5. Дисковая фреза составная с напайными пластинами из СТМ типа R3 для профильной обработки диаметром d=18 мм и посадочным отверстием D=9 мм
Рис. 6. Дисковая фреза составная с напайными пластинами из СТМ типа R4 для нарезания резьбы диаметром d=20 мм и посадочным отверстием D=10 мм
Рис. 7. Дисковая сборная фреза со вставками с напайными пластинами из СТМ типа R3 для профильной обработки, нарезания резьбы и наружного точения диаметром d=24 мм и посадочным отверстием D=10 мм
Рис. 8. Дисковая фреза сборная со сменными пластинками с напайными СТМ для нарезания резьбы и токарной обработки диаметром d=20 мм и посадочным отверстием D=9 мм
Рис. 9. Дисковая фреза составная с напайными пластинами из СТМ для токарно-фрезерной обработки диаметром d=18 мм и посадочным отверстием D=8 мм
Выбор режимов точения на токарном станке зависит от свойств обрабатываемого материала, требований к величине микронеровностей, формы режущей кромки инструмента. В качестве примера возьмем продольное наружное точение заготовки из стали 45 диаметром 60 мм до диаметра 55 мм с параметром шероховатости Ra=3,2 мкм. Величина припуска для инструмента t=0,04, D=60×0,04=2,5 мм.
Рекомендуемая величина припуска для фрезы, оснащенной СТМ, будет равна 0,5 мм, следовательно, заготовку необходимо обработать за 5 рабочих ходов. Подача на зуб Sz при этом будет равна 0,04 мм/зуб. Скорость резания V при стойкости инструмента Т=90 мин будет равна 180 м/мин.
С учетом поправочных коэффициентов на твердость (HRCv=35, КHRCv=1,0), формы обрабатываемой поверхности (плоскость, Кv2=1,1) и величины диаметра фрезы (D=16 мм, Kv4=1,0) скорость резания будет равна 198 м/мин. Сила резания будет равна Pz=64 H. Мощность при обработке будет Nэ=0,5 кВт.
В качестве другого примера возьмем продольное наружное точение на токарном станке заготовки из серого чугуна СЧ15 диаметром 80 мм до диаметра 72 мм. Величина припуска для инструмента будет t=0,05, D=80×0,05=4 мм. Рекомендуемая величина припуска для фрезы, оснащенной СТМ, будет равна 0,5 мм, следовательно, заготовку необходимо обработать за 8 рабочих ходов. Подача на зуб Sz при этом будет равна 0,06 мм/зуб. Скорость резания V при стойкости инструмента Т=90 мин будет равна 1140 м/мин.
С учетом поправочных коэффициентов на твердость (HRCv=250, КHRCv=0,9), формы обрабатываемой поверхности (плоскость, Кv2=1,1) и величины диаметра фрезы (D=16 мм, Kv4=1,0) скорость резания будет равна 1128 м/мин. Сила резания Pz будет равна 22 H. Мощность при обработке Nэ будет равна 1,5 кВт.
Третий пример - точение канавки на заготовке из закаленной стали 03Х18Н11 диаметром 80 мм до диаметра 45 мм. Величина припуска для инструмента будет равна величине самой канавки: t=b=5 мм. Подача на зуб Sz при этом будет равна 0,04 мм/зуб. Скорость резания V при стойкости инструмента Т=90 мин будет равна 98 м/мин.
С учетом поправочных коэффициентов на твердость (HRCv=55, КHRCv=1,2), формы обрабатываемой поверхности (канавка, Кv2=0,8) и величины диаметра фрезы (D=16 мм, Kv4=1,0) скорость резания будет равна 94 м/мин. Сила резания Pz будет равна 142 H. Мощность при обработке Nэ будет равна 1,1 кВт.
Параметры режущего инструмента также зависят от свойств обрабатываемого материала. Например, при обработке стали с твердостью HRC 35 … 50 передний угол инструмента γ=5º … 10°, задний угол инструмента α=10º … 12°. В то же время при обработке твердого сплава ВК8 передний угол инструмента γ будет равен -20º … -25°, задний угол инструмента α будет равен 6º-8°. При обработке металлокерамида на основе железа передний угол инструмента γ=0º-5°, задний угол инструмента α=8º … 10°. Точение на токарном станке можно сделать гораздо эффективнее используя CTM фрезы.
