/
Автор: Родин П.Р.
Теги: формообразование со снятием стружки молоты и прессы разделительные операции без образования стружки, дробление и измельчение, обработка листового материала, изготовление резьбы металлорежущие станки металлические конструкции обработка металлов издательство высшая школа
Год: 1973
Текст
Издательское объединение «Вища школа»
Головное издательство
Учебник для машиностроительных вузов
Редактор Т. Г. Снятынская
Художественное редактирование
и оформление Ю. П. Щепкина
Технический редактор Л. Ф. Волкова
Корректор О. А. Савицкая
Сдано в набор 26.XI 1973 Р- Подписано к печати 2.VII 1974 г. Формат
бумаги 70x901/is- Бумага тип. № I. Физ. печ. л. 25. Усл. печ. л.
29.25. Уч-изд. л.29,78. Тираж 23СЮ0. Изд. № U51 ГФ 31442- Цена
в пер. Хе 5—1 руб. 21 коп., в пер. № 7—1 руб. 39 коп. Зак. Хе 4-1967-
Го ловное издательство издательскою объединения «Вища школа»,
252054, Киев. 54. Гоголевская, 7.
Отпечатано с матриц Головного предприятия республиканского
производственного объединения «Полиграфкннга» Госкомиздата
УССР, г. Киев, ул. Довженко, 3 на Харьковской книжной фаб-
рике «Коммунист* республиканского производственного объеди-
нения <Полнграфкинга» Госкомиздата УССР, г. Харьков, ул.
Энгельса, 11.
6П4.6.08
Р60
УДК 621.9.02 (07)
Металлорежущие инструменты. Родин П. Р. Издатель-
ское объединение «Вища школа», 1974, 400 с.
В книге описаны методы расчета и конструирования
металлорежущих инструментов. Большое место отводит-
ся анализу общих принципов конструирования режущих
инструментов, овладение которыми позволяет грамотно
проектировать новые и совершенствовать известные инст-
рументы. Даны рекомендации по выбору материалов,
применяемых при изготовлении режущих инструментов,
а также рассмотрены абразивные инструменты, которые
находят все более широкое применение в машинострое-
нии.
Учебное пособие написано в соответствии с программой
курса «Проектирование режущих инструментов» й пред-
назначено в качестве учебника для студентов машино-
строительных специальностей вузов.
Табл. 9. Ил. 294. Библиогр. 31
Редакция литературы по машиностроению и приборо-
строению
Зав. редакцией О. А. Добровольский
30102—054
Р М211(04)—74 79—74
Издательское объединение «Вища школа», 1974.
5
ВВЕДЕНИЕ
Металлорежущий инструмент явля-
ется одним из важнейших орудий про-
изводства. Он используется при обра-
ботке резанием всевозможных деталей
на металлорежущих станках. При этом
срезается часть материала заготовки
в виде стружки до получения требуемой
поверхности детали.
В настоящее время в машинострое-
нии используется большое количество
разнообразных режущих инструментов.
Например, широко применяются токар-
ные резцы, имеющие одну режущую
часть и такие сложные инструменты,
как протяжки, имеющие несколько де-
сятков режущих зубьев.
На заре развития человеческой куль-
туры одними из первых орудий, которы-
ми пользовались люди в процессе свое-
го труда, были каменные орудия. Уже
в эпоху неолита человек достиг боль-
шого мастерства в изготовлении самых
разнообразных каменных орудий: скреб-
ков, резцов, наконечников, иголок, кин-
жалов, топоров, молотков, долот, мо-
тыг, серпов, напильников.
Каменные орудия были хрупкими,
они часто ломались, а расширявшаяся
производственная деятельность людей
требовала более прочных орудий. По-
этому в 3—1 тысячелетиях до н. э. на
смену камню пришли медь, олово и
бронза. Орудия, изготовленные из брон-
зы, были прочными, но им недоставало
твердости и остроты каменного орудия.
Поэтому бронза не могла вытеснить
каменные орудия.
Развитие ремесла настоятельно требо-
вало создания такого материала, кото-
рый сочетал бы в себе прочность брон-
зы и твердость камня. Таким материалом
явилось железо. Оно дало ремесленнику
орудия такой твердости и остроты, кото-
рым не мог противостоять ни один ка-
мень, ни один из известных тогда метал-
лов.
В средневековье еще отсутствует раз-
деление труда между отдельными цехами
и внутри цехов между отдельными ра-
бочими.. Каждый рабочий должен был
уметь делать все операции, связанные с
продукцией его цеха.
Мануфактурный период, который при-
шел на смену ремесленному производст-
ву, ознаменовался тем, что производство
было разделено на ряд операций и
каждая из них выполнялась отдельным
рабочим, что привело к соответствую-
щей дифференциации орудий труда и
приспособления их к определенным опе-
рациям мануфактурного производства.
«Коллективный рабочий», который соз-
давался в результате мануфактурного
труда определенного числа рабочих,
был гораздо производительней, чем то
же число рабочих, самостоятельно осу-
ществляющих все операции по изготов-
лению данного изделия.
Резкий скачок в развитии производи-
тельных сил общества мы наблюдаем
6
Введение
при переходе от мануфактурного произ-
водства к машинной индустрии, это
было связано с переходом от ручного
труда к машинному, с передачей меха-
низму функций непосредственного воз-
действия на предмет труда.
Применение машин позволило вывес-
ти мощность орудий труда далеко за
пределы физических возможностей че-
ловека, повысить скорости протекания
рабочих процессов, развить принципы
агрегатирования машин, когда в еди-
ный комплекс, управляемый человеком,
включается ряд рабочих механизмов.
Ручной труд не мог разрешить и мно-
гих технических задач, которые стали
возникать в машиностроении, при воз-
растающей сложности машин, увели-
чения их мощностей и точности работы
механизмов.
Основным техническим средством при
обработке металлов в тот период был
ручной токарный станок. В процессе
работы на нем рабочий держал резец
в руках и перемещал его в требуемом
направлении, в соответствии с формой
обрабатываемой поверхности. Необхо-
димо было на станке иметь механизм,
который держал бы резец и заменил
таким образом руку человека. Таким
механизмом явился суппорт токарно-
го станка. Токарные станки с суппор-
том впервые были построены в России
А. К. Нартовым (1693—1756 гг.).
Применение суппорта позволило ис-
пользовать машинный инструмент, соз-
дать высокопроизводительные, много-
инструментальные станки, позволяю-
щие изготовлять различные детали ма-
шин с высокой степенью точности и
быстроты.
Переход к машинной индустрии при-
вел к чрезвычайно бурному развитию
инструментов и созданию новых их
типов.
Во второй половине XIX века появ-
ляются такие инструменты, как спи-
ральйое сверло, развертка, зенкер, раз-
нообразные фрезы, в том числе затыло-
ванные фасонные фрезы для обработки
зубчатых колес. В конце XIX и начале
XX веков стали использоваться в про-
изводстве такие сложные инструменты,
как червячные фрезы, зуборезные дол-
бяки, гребенки и др. Двадцатые годы
XX века характеризуются внедрением
такого инструмента, как протяжка, кото-
рая в настоящее время находит широкое
применение в силу высокой производи-
тельности и качества обработки. В этот
же период начинают применять всевоз-
можные комбинированные инструмен-
ты, наборы ннструмеитов, позволяющие
совмещать различные операции.
Режущий инструмент является важ-
нейшим элементом техники различных
отраслей машиностроительной промыш-
ленности. На протяжении всей исто-
рии техники усовершенствования режу-
щего инструмента оказывали большое
влияние на конструкцию металлорежу-
щих станков и технологию машинострое-
ния.
Например, применение быстрорежу-
щей стали вместо углеродистой инстру-
ментальной вызвало резкое повышение
режимов обработки и, соответственно,
производительности труда.
Скорости резания инструментов из
углеродистых сталей колебались около
10 м/мин. Инструменты же из быстро-
режущей стали позволили повысить ско-
рость резания до 30—40 м!мин. Подоб-
ное повышение скорости резания не
могло не отразиться на конструкции
металлорежущих станков. Станки, имею-
щие большее число оборотов, стали
более жесткими, более массивными.
Групповой трансмиссионный привод
был заменен индивидуальным.
Примером наиболее совершенного то-
карного станка, предназначенного для
обработки деталей машин быстрорежу-
щими резцами, может служить станок
Введение
7
ДИП завода «Красный пролетарий».
Первая партия из 10 станков ДИП-200
была выпущена к 1 мая 1932 г. Токарно-
винторезный станок ДИП-200 с высо-
той центров 200 мм имел индивиду-
альный электропривод, обеспечиваю-
щий максимальное число оборотов шпин-
деля (600 об/мин).
Дальнейший прогресс машинострое-
ния связан с применением твердых спла-
вов в качестве материала режущих
инструментов. Использование твердых
сплавов позволило увеличить скорости
резания в 3—4 раза по сравнению со
скоростями быстрорежущих инстру-
ментов. Подобное резкое увеличение ско-
рости резания настоятельно потребовало
создания новых металлорежущих стан-
ков, соответствующих возможностям но-
вых инструментов.
Применительно к обработке твердо-
сплавным инструментом станки ДИП
устарели. Поэтому в 1949 г. завод
«Красный пролетарий» стал выпускать
новую модель токарного станка 1А62
с увеличенной мощностью и в два раза
большим максимальным числом оборо-
тов шпинделя по сравнению со станком
ДИП-200.
Но и этот станок, который выпускал-
ся до 1956 г., не мог удовлетворить всем
требованиям скоростного резания.
Поэтому на заводе «Красный проле-
тарий» был создан и в ноябре 1956 г.
запущен в производство станок 1К62
с числом оборотов от 12,5 до 2000 об/мин.
Таким образом, внедрение новых,
более совершенных, инструментальных
материалов приводит к соответствую-
щему изменению конструкций металло-
режущих станков, заставляет проек-
тировать их с увеличенными числа-
ми оборотов, более модными и жест-
кими.
Режущий инструмент не только ока-
зывает влияние на конструкцию стан-
ков, технологию изготовления изделий,
но и в определенной степени оказывает
воздействие на конструктивные формы
деталей машин. Так, появление и широ-
кое распространение в машиностроении
шлицевых соединений стало возможным
благодаря применению метода протя-
гивания. Например, шлицевой протяж-
кой можно обеспечить высокопроизводи-
тельную обработку шлицевого отверстия
с необходимой точностью. Но с другой
стороны, например, развитие тяжелого
станкостроения потребовало создания но-
вых конструкций крупногабаритных ин-
струментов. Разработка и использова-
ние в машиностроении автоматических
линий также потребовала проектирова-
ния инструментов с высокой размер-
ной стойкостью, способного обрабаты-
вать детали в пределах заданных допус-
ков в течение определенного времени,
например смены. В результате были
разработаны инструменты с обновляю-
щейся в процессе резания режущей
кромкой, инструменты с автоматиче-
ской подналадкой, инструменты с на-
стройкой на размер вне станка, устройст-
ва для автоматической замены изно-
шенного инструмента в процессе работы
линии.
На первый взгляд может показаться,
что роль режущих инструментов в про-
мышленности невелика. Однако, если
учесть, что на машиностроительных за-
водах ежедневно миллионы режущих
кромок обрабатывают десятки миллио-
нов всевозможных деталей, то станет
ясным значение инструмента в народ-
ном хозяйстве.
Успешное развитие любого машино-
строительного производства в значи-
тельной степени зависит от того, на-
сколько оно обеспечено надлежащим ко-
личеством инструмента.
В дореволюционное время в России
не было ни одного специализирован-
ного инструментального завода. Режу-
щий инструмент для собственных нужд
8
Введение
изготовляли только Тульский, Пути-
ловский, Златоустовский, Ижевский,
Обуховский, Коломенский заводы. Из-за
границы ввозилось 90% режущих ин-
струментов. В 1919 г. в Москве был
организован первый в нашей стране спе-
циализированный государственный ин-
струментальный завод. На первом эта-
пе завод специализировался на про-
изводстве режущего и зажимного ин-
струмента. Его основными изделиями
стали фрезы, метчики, плашки, разверт-
ки, сверла. Производство инструмента
было организовано на основе разделе-
ния процесса производства на ряд эле-
ментарных операций и выполнения каж-
дой операции отдельным рабочим на
определенном станке, оснащенном спе-
циальным приспособлением. Подобный
подход к организации производства ин-
струмента был по тому времени новым
и прогрессивным и оказался весьма эф-
фективным.
Этот принцип разделения технологиче-
ского процесса на ряд операций и исполь-
зования универсального оборудования
при его оснащении специальными приспо-
соблениями был применен на других за-
водах. В частности его использовал
Сестрорецкий инструментальный завод,
который в 1922 г. принял профиль ин-
струментального завода. В период вос-
становления народного хозяйства, на-
ряду с названными, функционировали
такие специализированные заводы, как
завод им. Ленина в Златоусте, завод ре-
жущих инструментов в Харькове, на-
пилочные заводы в Миассе и Ворошилов-
граде.
К концу первой пятилетки вступил в
строй мощный инструментальный завод
«Фрезер» им. М. И. Калинина. В связи
с пуском и развертыванием производства
инструмента на заводе «Фрезер», а так-
же на таких заводах, как Сестрорецкий
и Златоустовский, роль Московского
инструментального завода (МИЗа) как
поставщика нормального режущего ин-
струмента становилась второстепенной.
С этого периода МИЗ переходит на про-
изводство протяжек, зуборезных инстру-
ментов и другого сложного нестандарт-
ного инструмента.
Таким образом, за годы довоенных
пятилеток произошли существенные из-
менения в развитии инструментальной
промышленности. К началу 1941 г. толь-
ко в системе Министерства станкостро-
ения было девять инструментальных за-
водов.
Вместе с тем, несмотря на рост специ-
ализированной инструментальной про-
мышленности, роль ее в удовлетворении
потребности народного хозяйства в ре-
жущем инструменте была все же не-
большой. В то же время в стране не-
прерывно и быстро росло число машино-
строительных предприятий, вступили в
строй тракторные заводы в Волгограде,
Харькове, Челябинске, автомобильные
заводы в Москве и Горьком, заводы
тяжелого машиностроения на Урале,
Украине и др. Только за годы пер-
вой пятилетки было введено в дейст-
вие свыше 1500 новых заводов и фаб-
рик.
Естественно, что такое положение вы-
звало необходимость дальнейшего стро-
ительства на машиностроительных за-
водах крупных инструментальных це-
хов, которые создавались в короткие
сроки, для удовлетворения потребнос-
тей предприятий в необходимом инстру-
менте. В результате в промышленности
выросли инструментальные цехи, ста-
ночный парк которых, поденным 1932 г.,
вдвое превышал станочный парк инстру-
ментальных заводов. Крупные инстру-
ментальные цехи, представлявшие по
существу заводы средней величины, бы-
ли созданы на тракторных и автомо-
бильных заводах, на авиационных и
других предприятиях. В результате к
концу 1940 г. наша страна почти со-
Введение
9
вершенно отказалась от импорта режу-
щего инструмента.
В годы Великой Отечественной войны
в результате перебазирования промыш-
ленности на восток страны количество
специализированных инструментальных
заводов почти удвоилось и возросло
до семнадцати к ее окончанию. Были
созданы инструментальные заводы в
Томске, Новосибирске, Оренбурге, Свер-
дловске. В послевоенный период рас-
ширение производства инструмента шло
по пути внедрения новых прогрессив-
ных методов их изготовления и организа-
ции новых инструментальных заводов
в Виннице, Львове, Минске, Вильнюсе
и других городах. В настоящее время в
стране насчитывается свыше 50 специа-
лизированных инструментальных заво-
дов. Однако задача сосредоточения произ-
водства стандартного инструмента на
специализированных инструментальных
заводах пока еще не решена. Поэтому
в соответствии с Директивами XXIV съез-
да КПСС по пятилетнему плану раз-
вития народного хозяйства на 1971—
1975 гг. предусматривается расширение
специализированного производства ме-
таллорежущего и абразивного инстру-
мента и повышение его качества.
По девятому пятилетнему плану раз-
вития народного хозяйства СССР ин-
струментальная промышленность Мин-
станкопрома значительно увеличит вы-
пуск за пятилетку специализированного
металлорежущего инструмента. Прирост
объема выпуска будет получен, главным
образом, в результате роста производи-
тельности труда. Предусматривается
ввод Фрунзенского, Белгородского, Ор-
шанского заводов, а также реконструк-
ция таких заводов, как Томский, Сверд-
ловский, Оренбургский, Московский ин-
струментальный, «Фрезер».
Одним из главных направлений в ра-
боте инструментальщиков в девятой пя-
тилетке явится повышение качества вы-
пускаемого инструмента, в частности
его стойкости за счет применения бо-
лее производительных марок инстру-
ментальных сталей и твердых сплавов,
создания и освоения новых высокопро-
изводительных конструкций инструмен-
та, разработки и внедрения высокоэф-
фективных технологических процессов
производства инструментов.
Широкое распространение и приме-
нение всевозможных машин, создание
их работоспособных конструкций стало
возможным только на базе развития
соответствующих отраслей наук.
Должный размах исследования в об-
ласти обработки металлов режущими
инструментами получили в нашей стра-
не после Великой Октябрьской социали-
стической революции. Большой вклад
в разработку теории процесса резания,
проектирования режущих инструментов
внесли лаборатории вузов, в частности
Московского высшего технического учи-
лища им. Баумана, Московского станко-
инструментального института, Москов-
ского авиационного института им. Орд-
жоникидзе, Харьковского, Киевского,
Ленинградского, Томского политехниче-
ских институтов и др.
Значительные творческие работы про-
ведены также коллективами заводов и их
технологическими лабораториями.
Исследования в области обработки
металлов резанием широко развернуты
также в отраслевых научно-исследова-
тельских институтах (ВНИИ, ЭНИМС,
ЦНИИТМаш).
Параллельно с бурным развитием со-
циалистического народного хозяйства в
Советском Союзе успешно решается за-
дача подготовки инженерно-технических
кадров.
Одной из инженерных специальностей
советских вузов является специальность
инженера-механика по технологии маши-
ностроения, металлорежущим станкам
и инструментам. Впервые подготовка
10 Введение
инженеров в этой области была орга-
низована в Советском Союзе в тридца-
тых годах, когда усиленными темпами
начало развиваться машиностроение, в
частности станкостроение и инструмен-
тальное производство. В 1930 г. был соз-
дан Московский станкоинструментальный
институт. В этот же период началась под-
готовка инженеров, специализирующих-
ся в области станкостроения и инструмен-
тального производства в МВТУ им. Бау-
мана, Киевском, Харьковском, Одесском
политехнических институтах и др.
Специалисты по технологии машино-
строения, металлорежущим станкам и
инструментам после окончания вуза
могут работать на самых разнообраз-
ных машиностроительных заводах раз-
личных отраслей народного хозяйства.
Процессы производства всевозмож-
ных деталей машин на машинострои-
тельных заводах непрерывно совер-
шенствуются. Развитие заготовитель-
ных процессов идет по пути повышения
точности заготовок и соответственного
уменьшения припусков на обработку
резанием. Однако, несмотря на это,
объем обработки деталей резанием
продолжает оставаться высоким. На-
пример, в турбостроении трудоемкость
механосборочного производства состав-
ляет около 70%, а в станкостроении и
тракторостроении — около 60% от об-
щей трудоемкости изготовления ма-
шин.
Нужно отметить, что уже длительное
время соотношение числа действующих
единиц кузнечно-прессового и метал-
лорежущего оборудования почти не
изменяется.
За последнее время появились хими-
ческий и электрохимический методы
обработки металлов, анодномеханичес-
кая, электроэррозионная и электроим-
пульсная, ультразвуковая, электронно-
лучевая обработка.
При обработке новых видов высо-
копрочных, нержавеющих и жаропроч-
ных материалов, трудно обрабатыва-
емых обычными методами резания, ус-
пешно используются физико-химичес-
кие методы. Однако объем работ, вы-
полняемых новыми физико-химичес-
кими методами, в настоящее время
невелик. Можно полагать, что в бли-
жайшем будущем темпы развития
этих методов будут опережать темпы
развития обработки резанием, но, это
существенно не повлияет на место и
значение обработки резанием в маши-
ностроении. При оценке роли обработ-
ки резанием необходимо учитывать ее
высокую маневренность и гибкость,
возможность изготовления самых раз-
нообразных деталей, ограниченных
сложными фасонными поверхностями,
относительно малое влияние свойств
обрабатываемого материала на точ-
ность и качество обработки, более вы-
сокую точность размеров по сравне-
нию с другими методами обработки,
сравнительно малую стоимость инстру-
мента, большую гибкость станков при
переналадке, малые удельные затраты
энергии.
Совершенствование заготовительных
процессов приводит к увеличению доли
чистовой обработки, но не исключает
обработку резанием.
Усложнение конструкций машин, по-
вышение их точности и качества при-
водит к тому, что, несмотря на развитие
других методов обработки металлов, до-
ля обработки резанием в машинострое-
нии существенно не изменяется, а объем
ее значительно возрастает.В ближайшем
обозримом будущем резание останется
наиболее распространенным видом об-
работки, в решающей степени определя-
ющим экономические показатели маши-
ностроения, трудоемкость изготовления
и качество машин.
11
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
История развития обработки метал-
лов показывает, что одним из эффектив-
ных путей повышения производитель-
ности труда в машиностроении являет-
ся применение новых инструментальных
материалов. Например, применение
быстрорежущей стали вместо углеро-
дистой инструментальной позволило уве-
личить скорость резания в 2—3 раза.
Это потребовало существенно усовер-
шенствовать конструкцию металлоре-
жущих станков, прежде всего увеличить
их быстроходность и мощность.
Аналогичное явление наблюдалось так-
же при использовании в качестве ин-
струментального материала твердых
сплавов.
Инструментальный материал должен
иметь высокую твердость, для того чтобы
в течение длительного времени срезать
стружку.
Значительное превышение твердости
инструментального материала по сравне-
нию с твердостью обрабатываемой за-
готовки должно сохраняться и при на-
греве инструмента в процессе резания.
Способность материала инструмента
сохранять свою твердость при высокой
температуре нагрева определяет его
красностойкость (теплостойкость).
Режущая часть инструмента должна
иметь большую износостойкость в усло-
виях высоких давлений и нагрева.
Важным требованием является также
достаточно высокая прочность инстру-
ментального материала, так как при не-
достаточной прочности происходит вы-
крашивание режущих кромок, либо по-
ломка инструмента, особенно при их
небольших размерах.
Инструментальные Материалы долж-
ны обладать хорошими технологически-
ми свойствами, т. е. легко обрабаты-
ваться в процессе изготовления инстру-
мента и его переточек, а также быть
сравнительно дешевыми.
В настоящее время для изготовления
режущих элементов инструментов приме-
няются следующие материалы:
1) инструментальные стали (углеро-
дистые, легированные и быстрорежу-
щие);
2) твердые сплавы;
3) минералокерамические материалы;
4) алмазы;
5) абразивные материалы.
§ 2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ
Режущие инструменты, изготовленные
из углеродистых инструментальных ста-
лей У10А, У11А, У12А, обладают доста-
точной твердостью, прочностью и износо-
стойкостью при комнатной температуре,
однако теплостойкость их невелика.
При температуре 200 — 250° их твер-
дость резко уменьшается. Поэтому они
применяются для изготовления ручных
12
Глава I. Инструментальные материалы
и машинных инструментов, предназна-
ченных для обработки мягких метал-
лов с низкими скоростями резания,
таких как напильники, мелкие сверла,
развертки, метчики, плашки и др. Угле-
родистые инструментальные стали имеют
низкую твердость в состоянии поставки,
что обеспечивает их хорошую обрабаты-
ваемость резанием и давлением. Однако
они плохо закаливаются и требуют при-
менения при закалке резких закалоч-
ных сред, что усиливает коробление ин-
струментов и опасность образования
трещин.
Инструменты из углеродистых инстру-
ментальных сталей плохо шлифуются из-
за сильного нагревания, отпуска и по-
тери твердости режущих кромок. Из-за
больших деформаций при термической
обработке и плохой шлифуемости угле-
родистые инструментальные стали не
используются при изготовлении фасон-
ных инструментов, подлежащих шлифо-
ванию по профилю.
С целью улучшения свойств углеро-
дистых инструментальных сталей были
разработаны низколегированные стали.
Они обладают большей прокаливаемос-
тью и закаливаемостью, меньшей чувст-
вительностью к перегреву, чем углеро-
дистые стали, и в то же время хорошо
обрабатываются резанием и давлением.
Применение низколегированных сталей
уменьшает брак из-за деформации и тре-
щин по сравнению с получаемым при
термической обработке углеродистых
сталей. Примером низколегированных
сталей может служить сталь У1IX, ко-
торая представляет собой углеродис-
тую сталь с небольшими добавками
хрома.
Низколегированные стали не превос-
ходят углеродистые стали по режущим
свойствам, так как введение в сталь
небольшого количества легирующих эле-
ментов не повышает теплостойкость ста-
ли. Поэтому область применения для
низколегированных сталей рекоменду-
ется та же, что и для углеродистых ста-
лей.
Легированные инструментальные ста-
ли отличаются от углеродистых более
высокой прокаливаемостью и закалива-
емостью, что позволяет производить за-
калку инструментов с охлаждением в
горячих средах и получать меньшую
деформацию.
В производстве режущих инструмен-
тов из инструментальных легирован-
ных сталей наибольшее применение на-
ходят хромокремнистая сталь 9ХС и
хромовольфрамомарганцовистая сталь
хвг.
У стали 9ХС наблюдается равномер-
ное распределение карбидов по сечению.
с>го позволяет использовать ее для резь-
бонарезных инструментов с мелким ша-
гом резьбы, особенно для круглых
плашек.
Вместе с тем сталь 9ХС имеет повы-
шенную твердость в отожженном состоя-
нии, пониженную обрабатываемость, вы-
сокую чувствительность к обезуглерожи-
ванию при нагреве.
Сталь ХВГ имеет повышенную карбид-
ную неоднородность, что усиливает
выкрашивание режущих кромок и не
позволяет рекомендовать ее для инстру-
ментов, работающих в тяжелых усло-
виях. Применяется она для изготовле-
ния таких инструментов, как длинные
развертки, метчики, протяжки, для ко-
торых крайне нежелательна деформа-
ция при закалке.
Вместо сталей 9ХС и ХВГ можно при-
менять сталь ХГСВФ. Она имеет меньшую
твердость после отжига и обезуглерожи-
вается значительно меньше, чем сталь
9ХС.
По теплостойкости легированные ин-
струментальные стали незначительно пре-
восходят углеродистые. Они сохраняют
высокую твердость при нагреве до 200—
260° С. Поэтому эти стали непригодны
§ 2. Инструментальные стали
13
для резания с повышенной скорос-
тью, а также для обработки твердых
материалов.
В настоящее время для изготовления
металлорежущих инструментов приме-
няются быстрорежущие стали. В зависи-
мости от назначения их можно разде-
лить на две группы: 1) стали нормальной
производительности; 2) стали повышен-
ной производительности.
К сталям первой группы относятся
Р18, Р12, Р9, Р6МЗ, Р6М5, Р9М4;
к сталям второй группы -— Р9К5,
Р9К10, Р10К5Ф5, Р18К5Ф2, Р9Ф5,
Р14Ф4, Р18Ф2.
В обозначении марок буква Р указы-
вает, что сталь относится к группе
быстрорежущих. Цифра, следующая за
ней, показывает среднее содержание
вольфрама в процентах. Среднее содер-
жание ванадия в стали в процентах обо-
значается цифрой, проставляемой за бук-
вой Ф, кобальта — цифрой, следующей
за буквой К-
Быстрорежущая сталь Р18, содержа-
щая 18% вольфрама, долгое время бы-
ла наиболее распространенной. Инстру-
менты, изготовленные из этой стали,
после термической обработки имеют твер-
дость HRC 62—65, красностойкость
600° С и достаточно высокую прочность.
Сталь Р18 сравнительно хорошо шлифует-
ся. Существенным недостатком этой ста-
ли является большая карбидная неодно-
родность, особенно значительная в прут-
ках большого сечения.
При увеличении карбидной неоднород-
ности прочность стали снижается и при
работе наблюдается выкрашивание ре-
жущих кромок инструмента и снижение
его стойкости.
Большое количество избыточной кар-
бидной фазы делает сталь Р18 более
мелкозернистой, менее чувствительной к
перегреву при закалке, более износостой-
кой. Из стали Р18 могут изготовляться
всевозможные инструменты, в том чис-
ле такие сложные как шеверы, долбя-
ки, протяжки и др.
Сталь Р9 по красностойкости и режу-
щим свойствам почти не уступает стали
Р18.
Недостатком стали Р9 является по-
ниженная шлифуемость, вызываемая
сравнительно высоким содержанием ва-
надия и присутствием в структуре очень
твердых карбидов. Вместе с тем сталь
Р9, по сравнению со сталью Р18, имеет бо-
лее равномерное распределение карбидов,
несколько большую прочность и плас-
тичность, что облегчает ее деформируе-
мость в горячем состоянии и имеет
важное значение для инструментов, полу-
чаемых различными методами пластиче-
ской деформации. Из-за пониженной шли-
фуемости сталь Р9 применяется в огра-
ниченных пределах.
Сталь Р12 равноценна по режущим
свойствам стали Р18. По сравнению со
сталью Р18 сталь Р12 имеет меньшую кар-
бидную неоднородность, повышенную
пластичность и пригодна для инструмен-
тов, изготовляемых методом пластиче-
ской деформации.
По сравнению со сталью Р9 сталь Р12
лучше шлифуется, что объясняется более
удачным сочетанием легирующих эле-
ментов.
Стали марок Р18М и РЭМ отличаются
от сталей Р18 и Р9 тем, что они в своем
составе вместо вольфрама содержат до
0,6—1% молибдена (из расчета, что 1%
молибдена заменяет 2% вольфрама). Эти
стали имеют равномерно распределен-
ные карбиды, но более склонны к обез-
углероживанию. Поэтому закалку ин-
струментов из этих сталей необходимо
проводить в защитной атмосфере. По
своим основным свойствам стали Р18М
и РЭМ не отличаются от сталей Р18 и
Р9 и имеют ту же область примене-
ния.
Вольфрамомолибденовые стали типа
Р6МЗ, Р6М5 являются новыми сталями,
14
Глава I. Инструментальные материалы
значительно повышающими как проч-
ность, так и стойкость инструмента. Мо-
либден обусловливает меньшую карбид-
ную неоднородность, чем вольфрам,
вследствие чего замена 6—10% вольфра-
ма соответствующим количеством молиб-
дена снижает карбидную неоднородность
быстрорежущих сталей примерно на
2 балла и соответственно повышает плас-
тичность. Недостаток молибденовых ста-
лей заключается в том, что они имеют
повышенную чувствительность к обез-
углероживай ию.
Вольфрамомолибденовые стали реко-
мендуется применять в промышленности
наряду с вольфрамовыми для изготовле-
ния инструмента, работающего в тяже-
лых условиях, когда необходима повы-
шенная износостойкость, пониженная
карбидная неоднородность и высокая
прочность.
Сталь Р18, особенно в крупных сече-
ниях (диаметром более 50 мм), с боль-
шой карбидной неоднородностью целе-
сообразно заменять на стали Р6МЗ и
Р12. Сталь Р12 пригодна для протяжек,
сверл, особенно в сечениях диаметром
менее 60—70 мм. Сталь Р6МЗ целесооб-
разно использовать для инструментов,
изготовляемых способом пластической
деформации, для инструментов, работа-
ющих с динамическими нагрузками, и
для инструментов больших сечений с ма-
лыми углами заострения на режущей
части.
Быстрорежущие стали повышенной
производительности Р9К5, Р9К10,
Р10К5Ф5 используются в основном при
обработке жаропрочных сплавов, высо-
копрочных и нержавеющих сталей, дру-
гих труднообрабатываемых материалов,
а также конструкционных сталей с по-
вышенными режимами резания. В на-
стоящее время применяются кобальто-
вые и ванадиевые быстрорежущие стали.
Легирование быстрорежущих сталей ко-
бальтом и ванадием понижает проч-
ность, но повышает красностойкость до
630—670°С. При этом возрастают их ре-
жущие свойства, т. е. повышается стой-
кость инструмента в 1,5—3,0 раза по
сравнению со стойкостью инструментов
из стали Р18.
Вместе с тем быстрорежущие стали
повышенной производительности, со-
держащие кобальт, имеют повышенную
чувствительность к обезуглероживанию.
Быстрорежущие стали повышенной про-
изводительности шлифуются хуже ста-
ли Р18 и требуют более точного соблюде-
ния температур нагрева при термической
обработке. В порядке ухудшения шли-
фуемости рассматриваемые стали распо-
лагаются в такой последовательности:
Р18Ф2, Р18К5Ф2, Р9К5, Р9К10, Р14Ф4,
Р9Ф5, Р10К5Ф5. Ухудшение шлифуе-
мости выражается в повышении износа
абразивных кругов и увеличении толщи-
ны поверхностного слоя стали, повреж-
даемого при излишне жестком режиме
шлифования.
Быстрорежущие стали повышенной
производительности из-за технологичес-
ских недостатков не являются сталями
универсального назначения. Они имеют
относительно узкие границы примене-
ния, более пригодны для инструментов,
подвергаемых незначительному про-
фильному шлифованию.
§ 3. ТВЕРДЫЕ
МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ СПЛАВЫ
В настоящее время для производства
режущих инструментов широко исполь-
зуются твердые сплавы. Они состоят из
карбидов вольфрама, титана, тантала,
сцементированных небольшим количест-
вом кобальта. Карбиды вольфрама, ти-
тана и тантала обладают высокой твер-
достью, износостойкостью и теплостой-
костью. Инструменты, оснащенные твер-
дым сплавом, хорошо сопротивляются
истиранию сходящей стружкой и мате-
§ 3. Твердые металлокерамические сплавы
15
риалом заготовки и не теряют своих
режущих свойств при температуре на-
грева до 750—1100° С.
Недостатком твердых сплавов, по сра-
внению с быстрорежущей сталью, явля-
ется их повышенная хрупкость, которая
возрастает с уменьшением содержания
кобальта в сплаве. Скорости резания
инструментами, оснащенными твердыми
сплавами, в 3—4 раза превосходят ско-
рости резания инструментами из быстро-
режущей стали. Твердосплавные инстру-
менты пригодны для обработки закален-
ных сталей и таких неметаллических
материалов, как стекло, фарфор и т. п.
Производство металлокерамических
твердых сплавов относится к области
порошковой металлургии. Порошки кар-
бидов смешиваются с порошком ко-
бальта. Из этой смеси прессуются изде-
лия требуемой формы и затем подверга-
ются спеканию при температуре, близ-
кой к температуре плавления кобальта.
Таким путем изготовляются пластинки
твердого сплава различных размеров и
форм, которыми оснащаются резцы, фре-
зы, сверла, зенкеры, развертки и др.
Пластинки твердого сплава крепятся
к державке или корпусу напайкой или
механически при помощи винтов и при-
жимов. Наряду с этим в машинострои-
тельной промышленности применяются
мелкоразмерные, монолитные твердо-
сплавные инструменты, состоящие из
твердых сплавов. Они изготовляются из
пластифицированных заготовок. В качест-
ве пластификатора в порошок твердого
сплава вводят парафин до 7—9%. Из
пластифицированных сплавов прессуют-
ся простые по форме заготовки, которые
легко обрабатываются обычным режу-
щим инструментом. После механической
обработки заготовки спекаются, а затем
шлифуются и затачиваются.
Из пластифицированного сплава заго-
товки монолитных инструментов Могут
быть получены путем мундштучного
прессования. В этом случае спрессован-
ные твердосплавные брикеты помещают-
ся в специальный контейнер с твердо-
сплавным профилированным мундшту-
ком. При продавливании через отверстие
мундштука изделие принимает требуе-
мую форму и подвергается спеканию.
По такой технологии изготовляются мел-
кие сверла, зенкеры, развертки и т. п.
Монолитный твердосплавный инстру-
мент может также изготовляться из
окончательно спеченных твердосплав-
ных цилиндрических заготовок с по-
следующим вышлифовыванием профиля
алмазными кругами.
В зависимости от химического соста-
ва металлокерамические твердые спла-
вы, применяемые для производства ре-
жущего инструмента, разделяются на
три основные группы.
Сплавы первой группы изготовляются
на основе карбидов вольфрама и кобаль-
та. Они носят название вольфрамо-
кобальтовых. Это сплавы группы ВК.
Ко второй группе относятся сплавы,
получаемые на основе карбидов воль-
фрама и титана и связующего метал-
ла кобальта. Это двухкарбидные тита-
новольфрамокобальтовые сплавы груп-
пы ТК.
Третья группа сплавов состоит из
карбидов вольфрама, титана, тантала и
кобальта. Это трехкарбидные титанотан-
таловольфрамокобальтовые сплавы груп-
пы ТТК.
К однокарбидным сплавам группы В К
относятся сплавы: ВК2, ВКЗ, ВК4,
ВКб, ВК8, ВК10, ВК15. Эти сплавы
состоят из зерен карбида вольфрама,
сцементированных кобальтом. В марке
сплавов цифра показывает процентное
содержание кобальта. Например, сплав
ВК8 содержит в своем составе 92% кар-
бида вольфрама и 8% кобальта.
Рассматриваемые сплавы применяют-
ся для обработки чугуна, цветных ме-
таллов и неметаллических материалов,
16
Глава I. Инструментальные материалы
При выборе марки твердого сплава учи-
тывают содержание кобальта, которое
предопределяет его прочность. Из спла-
вов группы ВК сплавы ВК15, ВК10,
ВК8 являются наиболее вязкими и проч-
ными, хорошо противостоят ударам и
вибрациям, а сплавы ВК2, ВКЗ обла-
дают наиболее высокой износостойко-
стью и твердостью при малой вязкости,
слабо сопротивляются ударам и вибра-
циям. Сплав ВК8 применяется для чер-
новой обработки при неравномерном се-
чении среза и прерывистом резании,
а сплав ВК2 — для чистовой отделоч-
ной обработки при непрерывном реза-
нии с равномерным сечением среза.
Для получистовых работ и черновой об-
работки с относительно равномерным
сечением срезаемого слоя применяются
сплавы ВК4, ВК6. Сплавы ВК10 и
ВК15 находят применение при обработ-
ке резанием специальных труднообраба-
тываемых сталей.
Режущие свойства и качество твердо-
сплавного инструмента определяются не
только химическим составом сплава,
но и его структурой, т. е. величиной
зерна. С увеличением размера зерен
карбида вольфрама прочность сплава
возрастает, а износостойкость умень-
шается и наоборот.
В зависимости от размеров зерен кар-
бидной фазы сплавы могут быть мелко-
зернистые, у которых не менее 50%
зерен карбидных фаз имеет размер по-
рядка 1 мкм, среднезернистые — с ве-
личиной зерна 1—2 мкм и крупнозер-
нистые, у которых размер зерен колеб-
лется от 2 до 5 мкм.
Для обозначения' мелкозернистой
структуры в конце марки сплава ста-
вится буква М, а для крупнозернистой
структуры — буква В.
Твердосплавные пластинки одного и
того же химического состава, в зависи-
мости от технологии их изготовления,
могут иметь различную структуру. На-
пример, вольфрамокобальтовый сплав
В Кб, состоящий из 94% карбида воль-
фрама и 6% кобальта, изготовляется
трех модификаций: со среднезернистой
структурой — ВК6, с мелкозернистой
структурой — ВК6М и крупнозернис-
той структурой — ВК6В.
Крупнозернистые сплавы, в частности
сплав ВК8В, применяют при резании
с ударами для черновой обработки жаро-
прочных и нержавеющих сталей с боль-
шими сечениями среза. Мелкозернистые
сплавы, такие как сплав ВК6М, исполь-
зуют для чистовой обработки при тон-
ких сечениях среза стальных, чугун-
ных, пластмассовых и других деталей.
Из пластифицированных заготовок мел-
козернистых сплавов ВК6М, ВКЮМ,
ВК15М получают цельные инструменты.
Крупнозернистые сплавы ВК4В, ВК8В,
более прочные, чем обычные сплавы,
применяют при обработке труднообра-
батываемых сталей и сплавов.
При обработке сталей инструментами,
оснащенными вольфрамокобальтовыми
сплавами, в особенности при повышен-
ных скоростях резания, происходит
быстрое образование лунки на перед-
ней поверхности, приводящее к выкра-
шиванию режущей кромки и сравни-
тельно быстрому износу инструмента.
Для обработки стальных заготовок при-
меняют более износостойкие твердые
сплавы группы ТК.
Сплавы группы ТК (Т30К4, Т15К6,
Т14К8, Т5К10, Т5К12В) состоят из зе-
рен твердого раствора карбида вольфра-
ма в карбиде титана и избыточных зерен
карбида вольфрама, сцементированных
кобальтом. В марке сплава цифра после
буквы К показывает процентное содер-
жание кобальта, а после буквы Т —
процентное содержание карбидов титана.
Так, сплав Т30К4 содержит 4% кобаль-
та, 30% карбидов титана и остальное —
карбиды вольфрама. Буква В в конце
марки обозначает, что сплав имеет круп-
§ 4. Минералокерамические материалы
17
нозернистую структуру. Сплавы Т5К12В
и Т5К10 являются наиболее вязкими
и прочными и наименее красностойкими.
Поэтому сплав Т5К12В рекомендуется
применять при работе с ударными на-
грузками для обтачивания стальных
поковок и отливок по корке, а сплав
Т5К10 — для чернового точения при
неравномерном сечении среза и преры-
вистом резании.
Сплав Т30К4, содержащий большой
процент карбидов титана, характеризу-
ется высокой красностойкостью и из-
носостойкостью, но является наименее
прочным и вязким. Поэтому его приме-
няют для чистового точения при не-
прерывном резании с малыми сечениями
среза. Для обработки сталей наиболее
применим сплав Т15К6, сочетающий дос-
таточно высокую красностойкость и из-
носостойкость с удовлетворительной
прочностью.
Сплавы группы ТТК состоят из зерен
твердого раствора карбида титана, кар-
бида тантала, карбида вольфрама и из-
быточных зерен карбида вольфрама, сце-
ментированных кобальтом.
К сплавам группы ТТК относятся
ТТ7К12, ТТ10К8Б. Сплав ТТ7К12 со-
держит 12% кобальта, 3% карбида
тантала, 4% карбида титана и 81% кар-
бида вольфрама. Введение в состав спла-
ва карбидов тантала значительно повы-
шает его прочность, но снижает красно-
стойкость. Сплав ТТ7К12 рекоменду-
ется для тяжелых условий при обточке
по корке и работе с ударами, а также
для обработки специальных легирован-
ных сталей.
С целью экономии дефицитного воль-
фрама разрабатываются безвольфрамо-
вые металлокерамические твердые спла-
вы на основе карбидов, а также карбидо-
нитридов переходных металлов, в пер-
вую очередь, титана, ванадия, ниобия,
тантала. Эти сплавы изготовляются
на никелемолибденовой связке. Получен-
ные твердые сплавы на основе карбидов^
титана с содержанием 12—19% никеле-
молибденовой связки по своим характе-
ристикам примерно равноценны стан-
дартным сплавам группы ТК.
Одним из путей повышения эксплуата-
ционных характеристик стандартных,
твердых сплавов группы В К является
нанесение покрытий из карбида титана
на режущую часть. В этом случае на
неперетачиваемые пластины из твердых
сплавов наносится слой покрытия тол-
щиной 0,005—0,02 мм. В результате
поверхностный слой получает высокую
твердость и повышенную износостой-
кость, что приводит к значительному
росту стойкости инструмента.
Проводятся работы по созданию и
уточнению области целесообразного при-
менения дисперсионно-твердых сплавов:
В18М7К25, В18МЗК25, В10М5К25. Эти
сплавы занимают промежуточное поло-
жение между быстрорежущими сталями
и металлокерамическими твердыми спла-
вами. Дисперсионно-твердеющие спла-
вы в зависимости от их марки содержат:
W— 10—19%, Со—25—26%, Мо —
3—7%, V —0,45—0,55%, Ti — 0,15—
0,3%, С—до 0,06%, Мп — не более
0,23%, Si — не более 0,28%, осталь-
ное Fe.
В отличие от быстрорежущих сталей
рассматриваемые сплавы имеют более
высокую красностойкость (700—720° С>
и твердость (HRC 68—69). Высокая
твердость и теплостойкость обусловли-
вают их повышенные режущие свойства.
§ 4. МИНЕРАЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Сравнительно недавно для изготовле-
ния режущих инструментов стали при-
менять минералокерамические материа-
лы. Наиболее широкое распространение
получил минералокерамический матери-
ал марки ЦМ-332, состоящий в основном
из окиси алюминия А12О3 с небольшой
18
Глава I. Инструментальные материалы
добавкой (0,5—1,0%) окиси магния MgO.
Окись магния препятствует росту крис-
таллов во время спекания и является
хорошим связующим средством.
Минералокерамические материалы из-
готовляются в форме пластинок и при-
соединяются к корпусам инструментов
механическим путем, приклеиванием или
припаиванием.
Минералокерамические материалы бо-
лее дешевые, чем твердые сплавы, так
как в их состав не входят дефицитные и
дорогие элементы кобальт, вольфрам
«др.
Минералокерамика ЦМ-332 обладает
высокой твердостью, ее красностойкость
достигает 1200° С. Однако она отлича-
ется низкой прочностью при изгибе
(350—400 мн/м?) и большой хрупкостью,
что приводит к частым выкрашиваниям
и поломкам пластинок при работе.
Существенным недостатком минерало-
керамики является ее крайне низкое
сопротивление циклическому изменению
температуры. Вследствие этого даже при
небольшом числе перерывов в работе
на контактных поверхностях инструмен-
та появляются микротрещины, которые
приводят к его разрушению даже при
небольших усилиях резания. Это обсто-
ятельство ограничивает практическое
применение минералокерамического ин-
струмента.
Минералокерамика успешно может
применяться для чистового обтачивания
чугуна, сталей, неметаллических мате-
риалов и цветных металлов с большими
скоростями и ограниченным числом пе-
рерывов в работе. Имеются примеры
удачного применения минералокерами-
ки также и на обдирочных операциях.
Минералокерамические инструменты
целесообразно применять только на стан-
ках повышенной жесткости, характери-
зующихся безвибрационной работой.
С целью улучшения свойств минерало-
керамики проводятся работы по созда-
нию керметов, состоящих из минералоке-
рамики и металлических добавок в виде
карбидов вольфрама, молибдена и др.
§ 5. АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Большое место в современном произ-
водстве деталей машин занимают про-
цессы шлифования, при которых ис-
пользуются различные абразивные ин-
струменты. Режущими элементами этих
инструментов служат твердые и тепло-
устойчивые зерна абразивного матери-
ала с острыми кромками.
Абразивные материалы подразделяют-
ся на естественные и искусственные.
К естественным абразивным материалам
относятся такие минералы, как кварц,
наждак, корунд и др. Естественные аб-
разивные материалы отличаются боль-
шой неоднородностью, наличием посто-
ронних примесей. Поэтому по качеству аб-
разивных свойств они не удовлетворяют
растущие потребности промышленности.
В настоящее время обработка искус-
ственными абразивными материалами за-
нимает ведущее место в машиностроении.
Наиболее распространенными искус-
ственными абразивными материалами яв-
ляются электрокорунды, карбиды крем-
ния и бора.
Электрокорунд получают электриче-
ской плавкой материалов, богатых оки-
сью алюминия, например из боксита
или глинозема в смеси с восстановите-
лем (антрацитом или коксом). Электро-
корунд выпускается следующих разно-
видностей: нормальный — Э, белый —
ЭБ, монокорунд — М, хромистый — ЭХ,
титанистый — ЭТ. Электрокорунд нор-
мальный в зависимости от содержания
окиси алюминия подразделяется на не-
сколько марок:
Электрокору вд Э1 Э2 ЭЗ Э4
Содержание А12О3, % 91 92 93 94
С увеличением содержания А12О3 по-
вышается качество и возрастает абра-
§ 5. Абразивные материалы
19
зивная способность электрокорунда.
В настоящее время производство электро-
корунда марок Э1, Э2, ЭЗ почти прек-
ращено. Зерна электрокорунда наряду с
высокой твердостью и механической
прочностью имеют значительную вяз-
кость, необходимую при выполнении
работ с переменными нагрузками при
больших давлениях.
Электрокорунд нормальный применя-
ют для обработки различных материа-
лов повышенной прочности, в частности,
конструкционных и углеродистых сталей
в незакаленном и закаленном состоянии.
Электрокорунд белый Э8 и Э9 со-
держит окись алюминия в количестве
не менее 97%, имеет белый или светло-
розовый цвет.
В настоящее время в основном выпус-
кается электрокорунд белый марки Э9
с содержанием А12О3 99% и выше.
По особой технологии промышлен-
ность выпускает электрокорунд белый
марки Э9А повышенного качества, кото-
рый применяется для изготовления ин-
струментов класса А.
Электрокорунд белый может быть ис-
пользован для тех же материалов, что
и электрокорунд нормальный. Однако
из-за высокой стоимости его применяют
для ответственных работ при шлифова-
нии углеродистых и быстрорежущих ста-
лей в закаленном состоянии и легирован-
ных сталей в незакаленном и закален-
ном состоянии.
Монокорунд марок М8 и М7 содержит
98% и 97% А12О3. Главная особенность
монокорунда состоит в том,что он полу-
чается непосредственно в виде зерна,
имеющего высокую механическую проч-
ность, острые кромки и вершины с более
выраженным свойством самозатачивания
по сравнению с электрокорундом. Это
обеспечивает ему повышенные режущие
свойства. Однако с повышением разме-
ров зерен монокорунда его структура
ухудшается и прочность снижается.
Монокорунд предпочтителен для шли-
фования труднообрабатываемых жаро-
прочных, кислотоупорных, легирован-
ных сталей и сплавов.
Электрокорунд хромистый (техниче-
ский рубин) содержит не менее 97%
А12О3 и 0,4—-1,2% Сг2О3. Зерна электро-
корунда хромистого имеют розовую или
темно-вишневую окраску. Они обладают
большим постоянством физико-механи-
ческих свойств и содержат больший про-
цент монокристаллов по сравнению с
электрокорундом белым. Рекомендуется
применять электрокорунд хромистый
для шлифования изделий из углеродис-
тых и конструкционных сталей круглого
сечения при интенсивных режимах. При-
менять этот материал для обработки
вязких сталей нецелесообразно.
Электрокорунд титанистый (техниче-
ский сапфир) с присадкой окиси титана
близок к электрокорунду нормальному,
но отличается от него большим посто-
янством свойств и увеличенной вяз-
костью. Это позволяет применять его в.
условиях тяжелых и неравномерных на-
грузок и для прецизионных работ.
Карбид кремния получается в резуль-
тате взаимодействия кремнезема и угле-
рода в электрических печах, а затем
дробления на зерна. Он состоит из кар-
бида кремния SiC и незначительного
количества примесей. Наиболее распро-
странены две разновидности карбида
кремния: зеленый (КЗ), имеющий цвет
от светло-зеленого до темно-зеленого,
и черный (КЧ) — обычно черного ил»
темно-синего цвета. Карбид кремния
выпускается следующих марок: К39,
К38, К37, К36, КЧ8, КЧ7. Цифры в.
маркировке означают содержание SiC в.
процентах. Например, К39 означает
карбид кремния зеленый с содержа-
нием 99% SiC; КЧ8-—означает карбид
кремния черный с содержанием 98% SiC.
Карбид кремния зеленый отличается
от карбида кремния черного меньшим
20
Глава I. Инструментальные материалы
количеством примесей. Карбид крем-
ния обладает большой твердостью,
превосходящей твердость электрокорун-
да, высокой механической прочностью
и режущей способностью.
Карбид кремния является незамени-
мым материалом для шлифования чу-
гуна, цветных металлов, стекла, пласт-
масс и других хрупких материалов.
Зеленый карбид кремния обладает боль-
шей твердостью, но меньшей прочностью
по сравнению с черным карбидом крем-
ния. Это и определяет некоторое пре-
восходство зеленого карбида кремния над
черным при обработке твердых сплавов.
Карбид бора В4С обладает высокой
твердостью, высокой износоустойчивос-
тью и абразивной способностью. Вместе
с тем карбид бора очень хрупок, что и
определяет его применение в промыш-
ленности в виде порошков и паст для до-
водки твердосплавных режущих инстру-
ментов, фильер из твердых сплавов,
шлифования камней из искусственного
рубина, агата и т. п.
Абразивные материалы характеризу-
ются такими основными свойствами, как
форма абразивных зерен, зернистость,
твердость, механическая прочность, аб-
разивная способность зерен.
По форме абразивные зерна могут
быть изометричные, пластинчатые и ме-
чевидные. Изометричные зерна имеют
округлую симметричную форму, а зер-
на пластинчатые и мечевидные имеют
ярко выраженную несимметричную фор-
му. Основной формой абразивных зерен
является изометричная. Однако при уве-
личении количества изометричных зерен
шлифовальный инструмент требует боль-
ших усилий при резании; он получается
с более плотной упаковкой зерен, т. е.
с меньшей пористостью, что ухудшает
режущую способность. Поэтому изомет-
ричную форму абразивных зерен нельзя
считать оптимальной во всех случаях.
Изометричные зерна предпочтительны
для инструментов, работающих при об-
дирочных режимах с тяжелой перемен-
ной нагрузкой в условиях больших дав-
лений на инструмент.
Зерна пластинчатые и мечевидные, об-
ладающие большей способностью скалы-
вания, самозатачивания, более целесооб-
разны при чистовых операциях и обработ-
ке труднообрабатываемых материалов.
Абразивные зерна имеют определен-
ную округленность своих режущих эле-
ментов. Установлено, что при уменьше-
нии размеров абразивных зерен соответ-
ственно уменьшаются как радиусы
округлений, так и углы при вершине их
режущих элементов. Уменьшение разме-
ров зерен влияет на процесс снятия тон-
ких стружек и способствует получению
более чистой обработанной поверхности.
Зерна из электрокорунда имеют радиу-
сы округлений от 4 до 180 мкм.
Зерна из карбида кремния имеют, как
правило, меньшие радиусы округлений.
Абразивные материалы по величине
зерна подразделяются на шлифзерно
(200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32,25,
20, 16), шлифпорошки (12, 10, 8, 5, 4, 3)
и микрошлифпорошки (М40, М28, М20,
М14, MIO, М7, А15).
Зернистость шлифзерна и шлифпо-
рошков определяется размерами сторон
ячеек контрольных сит. Например, но-
мер зернистости 16 обозначает, что зер-
на этой зернистости проходят через сито
с ячейками размером стороны 200 мкм
и не проходят через сито с ячейками
размером сторон 160 мкм.
Размеры зерен микрошлифпорошков
определяются по линейным размерам
зерен в микрометрах. Так, для микро-
шлифпорошка М40 пределы размеров зе-
рен основной фракции равны 40—28 мкм.
Твердость абразивных материалов ха-
рактеризуется сопротивлением зерен по-
верхностному измельчению, местному
воздействию приложенных сил. Она дол-
жна быть выше твердости обрабатываемо-
§ 6. Алмазы
21
го материала. Твердость абразивных
материалов определяется методом цара-
пания острия одного тела по поверхнос-
ти другого и методом вдавливания ал-
мазной пирамиды под малой нагрузкой
в абразивное зерно. При методе цара-
пания более твердым будет тело, способ-
ное сделать царапину у менее твердого
тела. Этот метод не достаточно точный,
чтобы определить твердость абразивного
материала. Поэтому несомненный инте-
рес представляет испытание микротвер-
дости абразивов на приборе ПМТ-3.
На этом приборе определяют отношение
силы вдавливания пирамиды к площади
отпечатка. Как показывают испытания, с
повышением температуры микротвердость
абразивных материалов снижается.
Механическая прочность характери-
зуется дробимостью зерен под влиянием
внешних усилий.
Абразивные зерна должны быть дос-
таточно прочными, чтобы выдержать без
разрушения давления резания, когда
кромки еще достаточно остры, и допус-
кать откалывание от них кусочков лишь
тогда, когда кромки в должной мере
затупятся.
Оценку прочности производят раздав-
ливанием навески абразивных зерен в
стальной форме под прессом с помощью
определенной статической нагрузки. По-
казателем прочности служит процент-
ное весовое количество зерен, не просе-
ивающихся через сито, с которого была
взята навеска. О прочности единичных
зерен судят по величине нагрузки, раз-
рушающей зерно, взятой как среднее из
100 испытаний.
При обдирочных режимах с большим
съемом металла требуются прочные аб-
разивы, а при чистовом шлифовании и
обработке труднообрабатываемых мате-
риалов предпочтительны абразивы с
большей хрупкостью и способностью к
самозатачиванию. Абразивная способ-
ность характеризуется количеством ма-
териала, сошлифованного испытываемы-
ми зернами за определенный промежу-
ток времени. Определенное количество
испытываемых зерен насыпается между
двумя вращающимися с небольшой ско-
ростью дисками.
В порядке снижения абразивной спо-
собности и твердости абразивные мате-
риалы располагаются в следующей по-
следовательности: карбид бора, карбид
кремния, монокорунд, электрокорунд.
§ 6. АЛМАЗЫ
Алмаз как инструментальный мате-
риал получил в последние годы широкое
применение в машиностроении. В Совет-
ском Союзе этому способствовало откры-
тие месторождений алмазов в Якутии и
организация промышленного производ-
ства синтетических алмазов.
В настоящее время выпускается боль-
шое количество разнообразного инстру-
мента с использованием алмазов: шли-
фовальные круги, инструменты для прав-
ки шлифовальных кругов из электро-
корунда и карбида кремния, пасты и
порошки для доводочных и притирочных
операций. Значительные по размерам
кристаллы алмазов применяются для
изготовления алмазных резцов, фрез,
сверл и других режущих инструментов.
Область применения алмазного инстру-
мента с каждым годом все более расши-
ряется.
Алмаз представляет собой одну из мо-
дификаций углерода кристаллического
строения. Алмаз — самый твердый из
всех известных в природе минералов.
Твердость алмаза выше твердости кар-
бида бора в 2,3 раза, карбида кремния —
в 3 раза. Высокая твердость алмаза
объясняется своеобразием его кристалли-
ческого строения, прочностью связей
атомов углерода в кристаллической ре-
шетке, расположенных на равных и очень
малых расстояниях друг от друга. Однако
прочность алмаза невелика и он легко
22
Глава I. Инструментальные материалы
раскалывается по плоскостям спайкости.
Поэтому алмаз используется для обработ-
ки при относительно малых нагрузках.
Коэффициент теплопроводности алма-
за в два и более раза выше, чем у спла-
ва ВК8, поэтому тепло от зоны резания
отводится сравнительно быстро.
Алмаз имеет весьма низкий коэффи-
циент линейного расширения и высокий
модуль упругости. Следовательно, ин-
струменты с кристаллами алмаза имеют
малые деформации. В результате можно
получать детали высокой точности и
поддерживать эту точность в течение
длительного времени. Теплостойкость
алмаза характеризуется тем, что при
температуре около 800° С в обычных
условиях он начинает превращаться в
графит. Вместе с тем алмаз обладает наи-
более высокой абразивной способнос-
тью по сравнению с другими абразив-
ными материалами. Так, при заточке и
доводке твердого сплава расход алмаза
в 100—400 раз меньше, чем при обработ-
ке карбидом кремния.
Природный алмаз условно обознача-
ется А, а синтетические алмазы — АС.
В природе чаще всего встречаются
агрегатные разновидности алмаза: борт,
карбонадо и баллас. Находки крупных
алмазных кристаллов редки. К борту
относятся все зернистые и неправиль-
ные сростки кристаллов алмазов, час-
то без признаков граней и ребер.
К карбонадо относятся весьма тон-
козернистые, плотные или несколько
пористые агрегаты буровато-черного
цвета. Черная окраска карбонадо обус-
ловлена наличием в алмазе высокодис-
персного графита. Шлифовальные по-
рошки из природных алмазов выпуска-
ются одной марки — А.
Возросшие потребности в алмазном
инструменте не могут быть полностью
удовлетворены за счет природных алма-
зов. В настоящее время освоено про-
мышленное производство синтетических
алмазов из графита при больших дав-
лениях и высоких температурах.
Синтетические алмазы могут быть раз-
личных марок, которые отличаются меж-
ду собой по прочности, хрупкости,
удельной поверхности и форме зерен.
В порядке возрастания прочности,
снижения хрупкости и удельной поверх-
ности марки шлифовальных порошков
из синтетических алмазов располагают-
ся так: АСО, АСР, АСВ, АСК, АСС.
Зерна АСО с повышенной хрупкостью
и развитой поверхностью хорошо удер-
живаются в связке и самозатачиваются
в процессе работы. Они рекомендуются
для изготовления инструментов на ор-
ганической связке, а также для паст и
порошков. Зерна АСР предназначены
в основном для изготовления различ-
ного инструмента на металлической и
керамической связках.
Зерна АСВ имеют более гладкую по-
верхность по сравнению с зернами АСО
и АСР и рекомендуются для изготовле-
ния инструмента на металлических связ-
ках, работающего при повышенных уде-
льных давлениях. Зерна АСК рекоменду-
ются для изготовления инструмента на
твердых металлических связках, при-
меняемого для обработки природного
камня и других твердых материалов.
Зерна АСС, имеющие наибольшую проч-
ность, предназначены для правки абразив-
ных кругов, резки и обработки корунда, ру-
бина и других особо твердых материалов.
Микропорошки из природных алма-
зов имеют марки AM и АН, а из синтети-
ческих АСМ и АСН.
Микропорошки марок AM и АСМ
нормальной абразивной способности
предназначены для изготовления абра-
зивного инструмента, которым обраба-
тывают твердые сплавы и другие твердые
и хрупкие материалы, а также детали
из стали, чугуна, цветных металлов
при необходимости получения высокой
чистоты поверхности.
§ 7. Стали для изготовления корпусов инструментов
23
Микропорошки марок АН и АСН,
имеющие повышенную абразивную спо-
собность, рекомендуются для обработ-
ки сверхтвердых, хрупких труднообра-
батываемых материалов.
Зернистость алмазных шлифоваль-
ных порошков, контролируемая сито-
вым методом, колеблется от 630 до
40 мкм, а зернистость микропорошков,
определяемая под микроскопом, колеб-
лется от 60 до 0 мкм.
Зернистость порошков обозначается
дробью, числитель которой соответст-
вует наибольшему, а знаменатель — наи-
меньшему размеру зерен. Она опреде-
ляется размерами сторон ячеек двух
контрольных сит, через одно из которых
зерна должны проходить, на другом —
задерживаться. Поэтому фактически в
обозначении зернистости порошка чис-
литель и знаменатель указывают не на
наибольший и наименьший размеры зер-
на, а на размеры ячеек сит.
В последние годы все более широкое
развитие получают работы, связанные с
синтезом крупных алмазных монокрис-
таллов и поликристаллов. Промышлен-
ность успешно освоила производство
балласов АСБ и карбонадо АСПК. Раз-
меры выпускаемых алмазов АСБ дос-
тигают по диаметру 5—7 мм, а АСПК —
до 5 мм, что позволяет использовать их
для изготовления резцов, фрез и дру-
гих лезвийных инструментов.
Наряду с совершенствованием спо-
собов получения синтетических алмазов
ведутся исследования по разработке дру-
гих искусственных сверхтвердых мате-
риалов. Одним из таких материалов яв-
ляется кубический нитрид бора (КН Б) —.
эльбор или боразон, который имеет
кристаллическую решетку, аналогичную
решетке алмаза, и состоит из двух эле-
ментов — бора и азота. Синтезируется
боразон в виде кристаллов размером до
600 мкм. Он не имеет природного двой-
ника.
Боразон имеет твердость, близкую к
твердости алмаза, такую же прочность
и большую теплостойкость и не теряет
режущих свойств при нагреве до 1500—
1600° С. Он рекомендуется для изготов-
ления абразивных инструментов, пред-
назначенных для шлифования трудно-
обрабатываемых сталей, особенно быст-
рорежущих сталей нормальной и по-
вышенной производительности.
§ 7. СТАЛИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
КОРПУСОВ ИНСТРУМЕНТОВ
У сборного инструмента корпуса и
элементы крепления изготовляются из
конструкционных сталей марок: 45,
50, 60, 40Х, 45Х, У7, У8, 9ХС и
др. Наибольшее распространение полу-
чила сталь 45; из нее изготовляют дер-
жавки резцов, хвостовики сверл, зен-
керов, разверток, метчиков, корпуса
сборных фрез, расточные оправки.
Для изготовления корпусов инстру-
ментов, работающих в тяжелых усло-
виях, применяют сталь 40Х. Она после
закалки в масле и отпуска обеспечивает
сохранение точности пазов, в которые
вставляются ножи.
В том случае, когда отдельные части
корпуса инструмента работают на из-
нос, выбор марки стали определяется
соображениями получения высокой твер-
дости в местах трения. К таким инстру-
ментам относятся, например, твердо-
сплавные сверла, зенкеры, у которых
направляющие ленточки в процессе ра-
боты соприкасаются с поверхностью
обработанного отверстия и быстро изна-
шиваются. Для корпусов подобных инст-
рументов применяют углеродистую инст-
рументальную сталь, а также легиро-
ванную инструментальную сталь 9ХС.
Корпуса алмазных кругов могут изго-
товляться из алюминиевых сплавов, а
также алюмобакелитового пресс-порош-
ка и керамики.
24
ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
$ 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Металлорежущие инструменты пред-
назначены для изготовления различных
деталей. При этом режущие кромки ин-
струмента внедряются непрерывно или
последовательно в материал заготовки,
срезая его в виде стружки.
Поэтому при обработке резанием фор-
ма детали будет предопределяться фор-
мой и размерами режущих кромок, ко-
торыми инструмент срезает материал
заготовки, а также движениями его от-
носительно заготовки.
Чтобы режущие .кромки формировали
обработанную поверхность, они долж-
ны располагаться на поверхности И,
касающейся в процессе обработки по-
верхности детали. Поверхность И назо-
вем исходной инструментальной поверх-
ностью.
Деталь и инструмент можно представ-
лять как своеобразный механизм, состо-
ящий из двух сопряженных звеньев, ка-
сающихся друг друга в процессе обра-
ботки.
Траектории движения точек режущей
кромки инструмента относительно за-
готовки являются результатом сочета-
ния движений, которые совершают на
станке инструмент и обрабатываемая де-
таль.
Движения, сообщаемые в процессе
резания инструменту и заготовке, опре-
деляют принятую кинематическую схему
резания. Ее нельзя отождествлять с
кинематической схемой станка, так как
определенной кинематической схеме ре-
зания могут соответствовать различные
кинематические схемы механизмов стан-
ка. Кинематические схемы резания не
включают движения холостых циклов,
связанные, например, с подводом и отво-
дом инструмента от заготовки. Напри-
мер, при обточке наружной цилиндриче-
ской поверхности кинематическая схема
резания включает вращение заготовки
и продольное поступательное перемеще-
ние резца. Кинематическая же схема
станка в рассматриваемом случае долж-
на обеспечить также движение попереч-
ной подачи, необходимое для установки
резца в исходное положение, которое
обеспечивает получение заданного диа-
метра детали.
Изучение принципиальных кинемати-
ческих схем резания имеет большое зна-
чение для практики металлообработки,
поскольку от характера схемы резания
во многом зависят величины геометри-
ческих параметров режущей части, ре-
жим резания, устанавливаемый для дан-
ного метода обработки, а следовательно,
и производительность труда, износ и
стойкость инструмента.
В настоящее время в промышленности
используются самые разнообразные ки-
нематические схемы резания и соответст-
вующие им металлорежущие станки и
режущие инструменты. Для упрощения
§ 1. Общие положения
25
кинематики рабочих органов станков
кинематические схемы резания основаны
на сочетании двух элементарных движе-
ний заготовки и инструмента: прямоли-
нейного и вращательного.
Классификация принципиальных ки-
нематических схем резания была впер-
вые разработана академиком Академии
наук Латвийской ССР проф. Г. И. Гра-
новским. Согласно данным Г. И. Гранов-
ского все используемые в настоящее
время кинематические схемы резания ос-
новываются на сочетании трех элемен-
тарных движений. Кинематические схе-
мы, состоящие из четырех сочетаемых
движений, в настоящее время не исполь-
зуются и вряд ли будут использованы
в будущем из-за чрезмерной сложности
кинематики станка.
Наиболее простые кинематические схе-
мы резания включают единственное пря-
молинейное движение. Примером прак-
тического использования схем этой груп-
пы могут служить процессы протягива-
ния, строгания и долбления.
При протягивании инструмент дви-
жется прямолинейно, а заготовка оста-
ется неподвижной. Режущие зубья про-
тяжки, увеличивающиеся от первого к
последнему зубу, срезают материал за-
готовки и формируют обрабатываемую
поверхность детали.
При строгании и долблении в качест-
ве режущих инструментов используют-
ся резцы. Причем на продольно-стро-
гальных станках прямолинейное движе-
ние в процессе резания совершает заго-
товка при неподвижном инструменте,
а на поперечно-строгальных — резец
при неподвижной заготовке. Когда ре-
зец еще не находится в контакте с изде-
лием, происходит подача резца, а после
этого начинается постепенное срезание
материала заготовки.
Кинематическая схема резания может
включать два прямолинейных движения,
что соответствует, например, строга-
нию резцами по копиру, либо одно вра-
щательное движение, соответствующее
протягиванию сегментов на вращающем-
ся столе круговой протяжкой. Эти схе-
мы не имеют широкого практического
применения.
Наиболее распространенны в про-
мышленности схемы резания, основан-
ные на сочетании одного вращатель-
ного и одного прямолинейного движе-
ния. Еще на заре развития техники на-
шла свое применение схема резания,
включающая равномерное вращательное
и равномерное прямолинейное движе-
ние, направление которого совпадает с
осью вращения. В настоящее время на
ней основаны такие методы обработки,
как точение проходными и расточными
резцами, нарезание резьбы резцами, мет-
чиками и плашками, сверление, зенке-
рование и развертывание отверстий.
Широко распространена схема реза-
ния, основанная на комбинации вра-
щательного движения и поступатель-
ного, направление которого перпенди-
кулярно оси вращения. На этой схеме
основаны процессы фрезерования все-
возможных цилиндрических поверхнос-
тей. Меняя расположение оси инстру-
мента относительно заготовки, можно
получить различные схемы фрезерова-
ния. Например, при обработке плос-
костей цилиндрическими фрезами ось
фрезы располагается параллельно об-
работанной плоскости, торцовыми фре-
зами — перпендикулярно, угловыми
фрезами — наклонно.
При анализе кинематических схем
резания необходимо учитывать, что в за-
висимости от в-ида элементарных движе-
ний и соотношения их угловых и линей-
ных скоростей, сообщаемых инструмен-
ту или детали, могут иметь место прин-
ципиально отличные методы обработки.
Так, сочетание вращения и поступатель-
ного движения, направленного перпен-
дикулярно оси вращения, соответствует
26
Глава II. Основы конструирования режущего инструмента
не только фрезерованию, но и отрез-
ке деталей на токарных станках. Если
при фрезеровании вращается фреза, то
при отрезке вращается деталь, а прямо-
линейное движение сообщается инстру-
менту — резцу.
Определяя форму и размеры режущих
элементов инструмента из условия изго-
товления требуемой поверхности детали,
важно знать движение его относительно
заготовки. С точки зрения процесса фор-
мообразования безразлично какими со-
четаниями движений заготовки и инстру-
мента получено и а станке исследуемое
относительное движение. Так при свер-
лении отверстий на токарном и свер-
лильном станке форма обработанной по-
верхности детали получается идентич-
ной, хотя винтовое движение сверла
относительно заготовки обеспечивается
при этом различными сочетаниями дви-
жений инструмента и детали.
Совокупность движений обработанной
поверхности детали относительно инст-
румента, рассматриваемых при опре-
делении исходной инструментальной по-
верхности И, характеризует кинемати-
ческую схему формообразования. На-
ряду с движениями, учитываемыми при
определении исходной поверхности И,
схемы формообразования могут допол-
няться движениями скольжения исход-
ной поверхности И и поверхности де-
тали Д «самих по себе», так как эти
движения не оказывают влияния на вза-
имное положение исходной поверхности
И относительно поверхности детали Д и
характер их контактирования. Введение
в схему формообразования этих движе-
ний может быть вызвано стремлением обе-
спечить полную обработку заданной пове-
рхности Д либо создать определенные
режимные условия работы инструмента.
Чтобы схемы металлорежущих стан-
ков были возможно более простыми,
на практике получили распространение
схемы формообразования, основанные
на прямолинейном и вращательном дви-
жениях и их сочетаниях. Большинство
используемых в машиностроении схем
формообразования основаны на сочета-
нии только двух движений, рассматри-
ваемых при отыскании исходной инстру-
ментальной поверхности, прямолиней-
ного и вращательного, поэтому число
возможных схем формообразования срав-
нительно невелико.
При обработке цилиндрических, вин-
товых поверхностей и поверхностей вра-
щения широко применяются схемы фор-
мообразования, при которых исходная
инструментальная поверхность совпада-
ет с поверхностью детали, и в процес-
се формирования поверхность детали
скользит «сама по себе».
Рассматриваемым схемам соответст-
вуют процессы протягивания цилин-
дрических поверхностей, точения фасон-
ными радиальными резцами поверхностей
вращения, нарезание резьбы метчиками
и плашками и т. п.
На практике находят применение так-
же схемы формообразования, включаю-
щие единственное элементарное движе-
ние. К таким схемам относятся, напри-
мер, процессы фрезерования, когда при
нахождении исходной поверхности рас-
сматривается только вращательное дви-
жение поверхности детали Д вокруг
оси инструмента. При этом движение
подачи не учитывается, так как оно при-
водит к перемещению поверхности де-
тали Д «самой по себе» и в силу этого
не оказывает влияния на характер вза-
имного расположения поверхности де-
тали Д и исходной поверхности И.
В производстве используются также
схемы формообразования, основанные
на сочетании двух движений. Практи-
ческое применение они находят при
обработке всевозможных деталей инст-
рументами, работающими методом об-
катки: червячными фрезами, гребенка-
ми, долбяками.
§ 2. Способы образования исходных инструментальных поверхностей
27
Чтобы отыскать возможные способы
обработки заданной поверхности детали,
целесообразно определить и проанали-
зировать приемлемые схемы формообра-
зования, уточнить необходимые относите-
льные движения заготовки и инструмента,
а затем их трансформировать в кинемати-
ческие схемы резания. Для этогоотносите-
льные движения, соответствующие схеме
формообразования, следует разложить на
движения заготовки и инструмента, до-
полнив их движениями скольжения по-
верхностей Д и И «самих по себе», если
это необходимо, чтобы обеспечить ра-
циональные режимные условия работы
инструмента и обработку в заданных
границах поверхности детали. Услож-
няя далее кинематическую схему реза-
ния введением установочных движений,
в результате которых режущий инстру-
мент и заготовка занимают исходные по-
ложения, движений управления, вспо-
могательных движений, связанных с
обеспечением зажима заготовок, зажима
и освобождения инструмента, удаления
стружки и т. п., проектируют реальную
кинематическую схему металлорежуще-
го станка.
$ 2. СПОСОБЫ ОБРАЗОВАНИЯ ИСХОДНЫХ
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Режущий инструмент можно рассмат-
ривать как тело, ограниченное исходной
инструментальной поверхностью И, на
которой располагаются профилирующие
участки режущих кромок, непосредст-
венно формирующие поверхность дета-
ли. Так, фреза — это тело вращения,
которое ограничено поверхностью вра-
щения И и в процессе обработки каса-
ется поверхности детали. Прорезая
стружечные канавки и образовывая
заднюю поверхность, это тело трансфор-
мируется в режущий инструмент.
Метчик можно представлять как винт,
сопряженный с обрабатываемой гайкой.
Он превращается в инструмент, образо-
вывая стружечные канавки и создавая
задние поверхности зубьев.
Исходная поверхность И в процессе
обработки должна касаться поверхнос-
ти детали.
В процессе обработки поверхность
детали Д совершает определенное дви-
жение относительно инструмента и за-
нимает ряд последовательных положе-
ний. Огибающую поверхность к рас-
сматриваемым последовательным поло-
жениям поверхности Д и можно принять
за исходную инструментальную поверх-
ность И.
При определении поверхности И как
огибающей поверхности Д обычно наб-
людается их взаимное касание вдоль
линии Е, называемой характеристикой.
Рассмотрим пример определения ис-
ходной поверхности И по первому спо-
собу для круглой цилиндрической по-
верхности Д. Будем считать, что схема
обработки включает вращение заготов-
ки вокруг ее оси 0х и медленное посту-
пательное движение вдоль этой же оси
0х. Пусть инструмент вращается вок-
руг оси 02,. перпендикулярной оси 0г.
Исходная инструментальная поверх-
ность И как огибающая поверхности
детали при ее движении относительно
инструмента будет поверхностью тора
(рис. 1, а). Она образуется вращением
характеристики Е, являющейся окруж-
ностью, вокруг оси 02. Если воспроиз-
вести исходную поверхность И в форме
рабочей поверхности шлифовального кру-
га, то при рассматриваемой схеме мож-
но будет обработать круглую цилин-
дрическую поверхность детали Д.
При втором способе образования ис-
ходных инструментальных поверхнос-
тей (рис. 1, б, в, г) известной считается
схема обработки, т. е. движения, со-
вершаемые в процессе обработки заго-
товкой и инструментом в системе хуг. Со-
общим системе хуг некоторое движение
28
Глава II. Основы конструирования режущего инструмента
Рис. 1. Способы образования исходных инструментальных поверхностей
и определим вспомогательную произ-
водящую поверхность Т как огибаю-
щую последовательных положений по-
верхности детали Д при ее движении от-
носительно движущейся системы хуг.
Рассматривая движение вспомогатель-
ной производящей поверхности Т от-
носительно инструмента, определяют оги-
бающую поверхность, которую можно
принять за исходную инструменталь-
ную поверхность, так как она в процес-
се обработки будет касаться поверхнос-
ти детали Д.
Действительно, поверхность Д в каж-
дый момент времени будет иметь со
вспомогательной поверхностью Т ха-
рактеристику Е1Г по которой они каса-
ются друг с другом. Исходная поверх-
ность И также будет касаться поверх-
ности Т по характеристике Е2. Так как
линии Ег и Е2 находятся на одной по-
верхности Т, то они, в общем случае,
будут пересекаться в некоторой точке К.
В этой точке поверхностей И и Д будет
наблюдаться касание.
В рассматриваемом примере обработ-
ки круглой цилиндрической поверх-
ности Д системе хуг сообщим поступа-
тельное движение параллельно оси О2.
Тогда вспомогательной производящей
поверхностью будет плоскость Т, па-
раллельная оси 02 и касающаяся поверх-
ности детали Д вдоль ее образующей.
При движении плоскости Т относи-
тельно инструмента исходная поверх-
ность как огибающая плоскости Т соз-
дается в форме круглой цилиндрической
поверхности И. Она касается поверх-
ности детали Д в точке К. Легко понять,
что инструмент в форме шлифовального
круга, ограниченного исходной поверх-
ностью И, при рассматриваемой схеме
будет обрабатывать заданную цилиндри-
ческую поверхность детали Д.
При третьем способе образования
исходных инструментальных поверхнос-
тей (рис. 1, д) определяется исходная
поверхность как огибающая последо-
вательных положений поверхности де-
тали при движении заготовки относи-
тельно инструмента. Поверхности Иг
сообщается некоторое движение и опре-
деляется огибающая, которая может
быть принята за исходную инструмен-
§ 2. Способы образования исходных инструментальных поверхностей
29
тальную поверхность И2. В процессе
обработки поверхность Яа будет каса-
ться поверхности детали. Действитель-
но поверхность Иг в процессе обработки
касается поверхности Д вдоль характе-
ристики Еи а поверхность И2 — поверх-
ности Иг по характеристике Ё2. Так как
линии Ег и Е2 находятся на одной по-
верхности И1г то они пересекаются в
некоторой точке К. В этой точке исход-
ная поверхность И2 касается поверх-
ности детали Д.
Рассматривая пример обработки ци-
линдра Д и образуя исходную поверх-
ность Иг по третьему способу, сообщим
поверхности тора поступательное
движение под углом к оси 02.
Огибающей поверхностью будет
сложная цилиндрическая поверхность
И2, которая в любой момент времени
будет соприкасаться с поверхностью де-
тали Д в одной точке К- В отличие от
предыдущего случая точка контакта К.
в процессе обработки будет менять свое
положение как на исходной поверх-
ности И, так и на поверхности дета-
ли Д.
Таким образом, при выбранной схе-
ме обработки могут быть образованы
всевозможные исходные поверхности и
на их базе спроектированы разнообраз-
ные инструменты, предназначенные для
обработки заданной поверхности дета-
ли Д.
Задачу определения размеров исход-
ных инструментальных поверхностей,
которая сводится к отысканию огибаю-
щих поверхностей, можно решать раз-
личными методами.
Если задано семейство поверхностей
уравнением f (xyzt) = 0, то огибающая
поверхность будет выражаться системой
двух уравнений:
/(x«/zO = 0,
df (xyzt) _ 0
di ~~ '
Рис. 2. Кинематическое условие
контакта сопряженных поверхностей
Задачу нахождения огибающей по-
верхности можно решить, используя
так называемый кинематический метод.
При движении произвольной поверх-
ности (рис. 2) в рассматриваемых узло-
вых точках вектор скорости U может
занимать различное положение относи-
тельно нормали N к поверхности. В про-
извольных точках 1 и 3 поверхности;
нормаль_А' не перпендикулярна к ско-
рости V. В окрестности точки 1 при
изображенном взаимном расположении
векторов N и V будет наблюдаться внед-
рение соответствующего участка поверх-
ности в близлежащее пространство, а
в окрестности точки 3 будет происходить
втягивание соответствующего участка
внутрь движущейся поверхности. По-
этому точки 1 и 3 не будут точками кон-
такта. На движущейся поверхности мож-
но найти особые точки 2, в которых
нормаль Л/ к поверхности будет перпен-
дикулярна скорости V. В точках 2 век-
тор V попадает в касательную плоскость
и поэтому точки 2 будут точками кон-
такта сопряженных поверхностей.
Таким образом, если поверхность Д
движется в пространстве и образует оги-
бающую поверхность И, то характе-
ристику в общем случае можно опреде-
лить как линию, в каждой точке кото-
рой вектор относительной скорости V
направлен по касательной к поверх-
ности.
зо
Глава II. Основы конструирования режущёго инструмента
Рис. 3. Определение характеристики при
винтовом движении плоскости
Аналитически это условие контакта
записывается так:
NV — Q,
т. е. скалярное произведение вектора
нормали N к поверхности детали Д и
вектора V скорости относительного дви-
жения в точках характеристики Е долж-
но быть равно нулю.
Условие контакта позволяет находить
точки контакта сопряженных поверхнос-
тей в различные моменты времени. Со-
вокупность точек контакта в системе,
связанной с деталью, является поверх-
ностью детали. Совокупность точек кон-
такта в системе, связанной с инструмен-
том, будет исходной инструментальной
поверхностью.
При определении огибающих поверх-
ностей И, образующихся при движении
поверхности Д, движение поверхности
Д можно раскладывать на составляю-
щие. Целесообразно разложение произ-
водить таким образом, чтобы одно из
составляющих движений вызывало ско-
льжение поверхности Д «самой по себе».
Тогда при определении характеристики
это движение можно не учитывать. Та-
ким путем сложное движение можно
•свести к более простому и упростить на-
хождение характеристики, а следова-
тельно, и огибающей поверхности.
Например, определим характеристику
при винтовом движении плоскости Р
(рис. 3). Угол между осью винтового
движения и плоскостью обозначим ср.
Винтовое движение плоскости Р будем
рассматривать как совокупность прямо-
линейно-поступательного движения со
скоростью V и вращательного с угловой
скоростью <о.
Движение со скоростью V разложим
на два движения:
?=^ + У2.
Вектор Ух направим перпендикулярно
вектору У, а вектор У2 расположим в
плоскости Р. Движение со скоростью
Уа приводит к перемещению плоскости
Р «самой по себе», поэтому его при
определении характеристики можно не
учитывать. Длина вектора Ух будет рав-
на:
yi = ytgqx
Движение со скоростью Ух можно пред-
ставить как пару вращения, у которой
векторы угловой скорости примем рав-
ными <о. Тогда расстояние между ними
будет равно:
г — V1 — vtg<P
<0 со
где h — параметр винтового движения.
Заданный вектор со угловой скорости
вращения плоскости Р и один из векто-
ров пары вращения взаимно уравнове-
шиваются. Таким образом, винтовое дви-
жение плоскости сведено к одному
вращательному движению. Характерис-
тикой Е в этом случае будет ортогональ-
ная проекция оси вращения на плос-
кость Р, т. е. линия, отстоящая от
проекции оси винтового движения на
расстоянии г и составляющая с ней
угол ф.
§ 3. Условия формообразования поверхностей деталей
31
В результате винтового движения ха-
рактеристики вместе с плоскостью Р
создается огибающая поверхность, ко-
торая является винтовой эвольвентной
поверхностью, радиус основного цилинд-
ра которой равен г.
§ 3. УСЛОВИЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ
ПОВЕРХНОСТЕН ДЕТАЛЕН
При обработке деталей иногда имеют
место такие случаи, когда оказывается
невозможным точно изготовить задан-
ную поверхность. Выявление условий
формообразования, при соблюдении ко-
торых получается заданная поверх-
ность детали, является первостепенной
задачей.
Условие существования исходной ин-
струментальной поверхности — первое
необходимое условие формообразования
поверхности детали при обработке ре-
занием.
Для формирования детали Д необ-
ходимо, чтобы в процессе обработки
все точки ее поверхности хотя бы один
раз соприкасались с точками исходной
инструментальной поверхности, т. е.
должны существовать сопряженные точ-
ки исходной поверхности, а следовательно
и их совокупность — поверхность И.
Известно, что в точках контакта со-
пряженных поверхностей общая нормаль
к ним должна быть перпендикулярна
скорости относительного движения, т. е.
должно соблюдаться условие: NV = 0.
При заданной поверхности детали Д и
известном положении нормали N в раз-
личных точках можно влиять на усло-
вие контакта (NV = 0) изменением ско-
рости V движения точек поверхности
Д относительно инструмента.
Представим себе плоскость Р, кото-
рая вращается вокруг оси, расположен-
ной в этой плоскости. Тогда в любой
точке плоскости нормали к плоскости
и скорости их вращения будут парал-
лельны. Условие NV = 0 не будет соб-
людаться, исходная поверхность не бу-
дет существовать и обработка плоскости
при рассматриваемой схеме окажется
невозможной. Если же ось вращения
установить перпендикулярно плоскости
Р, то одновременно во всех точках плос-
кости нормали будут перпендикулярны
скорости вращения. Это будет означать,
что исходная поверхность И сущест-
вует и совпадает с плоскостью Р. Та-
кая схема образования соответствует
фрезерованию плоскостей торцовыми
фрезами.
Условие правильного соприкосновения
исходной инструментальной поверхнос-
ти И и поверхности детали Д без их
взаимного внедрения является вторым
условием формообразования. Касание по-
верхности детали Д и исходной поверх-
ности И может быть внешним и внутрен-
ним. При внешнем касании (рис. 4, а}
поверхность И инструмента 2 находит-
ся вне тела детали 1. Поэтому внедрение
поверхности И в материал детали и
вырезание части его не будет. При
Рис. 4. Виды контакта сопряженных профилей
32
Глава II. Основы конструирования режущего инструмента
^внутреннем касании (рис. 4, б) исходная
поверхность инструмента 2, имея радиус
кривизны больший, чем радиус кривиз-
ны поверхности детали I, будет прохо-
дить в теле детали и при обработке выре-
зать на детали соответствующие ее час-
ти. В результате обработка детали прак-
тически оказывается невозможной.
Рис. 5. Схема образования конической поверх-
ности с помощью цилиндрической поверхности
Рассмотрим процесс шлифования ко-
нического отверстия цилиндрическим
кругом (рис. 5). Касание исходной ци-
линдрической поверхности И шлифо-
вального круга и поверхности кониче-
ского отверстия Д происходит вдоль их
общей образующей. Характер соприкос-
новения рассматриваемых поверхностей
будем анализировать в сечениях II—
II, перпендикулярных характеристи-
ке — образующей, вдоль которой наб-
людается контакт сопряженных поверх-
ностей. В этих сечениях радиус кривиз-
ны цилиндрического круга неизменный,
в то время как радиус кривизны кони-
ческой поверхности непрерывно умень-
шается при приближении к вершине
конической поверхности. От большого
основания конуса до точки т' радиус
кривизны цилиндра меньше радиуса кри-
визны конической поверхности; наблю-
дается внешнее касание сопряженных
поверхностей и обработка этого участка
конуса рассматриваемым цилиндриче-
ским кругом возможна. От точки т'
до вершины конуса радиус кривизны
цилиндрического шлифовального круга
больше радиуса кривизны конической
поверхности и обработка этого участка
поверхности детали шлифовальным кру-
гом оказывается невозможной.
В граничной точке М радиус кривиз-
ны конической поверхности в сечении
II—II равен радиусу Д цилиндрическо-
го круга:
р =
' D
COS 8
где 2е — угол при вершине конической
поверхности;
г— радиус вращения точки т'
вокруг оси конуса.
Если попытаться продлить инструмен-
тальную поверхность цилиндрического
круга за пределы граничного сечения
II—II, то при обработке будет срезана
часть поверхности детали (рис. 5’ б),
5 3. Условия формообразования поверхностей деталей
33
в том числе и некоторый участок поверх-
ности выше точки т'.
Таким образом, при обработке все-
возможных поверхностей может наблю-
даться взаимное внедрение сопряжен-
ных поверхностей в пределах зоны их
касания и соответствующее подрезание
детали. В некоторых случаях имеет
место также внедрение исходной инстру-
ментальной поверхности И в поверх-
ность детали Д за пределами зоны их
касания либо при их сближении до
соприкосновения, Для обработки по-
верхности детали в точном соответствии
с чертежом необходимо, чтобы исходная
инструментальная поверхность И не внед-
рялась в материал детали.
Условие отсутствия переходных поверх-
ностей на деталях является третьим
условием формообразования. Поверхнос-
ти реальных деталей ограничены участ-
ками различных поверхностей. Исходная
инструментальная поверхность И так-
же должна состоять из ряда участков,
сопряженных с соответствующими участ-
ками поверхности детали. Смежные
участки исходной инструментальной по-
верхности могут пересекать друг друга,
соприкасаться друг с другом либо отсто-
ять друг от друга на определенном рас-
стоянии. При пересечении различных уча-
стков исходных инструментальных по-
верхностей воспроизвести их полностью в
металле невозможно. Поэтому те части по-
верхности детали, которые формируются
срезанными участками исходной поверх-
ности, не будут обработаны и будет об-
разована переходная поверхность; она
соединит смежные участки поверхнос-
тей детали.
Если же участки исходной поверхнос-
ти И не срезают друг друга, обработка
поверхности детали возможна без пере-
ходных кривых. Пересечение смежных
участков инструментальных поверхнос-
тей и образование переходных кривых
обычно наблюдается при обработке впа-
2 4-1967
Рис. 6. Схема обработки концевой фрезой по-
верхности вращения
дин на деталях. Переходная поверх-
ность создается линией пересечения
смежных участков исходной поверх-
ности при ее движении относительно
детали.
Рассмотрим пример обработки конце-
вой фрезой поверхности вращения
(рис. 6, а), состоящей из цилиндрическое
го участка и торцовой плоскости Д2*
При обработке фреза вращается вок-
руг своей оси и ее режущие кромки
описывают исходную поверхность И,
а деталь медленно вращается вокруг ее
оси. Оси детали и инструмента взаим-
но перпендикулярны и расстояние меж-
ду ними равно k. В этом случае участок
исходной поверхности, сопряженный с
цилиндром Дъ будет плоскостью Иг
вращения характеристики Ег вокруг
оси инструмента, а участок, сопряжен-
ный с плоскостью Д2, будет цилиндром
И2 вращения характеристики Е2 вок-
руг той же оси инструмента. Смежные
участки Иг и И2 пересекают друг друга
по окружности А, поэтому воспроиз-
вести их полностью невозможно. В ре-
зультате при обработке на детали будет
образована переходная поверхность. Ха-
рактеристика Е1г вращаясь вокруг оси
34
Глава II. Основы конструирования режущего инструмента
детали, образует цилиндр Дг только на
участке ME профиля, а характеристика
Ег создает плоскость Дг до точки С ее
профиля. Между точками С и Е профиль
детали очерчен по переходной кривой.
Он формируется окружностью А. На
этом участке будет наблюдаться не вза-
имное касание сопряженных поверхнос-
тей Д и Ии а их кромочное зацепление.
Если ось инструмента будет пересе-
кать ось детали (рис. 6, б), то смежные
участки исходной поверхности будут
соприкасаться друг с другом. Характе-
ристики Ег и Е2 на границе соседних
участков не будут претерпевать разрыва,
и будет обеспечена обработка поверх-
ности детали без переходных кривых.
Отсутствие переходных кривых наблю-
дается в тех случаях, когда точки,
расположенные на границе участков,
в одни и те же моменты времени явля-
ются профилирующими для двух смеж-
ных участков поверхности детали.
В этом случае граничные точки соседних
участков исходной поверхности будут
также совпадать. Для этого необходимо,
чтобы в момент профилирования отно-
сительная скорость точек пограничной
линии двух соседних участков поверх-
ности детали была направлена по каса-
тельной к ней либо равна нулю.
Выполнение трех рассмотренных ус-
ловий формообразования обеспечивает
обработку заданной поверхности Д де-
тали с помощью исходной поверхности
И, обладающей способностью срезать
материал заготовки, попадающей в зону
ее воздействия. Известно несколько спо-
собов превращения тела, ограниченного
исходной поверхностью, в реальный ре-
жущий инструмент. Можно непосред-
ственно воспроизвести исходную поверх-
ность И. Примером подобных инстру-
ментов могут служить шлифовальные
круги, абразивные ленты, напильники,
шеверы и др. Исходная поверхность мо-
жет также описываться двигающейся
определенным образом в пространстве
режущей кромкой инструмента. Этот
случай имеет место, например, при об-
работке червячных колес летучками.
Соответственно линия, расположенная
на исходной поверхности, может описы-
ваться одной точкой режущей кромки.
Однако наиболее часто исходная поверх-
ность воспроизводится как совокупность
одной или нескольких режущих кромок,
расположенных в пределах тела, огра-
ниченного исходной поверхностью И,
соответственно однозубых или много-
зубых инструментов. Чтобы быть уве-
ренным в соответствии обработки по-
верхности детали с чертежом, необходи-
мо проанализировать характер контакта
сопряженных поверхностей И и Д и
выяснить, включают ли режущие кром-
ки профилирующие точки, необходимые
для полного образования поверхности
детали Д. Профилирующие точки кон-
такта сопряженных поверхностей могут
располагаться различным образом на
исходной поверхности И. Все точки
исходной поверхности И могут быть
профилирующими. Это имеет место при
линейном касании сопряженных поверх-
ностей И ,и Д.
Профилирующие точки исходной по-
верхности не взаимозаменяемы. Тогда
любая точка поверхности детали Д со-
прикасается только с одной соответст-
вующей ей точкой исходной поверхно-
сти И, н никакая другая точка исходной
поверхности И не может ее образо-
вать. В этом случае в процессе обработ-
ки необходимо воспроизвести полнос-
тью исходную поверхность И для того,
чтобы образовать все точки заданной
поверхности детали. Профилирующие
точки исходной поверхности могут
быть взаимозаменяемыми, и на исходной
поверхности И можно отыскать линию
Л соприкосновения ее с одной иссле-
дуемой точкой поверхности детали Д.
Можно воспроизвести не всю исходную
§ 4. Основные части режущего инструмента
35
поверхность, так как достаточно, что-
бы режущие кромки инструмента вклю-
чали только по одной точке каждой
линии Л. Примером таких инструментов
могут быть фасонные резцы, фасонные
фрезы и др.
При точечном контакте исходной по-
верхности и поверхности детали не все
точки исходной поверхности являются
профилирующими. На исходной поверх-
ности профилирующие точки образуют
только одну линию Л ее контакта в
различные моменты времени с поверх-
ностью детали. Точки линии Л могут
быть не взаимозаменяемыми, и произ-
вольная точка поверхности детали Д
может быть образована только одной
соответствующей ей точкой линии Л.
Тогда для полного образования поверх-
ности детали необходимо, чтобы ре-
жущие кромки инструмента включали
полностью линию Л. В этом случае на-
ряду с многозубыми можно создавать
одйозубые инструменты, приняв за ре-
жущую кромку линию Л.
Точки линии Л могут быть взаимоза-
меняемыми, и произвольная точка по-
верхности детали может обрабатываться
любой из точек линии Л. Тогда для об-
разования поверхности детали достаточ-
но создать только одну формообразую-
щую точку режущей кромки, располо-
женную на линии Л. Подобное явление
может иметь место и при линейном кон-
такте поверхностей Д и И или их сов-
падении. Примером инструментов с од-
ной профилирующей точкой режущей
кромки могут быть обычные проходные
резцы, торцовые фрезы, сверла и др.
Следует учитывать, что на практике
не всегда удается спроектировать теоре-
тически точные инструменты, вклю-
чающие на своих режущих кромках
все необходимые для образования по-
верхности детали профилирующие точ-
ки исходной поверхности. В этом слу-
чае детали обрабатываются с соответст-
вующими неровностями. При проекти-
ровании червячных фрез поверхность
исходного червяка воспроизводится как
совокупность ряда режущих кромок,
число которых равно числу зубьев фре-
зы. Поэтому при обработке зубчатых
колес червячной фрезой профиль зуба
колеса создается как огибающая огра-
ниченного числа резов.
Точность образования заданной фор-
мы поверхности детали будет зависеть
от точности воспроизведения исходной
поверхности, т. е. от точности изготов-
ления соответствующих размеров инст-
румента. Для получения в результате
обработки размеров обработанных по-
верхностей деталей в пределах их поля
допуска необходимо, чтобы соответст-
вующие размеры инструмента были из-
готовлены с более узкими допусками.
Это объясняется тем, что погрешности
при обработке деталей зависят не толь-
ко от погрешностей изготовления инст-
румента, но и от погрешностей станка,
приспособления, неточностей базирова-
ния деталей и т. п.
Ориентировочно допуски на размеры
инструмента, непосредственно влияю-
щие на форму и размеры обработанных
поверхностей, принимаются в пределах
1/3—1/4 от допуска на соответствующие
размеры детали.
§ 4. ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ
РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
Любой из режущих инструментов
включает рабочую часть и зажимную,
или соединительную часть. Рабочая
часть является основной частью инст-
румента. Ее можно рассматривать как
заготовку, ограниченную исходной по-
верхностью, в которой образованы ре-
жущие зубья. Например, фреза пред-
ставляет собой заготовку в форме тела
вращения, на наружной исходной по-
верхности которого созваны режущие
зубья.
36
Глава II. Основы конструирования режущего инструмента
Из тела, ограниченного исходной по-
верхностью, может быть вырезан одно-
зубый или многозубый инструмент.
Зубья инструмента из исходного тела
следует вырезать таким образом, чтобы
их режущие кромки включали соответ-
ствующие профилирующие точки ис-
ходной поверхности, необходимые для
формирования заданной поверхности де-
тали.
Зуб инструмента — это клинообраз-
ное тело, ограниченное передней и зад-
ней поверхностями. Поверхность ре-
жущего клина, по которой при резании
сходит стружка, называется передней
поверхностью, а поверхность, обращен-
ная к обработанной части заготовки,—
задней поверхностью. Линия пересе-
чения передней и задней поверхностей
является режущей кромкой инстру-
мента.
Уточняя форму и размеры зубьев,
требуется обеспечить не только изготов-
ление заданной поверхности детали, но
и создание работоспособного, высоко-
производительного инструмента. Для
этого необходимо, чтобы инструмент
имел целесообразные геометрические па-
раметры, углы резания, благоприятные
условия размещения и отвода стружки,
высокую прочность й жесткость, рацио-
нальное распределение работы реза-
ния между отдельными режущими зубь-
ями и т. п.
В процессе эксплуатации инструмент
перетачивается. Поэтому при проекти-
ровании рабочей части форму передней
и задней поверхностей и способ перето-
чек необходимо выбрать такими, чтобы
обеспечить обработку как новым, так
и переточенным инструментом одних и
тех же деталей и возможность проведе-
ния операции заточки с высокой произ-
водительностью на сравнительно прос-
том оборудовании.
Решение рассматриваемых вопросов
приводит к такой конструкции инстру-
мента, при которой рабочая часть его
будет состоять из режущей и калибрую-
щей частей.
Режущая часть является основной
частью любого металлорежущего инст-
румента. Она предназначена для среза-
ния материала заготовки и формирова-
ния таким путем заданной поверхности
детали. Калибрующая часть инструмен-
тов служит для окончательного оформ-
ления обработанной поверхности, вос-
полнения режущей части при переточ-
ках, а в некоторых случаях — для нап-
равления инструмента при его работе.
Калибрующая часть не является необ-
ходимой частью всех инструментов.
У таких инструментов, как цилиндриче-
ские фрезы, фасонные резцы, напильни-
ки, режущая и калибрующая части
представляют одно целое.
У таких инструментов, как сверла,
зенкеры, метчики и плашки, калибрую-
щая часть ярко выражена. У сверла
она имеет винтовые канавки для вывода
стружки и направляющие ленточки, слу-
жащие для направления инструмента
при работе. На небольшом участке,
непосредственно примыкающем к режу-
щей части, кромки ленточек являются
вспомогательными режущими кромками
и формируют поверхность отверстия.
При переточках длина калибрующей
части уменьшается и она восполняет по-
степенно режущую часть.
Соединительная или зажимная часть
является необходимой частью любого
инструмента. Она необходима для за-
крепления инструмента на станке или
удержания его в руках рабочего. Кон-
струкции соединительных частей .инст-
румента могут быть различными. Ин-
струменты, рабочая часть которых
совершенно одинакова, могут иметь раз-
личные соединительные части. Напри-
мер, такие инструменты, как сверла и
зенкеры, имеют не только цилиндриче-
ский, но и конический хвостовик.
§ 5. Режущая часть инструментов
'37
Разнообразие форм соединительных
частей нецелесообразно, так как это
усложняет производство инструментов
и их эксплуатацию. Поэтому на прак-
тике используется несколько способов
закрепления инструментов и соответст-
вующих им конструкций зажимных час-
тей.
Инструменты типа резцов имеют за-
жимную часть в форме призмы квадрат-
ного или прямоугольного поперечного
сечения.
Часто зажимная часть выполняется
в виде конического или цилиндрическо-
го хвостовика. Инструменты малых раз-
меров — спиральные сверла, зенкеры —
крепят с помощью хвостовика.
Насадные фрезы, дисковые шеверы и
долбяки, круглые фасонные резцы снаб-
жаются базовым цилиндрическим или
коническим отверстием и насаживаются
на цилиндрическую или коническую
оправку.
Конструкция зажимной части влия-
ет на работу инструмента, а также на
технологический процесс его изготов-
ления.
Зажимная часть в большинстве слу-
чаев является базой не только на метал-
лорежущем станке, но также при изго-
товлении, контроле и переточках ин-
струмента. Она должна быть достаточно
простой в изготовлении, обеспечивать
надежное, жесткое и точное крепле-
ние инструмента, удобство и быстроту
установки и снятия инструмента.
§ S. РЕЖУЩАЯ ЧАСТЬ ИНСТРУМЕНТОВ
Режущая часть любого металлорежу-
щего инструмента представляет собой
один или несколько режущих зубьев.
Зуб инструмента имеет клиновидную
форму в результате пересечения по
режущей кромке передней и задней
поверхностей.
В процессе обработки зубья инстру-
мента врезаются в материал заготовки
и режущими кромками срезают его в
виде стружки.
Поверхность, по которой происходит
отделение стружки от заготовки, назы-
вают поверхностью резания. Она явля-
ется поверхностью движения режущей
кромки относительно заготовки. Поэ-
тому плоскость, проходящая через каса-
тельную к режущей кромке и вектор
скорости резания, будет касательной к
поверхности резания. Ее называют плос-
костью резания.
Расположение режущего клина отно-
сительно поверхности резания характе-
ризуют геометрические параметры режу-
щей части, которые предопределяют ха-
рактер протекания процесса резания.
Величины геометрических параметров
в любой точке режущей кромки характе-
ризуются значениями переднего у и
заднего а углов, а также угла наклона
режущей кромки Л.
Передним углом у в исследуемой точ-
ке кромки называется угол между нор-
малью к поверхности резания и перед-
ней поверхностью. Относительное поло-
жение поверхности резания и задней
поверхности режущего клина в иссле-
дуемой точке режущей кромки харак-
теризуется задним углом а, как приня-
то называть угол между плоскостью,
касательной к задней поверхности, и
плоскостью резания, касательной к по-
верхности резания.
Однако эти определения неполны, так
как не имеют указания о расположе-
нии плоскости измерения углов. В слу-
чае, когда направление скорости реза-
ния перпендикулярно режущей кромке,
плоскость измерения углов у и а про-
водится перпендикулярно режущей кром-
ке. По вопросу о положении плоскости
измерения углов у и а при произвольном
направлении движения режущей кром-
ки по поверхности резания существуют
38
Глава II. Основы конструирования режущего инструмента
Рис. 7. Геометрия режущей части инст-
румента
различные точки зрения. Требуются до-
полнительные исследования для реше-
ния вопроса.
Направление перемещения режущей
кромки инструмента по поверхности ре-
зания характеризуется углом наклона
режущей кромки X, который измеряется
в плоскости резания (рис. 7). Он нахо-
дится между нормалью к режущей кром-
ке в исследуемой точке ее и вектором
скорости резания.
При произвольной величине угла 1
главную секущую плоскость, в которой
измеряют передние и задние углы, час-
то проводят через вектор скорости пер-
пендикулярно основной плоскости. При
этом под основной плоскостью понимают
плоскость, перпендикулярную вектору
скорости резания в исследуемой точ-
ке режущей кромки.
Наряду с этим считается, что опреде-
лять передние у и задние а углы следует
в нормальном к режущей кромке сече-
нии и при произвольном значении угла
наклона режущей кромки X.
Определим величины передних у и
задних а углов при их измерении в
главной секущей плоскости. Известны
величины углов yw и aw при их измере-
нии в нормальном к режущей кромке
сечении и угол наклона режущей кром-
ки X. Проведем оси координат хуг.
Ось х направим по режущей кромке,
ось г — по нормали к поверхности ре-
зания. В этом случае сечение плоскос-
тью уг перпендикулярно режущей кром-
ке и в нем будут измеряться yw и aw.
Главная секущая плоскость^ пройдет
через вектор скорости резания V перпен-
дикулярно плоскости резания. В этой
плоскости измеряются углы у и а. В
плоскости уг проведем вектор А, распо-
ложенный на задней плоскости инстру-
мента (плоскости, касательной к зад-
ней поверхности инструмента). Длину
вектора А выберем таким образом, что-
бы величина его проекции на ось г бы-
ла равна единице. Тогда
А = /ctgaw + fc.
В главной секущей плоскости прове-
дем вектор В, расположенный на зад-
ней плоскости инструмента. Длину век-
тора В выберем так, чтобы величина
его проекции на плоскость ху была рав-
на единице. Тогда
В = — i sin X — / cos к 4- k tg a,
где 1, j, k — единичные векторы сис-
темы. _
Три вектора А, В и i лежат в задней
плоскости инструмента. Поэтому их век-
торно-скалярное произведение равно ну-
лю. Следовательно:
1 0 0
0 — ctg aw 1 ^0.
— sinX cosX tga
Раскрывая определитель и определяя
угол aw, будем иметь:
ctg aw — ctg a cos X.
Аналогично можно получить зависи-
мость для подсчета угла yw
tgyw = tgy cosX.
Академик Академии наук Латвийской
ССР Г. И. Грановский считает, что
§ 5. Режущая часть инструментов
39
передний угол ут, характеризующий про-
цесс резания, необходимо определять,
учитывая направление схода стружки
по передней поверхности. Приближенно
можно считать, что направление схода
стружки составляет в передней плос-
кости угол X с перпендикуляром к режу-
щей кромке, т. е. с плоскостью уг.
Под передним углом ут понимается
угол между плоскостью, перпендику-
лярной скорости резания, и касатель-
ной к передней поверхности, проведен-
ной в направлении сбега стружки. По
направлению сбега стружки ^проведем
в передней плоскости вектор П. Длину
его выберем так, чтобы величина его
проекции на плоскость уг была равна
единице. Тогда вектор П можно записать:
П = —£ tg л.— /sinyjv +&cosyn.
Вектор скорости резания
V >= i sin Л + / cos Л.
По определению угол между векторами
П и V будет равен 90° + ут.
Следовательно,
П v
sin ут = —---—
Гт |П||И
Преобразуя это выражение, получим:
sin ут = 1 — cos 2М1 — sin Yw).
Характер влияния углов у^ и Л на
величину переднего угла ут в направле-
нии схода стружки показан на рис. 8.
При угле наклона режущей кромки,
равном нулю, передний угол ут в на-
правлении схода стружки равен перед-
нему углу ум в нормальном сечении. Во
всех остальных случаях наблюдается
увеличение передних углов Yt по срав-
нению с передними углами ум, измеряе-
мыми в сечениях, перпендикулярных
режущей кромке. Интенсивность изме-
нения передних углов ут возрастает
с увеличением угла наклона X.
Исследования и многолетний опыт ма-
шиностроительной промышленности по-
казывают, что оптимальные величины
передних углов уц различных инстру-
ментов зависят в основном от свойств
обрабатываемого материала и материала
инструмента. С увеличением прочности
и твердости обрабатываемого материа-
ла оптимальный передний угол будет
уменьшаться, а с увеличением прочности
инструментального материала — возрас-
тать. С увеличением толщины среза и
возрастанием соответственно усилий ре-
зания величина оптимального переднего
угла несколько снижается.
При проектировании металлорежу-
щих инструментов величины передних
углов ориентировочно можно выбирать
по табл. 1.
При черновых режимах резания с тол-
щиной среза, большей 0,2 мм, целесооб-
разно применять инструменты, имеющие
плоскую или криволинейную переднюю
поверхность и фаску вдоль режущей
кромки. Ширина фаски должна прибли-
зительно равняться толщине среза для
быстрорежущих инструментов и в 1,5—
2 раза превышать ее для твердосплавных
40
Глава II. Основы конструирования режущего инструмента
Таблица 1
Передние углы режущих инструментов
' Обрабатываемый материал Величины передних углов инструментов, град
из быстро- режущей стали твердосплав- ных
, Алюминиевые и маг- ниевые сплавы Сталь мягкая Сталь средней твердо- сти Сталь твердая Чугун средней твер- дости Чугун твердый 20—30 15—20 10—15 0—10 5—10 0—5 5—10 +5 ±5 —5ч—10 5—10 0—5
инструментов. Передний угол на фаске
берется от 0 до 5° для инструментов из
быстрорежущей стали и от 0 до 10° для
твердосплавных инструментов. Перед-
ний угол за фаской выбирается от 15° до
30°. Передняя поверхность с фаской при-
водит к упрочнению режущей кромки,
повышению виброустойчивости и стой-
кости инструмента.
В ряде случаев конструктивные осо-
бенности инструмента, условия его рабо-
ты или технологические требования при-
водят к тому, что принимаемые значения
передних углов отличаются от рекомен-
дуемых. Применение значительных пе-
редних углов на круглых протяжках
малого диаметра ограничивается затруд-
нениями в их заточке. У некоторых
фасонных инструментов, таких как зу-
борезные долбяки с конической перед-
ней поверхностью, величина переднего
угла оказывает влияние на точность об-
работки (его увеличение приводит к
большим искажениям профиля обрабо-
танной поверхности детали). В этих
случаях приходится уменьшать до 0—
8° передние углы по сравнению с их
рекомендуемыми значениями.
При чистовой обработке с малой тол-
щиной среза, соизмеримой с радиусом
округления режущей кромки, величина
переднего угла уменьшается до 0°. На-
пример, передний угол у чистовых раз-
верток берется в пределах от 0° до 5°.
Задний угол а является важным эле-
ментом конструкции инструмента. Он
служит для уменьшения трения между
задней поверхностью инструмента и
поверхностью резания. Чрезмерное уве-
личение заднего угла приводит к ухуд-
шению теплоотвода и снижению проч-
ности режущей части. Опыты показы-
вают, что оптимальные значения зад-
них углов, обеспечивающих наивысшую
стойкость инструмента, определяются
толщиной среза. Оптимальный задний
угол увеличивается с уменьшением тол-
щины среза. При обработке особо твер-
дых материалов высокой прочности ве-
личины задних углов снижаются, а при
обработке легких сплавов — увеличи-
ваются. В случае появления вибрации
при обработке приходится уменьшать
задние углы. У резцов для гашения
низкочастотных колебаний применяют
виброгасящую фаску на задней поверх-
ности шириной 0,1—0,3 мм с отрица-
тельным задним углом от 0° до —10°.
У большинства инструментов задние
углы аы принимаются равными 5—15°.
Меньшие величины выбираются для чер-
новых, а большие для чистовых инстру-
ментов. У инструментов, работающих с
малыми толщинами среза, величины зад-
них углов увеличиваются до 30°.
К таким инструментам относятся фрезы с
мелким зубом. Исключение составляют
чистовые развертки, внутренние про-
тяжки, зуборезные долбяки и т. п.
У чистовых разверток задние углы прини-
маются малыми от •—5° до 8°, что сни-
жает вибрации и способствует улучше-
нию чистоты поверхности.
Если исходить из небольшой толщины
среза, у круглых протяжек задний угол
должен составлять 15—20°. Однако кон-
струкция круглых протяжек такова,
§ 5. Режущая часть инструментов
41
что после каждой переточки по перед-
ней поверхности уменьшаются диаметры
зубьев. Причем это уменьшение проис-
ходит тем интенсивнее, чем больше
задний угол. Поэтому, чтобы увеличить
допустимое количество переточек и срок
службы протяжек, задний угол у них
уменьшается до 2—4°.
По аналогичным соображениям у зу-
борезных долбяков принимаются сравни-
тельно небольшие величины задних
углов — порядка 5°.
Угол наклона режущей кромки X
влияет на направление схода стружки,
соотношение проекций силы резания,
равномерность работы в процессах пре-
рывистого резання. Рекомендуемые ве-
личины углов наклона режущей кромки
1 для различных инструментов колеб-
лятся от 0° до 45—60°. У таких инстру-
ментов, как токарные проходные резцы,
торцовые фрезы, угол наклона режущей
кромки принимается небольшой вели-
чины, не более 10—15°. Увеличение
этого угла в рассматриваемом случае
приводит к ухудшению условий реза-
ния на вершине и на вспомогательной
кромке.
Для цилиндрических и концевых фрез
рекомендуемые величины углов наклона
режущей кромки 30—45 . При работе
этими фрезами увеличение угла наклона
X обеспечивает более равномерное фрезе-
рование и уменьшает мгновенную шири-
ну контакта режущей кромки с обраба-
тываемой заготовкой.
При выборе геометрических пара-
метров режущей части инструмента не-
обходимо иметь в виду, что излишняя их
дифференциация в соответствии с кон-
кретными условиями работы инстру-
мента усложняет инструментальное хо-
зяйство. Поэтому целесообразно уста-
навливать определенные группы гео-
метрических параметров, применительно
к наиболее распространенным условиям
работы. Геометрические параметры ин-
струментов в различных точках режу-
щей кромки нельзя выбирать произволь-
ными. Величины геометрических пара-
метров в одной или нескольких точках
режущей кромки определяют геометри-
ческие параметры в других точках
и характер их изменения вдоль режущей
кромки; В настоящее время нет обосно-
ванных и четких рекомендаций по выбо-
ру геометрических параметров при из-
вестном законе изменения их вдоль
кромки.
В первом приближении в базовых наи-
более загруженных точках кромки ли-
бо в точках, расположенных на наиболее
ответственных ее участках, можно при-
нимать оптимальные величины геомет-
рических параметров. Если же наблю-
дается резкое изменение геометрических
параметров, то целесообразно в базовых
точках создавать геометрические пара-
метры такие, чтобы их средние величи-
ны были близки к оптимальным. Задача
конструктора заключается также в том,
чтобы создать инструмент, у которого
геометрические параметры в различных
точках кромки были бы по возможности
постоянными и близкими к оптимальным
значениям. Удачное решение этой зада*
чи приводит к появлению инструментов
с высокими режущими свойствами.
При изготовлении инструментов важно
обеспечить соблюдение принятых опти-
мальных величин геометрических па-
раметров, так как отклонения от них
приводят к падению стойкости, ухудше-
нию чистоты обработанной поверхности
и т. п. Однако абсолютно точно ни оп-
ределить, ни воспроизвести на инстру-
менте оптимальные геометрические па-
раметры невозможно. Поэтому, если
точность изготовления геометрических
параметров существенно не влияет на
точность обработки, то допуски на углы
режущей части инструмента принима-
ются обычно равными ±1—2°. Для ма-
лых же величин углов до 3° допуск
42
Глава П. Основы конструирования режущего инструмента
берется ±30'. Если же точность изготов-
ления геометрических параметров оказы-
вает влияние на точность обработки, то
допуски на них зависят от допусков
на изготовление деталей и выбираются
в более узких пределах. Например,
для зуборезных гребенок, предназна-
ченных для обработки зубчатых ко-
лес, допуск на передний и задний
углы принимается равным ±10'.
На конструкцию инструмента сущест-
венно влияет принятая схема резания.
Схемы резания характеризуют последо-
вательность срезания слоев металла с
заготовки и распределение нагрузки на
каждую режущую кромку инструмента.
Это распределение является важным
фактором, влияющим не только на про-
изводительность, но также и на точность
и чистоту обработанной поверхности.
При проектировании инструментов при-
меняются две основные схемы реза-
ния: профильная и последовательная. У
инструментов с профильной схемой реза-
ния режущие кромки всех зубьев лежат
на исходной инструментальной поверх-
ности. Поэтому при проектировании та-
ких инструментов режущую кромку
определяют как линию пересечения ис-
В
а 5
ходной поверхности с выбранной перед-
ней поверхностью, т. е. превращая исход-
ное тело, ограниченное исходной поверх-
ностью, в инструмент, создают переднюю
поверхность и пространство для схода
стружки. Это достигается вырезанием
части материала исходного тела при со-
здании инструмента с одним зубом или
прорезанием нескольких стружечных ка-
навок при проектировании многозубых
инструментов. По определенной таким
образом режущей кромке уточняется фор-
ма задней поверхности, обеспечиваю-
щая получение рациональных задних
углов, беспрепятственное перемещение
задней поверхности в процессе реза-
ния и возможность переточек инстру-
мента.
К инструментам с профильной схемой
резания относятся фасонные резцы, ци-
линдрические и фасонные фрезы, зубо-
резные долбяки и др. На рис. 9, а изоб-
ражена профильная схема обработки
резьбы фасонным резцом, который по-
степенно внедряется в заготовку и при
чистовом проходе формирует поверх-
ность резьбы. Все точки активной дли-
ны режущей кромки АВС одновременно
являются профилирующими и лежат на
исходной поверхности.
При последовательной схеме резания
точками, расположенными на исходной
поверхности, являются только гранич-
ные точки режущих кромок. В этом
случае воспроизводится исходная по-
верхность как совокупность точек, рас-
положенных на ней. Режущие кромки
рассматриваемых инструментов выби-
раются сравнительно простой формы
в виде прямых или дуг окружности и
располагаются в пространстве, ограни-
ченном исходной поверхностью.
Проектируя рассматриваемые инст-
рументы, создают тело, ограниченное
исходной поверхностью. Затем на по-
лученной заготовке прорезают зубья
с режущими кромками выбранной фор-
§ 5. Режущая часть инструментов
43
мы, распределяя работу резания между
отдельными режущими элементами.
К инструментам с последовательной
схемой резания относятся метчики, круг-
лые плашки, резьбовые гребенки, резцы,
сверла, торцовые фрезы и др.
На рис. 9, б приведена схема обра-
зования резьбы метчиком. Прямоли-
нейные режущие кромки АВ зубьев
метчика, срезая изображенные слои
материала заготовки, только своими
крайними точками А и В формируют
поверхность резьбы. На обработанной
поверхности остаются следы работы от-
дельных кромок, что снижает качество
поверхности. Однако ввиду простоты
изготовления рассматриваемые метчики
широко применяются в промышлен-
ности.
При проектировании инструментов
применяется так называемая дифферен-
цированная схема резания. Инструмен-
ты с этой схемой резания имеют различ-
ные по назначению две группы режущих
зубьев: предварительные и профили-
рующие. Предварительные зубья имеют
режущие кромки, расположенные в
пределах пространства, ограниченного
исходной поверхностью, но не имеют
точек, расположенных на этой поверх-
ности, т. е. не имеют профилирующих
точек на режущих кромках. Эти зубья
не участвуют в оформлении поверхности
детали и могут изготовляться с невысо-
кой точностью. Формирование же по-
верхности детали производится чисто-
выми зубьями в соответствии с про-
фильной или последовательной схемами
резания.
Примером инструментов с дифферен-
цированной схемой резания могут слу-
жить обычные круглые протяжки. Диф-
ференцированная схема резания может
включать черновые и чистовые инстру-
менты. Например, нарезание резьбы
производится комплектом метчиков:
предварительными и чистовым, форми-
рующим обработанную поверхность
(рис. 9, в). При неравномерном износе
инструментов, с целью перераспределе-
ния загрузки, используется шахматно-
профильная и шахматно-последователь-
ная схемы резания. В этом случае сре-
заются отдельные участки режущих кро-
мок в шахматном порядке, за счет чего
перераспределяется загрузка отдель-
ных участков кромок и создаются более
работоспособные инструменты. Так на
пилах, предназначенных для разрезки
металлов, применяют ступенчатую за-
точку и срезают то с одного, то с другого
торца соответствующие участки режу-
щих кромок. Такая заточка обеспечи-
вает лучшее распределение нагрузки и
предохраняет зубья от защемления и
поломок.
В практике используется также сме-
шанная профильно-последовательная
схема резания, при которой отдельные
участки поверхности детали формируют-
ся в соответствии с профильной, а дру-
гие — с последовательной схемой реза-
ния. Так, при точении резьбы резец
может подаваться под углом к оси заго-
товки (фиг. 9, г) и формировать одну
сторону резьбы по профильной, а вто-
рую — по последовательной схеме ре-
зания. Условия образования стружки
при этом будут более благоприятными,
чем при точении резьбы по профильной
схеме резания. Стружка будет менее
деформироваться и легко выходить из
канавки. Обработку деталей, когда необ-
ходимо удалять с заготовки значитель-
ный объем материала, целесообразно
производить по контурной схеме реза-
ния. В этом случае превращается в струж-
ку не весь припуск, а вырезается относи-
тельно небольшая часть приблизитель-
но по контуру детали. Это резко сни-
жает общие усилия резания и приводит
к повышению производительности тру-
да. По этой схеме производится предва-
рительная обработка крупногабаритны::
44
Глава II. Основы конструирования режущего инструмента
Рис. 10. Обработка впадин зубчатых колес про-
резными фрезами
зубчатых колес прорезными фреза-
ми и сверление отверстий кольцевыми
сверлами (рис. 10).
Выбирая различные схемы резания,
можно спроектировать разнообразные
инструменты, предназначенные для об-
работки заданной детали. Выбор той
или иной схемы резания следует произ-
водить с учетом требований экономики
и организации производства для опре-
деленных заводских условий.
Металлорежущий инструмент в про-
цессе эксплуатации периодически пере-
тачивается для восстановления режущей
способности. При переточках необхо-
димо воспроизвести геометрические па-
раметры режущей части и обеспечить
получение при обработке новым и пере-
точенным инструментом одних и тех же
деталей. Для этого проектируют ре-
жущую часть инструмента так, чтобы
при переточках сохранить неизменной
режущую кромку.
Если в рассматриваемом случае движе-
ния, совершаемые в процессе обработки
режущей кромкой нового и переточен-
ного инструмента, будут одинаковыми,
то форма обработанной поверхности
детали при переточках инструмента
будет неизменной. По технологическим
соображениям поверхность, по кото-
рой ведется переточка инструмента,
целесообразно выбирать сравнительно
простой формы, относительно легко об-
рабатываемой на современных станках.
В качестве таких поверхностей при
проектировании всевозможных инстру-
ментов принимаются плоские, круглые
цилиндрические, конические, винтовые
поверхности и др.
Один и тот же инструмент можно пе-
ретачивать по различным поверхностям,
которые обеспечивают получение на
режущей части целесообразных геомет-
рических параметров и включают ре-
жущую кромку. Так, сверла в зависи-
мости от типа применяемых сверлоза-
точных станков затачивают по цилинд-
рическим, коническим либо винтовым
поверхностям.
Неперетачиваемая поверхность режу-
щей части описывается режущей кром-
кой при выбранном ее движении вместе
с поверхностью, по которой ведется
переточка инструмента. Если обеспечить
совпадение переточенной поверхности
с одним из ее мгновенных положений,
то форма режущей кромки при пере-
точках изменяться не будет. Непере-
тачиваемая поверхность образуется как
совокупность режущих кромок. При
переточках удаляется одна из кромок
и образуется новая прежних размеров.
Заставляя перетачиваемую поверх-
ность совершать в пространстве всевоз-
можные движения, можно образовать
различные формы неперетачиваемых по-
верхностей, описываемых движущейся
режущей кромкой, и таким образом со-
здать различные типы режущих инстру-
ментов.
С точки зрения простоты создания не-
перетачиваемой поверхности целесооб-
разно перетачиваемую поверхность с
расположенной по ней режущей кром-
кой заставить совершать сравнительно
простые движения: прямолинейно-по-
ступательное, вращательное, винтовое,
затыловочное движение, являющееся со-
§ 5. Режушая часть инструментов
45
вокупностью вращательного и поступа-
тельного движений. При прямолиней-
но-поступательном движении режущих
кромок образуются цилиндрические не-
перетачиваемые поверхности режущей
части инструмента. Вращательное или
винтовое движение режущей кромки
приводит к неперетачиваемой поверх-
ности режущей части инструмента в
форме поверхности вращения или вин-
товой. При затыловочном движении со-
здается сложная затылованная поверх-
ность, форма которой зависит от соот-
ношения скоростей и взаимного располо-
жения оси вращательного и направле-
ния поступательного движения режущей
кромки.
Неперетачиваемая поверхность инстру-
мента должна быть такова, чтобы при
переточках конструкция станка и инст-
румента позволяли мысленно совмещать
режущие кромки нового и переточенно-
го инструментов. Кинематика движения
кромки сохраняется при этом неизмен-
ной, и при переточках не меняется фор-
ма обработанной поверхности детали.
Поэтому, конструируя неперетачивае-
мую поверхность, необходимо согласо-
вать принятые движения режущей кром-
ки с возможными установочными пере-
мещениями, допускаемыми конструкци-
ей станка, инструмента, приспособления
и кинематикой резания.
Неперетачиваемая в процессе эксплу-
атации инструмента поверхность может
быть передней либо задней. В некото-
рых случаях режущая часть не имеет
неперетачиваемых поверхностей и ин-
струмент перетачивается одновременно
по передней и задней поверхностям.
Примером таких инструментов может
служить обычный токарный резец. Одна-
ко фасонные инструменты, как правило,
перетачиваются только по одной по-
верхности режущей части.
Применение того или иного метода за-
точки обусловливается конструкцией ин-
струмента и условиями его эксплуата-
ции.
С целью уменьшения объема снимае-
мого при заточке инструментального
материала целесообразно инструмент,
изнашивающийся по передней поверх-
ности, перетачивать также по передней
поверхности. Если же износ происхо-
дит по задней поверхности, то его целе-
сообразно затачивать по задней поверх-
ности. В общем случае износ режущего
инструмента протекает, хотя и в раз-
ной степени, как по передней, так и
по задней поверхностям. Поэтому нахо-
дит применение метод одновременной
заточки по передней и задней поверх-
ностям.
Не всегда конструкция инструмента
позволяет применить этот метод заточ-
ки. Например, фасонные инструменты,
как правило, затачиваются только по
одной поверхности режущей части.
Заточка по задней поверхности
(рис. 11, а) приводит к увеличению проч-
ности зуба из-за уменьшения высоты; при
износе задней поверхности •— к снятию
минимального слоя металла, получе-
нию более чистой обработанной поверх-
ности.
В ряде случаев такой метод заточки
практически неприменим, так как он
трудоемок, приводит к быстрым изме-
нениям диаметральных размеров инстру-
мента, требует при заточке фасонных
инструментов сложных приспособлений.
Это целесообразно только в крупносе-
рийном и массовом производстве.
Заточка по передней поверхности
(рис. 11, 6) для фасонных инструментов
осуществляется просто. Она обеспечива-
ет меньшие, чем при заточке по зад-
ней поверхности, изменения диамет-
ральных размеров и является наиболее
распространенной для инструментов,
имеющих сложный профиль зуба, таких
как фасонные резцы, червячные фрезы,
зуборезные долбяки и др.
46
Глава II. Основы конструирования режущего инструмента
Рис. 11. Схема заточки инструмента
На режущую способность инструмен-
та влияют не только величины геометри-
ческих параметров и форма поверхнос-
тей режущей части, но и качество этих
поверхностей, которые должны быть из-
готовлены с определенным классом чис-
тоты. Чем выше степень чистоты поверх-
ностей рабочей части инструмента, тем
выше его стойкость и тем выше чистота
обработанной инструментом поверхнос-
ти. Рекомендуемая чистота поверхнос-
тей режущей части твердосплавных ин-
струментов на участках, непосредствен-
но примыкающих к режущим кромкам,
колеблется в пределах V10— v 11 и
обеспечивается их доводкой, а у шлифо-
ванных инструментов твердосплавных и
стальных—в пределах V7 —V9. В не-
которых случаях поверхности режущей
части, в основном по технологическим
соображениям (в силу сложности шлифо-
вания), не шлифуются и их чистота
будет v5 — V6. Примером таких ин-
струментов могут быть фасонные заты-
лованные фрезы с нешлифованной зад-
ней поверхностью. Однако стойкость их
значительно ниже, чем у инструментов
со шлифованным профилем.
На режущих кромках нельзя допус-
кать завалы и выкрашивания. Инстру-
мент не должен иметь трещин, заусен-
цев, следов коррозии, прижогов поверх-
ностных слоев или цветов побежалости.
При конструировании режущих ин-
струментов необходимо обеспечить бес-
препятственный отвод стружки из зоны
резания. Наблюдения показывают, что
в результате нагромождения и защем-
ления стружки увеличиваются усилия
резания, ухудшается чистота обработан-
ной поверхности, происходят поломки
инструмента.
Наиболее сложно решаются вопросы
размещения стружки в инструментах,
где стружка отводится по соответствую-
щим каналам либо размещается в них
и удаляется после окончания резания.
Объем канавок для стружки должен
в 3—6 раз превышать объем размещаю-
щейся в канавке стружки. Для монолит-
ных многозубых инструментов объем
канавок зависит от шага зубьев и от
их числа. Чем больше шаг зубьев, тем
большей может быть выполнена стру-
жечная канавка. На практике отноше-
ние глубины канавки к шагу зубьев
колеблется в пределах 0,3—0,5, а отно-
шение радиуса закругления впадины
зуба к шагу—в пределах 0,15—0,3.
В отдельных случаях конструкция ин-
струмента может предусматривать при-
нудительный отвод стружки с помощью
струн охлаждающей жидкости, которая
подается под давлением и выносит струж-
ку из зоны резания. Этот способ приме-
няется при сверлении глубоких отверс-
тий.
С целью экономии дорогостоящего ин-
струментального материала в промыш-
ленности широко используются всевоз-
можные сборные инструменты. У сбор-
ного инструмента режущая часть выпол-
няется из инструментального материа-
ла, а корпус — из конструкционной
стали. Конфигурация рабочей части
сборного инструмента во многом опре-
деляется принятым способом крепления
их зубьев. Сборные инструменты мо-
гут быть с неразъемным соединением
режущих элементов с корпусом путем
сварки либо наплавки инструменталь-
§ 5. Режущая часть инструмента
47
ных сталей и припайки твердосплавных
пластин. Такие способы крепления при-
меняются для малогабаритных инстру-
ментов. Они обеспечивают относитель-
но большое число зубьев, позволяют
создавать конструкции с более высокой
виброустойчивостью, чем у инструмен-
тов с механическим креплением встав-
ных зубьев. Недостатками инструментов
с Припаянными пластинками твердого
сплава являются: появление дополни-
тельных напряжений, которые могут
привести к образованию трещин на
пластинках твердого сплава; сложность
напайки, особенно для многозубных ин-
струментов; трудность восстановления
инструмента при поломке одного из
зубьев и т. п. Несмотря на это многозу-
бые инструменты с припаянными плас-
тинками получили широкое распростра-
нение в промышленности ввиду просто-
ты их конструкции. Сборные инструмен-
ты с разъемным соединением режущих
элементов с корпусом имеют механи-
ческое крепление пластин, изготовлен-
ных из инструментального материала,
либо зубьев. К державке зубьев припа-
ивают или приваривают пластинку из
инструментального материала.
Широко распространены в промышлен-
ности инструменты, у которых клино-
видные пластинки быстрорежущей ста-
ли закрепляются в корпусе с помощью
рифлений (рис. 12, а). Рифления на
корпусе могут идти перпендикулярно
или параллельно оси инструмента. В
этих случаях, переставляя ножи на риф-
лениях, можно выдвигать их в осевом
или радиальном направлении.
Когда необходимо, после износа ре-
жущей части, выдвигать ножи и в ра-
диальном, и в осевом направлениях,
применяют пластинки и пазы в корпусе
с двойным уклоном (рис. 12, б).
Значительным преимуществом рифле-
ний является простота конструкции,
быстрота смены зубьев и возможность
постановки их большого количества.
Такая конструкция не может обеспечить
точной установки ножей из-за неравно-
мерности посадки их в корпусе при
отклонениях в сопряженных размерах.
На практике используются различные
методы крепления гладких призмати-
ческих зубьев с помощью клиньев, вту-
лок, винтов, эксцентриков и др.
Широкое применение находят сбор-
ные твердосплавные инструменты с меха-
ническим креплением неперетачивае-
мых пластинок. Механическое крепле-
ние пластин к корпусу или к стержню
зуба исключает нагрев и тепловые на-
пряжения твердого сплава, что способ-
ствует повышению стойкости и умень-
шению выкрашиваний и скалываний
твердого сплава по сравнению с напай-
ным инструментом. Преимущество ин-
струментов с механическим креплением
заключается также в том, что много-
гранные пластинки после износа всех
их вершин не перетачиваются, а за-
меняются новыми. Замену пластинок
можно производить не снимая корпуса
Рис. 12. Способы крепления зубьев сборных
инструментов на рифлениях
48
Глава II. Основы конструирования режущего инструмента
инструмента со станка, что способствует
сокращению вспомогательного времени
на смену инструмента. Такое крепление
позволяет многократно использовать кор-
пуса инструментов.
$ в. МЕТОДЫ КРЕПЛЕНИЯ ИНСТРУМЕНТОВ
НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ
Нормальная работа металлорежущего
инструмента предопределяется конст-
рукцией не только режущей части, но
и соединительной или зажимной части.
Конструкция соединительной или за-
жимной части должна обеспечить быст-
рую установку и снятие инструмента,
надежное закрепление на станке. Она
должна быть достаточно прочной и жест-
кой, простой и технологичной.
Наиболее часто соединительная или
зажимная часть выполняется в форме
отверстия в корпусе инструмента либо
в виде соответствующего хвостовика.
Базовое отверстие имеют насадные ин-
струменты, которые устанавливаются и
закрепляются на оправках. Базовое от-
верстие инструмента и сопряженные по-
верхности оправок могут быть цилиндри-
ческими либо коническими.
Номинальные диаметры цилиндриче-
ских отверстий у насадных инструмен-
тов выбираются из следующего ряда:
8, 10, 13, 16, 22, 27, 32, 40, 50, 60, 70,
80 и 100 мм. При выборе диаметра ба-
зового отверстия насадного инструмен-
та необходимо обеспечить достаточную
прочность, жесткость и виброустойчи-
вость оправки. Оправки повышенных
диаметров как более жесткие и вибро-
устойчивые позволяют вести обработку
на повышенных режимах, обеспечивая
большую точность и чистоту. Крутя-
щий момент наиболее часто передается
продольной шпонкой. Во избежание кон-
центрации напряжений шпоночный паз
снабжается, соответствующими закруг-
лениями. Для уменьшения поверхности
соприкосновения оправки и отверстия
инструмента (при длине более 20 мм)
в середине отверстия выполняется вы-
точка. Это облегчает шлифование, так
как уменьшается зона обработки и обес-
печивается лучшая посадка инструмента
на оправку. Длина выточки принимается
в пределах 0,2—0,6 длины фрезы. За-
крепление на цилиндрической оправке
производится гайками или винтами и
промежуточными кольцами. С целью
уменьшения биения зубьев торцы на-
садного инструмента должны быть па-
раллельны и перпендикулярны оси от-
верстия. Такие насадные инструменты,
как зенкеры и развертки, закрепляются
на конической оправке с конусностью
1 : 30. Передача крутящего момента осу-
ществляется торцевыми шпонками, так
как толщина ступицы рассматриваемых
инструментов невелика и продольная
шпонка может сильно ослабить кон-
струкцию.
Широкое распространение получила
установка и крепление инструментов
цилиндрическими или коническими хвос-
товиками. Диаметры цилиндрических
хвостовиков выбираются из нормального
ряда от 2 до 70 мм.
С целью облегчения технологии изго-
товления у таких инструментов, как
сверла, диаметр хвостовика совпадает
с диаметром рабочей части. Крутящий
момент в рассматриваемом случае может
передаваться за счет трения между ци-
линдрическими поверхностями хвосто-
вика и патрона, а также с помощью
двух срезанных плоскостей (лысок), квад-
ратов, шлицев или других замков.
Цилиндрический хвостовик наиболее
прост в изготовлении, обеспечивает лег-
кую смену и регулировку инструмента
в осевом направлении.
Наиболее применим конический хвос-
товик. Конусы Морзе и метрические
имеют угол наклона около 3°, обладают
свойством самоторможения и могут удер-
§ 6. Методы крепления инструментов на металлорежущих станках
49
живать инструмент и передавать кру-
тящий момент. Конический хвостовик
заканчивается лапкой, предназначенной
для выбивания инструмента из шпин-
деля станка, так как эта операция тре-
бует значительных усилий.
Конусы Морзе и метрические могут
затягиваться винтами и гайками для
предохранения от выпадения, большей
жесткости и прочности крепления. В
этом случае они снабжаются отверстием
с резьбой.
Конический хвостовик должен пере-
давать инструменту крутящий момент
от шпинделя станка, причем проскаль-
зывание при работе недопустимо.
Определим максимальный крутящий
момент, который может передать конус,
т. е. тот предельный момент, по дости-
жении которого будет наблюдаться про-
скальзывание.
Осевое усилие, действующее на кони-
ческий хвостовик, будем считать рав-
ным осевому усилию резания Ро.
При сжатии силой Ро двух кониче-
ских поверхностей между ними возни-
кает трение, момент которого может
быть выражен формулой:
Af = fpFr прив>
где f— коэффициент трения между
трущимися поверхностями;
р —> среднее удельное давление;
F — площадь соприкасающихся
поверхностей;
Гприв — приведенный радиус сил
трения соприкасающихся
поверхностей.
Приведенный радиус сил трения со-
прикасающихся поверхностей можно
принять равным среднему радиусу:
, _ , _ гу + ''г _ d, + d,
Гприв —' ср — 2 —’ 4 ’
где гх и г2 —• максимальный и мини-
мальный радиусы;
d2 — соответствующие диамет-
ры рабочей части конуса.
Величина rnpHB зависит от закона рас-
пределения элементарных сил трения
трущихся поверхностей, т. е. от точ-
ности изготовления сопряженных кони-
ческих поверхностей. Принимая приве-
денный радиус равный среднему, счи-
таем, что при установке обеспечивается-
полное прилегание конической поверх-
ности хвостовика и сопряженной поверх-
ности шпинделя станка.
Расчетный крутящий момент Мр опре-
деляют исходя из максимального крутя-
щего момента резания Мкр, возникаю-
щего при обработке:
Мр = ₽Мкр,
где р — коэффициент запаса сцепле-
ния, который должен гарантировать ра-
боту соединения без проскальзывания
при уменьшении коэффициента трения
или приведенного радиуса сил трения
Гприв ~ 7" ср против расчетных. Коэффи-
циент Р при расчете конических хвосто-
виков инструментов берется в пределах
1,25— 1,5.
Чтобы не было проскальзывания, рас-
четный крутящий момент должен быть,
больше или равен крутящему моменту
трения:
РМКр = fpFrep.
Среднее удельное давление р для кони-
ческих сопряженных поверхностей свя-
зано с осевым усилием Ро соотношением:
н F sin а ’
где а — угол уклона конуса, равный
половине угла при вершине
конуса (2а).
При проектировании инструментов
размеры хвостовиков выбираются из ря-
да их стандартных значений. Наиболее
распространенные конусы Морзе:
Номер ко-
нуса 1 2 3 4 5 6 7
Средний
диаметр,
мм 7,58 10,518 15,924 21,478 28,21 40,473 57,883
Длина; ММ 59,5 65,5 78,5 98,0 123,0 155,5 217,5
50
Глава II. Основы конструирования режущего инструмента
Коэффициент трения при работе всу-
хую стали по стали — в пределах 0,1—
0,15.
Рассмотрим пример определения раз-
меров конического хвостовика у сверл.
На основе экспериментальных дан-
ных крутящий момент и осевое усилие
при сверлении стали могут быть подсчи-
таны по формулам:
P„^CpDS°\
где D — диаметр сверла;
S — подача сверла на один его
оборот.
Отношение крутящего момента 7Икр
к усилию подачи Ро при сверлении кон-
струкционной стали можно принять при-
близительно равным:
-^2- = 0.4D.
*0
Опыты показывают, что при затупле-
нии сверла крутящий момент повыша-
ется, а усилия подачи увеличиваются не-
значительно. В результате отношение
AfKp к Ро возрастает до (1,0—1,2) D.
Тогда условие надежного закрепления
сверла можно записать:
₽Л1кр =* f —?а - Гер или 1,25 -^2- —
г кр • sm а р Ро
0,1
~ 0,026 Гср'
Рис. 13. Крепление с помощью хвостовика
(конусность 7:24)
Определяя средний диаметр конуса для
случая ^2 = 1,2 О, будем иметь:
“о
dcP = 0,780.
Отсюда максимальный диаметр D свер-
ла, имеющего нулевой номер конуса
Морзе, будет равен D = = 9,7 мм.
Максимальный диаметр
сверла, мм 13,5 20 27,5 36 51,5 74
Номер конуса Морзе 1 2 3 4 5 7
У стандартных сверл приняты сле-
дующие номера конусов Морзе:
Диаметр
сверла, мм 6—15,5 15,6— 23,6— 32,6— 49,6—
—23,5 —32,5 —49,5 —65 68—80
Номер ко-
нуса Морзе 1 2 3 4 5 6
Сравнение этих данных показывает,
что для некоторых сверл максимально
допустимый расчетный диаметр не сов-
падает с принятым в стандартах. Поэто-
му возникает целесообразность исполь-
зовать на тяжелых работах сверла с
усиленным коническим хвостовиком (на
один номер больше).
На конической поверхности хвостови-
ка возникают контактные напряжения
сжатия. Однако расчеты показывают,
что эти напряжения в несколько раз
меньше допускаемых.
Для уменьшения габаритов применя-
ют укороченные конусы Морзе, посадоч-
ный диаметр которых сохраняется стан-
дартным, а уменьшается только длина
конуса. Существуют укороченные кону-
сы с лапкой и с шестигранником. До-
полнительное осевое усилие у таких
конусов создается затяжными болтами
или винтами.
При тяжелых работах применяются
хвостовики с конусностью 7:24. Для пе-
редачи крутящего момента они снаб-
жаются торцовыми шпонками (рис. 13)
либо поводком, ширина которого не-
много превосходит больший диаметр
§ С. Методы крепления инструментов на металлорежущих станках
51
конуса. Преимуществом этих хвостови-
ков является легкая сменность.
Наряду с насадными инструментами,
закрепляемыми на оправках, а также
инструментами с коническими либо ци-
линдрическими хвостовиками, большое
распространение получили инструмен-
ты, у которых зажимная часть выпол-
няется в виде призматического тела,
квадратного или прямоугольного сече-
ния. К таким инструментам относятся
всевозможные резцы: токарные, стро-
гальные, долбежные и другие.
Подобные инструменты устанавли-
ваются в соответствующих пазах рез-
цедержателя и закрепляются, как пра-
вило, винтами. С целью обеспечения
более точной установки призматичес-
кая зажимная часть подобных инстру-
ментов выполняется в виде клина, ко-
торый входит в соответствующий паз
держателя инструмента.
Например, зубострогальные резцы
для обработки конических прямозубых
колес имеют зажимную часть в виде
клина с углом 73°.
Время, затрачиваемое на смену и на-
стройку инструмента, оказывает замет-
ное влияние на производительность
труда, особенно при использовании
агрегатных станков и автоматических
линий. Поэтому при проектировании
инструментов, предназначенных для
работы на автоматических линиях,
приходится предусматривать удобную
настройку их на размер вне станка и
быструю замену после затупления. Вне
станка регулирование длины вылета
инструмента может производиться
упорным винтом, ввинчиваемым в дер-
жавку со стороны нерабочего ее торца.
Выбор шага резьбы регулировочного
винта определяется требованиями до-
статочной точности и прочности. При
уменьшении шага резьбы точность
установки возрастает, но при этом,
снижается прочность резьбы на смя-
тие, так как сокращается рабочая вы-
сота витка. Малые перемещения регу-
лируемого элемента без уменьшения
шага резьбы можно обеспечить с по-
мощью дифференциальных резьб. Од-
нако, этот способ является сравнитель-
но дорогим, так как требует повышен-
ной точности изготовления и соосности
резьб. Регулировка вылета инструмента
возможна также с помощью клиньев.
Наряду с настройкой инструмента
на размер вне станка, следует также
обращать внимание на простоту смены
инструмента, которая однако не дол-
жна влиять на его стойкость.
Для компенсации размерного износа
используется автоматическая подна-
ладка инструмента, что в сочетании с
автоматической сменой инструмента
является прогрессивной формой эк-
сплуатации автоматических линий.
На работу элементов крепления влия-
ет точность изготовления и качество
сопряженных поверхностей инструмен-
та и станка. Требуемая шероховатость
опорных и установочных поверхностей
(посадочных отверстий, опорных тор-
цов, хвостовиков) зависит от точности
инструмента. Для высокоточных инстру-
ментов типа зуборезных долбяков, ше-
веров рекомендуемая чистота устано-
вочных и опорных поверхностей будет
V Ю. У этих инструментов допуски на
размеры мест крепления выбираются
по первому классу. Обычно чистота
опорных и установочных поверхностей
колеблется от V 9 до V 7, а допуски на
их размеры выбираются по второму клас-
су точности. Чистота опорной поверх-
ности таких инструментов, как токар-
ные резцы, принимается V 6.
РЕЗЦЫ
§ 1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ТИПЫ
Одним из наиболее простых и распро-
страненных металлорежущих инстру-
ментов является резец. Резцы приме-
няются на токарных, револьверных,
строгальных и других станках. В зависи-
мости от вида станка и рода выполняе-
мой работы применяются резцы различ-
ных типов. Основные типы токарных
резцов изображены на рис. 14. Для об-
точки наружных поверхностей враще-
ния, т. е. цилиндрических валиков, ко-
нических поверхностей большой дли-
ны и им подобных деталей, применяют
проходные резцы. Проходные резцы бы-
вают прямые (рис. 14, а) и отогнутые
(рис. 14, б). Отогнутые резцы получили
широкое применение из-за их универ-
сальности, большей жесткости, возмож-
ности вести обработку в менее доступ-
ных местах.
Отогнутыми резцами можно работать
при продольной и поперечной подачах
и вести обточку поверху, подрезку
торцов, снятие фасок. Проходные рез-
цы могут быть черновые и чистовые.
Чистовые резцы имеют больший радиус
закругления, что обеспечивает получе-
ние более чистой обработанной поверх-
ности. Если необходимо получить осо-
бенно чистую и гладкую поверхность,
применяют широкие лопаточные рез-
цы. Эти резцы работают с большой по-
дачей. Однако при значительной дли-
не контакта режущей кромки с заго-
товкой они склонны к вибрациям, дро-
жанию.
Проходные упорные резцы (рис. 14, е)
имеют угол в плане <р = 90° и приме-
няются при обточке ступенчатых вали-
ков и подрезке буртиков, а также при
точении нежестких деталей.
Подрезные резцы предназначаются
для обточки плоскостей, перпендикуляр-
ных оси вращения, подрезки торцов на
проход (рис. 14, г). Эти резцы работают
с поперечной подачей. Расточные рез-
цы служат для обработки отверстий
(рис. 14, д, е). Они работают в менее
благоприятных условиях, чем проход-
ные резцы для наружной обточки. Рас-
точные резцы должны иметь меньшие
поперечные размеры, чем обрабатыва-
емое отверстие. Они получаются длин-
ными. Вылет резца должен быть боль-
ше длины растачиваемого отверстия.
В силу малой жесткости расточцые рез-
цы склонны к вибрациям, что не дает
возможности снимать стружку большо-
го сечения.
При расточке длинных отверстий и от-
верстий большого диаметра широко при-
меняют державки (оправки) со встав-
ными резцами круглого или квадратного
сечения малых размеров. Пользуясь дер-
жавками, расточку отверстия можно про-
изводить при помощи одностороннего
§ 1. Назначение и основные типы
53
Рис. 14. Токарные резцы
54
Глава III. Резцы
резца с одной режущей частью, двухсто-
роннего резца, имеющего режущие час-
ти с обоих торцов, резцовой головки,
состоящей из нескольких резцов.
По сравнению с односторонними рез-
цами двухсторонние резцы и резцовые
головки позволяют обеспечить более вы-
сокую производительность обработки.
Однако обработка одним резцом имеет
и некоторые преимущества. При чисто-
вой обработке и снятии небольших при-
пусков затрудняется установка резцов
резцовой головки с требуемой точнос-
тью, в результате чего в работе участ-
вуют не все резцы. Кроме того при
срезании твердых включений ось отверс-
тия будет искривленной вследствие от-
клонения всей головки, что может по-
служить причиной брака. При работе же
одним резцом в таких случаях отклоне-
ние резца поведет лишь к уменьшению
размеров отверстия, что можно испра-
вить при дальнейшей обработке.
Соотношение диаметров растачиваемо-
го отверстия и оправки должно быть по-
добрано так, чтобы обеспечить оптималь-
ный вылет резца. Большой вылет резца
понижает жесткость, способствует возни-
кновению колебаний и нарушает устой-
чивость процесса. Малые же зазоры
между поверхностями отверстия и
оправки затрудняют выход стружки. На
практике соотношение между диаметром
резца и диаметром оправки колеблется
в пределах 0,3—0,2. Отношение диамет-
ра оправки к диаметру растачиваемого
отверстия составляет 0,&—0,5.
При обработке отверстий на токарных,
револьверных, расточных станках поль-
зуются державками со вставными рез-
цами.
Отрезные резцы служат для отреза-
ния материала от прутков сравнитель-
но небольшого диаметра (рис. 14, ж).
Они выполняются с оттянутой головкой,
т. е. ширина головки выполняется мень-
ше ширины тела резца. Длина оттянутой
Рис. 15. Схемы режущих частей отрезных
резцов
головки выбирается из расчета свобод-
ной отрезки заготовки. Отрезные резцы
работают в весьма тяжелых условиях,
так как их рабочая часть имеет малую
жесткость, а отвод стружки из зоны ре-
зания затруднен. Головка резца имеет
относительно малую толщину. Чтобы
не ослаблять в значительной степени
головку, для отрезных резцов приходит-
ся принимать небольшие значения уг-
лов (порядка 1—3°) в плане и задних
углов аг на вспомогательных боковых
режущих кромках. Это приводит к воз-
растанию трения, особенно при неточ-
ной установке резца или его некачест-
венной заточке. Поэтому при работе
отрезными резцами, оснащенными твер-
дым сплавом, часто происходят выкра-
шивания и сколы режущей части, а так-
же отрывы пластинки от державки рез-
ца. Для повышения прочности соеди-
§ 1. Назначение и основные типы
55
Рис. 16. Строгальные резцы
нения пластинки с державкой целесооб-
разно пластинку, снабженную скоса-
ми, напаивать в угловой паз державки
(рис. 15, а), что соответственно увеличи-
вает площадь прилегания ее к державке.
Кроме того, боковые стенки паза препят-
ствуют смещению пластинки под дейст-
вием боковых усилий, возникающих в
процессе работы резца.
С целью повышения прочности и жест-
кости головки высота ее делается боль-
ше высоты стержня (рис. 15, б).
Отрезной резец при работе обычно не
срезает весь металл среза, так как в
определенный момент отрезаемая заго-
товка отламывается и в центре остается
несрезанный стержень. Если необходимо
полностью обработать один из торцов,
не оставляя на нем центрального стерж-
ня, то главную режущую кромку резца
оформляют под углом ф — 75 -4- 80°
(рис. 15, в), в то время как у обычных
отрезных резцов угол в плане ф = 90°.
Находят применение также отрезные
резцы с симметричной ломаной режу-
щей кромкой (рис. 15, г) с углами в
плане ф = 60 80°. Такое оформление
режущей части резца облегчает его вре-
зание в заготовку, улучшает условия
схода стружки, снижает возможность
увода резца. С этой же целью на отрез-
ных резцах с углом ф = 90° выполняют
фаски /с обеих сторон размером 1—
1,5 мм под углом 45°.
Наряду с токарными используются
резцы на строгальных и долбежных стан-
ках с прямолинейно-поступательным дви-
жением резания. Строгальные резцы ра-
ботают в более тяжелых условиях, чем
токарные, так как, врезаясь в обраба-
тываемый материал с полным сечени-
ем среза, резец испытывает удар, что
56
Глава III. Резцы
отрицательно сказывается на его стой-
кости.
По роду выполняемой работы стро-
гальные резцы разделяются на проход-
ные (обдирочные и чистовые), отрезные,
подрезные, пазовые и специальные
(рис. 16). Проходные строгальные резцы
(рис. 16, а) предназначены для строга-
ния плоскостей с горизонтальной пода-
чей, а подрезные резцы (рис. 16, б) —
для обработки вертикальных плоскос-
тей с вертикальной подачей. Отрезные и
прорезные строгальные резцы (рис. 16, в)
используются при отрезке и прорезке
узких пазов. Чистовые широкие лопа-
точные резцы (рис. 16, г) применяются
для чистовой обработки плоскостей с
большой подачей. Для обеспечения плав-
ного врезания и выхода инструмента
целесообразно применять строгальные
резцы с углом наклона режущей кром-
ки К который в зависимости от условий
обработки может колебаться от 10 до 60Q.
Строгальные резцы бывают прямые и
изогнутые. Прямые резцы просты в из-
готовлении, но менее вибро устойчивы по
сравнению с изогнутыми. Поэтому они
применяются при малых величинах вы-
лета. В случае работы с большими выле-
тами рекомендуется пользоваться изог-
нутыми резцами, которые получили ши-
рокое распространение в промышлен-
ности. В процессе строгания резец под
воздействием усилий резания изгиба-
ется. При изгибе прямого резца его
режущая часть будет углубляться в ма-
териал заготовки и резец будет работать
с заеданием, что снижает качество обра-
ботки и дополнительно нагружает инст-
румент. При изгибе же изогнутого резца
его режущая часть будет отходить от
заготовки и срезать меньший слой ме-
талла. Это обеспечивает более спокой-
ное протекание процесса резания, осо-
бенно при резких колебаниях усилий
резания, вызываемых изменениями сече-
ния срезаемого слоя, локальными из-
менениями свойств обрабатываемого ма-
териала и т. п.
Долбежные резцы применяются при
обработке внутренних линейчатых по-
верхностей на долбежных станках в еди-
ничном и мелкосерийном производстве.
В зависимости от характера выполняе-
мой работы находят применение проход-
ной двухсторонний шпоночный или про-
резной резцы (рис. 17).
Следует подчеркнуть, что резцы явля-
ются наиболее распространенными, уни-
версальными и простыми инструментами.
Приведенный обзор основных типов рез-
цов не исчерпывает всего многообра-
зия их, используемого в машинострое-
нии.
§ 2. СТАТИЧЕСКИЕ
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
ГОЛОВКИ РЕЗЦА
Резец состоит из рабочей части —
головки и тела, или стержня. Стержень
служит для закрепления резца. Режу-
щая часть головки резца(рис. 18) огра-
ничена передней и задними (главной и
вспомогательной) поверхностями. В ре-
зультате пересечения передней и задних
§ 2. Статические геометрические параметры головки резца
57
Передняя поверхность
Режущая кромка
вспомогательная
Вершина резца
Задняя поверх-
ность вспомога-
тельная
б-Б
Тело резца
Режущая кромка
_______главная
Задняя поверхность
главная
Виде
Рис. 18. Элементы резца
поверхностей образуются главная и
вспомогательная режущие кромки. Наи-
более часто резцы имеют Прямолиней-
ные режущие кромки. Форма режущей
части резца определяется конфигура-
цией и расположением передней и
задней поверхностей. Расположение ука-
занных поверхностей и режущих кромок
в пространстве характеризуется рядом
углов, называемых углами резца. Углы
резца у (передний) и а (задний), измеря-
емые на главной режущей кромке в се-
чении Б — Б, называют главными, а
углы Yj и ccj, измеряемые на вспомога-
тельной кромке в сечении А — А, на-
зывают вспомогательными. Положение
режущих кромок резца определяется
углами в плане <р (главный) и <рх (вспо-
могательный) и углами наклона X. Уг-
лы <р,. <plt X, у, а, ах определяют поло-
жение режущих кромок и передних и
задних Плоскостей резца в простран-
стве. Они обычно выбираются по соответ-
ствующим справочникам в зависимости
от условий резания и проставляются на
чертеже резца. Однако при изготовле-
нии резцов приходится оперировать уг-
лами, измеренными в продольном (апр,
упр) и поперечном (ап, уп) сечениях.
Продольное сечение идет параллельно
оси резца и перпендикулярно основной
опорной плоскости, а поперечное сече-
ние — перпендикулярно оси резца.
Определим зависимости между этими
углами. Для этого в исследуемой точке
режущей кромки инструмента проведем
плоскость В, касательную к передней
или задней поверхности. Выберем си-
стему координат хь ylf zx так, чтобы ось
совпадала с проекцией на плоскость
х^, касательной к режущей кромке
(рис. 19). По линии пересечения плос-
кости В и плоскости N, идущей перпен-
дикулярно оси xit проведем вектор N.
Положение этого вектора в сечении
N — N будем характеризовать углом р.
Рис. 19. Схема определения, угла 1}
58
Глава III. Резцы
Вид А
Рис. 20. Продольные и поперечные углы резца
По линии пересечения плоскости В и
произвольной плоскости А, проходя-
щей через ось zlf в сечении А — А на-
правим вектор Т. Положение плоскости
А будем задавать углом 8, а положение
вектора Т в плоскости А — углом т).
По касательной к режущей кромке
проведем вектор Р. Угол между векто-
ром Р и осью Xi обозначим р.
Векторы N, Р и Т могут быть записа-
ны таким образом:
N = j—£tgp,
_ P=U + AtgP, _
Т = (COS8 + /sin8---AtgT].
Эти векторы лежат в одной плоскости
В, и их смешанное
нулю:
произведение равно
1
0
sin 8
— tgp
tg₽ -0.
— tgT]
0
1
COS 8
Отсюда
tg q = tg p sin 8 — tg p cos 8.
Определяя продольный передний угол
Тпр (рис. 20), будем иметь:
8 — 90 — а, р = у, Р~Х,
следовательно
tgTnp — tg у cos <p — tg к sin ф.
Определяя продольный задний угол
апр, получим:
е = 90 — ф, р = 90 — а, т) = 90 — апр,
Р = Х,
Тогда
ctg апр = ctg а cos ф — tg X sin ф.
Для переднего поперечного угла уп
соответственно будет:
8 = 180 — ф, р = у, т] — Уп> Р = X.
Отсюда
tg Тп — tg у sin ф + tg X cos ф.
Для заднего поперечного угла ап будем
иметь:
е=^ 180 — ф, р = 90 — а; т) = 90 —
— ап, Р = X.
Таким образом,
ctg ап =; ctg а sin ф + tg X cos ф.
Аналогично получают формулы для
определения углов резца на вспомога-
тельной режущей кромке:
переднего угла ух в сечении Л\ — Nk
tg Ti - tg у cos (ф + фг) — tg Xsin (ф + Ф1);
угла Xj наклона вспомогательной кром-
ки
tgXj =; tgysin^ фх) +
+ tg X cos (ф + фЛ;
§ 3. Конструктивные особенности резцов, оснащенных твердым сплавом
59
вспомогательного продольного заднего
угла а1пр
ctg «1пР = ctg cos <pr -f- tg Aj sin <pT;
вспомогательного поперечного заднего
угла а1п
ctg OCin = ctg sin ф, — tg %! COS фп
3. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РЕЗЦОВ,
ОСНАЩЕННЫХ ТВЕРДЫМ СПЛАВОМ
Режущая способность резца зависит
прежде всего от материала режущей час-
ти. Однако эффективное использование
режущих свойств высокопроизводитель-
ных инструментальных материалов воз-
можно лишь при правильном выборе
конструкции инструмента и качествен-
ном его изготовлении. Это особенно важ-
но для твердосплавных инструментов,
в частности, таких простых, как твердо-
сплавные резцы.
В настоящее время резцы, оснащенные
пластинками твердого сплава, по сущест-
ву вытеснили резцы из быстрорежущей
стали и находят широкое применение
в машиностроении. По конструкции ре-
зец является простым инструментом. Он
представляет собой пластинку твердого
сплава, закрепленную на призматическом
стержне — державке. Форма пластинки
твердого сплава может быть различ-
ной. В промышленности находят при-
менение резцы с призматическими плас-
тинками (рис. 21, а), резцы с многогран-
ными пластинками (рис. 21, б) и резцы
с круглыми чашечными пластинками
(рис. 21, в).
Наиболее распространенная конструк-
ция резца состоит из державки с припаян-
ной призматической пластинкой твердо-
го сплава. Форма и размеры пластинки
твердого сплава должны соответство-
вать назначению резца, выбирают их
исходя из максимально возможной глу-
бины резания t и подачи S, а также
5
Рис. 21. Типы
главного угла в
ной режущей кромки равна:
/ = —L-.
Sin ф
Вся длина а пластинки не может быть
полностью использована. Поэтому она
берется больше длины главной режущей
кромки и колеблется в пределах (1,5—
2,0) I. Существенное значение для напа-
янных резцов имеет расположение плас-
тинки в гнезде державки. При выборе
положения пластинки необходимо обес-
печить возможно большее число пере-
точек, экономное расходование твердого
сплава, создание прочной и надежной
конструкции, позволяющей вести обра-
ботку с высокими режимами резания.
Рациональное расположение пластинки
с точки зрения максимально допустимо-
го числа переточек зависит от харак-
тера износа резца.
В процессе обработки резанием резцы,
оснащенные твердым сплавом, изнаши-
ваются по передней и задней поверхнос-
тям. Чтобы восстановить режущую спо-
собность резца, его перетачивают по
передней поверхности на величину vc
и задней поверхности на величину \/h
60
Глава III. Резцы
Рис. 22. Схема переточек резца
Рис. 23. Крупногабаритные резцы конструк-
ции ВНИИ
(рис. 22). Вершина резца при заточке
смещается вдоль линии, параллельно
которой и целесообразно расположить
пластинку. В этом случае будет обеспе-
чено максимально возможное число пере-
точек, при сохранении неизменными раз-
меров передней и задней поверхностей.
По опытным данным угол врезания плас-
тинки при этом будет равен 30—45°.
Однако такое расположение пластин-
ки на резце не может быть принято, так
как снижается прочность конструкции
из-за уменьшения расстояния от опорной
плоскости резца до пластинки; возни-
кают значительные внутренние напряже-
ния в пластинке ввиду напайки ее в за-
крытый паз. Расстояние от опорной плос-
кости до пластинки резца рекомендуется
принимать не меньше 2/3 высоты держав-
ки, а угол врезания пластинки твердого
сплава—порядка 12—18°. Сточки зрения
уменьшения трудоемкости заточки угол
врезания пластины должен быть боль-
ше переднего угла. В этом случае перед-
няя поверхность затачивается по неболь-
шой площадке, примыкающей к режущей
кромке, что приводит к значительному
упрощению рассматриваемой операции.
Предел прочности твердого сплава на
сжатие выше, чем на изгиб. Поэтому
целесообразно, особенно при черновом
точении, когда усилия резания велики,
располагать пластинку вдоль равнодей-
ствующей усилий резания. Опыты пока-
зывают, что при срезании толстых стру-
жек равнодействующая сил резания не-
значительно отклоняется от задней по-
верхности. Поэтому в этих случаях
целесообразно пластинку располагать
вдоль задней поверхности. Такое рас-
положение пластинки принято у круп-
ногабаритных резцов конструкции
ВНИИ (рис. 23). Они снимают стружку
сечением до 120 лои2, что соответствует
нагрузке на резец порядка 15 • 104 -—
—20 • 104/п (15—20 m). Сечение дер-
жавки такого резца доходит до 80 X
§ 3. Конструктивные особенности резцов, оснащенных твердым сплавом
61
X 100 мм, а длина — до 800 мм. Резец
состоит из корпуса 5 с закрепленным
ножом 2. Положение ножа в гнезде
корпуса фиксируется упорным штиф-
том 6, а закрепление осуществляется
винтом 1. Стружколом 3 закрепляется
винтом 4. Затачивается лишь нож рез-
ца, державка при этом со станка не
снимается.
Стружколомы. При проектировании
и эксплуатации твердосплавных резцов
важно получить форму стружки, удоб-
ную для удаления и безопасную для
рабочего. Такая стружка может быть
в виде отдельных кусочков, коротких
завитков спиральной или плоской пру-
жины, сплошной спиральной пружи-
ны. Для получения такой стружки
применяют различные способы завива-
ния и дробления стружки, а именно:
определенную геометрию режущей части
резца; уступы и лунки на передней
поверхности резца; накладные струж-
коломы нерегулируемые и регулируе-
мые; экранные стружколомы; вибраци-
онное резание с использованием вы-
нужденных колебаний или автоколеба-
ний.
Стружколомаиие при помощи специ-
ально подобранной геометрии не требует
дополнительных приспособлений и лег-
ко осуществляется. Подбор геометриче-
ских параметров у таких резцов произво-
дится так, чтобы обеспечить при реза-
нии завивание стружки и ее направле-
ние на деталь, в результате чего она
ломается.
На основании экспериментальных ра-
бот для резцов, используемых для обра-
ботки стали на станках средней мощ-
ности, можно рекомендовать следую-
щие геометрические параметры режущей
части:
угол в плане <р = 90°;
передний угол у =+5-4-+15°;
угол наклона режущей кромки 7 = +15°;
передний угол фаски уф = —5°;
ширина фаски f = Г,0ч-2,0 мм.
В определенной зоне режимов реза-
ния такая геометрия резца является до-
статочно эффективным способом ломания
и отвода стружки. Стружколоматели
в виде уступа на передней поверхности
(рис. 24, а) препятствуют свободному
сходу стружки и заставляют ее зави-
ваться или ломаться на отдельные части.
Размеры уступов определяются опытным
путем и зависят от режимов резания.
Ширина уступа колеблется от 1,5 до
6,0 лш, высота — от 0,3 до 1,5 мм, ра-
диус закругления — от 0,25 до 0,75 лш.
Уступы выполняются под углом 5— 15°
к режущей кромке. Рассматриваемые
стружколомы в форме уступа применя-
ются редко из-за сложности изготовле-
ния, ненадежности ломания стружки в
случае неточного изготовления и др.
Завивание и ломание стружки можно
получить при помощи лунки на передней
поверхности (рис. 24, б). Этот способ
наиболее распространен.
Размеры лунки выбираются в зависи-
мости от режимов резания и свойств
обрабатываемого материала. Для подач
от 0,1 до 1,4 мм!об рекомендуемые раз-
меры ширины лунки — в пределах от 2
до 10 лш, радиуса закругления — от 1,5
до 10 мм, ширины фаски — от 0,1 да-
0,8 мм.
Применение лунок не является уни-
версальным способом дробления струж-
ки, так как лунка определенных разме-
ров может обеспечить дробление и отвод,
стружки в относительно узких преде-
лах режимов резания. Она понижает-
прочность режущей кромки, усложняет
заточку инструмента.
Накладные нерегулируемые стружко-
ломатели (рис. 24, в) выполняются в
форме пластинки твердого сплава, при-
паянной к передней поверхности резца.
Рассматриваемые стружколоматели
имеют значительно большую высоту по-
сравнению с уступами на передней по-
верхности, что позволяет использовать
«2
Глава III. Резцы
Рис. 24. Типы стружколомов
§ 3. Конструктивные особенности резцов, оснащенных твердым сплавом
63
их в широких пределах режимов реза-
ния. К недостаткам стружколомателя в
форме припаянной пластины следует от-
нести сложность изготовления и перето-
чек, увеличение расхода твердого спла-
ва, недостаточную универсальность. Вме-
сто припайки пластинки стружколома
могут закрепляться механически на пе-
редней поверхности резца (рис. 24, а).
Накладные регулируемые стружколо-
матели обычно представляют собой уст-
ройства, независимые от резца, закреп-
ляемые на суппорте станка (рис. 24, д).
Они позволяют изменять в широких
пределах положение рабочего уступа
стружколома, что обеспечивает их эф-
фективное применение при различных
режимах резания. Накладные стружко-
ломы не получили широкого распро-
странения вследствие их громоздкости,
сложности установки и подналадки.
Этот же недостаток присущ и экран-
ным стружколомам (рис. 24, е).
Надежное и устойчивое дробление
стружки независимо от условий обработ-
ки получено в результате применения
вибрационного резания. В этом случае
резцу сообщаются дополнительные коле-
бательные движения в направлении по-
дачи, вследствие чего изменяется тол-
щина среза в процессе резания и обеспе-
чивается дробление стружки.
Резцы с механическим креплением плас-
тин. В машиностроении применяются
разнообразные конструкции резцов с
механическим креплением пластинок.
На рис. 25 приведены некоторые ти-
пы крепления пластинок с помощью
винтов и прижимных планок, а также
с помощью сил резания. В последней
конструкции угол врезания пластинок
принят 15°. Пластина устанавливается
в гнездо державки и с сравнительно
небольшим усилием прижимается к опор-
ной поверхности с помощью стружко-
ломателя, штока и пружины. Для боко-
вой опоры пластинки предусмотрен
штифт. В процессе обработки равнодей-
ствующая усилий резания проходит че-
рез опорную плоскость пластины, в
результате происходит закрепление плас-
тинки в державке. Подобные резцы ис-
пользуются на некоторых автоматичес-
ких линиях. Они обеспечивают эконо-
мию времени на смену пластинки. Не-
жесткое крепление пластинки исключает
также выкрашивания и сколы режущей
кромки при внезапной остановке стан-
ка под нагрузкой. Однако резцы с меха-
ническим креплением обычных призма-
тических пластинок широкого распро-
странения не получили. Это объясняется
тем, что конструкция резца получается
более сложной и дорогой.
Механическое крепление призматиче-
ских пластинок является оправданным
для крупногабаритных резцов. Такие рез-
цы весом до 80 кг, изготовленные с на-
паянными пластинками твердого спла-
ва, представляют значительные неудоб-
ства при транспортировке, установке на
стайке, заточке и напайке. Эти опера-
ции связаны со значительной затратой
времени и тяжелым физическим тру-
дом. Сборные же резцы, снабженные смен-
ной вставкой с напаянной на ней плас-
тинкой, намного облегчают как изготов-
ление, так и эксплуатацию.
Для станков средней мощности в по-
следнее время получили широкое рас-
пространение сборные резцы с многогран-
ными пластинками твердого сплава. В
зависимости от требуемых углов в пла-
не и угла при вершине пластинки изго-
товляются 3-, 4-, 5-, 6-гранные. После
затупления пластинки не перетачивают-
ся, а поворачиваются на следующую
вершину. Пластинки работают одним
торцом и имеют сравнительно неболь-
шую толщину. При изготовлении на
передней поверхности создаются канав-
ки, которые обеспечивают положитель-
ные передние углы. Статические зад-
ние углы на пластинках принимаются
64
Глава III. Резцы
А‘А
равными нулю. Положительные величи-
ны задних углов на резцах получаются
за счет наклонной установки пластины
на корпусе резца.
Для большей долговечности державкй
« точности установки пластинки в гнез-
до после поворота, а особенно при заме-
не использованной пластины новой, це-
лесообразно предусматривать подкладки
из твердого сплава.
После использования всех вершин
пластины не перетачиваются, а сдаются
на переработку, поскольку их дешевле
заменить, чем перетачивать. Крепление
§ 3. Конструктивные особенности резцов, оснащенных твердым сплавом
65
пластин к державке резца может быть
различным. На рис. 26, а приведен ре-
зец с механическим креплением много-
гранной пластинки 1, свободно насажен-
ной на штифт 2, запрессованный в дер-
жавке 4. Клин 3 прижимает пластинку
к штифту и к опорной поверхности.
Дополнительное крепление пластинки
создается усилиями резания.
Для повышения производительности
труда при точении применяют резцы,
оснащенные пластинками с круговой
режущей кромкой. Пластинки периоди-
чески могут вручную поворачиваться
вокруг своей оси, поэтому в работу
вступают новые, неизношенные участки
кромки и повышается стойкость инстру-
мента. Вращение пластинок с круговы-
ми режущими кромками может осущест-
вляться за счет трения при скольжении
стружки по передней поверхности. При
этом скорость вращения пластинки за-
висит от угла наклона, характера работы
и способа базирования и крепления
Рис. 26. Сборные резцы с многогранными пластинками
(3 4-1967
66
Глава III. Резцы
пластинки. Устойчивое вращение резца
получается при л = 30-г 80°. Различ-
ные участки режущей кромки круглого
самовращаюшегося резца периодически
выходят из зоны резания и охлаждаются,
в результате их стойкость во много раз
превышает стойкость резцов обычных
конструкций. Основные затруднения при
внедрении круглых резцов связаны с воз-
никновением интенсивных вибраций,
вследствие снятия ими широких и тон-
ких стружек, со сложностью их изготов-
ления и неуниверсальностью.
§ 4. ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ РЕЗЦОВ
Для успешной эксплуатации резцов вы-
бор размеров державок имеет существен-
ное значение. Сечение державки резца,
допускаемое габаритами резцедержателя,
целесообразно выбирать максимально
большим в целях повышения виброустой-
чивости.
Поперечное сечение державки резца
определяют из расчета на прочность,
учитывая только главную составляющую
усилия резания Рг (рис. 27), которая
вызывает изгиб державки.
Максимальный изгибающий момент
будет равен:
М = Рг1.
Рис. 27. Схема к расчету на проч-
ность сечения резца
С другой стороны, изгибающий момент,
допускаемый сечением державки резца,
равен:
где ои — допускаемое напряжение на
изгиб;
W — момент сопротивления сече-
ния резца.
Момент сопротивления для примо-
чу вя1
угольного сечения W = -g—, для квад-
В3
ратного сечения W ~ -g-, для круглого
сечения W = 0,ld3.
Принимая М = Мъ можно опреде-
лить сечение державки резца из усло-
вия ее прочности. Для державок прямо-
угольного сечения расчетные формулы
имеют вид:
ВН2 = .
Пи
Если принять, что высота сечения резца
в 1,5 раза больше ширины В, то будем
иметь:
р ,3/ GPzl
Г 2,25аи "
Соответственно для квадратного резца
получим:
В —л/
г аи
Диаметр державки круглого резца будет
равен:
«-Ж-
Приведенный расчет державок на проч-
ность является приближенным, так как
учитывалась только одна составляющая
усилия резания Рг и не учитывались
составляющие Рх и Ру. Как известно,
соотношения между составляющими уси-
лия Рх, Ру, Рг зависят от обрабатывае-
мого материала, степени износа резца,
величины главного угла в плане, ради-
уса закругления вершины резца и т. п.
С увеличением главного угла в плане
<р сила Рх значительно увеличивается,
§ 5. Алмазные резцы
67
а сила Ру уменьшается. Вследствие
этого прочность резцов понижается. По-
этому допускаемое напряжение <ти при
расчете на прочность резцов выбирается
различной величины в зависимости от
угла в плане ср. С увеличением угла в
плане <р допускаемое напряжение сг
падает. Оно колеблется от 100 • 10е до
250 • 10е н/м2 (10—25 кГ/мм2).
Для станков с высотой центров от
100 до 500 мм размеры поперечного
прямоугольного сечения державки рез-
ца колеблются от 10 X 16 до 40 X 60 мм,
квадратного — от 6 X 6 до 40 х 40 мм,
диаметры круглого сечения — от 10 до
40 мм.
Размеры строгальных резцов для оди-
наковых сечений стружки выбираются
в 1,25—1,5 раза больше, чем для токар-
ных резцов, так как они испытывают уда-
ры при работе.
Резцы для револьверных станков, по-
луавтоматов и автоматов имеют несколь-
ко меньшие сечения, чем токарные резцы.
Длина резца выбирается в зависи-
мости от принятого сечения. Ориенти-
ровочно она должна быть в 10 раз боль-
ше высоты поперечного сечения резца.
Длины токарных резцов, для указанных
выше сечений, колеблются от 125 до
600 мм.
§ 5. АЛМАЗНЫЕ РЕЗЦЫ
К числу перспективных режущих ин-
струментов относятся алмазные резцы,
имеющие высокую стойкость и обеспечи-
вающие высокое качество обработки.
Алмазные резцы применяются для
декоративного точения деталей, вместо
их полирования, с целью получения вы-
сокой чистоты (\7 10 — \7 14) и блеска
внешних поверхностей, а также для
тонкого точения и растачивания цилин-
дрических и конических поверхностей.
Алмазное точение позволяет получить
1-й и 2-ой классы точности при чистоте
3*
обработанной поверхности в пределах
9—10 класса.
Высокая чистота обработанной поверх-
ности обеспечивается острой режущей
кромкой алмазного резца, у которой
радиус округления р менее 1 мкм, а ше-
роховатость находится в пределах 12—
13 класса чистоты.
Особенно эффективно применение ал-
мазных резцов при точении цветных
металлов, сплавов, пластмасс и многих
труднообрабатываемых материалов. При
обработке этих материалов стойкость
алмазных резцов во много раз выше
стойкости твердосплавных. Высокая
стойкость алмазных резцов дает возмож-
ность работать длительное время (более
250—300 ч) без подналадок и смены инст-
румента. В связи с этим резко снижа-
ются простои оборудования и находит
широкое применение алмазное точение
в автоматизированном производстве.
Высокая стойкость алмазных резцов
объясняется специфическими физико-
механическими свойствами алмаза. Твер-
дость и износостойкость алмаза намного
превосходят твердость и износостойкость
всех других инструментальных материа-
лов.
Так, твердость алмазных резцов в 5
раз превышает твердость твердосплав-
ных резцов, поэтому достигается боль-
шая эффективность при обработке ими
материалов с высоким сопротивлением
истиранию.
Большая износостойкость алмаза обу-
словливается низким коэффициентом
трения, который в 3—4 раза ниже коэф-
фициента трения твердосплавных рез-
цов.
Алмаз характеризуется также боль-
шой теплопроводностью, которая в 7
раз выше теплопроводности быстроре-
жущей стали и в 5 раз выше теплопро-
водности сплава Т15К6. Алмаз, обладая
большим модулем упругости и малым
коэффициентом теплового расширения,
68
Глава III. Резцы
позволяет вести обработку с минималь-
ными механическими и тепловыми дефор-
мациями, что в сочетании с износостой-
костью алмаза способствует достижению
высокой точности обработки.
Ввиду повышенной хрупкости алмаза,
его чувствительности к вибрационным
нагрузкам, небольшим сопротивлением
изгибу припуски на обработки и соот-
ветственно сечения среза при точении
необходимо выбирать малыми, глуби-
ну резания — до 0,3 мм, а подачу —
до 0,1 мм!об.
Алмазные резцы изготовляются из
естественных технических кристаллов
алмаза весом 0,3—1,5 карата. При изго-
товлении и эксплуатации алмазных рез-
цов необходимо учитывать анизотроп-
ность алмаза, т. е. твердость и прочность
кристалла алмаза в различных направ-
лениях неодинаковы и могут изменяться
в 100—500 раз. Поэтому в зависимости
от ориентации кристалла стойкость рез-
ца значительно изменяется. При изготов-
лении инструмента важно ориентировать
алмаз таким образом, чтобы кристалл
обрабатывался в «мягком» направлении,
а износ инструмента при эксплуатации
происходил в «твердом» направлении.
В последнее время в нашей стране ос-
воено производство новых синтетических
поликристаллических алмазов крупных
размеров, типа «баллас» и «карбонадо»,
впервые синтезированных в институте
физики высоких давлений АН СССР под
руководством акад. Л. Ф. Верещагина.
Баллас синтетический имеет твердость,
практически не уступающую природ-
ным алмазам, обладает высокой тепло-
проводностью, прочностью и износостой-
костью. Синтетические балласы пред-
ставляют собой сросшиеся поликристал-
лические образования алмазных зерен
величиной 10—50 мкм.
Карбонадо является еще более тонко-
зернистым образованием алмазов. При
синтезе искусственных карбонадо можно
выбрать такие условия, при которых
полученные образцы будут повторять
форму реакционного объема. Твердость
карбонадо выше, чем твердость других
разновидностей алмазов. Новые разно-
видности синтетических алмазов дости-
гают по величине 5—7 мм. Они пригод-
ны для изготовления лезвийных инстру-
ментов, в частности резцов.
На практике применяются алмазные
резцы, пластина которых впаяна в за-
крытый паз державки (рис. 28, а). Креп-
ление алмаза е помощью пайки позво-
ляет получать резцы простой конструк-
ции и использовать алмазы небольшой
величины. Однако изготовление ал-
мазных резцов з закрытым пазом очень
затрудняет переточку инструмента, так
как для восстановления режущей спо-
собности такого резца после его затуп-
ления приходится выпаивать алмаз. Кро-
ме того при закрытом пазе державки
резца при точении пластичных метал-
лов наблюдается заклинивание струж-
ки, контактирующей со стальной дер-
жавкой, что снижает качество обрабо-
танной поверхности и вызывает повышен-
ный износ инструмента. С этой точки
зрения более целесообразно применять
резцы с открытой передней поверхнос-
тью (рис. 28, б), что облегчает их пере-
точку и снижает интенсивность износа.
Однако использование открытого паза
не всегда обеспечивает надежное крепле-
ние алмаза в державке.
Наряду с напайными резцами полу-
чили широкое распространение резцы
с механическим креплением алмазов
(рис. 28, в). Известно несколько кон-
струкций алмазных резцов с механи-
ческим креплением. Прогрессивным
является крепление с применением про-
межуточных вставок 2. Вставка изготов-
ляется методом порошковой металлур-
гии. Она прессуется и спекается вместе
с алмазом и затем обрабатывается по
профилю паза в державке резца, и шли-
§ 5. Алмазные резцы
69
фуются рабочие грани алмаза. Крепле-
ние вставки 2 вместе с алмазом 1 произ-
водится винтом 3, прижимной планкой
4, опирающейся на штифт 5. Для проч-
ного крепления алмаза 2/3 части его
длины должны прижиматься планкой.
Поэтому изготавливать малогабаритные
алмазные резцы с механическим креп-
лением трудно.
Передний угол у у алмазных резцов
берется в пределах от 0° до —5°, задний
угол а = 4 4- 8° при обработке твердых
материалов и а = 10 4- 12° при обра-
ботке мягких материалов. Угол накло-
на режущей кромки X принят равным
нулю.
На работу резца большое значение
оказывают величины углов в плане.
Установлено, что при уменьшении вспо-
могательного угла в плане до 0° созда-
нием зачистной фаски длиной 0,3—
0,5 мм (рис. 28, г) значительно улучша-
ется чистота обработанной поверхности.
Наибольшее распространение в про-
мышленности получили алмазные рез-
цы, имеющие форму режущей кромки
в плане в виде фасеток, длина которых
обычно колеблется в пределах 0,1—
0,5 мм (рис, 28, д).
Хорошие результаты получаются при
криволинейной режущей кромке (рис. 28,
е), образующейся в результате сопря-
жения закругления вершины резца с
режущими кромками по радиусу. Одна-
ко получение радиусной формы режу-
щей кромки связано с большими техно-
логическими трудностями.
Находят применение также алмазные
резцы свободного резания с одной широ.
0.3
г де
Рис. 28. Алмазные резцы
70
Глава III. Резцы
кой прямолинейной режущей кромкой,
работающие методом врезания. Наиболь-
шая длина режущей кромки этих резцов
доходит до 9 мм. Эти резцы обеспечи-
вают чистоту поверхности в пределах
12—14-го классов. Они проектируются
с углом наклона режущей кромки
X = 6 4- 9°.
Безвершинные алмазные резцы с ши-
рокой кромкой с большим углом накло-
на используются при продольном точе-
нии. Они позволяют получить высокое
качество обработки при высокой стой-
кости инструмента.
Особенно эффективно применение та-
ких резцов при прерывистом точении
цветных металлов. При точении цвет-
ных металлов безвершинными алмазны-
ми резцами рекомендуются следующие
геометрические параметры: передний угол
у = 0°, фаска на передней поверхности
размером f = 0,3 4- 0,5 мм под углом
7ф = — (5 4- 25°), задний угол а =
— 12°, угол наклона X, = 45 4- 60°.
Рекомендуется периодически контро-
лировать режущую часть резца при уве-
личении примерно в 50 раз. При появ-
лении признаков износа алмазный резец
должен быть направлен на переточку.
Алмазы весом 0,5—0,6 карат допускают
от 6 до 10 переточек. Стойкость их в
зависимости от обрабатываемого мате-
риала и режимов резания колеблется от
25 до 200 ч.
На финишных операциях перспектив-
ным является применение лезвийных
инструментов, в частности резцов с
режущими элементами из эльбора-Р.
Способ получения крупных поликри-
сталлических соединений на основе
кубического нитрида бора под маркой
эльбор-Р, диаметром 3—4 мм и дли-
ной 4—5 мм разработан Институтом
физики высоких давлений АН СССР и
освоен промышленностью.
Резцы из эльбора-Р могут эффектив-
но применяться для обработки деталей
из закаленных сталей, высокопрочных
чугунов труднообрабатываемых сталей и
сплавов. Резцы, оснащенные эльбором-Р,
бывают сборные и цельные. В сборных
конструкциях заготовка эльбора кре-
пится в переходной вставке, которая
устанавливается в корпус. У цельных
резцов заготовка эльбора крепится непо-
средственно в тело инструмента. Из гео-
метрических параметров на стойкость
инструмента влияет передний угол, ве-
личина которого колеблется от 0° при
обработке закаленных сталей до минус
20—25° при обработке однокарбидных
твердых сплавов.
Тонкое точение деталей из высокотвер-
дых материалов резцами на основе эль-
бора-Р обеспечивает точность обработки
1—2 класса и чистоту обработанных
поверхностей в пределах 7 — 9 клас-
сов.
ФАСОННЫЕ РЕЗЦЫ
§ 1. ОСНОВНЫЕ понятия
Резцы с фасонной режущей кромкой
применяют для обработки поверхностей
вращения цилиндрических и винтовых
поверхностей на токарных и револь-
верных станках, автоматах и полуавто-
матах. Схема обработки поверхности
вращения фасонным резцом показана
на рис. 29. В процессе обработки заго-
товка быстро вращается вокруг своей
оси, а резец совершает движение подачи.
Наиболее часто движение подачи явля-
ется поступательным. Оно может осу-
ществляться в радиальном направле-
нии. Резцы с таким направлением пода-
чи называют радиальными (рис. 29, а).
В процессе обработки направления дви-
жения подачи одной или нескольких то-
чек режущей кромки такого резца пере-
секает ось детали.
Фассонные резцы с осевой подачей
применяют при обработке односторон-
них профилей, не имеющих кольцевых
канавок или выступов, а также при об-
работке торцовых фасонных поверхнос-
тей (рис. 29, б). По сравнению с ради-
альными резцами при обработке ступен-
чатых деталей рассматриваемые резцы
срезают меньшие сечения, а силы реза-
ния будут меньшими. Это позволяет
обрабатывать менее жесткие детали.
Направление подачи различных точек
режущей кромки фасонного резца может
касаться обработанной поверхности де-
тали. Фасонные резцы с таким направ-
лением подачи называют тангенциаль-
ными фасонными резцами (рис. 29, в).
Произвольная точка режущей кромки
такого резца начинает резание в точке
А, а заканчивает работу в точке В. При
дальнейшем движении подачи резец ме-
талла не снимает. Поэтому детали полу-
чаются идентичными по размерам, не-
зависимо от того, в какой момент вре-
мени выключено движение подачи.
Некоторое распространение находят
фасонные резцы с вращательным движе-
нием подачи. Такие резцы могут быть
радиальными и тангенциальными. У тан-
генциальных резцов режущая кромка
описывает поверхность вращения И,
касающуюся поверхности детали Д. В
этом случае размеры обработанной по-
верхности детали не зависят от момента
выключения движения подачи.
Часто фасонные резцы используются
на строгальных, долбежных или специ-
альных станках при обработке цилинд-
рических поверхностей.
В процессе обработки резец относи-
тельно детали совершает поступательное
движение резания, направление которо-
го совпадает с образующей цилиндриче-
ской поверхности, и движение подачи.
Обычно такие резцы проектируются как
резцы радиального типа, у которых
направление поступательного движения
подачи перпендикулярно образующим.
Например, резцы зубодолбежных голо-
вок, предназначенные для одновременной
72
Глава IV. Фасонные резцы
Рис. 29. Схемы обработки поверхности вращения фасонными резцами
обработки всех зубьев цилиндрических
зубчатых колес.
Фасонные резцы для обработки цилин-
дрических поверхностей могут иметь
вращательное движение подачи и проек-
тироваться как резцы тангенциального
типа. При вращательном движении по-
дачи режущая кромка резца описывает
поверхность вращения, касающуюся по-
верхности детали. В результате этого
движения любая точка режущей кромки
в определенный момент времени входит
в контакт с материалом заготовки и сре-
зает его, а затем выходит из соприкосно-
вения с заготовкой. Поэтому, как и у
тангенциальных резцов, в этом случае
момент выключения подачи резца не
оказывает влияния на размеры детали.
Обработка винтовых поверхностей фа-
сонными резцами производится при
винтовом движении резания. В результа-
те этого движения винтовая поверхность
детали скользит «сама по себе». Кроме
движения резания при обработке винто-
вых поверхностей фасонный резец после
каждого прохода углубляется в мате-
риал заготовки до получения полного
профиля винтовой поверхности. Рас-
сматриваемые резцы наиболее часто при-
меняют при обработке резьбы.
По форме задней поверхности, особен-
ностям конструкции фасонные резцы
делятся на стержневые, призматические
и круглые. Стержневые фасонные резцы
(рис. 30, а) подобны обычным токарным
резцам, но имеют фасонную режущую
Рис. 30. Типы фасонных резцов
§ 1. Основные понятия
73
Кромку, соответствующую форме поверх-
ности детали. Эти резцы имеют малое
число переточек и в серийном производ-
стве используются редко. Закрепляются
они в суппорте как обычные резцы.
Призматический фасонный резец пред-
ставляет собой призму (рис. 30, б).
Одна из боковых граней имеет фасон-
ную цилиндрическую поверхность и слу-
жит задней поверхностью, а одна из
плоских торцевых граней служит перед-
ней поверхностью. Задние углы на фа-
сонной режущей кромке такого резца
создаются за счет его наклонной уста-
новки в державке. Круглый фасонный
резец (рис. 30, в) является телом враще-
ния, у которого вырезан угловой паз,
для создания передней плоскости и про-
странства для схода стружки. Ось резца
устанавливается выше оси детали, по-
этому на фасонной режущей кромке
создаются положительные задние углы.
Дисковые фасонные резцы просты в изго-
товлении и допускают большое число
переточек, но крепятся менее жестко и
обычно применяются для обработки де-
талей с меньшими глубинами профиля,
чем призматические фасонные резцы.
У круглых резцов, ось которых парал-
лельна оси детали, задние углы на участ-
ках режущих кромок, перпендикуляр-
ных оси детали, равны нулю. На этих
участках задняя поверхность, создаю-
щаяся при вращении режущей кромки
вокруг оси резца, является торцевой
плоскостью. В процессе работы резца эта
плоскость соприкасается с соответствую-
щей торцевой плоскостью детали. Из-за
этого на рассматриваемом участке ре-
жущей кромки не создается зазор между
материалом заготовки и задней поверх-
ностью, что снижает режущую способ-
ность резца. Такое же явление наблю-
дается и у призматических резцов при
их обычной установке.
Чтобы получить положительные зад-
ние углы на участках режущих кромок,
Рис. 31. ^Фасонные резцы с наклонной установ-
кой и винтовой задней поверхностью
перпендикулярных оси детали, приме-
няют круглые фасонные резцы с наклон-
ным расположением оси под углом <р
по отношению к оси детали и призмати-
ческие фасонные резцы с наклонным
расположением базы крепления (рис. 31,
а). В необходимых случаях при на-
клонной подаче рассматриваемых резцов
становится возможным обработка «под-
74
Глава IV. Фасонные резцы
Рис. 32. Положение передней плоскости резца
нутрений» на детали. С целью получения
положительных задних углов у круглых
резцов может создаваться также винто-
вая задняя поверхность (рис. 31, б).
Такие резцы особенно пригодны для рас-
точки ступенчатых каналов с осевой
подачей. Они могут изготовляться с хво-
стовиком, служащим для их крепления.
Передняя поверхность фасонных рез-
цов в большинстве случаев является
плоскостью. Передняя плоскость может
располагаться под определенным перед-
ним углом у параллельно оси детали
(рис. 32, а). В общем же случае, фасон-
ные резцы имеют двойной наклон перед-
ней плоскости, когда ее положение ха-
рактеризуется не только передним углом
у, но и углом наклона режущей кромки
X (рис. 32, б). Такие резцы используются
при повышенных требованиях в отноше-
нии соблюдения формы и точности обра-
ботки конических участков поверхнос-
тей деталей.
$ 2. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
РЕЖУЩЕЙ ЧАСТИ ФАСОННЫХ РЕЗЦОВ
При проектировании фасонных ради-
альных резцов выбираются геометриче-
ские параметры в базовой точке режущей
кромки. За базовую точку режущей
кромки резца принимают ближайшую к
оси детали точку, лежащую на наиболее
важном ее участке. Передний угол у
выбирается в зависимости от рода обра-
батываемого материала в пределах 25—
30° для алюминия и меди, 5—20° для
стали в зависимости от твердости, 0—
10° для чугуна и 0—5° для бронзы и ла-
туни. Эти величины измеряются в сече-
нии, перпендикулярном оси круглого
резца, либо в сечении, перпендикуляр-
ном опорной плоскости призматическо-
го резца, проходящем через образующую
задней поверхности. В этих же секу-
щих плоскостях измеряются задние уг-
лы, которые в базовой точке режущей
кромки призматического резца прини-
маются равными 12—15°, а у кругло-
го— 10—12°. У призматических резцов
задние углы обеспечиваются за счет
соответствующей установки резца в дер-
жавке. У круглых же резцов для полу-
чения положительных задних углов ось
резца устанавливают выше оси детали
на величину смещения Л, которая под-
считывается по формуле:
h = Q sin а,
где а — задний угол в базовой точке ре-
жущей кромки резца;
Q— радиус резца в базовой точке.
Угол наклона к режущей кромки рез-
ца выбирается таким образом, чтобы
обеспечить высокую точность обработки
наиболее ответственных участков по-
верхности детали. Величина угла X
определяется при профилировании рез-
цов.
У радиальных фасонных резцов вели-
чины передних и задних углов изменя-
ются вдоль режущей кромки. Опреде-
лим задние углы в различных точках
режущей кромки круглого фасонного
резца с наклонной установкой его. При-
мем, что передняя плоскость резца про-
ходит через ось детали, т. е. углы X = 0
и у — 0 (рис. 33). Задний угол а, в се-
§ 3. Графическое профилирование призматических резцов
75
чении, перпендикулярном оси резца,
будет равен:
h
sin а,- — —,
<71
где h — превышение оси резца над осью
детали;
<7,- — радиус резца в рассматривае-
мой точке режущей кромки.
Режущая способность резца характе-
ризуется задними углами ах, измеряе-
мыми в рассматриваемом случае при
Л = 0 в нормальном к режущей кромке
сечении.
В исследуемой точке С режущей кром-
ки резца проведем вектор 3( в сечении,
перпендикулярном оси резца, по каса-
тельной к задней поверхности. В си-
стеме xyz
3i = — i tg а( sin (0 — е) 4-
+ / tg at cos (₽ — в) — k.
Вектор 3n в нормальном к режущей
кромке сечении расположим по касатель-
ной к задней поверхности. Он будет
равен:
3n = jtgaN — h.
Вектор Р, идущий по режущей кром-
ке , будет. Р = i. Рассматриваемые век-
торы Р, 3N и 3t лежат в одной плоскос-
ти, касающейся задней поверхности рез-
ца в точке С. Поэтому их векторно-ска-
лярное произведение будет равно нулю:
1 О О
О tgajy — 1 —
—tgatsin(₽—е) tgatcos(0—в) —1
= 0.
Следовательно
tgaw = tgatcos(P —8).
Для случая в = 0, когда ось резца
и ось детали параллельны, получим:
tgaw = tga.cosp.
Анализ этого уравнения показывает,
что на торцовых участках резца (Р =
Рис. 33. Схема определения задних углов
круглого резца
= 90°) задние углы равны нулю. По-
этому для избежания сильного трения
необходимо эти участки выполнять с
небольшим углом поднутрения (1—2°)
или проектировать резцы с наклонной
установкой.
§ 3. ГРАФИЧЕСКОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ
ПРИЗМАТИЧЕСКИХ РЕЗЦОВ
Профилирование призматических рез-
цов заключается в определении профиля
резца в нормальном сечении, т. е. в на-
хождении линии пересечения задней по-
верхности резца плоскостью, перпенди-
кулярной образующей задней поверх-
ности. При профилировании форма и
размеры обработанной поверхности де-
тали и величины геометрических пара-
метров (ctj, у и 1) в базовой точке режу-
щей кромки считаются заданными.
Методика профилирования рассмат-
риваемых резцов основывается на ана-
лизе процесса формообразования поверх-
ности детали при обработке, В процессе
резания резец, совершая относительно
медленное движение подачи, все время
приближается к оси детали. Заготовка же
76
Глава IV. Фасонные резцы
совершает быстрое вращение вокруг
своей оси. В момент окончания обра-
ботки, когда происходит формирование
поверхности детали, движение подачи
отключается, но резец не отводится от
заготовки. В этот момент режущая кром-
ка будет располагаться на поверхности
детали. Поэтому методика профилирова-
ния радиальных фасонных призматиче-
ских резцов может быть следующей:
определяется режущая кромка как
линия пересечения поверхности детали
и передней плоскости резца;
создается задняя поверхность как
цилиндрическая фасонная поверхность;
за направляющую этой поверхности при-
нимается режущая кромка, а образую-
щие проводятся под соответствующим
задним углом а;
находится профиль резца в нормаль-
ном сечении как линия пересечения
Рис. 34. Графическое профилирование призма-
тического резца с наклонной базой крепления
задней поверхности резца плоскостью,
перпендикулярной образующей задней
поверхности.
Пример графического профилирования
резца с наклонной базой крепления
(рис. 34). За плоскость проекций V
принята .плоскость, перпендикулярная
оси детали, а за плоскость Н — плос-
кость, перпендикулярная плоскости V
и параллельная направлению движения
подачи резца. Параллельно образующей
задней поверхности резца, учитывая на-
клонное расположение его базы крепле-
ния, и перпендикулярно плоскости П
проводится плоскость проекций Т.
В принятой системе изображается обра-
ботанная поверхность вращения детали.
На поверхности детали выбираем ба-
зовую точку А режущей кромки. Ее
проекции на плоскости Н, V и Т соот-
ветственно обозначены а, а' и а". Через
точку А под углом у проводим переднюю
плоскость Рт. Считаем, что угол Хст = О
и передняя плоскость проходит перпен-
дикулярно плоскости Т, на которой в
истинную величину проектируются уг-
лы у и а.
Для нахождения режущей кромки
воспользуемся способом сечений плос-
костями, перпендикулярными оси детали.
Рассмотрим сечение 7. Оно пересекается
с передней плоскостью по линии АС.
Горизонтальная проекция ас этой линии
лежит на следе сечения 7, так как это
сечение является горизонтально-проек-
тирующим. Проекция а"с" лежит на
следе Рт, так как передняя плоскость
идет перпендикулярно плоскости Т.
Проекция а'с' рассматриваемой линии
АС на плоскость V находится по извест-
ному правилу перемены плоскостей про-
екций. Второй линией, расположенной
в передней плоскости Рт, будет линия
АВ, проекции которой обозначены через
ab, а'Ь' и а"Ь".
Возьмем произвольное сечение 77, пер-
пендикулярное оси детали. Оно Пересе-
§ 4. Аналитическое профилирование призматических резцов
77
кается с линией АВ в точке Е (е и е'), а с
передней плоскостью Рт — по линии ЕК
(ее проекции ek, e'k'), которая идет
параллельно линии АС. Сечение II
пересекается с поверхностью детали по
окружности, которая с линией ЕК пере-
секается в точке К. Точка К лежит как
на поверхности детали, так и в передней
плоскости резца и является точкой ре-
жущей кромки резца. Аналогично точке
К находят другие точки режущей кром-
ки, соединяя которые получаем иско-
мую режущую кромку резца АК, .... В
(ее проекции ak, .... b, a'k', .... b',
а"Ь", ..., k"). Через точки режущей кром-
ки резца проводим образующие задней
цилиндрической поверхности. Так, через
точку К режущей кромки проводим ли-
нию КМ (ее проекции k”m” и km) под
углом а параллельно плоскости Т. Ана-
логично образующей КМ проводятся и
другие образующие, совокупность кото-
рых будет на чертеже изображать зад-
нюю поверхность резца.
Для определения профиля задней по-
верхности резца в нормальном сечении
проводим плоскость К перпендикулярно
образующим. Образующая КМ пересе-
кается с плоскостью /V в точке М,
проекции которой соответственно обо-
значены через т"ит. Рассматривая дру-
гие образующие, аналогично точке М
находятся другие точки встречи плос-
кости N и образующих. Соединив их,
получаем профиль задней поверхности
резца в нормальном сечении N. Нату-
ральная величина профиля резца нахо-
дится поворотом плоскости N вокруг ее
горизонтального следа до совпадения с
плоскостью Н.
5 4. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ
ПРИЗМАТИЧЕСКИХ РЕЗЦОВ
Методика аналитического профилиро-
вания призматических радиальных фа-
сонных резцов аналогична методике гра-
фического профилирования.
Рис. 35. Аналитическое профилирование приз-
матических резцов
В системе координат хъ уъ гъ связан-
ной с деталью (рис. 35), записывается
уравнение обработанной поверхности
вращения в параметрической форме:
уt cos t,
zx = К, sin/,
где — радиус поверхности детали в
произвольном сечении, перпен-
дикулярном оси детали.
Считаем, что базовая точка А режущей
кромки резца располагается по центру
детали на окружности радиуса г. Выбрав
за начало координат базовую точку ре-
жущей кромки, проведем систему коор-
динат x2«/2z2. Оси х2 и у2 проведем
в передней плоскости резца так, чтобы
ось х2 была параллельной оси xt. Рас-
смотрим резец с обычной базой крепле-
ния, когда образующие задней поверх-
ности его располагаются в сечениях,
перпендикулярных оси детали.
Формулы перехода от системы коорди-
нат х^у^ к системе х2у2гг будут:
х2 =; xlt
78
Глава IV. Фасонные резцы
Уз ~ (У1 — О cos Т — zisin V>
z2 —zxcosy + (z/x— r)siny.
Запишем уравнение поверхности детали
в системе х^у2г2'.
Rt^f(x2) = f(X1), (1)
У2 — (^ c°s t — г) cos у — Rt sin t sin у,
z2 = 7?x sin t cosy + (Ri cos t — r) sin y.
Уравнение передней плоскости в системе
Xai/2z2 записывается таким образом:
z2 = 0.
Следовательно
Ri sin t cos у + (Ri cos t—r) sin у == 0,
Откуда
sin(T + 0=^!LL. (2)
Определив из полученного соотношения
величину г и подставив в формулу для
подсчета координаты у2, будем иметь:
Й = (3)
По формулам (1), (2) и (3) рассчитывают-
ся координаты точек режущей кромки
АС призматического резца как линии
пересечения поверхности детали и пе-
редней плоскости резца = 0.
Чтобы определить профиль резца, вве-
дем систему координат x3y3z3. Ось х3
направим по оси х2, а ось z3 — по обра-
зующей задней поверхности.
Формулы перехода от системы x^z^
к системе x3t/3z3:
х3 = х2,
f/з = Уз cos (« + ?)+ Z2 sin (а + у),
z3 = z2 cos (а + у) — у2 sin (а + у).
Координаты точек режущей кромки
резца при z2 = 0 в системе z3y3x3 будут:
Х3 = х2,
Уз = Уз cos (а + у),
гз = — f/г sin (« + ?)•
Профиль задней поверхности призма-
тического фасонного радиального резца
будет проекцией режущей кромки на
плоскость х3у3 и рассчитывается по
формулам:
х3 = х2 = хх, |
Уз “ Узcos (а + Т)-1 '
Рассмотрение формул (1), (2), (3) и (4)
определяет профиль DE призматическо-
го радиального резца в нормальном се-
чении.
§ 5. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ
КРУГЛЫХ ФАСОННЫХ РЕЗЦОВ
При профилировании круглых фасон-
ных резцов определяют профиль резца
в передней плоскости (форму режущей
кромки) и профиль резца в осевом сече-
нии. Профиль резца в осевом сечении
является линией пересечения фасонной
задней поверхности резца и плоскости,
проходящей через ось его. Известными
считаются форма и размеры обработан-
ной поверхности детали, геометрические
параметры (углы ух, X, а и радиус рез-
ца) в базовой точке режущей кромки.
Режущая кромка круглого фасонного
резца располагается на поверхности де-
тали в момент окончания обработки и
формирования заданной поверхности.
Методика профилирования радиальных
круглых резцов следующая:
определяется режущая кромка, т. е.
профиль резца в передней плоскости,
как линия пересечения поверхности де-
тали и передней плоскости резца;
создается задняя поверхность враще-
нием режущей кромки вокруг оси резца;
находится профиль резца в осевом се-
чении как линия пересечения фасон-
ной задней поверхности и плоскости,
проходящей через ось резца.
В соответствии с этой методикой, при
аналитическом профилировании ради-
альных фасонных резцов в системе ко-
§ 5. Аналитическое профилирование круглых фасонных резцов
79
ординат x^Zj (рис. 36) записываются
уравнения обработанной поверхности
вращения детали в параметрической
форме:
y1^~Ricost,
гг = 7?г sin t,
где Rt •*- радиус поверхности детали в
произвольном сечении xt ~ const.
На поверхности детали выбираем базо-
вую точку режущей кромки, которая
обычно располагается на наименьшем
радиусе детали. Радиус базовой точки
А на детали обозначим г.
Через базовую точку детали проведем
под углом у переднюю плоскость. Счи-
таем, что угол X = 0 и передняя плос-
кость Р идет параллельно оси детали.
Проведем систему координат x2i/2z2. На-
чало координат системы поместим в ба-
зовой точке А, ось z2 направим перпен-
дикулярно передней плоскости, а ось
х2 расположим в передней плоскости
параллельно оси детали.
В системе координат x2t/2z2 уравнение
передней плоскости записывается таким
образом:
z2 == 0.
Формулы преобразования координат
будут:
Й ~ f/г cos у + z2 sin у 4- г,
гг = z2 cos у — у3 sin у.
Рассмотрение формул преобразования
координат уравнения передней плоскос-
ти и уравнений поверхности вращения
детали дает режущую кромку резца.
Подставив в формулы перехода
z2 == 0, уг == R{ cos t, zt - = Rt sin t,
бурам, иметь:
Ri cos t =s z/2 cos у + r,
Ri sin t ~ —• у2 sin у.
Решая эту систему уравнений, получим
Рис. 36. Аналитическое профилирование круг-
лого резца
известную формулу для подсчета коор-
динаты у2 в точках режущей кромки:
у2 = ]/~R2 — (г sin у)2 — г cos у.
При профилировании рассматривае-
мых круглых фасонных резцов, расчет
координат (х2, у2) точек режущей кром-
ки Л С можно вести в такой последова-
тельности:
на профиле детали выбираем ряд уз-
ловых точек AjB, т. е. выбираем ряд
значений хъ и подсчитываем соответст-
вующие им значения радиуса Rt =
= f OJ;
подсчитываем координаты у2 узловых
точек режущей кромки резца по форму-
ле: ____________
у2 = у Rj — (г sin у)2 — г cosy;
координаты х2 узловых точек режущей
кромки резца равны соответствующим
выбранным координатам хх узловых то-
чек профиля детали:
х2 = xv
Рассмотрим систему координат хоуаго,
вращающуюся вокруг оси резца. Ось х0
80
Глава IV-Фасонные резцы
направим по оси резца, т. е. параллель-
но осям хх и xs. Начало координат сис-
темы Хоуого выберем таким образом,
чтобы выполнялось условие:
х0 = х2 = хх.
Угол между осью z0 и нормалью к пе-
редней плоскости резца обозначим т.
В процессе вращения системы x0t/0Zo
угол т будет переменным.
Формулы перехода от системы Xji/2z2
к системе xoyozo будут:
Уо — (У2'— Ю cos т + (г2 — с) sin т>
2о — (2г — Q cos т — (4/2 — К) s*n т«
Величины К и С равны:
К — Q cos (а + у),
С = Q sin (а + у),
где Q •— радиус резца в базовой точке,
выбираемый из конструктивных сооб-
ражений.
Совместное рассмотрение этих фор-
мул перехода и уравнений режущей
кромки резца дает заднюю поверхность
вращения круглого фасонного резца,
которая описывается режущей кромкой
АС при ее вращении вокруг оси резца.
Определим профиль DE задней повер-
хности круглого резца в сечении z0 = 0:
(z2 — С) cos т — (у2 — К) sin т = 0.
Откуда
t г2—Qsin(a-j--y)
ё Уг — Qcos(a-j--y) *
Координаты УоХо профиля резца в осе-
вом сечении при известном угле т под-
считываются по формулам перехода:
х0 = х2,
У о = (У 2 — К) cos т + (z2 — С) sin т.
В этих формулах под величинами
х2, Уъ 22 необходимо понимать координа-
ты точек режущей кромки резца.
Таким образом, расчет координат то-
чек профиля DE резца в осевом сечении
можно вести в следующей последова-
тельности:
При известных координатах узловых
точек режущей кромки х2, у2 и z2 = 0
подсчитывается угол т, соответствующий
повороту системы хоуого до положения,
когда рассматриваемые точки режущей
кромки попадают в сечение z0 = 0, по
формуле:
tg т — Q sin (а-|--у) .
ё Q cos (и +-у) — у2 ’
определяются координаты х0, уб уз-
ловых точек профиля резца в осевом се-
чении по зависимостям:
*о == х2,
Уо^ cost — Qcos(a + y — т);
совокупность найденных узловых то-
чек будет профилем рассматриваемого
круглого фасонного резца в его осевом
сечении.
В общем случае аналитическое опре-
деление профиля осевого сечения круг-
лого фасонного радиального резца с
наклонной установкой и двойным на-
клоном передней плоскости (у =/= 0 и
1 =/= 0) можно вести по следующим зави-
симостям:
tgT1==tgT-^±S-,
6 Г1 6 I COS0 *
------ к + х, tg (е + ₽)] sin у,
olll -----------------------—
Ki
х0 = хх cos е + cos (со — -уг) — г] sin е,
tg(p _ <2 sin а — Rj sin (ю — -yj
® Q cos a + Xj sin e —
— [Rj cos (co — -yt) — r] cos e
ИЛИ
tg (p — Q sin a — Rj sin (co — -yt) ,
_ , х, — xn cos e
Q cos a 4- —-r—-----
sine
_ Q sin a — Rj sin (co — -yx)
' sin <p *
где r — радиус базовой точки профиля
детали;
R{ — радиус рассматриваемой узло-
вой точки профиля детали;
§ 6. Графическое профилирование круглых фасонных резцов
81
xi ’— расстояние, измеренное вдоль
оси детали, от ее базовой точки
до рассматриваемой узловой
точки профиля детали;
е — угол между осями детали и
резца;
Р — угол между осью резца и гори-
зонталью передней плоскости.
Под рассматриваемой гори-
зонталью понимается линия
пересечения передней плоскос-
ти резца с осевой плоскостью
детали, проходящей через ба-
зовую точку;
Q — радиус резца в базовой точке
режущей кромки;
у ‘— передний угол в базовой точке
режущей кромки, измеряемый
в сечении, перпендикулярном
оси резца;
а <— задний угол в базовой точке
режущей кромки, измеряемый
в сечении, перпендикулярном
оси резца;
Vi — передний угол в базовой точке
режущей кромки, измеряемый
в сечении, перпендикулярном
оси детали.
§ 6. ГРАФИЧЕСКОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ
КРУГЛЫХ ФАСОННЫХ РЕЗЦОВ
ПРИ ВНУТРЕННЕЙ обработке
Методика графического профилирова-
ния круглых фасонных резцов подобна
аналитическому профилированию и сво-
дится к следующим основным этапам:
изображается обработанная поверх-
ность детали. На ней выбирается базо-
вая точка. Через иее проводится перед-
няя плоскость;
определяется режущая кромка, как
линия пересечения передней плоскости
и поверхности детали;
создается задняя поверхность враще-
нием режущей кромки вокруг оси резца
и находится ее сечение осевой плоско-
стью резца.
Рис. 37. Графическое профилирование круглого
резца при внутренней обработке
Пример графического профилирования
круглого фасонного резца при внутрен-
ней обработке приведен на рис. 37.
В выбранной системе плоскостей про-
екций V/H изображаем обработанную
поверхность детали D. Плоскость V
проведена перпендикулярно оси детали,
а плоскость И идет параллельно направ-
лению подачи резца. На поверхности
детали выберем базовую точку А режу-
щей кромки (ее проекции обозначены
а, а). Через базовую точку А проводим
горизонталь АВ (ее проекции ab, а'Ь')
передней плоскости резца.
Зная угол в, составляемый осью рез-
ца с осью детали, введем новую систе-
му плоскостей проекций WIH. Плос-
кость W проводим перпендикулярно оси
резца. Используя правило перемены
82
Глава IV. Фасонные резцы
плоскостей проекций, в новой системе
находим проекцию а"Ь" горизонтали
АВ на плоскость №.
В системе №/// изображаем ось резца
О, зная радиус Q резца в базовой точке
и задний угол а, измеряемый в сечении,
перпендикулярном оси резца.
Через точку А в сечении, перпендику-
лярном оси резца, проводим прямую
АС (ее проекции ас, а'с' иа"с") под углом
у. Две пересекающиеся в базовой точке
А режущей кромки прямые АВ и АС
определяют положение передней плос-
кости резца.
Найдем режущую кромку, как линию
пересечения передней плоскости с по-
верхностью детали D. Для этого рас-
смотрим ряд секущих плоскостей, перпен-
дикулярных оси детали. Сечение 1—/
пересекается с передней плоскостью по
прямой ЕМ. Точка Е является точкой
пересечения горизонтали передней плос-
кости АВ с сечением 1—1, а точка М—
прямой АС с сечением 1—1. Угол
между прямой т'е' и горизонтальной
прямой а'Ь' будет передним углом резца
в сечении, перпендикулярном оси детали.
Сечение /— 1 пересекается с поверх-
ностью детали по окружности радиуса
R. Точка К пересечения этой окружности
с прямой ME будет точкой режущей
кромки резца. Аналогично находим
другие точки режущей кромки.
Построение задней поверхности резца
и ее профиля ведем в системе WiH.
Вращая режущую кромку ВКА вокруг
оси резца, получим заднюю поверхность
его. Каждая точка режущей кромки
будет описывать при вращении окруж-
ность. Так, окружностью вращения точ-
ки А будет АР (ее проекции ар и а"р"),
точки К — КТ и т. д. Совокупность
этих окружностей на чертеже будет изо-
бражать заднюю поверхность резца.
Чтобы отыскать профиль задней по-
верхности резца, проведем через ось его
плоскость N, параллельную плоскос-
ти Н. Плоскость N пересекается с ок-
ружностью АР в точке Р. Точка Р бу-
дет искомой точкой профиля резца. Она
одновременно лежит на задней поверх-
ности резца и в плоскости N. Анало-
гично находятся другие точки профиля
задней поверхности резца. В истин-
ную величину профиль резца проекти-
руется на плоскость Н, так как плос-
кость N идет параллельно плоскости Н.
Таким образом линия tp и будет профи-
лем задней поверхности круглого фасон-
ного резца.
Для заточки передней плоскости резца
необходимо знать угол АЛ, измеряемый
в сечении 11—11, перпендикулярном
к образующей АС передней поверхности.
Сечение 11—II проведено через точку
В режущей кромки. Оно пересекает
переднюю плоскость резца по прямой
BS. Точка S является точкой встречи
сечения 11—11 с прямой АС. Чтобы
определить истинное расположение пря-
мой BS в сечении 11—11, а, следова-
тельно, отыскать натуральную величи-
ну угла Км, примем сечение 11— II за
новую плоскость проекций. Тогда проек-
ция прямой на плоскость 11— II будет
Ь'" S"' . Угол между этой прямой
и горизонтальной прямой, проведенной
в сечении II—II, будет углом
Величина угла ХЛ/ может быть подсчита-
на по формуле:
tg Хл, — tg ₽ sin у,
где ₽ — угол между линией АВ и осью
резца;
у — передний угол в базовой точке
А, измеренный в сечении, пер-
пендикулярном оси резца.
$ 7. ИСКАЖЕНИЕ ФОРМЫ ДЕТАЛЕЙ
ПРИ ОБРАБОТКЕ ФАСОННЫМИ
РАДИАЛЬНЫМИ РЕЗЦАМИ
При обработке конических поверхнос-
тей фасонными радиальными резцами
часто получаются искажения формы де-
§ 7. Искажение формы деталей при обработке
83
тали. Это объясняется тем, что при про-
филировании радиальных резцов для
обработки конусов обычно определяются
граничные точки режущей кромки и
соединяются прямой линией, которая
принимается за режущую кромку резца.
Однако в действительности теоретически
точные радиальные фасонные резцы, у
которых передний угол у =# 0, а угол
Л = 0, должны иметь криволинейную
режущую кромку.
Режущая кромка резца находится как
линия пересечения передней плоскости
и конической поверхности детали. По-
скольку у рассматриваемых резцов при
обработке передняя плоскость распо-
лагается параллельно оси детали и не
проходит через вершину конуса, то ли-
нией ее пересечения с конической по-
верхностью будет гипербола. Поэтому
для точной обработки конической по-
верхности радиальные фасонные резцы
с углом V 0 и X = 0 должны иметь
гиперболическую, а не прямолинейную
режущую кромку. Однако подобные рез-
цы сложны в изготовлении.
Чтобы создать технологическую кон-
струкцию резца и обеспечить повышение
точности обработки конических участ-
ков, проектируют резцы с двойным на-
клоном передней плоскости (рис. 38).
Положение передней плоскости вы-
бирают так, чтобы создать требуемую
величину переднего угла у и обеспечить
ее пересечение с конической поверхно-
стью по образующей АС, являющей-
ся прямолинейной режущей кромкой
резца.
Определим угол наклона X передней
плоскости при его измерении в сечении
Yx = 0. Для этого в передней плоскос-
ти проведем три вектора Рг, и /72.
Вектор Ри идущий по режущей кром-
ке, может быть записан таким обра-
зом:
Л = /tg₽,
Рис. 38. Резцы с двойным наклоном передней
плоскости
где ₽ •— половина угла при вершине
конической поверхности.
Вектор Пи идущий по линии АВ пере-
сечения передней плоскости с плоско-
стью хх — 0, будет:
/7i = 7-_&tgy.
Вектор П2, идущий по линии пересе-
чения передней плоскости с плоскостью
уг = 0, будет:
П2 — k tg X.
_ Смешанное произведение векторов /72,
/7Х, Plt лежащих в одной плоскости, рав-
но ~
нулю.
1
0
1
Отсюда
Следовательно:
-tgb
— tgт ~о.
о
0
1
-tg₽
tgA = tg₽tgy.
Призматическим резцом с двойным
наклоном передней плоскости можно
точно обработать коническую поверх-
ность.
Круглые же фасонные резцы и в этом
случае не обеспечивают точной обработки
84
Глава IV. Фасонные резцы
конической поверхности. Задняя по-
верхность теоретически точного круг-
лого резца должна была бы быть поверх-
ностью вращения прямолинейной режу-
щей кромки вокруг оси резца. Но ось
резца и прямолинейная режущая кром-
ка являются скрещивающимися прямы-
ми и отстоят друг от друга на рассто-
янии h. Поэтому при вращении одной из
этих прямых вокруг другой создается
гиперболоид вращения. По технологи-
ческим соображениям задняя поверх-
ность резца принимается в форме кони-
ческой поверхности, а не в форме гипер-
болоида вращения. В результате в про-
филь обработанной поверхности детали
вносятся соответствующие погрешности.
Но, по сравнению с круглыми резцами,
заточенными только под углом у, круг-
лые резцы, заточенные под двумя уг-
лами у и X, дают значительно меньшие
погрешности (в 4—5 раз) при обработке
конических поверхностей.
Точная обработка конических поверх-
ностей круглыми фасонными резцами
достигается при наклонной установке
резца, когда ось резца идет параллель-
но режущей кромке. В этом случае
задняя поверхность круглого резца бу-
дет круглой цилиндрической поверхно-
стью вращения режущей кромки вокруг
оси резца, а ее профиль будет прямоли-
нейным.
Следует учитывать, что при увеличе-
нии точности обработки конических
участков на детали, точность обработки
цилиндрических участков поверхности
детали снижается. Точную обработку
цилиндрических участков поверхности
детали обеспечивают как призматичес-
кие, так и круглые резцы, заточенные
под углом у, когда на этом участке ре-
жущая кромка будет прямолинейной,
параллельной оси резца.
При двойном наклоне передней плос-
кости она не идет параллельно оси де-
тали и пересекает цилиндрическую по-
верхность по эллипсу. Поэтому, для тео-
ретически точной обработки цилиндри-
ческого участка, фасонный резец с двой-
ным наклоном передней плоскости дол-
жен иметь криволинейную режущую
кромку.
По технологическим соображениям
криволинейная режущая кромка резца
заменяется прямолинейной, в результате
чего при обработке искажается форма
цилиндрического участка поверхности
детали.
Выбирая при проектировании тип фа-
сонного резца, необходимо обеспечить
наиболее точную обработку ответствен-
ных участков поверхности детали.
$ 8. ТАНГЕНЦИАЛЬНЫЕ ФАСОННЫЕ РЕЗЦЫ
С ПРЯМОЛИНЕЙНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ПОДАЧИ
При точении тангенциальными фасон-
ными резцами, когда заготовка быстро
вращается вокруг своей оси, а резец
совершает медленное движение подачи,
произвольная точка режущей кромки
начинает резать в точке А и заканчивает
процесс обработки в точке В (рис. 39).
При дальнейшем движении резец ма-
териала заготовки не срезает.
За время работы, т. е. при перемеще-
нии исследуемой точки режущей кром-
ки из положения А в положение В,
непрерывно изменяются передние и
задние углы. Рассмотрим произвольное
положение точки режущей кромки, соот-
ветствующее положению точки С, и опре-
делим в этом случае величины передних
и задних углов резца в сечении, перпен-
дикулярном оси детали. Положение точ-
ки С на прямой АВ будем характеризо-
вать ее радиусом Rt = ОС и углом р
между этим радиусом и вертикальной
прямой ОВ. Если при анализе геометрии
резца пренебречь влиянием движения
подачи на форму поверхности резания и
принять за поверхность резания по-
верхность вращения режущей кромки
§ 9. Графическое профилирование тангенциальных фасонных резцов
85
вокруг оси детали, то в точке С нор-
малью к поверхности резания будет
радиус ОС. По определению угол между
этим радиусом ОС и передней плоско-
стью резца будет передним углом ур.
Задний угол ар в процессе резания в
точке С кромки будет между образую-
щей задней поверхности и плоскостью ре-
зания — прямой СК, проведенной пер-
пендикулярно нормали ОС поверхности
резания.
Величины углов ар и ур в процессе
резания будут равны:
ТР = Уст —Ц,
ар = аст + р.
При перемещении точки С режущей
кромки из положения А в положение В
угол р непрерывно изменяется от его
максимального значения в точке А до
нуля в точке В.
Максимальное значение угла р под-
считывается по соотношению:
cos р — —,
г г + о ’
где 6 — припуск на сторону;
г — радиус детали в рассматривае-
мом сечении, перпендикуляр-
ном ее оси.
Таким образом, по сравнению со ста-
тическими углами аст и уст передние
углы ур в процессе резания уменьшают-
ся, а задние углы ар увеличиваются.
С увеличением снимаемого припуска 6
колебания передних и задних углов при
резании увеличиваются, что снижает
режущую способность резца. Чтобы пре-
делы изменения передних и задних уг-
лов были невелики, тангенциальные фа-
сонные резцы рекомендуется применять
при чистовом точении фасонных поверх-
ностей вращения и срезании небольшого
припуска 6.
Учитывая характер изменения перед-
них и задних углов в процессе обработки,
при конструировании тангенциальных
фасонных резцов статические задние уг-
Рис. 39. Геометрические параметры тангенци-
ального резца
лы принимаются небольшой величины,
порядка 2—8°, а передние углы уст
назначаются соответственно увеличен-
ными.
§ 9. ГРАФИЧЕСКОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ
ТАНГЕНЦИАЛЬНЫХ ПРИЗМАТИЧЕСКИХ
ФАСОННЫХ РЕЗЦОВ
Тангенциальный призматический фа-
сонный резец имеет плоскую переднюю
поверхность Р, положение которой ха-
рактеризуется передним углом у, изме-
ряемым в сечении, перпендикулярном
оси детали, и углом наклона Л, измеря-
емым в сечении, параллельном оси дета-
ли, и направлению движения подачи S.
Задняя поверхность резца является
цилиндрической фасонной поверхностью,
образующие которой идут под углом а
(задним углом) к направлению движения
подачи S.
При профилировании рассматривае-
мых тангенциальных фасонных резцов
определяется профиль задней поверх-
ности резца, т. е. линия пересечения
задней поверхности плоскостью N, пер-
пендикулярной образующей. Заданными
считается форма и размеры обработан-
ной поверхности детали, а также величи-
ны геометрических параметров—у, X, а.
86
Глава IV. Фасонные резцы
Методика профилирования тангенци-
альных призматических резцов основы-
вается на анализе схемы резания и про-
цесса формообразования поверхности де-
тали при обработке.
Кинематическая схема резания при
обработке тангенциальными резцами
включает быстрое вращение заготовки
вокруг своей оси и относительно мед-
ленное движение подачи резца. Движе-
ние подачи резца может быть различным.
В последующем будем рассматривать
профилирование тангенциальных фа-
сонных резцов с поступательным прямо-
линейным движением подачи, направ-
ление которого X перпендикулярно оси
детали.
В результате движения подачи фа-
сонная режущая кромка резца описыва-
ет в пространстве цилиндрическую фа-
сонную поверхность И, образующие ко-
торой идут параллельно направлению
подачи X и касаются обработанной по-
верхности детали Д. Поверхность И
движения режущей кромки резца и по-
верхность детали Д касаются друг друга
в процессе обработки. Если поверхность
И будет проходить на некотором рас-
стоянии от поверхности детали, то диа-
метральные размеры обработанной по-
верхности будут большими по сравнению
с их заданными величинами. Если же
поверхность И будет проходить в теле
детали, то диаметральные размеры об-
работанной поверхности будут мень-
шими, чем это требуется по чертежу.
Учитывая, что поверхность детали Д
и поверхность И взаимно касаются друг
друга в процессе обработки, можно
принять следующую методику профи-
лирования тангенциального фасонного
резца с прямолинейно-поступательным
движением подачи:
определяется цилиндрическая фасон-
ная поверхность И, касающаяся поверх-
ности детали Д, образующие которой
идут параллельно направлению подачи;
находится режущая кромка резца,
как линия пересечения И и передней
плоскости резца;
создается задняя цилиндрическая фа-
сонная поверхность резца. За направ-
ляющую этой поверхности принимается
режущая кромка, а образующие прово-
дятся под углом а к направлению пода-
чи 5;
определяется профиль резца, т. е.
линия пересечения его задней поверх-
ности плоскостью N, перпендикулярной
образующим.
Пример графического профилирова-
ния тангенциального фасонного резца
показан на рис. 40.
Поверхность детали изображена в
выбранной системе плоскостей проек-
ций V/H. Плоскость V проведена пер-
пендикулярно оси детали, а плоскость
Н — параллельно оси детали и направ-
лению подачи X.
В соответствии с заданными углами у
и X изображаются следы Pv и Ph перед-
ней плоскости Р.
Через узловые точки профиля детали
проводятся сечения I, II, III, IV, пер-
пендикулярные оси детали и параллель-
ные плоскости V. С поверхностью детали
плоскости I, II, III, IV пересекаются
по соответствующим окружностям,
которые в истинную величину про-
ектируются на плоскость V. Напри-
мер, сечение I пересекается с поверх-
ностью детали по окружности радиу-
са Рг.
Сечение I пересекается также с поверх-
ностью И по ее образующей АВ, ко-
торая проводится параллельно направ-
лению подачи по касательной к окруж-
ности радиуса Rt.
Сечение I пересекается также с перед-
ней плоскостью Р по ее фронтали ВС.
Точка В пересечения фронтали ВС и
образующей АВ поверхности И является
точкой режущей кромки резца в сече-
нии I. Она лежит как в передней плос-
§ 9. Графическое профилирование тангенциальных фасонных резцов
87
Рис. 40. Графическое профилирование тангенциальных фасонных резцов
кости, так и на поверхности И, т. е.
располагается на линии их пересечения.
Аналогично точке В находятся дру-
гие точки режущей кромки BEF, со-
вокупность которых будет изображать
режущую кромку резца. Через соот-
ветствующие точки режущей кромки в
секущих плоскостях 1, 11, II1 прово-
дятся под углом а к направлению по-
дачи S образующие задней поверхности.
Так, в сечении I образующей задней
поверхности будет прямая ВК, в сече-
нии 111 — прямая FM и т. п.
Перпендикулярно образующим зад-
ней поверхности проводится плоскость
N. Она является вертикально проекти-
рующей плоскостью, т. е. плоскостью,
перпендикулярной плоскости V. Плос-
кость N пересекается с образующей зад-
ней поверхности ВК в точке К, с обра-
зующей FM в точке М и т. д. Сово-
купность точек КМ ... (ее проекции
обозначены km... и k'm) пересечения
образующих задней поверхности с плос-
костью N будет профилем резца, линией
пересечения плоскости N и цилиндри-
ческой фасонной задней поверхности
резца.
Истинная величина профиля резца
находится способом перемены плоско-
стей проекции. За новую плоскость про-
екций принимается плоскость N, вмес-
то горизонтальной плоскости проекций
Н. Проекция профиля резца на плос-
кость N, т. е. линия k"'m'”, находится
по правилу перемены плоскостей про-
екций. Линия К"т"' является искомым
профилем резца.
88
Глава IV. Фасонные резцы
§ 10. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ
ТАНГЕНЦИАЛЬНЫХ ФАСОННЫХ РЕЗЦОВ
Методика аналитического профили-
рования тангенциальных фасонных рез-
цов аналогична методике графического
профилирования.
Выбирается система координат хуг.
Ось х проводится параллельно оси де-
тали, ось у— параллельно направлению
прямолинейно-поступательного движе-
ния подачи S резца, а ось г — перпен-
дикулярно оси детали. Началом коор-
динат является базовая точка С профиля
детали, расположенная в осевом сечении
хг (рис. 41).
При профилировании резца профиль
детали считается заданным. Тогда урав-
нения профиля детали будут:
Z=/(x),
В процессе обработки цилиндриче-
ская поверхность И, описываемая ре-
жущей кромкой резца при его прямо-
линейно-поступательном движении по-
дачи, касается поверхности детали. В
рассматриваемом случае, когда направ-
ление движения подачи перпендикуляр-
но оси детали, профиль поверхности И
и поверхности детали Д совпадают.
Рис. 41. Аналитическое профилирование танген-
циальных резцов
Поэтому в системе хуг уравнение по-
верхности И будет записываться таким
образом:
z = /(x).
Через начало координат системы хуг
в соответствии с заданными значениями
углов у и X проводим переднюю плос-
кость Р. Уравнение передней плоскости
Р записывается в таком виде:
xtgX + t/ + ztgy = 0.
Совместное рассмотрение уравнения
поверхности И и передней плоскости Р
дает режущую кромку АВ тангенци-
ального фасонного резца:
z = f(x),
xtg^ + y + ztgy = Q.
Чтобы определить профиль резца ДМ
в сечении N, перпендикулярном обра-
зующим AM, ВК задней поверхности,
введем систему координат х1у1г1. Ось
jq направим по оси х, ось Уг — парал-
лельно образующим задней поверхности
резца. Начало координат системы x^Zj
совместим с началом координат системы
xyz.
Запишем формулы преобразования ко-
ординат:
х = xlt
у — уг cos а 4- Zj sin а.
г — zx cos а — ух sin а.
Уравнения режущей кромки в системе
ХлУР\ будут:
Zj cos а — у! sin а = f (х^),
Xi tg Л + уг cos а + Zj sin а +
+ f (Ч) tg У = 0.
Умножив первое уравнение на cos а,
а второе на sin а и, сложив после пре-
образований, получим:
Z1 = f (ч) — - — хх tg X sin а.
Это уравнение представляет собой
уравнение цилиндрической фасонной по-
§11. Конструктивное оформление фасонных резцов
89
верхи ости < образующие которой идут
параллельно оси ух и которая включает
режущую кромку фасонного танген-
циального резца. Рассматриваемое урав-
нение является уравнением задней по-
верхности тангенциального призмати-
ческого фасонного резца. Профиль этой
поверхности, т. е. профиль КМ танген-
циального резца в сечении, перпенди-
кулярном образующим задней поверх-
ности, будет:
ух = const,
ZiMfoi) СО5со5^-----x.tgXsina,
где
jq = х,
f(xr)-z.
По этим формулам, зная координаты
х, г узловых точек профиля детали,
подсчитываются координаты xlt гг со-
ответствующих узловых точек профиля
тангенциального фасонного призмати-
ческого резца с прямолинейно-поступа-
тельным движением подачи.
§ 11. КОНСТРУКТИВНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ
ФАСОННЫХ РЕЗЦОВ
Фасонные резцы чаще всего применя-
ются при обработке поверхности враще-
ния на токарных автоматах и револь-
верных станках. Наибольшее распро-
странение получили радиальные резцы.
Тангенциальные фасонные резцы ис-
пользуются только при чистовой об-
работке и снимают весьма небольшие
припуски по всему профилю детали.
Угол X, величина которого может до-
стигать 45° у тангенциальных резцов,
обеспечивает постепенное врезание ре-
жущей кромки. Поэтому тангенциаль-
ными резцами можно обрабатывать бо-
лее длинные и менее жесткие детали по
сравнению с радиальными резцами.
Призматические радиальные резцы по
сравнению с круглыми обладают боль-
шей прочностью режущей части, на-
дежностью крепления, лучшим отводом
тепла и повышенной точностью обработ-
ки конических участков детали. Однако
круглые резцы более технологичны в
изготовлении и получили широкое рас-
пространение. Наиболее часто фасонные
резцы изготовляются из быстрорежу-
щей стали и только в отдельных слу-
чаях применяют фасонные резцы, осна-
щенные твердым сплавом.
Одним из основных конструктивных
элементов круглого резца является его
наружный диаметр. Наименьший до-
пустимый наружный диаметр фасонного
резца определяется по формуле:
D > 1,5d 4- 2Т + (6 -V- 12) мм,
где d — диаметр отверстия под оправку;
Т — наибольшая глубина профиля
детали.
Наружный диаметр Д круглого резца
обычно в 6—8 раз больше глубины про-
филя детали.
При внутренней обработке диаметр
резца берется 0,6—0,8 диаметра обраба-
тываемого отверстия.
Длина профиля резца обычно берется
больше длины профиля обрабатываемой
детали. Фасонный резец в большинстве
случаев включает режущие кромки, об-
рабатывающие часть заготовки, среза-
емую при подрезке торца. Для избе-
жания острых углов этот торец обычно
снабжается цилиндрическим пояском
длиной 2—Змм. Второй торец резца
снабжается выступающим цилиндричес-
ким пояском, боковые кромки которого со-
ставляют с осью резца угол, равный 75°.
Поэтому на боковых кромках создаются
необходимые положительные задние уг-
лы. При обработке режущие кромки
рассматриваемого цилиндрического по-
яска отмечают место установки отрез-
ного резца.
90
Г лава IV. Фасонные резцы
Таблица 2
Размеры фасонных круглых резцов Т-2-1, мм
Глубина профиля детали /тах Резец Рифление
D d dj ъ k Г 4
До 4 30 10 16 7 3 1
4—6 40 13 20 10 3 1 20 3
6—8 50 16 25 12 4 1 26 3
8—10 60 16 25 14 4 2 32 3
10—12 70 22 34 17 5 2 35 4
12—15 80 22 34 20 5 2 40 4
15—18 90 22 34 23 5 2 45 5
18—21 100 27 40 26 5 2 50 5
Общая длина профиля фасонного ра-
диального резца ограничивается воз-
никающими при резании вибрациями.
Точность размеров и качество обрабо-
Табмща 3
Размеры круглых резцов для внутренней
обработки, мм
Наружный диа- метр резца Диаметр отверстия
обрабаты- ваемого базового
8 12—14
12 16—24 —
18 26—36 —
24 38—45 10
28 45—55 12
тайной поверхности снижаются при уве-
личении длины профиля резца. В за-
висимости от требуемой точности обра-
ботки допустимое отношение длины про-
филя резца к диаметру детали в опасном
сечении колеблется в пределах 1,5—3,0.
Для закрепления в оправке резец на
одном торце имеет радиально направ-
ленные зубья-рифления с углом профиля
равным 90°. Габаритные и конструк-
тивные размеры круглых резцов для
наружной обработки можно выбирать
по табл. 2.
Длина выточки под головку винта
зависит от длины резца и равна:
§ 12. Заточка фасонных резцов
91
Таблица 4
Размеры фасонных призматических резцов
Т-4-1, мм
Глубина профиля детали *тах Резец Хвостовик
В н Е А Е Г d м
До 4 4—6 6—10 10—14 14—20 20—28 9 14 19 25 35 45 75 75 75 90 90 100 4 6 6 10 10 15 15 20 25 30 40 60 7 10 15 20 25 40 0,5 0,5 0,5 1,0 1,0 1,0 4 6 6 10 10 15 21,31 29,46 34,46 45,77 55,77 83,66
Для отверстий длиной I более 15 мм
длину /3 шлифовальных поясков при-
нимают в пределах 0,2—0,25/. При не-
большой длине I выточки в отверстии
не делают. Угол е на круглых резцах
берется равным 70—80°. Размеры круг-
лых фасонных резцов для внутренней
обработки приведены в табл. 3.
Длина призматических резцов 75—
100 мм. Резцы закрепляются с помощью
ласточкина хвоста в специальных дер-
жавках. Конструктивные размеры приз-
матических фасонных резцов можно вы-
бирать по табл. 4.
§ 12. ЗАТОЧКА ФАСОННЫХ РЕЗЦОВ
Для восстановления режущей спо-
собности изношенные фасонные резцы
подвергаются переточкам. При переточ-
ках необходимо не только восстановить
остроту режущей кромки и воспроиз-
вести требуемые геометрические пара-
метры режущей части, но и обеспечить
получение при обработке переточенным
резцом заданной поверхности детали.
Для этого проектируют режущую часть
так, чтобы при переточке режущая кром-
ка не меняла своей формы и размеров.
При установке переточенного инстру-
мента на металлорежущем станке как бы
совмещают режущую кромку перето-
ченного резца с положением, которое
занимала режущая кромка нового
резца. При одинаковых движениях
режущей кромки нового и переточен-
ного резца в этом случае форма обрабо-
танной поверхности детали будет од-
ной и той же.
Переточка фасонных резцов произ-
водится по передней плоскости. Поэто-
му сохранение формы режущей кромки
при переточках рассматриваемых ин-
струментов обеспечивается соответству-
ющим выбором формы задней поверх-
ности. Ее можно представить как по-
верхность, описываемую режущей кром-
кой, при прямолинейно-поступательном
либо вращательном движении передней
плоскости.
В первом случае создается призма-
тический резец, а во втором — круг-
лый. Резец следует перетачивать таким
образом, чтобы передняя плоскость пе-
реточенного резца совпадала с одним из
мгновенных положений движущейся при
образовании задней поверхности перед-
ней плоскости. При этом форма режущей
кромки изменяться не будет.
Следовательно, призматический резец
необходимо перетачивать по передней
плоскости таким образом, чтобы передняя
92
Глава IV. Фасонные резцы
Рис. 42. Установка круглого резца при заточке
плоскость переточенного резца была па-
раллельна передней плоскости нового рез-
ца.Круглый фасонный резец перетачивать
следует так, чтобы расстояние Н от оси
резца до передней плоскости сохранялось
постоянным. Для резца, у которого пе-
редняя плоскость идет параллельно его
оси, расстояние Н подсчитывается по
формуле:
Н — Q sin (а + у).
Устанавливая на станке переточенный
резец, сообщаем ему перемещение, об-
ратное тому, которое имела передняя
плоскость при создании задней поверх-
ности, т. е. заставим переточенный ре-
зец вращаться вокруг своей оси. Тогда
задняя поверхность переточенного резца
будет все время скользить по задней по-
верхности нового резца. В определенный
момент времени передние плоскости но-
вого и переточенного резца совпадут.
Это положение будет соответствовать
правильной установке переточенного рез-
ца, когда режущая часть переточенного
и нового резцов будут совмещены друг
относительно друга. Следовательно, но-
вым и переточенным резцом будет обес-
печена обработка одних и тех же де-
талей.
На рис. 42 показана установка круг-
лого фасонного резца при заточке его
на универсально-заточном станке.
Чтобы при заточке фасонного резца
облегчить установку его относительно
рабочей плоскости шлифовального кру-
га, рекомендуется на резце давать круго-
вую контрольную риску радиусом Н.
Рабочая плоскость шлифовального кру-
га должна касаться контрольной риски.
Приставив линейку к плоскости чашечно-
го круга, можно довольно точно устано-
вить круг относительно затачиваемого
резца.
Следует учитывать, что рассматрива-
емые резцы можно перетачивать не толь-
ко по плоскости, но и по любым поверх-
ностям, включающим заданную режущую
кромку. Возможность выбора различ-
ных форм передних поверхностей по-
§ 12. Заточка фасонных резцов
93
зволяет приспосабливать геометрию пе-
ретачиваемой плоскости к конкретным
производственным условиям. Практи-
чески этого можно достигнуть под-
точкой передней поверхности, которая
производится так, чтобы режущая кром-
ка сохранялась нетронутой.
Начальное положение призматиче-
ского фасонного резца при его заточке
приведено на рис. 43. В рассматривае-
мом приспособлении можно обеспечить
поворот резца при его установке вокруг
вертикальной оси В за счет наклонной
установки резца на плоскости стола при-
способления. Вместе со столом приспо-
собления резец может поворачиваться
вокруг горизонтальной оси Б и верти-
кальной А.
При заточке торцовой плоскостью
шлифовального круга необходимо уста-
новить резец так, чтобы затачиваемая
плоскость была параллельна рабочей
плоскости круга. Тогда, перемещая стол
станка по соответствующим направля-
ющим, можно привести в соприкосно-
вение шлифовальный круг и затачива-
емый инструмент.
Установка при заточке обычного приз-
матического радиального резца с уг-
лом 1 = 0 сводится к повороту резца
вокруг оси Б на угол Об = а + У-
Значительно сложнее правильно уста-
новить и заточить тангенциальный приз-
матический фасонный резец.
Определим углы поворота танген-
циального резца 6л и Об вокруг осей
А и Б, при которых затачиваемая
передняя плоскость его будет параллель-
на плоскости торца круга. Для этого
изображаем следы Pv и Рп затачивае-
мой передней плоскости резца в его ра-
бочем положении, когда приспособле-
ние повернуто на угол Об., = а (рис. 44).
Первым поворотом вокруг оси Б на
угол Об установим затачиваемую плос-
кость в положение горизонтально-про-
ектирующей плоскости. За ось поворота
Рис. 43. Начальное положение при заточке
призматического резца
Рнс. 44. Схема определения установки призма-
тического резца заточке
Б на чертеже принята прямая, перпен-
дикулярная плоскости V и расположен-
ная в плоскости Н. Повернутые следы
при этом обозначены Pvi, Phi-
Вторым поворотом вокруг оси А,
перпендикулярной плоскости Н, на угол
0л установим затачиваемую плоскость
94
Глава IV. Фасонные резцы
в положение, параллельное плоскости
W. За ось поворота А примем вертикаль-
ный след PVI. Тогда угол поворота 0д
•будет в истинную величину изображать-
<я на плоскости Н.
Рассматривая графическое построе-
ние, можно получить следующие за-
висимости для расчета углов установки
при заточке тангенциального призмати-
ческого фасонного резца:
еБ = У + Ct,
tg 0,4 = ctg <р cos у,
где
<р = 90° —X.
Заточку призматического тангенци-
ального резца можно осуществить, ис-
пользуя оси В и Б. В этом случае за-
тачиваемую плоскость первым поворо-
том вокруг оси В устанавливают в по-
ложение вертикально-проектирующей,
а вторым поворотом вокруг оси Б — в
требуемое положение, параллельное
торцу круга.
Рассматриваемая задача может быть
решена также аналитически. Для это-
го выберем неподвижную систему ко-
ординат X\yxzi. Ось Zi направим пер-
пендикулярно плоскости И, ось yi —
параллельно оси шлифовального кру-
га, а ось Xi — перпендикулярно плос-
кости V. На столе приспособления ус-
тановим затачиваемый резец и повер-
нем на угол 6б =а вокруг оси Б. В
этом случае он займет начальное поло-
жение, соответствующее его рабочему
состоянию. С резцом свяжем систему
координат х3 у3 z3. Будем считать, что
в начальном положении оси х3 у3 z3
совпадают соответственно с осями Xi
f/i Zi. Повернем приспособление вокруг
оси Б на угол 0б, а вокруг оси А — на
угол 0а, считая, что оси А и Б совпа-
дают с соответствующими осями коор-
динат. Тогда формулы преобразования
координат будут:
21 — z3 COS0B- Уз sin 0Б
Xi = Х8 COS 04—Sin0A (у3 COS 0б+ z3 sin0B)
У! = X3sin0A+ СО50Д (y3COS0fi+ z3sin 0fi)
В системе x3 y3 z3, связанной с рез-
цом, вектор P, идущий по горизонтали
передней плоскости, записывается так:
р = i cos X — / siny.
Вектор п, направленный по фронта-
ли передней плоскости, будет:
п = —j sin у + k cos у.
Вектор N нормали к передней плос-
кости равен:
N — Ip X п] =i(—sin A cosy) +
+ / (— cos X cos у) + k (— cos X sin y).
Положение вектора нормали /V в сис-
теме Xi yi z\ определяется с помощью
формул преобразования координат. В
момент заточки нормаль N должна
идти параллельно оси шлифовального
круга. Следовательно, проекции нор-
мали на оси Zi и Xi должны быть рав-
ны нулю.
Отсюда
— cos X sin у cos 0б + cos X cos у sin 0б =
= 0.
— sin X cos у cos Од —
— sin 0a (cos X cos2 у — cos A sin2 y) =
= 0.
Решая эту систему, получим:
0Б = у И tg 0д = tg к cosy.
Учитывая, что предварительный пово-
рот вокруг оси Б был проведен на угол
ct, суммарный поворот вокруг оси Б бу-
дет равен:
0Б = у + а.
95
ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ
§ 1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ТИПЫ СВЕРЛ
Сверло представляет собой режущий
инструмент для обработки отверстий
в сплошном материале, либо для рас-
сверливания отверстий при двух одно-
временно происходящих движениях: вра-
щении сверла вокруг его оси и поступа-
тельном движении подачи вдоль оси
инструмента.
В промышленности применяются сле-
дующие основные типы сверл: спираль-
ные, перовые, пушечные, ружейные, для
кольцевого сверления, центровочные,
специальные. Сверла изготовляются из
быстрорежущей стали марок Р18, Р12,
Р9, Р6МЗ, Р9К5 и др. Спиральное свер-
ло является основным типом сверл, наи-
более широко распространенным в про-
мышленности (рис. 45). Оно использу-
ется при сверлении и рассверливании
отверстий диаметром до 80 мм и обеспе-
чивает обработку отверстий по 4—5-му
классам точности и с чистотой поверх-
ности 2—3-го классов. Спиральные свер-
ла состоят из следующих основных час-
тей: режущей, направляющей или кали-
брующей, хвостовика и соединительной.
Режущая и направляющая части в со-
вокупности составляют рабочую часть
сверла, снабженную двумя винтовыми
канавками.
Режущая часть спирального сверла
состоит из двух зубьев, которые в
процессе сверления своими режущими
кромками врезаются в материал заго-
товки и срезают его в виде стружки.
Это основная часть сверла. Условия
работы сверла определяются главным
образом конструкцией режущей части
сверла.
Направляющая часть сверла необ-
ходима для создания направления при
работе инструмента. Поэтому она име-
ет две направляющие винтовые ленточ-
ки, которые при сверлении соприкаса-
ются с рабочей поверхностью направля-
ющей втулки и со стенками обработан-
ного отверстия. Направляющая часть
имеет вспомогательные режущие кром-
ки — кромки ленточки, которые уча-
ствуют в оформлении (калибровании)
поверхности обработанного отверстия.
Кроме этого направляющая часть свер-
ла служит запасом для переточек ин-
струмента. Она обеспечивает также уда-
ление стружки из зоны резания.
Хвостовик служит для закрепления
сверла на станке. Он с помощью цилин-
дрической шейки соединяется с рабочей
частью сверла. Наиболее часто рабочая
часть сверла изготовляется из быстро-
режущей стали, а хвостовик из стали 45.
Рабочая часть и хвостовик соединя-
ются сваркой. В промышленности ис-
пользуются также твердосплавные свер-
ла. Режущая часть этих сверл осна-
щается пластинками твердого сплава
либо твердосплавными коронками. У
твердосплавных сверл малого диаметра
96
Глава V. Инструменты для обработки отверстий
21Р
Ленточка
(спиральная фаска)
Ленточка
(спиральная фаска)
Поперечная кромка
Режущая кромка
-Передняя
поверхность
Задняя поверхность
Хвостовик ш^'на
Лапка
Режущая
часть
Режущйе кромки
Канавка
Поводок.
чЬейкя
Хвостовик
Рис. 45. Элементы спирального сверла
Направляющая часть.
Рабочая часть
Рабочая часть
Направляющая часть
полностью вся рабочая часть может изго-
товляться из твердого сплава.
Перовые сверла (рис. 46, а) являются
наиболее простыми по конструкции. Они
Рис. 46. Перовое сверло
применяются при обработке твердых по-
ковок, а также ступенчатых (рис. 49, б)
и фасонных отверстий.
Рабочая часть этих сверл выполняет-
ся в виде пластинки, снабженной у тор-
ца режущей частью. Режущая часть
имеет две режущие кромки, угол между
которыми 2<р принимается равным 90°
при обработке мягких материалов и 140°
для обработки твердых материалов.
В результате пересечения задних плос-
костей обоих режущих кромок создает-
ся поперечная режущая кромка. Угол
ее наклона обычно равен 55°—60°. Для
уменьшения трения калибрующая часть
сверла имеет фаску f шириной 0,2—
0,5 мм, вспомогательный боковой зад-
ний угол ах = 5 -т- 8° и утонение по
диаметру в пределах 0,05—0,10 мм на
всю длину сверла.
К недостаткам перовых сверл относят-
ся большие отрицательные передние уг-
лы, плохое направление сверл в отвер-
стии, затруднительные условия отвода
стружки, малое число переточек. Для
улучшения процесса резания передняя
поверхность снабжается лункой, но это
§ 1. Назначение и основные типы сверл
97
приводит к соответствующему снижению
прочности режущей части. Перовые свер-
ла больших диаметров обычно изготов-
ляются со вставной рабочей частью.
Для облегчения процесса резания у
сверл больших диаметров на режущих
кромках делают стружкоразделительные
канавки.
Многие детали имеют отверстия, дли-
на которых превышает диаметр сверла
в 5—10 раз. Сверление таких отвер-
стий связано с большими трудностями,
вызываемыми затруднительными усло-
виями отвода стружки и подвода сма-
зывающе-охлаждающей жидкости в зону
резания, необходимостью обеспечения
более точного направления сверла при
работе и т. п. Выполнение этих требова-
ний к глубокому сверлению обеспечива-
ется применением специальных сверл.
К ним относятся так называемые, пу-
шечные, ружейные и другие сверла.
Рабочая часть пушечного сверла пред-
ставляет собой полукруглый стержень,
плоская поверхность которого является
передней поверхностью (рис. 47). На
торце стержня создается режущая кром-
ка, перпендикулярно оси сверла. Зад-
няя торцевая плоскость сверла зата-
чивается под углом а = 10 -г- 20°.
Для лучшего направления сверло име-
ет цилиндрическую опорную поверх-
ность, на которой срезаются лыски под
углом 30—45° и делается обратный конус
порядка 0,03—0,05 мм на 100 мм дли-
ны рабочей части. В результате этого
уменьшается трение сверла о стенки об-
рабатываемого отверстия. Пушечное свер-
ло работает в тяжелых условиях, имеет
неблагоприятную геометрию передней
поверхности, не обеспечивает непрерыв-
ного процесса резания, так как для уда-
ления стружки приходится периодиче-
ски выводить сверло из отверстия. Бо-
лее совершенными сверлами для глу-
бокого сверления являются ружейные
сверла (рис. 48). Они имеют рабочую
4 4-1967
Рис. 47. Пушечное сверло
часть 1 и стебель 2. Рабочая часть пред-
ставляет собой трубку с продольным пря-
молинейным пазом. Через отверстие в
трубку подводится к режущей части свер-
ла смазывающе-охлаждающая жидкость,
которая выходит по продольному пазу
наружу, увлекая при этом и стружку.
Для облегчения резания и лучшего на-
правления вершина сверла смещена от-
носительно его оси на 0,25 диаметра свер-
ла. Сверло имеет одну режущую кромку,
состоящую из наружной и внутренней
частей. Угол в плане на обоих участках
кромки обычно принимается равным 60°,
а задний угол — 12—15°. Для уменьше-
ния трения сверла о стенки отверстия
на рабочей части делается обратная ко-
нусность размером 0,1—0,3 мм на 100 мм
длины, а также снимаются лыски.
Такие сверла по сравнению с пушеч-
ными сверлами имеют лучшее направ-
ление, улучшенный отвод стружки и
подвод к зоне резания смазывающе-
охлаждающей жидкости, что приводит к
повышению стойкости инструмента. Они
обеспечивают непрерывный процесс ре-
зания и высокое качество обработанной
поверхности. Эти сверла имеют лишь
одну режущую кромку, что снижает их
производительность.
При глубоком сверлении отверстий,
диаметр которых более 20 мм, применяет-
ся сверло, имеющее четыре направляющие
98
Глава V. Инструменты для обработки отверстий
Рис. 48. Ружейное сверло
Б-Б
ленточки (рис. 49, а). Это способ-
ствует лучшему центрированию его в
отверстии. Для подвода смазывающе-
охлаждающей жидкости в стебле сверла
предусмотрено отверстие, которое со-
единяется с рядом мелких отверстий,
распределяющих жидкость по режущим
кромкам. На главных режущих кромках
делаются стружкоразделительные ка-
навки, которые способствуют раздроб-
лению стружки и лучшему вымыванию ее
охлаждающей жидкостью.
Глубокое сверление отверстий сравни-
тельно малого диаметра производится
удлиненными спиральными сверлами.
Наиболее удачными являются спираль-
ные сверла с отверстиями для подачи ох-
лаждающей жидкости под давлением в зо-
ну резания, что способствует улучшению
отвода стружки и повышению стойкости
инструмента (рис. 49, б). Однако при свер-
лении на глубину, равную восьми диа-
метрам и более, стабильный отвод струж-
ки этими сверлами не обеспечивается.
§ 1. Назначение и основные типы сверл
99
Чтобы обеспечить удаление большого
количества стружки из обрабатываемо-
го отверстия, обработку производят с
периодическими выводами сверла. Этот
процесс характеризуется малой произ-
водительностью в силу значительной
затраты времени на периодические вы-
воды сверла из отверстия. Стремление
приспособить конструкцию стандартного
сверла для глубокого сверления не при-
водит к желательным результатам.
При глубоком сверлении оказывается
затруднительным одновременно обеспе-
чить надежный отвод стружки из зоны
резания и создать на режущей части
сверла требуемые величины геометри-
ческих параметров. Поэтому более целе-
сообразно разработать конструкцию свер-
ла для глубокого сверления, у которой
форма винтовой канавки определяется
исходя из условия обеспечения нормаль-
ного отвода стружки, а необходимые
геометрические параметры режущей час-
4*
ти создаются заточкой передних и зад-
них поверхностей.
Примером подобной конструкции мо-
гут служить шнековые сверла для обра-
ботки отверстий глубиной до 30—
40 диаметров в чугуне (рис. 50).
В отличие от стандартных сверла шне-
ковые имеют больший угол наклона вин-
товых канавок ш = 60° и увеличенную
толщину сердцевины, равную 0,3—0,35
диаметра сверла. Диаметр сердцевины
не изменяется по длине сверла, в то время
как у стандартных сверл он увеличивает-
ся при перемещении от режущей части к
хвостовику. Стружечные канавки шне-
кового сверла имеют в осевом сечении
прямолинейный треугольный профиль,
имеющий закругление во впадине. При-
чем образующая рабочей стороны ка-
навки идет перпендикулярно оси свер-
ла. Канавка сверла плавно переходит в
спинку зуба, идущую под углом 0 к оси,
образуя ленточку заданного размера.
100
Глава V. Инструменты для обработки отверстий
Рис. 51. Сверло для кольцевого сверления
У шнековых сверл ширина ленточки
берется равной 0,5 — 0,8 ширины лен-
точки стандартного сверла.
Увеличенный угол наклона винтовых
канавок и их соответствующий профиль
обеспечивают при глубоком сверлении
надежное удаление стружки из зоны ре-
зания без выводов сверла из отверстия.
Требуемые величины геометрических
параметров на режущей части шнеково-
го сверла создаются подточкой передней
поверхности и заточкой задней поверх-
ности по плоскостям. При обработке
чугуна геометрические параметры при-
нимаются равными: статический перед-
ний угол 12—18°, задний угол 12 —15°,
угол при вершине сверла 2ср = 120
-4- 130°.
При обработке стали передний и зад-
ний углы берутся в пределах 12—15°, а
угол при вершине 90°. Глубокое сверле-
ние высокопрочной стали типа 1X18Н9Т
производится шнековыми сверлами,
имеющими угол наклона винтовой ка-
навки <о = 35°, угол при вершине сверла
2<р = 120е, задний угол 8—10°, перед-
ний угол 12—15°.
При обработке глубоких отверстий
сравнительно больших диаметров при-
меняются сверла для кольцевого свер-
ления (рис. 51). Кольцевое сверло пред-
ставляет собой полый цилиндр, на торце
которого закреплены режущие зубья,
число которых колеблется от трех до
двенадцати. На наружной поверхности
кольцевого сверла прорезаны стру-
жечные канавки, расширяющиеся к не-
рабочему торцу для облегчения удаления
стружки.
При проектировании кольцевых сверл
можно применять различные схемы реза-
ния: схему резания, обеспечивающую
деление ширины резания; схему, обес-
печивающую деление подачи и комбини-
рованную схему. По схеме, обеспечива-
ющей деление ширины резания, подача,
приходящаяся на каждый зуб, равна по-
даче в целом на инструмент. Каждый
зуб срезает стружку небольшой ширины,
в совокупности же все зубья инструмен-
та снимают полную ширину резания.
Схема деления подачи обеспечивает сре-
зание полной ширины резания каждым
зубом инструмента. Благодаря этому
значительно увеличивается подача на
оборот инструмента в целом, которая
равна произведению подачи на зуб на
число зубьев. Однако условия работы
инструмента, сконструированного по схе-
ме деления подачи, затруднительны, так
как при полной ширине резания стружка
своими торцами соприкасается с боковы-
ми поверхностями отверстия, что за-
трудняет ее отвод. Поэтому чаще всего
используется комбинированная схема ре-
зания, когда происходит разделение и
ширины реза и подачи между отдельными
зубьями.
На работу инструмента влияют струж-
коломы или выкружки на передней по-
§ 2. Конструктивные элементы спиральных сверл
101
верхности зубьев, которые обеспечивают
получение дробленной стружки с эф-
фективным отводом ее из зоны резания.
Отвод стружки при кольцевом сверле-
нии происходит во взвешенном состоя-
нии в потоке охлаждающей жидкости,
подаваемой под давлением в зону ре-
зания.
Для глубокого кольцевого сверления
рекомендуются следующие размеры вы-
кружек: радиус выкружки берется в пре-
делах (204-25),S2 высота (12-4-16)S2 и дли-
на (224-28)Хг, где Х2 — величина подачи
на зуб.
Надежным методом дробления струж-
ки является кинематический, когда об-
работка ведется с принудительными виб-
рациями и обеспечивается прерывистое
резание, что особенно оказывается эф-
фективнымпри кольцевом сверлении леги-
рованных сталей и других материалов.
Величины задних углов на режущих
кромках выбираются небольшие по-
рядка 3—5°, так как большие задние
углы дают неплавное резание вначале
работы инструмента. По мере затупления
инструмента вибрации постепенно пре-
кращаются.
Применение кольцевых сверл обеспе-
чивает по сравнению со сплошным свер-
лением значительное повышение произ-
водительности труда.
Особую группу сверл составляют цен-
тровочные сверла, предназначенные для
обработки центровых отверстий (рис. 52).
Они бывают простые (рис. 52, а), ком-
бинированные (рис. 52, б), комбиниро-
ванные с предохранительным конусом
(рис. 52, в).
Простые спиральные сверла отличают-
ся от обычных спиральных сверл толь-
ко меньшей длиной их рабочей части, так
как ими производится сверление отвер-
стий небольшой длины. Они применяются
при обработке высокопрочных материа-
лов, в то время как комбинированные
сверла часто ломаются.
Рис. 52. Сверла центровочные
Комбинированные сверла изготов-
ляются двухсторонними и предназначе-
ны для одновременной обработки как
цилиндрической, а также и конической
поверхностей центрового отверстия. Это
приводит к повышению производитель-
ности обработки.
Комбинированные сверла с предохра-
нительным конусом позволяют обраба-
тывать не только цилиндрическую и ко-
ническую поверхность центрового от-
верстия, но и поверхность предохрани-
тельного конуса с углом при вершине,
равным 120°.
§ 2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
СПИРАЛЬНЫХ СВЕРЛ
Сверло — двухзубый режущий ин-
струмент. Зуб сверла представляет со-
бой тело клиновидной формы, ограничен-
ное передней и задней поверхностью.
У спиральных сверл передняя поверх-
ность, по которой сходит стружка при
обработке, является винтовой поверх-
ностью канавки (рис. 45).
Углом наклона винтовой канавки со на-
зывается угол, образуемый осью сверла
102
Глава V. Инструменты для обработки отверстий
и касательной к винтовой линии пере-
сечения передней поверхности сверла с
цилиндрической поверхностью, ось ко-
торой совпадает с осью сверла и диаметр
которой равен диаметру сверла.
Поверхность зуба сверла, обращенная
к поверхности резания (поверхности,
по которой происходит отделение стру-
жки от заготовки), называется задней
поверхностью. Задние поверхности вос-
производятся при заточке сверла и их
формы определяются принятым методом
заточки. Задние поверхности на спираль-
ных сверлах наиболее часто затачивают-
ся по коническим, винтовым и плоским
поверхностям. Линии пересечения перед-
них и задних поверхностей сверла об-
разуют режущую кромку. У обычных
спиральных сверл прямолинейные ре-
жущие кромки и ось сверла, являются
скрещивающимися прямыми. Расстоя-
ние от оси сверла до режущей кромки
равно половине диаметра сердцевины
сверла. Угол 2<р между режущими кром-
ками, которые располагаются симмет-
рично относительно оси сверла, называ-
ют углом при вершине.
Линия пересечения задних поверх-
ностей обоих зубьев сверла образует
поперечную режущую кромку, располо-
женную в центральной зоне сверла.
Угол наклона поперечной кромки ф
находится между проекциями поперечной
кромки и режущей кромки на плоскость,
перпендикулярную к оси сверла.
Задний угол а между задней поверх-
ностью и поверхностью резания изме-
ряется у сверл обычно в цилиндри-
ческом сечении, концентричном оси
сверла.
Угол при вершине сверла 2<р играет
роль главного угла в плане. С увеличе-
нием угла при вершине сверла уменьша-
ется активная длина режущей кромки
и увеличивается толщина среза, что при-
водит к увеличению усилий, действую-
щих на единицу длины режущих кромок,
и способствует повышению интенсив-
ности износа сверла.
Однако при увеличении угла 2<р сече-
ние среза сохраняется неизменным и
уменьшается степень деформации среза-
емого слоя. При этом падает величина
суммарной составляющей главного уси-
лия резания, действующего по направле-
нию скорости резания, и определяющего
величину крутящего момента, что бла-
гоприятно воздействует на работу та-
кого нежесткого инструмента, как спи-
ральные сверла. Суммарное же осевое
усилие подачи сверла при увеличении
угла 2<р возрастает. Это объясняется из-
менением положения относительно оси
сверла плоскости, нормальной к ре-
жущей кромке, в результате чего мень-
шая часть усилий, действующих на ре-
жущие кромки сверла, взаимно уравно-
вешивается. Кроме того, передние углы
на поперечной кромке с увеличением
угла при вершине уменьшаются, это
ухудшает внедрение этой кромки в ма-
териал заготовки и приводит к возрас-
танию осевых усилий при сверлении.
В результате возрастает опасность по-
явления продольного изгиба сверла и
значительных его деформаций. Опыты
показывают, что при уменьшении угла
2<р от 140 до 90° осевое усилие пода-
чи снижается на 40— 50%, а крутя-
щий момент увеличивается на 25—
30%.
С увеличением угла при вершине
уменьшается угол между режущей кром-
кой и кромкой ленточки, что приводит к
ухудшению теплоотвода от наиболее ин-
тенсивно изнашивающейся периферий-
ной зоны сверла.
При сравнительно небольших подачах,
используемых в процессе сверления,
уменьшение угла при вершине 2<р мо-
жет привести к чрезвычайно малым зна-
чениям толщин среза, соизмеримым с
радиусом округления режущей кромки.
Это приводит к неустойчивым резуль-
§ 2. Конструктивные элементы спиральных сверл
103
тэтам и чаще всего к понижению стой-
кости инструмента.
Угол при вершине 2<р спирального
сверла влияет на величины передних
углов и на изменение их на режущей час-
ти, а также на направление и условия
отвода стружки по винтовым канавкам.
Известно, что нормальная работа свер-
ла может иметь место тогда, когда на-
дежно обеспечивается вывод стружки по
канавкам и не наблюдается ее защем-
ление и пакетирование. Как показыва-
ют исследования, увеличение угла при
вершине 2<р приводит к более плавному
изменению передних углов вдоль ре-
жущей кромки, что благоприятно от-
ражается на режущей способности сверл.
Таким образом, угол при вершине
сверла 2<р весьма противоречиво воз-
действует на процесс сверления и его
оптимальное значение, зависит от мно-
гих факторов, предопределяющих ха-
рактер работы сверла. Поэтому в лите-
ратуре можно встретить различные дан-
ные и рекомендации по выбору угла при
вершине сверла.
Следует учитывать, что подобно рез-
цам с различными углами в плане,
можно применять для заданных условий
обработки сверла с различными углами
при вершине 2<р и достигать при этом
удовлетворительных результатов.
Базируясь на экспериментальные дан-
ные и производственный опыт, угол 2<р
при вершине сверла ориентировочно мож-
но выбирать в зависимости от обраба-
тываемого материала.
Значение угла 2<р при вершине сверла
Обрабатываемый материал Угол 2<р,
в град.
Сталь 116—120
Сталь нержавеющая, сталь высокой
прочности, жаропрочные сплавы 125—150
Чугун средней твердости, бронза твердая 90—100
Чугун твердый 120—125
Латунь, алюминиевые сплавы, баббит 130—140
Медь 125
Пластмассы 80— 110
Мрамор 80—90
Угол со наклона винтовой канавки
измеряется на наружном диаметре свер-
ла. При известном шаге h винтовой ка-
навки и диаметре сверла D угол наклона
со определяется по формуле:
, лО
tg со — —т—.
6 h
Винтовые линии пересечений винтовой
канавки сверла с цилиндрическими по-
верхностями, концентричными оси свер-
ла, имеют переменный угол наклона сох,
определяемый по соотношению
где R —• радиус сверла;
Rx — радиус рассматриваемого ци-
линдрического сечения, кон-
центричного оси сверла или,
иными словами, расстояние от
рассматриваемой точки ре-
жущей кромки до оси сверла.
Как видно, угол наклона винтовых
линий, расположенных на передней по-
верхности канавки сверла, уменьшается
при приближении к оси сверла. Величи-
ны углов со для различных точек режу-
щих кромок сверла при изменении угла
наклона винтовой канавки от 15 до 60°
приведены в табл. 5.
Из таблицы видно, что изменение уг-
ла наклона винтовой канавки со сильно
влияет на величины углов со* на пери-
ферии.
Таблица 5
Измеиеиие угла №„ град, на режущей части
сверла
Л к а, °
15 30 45 60
1 15® 30® 45° 60°
0,8 12° 6' 24° 50' 38° 30' 54°
0,6 9° 10' 19° 66' 30° 50' 46®
0,4 6° 10' 13° 21° 45' 34° 40'
0,2 3° 4' 6° 35' 11° 15' 19°
104
Глава V. Инструменты для обработки отверстий
У сердцевины же сверла изменение
угла со вызывает небольшие изменения
углов а>х, т. е. за счет изменения угла а>
нельзя в большой степени влиять на
изменения геометрии центральной зоны
сверла. Угол наклона винтовой канавки
предопределяет величины передних уг-
лов на режущей части, особенно на пери-
ферии сверла. С увеличением угла ш
передний угол в исследуемой точке кром-
ки также возрастает. Это приводит к
уменьшению усилий резания, способ-
ствует лучшему отводу стружки.
Однако у сверл с большим углом на-
клона а> винтовой канавки снижается
жесткость и чрезмерно ослабляется ре-
жущая часть, что приводит к пониже-
нию стойкости. Поэтому существует
определенное оптимальное значение угла
to, обеспечивающее наибольшую стой-
кость, необходимые передние углы, хоро-
ший отвод стружки и жесткость сверла.
Оптимальное значение угла (£> зависит
главным образом от рода обрабатывае-
мого материала и материала инстру-
мента. Для сверл из быстрорежущей
стали при обработке латуни, мягкой
бронзы, мрамора (о = 10 17°, стали
и чугуна to = 24 -т- 36°, легких спла-
вов (о = 35—40°. Для нормализованных
сверл универсального назначения угол
to колеблется от 19° для сверл диаметром
0,25—1,0 мм до 33° для сверл диаметром
44,5—80 мм. Изменение угла наклона
to в зависимости от диаметра объясня-
ется тем, что у мелких сверл сниже-
ние прочности режущей кромки относи-
тельно сильнее, чем при больших диа-
метрах.
При сверлении пакетов или листов
алюминия, стали и других им подобных
материалов сверла универсального на-
значения часто ломаются на выходе.
Поломки сверл на выходе вызваны тем,
что в процессе окончания сверления
поперечная режущая кромка первой за-
канчивает процесс резания. По опытным
данным на долю поперечной кромки
приходится 40—50% от общего усилия
подачи сверла. Поэтому в момент вы-
хода сверла и окончания работы попе-
речной кромки резко падает осевое уси-
лие. В результате за счет разгрузки си-
стемы СПИД ее упругие деформации,
в частности величина отжима заготовки
от инструмента в направлении его оси
быстро уменьшаются, заготовка подается
на сверло, возрастают усилия, действу-
ющие на периферийную зону сверла,
и происходит ее разрушение. Чтобы
усилить периферийную зону, приходится
в рассматриваемом случае применять
сверла с прямыми канавками или умень-
шать угол наклона to до 10—12°. Прямые
канавки облегчают получение прямо-
линейных и симметричных режущих кро-
мок, упрощают изготовление и заточку
сверл, но по сравнению с винтовыми ка-
навками хуже отводят стружку. Поэто-
му сверла с прямыми канавками приме-
няют для обработки неглубоких отвер-
стий.
Задний угол а является важным эле-
ментом конструкции сверла. Величина
его а в значительной мере влияет на
стойкость инструмента. У сверл малых
размеров величина заднего угла на пери-
ферии может выбираться порядка 20°.
У сверл средних размеров универсально-
го применения рекомендуемые величи-
ны задних углов лежат в пределах 10—
15°. При обработке особо твердых ма-
териалов высокой прочности величины
задних углов снижаются до 7—10°, а
при обработке легких сплавов увеличи-
ваются до 20°.
В случае недостаточной жесткости си-
стемы СПИД и появлении вибрации
приходится уменьшать задние углы до
3—5°, что способствует ослаблению виб-
раций.
К режущей части примыкает направ-
ляющая часть спирального сверла, ко-
торая представляет собой цилиндриче-
§ 2. Конструктивные элементы спиральных сверл
105
ский стержень с двумя винтовыми ка-
навками для отвода стружки при свер-
лении. По винтовой канавке произво-
дится также подача смазывающе-охлаж-
дающей жидкости в зону резания. По-
верхность винтовой канавки сверла,
непосредственно примыкающая к режу-
щей кромке является передней поверх-
ностью. Форма и размеры стружечной
канавки должны обеспечить достаточное
пространство для размещения и отвода
стружки и подвода к зоне резания сма-
зывающе-охлаждающей жидкости. По-
этому канавки должны быть достаточно
большими. Опыты показывают, что от-
ношение объема стружечных канавок
к объему находящейся в них стружки
при сверлении колеблется от 5 до 15.
На стойкость сверл существенно вли-
яет их прочность й жесткость. Стойкость
возрастает при увеличении площади по-
перечного сечения сверла и уменьшении
стружечных канавок при условии, если
при этом обеспечивается благоприятное
удаление стружки. Когда же пропуск-
ная способность канавок становится не-
достаточной, стойкость сверла резко сни-
жается. Размеры стружечных канавок и
поперечного сечения сверла характе-
ризуются диаметром сердцевины сверла
и шириной канавки или шириной зуба
сверла.
Диаметр сердцевины сверла влияет на
жесткость и виброустойчивость сверла
в работе, а следовательно на его стой-
кость. С увеличением диаметра сердце-
вины жесткость и прочность сверла
возрастают, что способствует увеличе-
нию стойкости. Однако при чрезмерном
увеличении диаметра сердцевины ухуд-
шается отвод стружки, возрастают дли-
на поперечной кромки, осевое усилие и
теплообразование, что вызывает соот-
ветствующее снижение стойкости. В ре-
зультате для определенных условий об-
работки можно найти оптимальное зна-
чение диаметра сердцевины.
13—80
(0,145—0,125) D
что при об-
сталей уни-
Для стандартных сверл универсаль-
ного назначения: диаметр сердцевины
2 а выбирается в зависимости от разме-
ров сверл равным:
диаметр
сверла, D мм 0,25—1,25 1,5—12
диаметр
сердцеви-
ны, мм (0,28—0,20) D (0,19 0,5)D
Исйытания показывают,
работке конструкционных
версальными сверлами диаметром до
10 мм можно обеспечить повышение стой-
кости за счет увеличения диаметра серд-
цевины на 15—20%, не производя под-
точку поперечной кромки.
При обработке особо твердых матери-
алов высокой прочности целесообраз-
но увеличивать диаметр сердцевины до
0,35—0,5 диаметра сверла. В этом слу-
чае, чтобы уменьшить вредное влияние
поперечной кромки на работу сверла, не-
обходимо произвести подточку перемыч-
ки. Диаметр сердцевины стандартного
сверла универсального назначения уве-
личивается к хвостовику на 1,4—1,8 мм
на 100 мм длины.
Ширина канавки в сечении, перпен-
дикулярном оси сверла, принимается
равной ширине зуба, т. е. центральный
угол т = 90°. Иногда угол т у сверл
универсального назначения увеличива-
ют до 92,8°. У сверл, предназначен-
ных для сверления легких металлов, по
сравнению с универсальными сверлами
рекомендуется выполнять канавки, уве-
личенные в 1,3—1,5 раза.
Рабочая сторона винтовой канавки,
непосредственно примыкающая к ре-
жущим кромкам, будет передней поверх-
ностью. Она образуется при винтовом
движении режущей кромки. Поэтому
при переточках сверла по задней по-
верхности форма режущей кромки не
меняется и неизменными сохраняются
условия стружкообразования. Графи-
ческое определение профиля рабочей
стороны винтовой канавки сверла в
106
Глава V. Инструменты для обработки отверстий
сечении, перпендикулярном его оси при-
ведено на рис. 53.
При построении известны шаг винто-
вой канавки, диаметр сердцевины, ши-
рина канавки, форма и расположение
режущей кромки сверла. На рис. 53
рассмотрено сверло с прямолинейной ре-
жущей кромкой, составляющей с осью
угол <р. Построение выполняется в си-
стеме плоскостей проекций Плоскость
Н перпендикулярна оси сверла, а плос-
кость V параллельна режущей кромке
АВ (ее проекции а'Ь' и ab). Через пери-
ферийную точку А режущей кромки
проведено сечение 7, перпендикулярное
оси сверла, линия пересечения которого
с винтовой поверхностью канавки бу-
дет искомым торцовым сечением ка-
навки сверла. Чтобы отыскать произ-
вольную точку торцового сечения канав-
ки сверла, на его режущей кромке вы-
берем произвольную точку С. Эта точка
при винтовом движении режущей кром-
ки АВ опишет в пространстве винтовую
линию СС1Г расположенную на поверх-
ности канавки. Винтовая линия ССг пе-
ресекает сечение 7 в точке Сх, которая
будет точкой торцового сечения сверла.
Винтовое движение кромки АВ, а, сле-
довательно, и рассматриваемой точки С,
разложим на поступательное движение
вдоль оси сверла и кинематически свя-
занное с ним вращательное движение
вокруг оси сверла. Если обозначить ве-
личину поступательного перемещения
вдоль оси через х, то соответствующий
этому перемещению угол поворота ех
будет равен: ех = 360° где Н — шаг
винтовой канавки сверла. Точка С за
время перемещения на величину h вдоль
оси сверла до сечения 7 повернется во-
круг оси сверла на угол eft = 360° -р
Этот угол между радиусами, соединя-
ющими горизонтальные проекции точек
Cj и С с центром сверла в истинную ве-
личину изображается в проекции на
плоскости И. Поэтому, повернув во-
круг оси сверла точку С на угол най-
дем искомую горизонтальную проекцию
Сх точки торцового сечения канавки
сверла.
Аналогично точке С, рассматривая
последующие точки режущей кромки,
определяются соответствующие им точки
торцового сечения канавки, совокуп-
ность которых и будет профилем рабо-
чего участка винтовой канавки сверла
в сечении, перпендикулярном его оси.
§ 2. Конструктивные элементы спиральных сверл
107
Для облегчения построения на режущей
кромке целесообразно выбирать ряд рав-
ноудаленных точек С, Е, К, отстоящих
от сечения / на расстоянии h, 2h, З/i. Тогда
углы поворота горизонтальных проекций
этих точек вокруг оси сверла будут соот-
ветственно равны eh, 2eh, 3eh. Повернув
горизонтальные проекции точек с, е, k
вокруг оси сверла на углы eh, 2eh, 3eh, по-
лучим искомые точки сх, ех, /гх торцово-
го сечения канавки сверла. Полученную
кривую можно заменить дугой окруж-
ности радиуса R1 с центром в точке Ох.
Вспомогательная часть профиля ка-
навки сверла выбирается таким обра-
зом, чтобы обеспечить получение за-
данной ширины канавки, т. е. угла т,
плавного сопряжения кривых профиля.
Это способствует предотвращению тре-
щин при термообработке сверла. По-
строив угол т, найдем вторую крайнюю
точку т, расположенную на вспомога-
тельной части профиля. Примем, что
вспомогательная часть профиля очер-
чивается по дуге окружности радиуса
Чтобы эта окружность касалась
сердцевины сверла и окружности
в точке их соприкосновения t, ее центр
Oz должен лежать на прямой 00j.
С другой стороны, чтобы окружность R2
проходила через точки t, т ее центр О2
должен лежать на перпендикуляре к
отрезку mt, проведенному через его се-
редину. Поэтому точка пересечения рас-
сматриваемого перпендикуляра и прямой
Ох О будет центром 02 второй окруж-
ности профиля канавки, радиус которой
R2 = 02t — О2т.
Рассмотрение найденного профиля тор-
цового сечения сверла показывает, что
вспомогательный участок профиля свер-
ла заканчивается в точке т острым уг-
лом.
Некоторые исследователи, изучая
прочность сверл, пришли к выводу, что
материал сверла в рассматриваемых уг-
лах практически не включается в работу
и их необходимо округлять, что способст-
вует лучшему использованию материала
сверла, снижает концентрацию напряже-
ний и повышает сопротивление кручению.
Для уменьшения трения сверла о
поверхность отверстия на его зубьях
по всей длине срезается спинка с остав-
лением небольшой шлифованной ленточ-
ки. Ленточка служит для направления
сверла в процессе работы. На величине
приблизительно равной половине по-
дачи кромка ленточки, примыкающая к
главным режущим кромкам, выполняет
роль вспомогательной кромки и форми-
рует поверхность отверстия. На этом
участке направляющая ленточка служит
вспомогательной задней поверхностью
с задними углами, равными нулю.
Ширина направляющей ленточки ока-
зывает значительное влияние на работу
сверла. С увеличением ширины ленточки
улучшается направление сверла, что
благоприятно сказывается на его ра-
боте. Однако в этом случае возрастает
трение их о стенки отверстия, что уве-
личивает интенсивность износа сверл и
понижает их стойкость.
Опыты показывают, что с повышением
жесткости сверл, например за счет роста
диаметра сердцевины, увеличение ши-
рины ленточки существенно не влияет на
виброустойчивость и направление свер-
ла в отверстии. В этом случае можно
выбирать небольшие значения ширины
направляющей ленточки. Однако при
чрезмерно малых величинах ширины лен-
точки, особенно при обработке трудно-
обрабатываемых материалов, прочность
направляющих ленточек в зоне резания
настолько снижается, что происходит
их быстрое разрушение, увеличивается
зона трения и стойкость инструмента
снижается.
Стандартные сверла универсального
назначения диаметром 0,25—0,5 мм име-
ют полностью шлифованную спинку, т. е.
у иих ширина ленточки равна ширине
108
Глава V. Инструменты для обработки отверстий
Рис. 54. Сверло коническое
зуба. У сверл диаметром от 1 до 50 мм
ширина ленточек колеблется от 0,2 мм до
2 мм.
С целью увеличения точности обработ-
ки отверстий применяют сверла с че-
тырьмя ленточками по две на каждом
зубе. У таких сверл ширина дополни-
тельной ленточки берется на 30—40%
меньше ширины основной ленточки.
Для уменьшения трения ленточек о
стенки отверстия диаметр сверла умень-
шают по направлению к хвостовику, т. е.
выполняют сверла с обратной конус-
ностью. Опыты показывают, что с уве-
личением обратной конусности стойкость
сверл первоначально возрастает, а за-
тем, достигнув максимального значения,
снижается. Это происходит в результате
уменьшения трения сверла о стенки
отверстия. Дальнейшее увеличение об-
ратной конусности не влияет на трение
сверла о стенки отверстия, а ослабляет
режущие кромки на периферии сверла,
что способствует возрастанию интенсив-
ности износа. Обратная конусность вли-
яет на направление сверла, т. е. на жест-
кость и виброустойчивость системы, что
особо важно для сверл малого диаметра.
У них, как показывают опыты, целесо-
образно выбирать уменьшенные значе-
ния обратной конусности. Степень вли-
яния обратной, конусности зависит от
величины других параметров, влияющих
на жесткость сверла. Поэтому у сверл
с утолщенной сердцевиной можно вы-
бирать увеличенные величины обратной
конусности.
Для стандартных сверл универсаль-
ного назначения на 100 мм длины:
диаметр
сверла,
мм 1—6 6—18 более 18
обратная
конус-
ность, мм 0,03—0,08 0,04—0,10 0,05—0,012
Указанные величины обратной ко-
нусности можно принимать и при проек-
тировании специальных сверл.
Для сверления отверстий под штифты
конусностью 1 : 50 применяют кониче-
ские сверла (рис. 54). Кромка ленточки
таких сверл имеет прямую конусность,
соответствующую конусности просвер-
ленного отверстия, выполняет роль ре-
жущей кромки и формирует коническую
поверхность отверстия. Поэтому у ко-
нических сверл, на ленточках по всей
их длине затачивается задний угол ве-
личиной 8—18°, подтачивается поверх-
ность винтовой канавки и создается пе-
редний угол. На ленточках в шахматном
порядке выбираются стружкораздели-
тельные канавки с шагом 8—12 мм.
Длина рабочей части сверла сущест-
венно влияет на его устойчивость в про-
цессе сверления и стойкость. Исследова-
ния показывают, что с увеличением в
определенных пределах длины сверла
стойкость его уменьшается примерно по
закону прямой, после чего наблюдается
резкое падение стойкости. Влияние дли-
ны сверла на его стойкость особенно за-
метно на сверлах малого диаметра, у
которых соотношение длины рабочей ча-
§ 3. Конструктивные особенности твердосплавных сверл
109
сти к диаметру достигает величины 15—
20, а также при сверлении труднооб-
рабатываемых материалов. При сверле-
нии конструкционных сталей и чугунов
стойкость при увеличении длины вы-
лета сверла снижается в меньшей мере.
Очевидно резкое уменьшение стойкос-
ти соответствует критическому значе-
нию допустимой нагрузки, возникающей
в результате действия осевого усилия
и крутящего момента на устойчивость
сверла.
Известно, что величины усилий ре-
зания, действующих на сверло, зависят
от принятых режимов резания. Поэто-
му необходимо при выборе режимов свер-
ления учитывать длину вылета сверла и
соответственно уменьшать скорость и
подачу при возрастании длины вылета
сверла. При сверлении турднообрабаты-
ваемых материалов усилия резания име-
ют увеличенные значения и соответствен-
но этому уменьшаются возможные до-
пустимые величины вылета сверла.
Рекомендуется для сверления трудно-
обрабатываемых сталей длину вылета
инструмента выбирать не более десяти
диаметров сверла, а при обработке ти-
тановых сплавов — не более шести.
С точки зрения стойкости во всех слу-
чаях целесообразно применять сверла с
минимально возможной длиной вылета.
Следует учитывать, что при большом вы-
ходе из строя сверл за счет их поломок
уменьшение длины вылета сверла повы-
шает стойкость и работоспособность ин-
струмента.
Для установки и закрепления в шпин-
деле станка спиральные сверла наиболее
часто имеют цилиндрический или кони-
ческий хвостовик. Цилиндрический хво-
стовик наиболее прост в изготовлении.
Сверла с цилиндрическим хвостовиком
могут устанавливаться в шпиндель свер-
лильного станка с помощью разрезной
конической переходной втулки с цилин-
дрическим центральным отверстием.
При установке такой втулки в шпиндель
станка она сжимается и плотно охваты-
вает хвостовик инструмента. Исполь-
зуются также специальные цанговые
или кулачковые патроны.
Закрепление сверла и передача кру-
тящего момента осуществляется в этом
случае за счет трения цилиндрической
поверхности хвостовика и соприкаса-
ющихся с ней элементов патрона. При
повышенных скоростях резания, во из-
бежание проворачивания сверла в пат-
роне во время сверления, применяют
сверла с поводком, выполненным в. виде
двух плоскостей (лысок). Из-за недоста-
точной силы зажима цилиндрический
хвостовик применяется только для сверл
диаметром до 20—25 мм.
Наибольшее распространение полу-
чили сверла с коническим хвостовиком,
устанавливаемые в коническое отвер-
стие шпинделя станка. Если размеры
конического хвостовика меньше чем у
отверстия шпинделя, используются пе-
реходные втулки. Конический хвостовик
сверла заканчивается лапкой, которая
предназначается только для облегчения
выталкивания инструмента из шпинделя
клином и не должна воспринимать уси-
лия резания, возникающего при свер-
лении.
§ 3. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
ТВЕРДОСПЛАВНЫХ СВЕРЛ
Для сверления чугуна, цветных ме-
таллов, таких неметаллических мате-
риалов, как стекло, мрамор, гранит,
пластмассы применяются твердосплавные
сверла. Они оснащены пластинками твер-
дого сплава. При сверлении конструк-
ционных сталей эти сверла еще не на-
ходят широкого применения из-за повы-
шенной стоимости их изготовления, а
также из-за незначительного увеличе-
ния производительности при их экс-
плуатации. Серьезным препятствием для
широкого применения твердосплавных
по
Глава V. Инструменты для обработки отверстий
Рис. 55. Сверла, оснащенные твердосплавными
пластинками
сверл является их склонность к выкра-
шиванию, которая обусловлена недоста-
точной их прочностью и жесткостью,
крайне малыми скоростями резания в
зоне поперечной кромки, где твердосплав-
ные пластинки часто выламываются. Эти
сверла более успешно применяются при
обработке сталей высокой прочности при
достаточной жесткости системы СПИД.
Твердосплавную рабочую часть свер-
ла наиболее часто изготовляют из спла-
ва марок ВК6, ВК8, ВК10М, ВК15М,
Т5К12В.
Чтобы успешно работало твердо-
сплавное сверло, необходимо обеспечить
его повышенную прочность и жесткость.
Известно, что прочность и виброустой-
чивость сверл повышается с уменьшением
вылета сверла из шпинделя станка.
Поэтому сверла, оснащенные твердыми
сплавами, целесообразно изготовлять с
возможно малой длиной рабочей части,
обеспечивающей свободный выход об-
разующейся при резании стружки из
отверстия. Необходимо, чтобы длина
рабочей части максимально сточенного
сверла превышала длину просверленно-
го отверстия.
Для повышения жесткости твердо-
сплавных сверл также увеличивают
сердцевину, диаметр которой принима-
ется равным до 0,25 диаметра сверла,
а у сверл малых размеров при обработке
отверстий в труднообрабатываемых ма-
териалах диаметр сердцевины может уве-
личиваться до 0,32—0,35 диаметра.
Диаметр сердцевины увеличивается к
хвостовику на 1,4—1,8 мм на 100 мм
длины. Предпочтительно применять свер-
ла с усиленным коническим хвостовиком
и желательно его тщательно обраба-
тывать, так как при плохом прилегании
конических поверхностей сверла и шпин-
деля станка возникают вибрации, что
приводит к выкрашиванию и поломкам
твердосплавной режущей части.
В промышленности находят примене-
ние несколько конструктивных разно-
видностей твердосплавных сверл:с плас-
тинками твердого сплава; оснащенные
твердосплавными коронками; с рабочей
частью, полностью изготовленной из
твердого сплава.
Наиболее распространены сверла с
пластинками твердого сплава при об-
работке отверстий средних размеров.
Оно представляет собой стальной кор-
пус с впаянной в гнездо на переднем тор-
це пластиной твердого сплава, образую-
щей режущую часть (рис. 55). Угол
при вершине 2<р, задние углы на режу-
щей части твердосплавного сверла бе-
рутся такими же как и у сверла из
быстрорежущей стали. Передняя по-
верхность на длине пластины твердого
сплава выполняется плоской с углом
наклона 6—8°, которая плавно перехо-
дит в винтовую поверхность стружечной
канавки на корпусе сверла. Угол на-
клона винтовой канавки рекомендует-
ся выбирать равным 20°. Для сверл,
обрабатывающих сравнительно глубокие
отверстия более (3—4)0, целесообразно
увеличивать угол наклона винтовых ка-
навок до 45—60°.
Обратная конусность на твердо-
сплавных сверлах делается только на
длине пластины твердого сплава, бла-
годаря чему создается на режущей части
вспомогательный угол в плане ср, =
= 25'4- 30'. Величина вспомогательно-
го угла в плане ф, невелика, так как
необходимо обеспечить обработку пре-
дельно сточенным сверлом отверстий в
пределах заданного поля допуска на их
изготовление. Корпус делается цилин-
дрическим с диаметром, уменьшенным
на 0,2—0,3 мм по сравнению с диа-
метром сверла, измеренным в конце пла-
§ 3. Конструктивные особенности твердосплавных сверл
111
стины. Уменьшение диаметра обеспечи-
вает зазор между поверхностями от-
верстия и корпуса сверла, что необхо-
димо для предотвращения приваривания
сверла к детали, вследствие сильного
трения корпуса о стенки отверстия.
Большая же величина занижения диа-
метра может вызвать заклинивание
стружки между корпусом сверла и по-
верхностью отверстия.
Для уменьшения осевого усилия и
улучшения геометрических параметров
на режущей части твердосплавные сверла,
имеющие относительно большой диаметр
сердцевины, должны быть снабжены под-
точкой поперечной кромки с доведением ее
длины до размеров 0,1—0,15 от диаметра
сверла. Подточка перемычки обычно про-
изводится одновременно с заточкой фаски
на передней поверхности, под передним
углом у = 0 4- 5° в зависимости от об-
рабатываемого материала.
У рассматриваемой конструкции свер-
ла для постановки пластинки вырезает-
ся паз, и корпус становится ослаблен-
ным. Кроме того место спая пластины и
корпуса располагается очень близко от
зоны резания. Наблюдаются случаи,
когда при сверлении пластины твердого
сплава отпаиваются. Указанных недо-
статков в некоторой мере лишены свер-
ла с припаянными встык коронками из
твердого сплава. У этих сверл место
спая удалено от зоны резания. Поэто-
му они работают без размягчения места
спая при напряженных режимах реза-
ния. Длина коронки берется равной
(1,0—1,5)0 сверла. С корпусом сверла она
соединяется ступенчатым замком. Свер-
ла с коронками твердого сплава имеют
более высокую стойкость, чем сверла с
твердосплавными пластинами. Однако
эти сверла сложны в изготовлении и не
нашли широкого распространения в про-
изводстве.
Сверла малых размеров, диаметром
менее 12 мм, изготовляются с твердо-
сплавной рабочей частью и стальным
цилиндрическим или коническим хвос-
товиком. Рабочая часть такого сверла
полностью изготовляется из твердого
сплава методом мундштучного прессо-
вания. При этом методе твердосплавная
смесь тщательно перемешивается с плас-
тификатором, после чего под давлением
пропускается через профилированный
мундштук. В качестве пластификатора
в смесь вводят 7—8% парафина. Полу-
ченная продавливанием через мундштук
заготовка подвергается спеканию. При
этом удается получать заготовки с при-
пуском на последующую обработку 0,4—
0,6 мм на сторону, с весьма высоким от-
ношением длины к поперечному сечению
и с равномерной плотностью спрессован-
ных изделий.
В зависимости от назначения и диа-
метра конструкция рассматриваемых
сверл может быть различной. Сверла
диаметром до 6 мм при обработке неглу-
боких отверстий имеют твердосплавною
рабочую часть, запрессованную в хвосто-
вик (рис. 56, а). Применяются также свер-
ла с напайным хвостовиком (рис. 56, б).
Твердосплавная заготовка своим тор-
цом, имеющим коническую поверхность
с углом 90° припаивается к стальному
корпусу сверла. Отличительной особен-
ностью сверл с цёльнотвердосплавной
рабочей частью по сравнению со сверла-
ми из стали Р18 является обратная ко-
нусность, увеличенная в 3—4 раза, уве-
личенный диаметр сердцевины, равный
(0,25—0,35)0 сверла, больший угол на-
клона винтовых канавок, равный 35°.
У этих сверл производится подточка
передней поверхности за счет чего на ре-
жущих кромках создается требуемый
для сверления заданного материала пе-
редний угол и сокращается длина по-
перечной кромки.
У рассматриваемых сверл с твердо-
сплавной рабочей частью место соеди-
нения сплава и корпуса удалено от зоны
112
Глава V. Инструменты для обработки отверстий
Рис. 56. Сверла твердосплавные
резания и не подвергается заметному тем-
пературному воздействию. Эти сверла
имеют повышенную прочность и жест-
кость, обеспечивают создание более це-
лесообразной геометрии и их стойкость
при обработке титановых сплавов, тер-
мореактивных пластмасс, закаленных
сталей во много раз превышает стойкость
сверл из стали Р18.
Однако изготовление цельнотвердо-
сплавных сверл весьма трудоемко и их
необходимо применять в тех случаях,
когда повышение производительности и
стойкости компенсирует повышение за-
трат на изготовление инструмента.
§ 4. ГЕОМЕТРИЯ РЕЖУЩЕЙ ЧАСТИ
СПИРАЛЬНОГО СВЕРЛА
Работоспособность сверла, как и лю-
бого другого инструмента зависит от ве-
личин и характера изменения геомет-
рических параметров, скорости резания
и толщины среза на режущей части.
§ 4. Геометрия режущей части спирального сверла
113
Под геометрическими параметрами в
любой исследуемой точке режущей кром-
ки сверла понимается совокупность угла
наклона X, переднего у и заднего угла
а, которые определяют взаимное рас-
положение передних и задних поверх-
ностей относительно поверхности реза-
ния и направление движения режущей
кромки по поверхности резания.
Режущие кромки сверла при их вин-
товом движении в процессе сверления об-
разуют винтовую поверхность резания.
С целью упрощения исследования ве-
личин геометрических параметров в
различных точках режущих кромок бу-
дем вместо винтовой поверхности ре-
зания рассматривать поверхность вра-
щения режущих кромок вокруг оси свер-
ла. Поступательное движение подачи
сверла не будем принимать во внимание,
поскольку эта величина мала по сравне-
нию со скоростью вращательного дви-
жения. В этом случае поверхностью ре-
зания будет поверхность гиперболоида
вращения режущей кромки вокруг оси
сверла.
Угол наклона режущей кромки X
в исследуемой ее точке измеряется в
плоскости резания, касательной к по-
верхности резания. Он находится между
нормалью к режущей кромке и векто-
ром скорости резания. Направим по
режущей кромке сверла единичный век-
тор Р. В системе хуг он может быть за-
писан таким образом (рис. 57):
Р — j sin <р 4- k cos <р.
Единичный вектор V скорости резания
(скорости вращения исследуемой точки
С вокруг оси сверла) будет:
V — i cos р — /’sin р.
По определению угол между векторами
Р и V 4>авен 90°— X. Следовательно,
sin X = V Р.
Рис. 67. Определение угла наклона режущей
кромке сверла
Выражая скалярное произведение еди-
ничных векторов V и Р в координатной
форме, получим формулу для опреде-
ления угла наклона режущей кромки
сверла:
sin X = — sin <р sin р.
Передний угол Vn в исследуемой точке
С будем определять в нормальном к ре-
жущей кромке сечении NN. Он будет
между нормалью Np к поверхности ре-
зания и плоскостью, касательной к пе-
редней поверхности. Следовательно угол
между нормалью Np и нормалью к перед-
ней поверхности N„ будет равен 90° —
•— y>w. Угол между рассматриваемыми
114
Глава V. Инструменты для обработки отверстий
векторами Мр и может быть определен
по формуле:
Вектор Np располагается в плоскости
NN. С другой стороны он должен про-
ходить через ось сверла, так как нор-
маль к поверхности вращения режущей
кромки вокруг оси сверла всегда пере-
секает ось вращения. Таким образом,
нормалью Np к поверхности резания в
точке С будет прямая ОС. В системе хуг
вектор 7/р нормали к поверхности реза-
ния может быть записан таким образом;
— — la—]а ctg р 4- ka ctg р tg <р.
Вектор N„ нормали к передней по-
верхности сверла определяется как век-
торное произведение векторов Р и П,
касательных к передней поверхности в
исследуемой точке С. Вектор Р направ-
лен по режущей кромке и равен:
Р = / sin ф 4- k cos <р.
Вектор П проводится в точке С по
касательной к винтовой линии пересе-
чения передней поверхности и цилиндри-
ческого сечения, концентричного оси
сверла. Угол наклона рассматриваемой
винтовой линии обозначим сох. Тогда
вектор П может быть записан таким об-
разом:
П = — i tg юх cos р 4* j tg sin p.4- k.
Тогда вектор Nn будет:
ЛТ„ = [РХЛ| =
i j k
=- 0 sin ф cos ф .
— tg cos p tg cox sin p 1
Отсюда
Nn = i (sinip — tg<bxsinpcosф)—•
— I tg tox cos p cos ф 4- k tg rox cos p sin ф.
Скалярное произведение векторов N„
и Np будет равно:
(Nn • Л/р) — — asn^4-
4- a tg iox sin р cos ф 4
a tg шх cos2 ц
sin р cos ф *
Векторное произведение рассматрива-
емых векторов Nn и Np будет:
х Мр] =
i j k
— a —octgp actgptgtp
(sin q> — — tg <s>x X tg <ax cos ц X
— tg <1>X sin Ц COS <pl x cosд cos Ф X sin Ф
Раскрывая определитель получим:
[Nn x Atp] = /actgptg фБШф4-
4- k a ctg p sin ф.
Модуль рассматриваемого векторного
произведения
= V a2 ctg2 р tg2 ф sin2 ф 4- a2 ctg2 р sin2 ф.
Отсюда
IfA^n X МРЛ — actgptgtp.
Подставляя полученные значения в
формулу для подсчета величины у к,
после преобразований будем иметь:
. х 1 — sin2 u sin2 ф ,
tg W “ tg ®х---:--------------tg р COS ф.
® & * Sin ф cos р & r v
По этой формуле можно подсчитать
величины передних углов в различных
точках режущих кромок сверла.
Задний угол в исследуемой точке ре-
жущей кромки сверла определяется по-
ложением двух плоскостей, одна из ко-
торых является касательной к задней
поверхности, а вторая — касательной к
поверхности резания* Положение плос-
кости касательной к задней поверхности
зависит от ее формы, которая воспроиз-
§ 4. Геометрия режущей части спирального сверлв
115
Рис. 58. Задние поверхности сверла
водится при заточке сверла. Техноло-
гически наиболее простым является
оформление задней поверхности в виде
плоскости (рис. 58, а). Однако при одно-
плоскостной заточке, чтобы обеспечить
беспрепятственное перемещение задней
поверхности в процессе резания, т. е. обес-
печить необходимый зазор между задней
плоскостью и поверхностью резания,
следует принимать большие величины
задних углов порядка 20—25°, что огра-
ничивает возможности использования
этого метода, который находит примене-
ние при заточке сверл малых диамет-
ров.
При одноплоскостной заточке также
нельзя обеспечить получение на режущей
части сверла независимых значений зад-
него угла и угла наклона поперечной
кромки, так как положение задней плос-
кости сверла в этом случае вполне опре-
деляется величинами только двух уг-
лов, например угла при вершине сверла
и заднего угла на периферии.
Чтобы на режущей части сверла полу-
чить независимые величины заднего уг-
ла на периферии, угла при вершине и
угла наклона поперечной кромки сле-
дует оформлять каждый зуб сверла по
двум плоскостям (рис. 58, б). Этот же
результат обеспечивается при винтовой
(рис. 58, в), конической (рис. 58, г),
либо цилиндрической (рис. 58, д) за-
точке сверла.
В чертежах на сверла наиболее часто
задаются задние углы на периферии свер-
ла в цилиндрическом сечении, концент-
ричном оси сверла. Однако при исследо-
вании геометрии сверла они могут из-
меряться (рис. 59) в различных секущих
плоскостях: I—I, II—II, III—III
и т. п.
Зная задние углы в одном из сечений,
найдем их величины в других сечениях.
Будем рассматривать задний угол а в
исследуемой точке кромки как сумму
двух углов а = 6 + т. Плоскость Q,
делящую задний угол а на два угла 6 и
т, проведем через режущую кромку
перпендикулярно плоскости симметрии
режущей части.
На рис. 59 в сечении II—II изображе-
ны углы 6/у и ту/ и угол ап равный их
сумме. Угол ту/ между линией ck пере-
сечения плоскости Q и II—II и линией
се, касательной к окружности вращения
116
Глава V. Инструменты для обработки отверстий
Рис. 59. Геометрия задней поверхности сверла
точки С вокруг оси сверла определяют
из выражения:
а
Sin Ту/ = sin fl = -5— ,
где а — половина диаметра сердце-
вины;
Rx — радиус исследуемой точки»
Для определения угла tn в сечении NN
запишем единичные векторы Р, V и Rn.
Вектор Р направлен по режущей кромке:
Р — / sin ф -J- k cos ф.
Вектор V направлен по скорости резания:
V — i cos tn — j sin ту/.
Вектор Rn располагается на линии пере-
сечения плоскости резания и сеченияЛАЛ
Rn = i (— cosr/v) 4- / sin Tn X
X cos ф — k sin tn sin ф.
Все рассматриваемые векторы лежат в
одной плоскости резания. Поэтому их
векторно-скалярное произведение рав-
но нулю. Записывая его в координатной
форме, будем иметь:
5Шф
— sin тц
sin tn cos ф
= 0.
О
COS Т/у
— COS Т/у
COS ф
о
•— sin tn sin ф
Раскрывая определитель, после преоб-
разований, получим:
tg Т/у =1§Т//СО8ф.
Единичные векторы З/у и Зщ записыва-
ются таким образом:
3n — — i cos 0/v — / sin 0/v cos ф +
4- k sin 0 n sin ф,
3in = — i cos ani cos тц 4-
4- jcosamsinTii-\-ksinafц.
Векторы ~P, 3N, 3iu лежат в одной плос-
кости, касающейся в исследуемой точке
задней поверхности. Поэтому их век-
торно-скалярнсе произведение равно ну-
лю:
0 sin q> cos ф
— cos бд, — sin 6n cos Ф s’n s<n ф =
— cos <з.щ cos cos ащ sin Тц sin a.In
= 0.
Раскрывая определитель, после пре-
образований получим:
tg бд, cos Тц .
tga/ZZ = ------------Ь Sin Ту/Ctg ф.
Определяя отсюда угол О/v, будем иметь:
tg0№= —7БП----------T"COS(P-
Аналогично, рассматривая соответ-
ствующие векторы Р, V, Ri, Зи 3n,
3ц, можно получить следующие зависи-
мости:
tg 0/v = tg Оу/ cos ф,
tgOyy = tg 0/ tgф,
tgTyy = tgT/ tgф.
Анализ показывает, что величины гео-
метрических параметров, т. е. углы X,
Т/v, «ууу не сохраняются постоянными,
а резко изменяются по длине режущей
кромки сверла. Так, у сверл с углом
при вершине 2ф == 120°, углом накло-
на винтовой канавки ц> = 30°, углом
§ 4. Геометрия режущей части спирального сверла
117
наклона поперечной кромки ip — 55°
и диаметром сердцевины 2а — 0,150
при заточке по плоскости наблюдается
изменение угла наклона режущей кром-
ки X от 7° 30' на периферии до 45° в
центральной зоне, переднего угла yw—
от плюс 30° до минус 31°, задних углов
а/// — от 6—12° до 25—30°. Такое рез-
кое изменение геометрических парамет-
ров по длине режущей кромки является
одним из существенных недостатков
конструкции спирального сверла. Дру-
гих инструментов, применяемых в про-
мышленности со столь резким измене-
нием геометрических параметров на
режущих кромках, нет. Особенно резко
меняется передний угол yw. Это объяс-
няется тем, что сверло имеет перед-
нюю винтовую порерхность. Поэтому
при приближении к центру уменьша-
ется угол сох наклона винтовой канавки,
которая стремится как бы превратиться
в прямую канавку с ах = 0.
Уменьшение передних углов объяс-
няется также тем, что нормаль к по-
верхности резания Np изменяет свое
положение в пространстве и при пере-
мещении от периферии к центру она
стремится приблизиться к передней по-
верхности, а затем врезается в тело зу-
ба сверла. Эта причина также вызывает
уменьшение передних углов yw при при-
ближении к центру и соответствующее
увеличение задних углов а///.
Наряду с этим сверло имеет также
неблагоприятные геометрические пара-
метры на поперечной кромке и кромке
ленточки. На поперечной кромке перед-
ние углы имеют большие отрицательные
значения, в результате затрудняется ре-
зание и резко увеличиваются усилия пода-
чи. На кромке ленточки, вспомогательной
режущей кромке, задние углы равны ну-
лю, а вспомогательные углы в плане
имеют, в силу небольшой обратной ко-
нусности, чрезвычайно малые значения.
Это вызывает большое трение и способ-
ствует усиленному износу периферийной
зоны сверла.
Загрузка режущих кромок сверла
также неравномерна по длине потому,
что скорость резания, наибольшая на
периферии, стремится к нулю при пе-
ремещении к центру.
Наблюдения показывают, что износ
режущей части спиральных сверл про-
исходит по задним и передним поверх-
ностям режущих кромок, по ленточкам
и в направлении длины поперечной кром-
ки. Величина износа по задней поверх-
ности уменьшается вдоль режущих кро-
мок от наибольшего значения у пери-
ферии сверла до центральной зоны.
В результате износа передней поверх-
ности вдоль режущих кромок образуется
лунка. Наибольшая величина износа
наблюдается у сердцевины сверла, у
периферии же износа по передней по-
верхности почти нет. Это подтверждает
то, что на периферии сверла имеют
завышенные величины передних углов,
а в центральной области занижен-
ные.
При сверлении наиболее уязвимым
местом с точки зрения износа является
сопряжение главной режущей кромки
со вспомогательной, расположенной на
периферии сверла. Периферийная об-
ласть лимитирует стойкость рассматри-
ваемого инструмента, поэтому обеспе-
чению соответствующих благоприятных
условий работы этой зоны необходимо
уделять должное внимание при констру-
ировании и эксплуатации сверл. Од-
нако стойкость сверла определяется не
только работой периферийной зоны, но
и характером протекания процесса ре-
зания в других точках, в частности, ха-
рактером процесса резания центральной
области сверла.
Всякое улучшение геометрических па-
раметров как на периферии, так и в
центральной области сверла благопри-
ятно отражается на его стойкости. Эта
118
Глава V. Инструменты для обработки отверстий
Рис. 60. Способы заточки режущей части сверла
взаимосвязь обусловливается общим про-
теканием процесса деформации стружки
и обрабатываемого материала, харак-
тером общего напряженного состояния,
общим протеканием тепловых явлений
и т. п.
Фактические данные по сверлению под-
тверждают высказанное утверждение о
взаимном влиянии на характер проте-
кания процесса резания отдельных точек
режущих кромок.
Испытания показывают, что подточка
поперечной кромки в центральной зоне
вызывает соответствующее повышение
стойкости сверл. Следовательно, на стой-
кость периферийных точек режущих кро-
мок сверла оказывает влияние работа
других точек режущих кромок.
Чтобы улучшить режущие свойства,
были разработаны всевозможные спосо-
бы заточек стандартных сверл, а также
их новые более прогрессивные конструк-
ции.
Для того чтобы снизить степень не-
равномерности загрузки на режущей час-
ти, применяют сверла с криволинейными
режущими кромками (рис. 60, а), ко-
торые могут иметь полностью радиусный
профиль, либо радиусный профиль со-
пряженный с прямолинейным профилем.
Радиус р профиля может приниматься
равным: р = 0,5 \,2D сверла. Криво-
линейная форма режущей кромки по-
зволяет уменьшить толщину среза на пе-
риферии сверла, где имеет место наиболь-
шая скорость резания и увеличить ее
в центральной зоне, где скорость резания
имеет минимальную величину. Благо-
даря этому уменьшается нагрузка на
периферии, в зоне наиболее интенсивно-
го износа сверла.
Испытания сверл с радиусной формой
заточки показывают, что их стойкость
в несколько раз превышает стойкость
сверл с обычной заточкой, как при об-
работке чугуна, а также и при обработке
стали.
Криволинейная режущая кромка свер-
ла может быть заменена ломаной ли-
нией, состоящей из двух участков при
двойной заточке (рис. 60, б) либо из
трех участков (рис. 60, в). В практике
большое распространение получила двой-
ная заточка, при которой сверло зата-
чивается с углом при вершине равным
116—120° и на периферии сверла созда-
ется дополнительная режущая кромка
длиной 0,20 сверла с углом при верши-
не 2<р = 70 -4- 75°.
Чтобы снизить интенсивность изме-
нения передних и задних углов на ре-
жущей части, были разработаны сверла
с диаметрально расположенными кром-
ками (рис. 60, г). У сверл с диаметрально
расположенными прямолинейными ре-
жущими кромками поверхность резания
будет конической. В этом случае нор-
мали в различных точках режущей кром-
ки, которая идет по образующей ко-
нической поверхности резания, будут
занимать идентичные положения и рас-
полагаться в осевой плоскости сверла.
§ 4. Геометрия режущей части спирального сверла
119
В результате ликвидируется одна из
причин резкого изменения передних уг-
лов, наблюдаемая у обычного сверла
(у которого нормали к поверхности ре-
зания в различных точках кромки за-
нимают различные положения), у сверл
с диаметрально расположенными кром-
ками ликвидируется. Благодаря этому
у рассматриваемого сверла на всем про-
тяжении режущей кромки передние уг-
лы Jn имеют положительные значения.
Подобный же характер изменения пе-
редних углов на режущей части можно
получить за счет увеличения угла при
вершине сверла 2<р и соответствующего
изменения формы поверхности резания.
Если для сверла с углом 2<р = 120°
поверхность резания является гипербо-
лоидом вращения, то для сверла с уг-
лом 2<р = 180° поверхность резания яв-
ляется плоскостью вращения режущих
кромок вокруг оси сверла. В этом слу-
чае нормали к поверхности резания во
всех точках режущих кромок будут
идти параллельно оси сверла и не будут
менять своего расположения, что и при-
водит к более плавному изменению пе-
редних углов на режущей части.
Увеличение углов при вершине 2<р
при обычных методах заточки сверл од-
новременно с улучшением геометриче-
ских параметров в центральной области
режущих кромок вызывает ухудшение
геометрических параметров поперечной
кромки сверла — уменьшение передних
и задних углов на этой кромке. С целью
увеличения передних углов на попереч-
ной кромке прорезается канавка. Од-
нако и в этом случае у сверла с углом
при вершине 2<р = 180° трудно создать
необходимые задние углы в точке со-
прикосновения поперечной и режущих
кромок. Поэтому угол при вершине в
центральной области сверла может быть
увеличен до 160°— 170°.
Сверло со срезанной центральной зоной,
заточенное по двум плоскостям, с проре-
занным пазом вдоль поперечной кромки
показано на рис. 63, д.
Как показали испытания, стойкость
рассматриваемых сверл в несколько раз
выше стойкости стандартных сверл, а
усилия подачи в 2,5 3,0 раза ниже.
Однако во время работы рассматривае-
мых сверл со специальной заточкой,
особенно при работе новыми сверлами
сравнительно большой длины наблюда-
ются их частые поломки, главным об-
разом, в зоне поперечной кромки. Чтобы
усилить эту зону можно переходить на
сверла с обратным углом при вершине в
центральной зоне. Эти сверла являются
более надежными, но и они не обеспечи-
вают хорошего направления инструмента,
особенно в начальный период сверле-
ния. Применение рассматриваемых спо-
собов заточки сверл может быть успеш-
ным только при большой жесткости си-
стемы станок — приспособление — ин-
струмент — деталь.
Для улучшения режущей способности
сверла используются также всевозмож-
ные способы подточки передней поверх-
ности и сердцевины.
Поперечная кромка сверла, как из-
вестно, работает в тяжелых условиях.
Из-за наличия большого угла резания
поперечная кромка в значительной сте-
пени не режет, а скоблит и выдавливает
материал. Для ослабления вредного вли-
яния поперечной кромки на процесс
сверления применяют ее подточку.
В промышленности используются разно-
образные способы подточки поперечной
кромки (рис. 60, е). Наиболее часто под-
точку проводят таким образом, чтобы
сохранить поперечную кромку длиной
0,1D сверла. В некоторых случаях под-
точку поперечной кромки ведут на пол-
ную ее длину, создавая так называемые
бесперемычные сверла, которые однако
из-за нестабильности результатов не по*
лучили широкого распространения в
промышленности. Подточка поперечной
120
Глава V. Инструменты для обработки отверстий
кромки рекомендуется для сверления ста-
ли мягкой или средней твердости и осо-
бенно для сверл большого диаметра. Она
также необходима для сверл, имеющих
повышенный диаметр сердцевины.
Хорошо зарекомендовала себя подточка
передней поверхности вдоль всей режу-
щей кромки с образованием относительно
большого переднего угла и оставле-
нием фаски шириной 0,2—0,3 мм для
сверл среднего диаметра (рис. 60, ж).
Выравненные величины передних уг-
лов и их более целесообразные значе-
ния можно также получить подточкой
передней поверхности на периферии. Та-
кая подточка уменьшает передние углы
на периферии сверла и ширину ленточки,
в результате чего улучшаются условия
резания.
Неблагоприятные геометрические па-
раметры на кромке ленточки можно
улучшить за счет ее подточки. Подточка
ленточки (рис. 63, и) производится на
длине 1,5—4,0 мм для сверл диаметром
12—80 мм. В результате подточки на
кромке ленточки создаются вспомога-
тельные задние углы аг порядка 6—8°
и сохраняется фаска шириной 0,1—
0,3 мм.
Хорошие результаты при сверлении
мягких сталей с относительно больши-
ми подачами дает специальная заточка
(рис.60, к), при которой каждый зуб свер-
ла имеет своеобразный фасонный про-
филь. Благодаря этому один зуб сверла
снимает стружку выступом, расположен-
ным в середине, а смежный зуб снимает
две стружки по краям.
Режущие кромки, при рассматривае-
мом способе заточки, на большой своей
части располагаются под углом <р к оси
сверла близким к 90°. Это облегчает
образование стружки, так как увеличи-
ваются передние углы. Несмотря на зна-
чительные преимущества, в силу слож-
ности и трудности выполнения этот вид
заточки не получил распространения.
Разделение стружки на ряд участков мо-
жет быть обеспечено выполнением струж-
коразделительных канавок (рис. 60, л).
Они способствуют облегчению отво-
да стружки по канавкам, уменьшению
усилий резания и теплообразования,
повышению режимов резания без сни-
жения стойкости сверла. Применяя сту-
пенчатую заточку сверл, можно также
обеспечить разделение стружки на ряд
участков. Ступенчатая заточка повы-
шает точность и чистоту обработки,
позволяет сверлить отверстия больших
диаметров (свыше 30 мм) за один проход
на повышенных режимах.
$ 5. ЗЕНКЕРЫ
Зенкеры применяются для увеличе-
ния диаметров цилиндрических отвер-
стий, с целью повышения их точности и
чистоты поверхности, получения отвер-
стий заданного профиля, а также для
обработки торцовых поверхностей. Ки-
нематика резания при зенкеровании, по-
добно сверлению, сводится к враще-
нию зенкера вокруг своей оси и посту-
пательному движению подачи вдоль оси
инструмента.
По виду обработки зенкеры разделя-
ются на следующие основные группы:
цилиндрические зенкеры, служащие
для расширения на 1,0—8 мм цилин-
дрических отверстий (рис. 61, а);
цилиндрические зенкеры с направля-
ющей цапфой, предназначенные для об-
работки цилиндрических углублений под
головки винтов (рис. 61, б);
конические зенкеры для обработки ко-
нических углублений под головки вин-
тов, гнезд под клапаны, снятия фасок
и т. п. (рис. 61, в),
торцовые зенкеры для зачистки тор-
цовых плоскостей бобышек, приливов
и т. п. (рис. 61, г).
По способу крепления зенкеры делят-
ся на хвостовые и насадные. Они могут
§ 5. Зенкеры
121
быть цельными и сборными, изготов-
ленными из инструментальных сталей и
твердосплавными.
Цилиндрические зенкеры для расши-
рения отверстий наиболее широко рас-
пространены в промышленности. Они
позволяют получить отверстие 4-го клас-
са точности и чистоту обработанной по-
верхности в пределах 3—5-го классов.
Цельный цилиндрический зенкер со-
стоит из режущей части (рис. 62), направ-
ляющей или калибрующей части, шейки
и хвостовика. В отличие от сверла ци-
линдрический зенкер имеет большее чис-
ло зубьев и увеличенный диаметр серд-
цевины, благодаря чему повышается
жесткость инструмента, обеспечивается
лучшее направление его в отверстии. Глу-
бина резания при зенкеровании меньше,
чем при сверлении, поэтому у зенкера
отсутствует поперечная кромка, а его
режущие кромки имеют сравнительно
небольшие размеры и располагаются на
периферии.
Направляющая часть зенкера необ-
ходима для направления его при рабо-
те, придает отверстию окончательные
размеры и чистоту поверхности, являет-
ся запасом на переточку и обеспечивает
удаление стружки по канавкам из зоны
резания.
Хвостовики служат для крепления зен-
кера на станке. Они бывают конической
или цилиндрической формы. Наиболее
распространенные зенкеры с коническим
хвостовиком.
Чтобы обеспечить соосность цилин-
дрического углубления с предваритель-
но обработанным отверстием, зенкеры
для цилиндрических углублений снаб-
жаются направляющей цапфой. Она
изготовляется как одно целое с зенке-
ром (рис. 63, а) или съемной (рис. 63,6). передняя
Зенкеры со съемной цапфой проще за- поверхность
тачивать, так как заточка торцовых
зубьев производится при снятой цапфе.
У зенкеров же с цапфой, изготовленной Рис. 62. Элементы цилиндрического зенкера
в
Рис. 61. Типы зенкеров
как одно целое с корпусом, при пере-
точках стачивается и направляющая
цапфа, в результате чего после ряда
переточек зенкер становится непригод-
ным для работы.
Сменная направляющая часть рас-
ширяет область применения зенкера,
так как позволяет устанавливать цапфы
разных диаметров и обрабатывать раз-
личные отверстия.
Главные режущие кромки зенкера
располагаются на торце в плоскости,
перпендикулярной его оси. Поэтому обес-
печивается обработка цилиндрических
углублений с плоским торцом. Число
зубьев рассматриваемого ’ инструмента
принимается равным четырем.
У зенкеров из быстрорежущей стали
стружечные канавки делаются винтовы-
ми (<о = 10 -г- 15°). При обработке же
отверстий в чугунном и стальном литье
со стороны необработанных поверхностей
Рабочая часть
Калибрующий
участок
хбостоВик
Режущая
часть
Лапка
Задняя
поверхность
Угол 6 плане
СердцеВина
Режущая
кромка
Ленточка
Угол наклона
Винтобой
канабка
122
Глава V. Инструменты для обработки отверстий
Вид К
Рис. 63. Зенкеры для цилиндрических углублений
целесообразно применять твердосплав-
ные зенкеры, которые имеют наклон-
ные стружечные канавки с плоской пе-
редней поверхностью. Зенкер крепится
коническим хвостовиком.
Рив. 64. Зенкер для ионических углублений
Зенкеры с цилиндрическим хвостови-
ком также находят применение под
быстросменный патрон. Преимуществом
этой конструкции является быстрота
установки и снятия инструмента. Од-
нако цилиндрический хвостовик по
сравнению с коническим дает худшее
центрирование инструмента, поэтому его
используют для менее ответственной об-
работки.
Зенкеры для конических углублений
(рис. 64) предназначаются для обработки
§ 5. Зенкеры
123
конических отверстий небольшой глу-
бины. Они имеют прямые зубья с плос-
кой передней поверхностью. В зависи-
мости от размеров число зубьев кониче-
ского зенкера колеблется от 6 до 12.
Толщина сердцевины на торце выбира-
ется 0,10, диаметр торца (0,15—0,18)0,
а ширина задней поверхности зуба р —
= 0,6 -г- 1,2 мм. Угол 0 впадины зуба
принимается в соответствии с углами
профиля угловых фрез, с помощью ко-
торых ведется обработка стружечных
канавок зенкера, равным 90° — 75°.
Для соблюдения постоянства ширины
р на всем протяжении зуба, при выбран-
ном значении угла 0, необходимо опре-
делить соответствующую им величину
угла наклона р дна канавки зенкера
(рис. 65).
Допустим, что зуб зенкера имеет пе-
редний угол у — 0 и режущие кромки
зубьев располагаются по образующим
конической поверхности. Одной из ре-
жущих кромок пусть будет образующая
ОС, а смежная с ней режущая кромка —
ОВ. Угол е между проекциями о'с'
и о’Ь' режущих кромок на плоскость
V, перпендикулярную оси зенкера, ра-
вен:
360
е -----,
Z
где z — число зубьев зенкера.
Угол при вершине конического зен-
кера обозначим 2<р, а угол профиля зу-
ба, в нормальном к дну канавки сече-
нии, обозначим 0. Он будет равен углу
профиля угловой фрезы, предназначен-
ной для фрезерования канавок. Перед-
няя плоскость зуба, имеющего режущую
кромку ОС, так как передний угол равен
нулю, будет параллельна плоскости Н.
Рассмотрим случай, когда ширина фас-
ки на зубьях равна нулю р — 0 и стру-
жечная канавка не имеет закругления во
впадине. Тогда плоскость, ограничива-
ющая спинку зуба, пройдет через ре-
Рис. 65. Схема определения формы стружечной
канавки зенкера
жущую кромку ОВ, которую необходи-
мо провести таким образом, чтобы обес-
печить получение канавки с углом про-
филя 0. Для этого через точку В прове-
дем перпендикуляр ВК к передней плос-
кости. Примем эту прямую ВК за ось
конуса, у которого вершиной будет
точка В, а образующие пойдут под уг-
лом 0 к передней плоскости. Основанием
конуса будет окружность радиуса г.
расположенная в передней плоскости.
Плоскость, ограничивающая спинку зу-
ба, будет касаться рассматриваемого
конуса и проходить через режущую
кромку ОВ. В этом случае линия ОЕ,
касательная к окружности радиуса г,
будет линией пересечения обоих плос-
костей, ограничивающих канавку зуба
зенкера. Угол между этой линией ОЕ
и осью зенкера будет искомым углом р.
По построению он равен:
Р — Ч~ т2,
где
tg tl — tg ф cos е,
sin т2 == sin Tj tg e ctg 0.
При проектировании конических зен-
керов, у которых больший и меньший
диаметры значительно отличаются друг
от друга, возникает затруднение в вы-
боре числа зубьев, так как при одном и
том же числе зубьев на крайних участках
124
Глава V. Инструменты для обработки отверстий
Рис. 66. Конический зенкер с частично срезан-
ными зубьями
получается большая разница в ок-
ружных шагах. В этом случае рабочая
часть зенкера разбивается на ряд уча-
стков. При переходе от участка с больши-
ми диаметральными размерами к уча-
стку с меньшими (рис. 66) уменьшают
вдвое число зубьев, либо у малого тор-
ца производится срезание режущих кро-
мок через зуб на длину 1,5 4- 5,0 мм.
Торцовые зенкеры (рис. 67) предна-
значаются для обработки торцовых пло-
скостей бобышек, различных приливов
и т. п. Эти зенкеры имеют зубья, распо-
ложенные только на торце, число кото-
рых колеблется от 4 до 6. В целях об-
легчения работы рекомендуется на зен-
керах, имеющих значительные по дли-
не режущие кромки, делать в шахмат-
ном порядке стружкоразделительные ка-
навки.
Такие зенкеры бывают односторонние
и двусторонние. Двусторонние име-
ют режущие зубья на обоих торцах.
Зубья торцовых зенкеров часто выпол-
няются твердосплавными, особенно при
обработке чугунных заготовок.
§ 6. ЗЕНКЕРЫ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ
ДЛЯ РАСШИРЕНИЯ ОТВЕРСТИЙ
Они предназначены для увеличения диа-
метров цилиндрических отверстий. По
принципу работы напоминают сверла,
но глубина резания при зенкеровании
меньше, чем при сверлении. Поэтому зен-
кер не имеет режущих кромок в централь-
ной зоне.
Зенкер представляет собой исходный
цилиндрический стержень, сопряженный
с обрабатываемым отверстием. Диаметр
зенкера, т. е. диаметр исходной цилин-
дрической поверхности, на которой мо-
гут располагаться профилирующие точ-
ки режущих кромок, устанавливается в
зависимости от его назначения. Если зен-
кер предназначен для окончательной
обработки отверстий, то его диаметр
выбирается по диаметру отверстия с уче-
том допуска на отверстие, величины раз-
бивания и запаса на износ.
Номинальный диаметр зенкера, рав-
ный его максимально возможному диа-
метру, выбирается меньше максималь-
ного диаметра обрабатываемого отвер-
стия на величину «разбивки». Величина
«разбивки» зависит от условий работы
зенкера, состояния станка, упругих де-
формаций тела обрабатываемой детали,
нагрева детали и инструмента, особенно
при обработке на больших скоростях ре-
зания. Ориентировочно можно считать,
что величина «разбивания» отверстия
при зенкеровании равна 0,3—0,4 до-
пуска на обрабатываемое отверстие. Ес-
ли зенкер предназначен для предвари-
тельной обработки отверстия, то его
диаметр выбирается с учетом величины
припуска под последующую обработку.
Чтобы превратить исходный цилиндр
в зенкер, необходимо прорезать стр у-
§ 6. Зенкеры цилиндрические для расширения отверстий
125
жечные канавки, т. е. создать переднюю
поверхность и пространство для схода
образующейся при резанни стружки.
Число стружечных канавок обычно рав-
но 3—4. В том случае, когда необходи-
мо срезать большой припуск, применя-
ют двузубые зенкеры, имеющие уве-
личенные стружечные канавкн. Подобно
сверлам цельные зенкеры (рис. 68, а)
имеют винтовые стружечные канавки.
Часть поверхности канавки является
винтовой передней поверхностью зен
кера.
Зенкеры сборные (рис. 68, б) со встав-
ными ножами из быстрорежущей стали
или оснащенные пластинками твердого
сплава (рис. 68, в) выполняются с плос-
кой передней поверхностью.
Профиль канавок зенкера делается
различный. У спиральных хвостовых зен-
керов профиль канавки аналогичен про-
филю канавки сверла (рис. 69, а) и от-
личается только меньшей глубиной и
большим числом канавок. Для четырех-
зубых насадных зенкеров применяет-
ся криволинейный профиль канавки
(рис. 69, б). Угловой профиль канавок
также применяется у насадных зенкеров.
Изготовление канавок такого профиля
производится угловыми фрезами с углом
профиля 6 == 110°.
Канавки зенкера должны обеспечить
достаточное пространство для размеще-
ния и отвода стружки. При недостаточном
объеме канавки стружка сминается н даже
Рис. 69. Профили канавок зенкеров
126
Глава V. Инструменты для обработки отверстий
Рис. 70. Зенкер с круглыми пластинками
пакетируется, что ведет к поломке режу-
щего инструмента. Глубина канавки h ко-
леблется в пределах h = (0,27 4- 0,1) d,
а диаметр сердцевины Dt — (0,454-0,8) d
для зенкеров диаметром от 10 до
80 мм.
С целью улучшения направления при
работе каждый зуб зенкера снабжается
цилиндрической ленточкой шириной f =
= (0,1 4- 0,05) d. Подобно сверлам, у
зенкеров ленточки шлифуются не по ци-
линдру, а с небольшой конусностью.
Величина обратной конусности колеб-
лется в зависимости от диаметра зенкера
от 0,04 до 0,10 мм на 100 мм длины.
Если цилиндрический стержень, име-
ющий стружечные канавки установить
на станок и попытаться вести обработку
отверстия, то режущие кромки, располо-
женные на его торце, не будут нормаль-
но работать, так как они не будут иметь
положительных задних углов. Чтобы
создать на режущих кромках положи-
тельные задние углы порядка а — 8 4-
4-10°, зенкер затачивается по задним по-
верхностям его зубьев. Заточка зенкеров
производится по коническим, винтовым
и плоским поверхностям.
Зенкеры с углом в плане ф = 90°,
у которых режущие кромки располага-
ются на торце, особенно при врезании
имеют плохое направление, работают
неспокойно, колеблются, что снижает
стойкость инструмента, точность об-
работки и качество обработанной по-
верхности. Чтобы облегчить вхождение
зенкера в отверстие и уменьшить его
вибрации, применяют зенкеры, у кото-
рых режущие кромки с осью инструмен-
та составляют угол в плане ф меньший
90°. В этом случае на любой режущей
кромке при работе возникают усилия,
направленные перпендикулярно оси
зенкера. Если при этом зенкер отклонит-
ся в какую-то сторону, то соответствую-
щая режущая кромка будет срезать боль-
ший слой металла, в результате на этой
кромке возникнут большие усилия, чем
на других кромках. Это будет способ-
ствовать обратному отклонению оси
зенкера и выравниванию загрузки его
режущих кромок.
Угол в плане ф у зенкеров берется р
пределах 45—60°. С целью обеспечения
более плавного врезания инструмента и
повышения стойкости целесообразно при-
менять двойную заточку и создавать пе-
реходную кромку длиной 0,3—1,0 лои
с углом в плане <р0 = 30°.
Разработаны также конструкции зен-
керов с механическим креплением круг-
лых пластинок, у которых угол в плане
ф непрерывно изменяется по длине кро-
мок (рис. 70). В корпусе 1 закрепляются
пластины 2 при помощи центрального
винта 3, штока 4 и винта 5.
Диаметр в начале режущей части зен-
кера выполняется меньше диаметра пред-
§ 7. Развертки
127
варительно обработанного отверстия на
1—2 глубины резания.
Угол между режущей кромкой и осе-
вой плоскостью, проходящей через ба-
зовую точку, называют углом наклона
X. Угол наклона режущей кромки А
оказывает существенное влияние на на-
правление вывода стружки, образующей-
ся в процессе резания. При отрицатель-
ных значениях угла А = (—5°) 4- (—10°)
стружка двигается в направлении пода-
чи в предварительно обработанное от-
верстие. Указанное направление дви-
жения стружки является приемлемым
только при обработке сквозных отвер-
стий. При обработке глухих отверстий
применяют зенкеры, у которых режущие
кромки располагаются в осевой плоско-
сти и угол X = 0. С целью укрепления
вершины зуба у твердосплавных зенке-
ров применяют положительный угол
X = 10 4- 15°.
Так как у зенкеров рабочие участки
режущих кромок имеют небольшую дли-
ну и располагаются на периферии, угол
наклона винтовой канавки <в выбирает-
ся таким образом, чтобы создать в этой
зоне целесообразные величины передних
углов. С увеличением угла со возрастают
и передние углы. Поэтому значение угла
со выбирается в зависимости от механи-
ческих свойств обрабатываемого матери-
ала. Обычно угол со = 15 4- 25°. В кон-
струкциях сборных зенкеров для обес-
печения надежной опоры ножей угол со
приходится уменьшать до 12°.
5 7. РАЗВЕРТКИ
Развертывание представляет собой про-
цесс обработки отверстий с целью полу-
чения повышенной чистоты и точности.
Развертка — это многозубый инстру-
мент, который подобно сверлу и зенкеру
в процессе обработки совершает вращение
вокруг своей оси (главное движение)
и поступательно перемещается вдоль
оси, совершая движение подачи.
Развертывание позволяет получить от-
верстие 2—3-го класса точности и 7—8-го
класса чистоты обработанной поверх-
ности.
По форме обрабатываемого отверстия
развертки можно разделить на цилинд-
рические, применяемые для обработки,
круглых цилиндрических отверстий, и
конические, используемые для обработки
конических отверстий (рис. 71). По спо-
собу применения различают развертки
машинные и ручные. Ручные развертки
применяются для развертывания отвер-
стий вручную, а машинные используются
на различных станках (сверлильных,
токарных, револьверных и др.). Раз-
вертки могут быть хвостовые и насадные,
цельные и сборные, постоянного диа-
метра и регулируемые. Развертки от-
носительно малого диаметра изготов-
ляются с цилиндрическим или кониче-
ским хвостовиком, который служит для
ее закрепления на станке, либо в ворот-
ке с квадратным отверстием при работе
вручную.
Насадные развертки насаживаются иа
специальные оправки, которые устанав-
ливаются в шпиндель станка.
Развертки цельные являются наиболее
простыми по конструкции, но не могут
регулироваться по диаметру. Поэто-
му находят применение разжимные и
сборные развертки с быстрорежущими и
твердосплавными вставными зубьями,
которые после износа и переточек мо-
гут быть отрегулированы на требуемый
размер, что повышает срок службы их.
Разжимные развертки используются при
ремонте всевозможных машин (рис. 71, а).
Они позволяют в определенных пре-
делах регулировать размер диаметра.
Это дает возможность применять одну и
ту же развертку при обработке отверстий
различных диаметров.
Рабочая часть разжимных разверток
снабжена отверстием, ось которого совпа-
дает с осью инструмента и продольными
128
Глава V. Инструменты для обработки отверстий
О)
Рис. 71. Типы разверток
прорезями. Регулировка диаметра раз-
верток осуществляется с помощью ша-
рика, который вставляется в кониче-
ское отверстие и поджимается регули-
ровочным винтом. Такие развертки из-
готовляются диаметром от 6 мм до
50 мм и позволяют изменять диаметр
в пределах 0,15—0,50 мм.
Для обеспечения возможности вос-
становления размера диаметра по мере
износа применяются конструкции сбор-
ных разверток, с креплением зубьев в
корпусе с помощью рифлений, винтов
и т. п.
На рис. 71, б изображена развертка,
у которой вставные зубья с рифлениями
закрепляются с помощью клина. Эта
конструкция допускает регулировку по
диаметру перестановкой зубьев на риф-
лениях, с их последующим шлифованием
по диаметру и заточкой. Во избежание
осевого сдвига предусматриваются упор-
ные кольца.
Для обработки конических отвер-
стий применяют конические развертки
(рис. 71, в). При этом отверстие, предвари-
тельно обработанное, может быть цилин-
дрическим или коническим. Отверстия с
небольшим припуском развертываются
на конус за один проход. При обработке
же конических отверстий, когда требу-
ется снимать значительный припуск,
используют комплект конических раз-
верток.
Черновая развертка имеет ступени на
зубьях, расположенные по винтовой ли-
нии. Торцовыми кромками каждой сту-
пени развертка срезает узкие стружки,
свободно размещающиеся в канавках.
Эта развертка превращает цилиндриче-
ское отверстие в ступенчатое. Вторая
развертка снимает припуск меньше,
чем черновая развертка. Режущие кром-
ки промежуточной развертки снабжены
стружкоразделительными канавками, ко-
торые образуются нарезанием прямо-
угольной резьбы. Чистовая развертка
§ 8. Конструктивные элементы цилиндрических разверток
129
выполняется без стружкоразделитель-
ных канавок, и снимает стружку всей
прямолинейной режущей кромкой, рас-
положенной на образующей конуса.
Развертка имеет зубья с плоской пе-
редней поверхностью, совпадающей с
осевой плоскостью инструмента, т. е.
передний угол чистовой развертки бе-
рется равным нулю.
Для развертывания отверстий в ме-
таллических листах применяют ко-
тельные развертки (рис. 71, г). Они име-
ют винтовые зубья, направление кото-
рых обратно направлению вращения.
Это предупреждает самозатягивание и
заедание развертки при работе.
§ 8. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ РАЗВЕРТОК
Цилиндрическая развертка состоит
из рабочей части, шейки и хвостовика
(рис.72). Назначение шейки и хвостовика
у разверток такое же как у сверл и зен-
керов.
Рабочая часть включает режущую и
калибрующую части и направляющий
конус, который служит для предохра-
нения от повреждений и облегчения по-
падания развертки в отверстие.
Режущая (заборная) часть развертки
представляет собой конус, на поверх-
ности которого образованы зубья.
Калибрующая часть состоит из ци-
линдрического участка и участка с об-
ратной конусностью. Передние и задние
поверхности зубьев развертки как на ре-
жущей части, так и на калибрующей
части, выполняются плоскими.
Передний угол у разверток обычно
принимается равным нулю, поскольку
развертка работает в зоне малых толщин
срезаемого слоя, характер протекания
процесса резания зависит главным об-
разом не от переднего угла, а от радиуса
закругления режущей кромки. На чер-
новых развертках и при обработке вяз-
5 4-1967
Режущая Калибрующая
Направляющий
конус
часть
I,
часть
/г .
УВостоВик
Главная
Рабочая часть
Шейка
Ленточка
!щая
Передняя Заборная часть
J поверхность
Задняя
поверхность
Калибрую-
щая часть
Рис. 72. Элементы цилиндрической развертки
ких материалов передний угол равен
5—10°. Задние углы у разверток колеб-
лются в пределах 4—8°.
Для чистовых разверток угол а вы-
бирается меньше, чем для черновых.
Затачивание зубьев на режущей части
производится «доостра», а на калибрую-
щей части —- с оставлением цилиндри-
ческой ленточки шириной 0,05—0,3 лш.
При обработке вязких металлов во из-
бежание налипания частиц металла ши-
рина ленточки уменьшается до 0,05—
0,10 мм. Ленточка служит для направ-
ления развертки в отверстии, способ-
ствует калиброванию отверстия и облег-
чает контроль развертки по диаметру.
Большое влияние на работу разверт-
ки оказывает угол в плане <р, между осью
развертки и режущей кромкой, которая
при переднем угле, равном нулю, идет
по образующей конуса режущей части.
С изменением угла в плане ср изменя-
ется соотношение между шириной и тол-
щиной среза, составляющими усилия
резания, интенсивность и характер из-
носа инструмента. С увеличением угла
130
Глава V. Инструменты для обработки отверстий
Рис. 73. Схема расположения полей допусков
на диаметр развертки
заборного конуса растет осевое усилие,
затрудняется продвижение развертки.
Поэтому у ручных разверток угол в пла-
не принимается небольшим, что способ-
ствует также плавному входу и выходу
развертки из отверстия. На основе экс-
периментальных данных для ручных раз-
верток при обработке сквозных отвер-
стий ф = 1 -J- 2°.
Машинные развертки при работе на-
правляются лучше ручных, поэтому дли-
на их режущей части может быть мень-
шей, а угол в плане большим. При
обработке чугуна <р = 4-н5°, а при об-
работке стали ф = 12 4- 15°. Для глу-
хих отверстий как у ручных, так и у ма-
шинных разверток tp ~ 45 60°.
Для обеспечения входа в отверстие ма-
лый диаметр режущей части выполня-
ется меньше диаметра обработанного от-
верстия на 1,3—1,4 припуска на развер-
тывание.
Диаметр развертки в конце режущей
части и на цилиндрическом участке ка-
либрующей части выбирается в зависи-
мости от разбивания отверстия при
обработке, допуска на изготовление
отверстия и стремления обеспечить мак-
симально возможный запас на износ раз-
вертки tfo диаметру. Схема расположе-
ния полей допусков на диаметр разверт-
ки приведена на рис. 73. Схема изобра-
жена для случая, когда в процессе раз-
вертывания происходит увеличение диа-
метра отверстия по сравнению с факти-
ческими размерами развертки. Поэтому,
для того чтобы получить отверстие в
пределах поля допуска, максимальный
диаметр развертки принимается равным
максимальному диаметру отверстия ми-
нус величина максимального разбива-
ния. Допуск на диаметр развертки не-
обходимо выбирать так, чтобы его обес-
печение на шлифовальных и доводоч-
ных станках не представляло особых
затруднений.
Величина разбивания отверстия за-
висит от размеров обрабатываемой за-
готовки, режимов резания, точности из-
готовления развертки и точности ее
установки на станке и т. п.
В некоторых случаях, особенно при
обработке изношенными развертками
тонкостенных деталей, изготовленных из
материалов с повышенной пластичностью
и вязкостью, может наблюдаться от-
рицательное разбивание отверстия. При
конструировании разверток ориентиро-
вочно максимальная величина разбива-
ния отверстия принимается равной г/3
допуска на отверстие. Уточненные зна-
чения величины разбивания отверстия
определяются опытным путем.
Диаметр в конце калибрующей части
берется меньше диаметра развертки.
В результате получается обратный конус.
Принято считать, что обратный конус
на развертках служит для уменьшения
трения развертки об обработанное отвер-
стие, облегчения вывода развертки и
предохранения отверстия от разбивания.
Для ручных разверток уменьшение
диаметра к хвостовику составляет 0,010—
0,015 мм. Из-за столь малой величины
утонения цилиндрический участок у
ручных разверток часто не делается и
обратный конус начинается сразу же
после режущей части.
Для машинных разверток величина
утонения колеблется от 0,04—0,10 мм,
§ 8. Конструктивные элементы цилиндрических разверток
131
Рис. 74. Профили канавок разверток
при длине калибрующей части равной
0,25—0,30 диаметра развертки.
На базе проведенных исследований и
производственного опыта в последние
годы были разработаны развертки с рез-
ко укороченной длиной обратного ко-
нуса до величины 3—5 мм и уменьше-
нием диаметра на заднем торце на 0,5—
0,7 мм, которые обеспечивают требу-
емую точность и высокую частоту по-
верхности особенно при обработке ко-
ротких отверстий.
Число зубьев развертки выбирается
в зависимости от обрабатываемого ма-
териала, диаметра и конструкции раз-
верток. С увеличением числа зубьев
чистота обработки отверстий повышается,
однако уменьшается поперечное сече-
ние стружечных канавок и они могут
оказаться недостаточными для свободно-
го размещения и отвода стружки. При
большом числе зубьев и небольшой глу-
бине канавок перешлифовывание раз-
верток на меньшие размеры затрудняет-
ся. Несмотря на снятие небольших сло-
ев металла, развертки имеют относитель-
но небольшое число зубьев (от 6 до 14)
для целых машинных и ручных развер-
ток диаметром 3—50 мм.
Развертки сборной конструкции де-
лаются с меньшим числом зубьев, так
как элементы крепления вставных
зубьев требуют соответствующего про-
странства для их размещения.
Развертки обычно имеют четное число
зубьев. Это облегчает измерение их диа-
5*
метра. Положительное влияние на работу
развертки оказывает неравномерное рас-
пределение зубьев по окружности, что
способствует гашению вибраций, воз-
никающих при работе, особенно на повы-
шенных режимах резания в условиях
недостаточной жесткости системы СПИД,
и повышению чистоты обработанной по-
верхности. Например, у развертки с
числом зубьев г = 8 угловой шаг при-
нимается равным <»! = 42°, <х>2 = 44°,
ю3 = 46°, о)4 = 48°, ю8 = 42°, со6 =
= 44°, о)7 = 46° и со8 = 48°, при сред-
нем его значении о> =45°. При таком
распределении шага каждая пара про-
тивоположных зубьев лежит на одном
диаметре, что упрощает изготовление и
контроль развертки.
Обработка стружечных канавок раз-
верток производится одноугловыми
(рис. 74, а) или двуугловыми (рис. 74, б)
фрезами с углом профиля 6 = 65 4- 110°.
Для средних и крупных размеров приме-
няется профиль с очертанием стенки зу-
ба по радиусу, что облегчает размещение
стружки в канавках (рис. 74, в).
Получение при фрезеровании неравно-
мерного шага при одинаковой ширине
зуба обеспечивается изменением глуби-
ны канавки соответствующей установкой
фрезы.
Обычно канавки у разверток делаются
прямые, что упрощает их изготовление
и контроль.
Для обработки отверстий, прерываю-
щихся по длине или имеющихпродольные
132
Глава V. Инструменты для обработки отверстий
канавки, незаменимы развертки с вин-
товыми зубьями. Винтовыми канавка-
ми также снабжаются развертки для
обработки легких сплавов. Угол нак-
лона винтовых зубьев у разверток мо-
жет доходить до 30—45°. Направле-
ние винтовых канавок делается обрат-
ным направлению вращения развертки
с целью устранения самозатягивания и
заедания развертки в отверстии. Ис-
пользование разверток с большим углом
наклона винтовой канавки обеспечива-
ет получение хорошей чистоты обрабо-
танной поверхности, но при этом возни-
кают значительные усилия подачи.
§9. КОМБИНИРОВАННЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ
ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ
Для совмещения операций или пере-
ходов при обработке ступенчатых от-
верстий применяются всевозможные ком-
бинированные инструменты. Наиболее
распространенными комбинированными
Рис. 75. Комбинированные сверла
инструментами для обработки отверстий
являются ступенчатые сверла, зенкеры
и развертки. Эти инструменты применя-
ются на сверлильных, револьверных,
агрегатных станках и токарных полу-
автоматах, обеспечивая высокую про-
изводительность и простое обслуживание.
Комбинированные сверла (рис. 75) и
зенкеры (рис. 76) при малом перепаде
диаметров ступеней, изготавливаются
перешлифовкой обычных инструментов
(рис. 75, а и 76, а). Такие инструменты
допускают сравнительно небольшое ко-
личество переточек, ограниченное дли-
ной ступени малого диаметра. Поэтому
находят применение сверла и зенкеры
с чередующимися зубьями (рис. 78, б
и 79, б). У этих инструментов для каж-
дой режущей кромки создается прямая
или винтовая канавка и соответствую-
щая ей ленточка. Такие инструменты до-
пускают значительное число переточек,
так как калибрующий участок каждой
ступени проходит по всей длине рабочей
части.
Конструируя инструменты с череду-
ющимися зубьями, варьируя глубиной,
толщиной зубьев, угловым шагом, под-
бирают по возможности одинаковые уг-
лы впадин для того, чтобы при фрезеро-
вании канавок меньшее число раз ме-
нять угловые фрезы. У рассматриваемых
инструментов с чередующимися зубья-
ми только калибрующая часть ступени
наибольшего диаметра имеет цилинд-
рическую ленточку и обратную конус-
ность. Ленточки калибрующих частей
других ступеней шириной 0,5—0,6 мм
не имеют обратной конусности и затачи-
ваются по всей длине под вспомогатель-
ным задним углом, равным 5—6°. Для
улучшения направления такие инстру-
менты могут иметь специальную цилин-
дрическую направляющую часть.
Для обработки сложных отверстий
большого диаметра применяются комби-
нированные инструменты со вставными
§ 9. Комбинированные инструменты для обработки отверстий
133
А-А
Рис. 76. Комбинированные зенкеры с винтовыми и прямыми канавками
зубьями. Эти зубья имеют фасонный
профиль, соответствующий профилю де-
тали (рис. 77). Используются инстру-
менты с чередующимися зубьями, у
которых каждый участок профиля де-
тали обрабатывается соответствующими
зубьями относительно простой формы.
На рис. 78 показан такой насадной ком-
бинированный зенкер со вставными
зубьями, предназначенный для одновре-
менной подрезки торца большого диа-
метра и зенкеровании конических углуб-
лений.
При обработке отверстий использу-
ются также составные комбинированные
инструменты, которые представляют со-
бой наборы простых инструментов, за-
крепленных на общей оправке. Преиму-
щества этих инструментов заключаются
в простоте их изготовления и заточки,
а также в возможности легкой замены
отдельных частей при их износе или по-
ломке. Составной зенкер для обработки
торца и ступенчатого отверстия состоит
из трех инструментов закрепленных с
помощью гайки на одной оправке
(рис. 79). Крутящий момент различным
инструментам набора передается повод-
ковой частью оправки с помощью тор-
цовых шпонок и крестообразного по-
водка, размещенного на оправке между
зенкерами.
С целью улучшения направления ин-
струмента при обработке передняя на-
правляющая часть снабжена двумя регу-
лируемыми гайками, что позволяет обес-
печивать продольный ход инструмента в
Рис. 77. Многоступенчатый зенкер
134
Глава V. Инструменты для обработки отверстий
Рис. 78. Комбинированный зенкер со вставными чередующимися зубьями
заданных пределах. Для закрепления в
шпинделе сверлильного или расточного
станка предусмотрен конический хвос-
товик с отверстием под клин.
Комбинированные инструменты для
обработки отверстий могут быть также
разнотипными: сверла-зенкеры, зенке-
Рис. 79. Набор зенкеров
ры-развертки, сверла-метчики н др.
Комбинированный двузубый зенкер 4
со сверлом снабжен двумя зубьями с вин-
товой задней поверхностью, на которой
в шахматном порядке выполнены струж-
коразделительные канавки (рис. 80).
В процессе эксплуатации зенкер пере-
тачивается только по плоской передней
поверхности. Зенкер закрепляется на
оправке 1 и центрируется втулкой 3.
Передача крутящего момента произво-
дится двумя штифтами 2, запрессо-
ванными в оправке. Инструмент снаб-
жается вставкой в виде короткого свер-
ла 5 с цилиндрическим хвостом, закан-
чивающимся резьбой. Комбинированное
зенкер-сверло обеспечивает обработку
отверстий 5-го класса точности, диаме-
тром до 100 мм и длиной 2000 мм в сплош-
ном материале.
Широкие перспективы для совершен-
ствования инструментов открываются
при комбинировании различных спосо
бов обработки, так как появляется воз-
можность одновременного использова-
§ 9. Комбинированные инструменты для обработки отверстий
135
ния преимуществ, свойственных раз-
личным технологическим процессам и
инструментам. Примером такого инстру-
мента может служить сверло с уплот-
няющими ленточками (рис. 81).
Рассматриваемое сверло имеет две
уплотняющие ленточки, диаметр которых
больше диаметра вспомогательных ре-
жущих кромок на величину Д. В ре-
зультате при обработке отверстия на-
ряду со сверлением происходит загла-
живание поверхности, что приводит к
повышению качества обработанной по-
верхности и стойкости инструмента.
Комбинированные инструменты могут
также проектироваться для того, чтобы
сообщать режущим элементам допол-
нительные вращательные или прямо-
линейно-поступательные перемещения,
не предусмотренные кинематикой стан-
ка, что расширяет технологические воз-
можности станков. Так на рис. 82 по-
казан подобный инструмент для прорез-
ки кольцевых канавок в глухих отвер-
стиях. В тот момент, когда упор 1 кос-
нется дна отверстия, скользящая втул-
ка 4 с резцедержателем 9 остановится,
а перемещающийся в направлении оси
корпус 6 оправки, действуя на клин 8,
вызовет поперечную подачу резцедер-
жателя 9 с резцом и начнется прорезание
канавки. При обратном перемещении
корпуса 6 пружины 2 и 3 возвращают
механизм в исходное положение. Глу-
бина прорезаемой канавки регулирует-
ся гайками 5 и 7.
Для растачивания вогнутой сфериче-
ской поверхности можно применять ин-
струмент, изображенный на рис. 83.
При движении инструмента по направ-
лению к детали торец втулки 5 упирает-
ся в торец детали 3, в то время как стер-
жень 11 продолжает двигаться. Перед-
ний конец стержня имеет форму вилки,
на внутренней поверхности которой
имеется наклонный паз 8. Резцедержа-
тель 1 с укрепленным резцом 4 может
Рис. 81. Сверло с уплотня-
ющими ленточками
Рис. 82. Инструмент для прорезки канавок в
глухих отверстиях
136
Глава V. Инструменты для обработки отверстий
3 4 5 6 7
Рис. 83. Инструмент для растачивания вогнутой сферической поверхности
поворачиваться вокруг цапфы 2, смон-
тированной на втулке 9. При движении
стержня относительно втулки ролик 7,
укрепленный на рычаге 6, будет переме-
щаться по наклонному пазу 8 и повора-
чивать резцедержатель вокруг цапфы.
В результате резец будет обрабатывать
сферическую поверхность.
После окончания обработки под дей-
ствием пружины 10 резцедержатель от-
водится в первоначальное положение и
инструмент выводится из детали.
Комбинированные инструменты в
большинстве случаев являются спе-
циальными и применяются для обра-
ботки только определенных деталей.
Они применяются, главным образом, в
серийном или массовом производстве.
Число ступеней комбинированного ин-
струмента для обработки фасонных от-
верстий может доходить до шести. Ими
могут обрабатываться соосные отвер-
стия, находящиеся на некотором рас-
стоянии друг от друга, а также много-
ступенчатые отверстия сложного про-
филя.
При конструировании комбинирован-
ных инструментов важно обеспечить
надежный отвод стружки, так как ина-
че может произойти поломка инстру-
мента при работе из-за закетирования
стружки в канавках. Улучшить отвод
стружки от зоны резания можно уве-
личением объема стружечных канавок,
уменьшением числа зубьев, увеличени-
ем угла наклона винтовых канавок,
дроблением стружки, вымыванием
стружки смазываюше-охлаждающей
жидкостью, подаваемой под давлением
в зону резания. На пути движения
стружки нельзя предусматривать в кон-
струкции инструмента различные прег-
рады в форме уступов, кольцевых уг-
лублений и т. п., так как они могут вы-
зывать забивание канавок стружкой.
Линейные размеры комбинирован-
ных инструментов зависят от длины его
ступеней, что определяется конфигура-
цией обрабатываемого отверстия и при-
нятой технологической схемой его об-
работки. Для направления в работе
комбинированные инструменты снаб-
жаются специальной направляющей
частью, что позволяет повысить точ-
ность обработки.
Комбинированные инструменты
имеют большую площадь контакта с
обрабатываемой заготовкой. При их
применении, в результате больших
суммарных сечений среза, возникают
значительные силы резания. Все это
необходимо учитывать при конструиро-
вании таких инструментов и их эк-
сплуатации.
137
ФРЕЗЫ
$ 1. НАЗНАЧЕНИЕ И ТИПЫ ФРЕЗ
Фрезерование является одним из наи-
более распространенных методов обра-
ботки. По уровню производительности
фрезерование превосходит строгание и
в условиях крупносерийного производ-
ства уступает лишь наружному протя-
гиванию. Кинематика процесса фрезе-
рования характеризуется быстрым вра-
щением инструмента вокруг его оси и
медленным движением подачи. Движе-
ние подачи при фрезеровании может быть
прямолинейно-поступательным, вра-
щательным, либо винтовым. При пря-
молинейном движении подачи фрезами
производится обработка всевозможных
цилиндрических поверхностей: плоско-
стей, всевозможных пазов и канавок,
фасонных цилиндрических поверхностей
(рис. 84).
При вращательном движении подачи
фрезерованием обрабатываются поверх-
ности вращения, а при винтовом движе-
нии подачи — всевозможные винтовые
поверхности, например, стружечные ка-
навки инструментов, впадины косозу-
бых колес и т. п.
Фреза представляет собой исходное
тело вращения, которое в процессе об-
работки касается поверхности детали, и
на поверхности которого образованы ре-
жущие зубья. Форма исходного тела
вращения зависит от формы обработан-
ной поверхности и расположения оси
фрезы относительно детали. Меняя по-
ложение оси инструмента относительно
обработанной поверхности, можно спро-
ектировать различные типы фрез, пред-
назначенных для изготовления заданной
детали.
Основные части фрез и элементы их ре-
жущей части показаны на рис. 85.
Многообразие операций, выполняемых
на фрезерных станках, обусловило раз-
нообразность типов, форм и размеров
фрез.
Цилиндрические фрейы применяются
на горизонтально-фрезерных станках при
обработке плоскостей. Эти фрезы мо-
гут быть с прямыми и винтовыми
зубьями. Фрезы с винтовыми зубьями ра-
ботают плавно; они широко применяются
на производстве. Фрезы с прямыми зубья-
ми используются лишь для обработ-
ки узких плоскостей, где преимущества
фрез с винтовым зубом не оказывают
большого влияния на процесс резания.
При работе цилиндрических фрез с вин-
товыми зубьями возникают осевые уси-
лия, которые при угле наклона зуба со =
= 30 — 45° достигают значительной ве-
личины. Поэтому применяют цилин-
дрические сдвоенные фрезы (рис. 86),
у которых винтовые режущие зубья име-
ют разное направление наклона. Это
позволяет уравновесить осевые усилия,
действующие на фрезы, в процессе ре-
зания. В месте стыка фрез предусматри-
вается перекрытие режущих кромок
138
Глава VI. Фрезы
Фрезы
цилиндрические
Фрезы
торцовые
Фрезы шпоночные
На станках
с маятника -
бой подачей
на Вертикально-
Фрезерных стан-
ках(оодин про-
ход)
Рис. 84. Схемы фрезерования
Центровое отверстие
борцовый
зуд-—
Зу5^
Отверстие
фрезы
Шейка
-L_
Уняя поберхносаг
Задняя
поверхность
Торцовый
шпоноч-
ный паз
КОнойка
Рабочая часть | /
Режущая кромка
Рис. 85. Элементы фрез
вставной
зуд
корпус
сррезы
одной фрезы режущими кромками другой.
Цилиндрические фрезы изготовляются
из быстрорежущей стали, а также ос-
нащаются твердосплавными пластинка-
ми, плоскими и винтовыми.
Торцовые фрезы широко применяются
при обработке плоскостей на вертикаль-
но-фрезерных станках. Ось их устанав-
ливается перпендикулярно обработан-
ной плоскости детали. В отличие от
цилиндрических фрез, где все точки ре-
жущих кромок являются профилиру-
ющими и формируют обработанную по-
верхность, у торцовых фрез только вер-
шины режущих кромок зубьев являются
профилирующими. Торцовые режущие
кромки являются вспомогательными.
Главную работу резания выполняют бо-
ковые режущие кромки, расположенные
на наружной поверхности.
Так как на каждом зубе только вер-
шинные зоны режущих кромок являются
профилирующими, формы режущих кро-
мок торцовой фрезы, предназначенной
для обработки плоской поверхности,
могут быть самыми разнообразными.
В практике находят применение торцо-
вые фрезы с режущими кромками в
форме ломаной линии либо окружности.
Причем углы в плане <р на торцовых фре-
зах могут меняться в широких пределах.
Наиболее часто угол в плане <р на тор-
цовых фрезах принимается равным 90°
или 45—60°. С точки зрения стойкости
фрезы его целесообразно выбирать наи-
меньшей величины, обеспечивающей до-
статочную виброустойчивость процесса
резания и заданную точность обработки
детали.
Торцовые фрезы обеспечивают плав-
ную работу даже при небольшой вели-
чине припуска, так как угол контакта с
заготовкой у торцовых фрез не зависит
Ът величины припуска и определяется
шириной фрезерования и диаметром фре-
зы. Торцовая фреза может быть более
массивной и жесткой, по сравнению с
§ 1. Назначение и типы фрез
139
цилиндрическими фрезами, что дает воз-
можность удобно размещать и надежно
закреплять режущие элементы и осна-
щать их твердыми сплавами. Торцо-
вое фрезерование обеспечивает обычно
большую производительность, чем ци-
линдрическое. Поэтому в настоящее вре-
мя большинство работ по фрезерованию
плоскостей выполняется торцовыми фре-
зами.
Дисковые фрезы пазовые, двух- и
трехсторонние (рис. 87) используются
при фрезеровании пазов и канавок. Па-
зовые дисковые фрезы имеют зубья
только на цилиндрической поверхности
и предназначены для обработки отно-
сительно неглубоких пазов (рис. 87, с).
Для уменьшения трения по торцам на
пазовых фрезах предусматривается вспо-
могательный угол в плане <j>j, порядка
30', т. е. толщина фрезы делается на пе-
риферии больше, чем в центральной части
у ступицы. Важным элементом пазовой
фрезы является ее толщина, которая вы-
полняется с допуском 0,04—0,05 мм.
По мере стачивания зубьев, в результа-
те поднутрения, толщина фрезы умень-
шается. Однако это не имеет практиче-
ского значения, так как величина умень-
шения невелика.
Дисковые двухсторонние (рис. 87, б)
и трехсторонние (рис. 87, в) фрезы име-
ют зубья, расположенные не только на
цилиндрической поверхности, но и на
Рис. 86. Цилиндрические сдвоенные фрезы
одном или обоих торцах. Главные ре-
жущие кромки располагаются на цилин-
дре. Боковые режущие кромки, рас-
положенные на торцах, принимают не-
значительное участие в резании и явля-
ются вспомогательными. Дисковые фре-
зы имеют прямые или наклонные зубья.
У фрез с прямыми зубьями на торцовых
кромках передние углы равны нулю, что
ухудшает условия их работы. Чтобы по-
лучить у двухсторонних фрез на боко-
вых кромках положительные передние
углы, применяются фрезы с наклонными
зубьями. С этой же целью трехсторонние
фрезы выполняются с разнонаправлен-
ными зубьями (рис. 87, г). Они работают
всеми зубьями, расположенными на ци-
линдре. На торцах же половина зубьев,
имеющих отрицательные передние углы,
срезана.
Рис. 87. Дисковые фрезы для обработки пазов
140
Глава VI. Фрезы
Рис. 88. Угловые фрезы
Однако эти фрезы обладают высокой
производительностью, несмотря на ча-
стично срезанные зубья.
Для прорезания узких пазов и шлицев
на деталях, а также разрезания матери-
алов применяются тонкие дисковые фре-
зы, которые называют пилами. У таких
фрез поочередно то с одного, то с другого
торца затачиваются фаски под углом
45°. Фаска срезает обычно 1/5—1/а дли-
ны режущей кромки. Поэтому каждый
зуб срезает стружку, ширина которой
меньше ширины прорезаемого паза. Это
позволяет более свободно размещаться
стружке во впадине зуба и улучшает ее
отвод. При ширине среза, равной ши-
рине паза, торцы стружки соприкаса-
ются с боковыми сторонами прорезае-
мого паза, что затрудняет свободное
завивание и размещение стружки во впа-
дине зуба и может привести к заклини-
ванию зубьев и поломке фрезы.
Угловые фрезы (рис. 88) используются
при фрезеровании угловых пазов и на-
клонных плоскостей. Одноугловые фре-
зы (рис. 88, а) имеют режущие кромки,
Рис. 89. Концевая угловая фреза
расположенные на конической поверх-
ности и торце. Двухугловые фрезы
(рис.88, б) имеют режущие кромки, распо-
ложенные на двух смежных конических
поверхностях. Угловые фрезы находят
широкое применение в инструменталь-
ном производстве для фрезерования
стружечных канавок различных инстру-
ментов. В процессе работы одноугло-
выми фрезами возникают осевые уси-
лия резания, так как срезание метал-
ла заготовки производится в основном
режущими кромками, расположенными
на конической поверхности. У двухугло-
вых же фрез осевые усилия, возникаю-
щие при работе двух смежных угловых
кромок зуба, несколько компенсируют
друг друга, а при работе симметричных
двухугловых фрез (рис. 88, в) они вза-
имно уравновешиваются. Поэтому двух-
угловые фрезы работают более плавно.
Угловые фрезы малых размеров изго-
товляются концевыми (рис. 89) с цилин-
дрическим или коническим хвостовиком.
Толщина среза угловых фрез изменя-
ется по длине кромки. Она имеет мак-
симальное значение на вершине зуба и
уменьшается при удалении от нее, вдоль
режущей кромки, т. е. при уменьшении
радиуса рассматриваемой точки кром-
ки. Это может привести к тому, что уча-
стками кромок, расположенными у
малых торцов, могут срезаться незначи-
тельные толщины среза, соизмеримые с
§ 1. Назначение и типы фрез
141
радиусом округления режущей кромки.
Это неблагоприятно отражается на хара-
ктере протекания процесса резания, так
как при значительных отрицательных
передних углах на радиусе округления
в зоне контакта наблюдаются значитель-
ный нагрев, большие усилия и быстрый
износ инструмента. Чтобы на этих уча-
стках обеспечить нормальные условия
работы, целесообразно уменьшить число
работающих зубьев вдвое, срезая их
через один зуб. Необходимость умень-
шения числа зубьев на малых диаметрах
иногда вызывается тем, что при проекти-
ровании угловых фрез возникают за-
труднения в выборе числа зубьев, В зоне,
расположенной ближе к центру, трудно
бывает разместить число зубьев, равное
числу зубьев на вершине фрезы. Это объ-
ясняется большой разницей в окруж-
ных шагах зубьев на наибольшем и
наименьшем диаметрах фрезы. Зубья,
расположенные на меньшем диаметре,
получаются небольшими по высоте, что
может привести к забиванию канавок
стружкой. Вершину угловой фрезы не-
обходимо закруглять во избежание бы-
строго износа.
Концевые фрезы (рис. 90) применяются
для обработки глубоких пазов в корпус-
ных деталях контурных выемок, усту-
пов, взаимно перпендикулярных плос-
костей. Концевые фрезы в шпинделе стан-
ка крепятся коническим или цилиндри-
ческим хвостовиком. У этих фрез основ-
ную работу резания выполняют глав-
ные режущие кромки, расположенные
на цилиндрической поверхности, а вспо-
могательные торцовые режущие кромки
только зачищают дно канавки. Такие
фрезы, как правило, изготовляются с
винтовыми или наклонными зубьями.
Угол наклона зубьев доходит до 30—45°.
Диаметр концевых фрез выбирают мень-
шим (до 0,1 мм) ширины канавки, так
как при фрезеровании наблюдается раз-
бивание канавки. Разновидностью кон-
Рис. 90. Концевая фреза
цевых фрез являются шпоночные двух-
зубые фрезы (рис. 91). Рассматривае-
мые шпоночные фрезы, подобно сверлу,
могут углубляться в материал заготов-
ки при осевом движении подачи и вы-
сверливать отверстие, а затем двигаться
вдоль канавки. В момент осевой подачи
основную работу резания выполняют
торцовые кромки. Одна из них должна
доходить до оси фрезы, чтобы обеспе-
чить сверление отверстия.
Переточка таких фрез производится
по задним поверхностям торцовых кро-
мок, поэтому при переточках их диаметр
сохраняется неизменным.
Для обработки Т-образных пазов, час-
то встречающихся в станкостроении,
применяют Т-образные фрезы (рис. 92).
Они работают в тяжелых условиях и
часто ломаются, что объясняется за-
трудненным отводом стружки. Каждый
д
Рис. 91. Шпоночные фрезы
142
Глава VI. Фрезы
зуб работает два раза за один оборот
фрезы. Такие фрезы делаются с разно-
направленными зубьями и имеют под-
нутрения с углом <jpi = 1°30'Ч-2° на
обоих торцах. С целью улучшения усло-
вий размещения стружки производят
заточку фасок на зубьях то с одного, то
с другого торца под углом 30° и шириной
0,5 мм.
Фасонные фрезы получили значитель-
ное распространение при обработке раз-
нообразных фасонных поверхностей. Пре-
имущества применения фасонных фрез
особенно сильно проявляются при об-
работке заготовок с большим отношением
длины к ширине фрезеруемых поверх-
ностей. Короткие фасонные поверхности
Рис. 93. Фасонная затылованная фреза
в условиях крупносерийного производ-
ства лучше обрабатывать протягиванием.
Фасонные фрезы по конструкции зу-
бьев разделяются на фрезы с затыло-
ванными зубьями и фрезы с остроко-
нечными (острозаточенными) зубьями.
Фасонные затылованные фрезы
(рис. 93) имеют плоскую переднюю повер-
хность, по которой перетачиваются в про-
цессе эксплуатации. Новой и переточен-
ной фрезой можно обрабатывать одни и
те же детали, если форма фасонной ре-
жущей кромки при переточках не из-
меняется. Это обеспечивается за счет
Рис. 94. Фасонная фреза с остроконечными
зубьями
Рис. 95. Сборная фасонная фреза
§ 2. Конструктивные элементы фрез с остроконечными зубьями
143
выбора соответствующей формы задней
поверхности зуба фрезы.
Задняя поверхность зуба затылован-
ной фрезы с передним углом у = 0 —
это совокупность фасонных режущих
кромок, постоянных по форме и разме-
щенных в радиальных плоскостях Р
на различных расстояниях от оси фре-
зы. При переходе от передней плоскости
новой фрезы к спинке зуба расстояние
от оси до режущей кромки уменьшают,
чтобы обеспечить получение положитель-
ных задних углов на режущей части.
Фасонные фрезы с остроконечными зу-
бьями (рис. 94), в отличие от затыло-
ванных фрез, затачивают по задним по-
верхностям зубьев. Остроконечные фа-
сонные фрезы дают более чистую поверх-
ность, имеют повышенную стойкость
по сравнению с затылованными фасон-
ными фрезами. Однако изготовление и
переточка этих фрез требуют специаль-
ных приспособлений и копировальных
устройств, обеспечивающих получение
точного контура фасонных режущих кро-
мок как при их изготовлении, так и при
их перетачивании. Поэтому фасонные
фрезы с остроконечными зубьями при-
меняются в условиях крупносерийного
и массового производства.
Находят применение также сборные
фасонные фрезы, у которых требуемый
фасонный профиль создается как оги-
бающая кривая к совокупности простых
по форме кромок отдельных ее режущих
элементов. Так на рис. 95 приведена кон-
струкция сборной фасонной фрезы с кру-
глыми пластинками твердого сплава для
обработки профиля железнодорожных
колес. Фреза состоит из корпуса 1, в па-
зах которого крепятся рейки 2 с закреп-
ленными на них круглыми твердосплав-
ными пластинами диаметром 12—16 мм.
Для получения необходимой чистоты
обработанной поверхности гнезда под
пластинки на смежных рейках смещены
относительно друг друга на 1,5—2,0 мм.
§ 2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ФРЕЗ
С ОСТРОКОНЕЧНЫМИ ЗУБЬЯМИ
По конструкции режущей части раз-
личают фрезы с зубьями, сделанными как
одно целое с корпусом, и фрезы сборные,
состоящие из корпуса, в котором за-
креплены режущие зубья.
Фрезы сборные могут иметь зубья,
целиком изготовленные из быстрорежу-
щей стали и закрепленные на корпусе
механическим способом. Цилиндрические
фрезы подобной конструкции изготов-
ляются сборными диаметром 75 мм и бо-
лее, а концевые — диаметром 30 мм и
более. Твердосплавные фрезы чаще всего
являются сборными. Только мелкораз-
мерный инструмент может изготовляться
полностью из твердого сплава.
Фрезы, зубья которых сделаны как
одно целое с корпусом, особенно при
их изготовлении из инструментальных
(быстрорежущих) сталей, представляют
значительную группу. Одним из важ-
ных конструктивных элементов таких
фрез является их наружный диаметр.
При определении размеров наружного
диаметра необходимо учитывать, что с
увеличением наружного диаметра можно
применять оправки большего диаметра,
Это позволяет работать с большими на-
грузками, так как оправка будет более
жесткой и прочной.
Фрезы большего диаметра имеют уве-
личенное число зубьев, лучшие условия
для отвода тепла. При обработке такими
фрезами возрастает дуга контакта зу-
бьев с заготовкой. Все это обеспечивает
более спокойную работу и способствует
повышению качества обработанной по-
верхности и стойкости инструмента. Од-
нако с увеличением диаметра фрезы повы-
шается расход материала, стоимость ин-
струмента, возрастает также время, не-
обходимое для врезания фрезы, что сни-
жает производительность.
Взаимный учет рассматриваемых про-
тиворечивых тенденций приводит к
144
Глава VI. Фрезы
выбору оптимального наружного диамет-
ра фрезы. Диаметр фрезы определяют по
формуле:
D — d 4- 2т + 2Н,
где d — диаметр отверстия под оправку;
т — толщина тела фрезы;
И — высота зуба.
Диаметр отверстия d под оправку вы-
бирается так, чтобы обеспечить доста-
точную прочность и жесткость ее. Из
этих соображений размеры отверстий для
фрез с мелкими зубьями, предназначен-
ных для чистовой обработки, могут быть
приняты меньшими, чем для фрез с
крупными зубьями. По сравнению с
быстрорежущими фрезы твердосплавные,
с целью увеличения жесткости оправок,
должны иметь увеличенные размеры диа-
метров посадочных отверстий.
Диаметр посадочного отверстия d за-
висит от конструкции и диаметра фрезы,
ширины и глубины снимаемого слоя,
свойств обрабатываемого материала и
материала инструмента и выбирается из
стандартного ряда значений равным:
19, 22, 27, 32, 40, 50, 60 мм. В среднем
можно принять, что диаметр оправки в
2,5—3,0 раза меньше диаметра фрезы.
Диаметр ступицы фрезы
= d + 2т = (1,5 4- 2,5) d.
Диаметры D торцовых фрез зависят
от ширины В фрезеруемой поверхности.
Чтобы обработать всю заданную поверх-
ность заготовки, диаметр торцовой фре-
зы D должен быть больше ширины В.
Для торцовых фрез из быстрорежущей
стали ориентировочно D — 1,1В, а для
твердосплавных фрез — D = (1,2-г-1,6)
В. Величина наружного диаметра у кон-
цевых фрез определяется в зависимости
от размеров обрабатываемых деталей и
принимается равной ширине обрабаты-
ваемой канавки с учетом наблюдаемого
при фрезеровании разбивания.
Диаметры фрез должны соответство-
вать ряду их стандартных значений,
составленному по геометрической про-
грессии со знаменателем, равным —1,26.
Поскольку ряд чисел оборотов шпинде-
лей фрезерных станков составляет так-
же геометрическую прогрессию, выбор
диаметров фрез из геометрического ряда
обеспечивает рациональное их исполь-
зование при наименьшем количестве.
Число зубьев фрезы и их окружной
шаг зависят от характера работы и при-
нятых режимов резания. Фрезы с боль-
шим окружным шагом и небольшим чис-
лом зубьев обладают следующими ка-
чествами: зуб получается более прочным
и массивным, допускает большее коли-
чество переточек, лучше отводит теплоту
от режущих кромок, обеспечивает луч-
шее размещение стружки во впадинах,
позволяет срезать более толстые струж-
ки, что способствует снижению усилий,
действующих на фрезу. Поэтому фрезы
с крупным зубом получили большое рас-
пространение. Фрезы с мелким зубом
применяются при обработке заготовок с
небольшими припусками, а также при
фрезеровании хрупких металлов, та-
ких как чугун и др.
На практике число зубьев цельйых
фрез определяется по формуле:
z = k]/~D.
Коэффициент k зависит от типа фрезы
и условий ее работы. Для фрез с крупным
зубом он колеблется от 0,6 до 1,2, а для
фрез с мелким зубом—от 1,75 до 2,8.
У сборных фрез число зубьев зависит
от конструкций режущей части и элемен-
тов крепления. Проектируя сборные фре-
зы, число их зубьев, а, следовательно,
и окружной шаг, необходимо принимать
такими, чтобы обеспечить достаточную
жесткость конструкции и размещение
зубьев и элементов крепления в корпусе.
Форма профиля зуба фрезы должна
обеспечить необходимую прочность и
жесткость зубьев и конструкции фрезы в
целом, свободное размещение и удаление
§ 2. Конструктивные элементы фрез с остроконечными зубьями
145
срезаемой стружки, максимально воз-
можное количество переточек, а также
препятствовать появлению трещин при
термической обработке.
Для остроконечных фрез на практике
применяют три типа профилей зубьев
(рис. 96). Для фрез с мелким зубом при-
нята трапецеидальная форма профиля
(рис. 96, а}. Угол профиля зуба г] при-
нимают равным 45—50°. Тогда угол
канавки 0 для фрез с передним углом
у = 0 будет:
0 = к] 4- е,
где е — угловой шаг зубьев.
Угол 0 должен соответствовать углу
профиля угловой фрезы, с помощью
которой фрезеруются канавки. Ширина
вершины зуба f = 0,5 -4- 2,0 мм. Для
избежания появления трещин при тер-
мической обработке впадина зуба за-
кругляется радиусом г = 0,5 -4- 2,0 мм.
Затачивание таких фрез производится
по задней поверхности. Поэтому с точ-
ки зрения числа возможных переточек,
а, следовательно, и срока службы фре-
зы, целесообразно увеличивать высоту
зуба. Но в этом случае уменьшается проч-
ность и жесткость зубьев. Сопоставле-
ние этих условий обеспечивает выбор
оптимальной величины высоты зуба. Для
рассматриваемых фрез она обычно при-
нимается равной 0,5—0,65 окружного
шага.
Для фрез с крупным зубом применяет-
ся усиленная форма профиля (рис. 96, б).
Канавка зуба такой фрезы обрабаты-
вается сначала угловой фрезой с углом
0 = 60 4- 65°, а затем зуб срезается по
спинке под углом, большим заднего уг-
ла а на 10—20° с оставлением фаски f.
В третьей форме профиля зуба (рис. 96,в)
ломаная линия затылка зуба второго
типа заменена окружностью радиуса,
приблизительно равного 0,3—0,45 диа-
метра фрезы. У дна впадины зуба де-
лается закругление радиусом г =
= (0,4—0,6) Н, где Н высота зуба, равная
0,3—0,45 окружного шага. Фрезерование
канавки при криволинейной форме зуба
производится за один проход специально
спроектированной фрезой. Криволиней-
ная форма зуба обеспечивает большее
пространство и лучшие условия струж-
кообразования. Зуб такой формы при-
ближается к балке равного сопротив-
ления, нагруженной усилиями резания.
В результате он может выдержать бо-
льшую нагрузку и позволяет применять
повышенные режимы резания.
Зубья рассматриваемых фрез затачи-
ваются по задней поверхности с остав-
лением контрольной ленточки порядка
0,02—0,03 мм, что позволяет обеспечи-
вать небольшое биение зубьев.
В зависимости от типа фрез стружеч-
ные канавки располагаются на исходной
цилиндрической, либо конической, либо
фасонной поверхностях. При фрезеро-
вании таких канавок необходимо так
установить угловую фрезу относитель-
но заготовки, чтобы получить по всей
длине обрабатываемого зуба фаски f
одинаковой ширины.
Рассмотрим форму стружечной канав-
ки фасонной фрезы с остроконечными
зубьями и найдем профиль дна стружеч-
ной канавки. Его необходимо давать на
чертеже фрезы, чтобы по нему можно
было построить профиль копира для об-
работки стружечных канавок. Будем
считать, что передняя плоскость фрезы
идет параллельно ее оси и отстоит от нее
на расстоянии Е (рис. 97), благодаря
чему создаются на режущей части по-
ложительные передние углы у.
146
Глава VI. Фрезы
Рис. 97. Графическое построение дна стружеч-
ной канавки
I
Изобразим режущую часть фрезы. За
плоскость W примем плоскость, парал-
лельную передней плоскости рассматри-
ваемого зуба, а за плоскость V — плос-
кость, перпендикулярную оси фрезы.
Тогда на плоскость W режущая кромка
АВ будет проектироваться в истинную
величину, а на плоскость V — в след Рв
передней плоскости.
Зная число зубьев фрезы, проводим
след RB передней плоскости соседнего
зуба. Перпендикулярно оси фрезы возь-
мем сечение I—I. С режущей кромкой
рассматриваемого зуба оно пересекает-
ся в точке С, а с кромкой соседнего зу-
ба — в точке К, которая определяется
как точка пересечения передней плоско-
сти R с окружностью СК вращения точ-
ки С вокруг оси фрезы.
От точки К по хорде окружности СК
откладываем отрезок КО, соответству-
ющий принятой величине фаски [. Через
точку О должна пройти граница стру-
жечной канавки. Из точки О на переднюю
плоскость Р опускаем перпендикуляр
ОМ, который условно примем за ось уг-
ловой фрезы. В сечении плоскостью I—I
профиль этой фрезы будет ломаной ли-
нией О'ет', имеющей закругление во
впадине радиуса г и угол 6 между пря-
мыми О'Е и ЕМ. Вращаясь вокруг оси
ОМ, рассматриваемый профиль будет
описывать поверхность вращения И,
которая и будет формировать канавку
фрезы. Дно канавки фрезы будет соз-
даваться при этом вершинной точкой
профиля. Вершинная точка профиля,
вращаясь вокруг оси ОМ, будет описы-
вать окружность радиуса R, которая в
истинную величину будет проектировать-
ся на плоскость W.
Подобным образом, рассматривая ряд
сечений, перпендикулярных оси фрезы
на плоскости W, получим совокупность
окружностей, формирующих дно стру-
жечной канавки. Профиль дна стружеч-
ной канавки определяется как огибаю-
щая к совокупности этих окружностей.
Ось реальной одноугловой фрезы дол-
жна располагаться в плоскости, прохо-
дящей через ось условной фрезы ОМ и
линию ее контакта с поверхностью стру-
жечной канавки. Исходя из этого опре-
деляется положение оси угловой фрезы
и строится копир, обеспечивающий не-
обходимое ее перемещение при фрезеро-
вании стружечной канавки фасонной
фрезы.
В этом случае у реальной угловой фре-
зы и условных фрез линии контакта с
поверхностью стружечной канавки бу-
дут одними и теми же, а, следовательно,
реальной фрезой будет обработана также
канавка, что и условными фрезами.
Фрезерование стружечных канавок фа-
сонных фрез и требуемые перемещения
одноугловой фрезы могут быть осущест-
влены также на станках с программным
управлением.
Стружечные канавки фасонных фрез
с вогнутым профилем, очерченным ду-
гой одной окружности, можно фрезеро-
вать без копира. Для этого нужно взять
диаметр угловой канавочной фрезы та-
кой величины, чтобы ее наружная
окружность совпала с профилем дна стру-
жечной канавки, либо незначительно
отклонялась от него.
Зубья фрез с большой длиной их одно-
временно работающих режущих кромок
могут снабжаться стружкоразделитель-
§ 3. Конструктивные особенности твердосплавных фрез
147
ними канавками, расположенными в
шахматном порядке. Стружкораздели-
тельные канавки предназначаются для
разделения стружки на ряд узких участ-
ков, благодаря чему снижаются усилия
резания, улучшаются условия форми-
рования и удаления стружки.
S 3. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ФРЕЗ
Твердосплавные фрезы могут быть мо-
нолитные, т. е. полностью изготовлен-
ные из твердого сплава, и сборные.
Монолитные фрезы из твердого сплава
изготовляются при помощи прессования
в специальных пресс-формах, либо из
пластифицированных заготовок, путем
их обработки резанием до спекания.
После спекания фреза получает форму
близкую к готовому инструменту. Даль-
нейшая их обработка состоит из шлифо-
вальных операций по обработке баз креп-
ления, заточки и доводки зубьев. На
рис. 98 показана концевая монолитная
фреза из твердого сплава. Основные кон-
структивные параметры таких фрез и
фрез из быстрорежущей стали совпа-
дают. Они изготовляются сравнительно
небольших размеров. Помимо концевых
фрез, применяются также монолитные
твердосплавные дисковые, пазовые, фа-
сонные и др. Основным преимуществом
этих фрез является возможность полу-
Рис. 98. Монолитная концевая твердосплавная
фреза
чения твердосплавного мелкоразмерного
инструмента с достаточно большим чис-
лом винтовых зубьев и канавок значи-
тельной величины, обеспечивающих хо-
роший отвод стружки.
Наибольшее распространение в про-
мышленности получили сборные твердо-
сплавные фрезы. Фрезы относительно
малых размеров изготовляются в боль-
шинстве случаев с твердосплавными пла-
стинами, припаянными непосредственно
к корпусу (рис. 99). Твердосплавные
пластины могут иметь обычную призма-
тическую форму (рис. 99, а), либо быть
винтовыми (рис. 99, б). Пластинки из-
готовляются относительно небольшой
длины и постоянной на всем протяжении
толщины. Поэтому в тех случаях, когда
необходимо иметь инструмент с длинны-
ми режущими кромками, на зубья фрез
припаиваются несколько пластин. Сты-
ки между пластинами оформляются в
виде сгружкоразделительных канавок
и располагаются в шахматном порядке.
Рис. 99. Фрезы с напаянными твердосплавными пластинами:
а) торцовая фреза с призматическими пластинами; б) цилиндрическая фреза с винтовыми пластинами.
148
Глава VI. Фрезы
Рис. 100. Фреза с механическим креплением
ножей
^--70° Вариант! Варианта
Операция заточки твердосплавного ин-
струмента весьма трудоемка, что обус-
ловливается плохой шлифуемостью пла-
стин твердого сплава. Поэтому широкое
распространение находят сборные фре-
зы со вставными ножами (рис. 100).
Ножи, оснащенные твердым сплавом,
закрепляются в пазах корпуса инстру-
мента. По своей конструкции ножи на-
поминают резцы с припаянными пластин-
ками из твердого сплава. Предваритель-
ная заточка ножей может осуществлять-
ся отдельно от корпуса, а окончатель-
ная — в собранном виде.
В последнее время широкое распро-
странение получили фрезы с механиче-
ским креплением многогранных или кру-
глых неперетачиваемых пластинок твер-
дого сплава. Такие фрезы просты в эк-
сплуатации, обеспечивают повышение
стойкости, сокращение затрат на ин-
струмент. На рис. 101 показана разра-
ботанная Всесоюзным научно-исследо-
вательским инструментальным институ-
том (ВНИИ) конструкция фрезы с
механическим креплением неперетачива-
емых твердосплавных круглых пласти-
нок. Фреза состоит из корпуса 1, коль-
в° ца 2, вставных ножей 5 с запрессованны-
ми штифтами 3, на которых свободно
сидят круглые пластинки 4. При ввер-
тывании винтов 7 ножи перемещаются
в осевом направлении, благодаря чему
пластинки прижимаются к базовой по-
верхности корпуса. Для удобства сбор-
ки пластинки предварительно прижи-
маются к корпусу пружинами 6. Пос-
ле износа пластинку поворачивают во-
круг своей оси и вводят в работу неиз-
ношенную часть режущей кромки. При
полном же износе режущих кромок про-
изводится смена комплекта пластин. Тре-
буемая точность размеров пластинок
достигается их шлифованием по диаметру
и торцу.
На рис. 102 показана конструкция
фрезы, оснащенной пятигранными не-
Рис. 101. Фреза с круглыми пластинами
Рассматриваемые фрезы с припаянными
к корпусу пластинами обладают тем не-
достатком, что при выкрашивании или
большом износе одной или нескольких
пластин приходится затачивать все зубья.
§ 4. Наборы фрез
149
перетачиваемыми твердосплавными пла-
стинами.
При износе одной из режущих граней
пластинка поворачивается и в работу
вступает следующая грань. Заменять
или поворачивать пластинки можно не-
посредственно на станке.
При снятии значительных припусков
целесообразна ступенчатая установка но-
жей. Преимущества ступенчатой схемы
резания известны давно. Но эти фрезы
не нашли широкого применения из-за
сложности заточки. Этого недостатка ли-
шены ступенчатые фрезы (рис. 103) с
механическим креплением многогран-
ных неперетачиваемых пластинок. Фреза
состоит из корпуса 3, в который встав-
ляется кольцо 2, фиксируемое винтами
1. Ножи 8 имеют штифты 7, на которые
одеваются многогранные пластины 9.
Пластинки к базовым поверхностям сту-
пенчатого кольца и корпуса прижима-
ются винтом 6 через кольцо 5. Для удоб-
ства сборки применяются пружины 4.
Базы под пластинки благодаря съем-
ности кольца легко восстанавливаются
проточкой. Ступенчатая схема резания
позволяет снимать повышенные припус-
ки, обеспечивая безвибрационную ра-
боту инструмента, что особенно важно
для фрез, оснащенных твердым сплавом.
$ 4. НАБОРЫ ФРЕЗ
Набор фрез представляет собой группу
фрез, подобранных по профилю и разме-
рам обработанной поверхности детали и
закрепленных на одной общей оправке
(рис. 104). При этом одновременно об-
рабатывается ряд поверхностей одной
или нескольких заготовок. Сокращение
числа операций, установок и переходов
повышает производительность. Приме-
нение наборов фрез обеспечивает так-
же более высокую точность и качество
деталей, по сравнению с обработкой от-
дельными фрезами.
Рис. 102. Фреза с пятигранными неперетачивае-
мыми пластинами
Рис. 103. Ступенчатая фреза с неперетачиваемы-
ми пластинами
150
Глава VI. Фрезы
Рис. 104. Схемы наборов фрез
При проектировании набора фрез за-
даются диаметром наименьшей фрезы,
а диаметры других фрез определяются
исходя из размеров и взаимного распо-
ложения обрабатываемых поверхностей.
Следует по возможности избегать боль-
шой разницы в диаметрах фрез, так как
в этом случае затруднительно обеспе-
чить для всех фрез набора целесообраз-
ные режимы резания. Например, число
оборотов оправки, выбранное в соответ-
ствии с принятой оптимальной скоростью
резания для наименьшей по диаметру
фрезы, не будет оптимальным для фре-
зы большего диаметра, если обе сравни-
ваемые фрезы изготовлены из одного ин-
струментального материала. В рассма-
триваемом случае также трудно обеспе-
§ 4. Наборы фрез
151
Рис. 105. Способы перекрытия зубьев фрез набора
чить размеры диаметров посадочных от-
верстий для всех фрез набора.
Для расположения фрез на оправке и
обеспечения при этом требуемого рас-
стояния между ними пользуются уста-
новочными кольцами различной шири-
ны. Кольца могут быть регулируемые и
нерегулируемые. Регулируемые кольца
позволяют без съема фрез с оправки
менять расстояние между ними, что ис-
ключает необходимость применения точ-
ных жестких установочных колец.
Плавная работа набора достигается
специальной установкой зубьев фрез
относительно друг друга. Для этого шпо-
ночные канавки во фрезах располагаются
так, чтобы они были смещены по отно-
шению к зубу на разные углы. В резуль-
тате этого зубья отдельных фрез входят в
работу в различные моменты времени, и
весь набор образует как бы одну фрезу с
винтовым зубом. При изготовлении и
переточках фрезы набора снабжаются
второй шпоночной канавкой, которая
у всех фрез располагается единообразно
по отношению к зубу.
Наборы фрез целесообразно состав-
лять из фрез с острозаточенными зубь-
ями либо из фрез с затылованными зу-
бьями. У разнотипных фрез при переточ-
ках их диаметры изменяются по различ-
ным законам, что может привести к ис-
кажению профиля детали. Наборы фрез
используются как при обработке преры-
вистых, а так и при обработке сплошных
профилей детали. Для сплошного про-
филя требуют перекрытия зубьев двух
соседних фрез во избежание образования
заусенцев и рисок на детали, восстанов-
ления осевых размеров профиля набора,
которые могут меняться в результате
переточек.
Перекрытие зубьев фрез набора может
обеспечиваться различными способами
(рис. 105) с помощью торцевых кулач-
ковых выступов (рис. 105, а, б), входя-
щих в соответствующие пазы соседней
фрезы; наклонных торцовых плоскостей
соприкасающихся фрез; расположения
выступающих из корпуса зубьев сбор-
ной фрезы во впадинах сопряженной
фрезы (рис. 105, в). В том случае, когда
набор состоит из фрез разного диаметра
ограничиваются поднутрением (рис. 105,г)
или выточкой на торце большой фре-
зы (рис. 105, д), куда входит фреза мень-
шего диаметра, создавая перекрытие
зубьев.
Наборы фрез применяются, главным
образом, на горизонтально-фрезерных
станках. Конструируя набор фрез и
уточняя область его целесообразного
применения следует учитывать, что зна-
чительные усилия, наблюдаемые при
фрезеровании, не должны превышать до-
пустимых значений по мощности станка,
прочности и жесткости оправки и детали,
прочности крепления детали в приспо-
соблении. С этой точки зрения не следует
применять наборы фрез с широким про-
филем при обработке нежестких и легко
деформируемых деталей. При высоких
требованиях к точности или большой глу-
бине резания целесообразно вести обра-
ботку в несколько проходов черновыми
и чистовыми наборами.
В инструментальном производстве на-
боры фрез находят применение при фре-
зеровании стружечных канавок метчи-
ков, разверток и других инструментов.
152
ФАСОННЫЕ ФРЕЗЫ
$ 1. ОСНОВНЫЕ понятия
Фасонные фрезы — это фрезы с фа-
сонной режущей кромкой. Они исполь-
зуются на любом фрезерном станке,
сравнительно легко обрабатывая слож-
ные поверхности с высокой степенью
точности и чистоты. В ряде случаев,
фасонная фреза является единственным
инструментом, которым можно обрабо-
тать сложный профиль изделия.
Наибольшее распространение получи-
ли фасонные фрезы при обработке вин-
товых и цилиндрических поверхностей
(прямых фасонных канавок), при изго-
товлении прямых и винтовых стружечных
канавок всевозможных инструментов.
Фасонными фрезами обрабатываются так-
же поверхности вращения. Однако, этот
случай в практике встречается сравни-
тельно редко.
Кинематическая схема фрезерования
фасонной поверхности включает быст-
рое вращение инструмента вокруг сво-
ей оси и сравнительно медленное дви-
жение подачи заготовки.
При обработке прямых канавок ис-
пользуется прямолинейно-поступатель-
ное движение подачи, направление кото-
рого совпадает с направлением прямо-
линейных образующих обработанной фа-
сонной цилиндрической поверхности Д.
Ось фрезы относительно поверхности
детали Д может занимать различные по-
ложения. Наиболее часто ось фрезы рас-
полагается в плоскости, перпендикуляр-
ной образующим фасонной цилиндриче-
ской поверхности детали Д.
Положение оси фрезы влияет на кон-
струкцию фрезы, длину активного уча-
стка режущей кромки и условия работы
ее. В частном случае, ось фрезы может
быть осью симметрии профиля поверх-
ности детали. Такие фрезы называют
пальцевыми фрезами.
При обработке фасонных поверхностей
вращения используется вращательное
движение подачи, ось которого совпадает
с осью обработанной поверхности враще-
ния детали Д.
В отличие от обточки детали одним или
несколькими резцами, при фрезерова-
нии весь профиль детали обрабатывает-
ся одновременно, что обеспечивает уве-
личение активной длины режущих кро-
мок и соответствующее повышение про-
изводительности. Чтобы компенсировать
радиальные усилия резания, воздейству-
ющие на деталь, весьма значительные
по величине, применяют двухшпиндель-
ные станки. В результате создаются две
зоны резания и обработка детали закан-
чивается при ее повороте вокруг своей
оси на 185°—190°.
Обработка поверхностей вращения рас-
сматриваемым методом, вместо точения,
не получила широкого распространения,
так как требует дорогостоящего инстру-
§ 2. Фасонные затылованные фрезы
153
мента и сложных специальных стан-
ков.
Фрезерование фасонных винтовых
поверхностей производится при винто-
вом движении подачи, ось и параметр ко-
торого совпадают с осью и параметром
обработанной поверхности детали. Ось
фрезы может занимать различные поло-
жения. В зависимости от выбранного
положения оси, могут быть использова-
ны при фрезеровании винтовых поверх-
ностей дисковые, торцовые и пальцевые
фасонные фрезы.
Фасонные фрезы для обработки вин-
товых поверхностей широко использу-
ются при фрезеровании винтовых стру-
жечных канавок всевозможных режущих
инструментов, нарезании резьбы и т. п.
В соответствии с принятым способом
переточек фасонные фрезы могут быть
с затылованными и с остроконечными
зубьями. Затылованные фрезы перетачи-
ваются по передней поверхности, а фре-
зы с остроконечными зубьями — по зад-
ней фасонной поверхности.
S 2. ФАСОННЫЕ ЗАТЫЛОВАННЫЕ ФРЕЗЫ
При конструировании фасонных за-
тылованных фрез передней поверхностью
выбирается плоскость Р, включающая
фасонную режущую кромку. Большин-
ство затылованных фрез изготовляется
с передним углом у = 0 и углом наклона
режущей кромки К = 0. Передняя плос-
кость таких фрез (у = 0 и X = 0) про-
ходит через ее ось. Выбор такого поло-
жения передней плоскости объясняется
тем, что величины углов у и X отличные
от нуля осложняют расчет, изготовление
и контроль фрез, а также при ее переточ-
ках вносят погрешности в профиль де-
тали, даже если новая фреза и обеспечи-
вает точную обработку заданной поверх-
ности.
Форма задней поверхности проектиру-
ется таким образом, чтобы обеспечить
сохранение формы режущей кромки при
переточках и получение необходимых зад-
них углов на протяжении активного уча-
стка кромки.
Переточка фрез по передней плоскости
происходит таким образом, чтобы при
переточках величины углов у — 0 и
к = 0 оставались неизменными, т. е.
при переточках сохраняется радиальное
расположение передней плоскости.
Чтобы создать заднюю поверхность,
заставим переднюю плоскость с распо-
ложенной в ней фасонной режущей кром-
кой вращаться вокруг оси фрезы и од-
новременно совершать поступательное
движение «самой по себе». В этом случае
режущая кромка, расположенная в пе-
редней плоскости, опишет поверхность,
которую можно рассматривать как сово-
купность бесконечного числа режущих
кромок, расположенных в осевых плос-
костях и сдвинутых одна относительно
другой. Если принять рассматриваемую
поверхность за заднюю поверхность, то
при переточках фрезы по передней плос-
кости форма режущей кромки будет ос-
таваться неизмененной. При переточках
каждый раз будет удаляться одна из
режущих кромок и обнаруживаться иден-
тичная ей новая кромка, расположенная
в осевой плоскости фрезы.
В результате рассматриваемого дви-
жения передней плоскости, траекторией
любой исследуемой точки режущей кром-
ки может быть произвольная кривая,
которую называют кривой затылова-
ния.
Если при вращении передняя плос-
кость одновременно будет удаляться от
оси фрезы, то кривой затылования будет
линия 1 (рис. 106, а). Если передняя
плоскость будет только вращаться, то
кривой затылования будет окружность
2. Если передняя плоскость вращаясь
будет приближаться к оси фрезы, то
кривой затылования может быть прямая
4 либо кривая 3.
154
Глава VII. Фасонные фрезы
а 5
Рис. 106. Схема радиального затылования
Из всех возможных кривых затылова-
ния практически приемлемой будет та,
которая обеспечивает образования не-
обходимых положительных задних уг-
лов как у новой, так и у переточенной
фрезы.
Кривая 1 не может быть принята за
кривую затылования, так как задние
углы при этом будут отрицательные.
Окружность 2 дает задние углы равные
нулю, что также неприемлемо.
Кривая 3 и прямая 4 обеспечивают по-
лучение положительных задних углов.
Они могут быть приняты за реальные
кривые затылования.
В процессе изготовления затылован-
ных фрез задняя поверхность их соз-
дается специальным методом обработки,
называемым затылованием. Режущим ин-
струментом при этом служит затыловоч-
ный резец (рис. 106, б), передняя плос-
кость которого обычно устанавливается
в осевой плоскости фрезы. В этом случае
режущая кромка резца будет совпадать
с режущей кромкой зуба фрезы, у ко-
торой у = 0 и Л, = 0.
В результате движения резца относи-
тельно фрезы его режущая кромка сре-
зает материал заготовки и формирует
обработанную заднюю поверхность зуба
фрезы. В процессе создания задней по-
верхности роль движущейся кромки вы-
полняет в действительности передняя
плоскость затыловочного резца и его
режущая кромка.
В процессе затылования фреза враща-
ется вокруг своей оси с угловой скоро-
стью—<о, а резец движется прямолиней-
но-поступательно со скоростью V. Дви-
жение резца и его режущей кромки от-
носительно фрезы будет складываться
из вращения с угловой скоростью и
поступательного движения со скоростью
V. Скорость поступательного движения V
может быть направлена перпендикуляр-
но оси фрезы. Такой метод затылования
называют радиальным. Осевое затылова-
ние характеризуется тем, что скорость
поступательного движения V направлена
параллельно оси фрезы. Метод затыло-
вания, при котором скорость V посту-
пательного движения направлена под не-
которым углом т к плоскости, перпенди-
кулярной оси фрезы, называют угло-
вым затылованием.
Определим задние углы у затылован-
ной под углом фрезы. Рассмотрим точку
С (рис. 107) режущей кромки. Фреза, у
которой у = 0 и Л = 0. Радиус точки С
обозначим через В точке С угол меж-
ду касательной к режущей кромке и
торцевой плоскостью, перпендикулярной
оси фрезы, будет <р.
Примем_угол между направлением
скорости V (направление затылования)
и торцевой плоскостью равным т. Бу-
дем определять задний угол а,- в сече-
нии I—I, составляющем угол е с торце-
вой плоскостью и проходящем через век-
тор скорости вращения точки С
вокруг оси фрезы.
В исследуемой точке С проведем еди-
ничный вектор Р по касательной к ре-
жущей кромке. В системе xyz Р — i.
Вектор Ус скорости движения точки
режущей кромки затыловочного резца,
совпадающей с точкой С, будет равен:
Vc — V -j-
§ 2. Фасонные затылованные фрезы
155
В системе координат хуг он записыва-
ется таким образом:
Vc = — iV cos (ф -j- т) —- j V sin (q> + т) +
-j-
Вектор Vc касается кривой затылования
в точке С, т. е. касается траектории дви-
жения рассматриваемой точки режущей
кромки резца относительно фрезы. Сле-
довательно вектор Vc будет касаться
задней поверхности зуба фрезы в точке С.
В сечении /—/ через точку С прове-
дем вектор 3 по касательной к задней
поверхности зуба. В системе хуг он
будет:
3 => — i cos (<р в) — / sin (ф + в) -р
+ k ctg as.
Три вектора Р, V, 3 лежат в одной плос-
кости, касающейся в точке С задней
поверхности зуба фрезы. Поэтому их
смешанное произведение равно нулю.
Следовательно:
1
О
— V cos (<j> + т); — V sin (<р + т); <о/?£ = 0.
— cos (<р + е); — sin (ф + е); ctg a£
Определяя a£, получим:
— v sin (Ф + т)
® { wRi sin (ф + е) *
В нормальном сечении, перпендикуляр-
ном режущей кромке (в = 90—ф), зад-
ний угол аи будет равен:
tgaH=-^rSinfo4-T).
В торцевом сечении, перпендикулярном
оси фрезы, соответственно будем иметь:
8=0,
to re — V Sin (Ф + T)
g aRi sin Ф
Рис. 107. Схема наклонного затылования
Сравнивая два написанных соотношения,
получим:
tg aH = tg aT = sin ф.
В частном случае при радиальном заты-
ловании (т = 0) формулы приобретают
вид:
tgaH=—^5ШФ.
tgaT 5=4 ~^rT’
Если задний угол в вершинной точке
режущей кромки фрезы в торцевом се-
чении обозначить «в, то в произвольной
точке режущей кромки задние углы будут
равны:
X R X
tgaT^-^-tg^
X Ri-
tg«H ==-}£-tgaBsn^,
156
Глава VII. Фасонные фрезы
где R — радиус фрезы в вершинной
точке режущей кромки
. V
tg «в = —7Г •
ь в toR
Анализ полученных зависимостей
показывает, что характер изменения
задних углов вдоль режущей кромки
фрезы не зависит от принятой кривой
затылования.
В промышленности наибольшее рас-
пространение получили фрезы, затыло-
ванные по архимедовой спирали.
В рассматриваемом случае равномер-
ному вращению фрезы при затыловании
соответствует равномерное движение за-
тыловочного резца со скоростью V. Путь,
который проходит резец при его посту-
пательном движении с постоянной ско-
ростью V за время t поворота фрезы во-
круг ее оси на один зуб, называют вели-
чиной затылования К.
Угол поворота фрезы на один зуб при
равномерном вращении равен:
Соответственно величина затылования К,
как путь при равномерном прямолиней-
ном движении, равна:
K^Vt.
Следовательно, при затыловании по ар-
химедовой спирали имеет место соотно-
шение:
w 2л
Подставляя эту величину в формулу для
подсчета заднего угла ав в вершинной
точке в торцевом сечении, получим:
. _ Кг _ Кг
tgaB— 2л« лО •
Решая это уравнение относительно К,
получим:
,, л£) ,
tgaB.
По этой формуле подсчитывается при
проектировании фасонных затылован-
ных фрез величина затылования К при
выбранном значении заднего угла ав
на вершине зуба фрезы. В вершинной
точке фрезы обычно устанавливается зад-
ний угол ав = 10—12°. Его можно уве-
личивать до 17°. Однако большая ве-
личина заднего угла ав приводит к уве-
личению высоты и, следовательно, к
ослаблению зуба фрезы.
По величине затылования К подбира-
ется кулачок, устанавливаемый в суп-
порте затыловочного станка для сообще-
ния резцу поступательного движения.
При этом в большинстве случаев при-
ходится расчетную величину К округлять
до ближайшего значения принятого ряда
кулачков. Из-за округления фактический
задний угол ав на фрезе уже не будет
точно равен его принятому значению.
При известной величине затылования К
задние углы в произвольной точке ре-
жущей кромки фрезы, при их измерении
в нормальном к режущей кромке сече-
нии подсчитываются по формуле:
. Кг
^"WSln *Р-
Для нормальной работы фрезы необхо-
димо, чтобы угол ан во всех точках ре-
жущей кромки был не менее 2—3°, и
только в исключительных случаях его
можно снизить до 1—1,5°.
Невозможно обеспечить минимально
допустимую величину заднего угла в
точках режущих кромок, где величина уг-
ла ф близка нулю. В подобных случаях
можно попытаться изменить установку
детали, т. е. повернуть деталь на угол,
если это возможно (рис. 108), и обес-
печить на фрезе величины углов ф резко
отличные от нуля. Можно также принять
угловой метод затылования фрезы.
При проектировании затылованных
под углом фрез необходимо определить
направление затылования, т. е. угол т
§ 2. Фасонные затылованные фрезы
157
и величину затылования К. При опреде-
лении указанных величин будем счи-
тать известными величины аН1 и ан, в
двух точках профиля, их радиусы и
Т?2 и углы в плане для рассматриваемых
точек <рг и ф2.
При принятых обозначениях для точ-
ки 1 справедливо соотношение:
tg“H. = ^-sin(<Pi+T)
или
„ 2nR,
г sin (<р, + т)
Соответственно для точки 2 будем иметь:
_ 2n/?2tgqHg
г sin (<р2 + т) ’
Решая совместно два рассматриваемых
уравнения относительно угла т, получим
формулу для определения направления
углового затылования при известных
задних углах в двух точках профиля
фрезы:
__ Rx tg qH< sin ф2 — R2tgqH; sin tp,
g T ~ Ra tg qHg cos <p, — R, tg qHj cos <p2 ’
Первой точкой профиля может быть взя-
та вершинная точка и принят задний угол
ан, = 8 -4- 10° при <р! = 90°. Второй то-
чкой может быть точка, у которой угол
<р2 = 0. В этой точке задний угол ан,
может быть принят равным 3—4°. В этом
случае угол т будет подсчитываться по
упрощенной формуле:
t R2tgqHg
Ri tgqH, ’
Угловое затылование позволяет обеспе-
чить получение положительных задних
углов только для односторонних профи-
лей (рис. 108).
По сравнению с рассмотренными фре-
зами (у = 0, А, = 0), фрезы с положитель-
ными передними углами работают в бо-
лее легких условиях. Поэтому примене-
Рис. 108. Схема наклонной установки детали
ние их на практике целесообразно. Для
некоторых сталей, в частности жаро-
прочных, применение фрез без положи-
тельного переднего угла недопустимо,
так как при этом они имеют весьма низ-
кую стойкость.
Для фрез из быстрорежущей стали ре-
комендуемые величины передних углов
у находятся при обработке стальных де-
талей в пределах 10—20°.
У фрез с положительным передним уг-
лом у и прямыми канавками (А. = 0)
величины передних углов изменяются по
длине режущей кромки. На участках
режущих кромок, у которых угол ср =
= 0, передние углы при их измерении
в главной секущей плоскости равны
нулю.
Чтобы на торцевых участках кромок
получить положительные передние уг-
лы, проектируют фрезы с наклонными
канавками, у которых принимают угол
А, = 10—20°. Однако, если фреза с на-
клонными зубьями имеет двухсторонний
профиль, то подобно полукруглым фре-
зам, только на одном ее торце на режущих
кромках создаются положительные пе-
редние углы; на втором же торце перед-
ние углы будут отрицательными. С це-
лью получения на обоих торцевых уча-
стках режущих кромок положительных
передних углов принимают фрезы с раз-
нонаправленными зубьями. У этих фреэ
участки режущих кромок с отрицатель-
ными значениями передних углов сре-
заются. Поэтому на рассматриваемых
158
Глава VII. Фасонные фрезы
участках работает только половина
зубьев.
Фрезы с симметричным профилем и
разнонаправленными зубьями (у =/= 0 и
X =/= 0) обеспечивают более плавное из-
менение величин передних углов уп
по длине режущих кромок.
$ 3. ГРАФИЧЕСКОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ
ЗАТЫЛОВАННЫХ ФРЕЗ ДЛЯ ОБРАБОТКИ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
(ПРЯМЫХ КАНАВОК)
Профилирование зубьев фрезы за-
ключается в нахождении размеров про-
филя фрезы по передней поверхности
(формы и размеров режущей кромки зу-
ба фрезы) и определении профиля зад-
ней поверхности в осевом сечении.
Форма режущей кромки фрезы (подоб-
но форме режущей кромки любого ин-
струмента) определяется из условия соз-
дания в результате фрезерования задан-
ной формы детали, т. е. формы и разме-
ров обработанной поверхности.
При фрезеровании прямых канавок
движение фрезы относительно заготов-
ки складывается из двух движений:
1) вращения фрезы вокруг своей оси;
2) поступательного движения фрезы—
движения подачи вдоль фрезеруемой
канавки. Последнее движение обыч-
но направлено перпендикулярно оси
фрезы.
В результате вращения фрезы вокруг
своей оси режущие кромки ее описывают
в пространстве поверхность вращения
И. Поверхность вращения режущих кро-
мок вокруг оси фрезы и обработанная
поверхность являются касательными по-
верхностями.
Поэтому при заданной поверхности
детали (ее необходимо получить при
фрезеровании) поверхность Й, на кото-
рой должны располагаться режущие кро-
мки фрезы, может быть найдена как по-
верхность вращения, касательная к по-
верхности изделия. Заметим, что ось
поверхности вращения И совпадает с
осью фрезы, положение которой отно-
сительно поверхности детали, опреде-
ляется радиусом или диаметром D фрезы.
Искомая режущая кромка фрезы рас-
полагается как на поверхности вращения
И, так и на передней плоскости. Поэтому
она может быть найдена как линия пере-
сечения передней плоскости зуба фре-
зы и поверхности вращения Й. Поло-
жение же передней плоскости относитель-
но поверхности И определяется углами
у и А.
При найденной таким образом форме
режущей кромки фрезы профиль зуба
фрезы в осевом сечении может быть
определен из анализа процесса затылова-
ния — процесса формирования задней
поверхности зуба фрезы.
В процессе затылования движение за-
тыловочного резца относительно фрезы
слагается из вращения резца вокруг оси
фрезы с угловой скоростью <о и посту-
пательного движения резца со скоростью
V. При этом режущая кромка затыло-
вочного резца описывает поверхность,
которая и будет задней поверхностью
зуба фрезы. На этой задней поверхности
располагается режущая кромка фрезы.
Поэтому траектории точек режущей кро-
мки резца при его затыловочном движе-
нии должны проходить через режущую
кромку фрезы. Совокупность этих тра-
екторий (кривых затылования) и будет
задней поверхностью. Совокупность то-
чек пересечения траекторий с осевой пло-
скостью будет искомым осевым сечением
зуба фрезы.
Графическое профилирование фрезы
приведено на рис. 109.
Исходные данные:
1. Профиль детали 2 (поверхность,
которую необходимо получить на изде-
лии при фрезеровании);
2. Диаметр фрезы D и ее радиус R —
~~ 2 ’
§ 3. Графическое профилирование затылованных фрез
159
Рис. 109. Схема профилирования фрез для обработки фасонных
цилиндрических поверхностей
3. Геометрические параметры режущей
части фрезы — углы у, X, ав в вершинной
(базовой) точке фрезы.
Требуется определить профиль фрезы
по передней плоскости 1 и профиль осе-
вого сечения зуба фрезы 3.
За плоскости проекций примем:
1. Плоскость V, перпендикулярную
оси фрезы и параллельную направлению
подачи.
2. Плоскость W, перпендикулярную
направлению подачи.
3. Плоскость Н, перпендикулярную
плоскостям V и W.
При выбранной таким образом системе
плоскостей проекций профиль детали
изобразится на плоскости И7 без искаже-
ния. Положение профиля детали выби-
раем так, чтобы его базовая точка А
лежала на плоскости Н. Это условие при-
нимается с целью упрощения построе-
ния.
Базовой точкой профиля будет наи-
более удаленная от оси фрезы точка,
лежащая на профиле. Тогда ось фрезы
будет перпендикулярна плоскости V и
отстоять от плоскости Н на расстоянии,
равном R. Проекция оси фрезы на плос-
кость V изображается одной точкой О'.
Определим положение базовой точки
режущей кромки зуба фрезы, которая
обрабатывает базовую точку А профиля
детали.
Проведем через базовую точку про-
филя сечение I—/, перпендикулярное
оси фрезы. Это сечение будет пересекать
с одной стороны обработанную поверх-
ность по прямой АС, с другой стороны,
оно будет пересекаться по окружности
с поверхностью И. Любая точка режущей
кромки, а, следовательно, и базовая точ-
ка И, лежит на поверхности И.
В процессе фрезерования поверх-
ность И касается обработанной поверх-
ности. Поэтому в сечении I—I искомая
окружность будет окружностью AD,
касательной к прямой АС. Базовая точ-
ка режущей кромки фрезы может быть
выбрана произвольно на окружности
AD.
160
Глава VII. Фасонные фрезы
Целесообразно для упрощения гра-
фического построения за базовую точку
принять точку А касания окружности
AD и прямой АС, лежащую в плоскости
Н. Этим самым профилируемый зуб
фрезы фиксируется в определенном по-
ложении. При выбранном положении ба-
зовой точки передняя плоскость фрезы
определяется углами у и Л. Передний угол
у характеризуется положением фрон-
тальной прямой АЕ (проекции ее обо-
значены аеп а'е'} в передней плоскости
Р фрезы. Угол измеряется в сечении I—I
и проектируется в натуральную величину
на плоскости V. Угол наклона Л харак-
теризует положение горизонтальной пря-
мой AF (проекции ее af и a'f), лежащей в
той же передней плоскости Р. Этот угол
проектируется в натуральную величину
на плоскость Н.
Две пересекающиеся в базовой точке
прямые AF и АЕ вполне определяют
положение передней плоскости Р, следы
которой обозначены через Pv и Ph.
Чтобы отыскать, кроме базовой точ-
ки А, другие точки режущей кромки,
воспользуемся способом сечений плос-
костями, перпендикулярными оси фрезы.
Секущие плоскости проводим через
точки, определяющие форму профиля
изделия. Так, через точку G проведено
сечение II — II. Линия пересечения
II—II и обработанной поверхности бу-
дет GL. Окружность GM, касательная
к этой линии, будет линией пересечения
поверхности вращения И и сечения
II—II, так как поверхность И касает-
ся обработанной поверхности.
Сечение II—II, пересекаясь с перед-
ней плоскостью Р, дает прямую MF
(проекции ее tnf и т'Г). Точка М пере-
сечения прямой MF (в передней плос-
кости) и окружности GM (на поверх-
ности И) и будет искомой точкой режу-
щей кромки, расположенной на линии
пересечения поверхности И и передней
плоскости Pv.
Подобным образом находятся другие
точки режущей кромки фрезы.
Истинная величина режущей кромки
МА находится способом совмещения пе-
редней плоскости Р с вертикальной пло-
скостью проекций путем поворота плос-
кости Р вокруг ее вертикального сле-
да Рв.
Для определения осевого сечения зуба
фрезы необходимо через все найденные
точки режущей кромки провести кривые
затылования. Кривые затылования (ар-
химедовы спирали в рассматривае-
мом случае v = const и <о = const) при
прямом затыловании располагаются в
плоскостях, перпендикулярных оси фре-
зы. Для точек AM этими плоскостями
будут I—I и II—II.
Кривые затылования при графиче-
ском построении могут быть приближен-
но заменены окружностями. Центр 01
этих окружностей на плоскости V вы-
бирается на прямой, составляющей угол
ав с радиусом базовой точки о'а'. Рас-
стояние от базовой точки до центра 01
принимается равным радиусу фрезы R.
Кривые затылования проектируются без
искажения на плоскость V. На плоскости
же Н и W они проектируются на соот-
ветствующие следы сечений I—I и II—
II. Совокупность кривых затылования,
проведенных через все точки режущей
кромки, образует заднюю поверхность
зуба фрезы. Рассекая эту поверхность
одной из осевых плоскостей, получим
искомое осевое сечение зуба — профиль
фрезы в осевом сечении. Для простоты
построения секущей плоскостью возь-
мем плоскость S, проходящую через
ось фрезы параллельно плоскости W.
В этом случае на плоскость W осевое се-
чение будет проектироваться в натураль-
ную величину.
Базовая точка А режущей кромки ле-
жит в выбранном осевом сечении. Для
отыскания второй точки рассмотрим се-
чение II—II. В сечении II—II распо-
§ 4. Аналитическое профилирование затылованных фрез
161
лагается кривая затылования МТ.
Это же сечение II—II пересекает осевую
плоскость S по прямой TG.
Точка Т (проекции ее обозначены t и
f) пересечения прямой TG с кривой за-
тылования МТ и будет второй искомой
точкой осевого сечения зуба фрезы.
Соединяя найденные таким образом точ-
ки Т, А, получим на плоскости W на-
туральную величину осевого сечения зу-
ба фрезы, изображаемого линией Г d'...
$ 4. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ
ЗАТЫЛОВАННЫХ ФРЕЗ
ДЛЯ ОБРАБОТКИ
ЦИЛИНДРИЧЕСКНХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Методика аналитического профили-
рования фасонных затылованных фрез
сводится к следующему:
определяется поверхность И исход-
ного тела вращения, касательная к по-
верхности детали D, ось которой совпа-
дает с осью фрезы;
находится режущая кромка как линия
пересечения поверхности И и передней
плоскости зуба фрезы;
создается задняя поверхность как со-
вокупность кривых затылования, про-
веденных через режущую кромку;
отыскивается профиль зуба фрезы, т. е.
линия пересечения задней поверхности
и плоскости проходящей через ось
фрезы.
Рассмотрим случай, когда ось фрезы
идет перпендикулярно образующей, об-
работанной цилиндрической поверх-
ности детали. Тогда профиль поверх-
ности детали совпадает с профилем по-
верхности И и исходную поверхность
вращения И можно рассматривать как
поверхность образующуюся при вра-
щении профиля детали, расположенно-
го в осевой плоскости фрезы вокруг
ее оси.
В системе х0 р0 гв (рис. ПО) уравне-
ние профиля поверхности детали, сов-
6 4-1967
Рис. ПО. Схема аналитического профилирова-
ния фрез
падающего с ним профиля исходной по-
верхности И будет:
го = 0,
Уо~Нх»)-
С осью фрезы свяжем систему координат
хуг, направив ось х по оси фрезы, а ось
у — параллельно образующим обрабо-
танной цилиндрической поверхности де-
тали D.
Уравнения поверхности И вращения
профиля детали (z0 — 0) вокруг оси фре-
зы в системе хуг будут:
г = (₽ — у0) cost,
y = (R — y9) sint,
X — х9,
где t — угол поворота профиля детали
вокруг оси фрезы.
Будем считать, что проектируется фре-
за с прямым зубом (X = 0) и положитель-
ным передним углом у. Выберем систему
координат х^гу, связанную с передней
плоскостью исследуемого зуба фрезы.
Ось хг направим в передней плоскости по
оси х0, а ось гх — по нормали к передней
плоскости.
162
Глава VII. Фасонные фрезы
Формулы преобразования координат
будут:
г — R —<£/xcosy— zxsiny,
y~zt cosy — sin ?,
* —’ —• л0’
Тогда в системе координат х^^ исход-
ная поверхность вращения И может быть
записана таким образом:
Хх =; X,
(R— y0)cost — R—-i/jcosy —Ztsiny,
— sin/?i cosy —г/i sin у.
Совместное рассмотрение этих урав-
нении с уравнением передней плоскости
Р дает режущую кромку проектируе-
мой фрезы.
Уравнение передней плоскости запи-
сывается таким образом:
zx =s 0.
Следовательно
(Я ~' У о) cos / = /?-— i/x cos у,
(Я —Уо) sin/=i/i sin у.
Определяя отсюда угол t и координату
у1г получим:
sm(y + 0- ,
К— У о
_ (R — у0) sin t __ 7?sinf
sin 7 sin (t + 7) *
Таким образом расчет профиля зуба
фрезы в передней плоскости, т. е. опре-
деление формы режущей кромки, можно
вести в следующей последовательности:
в соответствии с уравнением профиля
детали у0 = f (х0) выбираем ряд узло-
вых точек и определяем их координаты
ХоУо',
подсчитываем координаты соответству-
ющих точек режущей кромки зуба фре-
зы по формулам:
Zj = 0,
**1 Л0’
« sinZ
sin у
где
• / । л R • sin 7
S,n<T + />“-R=SI-
Чтобы определить форму задней по-
верхности фрезы, введем систему коор-
динат Хауага, связанную с затыловоч-
ным резцом. Расположим оси х3 и уа в
осевой плоскости фрезы, т. е. в передней
плоскости затыловочного резца. Ось ха
направим параллельно оси х1( а ось уа
перпендикулярно оси фрезы.
Система координат Хдуага, вместе с
затыловочным резцом, будет относитель-
но фрезы, т. е. относительно системы хуг
совершать сложное движение затылова-
ния, складывающееся из вращения во-
круг оси фрезы и поступательного пере-
мещения, в результате которого при ра-
диальном затыловании система Хзу3га
будет приближаться к оси фрезы.
Рассмотрим затылование по архиме-
довой спирали, когда повороту системы
•^з!/з2з на некоторый угол т соответ-
ствует пропорциональное ее перемещение
к оси фрезы на величину Д, которая под-
считывается по формуле:
а Kz
Д = -о—х,
2л ’
где К <— величина затылования;
z — число зубьев фрезы;
т — угол поворота, рад.
Тогда формулы преобразования систем
координат хоуого и xsy3z3 будут:
х3 = х0,
га — z0 cos т —yosinT + jRsinr,
уа — у0 cos т -J- z0 sin т —R cos т +
+ (₽-Д).
Формулы преобразования систем ко-
ординат xxi/xzx и xayaza будут:
Ха = Хх,
Zg —zxcos(y + т) —• г/х sin (у т) +
4-jRsinx,
§ 4. Аналитическое профилирование затылованных фрез
163
Уз — Ух cos (у + т) гх sin (у + т) —
— 7? cost + (7?—• Д).
Совместное рассмотрение этих фор-
мул преобразования систем координат
x^Zj и Xs93z3 и уравнений режущей
кромки в системе хгухгх определяет зад-
нюю поверхность зуба фрезы, которая
является совокупностью кривых затыло-
вания, т. е. совокупностью траекторий
движения точек режущей кромки в систе-
ме x3y3z3. Поэтому, приняв в формулах
преобразования координат Zj = 0 и счи-
тая, что уг удовлетворяет уравнению
режущей кромки, получим уравнения
задней поверхности зуба затылованной
фрезы:
z3 = — уг sin (у + т) 4- 7? sinx,
Уз ~ Ухcos (Т + т) — 7? cos т + R — А.
Сечение, проходящее через ось фрезы
в системе x^3z3, будет:
Zj = O.
Следовательно
7? sin т = уг sin (у + т),
но
__ R sin t (R — уп) sin t
sin (f + у) sin у
Поэтому
sin t__________________sinr
sin (f + y) sin (t + y) ’
ИЛИ
t = T.
Тогда координата y3 профиля зуба фре-
зы в осевом сечении z3 = 0 будет равна:
__ R sin 1 cos (Z + У)
sin (t + y)
iRcost + 7?—. A.
Проведя ряд преобразований, получим:
Уз~Уо~ д-
Таким образом, при известных коорди-
натах Хъу0 узловых точек профиля де-
тали расчет координат соответствующих
6*
точек профиля зуба затылованной фре-
зы с X = О производится по формулам:
х3 == х0,
Уз — Уз 2я К
sin(y + 0t=
7? sin у
R — У о ’
где 7? — радиус фрезы в базовой точке;
у«— передний угол.
В общем случае проектирования фа-
сонных затылованных фрез с наклонны-
ми зубьями, когда у #= 0 и X #= О рас-
чет профиля фрезы в передней плоскос-
ти проводится по формулам:
1 Г . , . cos2 у
хг = х0 У +
Ух — 7? cos у — (7? — у0) cos (у + 7),
где
- z , Л 7? sin у— x0tgXcosy
Sin (у + 0 =---- ----------- •
А -У О
Профиль осевого сечения зуба фрезы
су^Ои^О определяется по фор-
мулам:
Х3 ~ ^0»
Kz-t
Уз^Уо—-^-'
где t — угол, рад-,
хоУо — координаты точки профиля
детали;
хгух — координаты соответствующей
точки профиля фрезы в пе-
редней плоскости;
xdh— координаты точки профиля
зуба фрезы в осевом сечении;
у — передний угол, измеряемый в
торцевом сечении в базовой
точке;
А — статический угол наклона ре-
жущей кромки зуба фрезы
в базовой точке.
Угол А измеряется в сечении, перпен-
дикулярном радиусу, соединяющему ба-
зовую точку режущей кромки с осью
фрезы.
164
Глава VII. Фасонные фрезы
Приведенные формулы справедливы
для случая фрезерования прямых кана-
вок, когда ось фрезы располагается в
плоскости, перпендикулярной образу-
ющим обработанной цилиндрической фа-
сонной поверхности детали.
Рассмотрим частный случай, когда
угол у = 0 и X = 0.
Тогда
sin (у 4-I) — 0,
~ *0 ~ %3>
— Уз = Уе-
Для фрез, у которых передняя плос-
кость является осевой плоскостью (у =
= 0 и X = 0), профиль зуба фрезы в пе-
редней плоскости и осевом сечении сов-
падают с профилем детали и их размеры
не зависят от радиуса фрезы. Поэтому
такие фрезы при переточках остаются
теоретически точными.
Переточенными фрезами обрабатыва-
ются детали без отклонений от требуе-
мой формы.
Если же фреза имеет передний угол
у, равный нулю, то (как это следует из
приведенных выше зависимостей) про-
филь зуба фрезы зависит от ее радиуса.
Поэтому при уменьшении радиуса фре-
зы в результате переточек у теоретиче-
ски точной фрезы должен был бы соот-
ветственно меняться и профиль зуба в
осевом сечении. Однако в действительнос-
ти профиль осевого сечения зуба за-
тылованной фрезы сохраняется неизмен-
ным. В результате при переточках фре-
зы будут вноситься в профиль детали
определенные погрешности.
Чтобы уменьшить абсолютные вели-
чины погрешностей, возникающих в ре-
зультате переточек фрезы, при расчетах
профиля можно принимать радиус фре-
зы равным:
^расч = R — о,25/с,
где К — величина затылования.
Таким образом, сечение, в котором
определяется расчетное значение радиуса
фрезы, смещается на четверть шага
внутрь зуба.
Стачивание зуба обычно производится
примерно до половины окружного шага.
§ 5. УСЛОВИЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ
ПРИ ОБРАБОТКЕ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
ФАСОННЫМИ ФРЕЗАМИ
При обработке цилиндрических фа-
сонных поверхностей фрезами могут
иметь место такие условия, при которых
обработка заданной поверхности вооб-
ще невозможна. Могут также наблюдать-
ся явления подрезания профиля, т. е.
срезание большего, чем требуется, ко-
личества материала, либо наоборот, не-
дорезания части объема заготовки, что
не позволяет обрабатывать поверхность
детали в точном соответствии с чертежом.
Выяснение причин отклонения обра-
ботанной поверхности от заданных раз-
меров и выявление условий, при кото-
рых указанные отклонения не имеют мес-
та или находятся в допустимых пределах,
является первостепенной задачей при
проектировании инструментов.
Первым необходимым условием об-
разования цилиндрической поверхности
детали при фрезеровании является
условие существования исходной поверх-
ности вращения, соприкасающейся со
всеми образующими поверхности де-
тали.
Это условие всегда выполняется, ког-
да ось фрезы располагается в плоскости,
перпендикулярной образующим цилин-
дрической фасонной поверхности детали.
В этом случае исходная поверхность вра-
щения образуется вращением вокруг оси
фрезы профиля детали, расположенного
в плоскости N, проходящей через ось
фрезы, перпендикулярно обработанной
поверхности. В рассматриваемой плос-
§ 5. Условия формообразования при обработке цилиндрических поверхностей
165
кости N будет наблюдаться контакт всех
образующих поверхности детали и исход-
ной поверхности вращения.
Если ось фрезы не лежит в плоскости
N, условие существования исходной по-
верхности вращения, сопряженной с по-
верхностью детали, не всегда может быть
выполнено.
Например, в предельном случае, когда
ось фрезы будет параллельна образую-
щим, обработка наклонной плоскости
детали оказывается невозможной, так
как не существует поверхность вращения,
ось которой совпадала бы с осью фрезы и
которая касалась бы рассматриваемого
участка поверхности детали.
Соблюдение первого условия формо-
образования поверхности детали еще не
дает права утверждать, что обработанная
поверхность будет точно соответствовать
заданной форме. Если первое условие
выполнено, то, следовательно, существу-
ет и может быть найдена исходная по-
верхность вращения, касающаяся поверх-
ности детали вдоль характеристики. Ка-
сание поверхности детали и сопряженной
исходной поверхности вращения может
быть внешним и внутренним. Так на
рис. 111, а, б изображена поверхность де-
тали и исходная поверхности вращения в
случае их внешнего касании, когда ис-
ходная поверхность находится вне тела
детали. Поэтому внедрения исходной по-
верхности в поверхность детали, а,
следовательно, и вырезание части мате-
риала детали в процессе обработки не
будет наблюдаться.
На участке Ьс профиля детали на-
блюдается внутреннее касание рассма-
триваемых сопряженных поверхностей,
когда исходная поверхность вращения
проходит в теле детали (рис. 111, в).
При обработке исходная поверхность
внедряется в тело детали и вырезает ее
соответствующие части. В результате
будет получена деталь, размеры которой
будут отличаться от заданных.
Если на зубе фрезы осуществить в
металле профиль соответствующий участ-
ку Ьс, деталь окажется подрезанной,
т. е. будет снято материала заготовки
больше, чем необходимо. Если же в ме-
талле осуществить на фрезе только про-
филь соответствующий участку ес, то
часть материала заготовки, которую не-
обходимо было бы удалить при обра-
ботке, окажется несрезанной.
Чтобы в рассматриваемом случае обес-
печить точную обработку заданной по-
верхности детали, можно изменить по-
ложение оси фрезы относительно детали.
Если принять взаимное расположение
детали и фрезы такое, как на рис. 111, г,
можно точно обработать заданную по-
верхность, так как на всем протяже-
нии характеристики Ьсе обеспечивается
внешнее касание поверхности детали и
исходной поверхности фрезы. Практи-
чески не всегда указанный путь обеспе-
чения внешнего касания сопряженных
поверхностей оказывается возможным.
Условие внешнего касания исходной
поверхности вращения фрезы и поверх-
ности детали без их взаимного внедре-
ния является вторым условием формооб-
разования. Его необходимо соблюдать,
чтобы точно обрабатывать заданную по-
верхность.
Анализируя условия формообразова-
ния, следует также учитывать, что по-
верхность детали обычно состоит из ряда
соприкасающихся участков. В соответ-
ствии с этим при проектировании фрез
находятся участки исходной поверхности
166
Глава VII. Фасонные фрезы
О
н
Рис. 112. Образование переходной поверхности при фрезеровании прямых каиавок
вращения, сопряженные с соответству-
ющими участками поверхности детали.
Так, профиль детали, изображенный
на рис. 112, имеет три участка. Будем
считать, что ось фрезы составляет
угол 8 с образующей цилиндрической
поверхностью детали. Определим участ-
ки поверхности вращения фрезы, об-
рабатывающие три участка поверхности
детали.
Так как ось фрезы идет параллельно
плоскости 1 детали, исходная поверх-
ность вращения для этого участка будет
круглым цилиндром 4, который по ха-
рактеристике РЕ касается поверхности
детали.
Дл я наклонной плоскости 2 исходная
поверхность вращения будет усеченным
конусом 5, который по характеристике
АВ касается участка 2 поверхности де-
тали. Для плоскости 3 исходная поверх-
ность вращения будет также цилиндром
6, который по характеристике КМ ка-
сается участка 3 поверхности детали.
На каждом из трех участков поверх-
ности детали выполняются оба ранее
рассмотренные условия формообразова-
ния. Каждый из этих участков порознь
(если рассматривать участки изолиро-
ванно) может быть точно обработан со-
ответствующей фрезой с наклонной уста-
новкой ее оси. Однако при наклонной
установке оси фрезы точно обработать
заданную поверхность детали, состоя-
щую из трех участков, невозможно. Это
объясняется тем, что участки 4 и 5
исходной поверхности вращения пересе-
кают друг друга и поэтому невозможно
осуществить их полностью в металле.
В металле можно осуществить в форме
цилиндрической и угловой фрезы участ-
ки 4 и 5 до их пересечения по окружно-
сти NL. Тогда касание цилиндра 4 с
плоскостью / будет наблюдаться на
§ 6. Аналитическое профилирование сборных фрез, затылованных по окружности
167
участке EL характеристики. Поэтому пло-
скость / будет точно обработана только
на участке е" Г ее профиля.
Касание же усеченного конуса 5 и
наклонной плоскости 2 будет происхо-
дить только на отрезке NA характерис-
тики. Поэтому плоскость 2 будет точно
обработана только на участке а"п" ее
профиля. Между точками пТ профиля
детали будет при обработке воспроиз-
ведена переходная кривая, участок, со-
ответствующий переходной кривой, бу-
дет обрабатываться граничной окруж-
ностью NL пересечения участков 4 и 5
исходной поверхности вращения. На
этом участке наблюдается кромочное
соприкосновение пограничной окруж-
ности и переходной поверхности детали,
которая создается пограничной окруж-
ностью в результате ее поступательного
движения подачи.
На границе участков 2, 3 поверхно-
сти детали между сопряженными с ними
поверхностями вращения создается за-
зор б. Это позволяет в пределах зазора
б увеличить длину конуса 5 и цилиндра 6,
сопряженных с участками 2, 3 детали, и
таким путем сравнительно просто соз-
дать перекрытие в этой зоне обработки,
что может быть использовано в практике
при разработке соответствующих набо-
ров фрез.
Таким образом, для точной обработки
заданной поверхности детали, состоящей
из ряда смежных участков, необходимо
чтобы смежные участки исходной по-
верхности вращения фрезы не пересека-
ли друг друга. В этом заключается смысл
третьего условия формообразования,
которое должно соблюдаться при точной
обработке поверхности детали.
§ 6. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ
СБОРНЫХ ФРЕЗ,- ЗАТЫЛОВАННЫХ
ПО ОКРУЖНОСТИ
В практике при проектировании сбор-
ных фрез часто используется затыло-
вание по окружности, которое произво-
дится на обычном токарном или кругло-
шлифовальном станке.
При обточке ножи сборной фрезы
устанавливают в пазах приспособления
и обтачивают или шлифуют по профилю.
Приспособление напоминает собой кор-
пус сборной фрезы со смещенными паза-
ми для установки ножей.
После обточки ножей в приспособлении
1 (рис. 113) их переставляют в корпус 2
фрезы. Требуемые величины задних уг-
лов обеспечиваются при этом методе за-
тылования соответствующим располо-
жением паза в приспособлении. Величина
h смещения пазов приспособления под-
считывается по соотношению:
h = R sin (<хв 4- у).
При выводе этой зависимости было при-
нято, что радиус фрезы в базовой точке
режущей кромки равен радиусу задней
поверхности зуба.
Рассматривалась фреза с прямыми
зубьями. Считалось также, что оси фрезы
и приспособления параллельны, если
мысленно совместить нож, закрепленный
в корпусе фрезы, с ножом, закрепленным
в корпусе приспособления. Поэтому для
фрезы с прямыми зубьями (X = 0) в
приспособлении прорезаются пазы парал-
лельно оси.
С целью упрощения процесса изготов-
ления были разработаны фрезыс поворот-
ными зубьями. У этих фрез пазы, в ко-
торых закрепляются зубья, позволяют
вести затылование по окружности в ра-
бочем корпусе при их повороте на 180°.
Следовательно корпус фрезы выполня-
ет также роль технологического корпуса.
Поэтому отпадает необходимость в про-
изводстве специального «фальшивого»
корпуса для операции затылования по
окружности.
На рис. 114, а приведена схема опре-
деления формы паза в корпусе сборной
фрезы.
168
Глава VII. Фасонные фрезы
Рис. 113. Схема затылования по окружности
Рассмотрим случай, когда передняя
плоскость проходит через ось и совпада-
ет с плоскостью соприкосновения лице-
вой стороны зуба с поверхностью паза
в корпусе. Изображена базовая, обычно
вершинная, точка В, в которой при за-
тыловании по окружности необходимо
создать выбранную величину заднего
угла ав. Радиус точки В обозначен через
R. Через точку В проводится передняя
плоскость ВС зуба фрезы. Точка С вы-
брана на наружной окружности корпуса.
На наружной окружности корпуса от-
кладывается отрезок СЕ, равный тол-
щине зуба фрезы, измеренной по хорде.
Отрезок СЕ выбирается из конструктив-
ных соображений и считается известным.
Через точку Е должна быть проведена
вторая сторона паза корпуса, так чтобы
при повороте зуба на 180° с ней совпала
лицевая сторона зуба и при обточке на
вершине В была создана величина зад-
него угла ав. Для получения при обточке
величины заднего угла ав в точке В не-
обходимо, чтобы плоскость паза, прохо-
дящая через точку Е, отстояла от оси
фрезы на расстоянии Н, равном:
Н = R sin а,.
Поэтому через точку Е проводится вто-
рая плоскость паза ER, касательная к
окружности радиуса Н.
Поворот зуба фрезы на 180° будет про-
исходить в этом случае вокруг биссект-
рисы КМ угла СКЕ. При повороте кор-
пуса на 180° при неподвижном зубе центр
О фрезы переместится в точку Ov По-
этому при обточке в корпусе фрезы по-
вернутых на 180° зубьев в точке В будет
образована окружность В А, расположен-
ная на задней поверхности.
Положение зуба, повернутого на 180°
от его рабочего положения, изображено
в пазу 2. В это положение устанавлива-
ются все зубья фрезы и производится об-
точка или шлифование их задних поверх-
ностей, подобно обычной обработке по-
верхностей вращения.
Передняя плоскость фрезы может не
совпадать с лицевой стороной зуба, со-
прикасающейся с поверхностью паза
(рис. 114, б).
В этом случае для определения формы
паза изображается лицевая сторона СМ
зуба фрезы, которая проводится через
точку С под углом е к радиусу СО. Угол
е считается известным. На наружной
окружности корпуса откладывается от-
§ 6. Аналитическое профилирование сборных фрез, затылованных по окружности
169
резок СЕ, равный толщине зуба фрезы,
измеренной на наружной окружности
корпуса по ее хорде.
Для того, чтобы при обточке поверну-
тых на 180° зубьев получить задний угол
ав, необходимо радиальную прямую ВС,
соответствующую передней поверхности,
совместить с прямой, отстоящей от оси
фрезы на расстоянии Н. Этой прямой бу-
дет прямая ЕК, проведенная через точ-
ку Е по касательной к окружности ра-
диуса Н.
Поворот зуба фрезы на 180° будет про-
исходить в этом случае вокруг биссект-
рисы КМ угла СКЕ. При повороте на
180°, прямая СМ займет положение пря-
мой МА, которая и будет соответство-
вать искомой второй стороне паза в кор-
пусе фрезы. Ось задней поверхности вра-
щения будет Ог. Вращаясь вокруг Olt
точка В опишет окружность ВА, рас-
положенную на задней поверхности.
Положение зуба фрезы, установленно-
го в ее корпусе для обточки или шлифо-
вания его задней поверхности, показано
в пазу 2.
В рассматриваемом случае, когда пе-
редняя поверхность не совпадает с
Рис. 114. Определение формы паза у фрез с поворотными зубьями
170
Глава VII. Фасонные фрезы
лицевой стороной зуба, можно спроекти-
ровать фрезу с пазами, у которых бо-
ковые стороны будут параллельны, а
дно пазов будет идти перпендикулярно
боковым сторонам. Это позволяет не-
сколько упростить технологию изго-
товления пазов в корпусе и зубьев фрезы.
Определение формы паза в этом слу-
чае показано на рис. 114, в. От точки С
по наружной окружности корпуса от-
ложено расстояние СЕ, приблизительно
равное толщине державки зуба фрезы,
которую считаем заданной.
Чтобы воспроизвести при обточке
зубьев фрезы в ее корпусе требуемые ве-
личины задних углов, необходимо про-
вести радиальную прямую ВС в ее по-
вернутом положении на расстоянии Н
от оси фрезы. Это будет прямая ЕК,
проходящая через точку Е по касатель-
ной к окружности радиуса Н. Поворот
зуба фрезы на 180° для установки его в
положение, в котором производится об-
точка задней поверхности, будет про-
исходить вокруг прямой КМ, определен-
ной как биссектриса угла СКЕ.
Чтобы получить паз с параллельными
сторонами, необходимо через точку С
провести прямую СТ параллельно бис-
сектрисе КМ. Прямая СТ и будет од-
ной искомой стороной паза корпуса, со-
прикасающейся с лицевой стороной зу-
ба фрезы. При повороте на 180° вокруг
биссектрисы КМ прямая СТ займет по-
ложение прямой PS, которая и будет вто-
рой искомой боковой стороной паза кор-
пуса. Ось задней поверхности вращения
будет соответствовать точке 01. Враща-
ясь вокруг этой оси, режущая кромка
зуба фрезы будет описывать его заднюю
поверхность. В частности, точка В опи-
шет окружность В А, расположенную на
задней поверхности.
Положение зуба фрезы, установлен-
ного в ее корпусе для обточки задней по-
верхности, показано в пазу 2, который
имеет параллельные стороны.
В некоторых случаях зуб фрезы мо-
жет иметь форму, при которой угол е
между радиальной прямой и прямой,
соответствующей лицевой стороне зуба,
будет отрицательным (рис. 114, г). То-
гда для определения требуемой формы па-
за корпуса изображается прямая СМ под
заданным углом е; на наружной окруж-
ности корпуса откладывается расстояние
СЕ, равное толщине зуба фрезы, изме-
ренной по хорде, а также проводится ра-
диальная прямая ВС.
С целью получения при обточке тре-
буемых задних углов на зубьях фрезы,
установленных в корпусе, в повернутом
на 180° положении необходимо ради-
альную прямую ВС совместить с прямой,
отстоящей от оси фрезы на расстоянии Н.
Это будет прямая ЕК, касающаяся ок-
ружности радиуса Н.
Разделим угол СКЕ пополам и вокруг
биссектрисы KS повернем зуб из рабо-
чего положения в положение обточки его
задней поверхности. После поворота зуба
точка С займет положение точки Р, т. е.
расположится на пересечении прямой
PC, перпендикулярной биссектрисе KS
и прямой КЕ.
Точка Т пересечения прямой СМ и бис-
сектрисы KS не будет при повороте
менять своего положения. Поэтому иско-
мая вторая сторона паза корпуса пой-
дет по прямой РТ.
При определенном значении угла 8
угол СТР может быть прямым. В этом
случае несколько упрощается изготов-
ление пазов в корпусе.
Для нахождения величины угла е на-
несем на чертеже точки С и £ и через них
проведем радиальную прямую СО и
прямую ЕК, касающуюся окружности
радиуса Н. Проведем биссектрису KS
угла СКЕ. Из точки С опустим перпен-
дикуляр на биссектрису KS и на его пере-
сечении с линией КЕ отыскиваем точку Р.
Далее из точки С проводим прямую СМ
под углом 45° к линии PC. Эта прямая
§ 6. Аналитическое профилирование сборных фрез, затылованных по окружности
171
пересечет биссектрису KS в точке Т.
Ломаная линия СТР и будет искомым
профилем паза в корпусе фрезы.
Положение зуба фрезы, установленно-
го в ее корпусе для обточки задней по-
верхности, показано в пазу 2.
Рассмотренные способы определения
формы паза в корпусе фрезы, обеспечи-
вающего затылование по окружности при
установке зубьев в повернутое на 180°
положение, являются приближенными.
Эго объясняется тем, что радиус обточки
задней поверхности при установке
зубьев в повернутое положение в корпусе
фрезы оказывается меньше его расчет-
ного значения R в базовой точке В ре-
жущей кромки. Однако возникающие
здесь погрешности невелики и ими при
проектировании фрез в большинстве слу-
чаев можно пренебрегать.
Если же возникает необходимость бо-
лее точно определять форму паза в кор-
пусе фрезы, обеспечивающего при об-
точке получение в выбранной базовой
точке В кромки требуемого значения зад-
него угла ав, можно воспользоваться ме-
тодом последовательных приближений
(рис. 115). В этом случае, по рассмот-
ренному способу, определяется прибли-
женная форма паза в корпусе фрезы.
Это будет линия В^^А^.
В результате поворота зуба рассма-
триваемой формы на 180° точка Вг пере-
местится в точку Рг. Если же повернуть
на 180° не зуб, а корпус, то ось фрезы О
попадет в точку Ох, расположенную на
прямой Pt за пределами окружности
радиуса Н. При вращении точки Bt
вокруг оси Ог создается окружность
Лъ расположенная на задней поверх-
ности зуба фрезы. Однако задний угол
в точке не будет равен его принятому
значению ав, так как точка Ог не лежит
на прямой BjNi, проведенной под уг-
лом ав, и поэтому касательная к задней
поверхности ВхЛх не будет идти перпен-
дикулярно прямой ВхА^. Это объяс-
Рис. 115. Схема уточнения размеров паза фрезы
с поворотными зубьями
няется тем, что радиус задней поверх-
ности в точке Blt равный расстоянию
ОхВх = 7?х, не равен расчетному зна-
чению R, принятому при определении
величины Н = R sin ав.
Чтобы определить уточненную вели-
чину радиуса Я2, из точки Ти располо-
женной на окружности радиуса Rlt про-
водят прямую TxSx, параллельную пря-
мой BpVx и окружность, к ней касатель-
ную. Радиус Н2 этой окружности и будет
уточненным значением расстояния от
прямой РхЛх профиля паза корпуса до
оси фрезы. Соответствующая расстоянию
Н2 форма паза корпуса фрезы определена
в положении 2 зуба. Проведена радиаль-
ная прямая В2О, соответствующая одной
стороне паза корпуса. От точки С2
по наружной окружности корпуса отло-
жено расстояние С2Е2, равное толщине
зуба, которое считаем заданным.
Через точку Е2, по касательной к
окружности радиуса Н2, проводят пря-
мую Е2К2, соответствующую второй сто-
роне паза корпуса.
172
Глава VII. Фасонные фрезы
Рис. 116. Схема аналитического профилирова-
нии затылованных по окружности фрез
При установке зуба фрезы в положение
обточки его задней поверхности, поворот
на 180° будет осуществляться вокруг
биссектрисы К2Л12 угла С2К2Е2.
В результате поворота точка О перейдет
в течку О2, если вращается корпус, а зуб
фрезы остается в неизменном положении,
тогда при вращении точки В2 вокруг оси
02 будет описываться окружность ВгА2,
расположенная на задней поверхности
зуба фрезы.
Как следует из построения, линия
В2 О2 касается окружности радиуса И.
Поэтому при рассматриваемой форме па-
за в базовой точке В2 будет создаваться
при обточке требуемая величина задне-
го угла ав, равная углу К2В202, который
по построению равен углу N^jO.
Таким образом, в рассматриваемом
случае уже второе приближение дало
искомый результат с точностью, соответ-
ствующей точности построения.
Положение зуба фрезы, установлен-
ного в ее корпусе для обточки задней
поверхности, показано в пазу 3.
При проектировании фрез, затылован-
ных по окружности для обработки за-
данной фасонной поверхности детали Д,
необходимо определить форму режущей
кромки зуба и профиль задней поверх-
ности вращения зуба фрезы, т. е. оты-
скать линию пересечения задней поверх-
ности вращения и плоскости, проходящей
через ось приспособления. Профиль зад-
ней поверхности зуба фрезы требуется
для изготовления фрезы. Поверхность
вращения этого профиля обтачивается
или шлифуется на токарном или шлифо-
вальном станке при затыловании ножей.
Форма режущей кромки зуба сборной
фрезы, затылованной по окружности,
определяется аналогично фасонным фре-
зам, затылованным по архимедовой спи-
рали.
Для случая проектирования фрезы с
у 0 и А = 0 координаты точек профиля
зуба фрезы в передней плоскости, т. е.,
координаты точек режущей кромки,
определяются поэтому по формулам:
—- о,
*1 = хв,
У1~
где
(В — Уо) sin t
sin у
sin (у -М)
__ R sin у
В — У о ‘
С осью приспособления свяжем враща-
ющуюся систему координат хуг (рис. 116),
положение которой будет определяться
величиной угла поворота т. Если угол т
будет переменным, то система хуг будет
вращаться вокруг оси х, считаемой осью
приспособления.
Формулы преобразования систем ко-
ординат х1у1г1 и хуг будут:
*1 ~ х,
г = [У1 —. R cos (сс + у)] cos т —
— sin (сс -f- у)] sin т,
§ 7. Графическое профилирование сборных фрез, затылованных по окружности
173
у = — [Zj — R sin (а у)] cost'—
— Ц/i — Я cos (« 4- ?)] sin т.
Совместное рассмотрение этих формул
преобразования систем координат и урав-
нений, определяющих режущую кром-
ку, дает заднюю поверхность вращения,
профиль которой необходимо определить.
Сечение, проходящее через ось при-
способления, будет: г = 0. Таким обра-
зом, профиль задней поверхности вра-
щения будет определяться уравнениями
режущей кромки, формулами преобра-
зования координат и соотношением г =
= 0.
Следовательно:
lyi — R cos (а + -у)] cos т 4-
ф- R sin (а 4- -у) sinr = 0,
у — R sin (а 4- у) cos т —
— — R cos (а 4- у)] sin т.
Определяя из первого уравнения угол
т, получим
tgT-_ т? cos (а 4--у)—У1
° R sin (а 4- у) ‘
Определяя из первого уравнения
[yt — R cos (а 4- т)1 и подставляя во
второе, после преобразований получим
. Я sin (а + у)
У cos т
Решая рассматриваемую систему урав-
нений, можно также получить зависи-
мость
у— У» sin + V)
У cos (а 4- V 4- т)
Таким образом, при известных ко-
ординатах хгу± профиля зуба фрезы
в передней плоскости, координаты ху
профиля задней поверхности вращения
зуба фрезы подсчитываются по соот-
ношениям х = хг
_ У, sin (а 4- у)
“ cos (а 4- У 4“ т) ’
где
t 7? cos (а 4-у)—У1
° R sin (а 4- у)
В частном случае для фрезы, заты-
лованной по окружности, имеющей
угол у и угол X, равные нулю, расчет-
ные соотношения принимают вид:
х = = Хо,
_ уп sin а
J cos (а 4- т) ’
где
Рассмотрение этих уравнений показы-
вает, что координаты х и у (т. е. профиль
задней поверхности вращения зуба) за-
висят от радиуса фрезы R даже для слу-
чая, когда у = 0 и 1 = 0.
Поэтому при переточках, в силу умень-
шения радиуса R в базовой точке ре-
жущей кромки, должен изменяться про-
филь задней поверхности вращения
зубьев теоретически точной фрезы. В дей-
ствительности же этот профиль сохраня-
ется неизменным. В результате, когда
у и X равны Нулю, при переточках фрез,
затылованных по окружности, меняется
форма режущей кромки и форма обра-
ботанной поверхности детали. Однако
эти изменения невелики и ими пре-
небрегают даже при изготовлении таких
точных инструментов, как зуборезные.
§ 7. ГРАФИЧЕСКОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ
СБОРНЫХ ФРЕЗ,
ЗАТЫЛОВАННЫХ ПО ОКРУЖНОСТИ
Рассмотрим общий случай профили-
рования затылованных по окружности
сборных фрез с наклонными зубьями,
у которых углы -у =/= 0 и X 0 (рис. 117).
Выберем плоскость проекций V, пер-
пендикулярную оси, а плоскость W,
перпендикулярную направлению пода-
чи, т. е. перпендикулярную образую-
щим фрезеруемой цилиндрической фа-
сонной поверхности.
174
Глава VII. Фасонные фрезы
На плоскости W изображаем в вы-
бранном масштабе профиль детали а*в*.
Для упрощения построения базовая точ-
ка А профиля принята расположенной
в плоскости Н.
Подобно профилированию фрез, заты-
лованных по архимедовой спирали,
определяется режущая кромка АС как
линия пересечения передней плоскости
фрезы и исходной поверхности вращения
И, касательной к поверхности детали.
Считаем, что радиус приспособления,
в котором производится обточка задней
поверхности зубьев, будет равен радиу-
су фрезы R в базовой точке А режущей
кромки.
Если установить ось приспособления
параллельно оси фрезы и, совмещая зуб,
закрепленный в приспособлении, с зу-
бом, закрепленным в корпусе фрезы.
то на торцевом участке режущей кромки
задние углы будут равны нулю.
Чтобы на торцевом участке режущей
кромки получить положительные зад-
ние углы, ось приспособления распо-
ложим под углом е к оси фрезы в плос-
кости, параллельной плоскости Н.
Введем новую систему плоскостей про-
екции , проведя плоскость Q перпен-
дикулярно оси приспособления, т. е.
под углом 8 к плоскости V.
По правилу перемены плоскостей про-
екций находим проекцию d*dn режущей
кромки фрезы на плоскость Q. Ось
приспособления на плоскость Q проекти-
руется в точку Ой. Положение точки
Ok выбирается таким образом, чтобы
получить в базовой точке выбранную
величину заднего угла а и радиуса R.
§ 8. Конструктивные элементы фасонных фрез с затылованными зубьями
175
Поэтому под углом 90°'— а к оси про-
екций Q/Н проведем из точки а”' отре-
зок прямой d"Ok, равный радиусу R.
Таким образом находим положение про-
екций Ok оси приспособления на плос-
кость V. На плоскость Н ось приспособ-
ления проектируется в прямую, перпен-
дикулярную оси проекций Q/77.
Чтобы получить заднюю поверхность
зуба фрезы в форме поверхности враще-
ния, сообщим режущей кромке АС
вращение вокруг оси приспособления.
Тогда точка А опишет окружность АК,
точка С — окружность СЕ и т. д.
Совокупность окружностей АК, СЕ
изображает на чертеже заднюю поверх-
ность зуба фрезы.
Рассечем заднюю поверхность плос-
костью S, проходящей через ось приспо-
собления параллельно плоскости И.
Плоскость S пересекается окружностью
АК в точке К и окружностью СЕ в точ-
ке Е. Следовательно, линия КЕ будет
линией пересечения задней поверхности
зуба и плоскости 8. Поскольку плоскость
8 идет параллельно плоскости Н линия
КЕ будет в натуральную величину про-
ектироваться на плоскости И, т. е.
линия fee будет искомым профилем зад-
ней поверхности зуба фрезы.
§ 8. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
ФАСОННЫХ ФРЕЗ
С ЗАТЫЛОВАННЫМИ ЗУБЬЯМИ
Наружный диаметр D фрезы (рис, 118)
равен:
D = (1,6 4-2,0)61 + 2/7,
где d — диаметр отверстия под оправку;
Н — высота зуба фрезы.
Диаметр отверстия под оправку дол-
жен обеспечить достаточную прочность
и жесткость оправки и выбираться из
стандартного ряда значений: 16, 22,
27, 32, 40 мм. На практике для цельных
фрез диаметром до 55 мм диаметр
Рис. 118. Конструктивные элементы затылован-
ных фрез
отверстия под оправку обычно прини-
мается равным 16 мм, а для фрез диа-
метром 90—НО мм—32—40 мм. Диа-
метр отверстия под оправку зависит от
усилий фрезерования, а, следовательно,
от высоты профиля детали h, ширины
фрезерования В и т. п. С увеличением
высоты профиля h и ширины фрезеро-
вания В диаметр отверстия под оправ-
ку должен также увеличиваться.
Высота зуба затылованной фрезы за-
висит от диаметра фрезы, числа
зубьев, заднего угла и высоты профиля.
При определении диаметра фрезы вы-
соту зуба Н ориентировочно можно при-
нимать равной:
Н — h + (5 4-10) мм.
Число зубьев г фрезы влияет на раз-
меры зуба и стружечной канавки и выби-
рается так, чтобы обеспечить достаточ-
ную прочность зуба, пространство для
схода образующейся при фрезеровании
стружки и запас на переточку. Для обес-
печения прочности зуба и возможности
получения достаточного количества пе-
реточек принимают толщину зуба от
0,8 до 1,0 его высоты. При несоблюдении
этого условия зуб получается узким и
высоким.
176
Глава VII. Фасонные фрезы
Рнс. 119. Типы впадин у фасонных затылован-
ных фрез
У затылованных фрез с увеличением
высоты профиля высота зуба возрастает
относительно быстрее, чем диаметр. Для
обеспечения достаточной прочности зуба
у затылованных фрез в противополож-
ность эстрозаточенным приходится умень-
шать число зубьев с увеличением диа-
метра фрезы.
Ориентировочная зависимость числа
зубьев z фрезы от диаметра, мм
D г
40—45 16
50—55 14
60—75 12
80—105 11
110—125 10
130—140 9
150—210 8
При небольшой высоте профиля де-
тали h высота зуба фрезы незначительно
изменяется с возрастанием диаметра фре-
зы. Поэтому число их зубьев растет
с увеличением диаметра. Примером по-
добных фрез могут служить резьбовые
гребенчатые фрезы.
Высота Н зуба фрезы определяется по
формуле:
Н = h + К + г,
где h — высота рабочего профиля фрезы;
К. — величина затылования;
г — радиус закругления дна стру-
жечной канавки.
Величина зуба фрезы должна обеспе-
чить выход затыловочного резца при за-
тыловании.
Высота затылования К = tgaB’
где ав — задний угол в вершинной ба-
зовой точке режущей кромки, обычно
равный 10—12°.
Радиус закругления г колеблется в
пределах 1—5 мм. Его необходимо вы-
бирать таким образом, чтобы обеспе-
чить в пределах стружечной канавки
отход затыловочного резца от оси фрезы
при ее затыловании.
Угол 6 профиля стружечной канавки
выбирается из следующего ряда приня-
тых значений: 18, 22, 25, 30°. Достаточ-
ная прочность сточенного зуба, обеспе-
чивается при углах р = 15 4- 20° за
счет утолщения зуба у основания, где
действует наибольший изгибающий мо-
мент в процессе фрезерования. Осно-
вание впадины зуба обычно идет парал-
лельно оси фрезы (рис. 119, а).
Чтобы придать зубу более прочную
форму, основание впадины очерчивают
ломаной линией (рис. 119, б), соответ-
ствующей профилю зуба. Отдельные
участки основания впадины могут очер-
чиваться дугой окружности, радиус
которой берется равным радиусу фрезы,
обрабатывающей стружечную канавку
(рис. 119, е).
Длина затылованной фрезы соответ-
ствует длине профиля детали.
Для передачи крутящего момента фа-
сонные затылованные фрезы, как пра-
вило, имеют продольную шпоночную
канавку. Для облегчения шлифования
и обеспечения лучшей посадки на оправ-
ку фрезы снабжаются внутренней вы-
точкой. Диаметр выточки делается на
2—3 мм больше диаметра отверстия под
оправку. Отверстие с обоих торцов снаб-
жается фасками под углом 45°.
$ 9. ФАСОННЫЕ ТОРЦОВЫЕ ФРЕЗЫ,
ЗАТЫЛОВАННЫЕ ПО ОКРУЖНОСТИ
Торцовые фрезы могут иметь фасонные
режущие кромки и использоваться для
обработки фасонных поверхностей.
§ 9. Фасонные торцовые фрезы, затылованные по окружности
177
Форма фасонных режущих кромок
фрезы определяется при профилирова-
нии и зависит от формы профиля детали
и геометрических параметров режущей
части фрезы.
На рис. 120 изображена фасонная ци-
линдрическая поверхность, профиль ко-
торой АВ в истинную величину изобра-
жается в проекции на плоскость V, пер-
пендикулярную направлению подачи.
Ось фрезы Оф перпендикулярна плоскос-
ти проекции Н.
При вращении профиля детали АВ
вокруг оси фрезы создается поверхность
вращения И, касающаяся в процессе
обработки поверхности детали. Поэто-
му режущая кромка фрезы может быть
определена как линия пересечения рас-
сматриваемой поверхности вращения И
и передней плоскости. Положение перед-
ней плоскости относительно поверхности
вращения И определяется углами Л
и у. Угол А характеризует положение
горизонтали передней плоскости. Он
измеряется в проекции на плоскость Н
и заключен между радиусом Оф С ба-
зовой точки С режущей кромки, и ли-
нией пересечения плоскости, перпенди-
кулярной оси фрезы, с передней плос-
костью.
Передний угол у характеризует поло-
жение прямой СЕ, лежащей в передней
плоскости и идущей параллельно плос-
кости W7. Он заключен между проек-
циями оси фрезы и линии СЕ на плос-
кость W.
Для нахождения режущей кромки
воспользуемся способом сечений плос-
костями, перпендикулярными оси фре-
зы. Рассмотрим, например, сечение /—/,
проходящее через узловую точку В
профиля детали. Сечение I—/ пересе-
кается с поверхностью вращения И
по окружности ВМ (ее проекции Ьт
и b'm'). С передней же плоскостью
оно пересекается по горизонтали МК.
178
Глава VII. Фасонные фрезы
Рассматривая графическое построение,
можно вывести следующие формулы для
расчета координат хгуг точек профиля
зуба фрезы в передней плоскости:
*1 = —2—,
1 cos у
y^—R(cosА— cosАг) -f- у0cosА(,
где
Рис. 121. Затылование торцовых фрез
по окружности
Точка М пересечения окружности ВМ
и прямой МК и будет точкой режущей
кромки.
Аналогично отыскиваются другие точ-
ки режущей кромки СМ (ее проекции
ап, с'т' и d'm").
Истинная форма режущей кромки на-
ходится способом перемены плоскостей
проекций. Приведем новую плоскость
проекций Т, параллельную передней
плоскости зуба фрезы и идущую перпен-
дикулярно плоскости W. В соответствии
с правилом перемены плоскостей про-
екций из проекций точек режущей кром-
ки с"т" проводим перпендикуляры к но-
вой оси Т/W проекций. На них от новой
оси откладываем расстояния, равные
расстояниям от старой оси V/W до про-
екций с’т' точек режущей кромки
на плоскость V. В результате в проек-
ции на плоскость Т получаем линию
СМ — режущую кромку зуба фрезы
в истинную величину»
‘ R — Уо
R — радиус фрезы в базовой точке
С режущей кромки, форми-
рующей базовую точку А про-
филя а'Ь' детали;
у — статический передний угол;
А — статический угол наклона ре-
жущей кромки;
хоуо — координаты узловых точек про-
филя детали.
Задняя поверхность зуба фасонной
торцовой фрезы может создаваться при
осевом затыловании. Однако этот про-
цесс довольно трудоемкий. Поэтому
для сборных фрез целесообразно вести
затылование по окружности и принимать
в качестве задней поверхности зуба
поверхность вращения. Затылование по
окружности производится на обычном
токарном или круглошлифовальном стай-
ке. При обработке зубья сборной
фрезы (рис. 121, а) устанавливаются
в приспособлении (рис. 121, б), затем
обтачиваются или шлифуются по про-
филю. После обточки зубьев 2 в при-
способлении 3 их переставляют в кор-
пус 1 фрезы. Определенные величины
задних углов обеспечиваются при методе
затылования соответствующим распо-
ложением пазов приспособления, в ко-
торые устанавливаются зубья фрезы при
их обточке или шлифовании.
Положение базовой точки С режущей
кромки в корпусе приспособления вы-
бирается таким же, как и на реальной
фрезе, с сохранением величины h и ра-
диуса фрезы.
§ 9. Фасонные торцовые фрезы, затылованные по окружности
179
Рис. 122. Графическое определение профиля задней поверхности затылованной
торцовой фрезы
В приспособлении зуб фрезы, по отно-
шению к его положению на реальной
фрезе, повернут вокруг горизонтали пе-
редней плоскости на угол а. Чтобы из-
готовить заднюю поверхность враще-
ния зуба сборной фрезы, необходимо
знать профиль этой поверхности вра-
щения, т. е. найти линию пересечения
задней поверхности с плоскостью, про-
ходящей через ось приспособления —
ось задней поверхности вращения. По-
верхность вращения рассматриваемого
профиля создается на токарном или шли-
фовальном станке при обработке зубьев
в приспособлении.
Графическое определение профиля
задней поверхности зуба фрезы, затыло-
ванной по окружности, приведено на
рис. 122, где изображена базовая точка
С режущей кромки.
Передняя плоскость зуба фрезы, уста-
новленного в приспособлении, идет пер-
пендикулярно плоскости проекций W
и составляет угол а 4- у с осью V/W.
В передней плоскости располагается
режущая кромка, форма которой счи-
тается заданной. В истинную величи-
ну режущая кромка СМ проектируется
на плоскость Р. Зная проекции режущей
кромки в системе WIP, находятся про-
екции режущей кромки на плоскости
V и Н по правилу перемены плоскостей
проекций.
Задняя поверхность зуба фрезы соз-
дается при вращении режущей кромки
вокруг оси приспособления. При вра-
щении точка С режущей кромки описы-
вает окружность СА (ее проекции са
и с'а'), а точка М — окружность МК
(ее проекции mk и т'а').
180
Глава VII. Фасонные фрезы
Совокупность рассматриваемых ок-
ружностей СА, МК будет задней
поверхностью зуба фрезы. Через ось при-
способления проведем сечение //—//,
параллельное плоскости V. Оно пере-
секает окружность СА в точке А, а ок-
ружность МК — в точке К. Линия
А К пересечения сечения II—II с задней
поверхностью будет ее искомым профи-
лем, который необходимо воспроизвес-
ти при обточке зубьев в приспособле-
нии.
Профиль АК проектируется в истин-
ную величину на плоскость V, т. е. ли-
ния a'k' будет профилем задней по-
верхности зуба фрезы.
Рассматривая приведенное графиче-
ское построение, можно вывести сле-
дующие формулы для расчета координат
— точек профиля задней поверх-
ности вращения зуба фрезы:
хк = хх cos (а + у),
__ R (cos А» — cos А) -|- Ух
Vk cos Aft *
где
. « _ /? sin А — х, sin (а -|- у)
° k /? cos А — Ух ’
К — радиус базовой точки С режу-
щей кромки зуба фрезы, равный
радиусу базовой точки С, при
установке зуба фрезы в приспо-
соблении;
а — статический задний угол зуба
фрезы, равный углу наклона зу-
ба, в приспособлении по отноше-
нию к его положению в реаль-
ном корпусе фрезы;
Xjt/j — координаты точек режущей кром-
ки зуба фрезы, т. е. коорди-
наты точек профиля зуба фрезы
в передней плоскости.
В частном случае углы у и X могут
быть равны нулю. Тогда будем иметь:
*1 = Хо,
У1 - Уо,
xh = х„ cos а,
_ R (cos At. — 1) -j- У„ _ р_ R — y0
cos Ад. cos Afc *
где
— xn sin a
R — Уо
При y = 0 и X = 0 профиль зуба
фрезы в передней плоскости совпадает
с профилем детали; профиль задней
поверхности вращения зуба фрезы не
совпадает с профилем детали и его необ-
ходимо рассчитывать при проектирова-
нии.
В этом случае приближенно можно
считать, что задние углы в продольном
сечении зуба фрезы будут равны а. Тог-
да задние углы aw в сечении, перпенди-
кулярном к режущей кромке, будут
подсчитываться по формуле:
tg a/v = tg a cos ф,
где q> — угол между проекцией режущей
кромки на осевую плоскость и плос-
костью, перпендикулярной оси фрезы.
§ 10 ФАСОННЫЕ ФРЕЗЫ
С ОСТРОКОНЕЧНЫМ ЗУБОМ
Фасонные фрезы могут проектировать-
ся с остроконечным зубом и перетачи-
ваться по фасонной задней поверхности.
При проектировании таких фрез необхо-
димо обеспечить по всему фасонному
контуру одинаковую ленточку Д которая
создается при фрезеровании стружеч-
ных канавок. Фрезерование канавок про-
изводится одноугловой фрезой с углом
профиля 6 по копиру, форма которого
соответствует профилю дна стружечной
канавки.
Заточка рассматриваемых фрез про-
изводится в специальных приспособле-
ниях по копиру. Существуют различные
способы заточки фасонных фрез с остро-
§ 10. Фасонные фрезы с остроконечным зубом
181
конечными зубьями. В частности, зад-
няя поверхность может быть фасонной
поверхностью, направляющей которой
служит режущая кромка, а образующие
идут в плоскостях, перпендикулярных
оси, под углом ат. В этом случае при
переднем угле ф = 0 задние углы в се-
чениях, перпендикулярных оси, будут
во всех точках режущей кромки одинако-
выми и равными ат. В секущих же пло-
скостях, перпендикулярных режущей
кромке, задние углы ан будут равны:
tg «н = tg a sin <р.
На торцевых участках режущих кромок
задние углы ан в этом случае будут
равны нулю.
Более благоприятные величины зад-
них углов создаются при использовании
приспособлений, которые позволяют соз-
давать постоянные задние углы ан
в нормальных сечениях на фрезах с у =
= 0. В этом случае по опорной линейке
(рис. 123) обкатывается копир, форма
которого соответствует форме профиля
фрезы. С копиром жестко связана зата-
чиваемая фреза. Задний угол при заточ-
ке создается за счет превышения оси
фрезы над осью круга на величину
Н = — sin сс,
где D — диаметр шлифовального круга;
а — задний угол фрезы в нормаль-
ном сечении.
Острозаточенные фрезы по сравнению
с затылованными обеспечивают более
высокую производительность и повы-
шенную стойкость. Это объясняется боль-
шим числом зубьев, отсутствием обез-
углероженного слоя, благодаря шли-
фованию задней поверхности зубьев,
меньшим радиусом округления режущей
кромки. Однако они требуют примене-
ния специальных приспособлений, копи-
ров, шаблонов для заточки, более сложт
Рис. 123. Схема заточки фасонных фрез
с остроконечным зубом
ных в изготовлении. Поэтому фасонные
фрезы с остроконечным зубом целесо-
образно применять при массовом изго-
товлении и использовании их.
$ 11. ПРОФИЛИРОВАНИЕ ФРЕЗ
ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВИНТОВЫХ КАНАВОК
Задача профилирования заключается
в определении формы и размеров фре-
зы для обработки заданной винтовой ка-
навки.
Известными при профилировании счи-
таются: форма и размеры профиля вин-
товой канавки, угол между осями за-
готовки и фрезы. Угол 6 между осями
182
Глава VII. Фасонные фрезы
V н
Рис. 124. Схема профилирования фрезы для
обработки винтовой канавки
заготовки и фрезы обычно выбирается
равным:
6=90°—со — (1-7-4°),
где со — угол наклона обрабатываемой
винтовой канавки.
В особых случаях угол 6 можно вы-
бирать иным. Например, если угол 6
значительно отличается от угла со, мож-
но обеспечить обработку фасонных вин-
товых канавок относительно простыми
угловыми фрезами с прямолинейными
режущими кромками.
Методика профилирования фрез для
обработки винтовых канавок основы-
вается на анализе процесса формооб-
разования поверхности детали. Фреза,
вращаясь вокруг своей оси, описывает
своими режущими кромками исходную
поверхность вращения И. Весь металл,
который при обработке будет соприкаса-
ться с поверхностью И окажется срезан-
ным. В результате будет образована по-
верхность винтовой канавки, касательная
к поверхности И, т. е. поверхность вин-
товой канавки и поверхность И вращения
режущих кромок вокруг оси фрезы бу-
дут взаимокасательными поверхностями.
Линию Е касания рассматриваемых по-
верхностей называют характеристикой.
Она располагается как на поверхности
детали, так и на поверхности враще-
ния И. Поверхность винтовой канавки
детали будет образовываться при обра-
ботке в результате винтового движения
характеристики Е, а поверхность И
будет представлять собой поверхность
вращения характеристики Е вокруг оси
фрезы. В точках контакта поверхностей
детали Д и исходной поверхности вра-
щения И (в точках характеристики Е)
можно провести одну общую касатель-
ную плоскость и одну общую нор-
маль к соприкасающимся поверхностям
И и Д.
Известно, что нормаль в любой точке
поверхности вращения проходит через
ее ось. Поэтому нормали в точках кон-
такта сопряженных поверхностей И и
Д проходят через ось фрезы. Следователь-
но, характеристику Е можно определить
как ортогональную проекцию оси фрезы
на поверхность винтовой канавки.
Иными словами, чтобы отыскать ха-
рактеристику Е необходимо провести
нормали к поверхности винтовой ка-
навки в различных ее точках и отобрать
те из них, которые пересекают ось фре-
зы. Совокупность точек винтовой по-
верхности, в которых нормали пересе-
кают ось фрезы, и будет характеристи-
кой Е. Вращая характеристику вокруг
оси фрезы, получим искомую поверх-
ность И.
Базируясь на указанном свойстве об-
щих нормалей, можно вести определе-
ние исходной поверхности вращения фре-
зы И. Однако в практике при графичес-
ком профилировании фрез чаще исполь-
зуется метод определения поверхности
И как совокупности касающихся по-
верхности детали окружностей, рас-
положенных в секущих плоскостях, пер-
пендикулярных оси фрезы (рис. 124).
§ 12. Условия образования заданной формы винтовой канавки
183
Центры рассматриваемых окружностей
лежат на оси фрезы.
В выбранной системе плоскостей про-
екций V/H изображается обработанная
винтовая поверхность как совокупность
торцевых сечений, расположенных в
плоскостях, перпендикулярных оси за-
готовки и повернутых друг относительно
друга на угол
е=360 4~,
h ’
где / — расстояние между сечениями,
перпендикулярными оси заго-
товки;
h — шаг винтовой фрезеруемой ка-
навки.
Вводится новая система плоскостей
проекций Q/Н с плоскостью Q, перпен-
дикулярной оси фрезы, и строятся ли-
нии L пересечения поверхности канавки
с плоскостями С, D, К, перпендикуляр-
ными оси фрезы.
Произвольная точка, например А,
линии пересечения плоскости D и по-
верхности винтовой канавки находится
следующим образом: определяется в си-
стеме V/Н линия AM (ее проекции ат
и а'т') пересечения плоскостей II и D.
В плоскости II торцовое сечение Л2ЛД2
пересекается с линией AM в точке А,
которая и будет лежать на линии Ld.
Проекция а точки А на плоскость Q на-
ходится по правилу перемены плоскос-
тей проекций, расстояние от а" до оси
Q/Н берется равным расстоянию от а'
до оси VIH. Аналогично точке А нахо-
дятся последующие точки линии L,
Исходная поверхность вращения И,
ось которой совпадает с осью фрезы,
будет пересекаться с плоскостями СДК
по окружностям. Эти окружности про-
водятся из точки В", соответствующей
оси фрезы, как из центра так, чтобы
они касались соответствующих линий L,
Совокупность рассматриваемых окруж-
ностей, радиусы которых обозначены
через Rp, Rk, Rc, будет на чертеже
изображать исходную поверхность вра-
щения И.
Профиль поверхности И будет линией
ее пересечения с осевой плоскостью
фрезы. На чертеже найден профиль
фрезы в плоскости Т, идущей параллель-
но плоскости W. Поэтому проекция
f’"p,a профиля на плоскость W будет
истинной его формой, которую и тре-
буется определить при профилировании.
Для фрез, у которых передняя пло-
скость проходит через ось (у = 0 и X =
= 0), найденный профиль поверхнос-
ти И будет совпадать с профилем зуба
фрезы в передней плоскости и в осевом
сечении.
Если же необходимо спроектировать
фрезу с углами у 0 и X 0, то по из-
вестному профилю поверхности И, ана-
логично профилированию фрез для пря-
мых канавок, находится профиль зуба
фрезы в передней плоскости и в осевом
сечении.
§ 12. УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ
ЗАДАННОЙ ФОРМЫ ВИНТОВОЙ КАНАВКИ
ПРИ ЕЕ ФРЕЗЕРОВАНИИ
Обработка требуемой винтовой поверх-
ности фрезерованием не всегда на всех
ее участках оказывается возможной.
Чтобы профрезеровать заданную винто-
вую поверхность в строгом соответствии
с чертежом, необходимо обеспечить вы-
полнение трех условий формообразова-
ния:
1) существование исходной поверх-
ности вращения;
2) отсутствие внедрения исходной по-
верхности И в тело детали; ограничен-
ное винтовой поверхностью канавки;
3) отсутствие взаимного пересечения
соседних участков исходной поверх-
ности вращения.
В соответствии с условием сущест-
вования исходной поверхности враще-
ния, фреза только тогда будет образовы-
вать заданную винтовую поверхность
184
Глава VII. Фасонные фрезы
Рис. 125. Возможные виды касания окружностей фрезы и кривых
винтовой поверхности
канавки, когда во всех сечениях, перпен-
дикулярных ее оси, будет иметь место
касание кривых L, расположенных на
поверхности канавки, и окружностей,
расположенных на исходной поверх-
ности вращения И.
Наибольшее влияние на рассматри-
ваемое условие оказывает выбор угла
скрещивания осей фрезы и заготовки.
Если угол скрещивания значительно от-
личается от угла подъема винтовой
канавки, то часто обработка становится
невозможной.
В этом случае профилирование приво-
дит к такому расположению линий L,
при котором оказывается невозможным
обеспечить касание винтовой поверх-
ности и исходного тела И фрезы по всей
глубине канавки.
Условие отсутствия внедрения исход-
ной поверхности И в поверхность винто-
вой канавки, главным образом, зависит
от правильного выбора положения точки
S скрещивания осей фрезы и детали,
а также от межосевого расстояния, т. е.
от диаметра фрезы.
Касание окружностей, расположенных
на поверхности И и линий, располо-
женных на поверхности канавки, может
быть различным. Линия L (рис. 125, а)
может иметь выпуклый профиль. В этом
случае будет наблюдаться правильное
касание без внедрения линии L и окруж-
ности И при любом ее диаметре неза-
висимо от расположения зоны контакта,
отмеченного точкой а. В этом случае
условия формирования заданной поверх-
ности канавки не налагают никаких
ограничений на выбор диаметра фрезы
м положения точки S скрещивания осей
фрезы и детали.
Линия L может также иметь S-образ-
ный профиль (рис. 125, б), и окруж-
ность Игс центром Oj будет внедряться
в тело детали в точке Ь, срезая участок Ьс.
В этом случае обработка винтовой
поверхности в точном соответствии с чер-
тежом окажется невозможной. Чтобы
исключить наблюдаемое внедрение по-
верхности И фрезы в тело детали, можно
уменьшить диаметр фрезы и принять его
соответствующим окружности с цен-
тром О2. Можно также идти по пути изме-
нения положения центра окружности И,
т. е. по пути изменения положения точки
скрещивания S. Если поместить центр
окружности И в точку О, то контакт ли-
нии L и окружности сместится в точку
Oj и взаимного внедрения рассматривае-
мых профилей наблюдаться не будет.
Линия L может иметь также вогнутый
профиль (рис. 125, в). Радиус кривизны
линии L должен быть больше радиуса
окружности И фрезы, чтобы не наблю-
далось взаимное внедрение сопряженных
профилей. Если это условие не соблю-
§ 12. Условия образования з ада иной формы винтовой канавки
185
дается и фреза взята большого диаметра,
например, соответствующая окружности
Их, то будет иметь место взаимное внед-
рение и срезание участка Ьас канавки.
Поэтому следует идти на уменьшение
диаметра фрезы, стремясь обеспечить
точную обработку заданной винтовой
канавки.
При графическом профилировании оп-
тимальное положение точки S и размер
диаметра фрезы удобно уточнять с по-
мощью кальки с вычерченными на ней
концентрическими окружностями. В ка-
честве наибольшего диаметра окруж-
ности кальки принимается диаметр не-
сколько больший диаметра фрезы. Наи-
меньший же диаметр должен быть ра-
вен или больше диаметра ступицы. Ка-
льку с концентрическими окружнос-
тями накладывают на проекцию пло-
скости Q графического построения по оп-
ределению профиля фрезы. Перемещая
кальку по проекции на плоскость Q,
наблюдают характер касания окруж-
ностей кальки с линиями L, т. е. наблю-
дают характер контакта исходной по-
верхности вращения И и винтовой ка-
навки. Положение кальки выбирают
такое, при котором окружности кальки
в каждом из сечений соприкасались
бы с линиями L без внедрения в те-
ло детали. Тогда диаметр наибольшей
окружности кальки, соприкасающейся
с соответствующей линией L, будет диа-
метром фрезы. Положение же центра
концентрических окружностей кальки
определит в проекции на плоскость Q
положение оси фрезы, а, следователь-
но, и положение точки скрещивания S.
Отсутствие взаимного внедрения по-
верхности вращения И и поверхности
детали является необходимым, но недо-
статочным условием точного образования
заданной винтовой поверхности. В об-
щем случае винтовая поверхность детали
может состоять из ряда соприкасающих-
ся участков. Соответственно и исходная
поверхность вращения И будет состоять
также из ряда участков. Смежные уча-
стки исходной поверхности И могут пе-
ресекать друг друга.
Такое явление наблюдается при об-
работке резьбы гребенчатыми фрезами
либо вращающимися головками, у кото-
рых ось установлена параллельно оси
детали (рис. 126).
Профиль винтовой поверхности резь-
бы состоит из двух прямолинейных
участков АВ и ВС. Точки контакта
первого участка Dr винтовой поверх-
ности и сопряженного участка исходной
поверхности И1г располагаются на ха-
рактеристике Ег. На втором смежном
участке £>2 поверхности резьбы харак-
теристикой будет линия £2.
При вращении характеристики Е1
вокруг оси фрезы создается участок
Иг исходной поверхности, а при враще-
нии Е2 — участок И2. Как видно, уча-
стки Иг и И., пересекают друг друга.
Поэтому осуществить их полностью
на фрезе невозможно. Ниже точки т"
участки профиля исходной поверхности
срезают друг друга. В результате часть
винтовой поверхности резьбы, соприка-
сающаяся со срезанными зонами ис-
ходной поверхности, не будет обработа-
на и во впадине резьбы будет при фре-
зеровании создаваться переходная по-
верхность.
Граничная точка т" пересечения про-
филей участков И1 и И2 при вращении
вокруг оси фрезы пересекает характе-
ристики Е, и Е2 в точках и /С2, кото-
рые соответствуют точкам и N2
профиля детали. Выше точек Л\ и У2
будет образован при фрезеровании задан-
ный профиль резьбы, а ниже их будет
создана переходная поверхность с про-
филем щт п2.
Анализ показывает, что для обработ-
ки резьбы без переходных кривых, сле-
дует ось фрезы установить в сечении IV,
перпендикулярном к винтовой линии
186
Глава VII. Фасонные фрезы
пересечения смежных участков поверх-
ности детали. В этом случае точка В
пересечения сечения плоскостью NN
и винтовой пограничной линии будет точ-
кой характеристики, как для участка Dx,
так и для участка О2. Этот вывод осно-
вывается на том, что нормали к винто-
вым поверхностям Dx и О2 в точке В
будут лежать в сечении NN и пересе-
кать ось фрезы, расположенную в
той же плоскости NN. Характеристики
Ej и Е2 будут иметь одну общую ниж-
июю граничную точку В, на границе
участков они не будут иметь разрыва
и поэтому участки и Ий исходных
поверхностей вращения будут соприка-
саться друг с другом без их взаимного
пересечения.
Таким образом, обработка заданной
винтовой поверхности фрезерованием
не всегда оказывается возможной. При
профилировании, меняя положение фре-
зы относительно детали, добиваются ее
обработки с допустимыми отклонениями.
§ 13. ПРИМЕР ГРАФИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ПРОФИЛЯ ФРЕЗЫ
ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВИНТОВОЙ КАНАВКИ
При графическом профилировании
фрезы (рис. 127) для обработки заданной
винтовой канавки в системе плоскостей
проекций V/H изображается обрабо-
танная поверхность D.
Плоскость проекций V проводится
перпендикулярно оси детали, а пло-
§ 13. Пример графического определения профиля фрезы
187
Рис. 127. Графическое определение профиля фрезы для
обработки винтовой канавки
скость Н—через ось детали параллель-
но оси фрезы.
На расстоянии I друг от друга про-
водятся секущие плоскости /, II, III,
перпендикулярные оси детали. Это рас-
стояние обычно принимается равным
I = (0,02 4- 0,01) h, где h — шаг вин-
товой канавки.
Уменьшение величины I приводит к
большему числу секущих плоскостей
и более полному изображению винтовой
обрабатываемой поверхности.
В плоскостях I, II, III располагают-
ся торцовые сечения винтовой канавки.
Проекции торцовых сечений на пло-
скость Н совпадают с горизонтальными
следами плоскостей I, II, III. На пло-
скость V торцевые сечения проектирую-
тся в истинную величину. В смежных
секущих плоскостях они повернуты друг
относительно друга вокруг оси детали
на угол
8 = 360-^.
Л
188
Глава VII. Фасонные фрезы
Совокупность граничных точек А1А2А3...
... ВуВ2Вз торцовых сечений будет пред-
ставлять пограничные винтовые линии
пересечения винтовой канавки с наруж-
ным цилиндром заготовки.
Для построения кривых L, располо-
женных на поверхности канавки, в се-
чениях, перпендикулярных оси фрезы,
на плоскости Н проводим следы секу-
щих плоскостей VII, VIII, IX под углом
90° — б к оси детали.
Расстояние между соседними плоскос-
тями VII, VIII, IX, измеренное в про-
екции на плоскость Н, в направлении,
перпендикулярном оси детали, целе-
сообразно принять равным:
Су — I ctg б.
Соответственно расстояние между пло-
скостями VII, VIII, IX, измеренное по
нормали к ним, будет равно:
сп = I cos б.
В этом случае число необходимых линий
построения сокращается, так как на пло-
скости Н соответствующие точки пересе-
чения следов различных плоскостей I,
II, III, перпендикулярных оси за-
готовки, и плоскостей VII, VIII, IX,
перпендикулярных оси фрезы, будут рас-
полагаться на общих прямых, парал-
лельных оси заготовки. Если бы этого
не было, то каждую точку пересечения
следов рассматриваемых плоскостей
на плоскости Н необходимо было бы
перенести на плоскость V.
Плоскости VII, VIII, IX, пересека-
ясь с винтовой канавкой, дают кривые
L. В качестве примера рассмотрим по-
строение кривой L8 пересечения плоскос-
ти VIII с винтовой поверхностью.
Плоскость VIII пересекает сечения
1, II, III, перпендикулярные оси детали,
по прямым, которые на плоскость Н
проектируются в точки Су, с2, с3, а на пло-
скость V — в соответствующие прямые,
перпендикулярные оси проекций V/H.
Эти прямые с торцевыми сечениями ка-
навки пересекаются в точках с/, с2, с3.
Соединяя найденные таким образом точки
сь с2, сд, лежащие одновременно в пло-
скости VIII и на поверхности винтовой
канавки, получим искомую линию Ls.
Однако в истинную величину линия L
проектируется на плоскость Q, перпен-
дикулярную оси фрезы. Проекции точек
с{', с2", с3, лежащих на линии Lg, на пло-
скость Q находятся по правилу перемены
плоскостей проекций.
Так, для нахождения проекции точки
Су на плоскость Q проводим через про-
екцию точки Су на плоскость Н перпен-
дикуляр к оси проекций Q/Н. От оси
Q/Н откладываем на этом перпендику-
ляре отрезок, равный расстоянию точки
с’у (проекции Су на плоскость V) до оси
проекций VIH. Получим точку с" у (про-
екцию Су на плоскость Q). Аналогично
определяются проекции на плоскость Q
других точек линии Ь8, совокупность
которых и будет проекцией линии L3
на плоскость Q. Подобно линии Lb на-
ходятся в проекции на плоскости Q
и другие линии L7, L3, Llo,... пересече-
ния винтовой канавки с плоскостями,
перпендикулярными оси фрезы.
Определение радиусов окружностей
фрезы, касательных к кривым L сечений
канавки плоскостями, перпендикуляр-
ными оси фрезы, наиболее удобно вес-
ти с помощью кальки с концентри-
ческими окружностями. Кальку накла-
дывают на чертеж, и перемещая по
проекции на плоскость Q, наблюдают
характер касания окружностей кальки
и линий L. Положение кальки подби-
рают такое, при котором окружности
кальки, соответствующие исходной по-
верхности вращения режущих кромок
вокруг оси фрезы, в каждом из сечений
VII, VIII, IX соприкасались бы с ли-
ниями L, но их не пересекали.
Соединяя точки касания окруж-
ностей фрезы (кальки) с линиями L,
§ 13. Пример графического определения профиля фрезы
189
получим линию контакта Е поверхности
винтовой канавки и исходной поверх-
ности вращения режущих кромок во-
круг оси фрезы.
Наибольшая окружность из числа ка-
сающихся линий L дает наружный диа-
метр фрезы. Центр концентрических
окружностей кальки будет соответство-
вать проекции оси фрезы на плоскость
Q. Проекция оси фрезы на плоскость
Н будет лежать на перпендикуляре
к оси QJH, проведенном через центр
концентрических окружностей кальки.
На пересечении проекций осей фрезы
и детали на плоскость Н будет находить-
ся точка скрещивания S.
Положение точки S может быть опре-
делено через расстояние X от точки S
до граничной винтовой линии канавки,
измеренное по направлению оси заго-
товки.
Для определения кривой профиля
исходной поверхности вращения И
через ось фрезы перпендикулярно пло-
скостям Q и Н проводится плоскость Т
и вводится новая система плоскостей
проекций W/Q. Плоскость W прово-
дится параллельно плоскости Т. Поэто-
му на плоскость W профиль исходной
поверхности вращения И фрезы будет
проектироваться в истинную величину.
Точки профиля фрезы находятся как
точки пересечения окружностей, распо-
ложенных на исходной поверхности
вращения, и плоскости Т. Они опреде-
ляются в проекции на плоскость Q
как точки встречи окружностей и сле-
да Tq. Горизонтальные проекции рас-
сматриваемых точек лежат в точках
встречи следа Th и следов VII, VIII,
IX соответствующих секущих плоскос-
тей. Искомыми точками профиля исход-
ной поверхности И будут точки /С7, Ks, К9
(их проекции на плоскости Н и Q будут
k8, k7, ks). Зная проекции точек про-
филя в системе QJH, определяем по пра-
вилу перемены плоскостей проекций ис-
комую проекцию профиля на плоскость
W. Для этого проекции k7, k”6 точек
профиля на плоскость Q переносим
по прямым, перпендикулярным сси про-
екций W/Q на плоскость W. Расстояния
от проекций точек профиля К7,
на плоскость Н до оси Q/Н переносим
на плоскость W, измеряя их от оси про-
екций W/Q. Таким образом определяем
проекции k7, kt точек профиля на пло-
скость W, соединяя которые, получаем
искомый профиль фрезы. Для удобства
изготовления шаблонов кривая профи-
ля может быть заменена дугами окруж-
ностей и касательными прямыми.
Прямолинейный участок профиля рас-
полагается обычно на торцах фрезы.
Часто он не принимает непосредствен-
ного участия в оформлении контура ка-
навки и только предварительно срезает
часть материала заготовки. С целью обес-
печения достаточных задних углов на бо-
ковых кромках затылованных фрез, пря-
молинейный участок профиля прово-
дится под углом 5—10° к торцу фрезы,
так чтобы в процессе обработки он не
внедрялся в поверхность винтовой ка-
навки.
190
ПРОТЯЖКИ
$ I. НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ТИПЫ
Протягивание является одним из наи-
более производительных видов обработ-
ки металлов резанием. Высокая про-
изводительность при протягивании объ-
ясняется большой суммарной длиной
режущих кромок, одновременно участ-
вующих в срезании металла.
Протягивание позволяет получить об-
работанные поверхности с высокой сте-
пенью точности и чистоты. Внутренние
протяжки предназначались сначала для
обработки цилиндрических и фасон-
ных отверстий. Сейчас протягивание ста-
ло применяться и для обработки наруж-
ных поверхностей. Вначале с помощью
протягивания обрабатывали только пло-
ские поверхности, а затем по мере раз-
вития и усовершенствования методов на-
ружного протягивания стали обраба-
тывать поверхности, имеющие сложную
конфигурацию.
Протяжки являются сложным и доро-
гостоящим специальным инструментом,
изготовляемым для обработки опреде-
ленных деталей. Поэтому экономическая
эффективность от их применения в пол-
ной мере выявляется лишь при массо-
вом и серийном характере производства
изделий. Однако на предприятиях с
единичным и мелкосерийным выпуском
изделий протяжки могут дать весьма зна-
чительный экономический эффект, если
формы обрабатываемых поверхностей и
их размеры нормализованы.
Методы протягивания и протяжной
инструмент непрерывно совершенству-
ются. В настоящее время в промышлен-
ности применяется несколько схем про-
тягивания. Наиболее простой является
схема протягивания, при которой осу-
ществляется возвратно-поступательное
относительное движение инструмента
заготовки (рис. 128, а). Эта схема ис-
пользуется как при обработке внутрен-
них, так и при обработке наружных по-
верхностей на универсальных протяж-
ных станках.
Для обработки отверстий протяжка
имеет форму стержня, поперечное сечение
которого соответствует поперечному се-
чению обработанной детали. На наруж-
ной, рабочей поверхности исходного стер-
жня создаются режущие зубья, диамет-
ральные размеры которых увеличиваются
к концу протяжки. За счет постепенно-
го увеличения диаметральных размеров
зубьев происходит срезание металла толь-
ко при поступательном движении про-
тяжки относительно детали. Последние
профилирующие зубья протяжки имеют
режущие кромки, расположенные на
поверхности исходного стержня, что и
обеспечивает формирование заданной
поверхности детали. Протяжка, пред-
назначенная для обработки наружных
поверхностей, представляет собой приз-
матическое тело, на рабочей поверх-
ности которого образованы режущие
зубья. Высотные размеры режущих зубьев
§ 1. Назначение и основные типы
191
192
Глава VIII. Протяжки
увеличивают к концу протяжки. Бла-
годаря этому происходит срезание ме-
талла только при поступательном дви-
жении протяжки относительно заготов-
ки.
Профилирующие участки режущих
кромок зубьев протяжки располагаются
на исходной рабочей поверхности про-
тяжки. Эта поверхность при обработке
соприкасается с поверхностью детали
и. ее профиль совпадает с профилем
детали, что и обеспечивает формирова-
ние поверхности детали. Поверхность
детали в рассматриваемом случае имеет
форму цилиндрической поверхности, об-
разующие которой идут параллельно
направлению возвратно-поступатель-
ных движений протяжки. Профиль этой
поверхности может быть самым разно-
образным. Он зависит от формы и разме-
ров профилирующих участков режущих
кромок зубьев протяжек и от их взаим-
ного расположения.
В целях повышения производитель-
ности труда используются схемы не-
прерывного протягивания. В этом слу-
чае заготовки перемещаются относи-
тельно неподвижной протяжки. Чтобы
обеспечить прямолинейное движение
обрабатываемых деталей относительно
неподвижной протяжки, необходимо
использовать замкнутую цепь с рядом
приспособлений, которые скользят по
направляющим станины (рис. 128,6 ).
Закрепление заготовок в приспособле-
ниях и их освобождение после обработ-
ки осуществляются автоматически или
вручную.
Относительное движение протяжки
и детали может быть вращательным.
При этом заготовки закрепляются на вра-
щающемся круглом столе и проходят
под протяжкой, прикрепленной к не-
подвижному кронштейну (рис. 128, в).
Вращательное движение относительно
неподвижной заготовки может совер-
шать также протяжка (рис. 128, г).
При круговом протягивании обрабо-
танная поверхность детали создается
в форме поверхности вращения. В част-
ном случае она может быть плоскостью,
которую можно рассматривать как по-
верхность вращения прямой линии во-
круг оси ей перпендикулярной. При-
ближенно, обработанную поверхность
детали можно считать цилиндрической,
когда расстояние от оси вращения до
зоны обработки будет большим.
Чтобы в процессе кругового протя-
гивания получить требуемую поверх-
ность, необходимо расположить профи-
лирующие участки режущих кромок
зубьев протяжки на поверхности дета-
ли. Зубья, вступающие в работу раньше
профилирующих, должны в момент ре-
зания располагаться на различных по-
степенно увеличивающихся расстояни-
ях от поверхности детали, чтобы обес-
печить целесообразную толщину среза.
При круговом протягивании отсутствует
обратный ход, что соответственно уско-
ряет процесс обработки.
Относительное движение протяжки
и заготовки может быть винтовым, что
используется при протягивании винто-
вых канавок. Винтовое движение может
осуществляться как совокупность по-
ступательного и соответствующего вра-
щательного движения. Вращательное
движение может принудительно сооб-
щаться протяжке или заготовке. Может
использоваться также самовращение про-
тяжки или заготовки. Принудительное
вращение протяжки может быть обеспе-
чено различными способами, например,
с помощью пальца (рис. 128, д) или ро-
лика, скользящего по винтовой канавке
на протяжке, копирной линейки, от ко-
пирного винта через зубчатую пару, пу-
тем настройки соответствующей кинема-
тической цепи станка и т. п. Обработ-
ка винтовых канавок с углом наклона
до 10° может производиться при само-
вращении протяжки или детали, соот-
§ 1. Назначение и основные типы
193
ветственно установленных на шарико-
вых опорах. Протягивание с самовраще-
нием применяют при сравнительно невы-
соких требованиях к точности обработки.
Для получения требуемой поверхности
при обработке необходимо, чтобы про-
филирующие участки режущих кромок
зубьев протяжки располагались на по-
верхности детали и при винтовом дви-
жении инструмента относительно заго-
товки описывали требуемую поверхность.
Постепенное углубление зубьев протяж-
ки в материал заготовки обеспечивает-
ся и в рассматриваемом случае тем, что
режущие кромки различных зубьев от-
стоят на различных (выбранных опреде-
ленным образом) расстояниях от поверх-
ности детали. Винтовое протягивание
находит применение при обработке вин-
товых шлиц, при нарезании резьбы
специальных профилей в гайках с по-
мощью метчиков-протяжек и т. п.
Протягиванием обрабатываются также
наружные поверхности тел вращения
с прямолинейными или криволинейны-
ми образующими. Схема такой обработки
(рис. 128, е) включает относительно
быстрое вращение заготовки вокруг
своей оси, которое является главным
движением резания. Наряду с этим про-
тяжка движется прямолинейно, касаясь
обрабатываемой поверхности. Каждый
зуб такой протяжки можно рассмат-
ривать как тангенциальный фасонный
резец. Постепенное углубление при
работе зубьев протяжки в материал
заготовки обеспечивается режущими
кромками зубьев, расположенных на раз-
личных расстояниях от опорной плоскос-
ти инструмента. Благодаря этому ми-
нимальное расстояние от режущих кро-
мок до оси заготовки от зуба к зубу ме-
няется, что и определяет размеры слоев
металла, срезаемых каждым зубом.
Протягивание поверхностей вращения
может производиться также спиральны-
ми протяжками (рис. 128, ж). В процессе
7 4-1967
обработки осуществляется быстрое вра-
щение детали вокруг своей оси и отно-
сительно медленное вращение протяжки
вокруг ее оси. Обработка производит-
ся за один оборот протяжки. Постоянное
углубление зубьев протяжки в материал
заготовки происходит в результате рас-
положения режущих кромок зубьев на
спиральной поверхности, т. е. на раз-
ных расстояниях от оси. Чтобы в про-
цессе обработки получить требуемую
поверхность, необходимо профилирую-
щие участки режущих кромок зубьев
расположить на поверхности враще-
ния. Ось этой поверхности совпадает
с осью протяжки, и она в процессе об-
работки касается поверхности детали.
Спиральные протяжки могут исполь-
зоваться также при обработке внутрен-
них поверхностей вращения. При об-
работке наружных поверхностей вра-
щения применяют кольцевые протяжки
с внутренними зубьями. Режущие кром-
ки зубьев такой протяжки располагаю-
тся на разных расстояниях от оси,
благодаря чему обеспечивается последо-
вательное углубление зубьев инстру-
мента в материал заготовки. По сравне-
нию со спиральными протяжками, коль-
цевые протяжки имеют увеличенную
дугу контакта каждого зуба с материа-
лом заготовки, что способствует повыше-
нию производительности.
В последнее время нолучили распро-
странение более сложные схемы протя-
гивания методом обкатки фасонных по-
верхностей двойной кривизны, кониче-
ских прямозубых колес и других деталей.
На рис. 128, и изображена схема про-
тягивания по методу обкатки прямо-
зубых цилиндрических зубчатых колес.
В качестве инструмента используется ре-
ечная протяжка, которая имеет прямо-
линейное движение. Скорость этого дви-
жения составляет определенный угол с
осью реечной протяжки. Заготовка при-
нудительно вращается вокруг своей оси.
194
Глава VIII. Протяжки
Скорость этого вращения должна быть
согласована со скоростью движения ин-
струмента. Составляющая скорости ин-
струмента в плоскости, перпендикуляр-
ной оси детали, должна быть равна
окружной скорости заготовки на дели-
тельной окружности. Этим обеспечи-
вается условие обкатки заготовки по
инстр ументу-рейке.
При протягивании прямозубых колес
ось заготовки наклоняется под тем уг-
лом, под которым расположены зубья
рейки-инструмента. Каждый зуб рейки-
инструмента снимает материал одной
определенной впадины колеса. Чтобы
обеспечить обработку всех зубьев колеса,
необходимо иметь широкую и длинную
протяжку. Поэтому обычно применяют
протяжки с двумя-тремя реечными вы-
ступами, проводя работу в несколько
проходов.
Из всех рассмотренных схем наиболь-
шее распространение в промышленности
получило протягивание, при котором
относительное движение инструмента
и заготовки является прямолинейным.
Рассмотрим конструкции протяжек с
прямолинейным движением.
§ 2. ПРОТЯЖКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИИ
Протяжки для обработки отверстий име-
ют следующие основные части (рис. 129):
хвостовик 1, шейку 2, переходный конус,
переднюю направляющую часть <3, ре-
жущую часть 4, калибрующую часть
5, заднюю направляющую часть 6, опор-
ную цапфу и задний хвостовик 7.
Протягивание отверстий производится
в следующей последовательности: заго-
товка с предварительно просверленным
отверстием насаживается на переднюю
направляющую часть протяжки, кото-
рая своим хвостовиком присоединяется
к тяговому патрону станка. В процессе
рабочего хода протяжка протягивается
кареткой станка сквозь отверстие в за-
готовке, которая при этом упирается
в опорную плоскость станка или при-
способления и удерживается на ней си-
лой трения. Когда протяжка пройдет
сквозь отверстие в заготовке, обработан-
ная деталь падает в корыто станка либо
рабочий снимает ее со стола. Затем да-
ется обратный ход, отсоединяется про-
тяжка от тягового патрона, очищается
от стружки, после чего весь цикл ра-
боты повторяется.
При обработке отверстий на вертикаль-
ном станке со вспомогательным верх-
ним цилиндром после протягивания
очередной заготовки протяжка своим
задним хвостовиком автоматически при-
соединяется к вспомогательному патро-
ну, отсоединяется от тягового патрона и
поднимается в исходное положение для
обработки новой заготовки. Затем рабо-
чий устанавливает на столе станка обра-
батываемые детали и после включения
рабочего хода протяжка при помощи
верхнего вспомогательного цилиндра
вводится в предварительно обработанное
отверстие, захватывается тяговым пат-
роном и протягивается сквозь заготовку,
после чего цикл повторяется. В этом
случае производят только смену обраба-
тываемых заготовок и очищают протяж-
ку от стружки, если она не смывается
струей смазывающе-охлаждающей жид-
кости. По аналогичному полуавтомати-
ческому циклу работают и некоторые
горизонтально-протяжные станки.
Рассмотрение процесса протягивания
показывает, что хвостовик воспринимает
усилие протягивания и служит для за-
крепления протяжки в патроне протяж-
ного станка. Он может иметь различную
форму. Широко применяется цилиндри-
ческий хвостовик, имеющий круговую
выточку, куда заходят кулачки быстро-
действующего патрона для закрепления
протяжки. Достоинством такой фор-
мы хвостовика являются простота изго-
товления, достаточно высокая проч-
ность, быстрота закрепления и раскреп-
§ 2. Протяжки для обработки отверстий
195
Рис. 129. Части цилиндрической протяжки
ления инструмента. Размеры хвостовика
выбираются по стандарту в соответствии с
имеющимся на станке патроном. Для сво-
бодного насаживания заготовки на про-
тяжку диаметр его должен быть не менее,
чем на 0,5 мм, меньше диаметра предва-
рительно обработанного отверстия. Дли-
на хвостовика принимается в соответст-
вии с размерами патрона от пяти диамет-
ров у малых, до двух — у больших про-
тяжек, чтобы обеспечить надежное поло-
жение хвостовика в патроне и избежать
чрезмерного провисания инструмента.
Для крепления протяжек с попереч-
ным сечением некруглой формы, напри-
мер шпоночных (рис. 130), применяют
призматические хвостовики.
Шейка и переходный конус составляют
связующее звено между хвостовиком
и направляющей частью. Диаметр шейки
берется равным или на 0,3—1 мм меньше
диаметра хвостовика. Длина шейки вы-
бирается с таким расчетом, чтобы обес-
печить необходимую длину протяжки
до первого режущего зуба и возмож-
ность присоединения протяжки к патро-
ну протяжного станка. Переходный ко-
нус длиной 10—25 мм делается для бо-
лее легкого ввода передней направляю-
щей части в протягиваемое отверстие.
Передняя направляющая часть яв-
ляется как бы калибром для размеров
предварительного отверстия, служит для
установки заготовки на протяжке перед
обработкой и обеспечения перехода ее
на режущую часть без перекосов. Фор-
ма передней направляющей части со-
ответствует форме протягиваемого от-
верстия заготовки. Диаметр направляю-
щей части принимается равным наи-
меньшему диаметру предварительного
7*
отверстия, а длина — равной длине про-
тягиваемого отверстия. Более короткая
передняя направляющая часть может
не обеспечить надежного центрирования.
Режущая часть является основной
частью протяжки, срезающей металл
заготовки. Она представляет собой со-
вокупность режущих зубьев различных
размеров. Количество режущих зубьев
Рис. 130. Типы призматических хвостовиков
196
Глава VIII. Протяжки
зависит от величины припуска под
протягивание, от размеров и формы
обрабатываемой детали, от выбранной
схемы резания и принятого подъема на
зуб, т. е. толщины срезаемого слоя
и т. п. Режущая часть круглой про-
тяжки представляет собой цилиндриче-
ский стержень, сопряженный при рас-
сматриваемых движениях инструмента
относительно заготовки с поверхностью
детали и превращенный в инструмент
путем образования на его периферии
режущих зубьев. Диаметр этого стерж-
ня выбирается с учетом разбивания
отверстия при протягивании. Его мак-
симальный размер равен максималь-
ному диаметру протянутого отверстия
минус максимальная величина разбива-
ния 6, которая зависит от качества изго-
товления протяжки и предварительного
отверстия, размеров детали и инстру-
мента, материала заготовки, состава сма-
зочно-охлаждающей жидкости, несоос-
ности предварительного отверстия и про-
тяжки. Величина разбивания определя-
ется экспериментально. На основании
производственного опыта и исследо-
вательских работ величину разбива-
ния ориентировочно принимают равной
0,005—0,01 мм для протяжек длиной до
700—800 мм. У протяжек с большей дли-
ной величина разбивания достигает
0,01—0,015 мм. Явление «разбивания»
свойственно относительно толстостен-
ным деталям. Протягиванию тонкостен-
ных деталей из вязких материалов на-
оборот свойственна «усадка» — отрица-
тельное разбивание отверстия. При про-
тягивании тонкостенных деталей вели-
чину усадки для сталей ориентировочно
можно определить по следующим экс-
периментальным формулам:
Ст.З и Ст.5 6 = 0,30£>—1,47,
40Х и 18ХНВА 6 = 0,60 — 2,87,
где 6 — величина усадки, мкм\
D — диаметр протянутого отвер-
стия, ММ‘,
7 — толщина стенок отверстия, мм.
Режущие зубья протяжки образуются
путем прорезания на исходном стержне
поперечных стружечных канавок, т. е.
образования передней поверхности и
пространства для размещения образую-
щейся при резании стружки и создания
задних поверхностей, обеспечивающих
положительные задние углы на режущих
кромках. При конструировании круг-
лых протяжек можно принять плоскую
переднюю поверхность и расположить
ее перпендикулярно оси протяжки.
В этом случае режущая кромка зуба
будет окружностью пересечения наруж-
ной поверхности исходного стержня и пе-
редней плоскости. Во всех точках режу-
щей кромки такой протяжки передние
углы будут равны нулю, что зачастую
не целесообразно. Чтобы создать поло-
жительные передние углы во всех точ-
ках рассматриваемой режущей кромки,
принимают коническую форму передней
поверхности, ось которой совмещается
с осью протяжки. Величина переднего
угла у выбирается, как обычно, в зави-
симости от свойств обрабатываемого ма-
териала и материала инструмента. У про-
тяжек из быстрорежущей стали вели-
чины передних углов колеблются от
5 до 25°, а у протяжек оснащенных
твердым сплавом — от 0 до 10°. Задняя
поверхность зубьев круглой протяжки
выполняется также в форме конической
поверхности и таким образом создаются
положительные задние углы во всех
точках режущих кромок. Задние углы
а внутренних протяжек, имеют обычно
небольшую величину, порядка 2—4°.
При выборе величин задних углов не-
обходимо сохранить диаметральные раз-
меры протяжки в течение возможно
длительного времени. Протяжки пере-
тачиваются по передней конической
поверхности. При переточках уменьша-
§ 2. Протяжки для обработки отверстий
197
ются диаметральные размеры инстру-
мента гем быстрее, чем большей вели-
чины принят задний угол а. Это обсто-
ятельство и заставляет выбирать отно-
сительно малые величины задних углов
при конструировании протяжек.
Если у протяжки выполнить зубья
с одинаковыми размерами и расположить
их режущие кромки на поверхности
исходного цилиндрического стержня, то
первый зуб протяжки будет снимать весь
припуск, будет перегружен и быстро
выйдет из строя, а последующие зубья
не будут принимать участия в срезании
стружки и останутся незагруженными.
Чтобы распределить работу резания
на все режущие зубья, диаметры их
выполняются различными. Диаметр пер-
вого зуба принимается равным наимень-
шему диаметру предварительного отвер-
стия. Диаметр каждого последующего
зуба увеличивается на определенную
величину Ad, которая равна удвоен-
ной толщине среза Ad = 2а. Только
диаметр последнего режущего зуба вы-
полняется равным диаметру исходного
стержня.
Толщина среза а, равная подъему
на зуб, оказывает большое влияние
на процесс протягивания. Чем больше
будет она, тем короче будет протяжка,
тем меньше ее стоимость и выше произ-
водительность протягивания. Вместе с
тем при увеличении толщины среза воз-
растают усилия резания, что может при-
вести к разрыву протяжки, ухудшается
чистота обработанной поверхности, по-
вышается интенсивность износа инстру-
мента. Однако при очень малой толщине
среза, радиус округления режущей кром-
ки становится соизмеримым с толщиной
среза и отдельные зубья протяжки вместо
резания производят вдавливание мате-
риала заготовки. Это приводит к воз-
растанию усилий резания, интенсив-
ности износа, неравномерной загрузке
режущих зубьев, ухудшению качества
протянутой поверхности. Поэтому не
следует брать толщину срезаемого слоя
меньше 0,015 мм. Для рассматривае-
мых цилиндрических протяжек ориенти-
ровочные значения толщин среза а при
обработке стали равны 0,02—0,04 мм,
чугуна — 0,03—0,1 мм, алюминия —•
0,02—0,05 мм, бронзы и латуни — 0,05—
0,12 мм. Толщина среза оказывает су-
щественное влияние на процесс зави-
вания стружки и ее размещение во впа-
дине зуба.
При большой толщине среза жесткость
стружки мешает ей завиваться во впа-
дине зуба, стружка упирается в дно
впадины, ее виток получает непрерывную
форму, что в последующем приводит
к заклиниванию стружки и даже полом-
кам протяжек.
По опытным данным предельные значе-
ния толщин среза из условий правильно-
го завивания стружки при обработке ста-
лей средней твердости колеблются от
0,05 до 0,35 мм и зависят от глубины
впадины и ширины среза. С увеличением
глубины впадины и уменьшением шири-
ны среза предельные величины толщин
среза возрастают.
У рассматриваемых протяжек толщи-
ны среза или подъем зубьев режущей
части принимаются постоянными, за
исключением нескольких последних
зачищающих (чистовых) зубьев, на ко-
торых подъем на зуб постепенно умень-
шается до 0,025—0,015 мм. Чистовые
зубья необходимы для обеспечения плав-
ного падения усилий резания в конце
протягивания и получения требуемой
чистоты обработанной поверхности, их
число колеблется от 2 до 5. Оно должно
быть тем больше, чем больше подъем
на зуб и выше требования к чистоте
протянутой поверхности.
Работоспособность протяжек во мно-
гом зависит от размеров и формы стру-
жечных канавок, так как при протя-
гивании они оказывают существенное
198
Глава VIII. Протяжки
Рис. 131. Формы стружечных канавок
влияние на процесс формирования и схода
стружки. Форма впадины зуба долж-
на способствовать плавному завиванию
стружки в плотный валик и ее свобод-
ному размещению во впадине. Приме-
няемые на практике формы стружечных
канавок показаны на рис. 131.
При протягивании стали и других
металлов, дающих сливную стружку,
рекомендуется двухрадиусная форма ка-
навки (рис. 131, а), которая обеспечи-
вает хорошие условия для формирова-
ния и размещения стружки в довольно
большом объеме.
Однорадиусная форма с плоской спин-
кой зуба (рис. 131, б) проста в изготов-
лении и применяется при обработке
хрупких металлов, а также стали при
больших шагах зубьев. Основные раз-
меры стружечных канавок обеих форм
определяются следующими соотношени-
ями, установленными экспериментально-
/1^(0,354-0,45)/,
g = (0,3 4-0,4)/,
г = (0,5 4- 0,55) h,
(0,654-0,8)/,
где / — шаг зубьев.
Двухрадиусная специальная форма с
выступом у дна канавки (рис. 131, е)
сложна в изготовлении, но обеспечивает
хорошее удаление стружки при обра-
ботке пластичных материалов с больши-
ми толщинами среза и высокими ско-
ростями резания.
Удлиненная форма стружечных ка-
навок (рис. 131, г, 6) рекомендуется
для протяжек, применяемых при обра-
ботке длинных деталей.
Шаг / режущих зубьев является важ-
ным конструктивным элементом. При
выборе шага необходимо учитывать, что
с уменьшением его сокращается длина
протяжки, снижается ее стоимость, по-
вышается производительность и качество
обработанной поверхности. При умень-
шении шага и неизменной толщине сре-
за возрастает число одновременно ра-
ботающих зубьев. В результате этого
растут усилия протягивания, возникает
опасность разрыва протяжки, уменьша-
ется объем стружечной канавки и ухуд-
шаются условия формирования и раз-
мещения стружки, сокращается число
возможных переточек, а, следовательно,
и долговечность инструмента.
§ 2. Протяжки для обработки отверстий
199
При проектировании протяжек решаю-
щими факторами, определяющими ве-
личину шага, являются условия вмести-
мости стружки во впадине зуба и проч-
ности протяжки. Кроме того, при выборе
шага необходимо обеспечить одновремен-
ную работу не менее двух зубьев про-
тяжки. Чтобы выполнить это требова-
ние детали малой длины протягивают
пакетом, состоящим из нескольких дета-
лей, что позволяет применять протяжки
с шагом, превышающим длину одной
детали. Наиболее часто шаг зубьев опре-
деляется из условия достаточно сво-
бодного размещения стружки. При таком
расчете площадь активной части канав-
ки, в пределах которой может разме-
щаться стружка, приближенно прини-
мается равной площади круга fk с ра-
диусом г = -у- (рис. 132), т. е. площади
f _
Ik 4 •
Площадь /ср осевого продольного се-
чения слоя, срезаемого одним зубом,
будет равна:
/ср oLt
где L — длина протягиваемой поверх-
ности;
а—толщина среза, равная подъ-
ему на зуб.
Витки стружки, находясь во впадине
зуба, неплотно прилегают друг к дру-
гу. Поэтому для обеспечения свободного
размещения стружки необходимо, что-
бы площадь впадины fk была больше пло-
щади /ср осевого сечения срезаемого слоя.
Отношение площади активной части
канавки к площади осевого сечения
срезаемого слоя называют коэффициен-
том заполнения k стружечной канавки:
_ fk _______________ nhz
fср
Коэффициент заполнения стружечной
канавки всегда больше единицы. Он оп-
Рис. 132. Схема заполнения канавки стружкой
ределяется экспериментально и зави-
сит от свойств обрабатываемого мате-
риала, толщины среза, износа протяжек
и т. п. Величина коэффициента заполне-
ния стружечной канавки колеблется в
пределах от 2,0 до 5,5. Меньшие значения
коэффициента заполнения соответствуют
обработке малолегированных сталей с
малыми толщинами среза. При известном
коэффициенте заполнения k стружечных
канавок необходимая глубина впадины
h и шаг между зубьями t определяются
по формулам:______
h = l,13]<feaL; f==(2,5-b2,8)/i.
С целью получения лучшего качества
обработанной поверхности шаг зубьев
выполняется переменным, так как рав-
номерный шаг способствует появлению
поперечных рисок на протягиваемой
поверхности. Это объясняется тем, что
при протягивании зубья последователь-
но входят и выходят из соприкоснове-
ния с заготовкой. В моменты входа и вы-
хода зубьев наблюдается резкое измене-
ние нагрузки и связанное с этим периоди-
ческое изменение упругой деформации
детали и протяжки. В результате «уда-
ров» (изменения нагрузки и деформаций)
режущие кромки зубьев дают отпечатки
на протягиваемой поверхности, которые
при равномерном шаге затем усиливают-
ся следующими зубьями протяжки. Ри-
ски значительно уменьшаются по своей
величине и рассеиваются по протяги-
ваемой поверхности при неравномерном
шаге зубьев. Величина неравномерности
200
Глава VIII. Протяжки
шага зубьев колеблется от ±0,3 мм
для небольших шагов до ± 1 мм при шаге
свыше 18 мм.
Число одновременно работающих зу-
бьев z при протягивании не является
величиной постоянной. Оно определяе-
тся отношением длины протягивания
к шагу:
Целая часть результата подсчета по
этой формуле является минимальным
числом одновременно работающих зубь-
ев zmin. Округляя же результат до це-
лых чисел в большую сторону, получаем
максимальное число одновременно ра-
ботающих зубьев Zmax. ОбыЧНО ПрИ ПрО-
тягивании наблюдается колебание на еди-
ницу числа одновременно работающих
зубьев. Следствием переменного коли-
чества одновременно работающих зубь-
ев является изменение нагрузки стан-
ка и протяжки, а также нарушение
плавности в работе инструмента. Плав-
ность работы повышается при увели-
чении числа одновременно работающих
зубьев, т. е. уменьшении шага протяжки.
Однако применение очень малого шага
зубьев нежелательно. Протяжки с таким
шагом допускают мало переточек, а за-
точка их усложняется из-за опасности
врезания шлифовального круга в со-
седний зуб. При конструировании про-
тяжек стремятся обеспечить число одно-
временно работающих зубьев z в интер-
вале от 3 (при коротких) до 8 (при длин-
ных) обрабатываемых отверстиях.
При проектировании протяжек, осо-
бенно при высоких требованиях к чис-
тоте поверхности, следует стремиться
к тому, чтобы длина протягивания не
была кратной шагу зубьев, т, е. от-
ношение длины протягивания L к шагу
зубьев t не должно быть точно це-
лым числом. Несмотря на кажущуюся
возможность при кратном шаге дос-
тичь постоянства числа одновремен-
но работающих зубьев и полной рав-
номерности нагрузки станка и протяж-
ки, фактически этого не получается.
В рассматриваемом случае в силу коле-
баний длины протягивания и нерав-
номерности шага зубьев, число одно-
временно работающих зубьев колеблет-
ся на 2 зуба. Это может в ряде слу-
чаев явиться причиной разрыва протяж-
ки вследствие ее перегрузки. Так, на
рис. 133 изображен случай протягива-
ния, когда длина L = 21. В силу неравно-
мерности шага, величина которого при-
нята равной ±0,5 мм, расстояние от
первого до третьего зуба будет 2t — 0,5.
Поэтому во время работы первого и вто-
рого зуба на длине 0,5 мм работает и тре-
тий зуб, т. е. максимальное число одно-
временно работающих зубьев равно трем.
Расстояние же между третьим и пятым зу-
бьями равно 2Н-0,5. Поэтому при выходе
третьего зуба пятый зуб еще не будет
соприкасаться с заготовкой и на длине
0,5 мм будет работать только один чет-
вертый зуб. Таким образом, число одно-
временно работающих зубьев будет ко-
лебаться на 2 от одного до трех, что
§ 2. Протяжки для обработки отверстий
201
Рис. 134. Стружкоразделительные канавки
неблагоприятно отражается на процессе
протягивания.
Для разделения стружки на отдельные
узкие участки, при протягивании ста-
ли и других пластичных металлов, на
режущих зубьях в шахматном порядке
выполняются стружкоразделительные
канавки (рис. 134). При обработке чугуна
и других металлов, дающих сыпучую
стружку, такое деление не обязательно.
Расстояние между канавками выбира-
ется в пределах 3—10 мм. Оно равно
ширине срезаемого слоя, которая ока-
зывает заметное влияние на условия
формирования и размещения стружки
во впадине зуба. Широкая стружка
сворачивается в валик труднее, чем уз-
кая, особенно при криволинейной фор-
ме кромки. При слишком широких
стружках процесс резания затруднен
и могут наблюдаться поломки инстру-
мента. Стружкоразделительные канавки
необходимы также для обеспечения лег-
кого удаления стружки после протяги-
вания очередной детали. Если режущие
зубья не будут иметь стружкораздели-
тельных канавок, то при обработке ме-
таллов, дающих сливную стружку, в ка-
навках будут образовываться кольца
стружки, удалять которые после протя-
гивания каждой детали будет чрезвы-
чайно трудно. Глубина стружкоразде-
лительных канавок hk—(0,4—1)лл/, а их
ширина Sk = (0,6—1,2) мм. Профиль
стружкоразделительных канавок может
быть прямоугольным и угловым с углом
со = 45 4- 60°. Радиус закругления дна
канавки rk ~ (0,2 0,5) мм.
Чтобы получить на кромках стружко-
разделительных канавок положитель-
ные задние углы, их необходимо шлифо-
вать под углом к оси протяжки парал-
лельно задней поверхности зуба. Наряду
с положительными явлениями стружко-
разделительные канавки приводят к от-
рицательным. Они ухудшают чистоту
протянутой поверхности, снижают стой-
кость протяжки вследствие ускоренного
износа участков режущих кромок, при-
мыкающих к канавкам. След от стружко-
разделительной канавки предыдущего
зуба создает на стружке ребро жесткости,
что затрудняет ее свертывание и разме-
щение во впадине зуба. Эти недостат-
ки протяжек рассматриваемой профиль-
ной схемы резания в значительной сте-
пени могут быть ослаблены примене-
нием протяжек других схем резания,
в частности протяжек переменного ре-
зания.
Калибрующая часть протяжки слу-
жит для заглаживания и окончательного
формирования обработанной поверхнос-
ти. Кроме того калибрующие зубья
по мере переточек восполняют режущие.
Калибрующая часть представляет собой
совокупность ряда зубьев постоянного
диаметра, равного диаметру последнего
режущего зуба, т. е. диаметру исход-
ного стержня. Количество калибрую-
щих зубьев должно быть таким, чтобы
обеспечить требуемое число переточек
202
Глава VIII. Протяжки
Рис. 135. Протяжка с регулируемыми калибру-
ющими зубьями
протяжки. Поэтому для протяжек, обраба-
тывающих точные отверстия, число кали-
брующих зубьев следует принимать боль-
ше, чем при протягивании отверстий с от-
носительно грубыми допусками. Число
калибрующих зубьев протяжек выби-
рается в пределах от 4 до 8. Шаг калиб-
рующих зубьев составляет 0,6—1,0 ша-
га режущих зубьев. Укороченные шаги
калибрующих зубьев способствуют ус-
тойчивому направлению протяжки и тем
самым обеспечивают получение правиль-
ной формы и высокой точности размеров
отверстия. Соотношения размеров про-
филя калибрующих зубьев сохраняют-
ся такими же, как и у режущих зубь-
ев. На калибрующих зубьях оставляет-
ся цилиндрическая ленточка шириной
0,2 мм. Задний угол на этих зубьях
выполняется небольшой величины 0,5—
2°, что оправдывается необходимостью
обеспечить медленное уменьшение по-
перечных размеров калибрующей час-
ти при переточках и получить годные
отверстия на протяжении всего периода
эксплуатации инструмента. Калибрую-
щие зубья не имеют стружкораздели-
тельных канавок.
При обработке отверстий, имеющих
малые допуски на изготовление, обычные
протяжки относительно быстро выходят
из строя. С целью увеличения срока
службы разработаны протяжки с регули-
руемой по диаметр у калибрующей частью.
Пустотелая секция калибрующих зубь-
ев (рис. 135) имеет спиральную сквоз-
ную прорезь. Отверстие секции и сопря-
женная часть протяжки имеют кони-
ческую форму. Это позволяет регулиро-
вать диаметр перемещением секции ка-
либрующих зубьев по длине протяжки
с помощью гайки. Такая конструкция
дает возможность повысить срок служ-
бы протяжки, обеспечивая регулировку
диаметральных размеров калибрующей
части на 0,2 мм. В связи с увеличением
числа допускаемых переточек толщина
всех зубьев протяжки делается увели-
ченной.
Для увеличения срока службы пред-
ложены круглые протяжки с 5—6 за-
пасными калибрующими зубьями, кото-
рые располагаются после обычных ка-
либрующих зубьев. Диаметр этих зубьев
на 0,005 мм больше диаметра калибрую-
щих зубьев. В начале работы запасные
калибрующие зубья являются выгла-
живающими. После потери размера ка-
либрующими зубьями, запасные зубья
поочередно затачиваются. При этом среза-
ется отрицательная фаска на передней
поверхности с углом = —5° и шири-
ной до 0,5—0,7 мм и соответственно
уменьшается цилиндрическая ленточка
на задней поверхности. Такая конструк-
ция протяжки позволяет увеличить срок
ее службы в несколько раз.
Задняя направляющая чаеть предна-
значается для направления детали в мо-
мент окончания протягивания, препят-
ствует перекосу детали и повреждению
обработанной поверхности последними
калибрующими зубьями. Ее форма при-
нимается такой же, как форма протя-
нутого отверстия. У круглых протяжек
задняя направляющая часть имеет форму
цилиндра, при квадратном отверстии —
форму квадратной призмы и т. д,
В целях упрощения изготовления допу-
скается цилиндрическая форма задней
направляющей у всех внутренних
протяжек, которые обрабатываются на
центрах.
Размеры поперечного сечения задней
направляющей части принимаются рав-
ными соответствующим наименьшим раз-
§ 2. Протяжки для обработки отверстий
203
мерам поперечного сечения протянутого
отверстия. Это обеспечивает свободное
прохождение задней направляющей час-
ти сквозь отверстие, обработанное изно-
шенной протяжкой.
Длина задней направляющей части
должна быть больше расстояния от опор-
ного торца детали до ее центра тяжести.
Она принимается равной 0,5—0,7 от
длины детали. Для поддержания протя-
жек большого веса и длины с помощью
люнета в конце задней направляющей
части предусматривается опорная цапфа
с диаметром, соответствующим диамет-
ру отверстия люнета. Часто задний ко-
нец протяжки поддерживается центром,
вставленным в гнездо люнета. В этом
случае опорная цапфа не нужна.
Задний хвостовик служит для отвода
протяжки в исходное положение при
полуавтоматическом цикле обработки.
При ручном перемещении инструмента
в исходное положение задний хвосто-
вик на протяжках отсутствует.
Общая длина протяжки подсчитыва-
ется как сумма длин составляющих
ее частей. Общая длина протяжки не
должна превышать длины хода протяж-
ного станка, а также максимально воз-
можных размеров заготовок, которые
могут обрабатываться на имеющемся
оборудовании, используемом при изго-
товлении протяжек. Чрезмерно длинные
протяжки при термической обработке
подвержены очень большому коробле-
нию, их обработка и эксплуатация в силу
недостаточной жесткости крайне затруд-
нительны.
Предельные отношения длины про-
тяжки к ее диаметру колеблются от 55
для протяжек малого диаметра до 30 для
протяжек большего диаметра. Если рас-
четная длина превышает предельно до-
пустимую длину и ограничиться одной
протяжкой невозможно, приходится про-
изводить обработку детали комплектом
протяжек. Чаще всего в комплект вхо-
дит от двух до четырех протяжек. При
этом надо стремиться к тому, чтобы дли-
на протяжки последнего прохода (наи-
более точной и дорогой) была возможно
меньшей.
Опыт эксплуатации протяжек пока-
зывает, что в процессе резания создают-
ся значительные усилия, которые могут
вызвать поломку инструмента. Поэтому
при проектировании протяжек необхо-
димо проводить расчет их на прочность.
В процессе обработки протяжки подвер-
гаются сложной деформации (растяже-
нию, сжатию, изгибу), и определить
действительные напряжения, возникаю-
щие в материале протяжек, с учетом кон-
центраций напряжений затруднительно.
При конструировании протяжек обычно
учитывают основную деформацию, воз-
никающую под действием осевой состав-
ляющей усилия протягивания, и прове-
ряют прочность инструмента расчетом
на разрыв. В этом случае максимальное
напряжение определяется по формуле:
р
„ тах
Q=== —>
где Ртах — наибольшая величина осе-
вой составляющей усилия
протягивания;
Pmin — минимальная площадь по-
перечного сечения протяж-
ки, определяемая в сечении
по первой стружечной канав-
ке, или по хвостовику в том
месте, где он наиболее ослаб-
лен выемками под крепежные
элементы.
Сила резания при протягивании скла-
дывается из суммы сил, приложенных
ко всем одновременно режущим зубьям.
При обычно принимаемом количестве
стружкоразделительных канавок на каж-
дом зубе условия деформации узкой
полосы срезаемого слоя между соседними
канавками и свертывания его в отдель-
ную стружечную спираль практически
204
Глава VIII. Протяжки
Таблица 7
Сила резаиия на 1 мм длины режущей кромки
Твердость обрабатываемого материала
углеродистая сталь легированная сталь чугуи
Толщина СП СП серый
среза а, 04 04
мм о 1 сч ci 1 С4 °
V СП Л V СП Л ОО Л
Ф ф ф Ю £0 Ю CQ и О
к к к к к я К X &
Q, кГ/мм
0,02 9,5 10,5 12,5 12,6 13,6 15,8 8,1 8,9 7,3
0,05 16,3 18,1 21,6 20,7 22,2 24,5 14,0 15,5 12,5
0,08 21,3 23,5 28,0 28,0 30,2 33,5 18,0 20,0 16,4
0,10 24,7 27.3 32,5 32,8 35,4 39,0 20,7 23,6 19,2
0,15 34,2 37,9 45,0 44,5 48,0 53,0 29,0 32,1 26,1
0,20 42,7 47,3 56,2 57,6 62,0 68,5 36,0 40,2 32,6
Q, н/мм
0,02 93 103 123 124 134 156 79,5 87 72
0,05 160 178 212 204 219 241 138 153 123
0,08 207 231 275 275 297 330 177 197 161
0,10 242 269 320 323 348 384 204 232 189
0,15 338 373 444 438 472 520 286 316 257
0,20 420 465 552 566 610 675 354 413 321
не зависят от кривизны участка режуще-
го лезвия, расположенного между двумя
канавками. Поэтому усилие протягива-
ния может быть подсчитано по формуле:
Р = Qbzk,
где Q — сила резания, действующая
вдоль оси протяжки на 1 мм
длины режущей кромки;
b — ширина среза, т. е. суммарная
длина режущих кромок одного
зуба;
z — количество одновременно ра-
ботающих режущих зубьев;
k — поправочный коэффициент, учи-
тывающий влияние факторов,
не представленных в формулах,
например, влияния состава сма-
зочно-охлаждающей жидкости,
степени износа протяжки, вели-
чины переднего угла и т. п.
Величины силы резания на 1 мм дли-
ны режущей кромки определяются экс-
периментально (табл. 7).
При протягивании силы резания скач-
кообразно изменяются вследствие пере-
менного значения количества одновре-
менно работающих зубьев. Чтобы опре-
делить максимальное усилие протягива-
ния, необходимо учитывать максималь-
ное число одновременно режущих
зубьев. Максимальное усилие протяги-
вания должно быть 0,9—0,7 наибольше-
го тягового усилия станка, чтобы пред-
отвратить его перегрузку и остановку
в работе. Величину допускаемого напря-
жения для протяжек из быстрорежущей
стали принимают при расчете на проч-
ность не более 294 • 10е — 393 • 10е н/м2
(30—40 кГ/мм2).
В тех случаях, когда протяжка с
основной канавкой не удовлетворяет
§ 2. Протяжки для обработки отверстий
205
условиям прочности, а пространство для
размещения стружки достаточное, воз-
можно применение более мелких кана-
вок с глубиной, равной (0,25—0,3) t.
В этом случае увеличивается площадь
поперечного сечения и соответственно
снижаются напряжения. Чтобы умень-
шить усилия протягивания, уменьшают
число одновременно работающих зубьев
или снижают принятую при конструи-
ровании толщину среза а. При заданной
длине детали уменьшение числа одно-
временно работающих зубьев достига-
ется за счет перехода на больший шаг
режущих зубьев.
Прогрессивным в улучшении усло-
вий работы протяжки и снижении уси-
лий резания при неизменном попереч-
ном сечении среза является применение
более целесообразных схем срезания
металла, в частности, схем резания с уве-
личенной толщиной среза а и соответ-
ственно уменьшенной шириной среза Ь.
Опыты показывают, что увеличение в два
раза толщины среза от 0,02 до 0,04 мм
и снижение соответственно в два раза
ширины среза b приводит (при той же
производительности процесса) к сниже-
нию усилия протягивания в 1,3 раза.
Удачной конструкцией протяжек, име-
ющих увеличенную, по сравнению с
обычными протяжками с профильной
схемой резания, толщину среза а, яв-
ляются протяжки переменного резания.
Протяжки переменного резания явля-
ются протяжками с групповой схемой
срезания слоев металла, при которой
режущие зубья работают группами и
срезают слой заданной толщины за счет
уширения режущей кромки последую-
щего зуба по отношению к предыдуще-
му. В каждой секции протяжки перемен-
ного резания прорезные зубья, равные
по диаметру, имеют на задней поверх-
ности выкружки, расположенные в шах-
матном порядке (рис. 136). Ширина
выкружки с учетом срезания стружки
Секция из трех зу5ье6
Рис. 136. Протяжка переменного резания
равна 8—12 мм. Стружка имеет прибли-
зительно прямоугольное сечение без реб-
ра жесткости. Это обеспечивает улучше-
ние условий завивания стружки и более
плотное ее размещение в канавках.
Последний зачищающий зуб каждой сек-
ции выполняется без выкружек. Во
избежание снятия этим зубом замкну-
той кольцевой стружки его диаметр
выполняется на 0,03—0,05 мм меньше
диаметра остальных зубьев секции. Чис-
ло зубьев в секции колеблется обычно от
двух до пяти. Вместо выкружек, обра-
зование отдельных участков режущих
кромок может производиться менее
глубокими прямолинейными лысками.
В этом случае каждый прорезной зуб про-
тяжки напоминает многогранник. Про-
тяжки с лысками проще в изготовлении,
так как они могут шлифоваться на про-
ход. Однако у протяжек с лысками
удлиняется вспомогательная кромка,
в результате уширяется стружка и умень-
шается ее толщина, что снижает эффект
групповой схемы резания.
Благоприятная геометрия режущей
части зубьев протяжек переменного ре-
зания дает возможность увеличить подъ-
емы на секцию зубьев при обработке
сталей до 0,3—0,4 мм, а при обработке
чугуна —до 1,0—1,2 мм.
Для обеспечения высокой степени чис-
тоты обработанной поверхности режу-
щая часть заканчивается чистовыми зубь-
ями с малым подъемом на каждый
206
Глава VIII. Протяжки
Профиль зуба
Рис. 137. Сборная твердосплавная протяжка
зуб. Протяжки переменного резания
способствуют значительному повышению
экономичности процесса и стойкости ин-
струмента. Цилиндрические протяжки
изготовляются, как правило, из быстро-
режущей стали. С целью ее экономии
протяжки имеют приваренный хвосто-
вик из конструкционной стали.
При обработке чугунных деталей, а
также труднообрабатываемых сталей
находят применение твердосплавные про-
тяжки. Такие протяжки (рис. 137) ос-
нащаются наборными твердосплавными
зубьями — кольцами, которые устанав-
ливаются на цилиндрическом стержне
и закрепляются гайками. Стойкость
твердосплавных протяжек в несколько
раз выше стойкости протяжек из быстро-
режущей стали. Однако широкому при-
менению твердых сплавов для оснаще-
ния протяжек препятствуют техноло-
гические трудности их изготовления и
заточки.
Стремление повысить стойкость про-
тяжек из быстрорежущих сталей при-
вело к созданию инструмента с твердо-
сплавными калибрующими кольцами.
В этом случае в обычную протяжку
из быстрорежущей стали добавляется
в конце рабочей части несколько выгла-
живающих твердосплавных колец. Они,
как показали испытания, значительно
повышают стойкость инструмента. Коль-
ца насаживаются на цилиндрический
участок и стягиваются гайками.
Наряду с обработкой цилиндрических
отверстий прстяжки широко исполь-
зуются и при изготовлении всевозмож-
ных фасонных отверстий. Особенно вы-
сока эффективность протягивания дета-
лей с отверстиями сложной формы.
Появление и широкое распространение
в машиностроении шлицевых соедине-
ний позволило использование шлицевых
протяжек.
Протяжку для обработки фасонного
отверстия можно представить как цилин-
дрическую протяжку, предназначенную
для изготовления круглого отверстия
диаметром, равным максимальному диа-
метру фасонного отверстия детали. Что-
бы получить отверстие требуемой фор-
мы, такой протяжкой она обрабатыва-
ется по всей длине поверху как вал,
профиль которого совпадает с профилем
детали.
Шлицевые протяжки, например, мож-
но представить как цилиндрические,
предназначенные для обработки отверс-
тий диаметром d (рис. 138) из отверстий
диаметром deH, которые обработаны по-
верху, подобно шлицевому валу, сопря-
§ 2. Протяжки для обработки отверстий
207
женному с заданным шлицевым отвер-
стием. Полученная таким образом протя-
жка будет обрабатывать заданные шли-
цевые отверстия. Однако боковые плос-
кости шлицевых выступов протяжки
в процессе обработки будут полностью
соприкасаться е боковыми сторонами об-
работанных шлицев. Поэтому, чтобы
уменьшить трение, на боковых поверх-
ностях шлицевых выступов делают бо-
ковое поднутрение, образуемое вспомо-
гательным углом в плане — 1 -j- 3°.
Поднутрение начинается не от самой
вершины выступа, а на расстоянии f0 —
= (0,8—1,0) мм. У основания шлицевых
выступов протяжки делают для выхода
шлифовального круга продольные ка-
навки шириной 1—1,2 мм, глубиной
0,8—1,0 мм и углом профиля 50—60°.
G целью облегчения процесса сверты-
вания срезаемого металла в виток и обес-
печения отгибания образующейся струж-
ки от боковых сторон протягиваемых
шлицев на режущих зубьях в шахмат-
ном порядке выполняют стружкоразде-
лительные канавки. Однако наблюдения
показывают, что стружкоразделительные
канавки недостаточно эффективны для от-
вода образующейся при резании струж-
ки от стенок шлицевого паза. Лучшие
результаты дают шлицевые протяжки
переменного резания. У этих протяжек
два соседних зуба объединяются в одну
секцию. На первом зубе секции с обеих
208
Глава VIH. Протяжки
Рис. 139. Шпоночные протяжки
сторон выполняются по дуге окружности
фаски (выкружки). Второй зуб секции,
имеющий такую же форму, как и зуб
обычной шлицевой протяжки, выполня-
ется (по диаметру) меньше размера пер-
вого зуба. Поэтому первый прорезной
зуб режет только центральной частью.
У второго же зуба работают его перифе-
рийные участки. Такая конструкция
позволяет значительно увеличить по-
дачу на зуб и за счет этого сократить
длину протяжки, улучшить чистоту про-
тянутой поверхности, повысить точность
обработки. Стойкость шлицевых протя-
жек переменного резания в 1,5—2 раза
выше стойкости обычных протяжек.
Шпоночные протяжки применяют-
ся для обработки шпоночных канавок
в отверстиях. Наибольшее распростра-
нение получили плоские шпоночные про-
тяжки (рис. 139). Обработка заготовок
плоской шпоночной протяжкой произво-
дится через направляющую втулку
(рис. 140), имеющую продольный паз.
По этому пазу втулки, закрепленной
на станке, движется в процессе работы
Рис. 140. Направляющая втулка
протяжка. Заготовка насаживается на
переднюю цилиндрическую часть втул-
ки. Промежуточный цилиндрический бу-
рт-фланец является опорной частью втул-
ки. Режущие и калибрующие зубья
плоской шпоночной протяжки имеют
прямолинейные режущие кромки, па-
раллельные дну протягиваемой канавки.
Аналогично шлицевым протяжкам ре-
жущие зубья шпоночных протяжек име-
ют стружкоразделительные канавки.
Используются также шпоночные про-
тяжки, у которых два соседних зу-
ба объединяются в одну секцию. Пер-
вый зуб секции выполняется со ско-
сами на боковых сторонах под углом
20—25е и является прорезным. Второй
зуб имеет обычную конструкцию и снаб-
жен прямолинейной режущей кромкой
на всю ширину шпоночной канавки.
Он на 0,03—0,04 мм ниже первого зуба.
В целях уменьшения трения на боковых
сторонах протяжки делается поднутре-
ние с углом ф1 = 1 4- 2° либо на боко-
вых сторонах вышлифовываются выемки
глубиной 0,05—0,1 мм. Задняя направ-
ляющая часть, как правило, у шпоноч-
ных протяжек не делается, так как
в момент окончания протягивания как
заготовка, так и протяжка поддержи-
ваются направляющей втулкой. Наибо-
лее часто шпоночные канавки обраба-
тываются в несколько проходов. В этом
случае применяют одну и ту же протяжку
и сменные размерные прокладки, кото-
рые устанавливаются между протяж-
кой и дном паза направляющей втулки.
По принципу работы шпоночная про-
тяжка занимает промежуточное поло-
жение между внутренними и наружны-
ми протяжками. Подобно наружным про-
§ 2. Протяжки для обработки отверстий
209
тяжкам шпоночные протяжки могут за-
тачиваться как по передней, так и по
задней поверхностям зубьев, поскольку
уменьшение зубьев по высоте может
быть кэмпенсировано увеличением тол-
щины прокладки.
Заточка же внутренних протяжек про-
изводится по конической передней по-
верхности. Схема заточки приведена
на рис. 141, где изображена передняя
коническая поверхность зуба протяжки
и шлифовальный круг, установленный
таким образом, что его коническая по-
верхность касается по образующей зата-
чиваемой поверхности зуба. Оси шли-
фовального круга и протяжки пересе-
каются друг с другом. Угол между ними
и угол профиля круга выбираются таки-
ми, чтобы обеспечить при заточке получе-
ние заданной величины переднего уг-
ла у. Между рассматриваемыми углами
имеет место зависимость:
Ф = ₽ —Т,
где Р — угол между осями круга и про-
тяжки;
у — передний угол;
<р — угол профиля круга между об-
разующей конуса круга и его
торцевой плоскостью.
При заточке протяжек важное зна-
чение имеет правильный выбор диаметра
шлифовального круга. Он должен быть
таким, чтобы не было внедрения круга
в поверхность детали, т. е. наблюдался
внешний контакт круга и протяжки.
Схема определения допустимого диа-
метра круга приведена на рис. 142,
где изображена затачиваемая кониче-
ская передняя поверхность протяжки
и проведено через точку М сечение NN,
перпендикулярное оси шлифовального
круга. Точка М на профиле зуба явля-
ется граничной точкой конической пе-
редней поверхности. Ниже точки М
располагается закругленный участок
профиля.. Находится линия пересечения
Рис. 141. Схема заточки круглой протяжки
сечения NN и передней конической по-
верхности протяжки. Первой точкой
линии пересечения является точка М,
расположенная на профиле зуба, через
которую проведено сечение NN. Для
нахождения последующих точек рас-
сматриваются плоские сечения /—I, II—
II, перпендикулярные оси протяжки.
Так сечение I—I пересекается с кони-
ческой передней поверхностью по ок-
ружности САЕ (ее проекции в системе
V/U7 будут сае и с'а'е'). Это же сече-
ние пересекается с плоскостью N по
прямой СЕ. Точки С и Е пересечения
окружности САЕ и прямой СЕ и
будут лежать на линии пересечения
плоскости N и передней поверхно-
сти зуба. Аналогично находятся в си-
стеме V/W другие точки рассматривае-
мой линии СМЕ. Зная проекции сте
и с'т'е' линии СМЕ в системе VIW,
по правилам перемены плоскостей про-
екций, определяется проекция с"т"е"
линии СМЕ на плоскость Н, которая
проведена перпендикулярно оси шли-
фовального круга, т. е. параллельно
плоскости NN. Плоскость NN пересе-
кается с конической поверхностью кру-
га по окружности, которая в истинную
210
Глава VIII. Протяжки
Рис. 142. Схема определения допустимого диаметра круга при заточке протяжки
величину проектируется на плоскость
Н. Она проводится как касательная
в точке т" к линии с"т"е". Ее наиболь-
ший диаметр DK подбирается таким
образом, чтобы не было внедрения кру-
га в переднюю поверхность протяжки.
При графическом решении этой задачи
можно воспользоваться калькой с нане-
сенными на ней концентрическими
окружностями. Перемещая кальку по
проекции на плоскость Я, подбирают
максимально возможный размер диа-
метра круга DK, наблюдая контакт
окружностей и линии dtrfe".
При аналитическом решении задачи
радиус круга можно определить
из условия его равенства радиусу Rn
кривизны кривой d'm"e" в точке т".
По теореме Менье радиус кривизны
Rs передней конической поверхности
в сечении SS, проведенном через точку
М перпендикулярно образующей AM,
будет равен:
где — радиус точки М, т. е. расстоя-
ние от нее до оси протяжки.
Аналогичная зависимость имеет место
между радиусами кривизны /?<. и Rn:
в
As sin (р>— у) *
Следовательно,
Ri _ rn
sin у sin (p — у)
Отсюда
R1sin(p_y) =
sin у K
В расчетах обычно принимают радиус
Rlr равным 0,85 радиуса протяжки.
Поэтому диаметр шлифовального круга
DK при заточке протяжек по передней
конической поверхности определяется по
формуле:
гл 0,850 sin (Р — у)
к sin у ’
где D — диаметр протяжки.
Анализ показывает, что с увеличением
переднего угла у величина допустимого
диаметра шлифовального круга довольно
резко уменьшается.
§ 3. Наружные протяжки 211
§ 3. НАРУЖНЫЕ ПРОТЯЖКИ
Наружные протяжки применяются,
как правило, при обработке разнооб-
разных цилиндрических поверхностей
деталей, имеющих незамкнутый контур.
В отличие от внутренних протяжек на-
ружные протяжки состоят только из
режущей и калибрующей части. Это
объясняется тем, что наружные протяж-
ки, а также заготовки жестко закрепля-
ются на вертикально-протяжных станках,
за счет чего и обеспечивается опреде-
ленное относительное движение и рас-
положение инструмента и детали в про-
цессе обработки. Определенное взаимное
расположение и относительное переме-
щение инструмента и заготовки созда-
ется с помощью соответствующих при-
способлений и на горизонтально-протяж-
ных станках при работе наружными
протяжками. Из наружных протяжек
наиболее распространены плоские про-
тяжки для обработки одной или несколь-
ких плоских поверхностей. Конструк-
ция протяжки и ее размеры в значитель-
ной степени предопределяются приня-
той схемой резания.
В настоящее время широко исполь-
зуются обыкновенные плоские про-
тяжки с профильной схемой резания
(рис. 143, а). В этом случае стружка
срезается параллельными слоями во всю
ширину протягиваемой поверхности.
Для разделения стружки по ширине на
режущих зубьях протяжки профильной
схемы резания в шахматном порядке
выполняют стружкоразделительные ка-
навки. При протягивании узких пло-
скостей шириной менее 10—12 мм про-
тяжки можно не снабжать стружкораз-
делительными канавками. Толщина среза
при проектировании профильных протя-
жек выбирается в зависимости от свойств
обрабатываемого материала в пределах
0,04—0,2 мм. Первый зуб протяжки
при обработке черных поверхностей
выполняется усиленным с шагом в 1,5—•
2,0 раза большим шага остальных ре-
жущих зубьев, так как зуб обычной
формы часто выкрашивается или ло-
мается при встрече с твердой коркой.
Для большей плавности работы и луч-
шего схода стружки зубья плоских про-
тяжек делают наклонными. Угол 1 на-
клона зубьев колеблется в пределах 10—
45°. Направление наклона зубьев жела-
тельно выбирать так, чтобы боковая
составляющая силы резания была на-
правлена на более прочную часть дета-
ли. Необходимо также, чтобы боковая
составляющая силы резания, действу-
ющая на протяжку, воспринималась
жесткой опорой и не была направлена
на элементы крепления. Для уравнове-
шивания боковых усилий при протяги-
вании широких плоскостей целесообраз-
но применять две протяжки с различным
направлением наклона зубьев. Величи-
ны переднего угла у и заднего угла а
у плоских протяжек выбираются боль-
шими, чем при внутреннем протягива-
нии. В плоских протяжках большие
передние углы выполнить технологичес-
ки легче, чем в протяжках для внутрен-
него протягивания. Задние углы можно
увеличивать до 10°, потому что уменьше-
ние высоты зубьев при переточках не так
существенно, как в протяжках для внут-
реннего протягивания. Все остальные
элементы, определяющие конструкцию
зубьев, выбираются аналогично внут-
ренним протяжкам. Из-за малых тол-
щин среза протяжки профильной схемы
резания получаются значительной дли-
ны, относительно быстро изнашиваются.
Поэтому подобно внутренним протяжкам
и для наружных протяжек характерна
тенденция замены профильной схемы
резания на другие схемы, обеспечива
ющие большую толщину и меньшую
ширину среза. Применяются, в част-
ности, плоские протяжки с последова-
тельной (генераторной) схемой резания
212
Глава VIII. Протяжки
Рис. 143. Плоские наружные протяжки
(рис. 143, б, в, г, д). Эти протяжки пред-
назначены для обработки заготовок,
относительно небольшой ширины, после
ковки или штамповки, имеющих на по-
верхности корку. Такие протяжки для
широких плоскостей получаются до-
вольно большой длины, что усложняет
их конструкцию и эксплуатацию. Рас-
сматриваемые протяжки подразделяют-
ся на прямые односторонние (рис. 143, б),
прямые двусторонние (рис. 143, в), на-
клонные односторонние (рис. 143, б) и на-
клонные сдвоенные (рис. 143, б). Про-
тяжки с поеледовательной схемой реза-
ния снимают припуск боковыми кром-
ками в виде узких слоев, расположенных
нормально или наклонно под углом <р
к обрабатываемой поверхности. На та-
ких протяжках угол <р = 60 4- 90°. На-
клон зубьев позволяетполучитьпередний
угол на главных — боковых режущих
кромках. Угол наклона зубьев прини-
мается равным 90° — у. Передний угол
у принимается в зависимости от обраба-
тываемого материала. Для чугуна, на-
пример, он равен 10°.
Протяжки имеют равные по высоте,
но разные по длине режущие зубья.
Толщина среза при рассматриваемой
схеме обработки в несколько раз боль-
ше, чем у протяжек профильной схемы
резания. Она колеблется в пределах
0,15— 1,0 мм при обработке стали и чу-
гуна. У наклонных протяжек требуемая
величина толщины среза а достигается
установкой протяжки под углом о к на-
правлению ее движения, который опре-
деляется по формуле:
а
sin О = — ,
где t — шаг зубьев наклонной протяжки.
Наклонные протяжки имеют, кроме
главных режущих зубьев, также зачи-
щающие вспомогательные зубья на сто-
роне протяжки, прилегающей к обраба-
тываемой поверхности. Позади черновых
наклонных протяжек устанавливается
обычная плоская протяжка профильной
схемы резания, которая имеет 6—10
зубьев и производит чистовую обработ-
ку. Протяжки рассматриваемых кон-
§ 3. Наружные протяжки
213
Рис. 144. Протяжка трапецеидальной схемы резания
струкций при обработке широких плос-
костей получаются значительной длины.
Так как каждый зуб протяжки имеет
относительно небольшую активную дли-
ну режущей кромки, ослабляется основ-
ное преимущество протяжек как высоко-
производительного инструмента, имею-
щего огромную длину одновременно ра-
ботающих кромок. С этой точки зрения
более целесообразной оказывается тра-
пецеидальная схема резания. У протя-
жек с трапецеидальной схемой резания
(рис. 144) первая группа зубьев вырезает
в припуске относительно узкие трапеце-
идальные канавки, а следующая за ними
группа зубьев с прямыми гладкими
режущими кромками срезает оставшие-
ся выступы. Последний зуб второй сек-
ции протяжки занижается на 0,04—
0,02 мм по сравнению с последним зубом
первой секции протяжки. Трапецеи-
дальные шлицы первой секции протяжки
фрезеруются и шлифуются на проход.
Шлифование осуществляется при под-
нятом на 1—1,5 мм заднем конце про-
тяжки, благодаря чему создаются поло-
жительные задние углы на вспомогатель-
ных, боковых режущих кромках тра-
пецеидальных зубьев. Протяжки с тра-
пецеидальной схемой резания весьма
просты в изготовлении, допускают боль-
шое количество переточек, имеют бла-
гоприятную геометрию зубьев и соответ-
ственно высокую стойкость.
При обработке длинных деталей акту-
альной является задача непрерывного
удаления стружки из зоны резания.
При работе протяжки непрерывный бо-
ковой отвод стружки обеспечивается
наклоном дна стружечной канавки на
10—35° и углом наклона режущей
кромки X = 10-4-30°. Непрерывный отвод
стружки обеспечивается также специаль-
ной конструкцией протяжки (рис. 145),
Рис. 145. Протяжка со свободным выходом
стружки
Б-5
214
Глава VIII. Протяжки
которая имеет вставные зубья, закреплен-
ные по торцам в корпусе. По краям зу-
бьев установлены прокладки, благодаря
которым образуются проемы между зу-
бьями, сообщающиеся с глубоким про-
дольным пазом в корпусе протяжки.
Стружка, срезаемая при протягивании,
проходит в проем между зубьями, по-
падает в паз корпуса, а затем свободно
удаляется наружу.
Протяжки для обработки наружных
фасонных поверхностей могут также
проектироваться на базе профильной
(рис. 146, а) и последовательной (генера-
торной) схем резания (рис. 146, б).
Фасонная протяжка представляет со-
бой превращенное в инструмент исход-
ное тело в форме длинной призмы, кото-
рая имеет фасонную рабочую инструмен-
тальную поверхность, являющуюся ко-
пией поверхности детали. В процессе
протягивания инструментальная исход-
ная поверхность скользит по поверх-
ности детали, подобно поверхности резь-
бы гайки, скользящей по поверхности
резьбы винта.
Проектируя протяжку с профильной
схемой резания (рис. 146, в), создают
на рабочей стороне исходной призмы
режущие зубья прорезанием попереч-
ных стружечных канавок и образовани-
ем задних поверхностей. В результате
пересечения стружечных канавок с ис-
ходной поверхностью создаются режу-
щие кромки зубьев, форма которых со-
ответствует профилю детали. При этом
профиль дна стружечных канавок вы-
полняется эквидистантным режущей
кромке.
Если у рассматриваемой протяжки
оставить размеры по высоте всех зубьев
одинаковыми и расположить их режущие
кромки на исходной инструментальной
поверхности, то первый зуб будет сни-
мать весь припуск, а последующие не бу-
дут работать. Чтобы распределить рабо-
ту на все режущие зубья, режущие кром-
ки каждого предыдущего зуба зани-
жаются на величину подъема на зуб по
сравнению с последующим зубом. При
протягивании такой протяжкой металл,
удаляемый с заготовки, срезается сло-
ями, эквидистантными обработанной по-
верхности и формирование поверхности
детали производится только последним
режущим зубом. Изготовление и эксплу-
атация таких протяжек сопряжены
с большими трудностями, особенно в тех
случаях, когда профиль детали имеет
значительную кривизну. Этого недостат-
ка лишены протяжки с последователь-
ной схемой резания. Проектируя про-
тяжку с последовательной схемой реза-
ния (рис. 146, г), рабочую сторону ис-
ходной призмы на высоте ее профиля
срезают наклонной плоскостью и ссзда-
Рис. 146. Фасонные наружные протяжки
$ 3. Наружные протяжки
215
ют на ней режущие зубья путем проре-
зания поперечных стружечных канавок
и образования задних поверхностей.
В результате пересечения наклонной
плоскости со стружечными канавками
образуются прямолинейные режущие
кромки, граничные точки которых рас-
полагаются на исходной инструменталь-
ной поверхности и являются профи-
лирующими. Поэтому при конструиро-
вании такой протяжки создается обычная
плоская протяжка, предназначенная для
срезания всего профиля обработанной по-
верхности детали, у которой вдоль всех
зубьев изготовлена продольная канавка,
профиль которой совпадает с профилем
детали. При шлифовке этой канавки
задний конеп протяжки приподнимается
на 0,03—0,1 мм, благодаря чему при ус-
тановке протяжки в рабочее положение
на вспомогательных режущих кромках,
формирующих поверхность детали, со-
здаются небольшие задние углы. Это спо-
собствует уменьшению трения и устра-
нению налипания металла.
В настоящее время, в связи с более
широким распространением протягива-
ния деталей из жаропрочных и нержаве-
ющих труднообрабатываемых сталей и
сплавов, большое внимание уделяется
вопросам разработки и совершенствова-
ния конструкций твердосплавных про-
тяжек.
Твердосплавная протяжка, как пра-
вило, является сборным режущим ин-
струментом, состоящим из корпуса и твер-
досплавных режущих элементов. Для
обработки несложных пазов режущая
часть может быть изготовлена из стан-
дартных твердосплавных пластин. При
протягивании же сложных фасонных
профилей изготовляются из пластифи-
цированных заготовок фасонные твердо-
сплавные секции или соответствующие
пластины. Твердосплавные пластины мо-
гут непосредственно припаиваться к кор-
пусу протяжки или крепиться механи-
чески. На рис. 147 показаны возможные
схемы крепления твердосплавных плас-
тин к корпусу протяжки. Две твердо-
сплавные пластины (рис. 147, а) могут
одновременно прижиматься к корпусу
сухарем с помощью винта, расположен-
ного снизу, Это крепление применяется
при малых шагах зубьев протяжек.
Крепление одной твердосплавной плас-
тины может осуществляться с помощью
клина, затягиваемого винтами сверху
216
Глава VIII. Протяжки
(рис. 147, б). При этом твердосплавная
пластина устанавливается на сухари,
которые имеют разность высот, соответ-
ствующую величине подъема на зуб.
В случае износа протяжки размер су-
харя увеличивается или же под него
устанавливается прокладка. Лучшие ус-
ловия регулирования размеров высоты
зубьев после переточек создаются при
креплении вставных зубьев (рис. 147, в)
с припаянными твердосплавными плас-
тинами, где восстановление размеров
зубьев производится установочными вин-
тами. Использование твердосплавных
протяжек при протягивании жаропроч-
ных сталей и чугуна по корке позво-
ляет в несколько раз повысить стой-
кость инструмента, обеспечивает дли-
тельный цикл работы без поднала-
док.
§ 4. НАБОРЫ ПРОТЯЖЕК
Наборы протяжек находят примене-
ние, главным образом, при обработке
наружных поверхностей сложного про-
филя на вертикально-протяжных стан-
ках.
Набор представляет собой корпус,
в котором смонтированы отдельные про-
тяжки, обрабатывающие соответст-
вующие участки поверхности детали
(рис. 148). Отдельные протяжки, входя-
щие в набор, могут вводиться в работу
одновременно или последовательно. Так,
в рассматриваемом наборе первые две
плоские протяжки одновременно произ-
водят протягивание плоскостей, а затем
вступает в работу круглая протяжка,
обрабатывающая участок детали с про-
филем, очерченным дугой окружности.
А-А
Рис. 148. Набор протяжек
§ 4. Наборы протяжек
217
Одной из сложных задач при проекти-
ровании набора протяжек является раз-
бивка обрабатываемого профиля на та-
кие отдельные его элементы, при кото-
рых сконструированная для каждого
элемента протяжка была бы наиболее
простой и удобной в эксплуатации.
При разбивании профиля на участки
и компоновке набора с целью повышения
производительности и сокращения длины
инструмента следует стремиться к па-
раллельной работе протяжек. Однако
при конструировании наборов часто ока-
зывается невозможным использовать па-
раллельноерасположение отдельных про-
тяжек из-за чрезмерного усложнения
корпуса, трудностей в размещении про-
тяжек и элементов их крепления, пере-
грузки станка и чрезмерных деформаций
детали при обработке, затруднительного
отвода стружки при близком размеще-
нии протяжек друг к другу. Поэтому
в большинстве случаев при протягива-
нии сложных поверхностей целесообраз-
но применять смешанное параллельно-
последовательное расположение про-
тяжек.
Когда набор протяжек (рис. 149) по-
лучается значительной длины, превы-
шающей длину хода станка, можно
проработать вариант закрепления про-
тяжек 1 на периодически поворачиваю-
щемся корпусе 2. Корпус устанавлива-
ется на салазках 3, совершающих воз-
вратно-поступательное движение от гид-
роцилиндра 4. К верхней цапфе прикреп-
лен делительный диск 5 и соответствую-
щий поворотный механизм. Поворотом
корпуса последовательно вводятся в ра-
боту секции протяжек. При этом зубья
соседних секций протяжек могут быть
направлены в противоположные сторо-
ны, что при обработке позволяет исполь-
зовать, кроме прямого, также и обрат-
ный ход салазок.
Крепление протяжек к корпусам про-
изводится винтами, плоскими клиньями,
Рис. 149. Набор периодически поворачивающих-
ся протяжек
накладками и т. п. Типовые способы креп-
ления протяжек к корпусу изображены
на рис. 150. Наиболее компактная кон-
струкция получается при креплении
протяжек винтами. У широких мас-
сивных протяжек относительно не-
большой длины винты располагаются
по концам сверху. В тех случаях,
когда по конструктивным соображени-
ям нельзя поставить винты по концам
протяжки, крепление ее производится
винтами, расположенными между зу-
бьями. Такое крепление допустимо
218
Глава VIII. Протяжки
А- А
А-А
Рис. 150. Способы крепления наружных протяжек
при большом шаге зубьев, когда головкой
винта перерезается не более одного
зуба.
Крепление протяжки винтами снизу
является наиболее простым (рис. 150, 5).
Оно обеспечивает высокую прочность
и жесткость. Но в этом случае переточка
и настройка протяжек невозможна без
снятия корпуса со станка. Этот недоста-
ток устранен при креплении протяжек
снизу в державке, которая в свою оче-
редь прикрепляется к корпусу винтами
сверху. При износе инструмента держав-
ка раскрепляется и производится пере-
точка протяжки. Размещение винтов
с двух сторон используется при креп-
лении протяжек в углах корпусов
(рис. 150, г). Для узких протяжек доста-
точен один ряд винтов, а для широких
протяжек — несколько рядов.
Крепление клиновидными прижим-
ными планками применяется при за-
креплении тонких протяжек, когда при-
менение винтов затруднительно и тре-
буется регулирование набора протяжек
непосредственно на протяжном станке.
Наборы протяжек часто включают
круглые протяжки, которые крепятся
стойками, имеющими полукруглые сед-
ла. Протяжки опираются цилиндричес-
кими шейками на седла и закрепляются
винтами. Углубления под головкой вин-
та с обеих сторон отверстия в шейке
позволяют после износа зубьев с одной
стороны протяжку поворачивать на
180° и работать другой стороной. По-
добное крепление рекомендуется при
обработке поверхностей с радиусом не
менее 15 мм. Полуцилиндр ические про-
тяжки (рис. 150, ж) устанавливаются
§ 4. Наборы протяжек
219
в паз державки с помощью продольного
выступа и закрепляются винтами снизу.
Это крепление отличается большой жест-
костью, но из-за сложности изготовления
инструмента применяется при протяги-
вании поверхностей с радиусом, мень-
шим 15 мм.
От осевого сдвига протяжки удержи-
ваются концевыми упорами, чаще всего
имеющими форму призматических бру-
сков, шириной 15—25 мм и высотой 12—
25 мм. Они помещаются в прямоугольном
пазу, прорезанном поперек всего корпу-
са, и закрепляются двумя винтами. Когда
форма детали не позволяет использовать
эти длинные упоры, применяют в ка-
честве упоров короткие поперечные врез-
ные планки, либо накладные плитки,
прикрепляемые к корпусу винтами и
штифтами. Конструкция набора долж-
на допускать регулирование протяжек
по высоте с целью получения при обра-
ботке необходимых размеров сложного
профиля детали. Регулирование произ-
водится при сборке нового набора, либо
в процессе эксплуатации, когда требуе-
мое положение режущих кромок отдель-
ных протяжек нарушается в результате
неравномерного износа зубьев или их
переточек. Регулирование протяжек по
высоте может производиться мерными
плитками, располагаемыми между про-
тяжкой и корпусом, либо специальными
регулировочными клиньями, передвигае-
мыми вдоль протяжки (рис. 151). Регу-
лировочные клинья имеют угол наклона,
равный 1° 30'— 2°, высоту тонкого кон-
ца — 5—8 мм. Их длина должна быть
больше длины протяжки на величину
наибольшего хода клина при регулиро-
вании, лежащего обычно в пределах
60—90 мм. Ширина клина берется рав-
ной ширине опорной плоскости протяж-
ки. При креплении протяжек винта-
ми, отверстие в клине для их прохода
должно быть продолговатой формы, дли-
ной, большей длины хода клина.
Рис. 151. Регулирование протяжек клиньями
Для перемещения клиньев применя-
ют специальные винты, расположенные
обычно со стороны толстого конца. Регу-
лировочные устройства усложняют кон-
струкцию набора протяжек и снижают
ее жесткость. Поэтому, избегая регули-
ровочных устройств, погрешности изго-
товления протяжек, которые отражают-
ся на точности обработанных деталей,
устраняют при сборке набора путем
сошлифовывания определенных слоев ме-
талла с опорной поверхности протяжки
либо державки. Набор протяжек закреп-
ляется на салазках вертикально-протяж-
ных станков винтами, расположенными
по обеим сторонам корпуса продольной
и поперечной шпонок, входящих в ка-
навки салазок.
220
ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ РЕЗЬБЫ
§ 1. НАЗНАЧЕНИЕ И ТИПЫ
В технике используются разнообраз-
ные типы резьб. Наибольшее распрос-
транение получила цилиндрическая резь-
ба. По форме профиля резьбы бывают
треугольные, трапецеидальные, прямо-
угольные, радиусные и др. Резьбы могут
быть однозаходные и многозаходные, на-
ружные и внутренние, правые и левые.
В связи с повышением требований
к качеству резьбовых соединений и не-
обходимостью внедрения более произ-
водительных методов обработки, что
обусловлено массовостью резьбовых де-
талей, используемых в различных от-
раслях промышленности, операции резь-
бообразования непрерывно совершенст-
вуются.
Путь совершенствования процесса
резьбообразования на протяжении мно-
гих веков проходил от ручного выпили-
вания трехгранным напильником по раз-
метке наружных резьб и метчиков, ко-
торым затем нарезалась внутренняя резь-
ба, от отливки резьб и их последующей
притирки вручную, осуществленных в
конце XV в., от нарезания резьбы
на токарных станках в первой половине
XVIII в. до массового производства
резьбы на деталях в наши дни.
В настоящее время при обработке
резьбы резанием наиболее широкое рас-
пространение получили две схемы обра-
ботки, одна из которых соответствует
точению, а вторая — фрезерованию.
При схеме, соответствующей процессу
точения, инструмент относительно заго-
товки совершает винтовое движение,
ось которого совпадает с осью резьбы,
а параметр —- равен параметру резьбы.
В этом случае движение винтовой по-
верхности резьбы детали относительно
инструмента будет сводиться к скольже-
нию поверхности детали «самой по себе»,
аналогично скольжению винтовой по-
верхности гайки по винтовой поверх-
ности болта. В результате исходная
инструментальная поверхность будет
совпадать с поверхностью детали.
Наиболее простым инструментом, ра-
ботающим по рассматриваемой схеме,
является резьбовой фасонный резец
(рис. 152). Резьбовые резцы служат
для нарезания наружной и внутренней
резьбы остроугольного, трапецеидаль-
ного, прямоугольного профилей. По кон-
струкции они разделяются на стерж-
невые (рис. 152, а), призматические
(рис. 152, б) и круглые (рис. 152, в).
Все они характеризуются тем, что в мо-
мент окончательного оформления резьбы
(при последнем проходе) их режущая
кромка располагается на винтовой по-
верхности резьбы. Поэтому рассматри-
ваемые резцы отличаются друг от друга
только формой и размерами задней по-
верхности, и способами закрепления
§ 1. Назначение и типы
221
Рис. 152. Резьбовые резцы
на станке. Стержневые резцы напоми-
нают обычные токарные резцы, снабжен-
ные соответствующей формой головки,
имеющей режущую кромку, соответ-
ствующую форме профиля нарезаемой
резьбы. Эти резцы допускают сравни-
тельно небольшое число переточек. Их
переточка и установка довольно трудо-
емки.
Для упрощения заточки и установ-
ки резца применяют призматические фа-
сонные резьбовые резцы, перетачивае-
мые только по передней поверхности
и устанавливаемые в специальных дер-
жавках. Они, по сравнению со стержне-
выми, допускают большее число пере-
точек.
Более простыми в изготовлении явля-
ются круглые фасонные резьбовые рез-
цы, устанавливаемые на специальной
державке и перетачиваемые по передней
поверхности. Для образования задних
углов резец устанавливается в держав-
ке таким образом, чтобы его ось была
выше оси детали. Круглые резьбовые
резцы могут быть насадные и хвостовые.
Хвостовые резцы имеют меньший диа-
метр рабочей части и применяются при
обработке внутренних резьб.
Нарезание резьб с помощью резцов
осуществляется за несколько проходов.
Чтобы уменьшить число проходов и по-
высить производительность труда при
рассматриваемой схеме обработки, при-
меняют резьбовые гребенки.
Резьбовые гребенки используются,
главным образом, при нарезании резьб
мелкого шага и в мягких материалах.
Гребенками можно нарезать резьбу за
один или несколько проходов. Резьбо-
вая гребенка представляет собой не-
сколько объединенных в единой конст-
рукции резьбовых резцов. Аналогично
резьбовым резцам, резьбовые гребенки
могут быть стержневые (рис. 153, а), при-
зматические (рис. 153, б) и круглые
(рис. 153, в). Чтобы распределить на-
грузку между несколькими зубьями,
на гребенке создается режущая часть
с углом ф = 25 Ч- 30°. Благодаря это-
му вершины отдельных зубьев распола-
гаются на различных расстояниях от
оси заготовки и последовательно сре-
зают материал впадины резьбы. Для
зачистки резьбы гребенка имеет калиб-
рующую часть, состоящую из 4—6 од-
нотипных зубьев.
Наиболее широко распространены
круглые гребенки, как более простые в
изготовлении и допускающие достаточ-
но большое количество переточек.
Круглые гребенки обычно проектиру-
ются с винтовой задней поверхностью,
с углом подъема, равным углу подъема
резьбы детали, и только при небольших
углах подъема обрабатываемой резьбы
они изготовляются с кольцевыми вит-
ками. Для деталей с правой наруж-
ной резьбой применяются гребенки с
левой резьбой, а для деталей с левой
222
Глава IX. Инструменты для нарезания резьбы
Рис. 153. Резьбовые гребенки
б
наружной резьбой — гребенки с правой
резьбой. Благодаря этому обеспечива-
ются приблизительно равные величины
задних углов на боковых кромках зу-
бьев. Гребенки с винтовой нарезкой
обеспечивают лучшие условия резания
и проще в изготовлении.
Если возникает необходимость уве-
личить диаметр гребенки, то в целях
сохранения угла подъема, резьбу у гре-
бенки выполняют многозаходной. Круг-
лые гребенки, предназначенные для
обработки внутренних резьб, могут
иметь диаметр, меньший диаметра пред-
варительно обработанного отверстия.
У них невозможно обеспечить равенство
углов подъема резьбы гребенки и детали.
Поэтому эти гребенки работают с раз-
личными задними углами на боковых
кромках зубьев. При работе гребенку
можно устанавливать различным об-
разом относительно заготовки, впереди
или сзади, внизу или вверху и т. п.
•Следовательно, можно установить на
станке одновременно несколько гребенок
и за этот счет увеличить суммарную дли-
ну активных режущих кромок. Ряд
гребенок можно соединить в единую
конструкцию. Инструменты, у которых
в единой конструкции объединено не-
сколько резьбовых гребенок, называют
метчиками и плашками.
Метчики используются для обработки
внутренних, а плашки — наружных
резьб. Метчик состоит из рабочей части
и хвостовика (рис. 154). Рабочая часть
включает ряд зубьев, которые подобно
резьбовым гребенкам, имеют режущую
и калибрующую части. Режущая часть
метчика выполняет основную работу
по образованию профиля резьбы. Она
имеет угол в плане <р, благодаря чему
обеспечивается распределение работы ре-
зания на всю длину режущей части.
Калибрующая часть служит для зачист-
ки и окончательной калибровки наре-
заемой резьбы, а также для направле-
ния метчика в работе.
Заборная часть
Угол уклона
заборной
части
КВадрат
Канадка
Калибрующая часть
Нитка ( Виток)
Хвостовик
Рабочая часть
центровое
отверстие
Угол конуса
заборной части
Рис. 154. Метчик
режущее
перо „ Й
Сердцевина
§ 1. Назначение и типы
223
Рис. 155. Круглая плашка
Круглая плашка предназначена для
нарезания наружных резьб невысокой
точности за один проход (рис. 155).
Рабочая часть круглой плашки имеет
с обоих торцов режущую или заборную
части, что дает возможность нарезать
резьбу как одной, так и другой сторо-
ной. Для распределения работы резания
между отдельными режущими элемента-
ми плашки, подобно метчикам, имеют
угол в плане <р на режущей части. Для
калибрования резьбы и обеспечения пра-
вильного направления в работе плашка
снабжается калибрующей частью. В от-
личие от метчиков, плашка не имеет
хвостовика. Для установки и закрепле-
ния предусмотрены на наружной по-
верхности конические гнезда, в которые
входят крепежные винты и прижимают
плашку нерабочим торцом к торцу плаш-
кодержателя. После нарезания резьбы
метчиками или плашками приходится
свинчивать инструмент с детали. С
целью повышения производительности
для нарезания наружных и внутренних
резьб применяют сборные «метчики и
плашки», называемые резьбонарезными
головками. В корпусе резьбонарезной
головки монтируются гребенки, которые
после нарезания резьбы выводятся из
зацепления с заготовкой, что позволяет
осуществить быстрый отвод инструмента
в исходное положение без реверсирова-
ния вращения. При нарезании наруж-
ной резьбы вывод гребенок из зацепле-
ния с заготовкой производится путем
развода гребенок, т. е. их быстрого уда-
ления от оси головки. При обработке
же внутренней резьбы гребенки в конце
обработки быстро сводятся к оси ин-
струмента. Головки бывают вращающие-
ся (рис. 156, а), применяемые на то-
карных автоматах и полуавтоматах, а
также на сверлильных станках. У этих
головок отвод гребенок от заготовки
и возвращение их в исходное положение
224
Глава IX. Инструменты для нарезания резьбы
Рис. 156. Схема обработки резьбы головкамв
О г
Рис. 157. Резьбонарезные головки
осуществляются упорами, с которыми
входит в зацепление вилка, свободно
расположенная в кольцевой выточке го-
ловки.
На револьверных станках использую-
тся невращающиеся головки (рис. 156, б).
Раскрываются головки автоматически,
а закрываются — с помощью рукоятки
вручную.
Резьбонарезные головки в зависимости
от расположения и конструкции гребе-
нок разделяются на головки с плоскими
радиально установленными гребенками
(рис. 157, а), головки с плоскими тан-
генциально установленными гребенками
(рис. 157, б) и головки с круглыми гре-
бенками (рис. 157, в). При нарезании
наружных резьб наиболее широко при-
меняются головки с круглыми гребен-
ками, которые допускают большее коли-
чество переточек, чем головки с плоски-
ми гребенками. Внутренние резьбы чаще
всего нарезаются головками с плоскими
радиальными гребенками (рис. 157, г),
что упрощает конструкцию и эксплуа-
тацию инструмента. Резьбонарезные го-
ловки позволяют в определенных пре-
делах регулировать средний диаметр на-
резаемой резьбы, устанавливать в одном
корпусе различные гребенки и, как пра-
вило, нарезать резьбу на уровне 2-го
класса точности за один проход.
Рассмотренные инструменты (резцы,
гребенки, метчики, плашки и голов-
ки) обрабатывают резьбу по одной и
той же схеме формообразования, когда
движение инструмента относительно
заготовки сводится к винтовому дви-
жению и исходная инструментальная по-
верхность совпадает с поверхностью
нарезаемой резьбы. Поэтому профи-
лирующие участки режущих кромок
этих инструментов располагаются на од-
ной и той же исходной поверхности резь-
бы детали. В процессе обработки от-
носительное винтовое движение может
быть сообщено непосредственно инстру-
менту, что имеет место при нарезании
резьбы на сверлильных станках метчи-
ками, плашками или головками. Тре-
буемое относительное винтовое движе-
ние может быть получено также в ре-
зультате различных сочетаний движе-
ний инструмента и детали. Например,
§ I. Назначение и типы
22Б
на токарном станке при нарезании резь-
бы вращается заготовка и поступатель-
но двигается вдоль оси заготовки ре-
зец. Рассматриваемая схема обработки
является универсальной и наиболее рас-
пространенной при нарезании резьбы.
Значительное использование при об-
работке резьбы получило также фре-
зерование. Схема резьбофрезерования
включает быстрое вращение инструмен-
та вокруг его оси, чем обеспечивается
требуемая скорость резания. Наряду
с этим имеет место также медленное
винтовое движение подачи, ось которого
совпадает с осью детали, а параметр
равен параметру нарезаемой резьбы.
В результате движения подачи поверх-
ность резьбы скользит «сама по себе».
Поэтому исходная инструментальная
поверхность образуется как огибающая
при вращении поверхности резьбы во-
круг оси инструмента. Это будет поверх-
ность вращения, касающаяся винтовой
поверхности резьбы. На ней должны
располагаться режущие кромки фрезы,
предназначенной для обработки резьбы.
Ось инструмента относительно резьбы
детали может занимать различные по-
ложения. В зависимости от установки
оси фрезы относительно обрабатываемой
детали различают несколько типов ин-
струментов и соответствующих им спо-
собов фрезерования резьбы.
Для нарезания трапецеидальных резьб
с крупным шагом, большого диамет-
ра, резьб, пересеченных шпоночными
пазами или лысками и резьб на тонко-
стенных деталях применяются диско-
вые резьбовые фрезы. Установка и схе-
ма работы дисковой резьбовой фрезы
показана на рис. 158, а. Ось дисковой
фрезы обычно располагается в плоскости
<S, перпендикулярной средней линии впа-
дины резьбы. В проекции на плоскость
S ось детали может занимать положение,
параллельное оси фрезы (рис. 158, б),
или наклонное положение (рис. 158, в).
8 4-1967
В первом случае фреза имеет симметрич-
ный профиль, во втором — несимметрич-
ный. Фрезы с несимметричным профилем,
в результате наклона шпинделя, можно
проектировать с меньшим диаметром,
чем фрезы с симметричным профилем.
У них создаются различные условия
резания на боковых кромках. Меняя
угол наклона, можно перераспределять
нагрузку на режущих кромках таких
фрез. Эти фрезы могут использоваться
на соответствующих станках, имеющих
наклонный шпиндель.
Ось фрезы может идти перпендику-
лярно оси детали и совпадать с осью
симметрии нарезаемой впадины резьбы.
Этот случай соответствует фрезерова-
нию крупногабаритных резьб пальцевы-
ми фрезами (рис. 158, г), которые не по-
лучили распространения в промышлен-
ности вследствие их недостаточной жест-
кости, малой производительности, малой
стойкости.
Фрезерование крупногабаритных резьб
можно производить также торцовыми
фрезами, ось которых при обработке ко-
ротких резьб может быть перпендику-
лярна к оси нарезаемой заготовки. При
нарезании же длинных резьб для то-
го, чтобы исключить резание при пово-
роте зубьев на 180° от зоны, в которой
происходит формирование винтовой ка-
навки, а также обеспечить при относи-
тельно небольшом диаметре правильное
касание исходной поверхности враще-
ния режущих кромок вокруг оси фрезы
и поверхности резьбы без их взаимного
внедрения используют установку оси
торцовой фрезы под углом к оси детали
(рис. 158, д). Наконец ось фрезы может
идти параллельно оси детали. Такая
установка оси фрезы соответствует
обработке коротких резьб гребенчатыми
фрезами.
Схема работы гребенчатой фрезы пока-
зана на рис. 158, е. В процессе обра-
ботки фреза и деталь вращаются
226
Глава IX. Инструменты для нарезания резьбы
вокруг своих осей. Кроме того фреза за
один оборот детали перемещается пос-
тупательно вдоль ее оси на шаг резьбы.
Длина фрезы выполняется несколько
больше длины обрабатываемой резьбы,
что позволяет вести фрезерование одно-
временно по всей длине детали и за-
кончить егоза 1,26 оборота заготовки.
Наряду с рассмотренными фрезами
внешнего касания, когда выпуклая ин-
струментальная поверхность касается
винтовой поверхности резьбы, исполь-
зуются также фрезы внутреннего каса-
ния, когда вогнутая исходная инстру-
ментальная поверхность касается в про-
цессе обработки поверхности резьбы.
В случае внешнего касания зона контак-
та инструментальной поверхности и по-
верхности детали лежит между их ося-
ми. В случае же внутреннего касания
ось детали лежит между осью инструмен-
та и зоной контакта. Примером подоб-
ных инструментов служат полые гре-
бенчатые охватывающие фрезы, исход-
ное тело которых представляет собою
трубу с кольцевыми витками на внутрен-
ней поверхности, касающимися в процес-
се обработки поверхности резьбы. Превра-
щение такого исходного тела в инстру-
мент может производиться прорезанием
продольных стружечных канавок, бла-
годаря чему образуется пространство
§ 1. Назначение и типы
227
для схода стружки, создается передняя
поверхность, которая, пересекаясь с ис-
ходной поверхностью кольцевых вит-
ков, дает режущую кромку фрезы. Для
образования задней поверхности и необ-
ходимых величин задних углов зубья
фрезы затылуются, Однако подобные це-
лые охватывающие фрезы не получили
широкого распространения из-за зна-
чительных трудностей их изготовления
и заточки. Большее распространение по-
лучили сборные охватывающие фрезы.
Так, для фрезерования длинных резьб
используется вихревой метод нареза-
ния дисковыми фрезами внутреннего
касания. Фреза представляет собою сбор-
ный инструмент, в кольцевом корпусе
которого закреплены резцы (рис. 158, ж).
Вершины резцов при нарезании одно-
заходной резьбы располагаются в одной
плоскости, перпендикулярной оси ин-
струмента. При быстром вращении фре-
зы режущие кромки резцов описывают
исходную поверхность вращения, кото-
рая вводится в соприкосновение с обра-
батываемой деталью и при медленном
винтовом движении подачи формирует
резьбу.
Для фрезерования коротких резьб при-
меняют гребенчатые сборные охваты-
вающие фрезы. На рис. 159 показана
сборная фреза с круглыми гребенка-
ми, подобными гребенкам резьбонарез-
ных головок. Гребенки 1 закрепляются
в корпусе 2 звездочками 3, втулкой 4
и винтом 5. Для крепления служит ко-
нический хвостовик 6.
При проектировании охватывающих
фрез их диаметр, на котором располага-
ются вершины зубьев, выбирают несколь-
ко большим наружного диаметра резь-
бы. С увеличением разницы диаметров
фрезы и детали уменьшается угол кон-
такта зубьев инструмента с заготовкой
и соответственно снижается производи-
тельность.
Больший угол контакта зубьев фрезы
с заготовкой при охватывающем фрезе-
ровании увеличивает число одновременно
работающих зубьев, длину зоны контак-
та режущих кромок инструмента с за-
готовкой, автоматически обеспечивает
дробление стружки, что особенно важно
при применении твердосплавного ин-
струмента. Это позволяет выбирать по-
вышенные значения подач на зуб, что
приводит к увеличению производитель-
ности процесса.
По схемам, аналогичным фрезерова-
нию, производится шлифование резьб
однониточными или многониточными
кругами.
Обработку одно- и многозаходных
резьб можно производить также инстру-
ментами, работающими методом обкат-
ки. Примером подобных инструментов
Рис. 159. Резьбовая фреза с круглыми гребенками
8*
228
Глава IX. Инструменты для нарезания резьбы
служат обкаточные резцы (рис. 185). Об-
работка обкаточными резцами производи-
тся на специальных, либо модернизи-
рованных, токарных станках. В процессе
обработки заготовка вращается вокруг
своей оси. Резец же наряду с вращением
вокруг своей оси движется поступатель-
но вдоль оси детали. Рассматриваемые
движения кинематически связаны друг
с другом, в результате чего профиль
детали и профиль инструмента совер-
шают друг относительно друга движение
обкатки, т. е. движение качения без
скольжения начальной окружности, свя-
занной с инструментом по начальной
прямой, связанной с профилем детали.
Двигаясь относительно заготовки, про-
филь инструмента занимает ряд последо-
вательных положений, огибающая к ко-
торым будет профилем детали, и наобо-
рот, профиль инструмента будет огибаю-
щим к последовательным положениям
профиля детали при его движении
относительно инструмента. Преимуще-
ствами обработки резьбы обкаточ-
ными резцами является высокая про-
изводительность процесса, большая точ-
ность обработки, возможность нарезания
длинных крупных резьб за один проход,
простота наладки станка и т. п. Однако
это требует соответствующего станка
и относительно дорогостоящего инстру-
мента.
§ 2. РЕЗЬБОВЫЕ РЕЗЦЫ
Для нарезания резьбы применяют
стержневые, призматические и круглые
резцы.
Стержневой резец является наиболее
простым видом резьбонарезного инстру-
мента. Он представляет собой стержень
прямоугольного, квадратного или круг-
лого сечения, который имеет головку.
Форма ее соответствует форме профиля
нарезаемой резьбы,
У чистовых стержневых резьбовых
резцов передний угол у часто равняется
нулю и его передняя плоскость совме-
щается с осевой плоскостью детали.
В этом случае форма режущей кромки
резца будет тождественна профилю впа-
дины нарезаемой резьбы в осевом сече-
нии. Однако у твердосплавных резьбо-
вых резцов угол при вершине е делается
на 30'—1° меньше угла профиля резь-
бы. Это объясняется тем, что при ско-
ростном нарезании резьбы наблюдается
некоторое разваливание ее профиля.
Задний угол на вершине резьбовых рез-
цов а — 8 -г- 15°.
Задние углы на боковых кромках
в статическом положении определяются
по формуле:
tga5 = tgasin ~ ,
В процессе же нарезания резьбы
задние углы на боковых кромках изме-
няются за счет перемещения режущих
кромок по винтовой поверхности относи-
тельно заготовки. На одной из боковых
кромок задние углы увеличиваются на
угол р до ад (рис. 160, а), а на другой —*
уменьшаются до ад, Чем больше
угол т подъема нарезаемой резьбы, тем
в большей степени наблюдаются коле-
бания величин задних углов на боко-
вых кромках. При малых углах подъе-
ма резьбы изменения невелики и при рав-
ных статических боковых задних углах
боковые режущие кромки находятся поч-
ти в одинаковых условиях резания. При
нарезании же резьбы с большим углом
подъема статические задние углы выби-
раются различными, чтобы обеспечить
равенство задних углов в процессе реза-
ния на боковых кромках (рис. 160, б).
Однако в этом случае передние углы
на одной из боковых кромок будут
отрицательными, а на второй — поло-
жительными. Чтобы обеспечить равен-
ство передних углов осуществляют
§ 2. Резьбовые резцы
229
поворот резца вокруг его оси (рис. 160, в)
и создают на обеих боковых кромках
передние углы, равные нулю. Режущая
кромка такого резца, как линия пересе-
чения передней плоскости и винтовой
поверхности резьбы, будет криволиней-
ной, что осложняет его проектирование
и изготовление.
С целью повышения стойкости инстру-
мента и качества резьбы применяют резь-
бовые резцы, у которых передняя поверх-
ность выполняется в форме поверхности
вращения (рис. 161). Фрезерование и за-
точка передней поверхности такой фор-
мы производятся двуугловой фрезой
и шлифовальным кругом, рабочая
поверхность которого создается вра-
щением режущей кромки резца вокруг
оси круга. Это обеспечивает равномер-
ность фасок на боковых кромках. Резь-
бовые резцы часто имеют припаянные
пластинки твердого сплава. Значи-
тельное распространение находят так-
же резьбовые резцы с механическим
креплением неперетачиваемых трехгран-
ных пластинок с точно шлифованным
профилем (рис. 162). Пластинки имеют
образованные при прессовании поло-
жительные передние углы на боковых
кромках, что приводит к снижению
усилий резания, повышению точности
резьбы и увеличению стойкости инстру-
мента.
Стержневые резьбовые резцы с при-
паянными пластинками твердого сплава
допускают относительно небольшое чис-
ло переточек. Поэтому применяются при-
зматические и круглые резьбовые рез-
цы, которые являются разновидностью
фасонных резцов.
Призматические резцы служат толь-
ко для изготовления наружной резьбы,
круглые — для наружной и внутренней.
Значительно чаще применяются круглые
резьбовые резцы. Они просты в изго-
товлении и удобны в эксплуатации.
Круглые резцы для наружной резьбы
230
Глава IX. Инструменты для нарезания резьбы
Рис. 162. Резьбовой резец с неперетачи-
ваемой пластинкой
выполняются обычно насадными (рис.
163, а), а для внутренней резьбы —
хвостовыми (рис. 163, б). На рис. 164
показана схема определения режущей
кромки резца, предназначенного для
нарезания резьбы. Изображен профиль
резьбы СВА в сечении /—/, идущем
параллельно плоскости проекций Н.
При винтовом движении этого профиля
и создается винтовая поверхность резь-
бы. На профиле резьбы выбрана базовая
точка А, через которую проведена под
выбранным передним углом у передняя
плоскость Р.
Рассмотрим случай, когда передняя
плоскость Р параллельна оси детали.
Для нахождения произвольной точки
Д режущей кромки проведено цилиндри-
ческое сечение, концентричное оси де-
тали, через выбранную точку С профиля
резьбы. Радиус этого цилиндра обозна-
чен через R. Цилиндрическое сечение
пересекается с поверхностью резьбы по
винтовой линии, создающейся при вин-
товом движении выбранной точки С.
Точка пересечения этой винтовой линии
с передней плоскостью и будет точ-
кой режущей кромки резца. Винтовое
движение точки С разложим на два дви-
жения: вращательное вокруг оси дета-
ли и, согласованное с ним, поступатель-
ное перемещение вдоль оси детали.
Чтобы точка С, совершая вращатель-
ное движение, оказалась в передней
плоскости Р, она должна повернуться
от своего первоначального положения
на угол т вокруг оси детали и располо-
житься на прямой ЕК пересечения пе-
редней плоскости и цилиндрического
сечения радиуса R. За время поворота
на угол т точка С сместится вдоль оси
детали на величину Ас, равную:
А =-*_т
с 360 т’
где S — шаг резьбы.
Откладывая величину Ас вдоль оси
детали от точки С, находим на прямой
ЕК искомую точку К режущей кромки
резца. Расстояние Ас в истинную вели-
чину проектируется на плоскость Н, где
оно и наносится на чертеж. Аналогич-
но точке К могут быть найдены другие
точки режущей кромки — АВК. Рас-
сматривая приведенное графическое по-
строение, можно вывести аналитические
зависимости для расчета формы режущей
кромки резца.
§ 2. Резьбовые резцы
231
Угол т определяется по формуле:
• z х Ro Sin v
sin (у — т) = \ ,
где Ra — радиус базовой точки А про-
филя детали, через которую проводит-
ся под углом у передняя плоскость Р.
Высота t профиля режущей кромки
в произвольной ее точке К будет равна:
t = R cos (у — т) — R cos у = 7? .
' а ’ sin у
Расстояние L от произвольной точки К
режущей кромки до базовой точки А,
измеренное вдоль оси детали, равно:
L = Lc + Ас,
где Lc — расстояние от базовой точки А
профиля резьбы до произвольной точ-
ки С.
При известной форме режущей кром-
ки задняя поверхность призматических
резьбовых резцов описывается режущей
кромкой при ее прямолинейно-поступа-
тельном перемещении, а у круглых рез-
цов задняя поверхность создается при
вращательном движении режущей кром-
ки вокруг оси резца, аналогично обыч-
ным фасонным резцам. Поэтому профиль
232
Глава IX. Инструменты для нарезания резьбы
Рис. 164. Схема определения режущей
кромки резца
задней поверхности фасонных резьбовых
резцов подсчитывается по формулам,
справедливым для обычных фасонных
резцов. Однако в эти формулы необ-
ходимо подставлять величины, соответ-
ствующие найденной выше форме режу-
щей кромки резьбовых резцов.
Анализ показывает, что при у =0= О
профиль режущей кромки и профиль
задней поверхности резьбового резца,
как призматического, а также и круг-
лого, будет несимметричным для пра-
вой и левой сторон его.
Круглые резьбовые резцы, в отличие
от стержневых и призматических, не
обеспечивают строгой прямолинейнос-
ти профиля резьбы и при нулевом пе-
реднем угле. Однако отклонения от
прямолинейности незначительны и ими
пренебрегают.
$ 3. МЕТЧИКИ
Метчик представляет собой винт, со-
пряженный с нарезаемой резьбой, пре-
вращенный в режущий инструмент. Для
преобразования винта в метчик необхо-
димо прорезать стружечные канавки,
т. е. создать переднюю поверхность
и пространство для схода стружки. Одна-
ко, если подобный винт с продольными
канавками использовать как инструмент,
то первый зубец его с полным профилем
резьбы будет срезать весь припуск
и окажется перегруженным. Поэтому,
чтобы обеспечить допустимую толщину
среза и распределить работу резания
по длине метчика он снабжается режу-
щей частью, которая образуется среза-
нием резьбы исходного винта на конус.
Инструмент в форме винта с продоль-
ными канавками и срезанной на конус
резьбой обладает низкими эксплуата-
ционными качествами и не будет спо-
собным нормально работать, так как
у такого инструмента задние углы рав-
ны нулю и в процессе резания задняя
поверхность соприкасается и вдавлива-
ется в поверхность резания. Поэтому
необходимо на метчике образовать такую
заднюю поверхность, которая обеспе-
чила бы получение на режущих кромках
положительных задних углов и создала
бы работоспособную конструкцию ин-
струмента.
Задняя поверхность на метчиках вы-
полняется по-разному. Наиболее часто
она выполняется в форме винтовой по-
верхности, образующейся в результате
затылования.
Размеры резьбы исходного винта при
проектировании метчиков определяются
в зависимости от размеров нарезаемой
§ 3. Метчики
233
резьбы, свойств обрабатываемого мате-
риала, условий резьбонарезания и тех-
нических особенностей процесса резьбо-
нарезания. Схема расположения полей
допусков гайки и метчика показана на
рис. 165.
При назначении исполнительных раз-
меров резьбы метчика учитывается, что
в большинстве случаев в процессе наре-
зания наблюдается разбивание резьбы
гайки, т, е. увеличение ее диаметральных
размеров на 0,05—0,1 мм. Поэтому верх-
нее отклонение среднего диаметра метчи-
ка лежит ниже верхнего отклонения гай-
ки на величину разбивки» Нижнее же
отклонение выбирается выше нижнего
отклонения гайки для компенсации по-
грешностей элементов резьбы метчика
и получения запаса на износ.
Для наружного диаметра метчика
верхнее отклонение ограничивается усло-
вием прочности и стойкости вершин
профиля резьбы метчика. При малой ши-
рине вершинной кромки наблюдается
повышенный износ метчика по наружно-
му диаметру, который может распростра-
ниться и на боковые стороны. Поэтому
ширина вершинной кромки должна со-
ставлять примерно 60% от ширины вер-
шины теоретического профиля резьбы.
Нижнее отклонение наружного диа-
метра метчика выбирается с учетом обес-
печения гарантированного запаса на из-
нос. Эта величина больше, чем преду-
смотрено по среднему диаметру, так как
наружный диаметр метчика изнашивает-
ся интенсивнее среднего.
Для внутреннего диаметра метчика
устанавливается только верхнее откло-
нение так, чтобы исключить из работы
нарезания режущие кромки впадины
зуба. По впадинам резьбы метчика за-
кругления профиля могут доходить до
линии наименьшего диаметра гайки.
Кроме диаметральных размеров уста-
навливаются допуски на половину угла
профиля резьбы, которые колеблются от
± 15' до ± 100' в зависимости от ша-
га резьбы и степени точности метчика.
Также регламентируются допуски на шаг
резьбы на длине 25 мм или 10 мм. Откло-
нения шага резьбы зависят от метода из-
готовления резьбы метчика. Для нешли-
фованных метчиков после термической их
обработки на длине 25 мм погрешность
шага может доходить до ± 0,07 мм.
У шлифованных метчиков погрешность
шага снижается до 0,003—0,008 мм.
Рассмотренное расположение допусков
не всегда дает требуемые результаты,
так как на размеры нарезаемой резьбы
в значительной степени влияют такие
факторы как условия закрепления метчи-
ка, режимы обработки, свойства обраба-
тываемого материала и т. п.
Например, при нарезании резьбы в
таких вязких материалах как медь, в пла-
стмассах, в закаленных высокопрочных
сталях, в титановых сплавах имеет место
усадка нарезаемого отверстия на 0.03—•
0.05 мм. В этом случае соответственно
необходимо корректировать расположе-
ние полей допусков на исполнительные
размеры метчика относительно полей
допусков нарезаемых резьбовых деталей.
Метчики изготовляются четырех сте-
пеней точности: СъД — со шлифованной
Рис. 165. Поля допусков исполнительных
размеров метчиков
234
Глава IX. Инструменты для нарезания резьбы
резьбой повышенной и обычной точности,
и Е и Н — с нешлифованной резьбой
обычной и пониженной точности. Метчи-
ками степени С можно получить тугие
резьбы и резьбы первого класса точности,
метчиками степени Д и частично Е —
резьбу 2-го класса, а метчиками сте-
пени Н — резьбы 3-го класса точно-
сти.
Большое влияние на работу метчика
оказывает число и форма стружечных
канавок. При одной и той же длине ре-
жущей части уменьшение числа канавок
приводит к возрастанию толщины среза
и снижению крутящего момента, позво-
ляет выбирать увеличенное сечение ка-
навки, что обеспечивает более свободное
размещение и отвод стружки. Однако при
малом числе канавок в силу повышенных
толщин срезов ухудшается чистота по-
верхности нарезанной резьбы. Наивы-
годнейшее число канавок зависит от раз-
меров нарезаемой резьбы и свойств обра-
батываемого материала. Для металлов,
дающих стружку надлома (чугун) число
канавок принимается большим, чем для
металлов, дающих сливную стружку.
В практике получили наиболее широкое
распространение метчики диаметром до
17 мм с тремя канавками, а большего
диаметра — с четырьмя канавками.
Канавки метчиков должны обеспечи-
вать получение на режущих кромках
требуемых величин передних углов,
плавный ход стружки, иметь достаточный
объем, препятствовать заклиниванию
стружки при реверсировании, не иметь
резких переходов во избежание появле-
ния трещин при закалке. Основными
параметрами, характеризующими разме-
ры канавок, являются: диаметр сердцеви-
ны, ширина зуба р и угол g у нерабочей
кромки зуба. Диаметр сердцевины выби-
рается исходя из двух основных противо-
речивых требований: 1) необходимо обес-
печить достаточное пространство для
стружки, уменьшая диаметр сердцевины;
2) метчик должен быть достаточно проч-
ным, а, следовательно, иметь увеличен-
ный диаметр сердцевины. Рекомендуемая
величина диаметра сердцевины колеб-
лется в пределах 0,4—0,6 диаметра мет-
чика.
Большие величины диаметра сердце-
вины принимаются у метчиков с боль-
шим числом канавок, а также при на-
резании резьбы в труднообрабатывае-
мых материалах, где особенно важное
значение приобретает прочность инстру-
мента.
При выборе ширины зуба Р необходи-
мо учитывать, что с увеличением ширины
зуба возрастают усилия трения, повы-
шается опасность забивания канавки
стружкой. Это может привести к поломке
метчика. Однако чрезмерное уменьшение
ширины зуба приводит к уменьшению
количества переточек и ухудшает направ-
ление метчика при работе. Рекомендуемое
значение ширины зуба для обработки ста-
ли и чугуна колеблется в пределах 0,4—
0,25 диаметра метчика. У метчиков, пред-
назначенных для обработки алюминиевых
сплавов, увеличивают объем канавок и ве-
личину переднего угла и снижают шири-
ну зуба до 0,3—0,22 диаметра инстру-
мента.
Канавки метчика должны быть обра-
зованы таким образом, чтобы при вывин-
чивании зуб метчика своей обратной сто-
роной не срезал и не портил нарезанной
резьбы. G этой точки зрения целесо-
образно уменьшать угол £ у нерабочей
кромки зуба. Но при малом значении
угла g может наблюдаться защемление
стружки при вывинчивании метчика.
Поэтому наиболее часто принимают угол
g = 85 ч- 70°. Профиль стружечных
канавок метчика очерчивают дугами
окружностей, а также плавно сопряга-
емыми с ними отрезками прямых.
Метчики обычно изготовляются с пря-
мыми канавками. Для обеспечения луч-
шего отвода стружки применяют метчики
§ 3. Метчики
235
Рис. 166. Схема резания метчиков
с углом наклона винтовых канавок 10—
20°. При нарезании резьбы в глухих
отверстиях праворежущими метчиками
принимается правое направление кана-
вок, а в сквозных отверстиях — левое
направление. Это позволяет отводить
стружку в сторону хвостовика при обра-
ботке резьбы в глухих отверстиях, и в
противоположном направлении при обра-
ботке резьбы сквозных отверстий. Наре-
зание резьбы в легких сплавах и других
пластичных материалах, обладающих не-
большой прочностью, целесообразно
вести метчиками с повышенным углом
наклона винтовой канавки до 30—40°.
Винтовые стружечные канавки приводят
к некоторому уравновешиванию осевых
усилий резания, облегчают вывод струж-
ки и подвод смазывающе-охлаждающей
жидкости в зону резания, создают более
благоприятные геометрические парамет-
ры на режущей части, способствуют по-
вышению стойкости метчиков.
Основную работу резания выполняет
режущая часть метчика, которая создает-
ся срезанием резьбы исходного винта
на конус с углом наклона <р его образую-
щей к оси метчика.
В процессе работы каждый зуб режу-
щей или заборной части метчика срезает
металл тонкими слоями по схеме (рис,
166). Толщина среза а, снимаемая вер-
шинными режущими кромками метчика,
зависит от числа канавок п, угла забор-
ного конуса <р и шага резьбы S:
п
С уменьшением угла заборного конуса
<р уменьшается толщина среза а и повы-
шается стойкость метчика. Однако при
чрезмерно малых толщинах среза поряд-
ка 0,008—0,015 мм процесс резания за-
трудняется, радиус округления режущих
кромок становится соизмеримым с толщи-
ной среза и стойкость метчиков снижает-
ся. Наибольшая толщина среза опреде-
ляется прочностью режущих кромок,
стойкостью метчика и чистотой поверх-
ности резьбы. Максимально допустимая
толщина среза равна 0,2 мм. Возможна
работа и с большими толщинами среза,
но при этом уменьшается стойкость мет-
чиков, значительно ухудшаются условия
образования и размещения стружки в ка-
навках, ухудшается качество нарезаемой
резьбы.
Толщину среза а рекомендуется при-
нимать: для стали — 0,02—0,05 мм, для
чугуна — 0,04—0,07 мм, для высоко-
прочных сталей, жаропрочных и тита-
новых сплавов — 0,015—0,02 мм, для
алюминиевых сплавов — 0,05—0,06 мм.
Для обеспечения направления при
входе в нарезаемое отверстие диаметр dt
переднего торца метчика выполняется
меньше внутреннего диаметра резьбы на
0,1—0,35 мм. Длина режущей части мет-
чика может быть определена по формуле:
/1== ctg <р,
где d'— наружный диаметр метчика.
При нарезании резьбы машинными
метчиками в глухих отверстиях длину
заборной части выбирают равной двум
236
Глава IX. Инструменты для нарезания резьбы
В-В
Рис. 167. Бескаиавочный метчик
виткам, а в сквозных отверстиях — шес-
ти, Длина заборной части, равная 8—
20 виткам, принимается при обработке
сквозных резьб в титановых и жаропроч-
ных сплавах.
Анализ схемы резания при нарезании
резьбы метчиками показывает, что глав-
ными режущими кромками на каждом
зубце являются вершинные кромки, бо-
ковые же режущие кромки выполняют
роль вспомогательных режущих кромок.
Поэтому, чтобы создать работоспособный
инструмент, необходимо обеспечить на
вершинных кромках положительные зад-
ние углы а — 5 ~ 12°. Обычно задняя
поверхность на главных режущих кром-
ках метчика создается затылованием ре-
жущей части по наружному диаметру.
Величина затылования
^= —tga.
Шлифованные метчики затылуются не
только по вершинным кромкам, но и по
профилю резьбы. Затылование резьбы
по профилю позволяет исключить нали-
пание металла особенно при обработке
вязких материалов на резьбу калибрую-
щей части метчика. Величину затылова-
ния по профилю резьбы на ширине зуба
выбирают сравнительно небольшой, по-
рядка 0,01—0,09 мм для метчиков с
номинальными диаметрами резьбы 4—•
52 мм. Резьба калибрующей части метчи-
ков выполняется с обратной конуснос-
тью, что приводит к уменьшению трения
и снижает разбивание. Значения обрат-
ной конусности на 100 мм длины для
обычных сталей колеблются от 0,05 до
0,12 лш., При обработке титановых и
жаропрочных сплавов величину обрат-
ной конусности увеличивают до 0,16—
0,20 мм на 100 мм длины.
Длина калибрующей части метчиков
выбирается в пределах 5—12 витков. При
переточках ее длина уменьшается. После
всех переточек ее длина должна состав-
лять не менее 0,5 диаметра нарезаемой
резьбы.
Опыт эксплуатации, особенно мелко-
размерных метчиков, показывает, что
значительная их часть выходит из строя
в результате поломок. Это свидетельст-
вует, в первую очередь, о их недостаточ-
§ 3. Метчики
237
ной прочности. Для повышения прочнос-
ти применяют так называемые бескана-
вочные метчики (рис. 167). У бесканавоч-
ных метчиков стружечные канавки вы-
полняются на небольшой длине, обычно
равной удвоенной длине режущей части.
Угол наклона канавок принимается рав-
ным 10—15°. Направление канавок об-
ратно направлению резьбы. Сердцевина
метчика утолщается в направлении хво-
стовика с уклоном 5—10°. Такая конст-
рукция канавок обеспечивает отвод
стружки в направлении подачи, т. е,
в предварительно обработанное отвер-
стие. Поэтому рассматриваемые бескана-
вочные метчики применяются для на-
резания резьб в сквозных отверстиях.
Чтобы уменьшить трение и разбивку
размеров нарезаемой резьбы бесканавоч-
ные метчики имеют увеличенную обрат-
ную конусность на калибрующей части
до 0,2 мм на 100 мм длины. Такие метчи-
ки имеют лучшее направление при рабо-
те, обусловленное сплошными калибрую-
щими витками, дают чистую и качествен-
ную резьбу, обеспечивают большое число
переточек. Они находят применение при
нарезании резьбы в деталях из легких
сплавов, цветных металлов, вязкой ста-
ли, чугуна.
При нарезании резьбы метчиками зна-
чительная часть энергии затрачивается
на преодоление сил трения, возникаю-
щих на боковых поверхностях резьбы.
В связи с этим снижается стойкость мет-
чика и могут наблюдаться его поломки.
Снижение сил трения, за счет уменьше-
ния поверхностей соприкосновения резь-
бы метчика и нарезаемой детали, дости-
гается при применении метчиков с корри-
гированным профилем (рис. 168). Угол
профиля резьбы таких метчиков делается
меньше номинального значения угла
профиля нарезаемой резьбы на 1—5®.
Это создает боковые зазоры между ре-
жущими зубьями метчика и витками
резьбы детали. Требуемый профиль резь-
бы детали может быть получен при опре-
деленной величине обратной конусности,
определяемой по формуле:
tg6 = tg<p (tg-|-ctg-^---1),
где 6 — угол обратного конуса резьбы;
Ф — угол заборного конуса метчика;
е — угол профиля нарезаемой резь-
бы;
ei — угол профиля резьбы метчика.
Метчики с увеличенной обратной ко-
нусностью и соответственно корригиро-
ванным профилем оправдывают себя при
обработке вязких металлов, жаропроч-
ных и титановых сплавов и т. п.
Подобный же эффект дают метчики
с шахматным расположением зубьев.
У этих метчиков, как правило, на кали-
брующей части в шахматном порядке
срезаются зубья. При шахматном распо-
ложении зубьев контакт метчика с де-
талью является односторонним, что уст-
раняет заклинивание метчика и разруше-
ние витков нарезаемой в вязких материа-
лах резьбы. Шахматное расположение
зубьев на заборной части приводит к уве-
личению толщины срезаемого слоя, что
обычно отрицательно сказывается на
стойкости метчиков. При обработке жа-
ропрочных материалов и титановых
сплавов шахматное расположение зубьев
на заборной части позволяет без увеличе-
ния крутящего момента повысить толщи-
ну среза и осуществить резание вне зоны
наклепанного слоя. Это улучшает усло-
вия работы метчика.
Рис. 168. Схема резания метчиком с корриги-
рованным профилем
238
Глава IX. Инструменты для нарезания резьбы
Рис. 169. Схемы распределения нагрузки на метчики в комп-лектй.
Для нарезания резьб повышенной точ-
ности за один проход находят применение
метчики с бочкообразными зубьями на
калибрующей части. Они имеют на режу-
щей части и первых двух-трех зубьях ка-
либрующей части обычное затылование.
На последующих же зубьях калибрую-
щей части обеспечивается бочкообразный
профиль за счет соответствующего заты-
лования, когда в обе стороны от середины
зубьев уменьшаются диаметральные раз-
меры на величину К — (0,02 4- 0,06) мм.
Опыты показывают, что осевые на-
грузки и крутящие моменты, возникаю-
щие при нарезании резьбы метчиками
с бочкообразными зубьями, меньше вели-
чин осевых нагрузок и крутящих момен-
тов метчиков стандартной конструкции.
Это объясняется тем, что у метчиков с
бочкообразными зубьями практически
сведены к нулю защемление и резание
калибрующей частью, У стандартных
метчиков в результате деформаций инст-
румента наблюдается некоторое защемле-
ние зубьев метчика в витках нарезае-
мой резьбы. Метчики с бочкообразными
зубьями обеспечивают до некоторой сте-
пени выглаживание нарезаемой резьбы,
благодаря чему уменьшается шерохова-
тость обработанной поверхности.
При нарезании резьбы часто приходит-
ся применять комплект из нескольких
метчиков и соответственно распределять
между ними работу. Необходимость ис-
пользования комплекта метчиков вызы-
вается стремлением уменьшить усилия
резания, которые в определенных усло-
виях могут быть значительными и при-
водить к срыву резьбы, защемлению и по-
ломке метчиков. Применение комплекта
метчиков позволяет также улучшить ка-
чество и точность нарезаемых резьб.
Конструкция и работоспособность
комплектных метчиков зависят от схемы
распределения нагрузки между ними.
В практике используются различные
схемы распределения нагрузки, наиболее
характерные из которых приведены на
рис. 169. Схема распределения предусмат-
ривает уменьшение как наружных, так и
средних диаметров предварительных мет-
чиков по сравнению с соответствующими
диаметрами чистового метчика (рис.
169, а). По этой схеме припуск преду-
смотрен по наружному и среднему диа-
метрам и резание осуществляется по все-
му профилю резьбы. Каждый последую-
щий метчик зачищает резьбу по сторо-
нам. Поэтому предварительные метчики
не нуждаются в таком точном выполне-
нии как чистовые. Обычно черновые мет-
чики комплекта удаляют максимальное
количество металла (до 80—90%) и
на долю чистового метчика отводится
сравнительно небольшая работа по за-
чистке и калиброванию резьбы. В рас-
сматриваемом случае чистовой метчик
снимает металл по всей высоте профиля
резьбы, что приводит, при сравнительно
небольшой длине заборной части, к зна-
чительным толщинам среза и способст-
вует повышению интенсивности износа
инструмента. Эта схема получила наи-
большее распространение при обработке
метрических резьб. Вторая схема распре-
деления работы нарезания между метчи-
§ 3. Метчики
239
ками в комплекте предусматривает сохра-
нение неизменным среднего диаметра
(рис. 169, б). По этой схеме припуск
между метчиками распределяется только
за счет понижения наружного диаметра
и резьба метчиков, входящих в один
комплект, шлифуется с одинаковыми
размерами.
Преимущество этой схемы заключается
в разгрузке чистового метчика. Она при-
меняется при обработке трапецеидальной
резьбы, которая выполняется с достаточ-
но широкими допусками и поэтому воз-
можна обработка резьбы без калиброва-
ния по боковым сторонам чистовым мет-
чиком. Такая схема используется также
при обработке высокопрочных и жаро-
прочных материалов. В рассматриваемом
случае при нарезании резьб с жесткими
допусками можно рекомендовать комби-
нированную схему резания (рис, 169, в),
при которой черновой и промежуточный
метчики имеют припуск только по на-
ружному диаметру, а чистовой метчик
калибрует резьбу по всему профилю.
При нарезании трапецеидальных резьб
важно обеспечить самозатягивание мет-
чика в начальный период его работы.
G этой целью стремятся уменьшить
ширину вершинных кромок и соответст-
венно изменяют схему нарезания резьбы.
Одна из возможных комбинированных
схем резания для комплекта таких мет-
чиков, предназначенных для обработки
крупных резьб, показана на рис. 169, а*
В соответствии с этой схемой наружный
диаметр первого метчика близок к сред-
нему диаметру нарезаемой резьбы. С це-
лью же оставления припуска по профи-
лю для чистового метчика, как обычно
при комбинированных схемах, средний
диаметр несколько уменьшен. Первый
метчик снабжен двойной заборной частью.
Первой заборной частью метчика наре-
зается двухзаходная резьба, а второй
срезается «лишняя» нитка резьбы и со-
здается профиль впадины с припуском
на последующую обработку. Подобная
схема срезания металла обеспечивает
лучшие условия для самозатягивания
за счет уменьшения ширины вершинной
кромки зубьев. Второй и третий метчики
комплекта имеют обычное конструктив-
ное оформление рабочей части. Они
снабжаются передней направляющей
частью с резьбой, размеры которой соот-
ветствуют профилю, образованному пре-
дыдущим метчиком»
Для нарезания за один проход трапе-
цеидальных резьб в сквозных отверстиях
деталей применяют метчики-протяжки.
Обработка резьбы метчиками-протяжка-
ми производится на токарном станке.
Метчик-протяжка с надетой на хвостовик
деталью закрепляется в резцедержателе
станка и вводится в отверстие шпинделя.
В процессе обработки деталь, зажатая
в патроне станка, вращается, а протяжка
совершает поступательное движение по-
дачи. Рассматриваемые движения кине-
матически связаны друг с другом и при-
водятся к винтовому движению протяж-
ки относительно детали, параметр кото-
рого равен параметру нарезаемой резьбы.
В отличие от обычных метчиков, метчики-
протяжки работают на растяжение, что
значительно увеличивает прочность ин-
струмента. Применение метчиков-протя-
жек для нарезания резьб по сравнению
с обычными метчиками или резцами поз-
воляет повысить производительность в
5—8 раз. Конструкция метчика-протяж-
ки показана на рис. 170.
В основном метчики изготовляют из
быстрорежущей стали. В последнее вре-
мя получают распространение также
твердосплавные метчики, обладающие
повышенной стойкостью. Для мелких
резьб метчики изготовляются целиком из
твердого сплава; для резьб среднего раз-
мера из твердого сплава изготовляется
только рабочая часть, которая припаи-
вается к стальному хвостовику; для резьб
больших размеров находят применение
240
Глава IX. Инструменты для нарезания резьбы
8°
Рис. 170. Метчик-протяжка
метчики с напаянными твердосплавными
пластинками, а также метчики с механи-
ческим креплением пластин. Твердо-
сплавные метчики рекомендуется приме-
нять при обработке высокопрочных ста-
лей и сплавов, а также материалов, обла-
дающих интенсивным абразивным воз-
действием на инструмент.
§ 4. КРУГЛЫЕ ПЛАШКИ
Круглая плашка представляет собой
гайку, сопряженную с нарезаемой резь-
бой, превращенную в режущий инстру-
мент путем прорезания стружечных ка-
навок и затылования зубьев. Она служит
для нарезания наружной резьбы. Плаш-
ка не может нарезать резьбу высокой
точности, так как после термической об-
работки в ее резьбе невозможно устра-
нить возникшие при этом искажения
шага, угла профиля. Однако из-за деше-
визны и несложной эксплуатации плаш-
ки получили широкое распространение.
Число стружечных отверстий у плашек
колеблется от 3 до 7 для резьб диаметром
от 2 до 52 мм. Большое влияние на ра-
боту плашки оказывает ширина зуба.
С увеличением ширины зуба увеличивае-
тся прочность и жесткость, плашка луч-
ше центрируется и самозатягивается при
работе. Однако большая ширина зуба
приводит к повышенному трению, ухуд-
шает отвод стружки и ее размещение
в канавках, что может вызвать поломку
плашки.
При проектировании плашек между
шириной зуба Н и шириной просвета Нх
выдерживается принятое на практике
соотношение:
Н =* (0,65 4- 0,8) Нг.
Стружечные отверстия у плашек высвер-
ливаются и поэтому их профиль очер-
чивается по дуге окружности. Диаметр
стружечного отверстия и расположение
его центра выбираются таким образом,
чтобы обеспечить получение необходи-
мых величин передних углов у и соот-
ветствующей ширины просвета.
Диаметр стружечного отверстия может
быть подсчитан по формуле:
а =_____,
COS (СО + у)
где /71 —- ширина просвета плашки, из-
меряемая по хорде после свер-
ления стружечных отверстий;
у — передний угол плашки с про-
сверленными отверстиями;
со •— центральный угол, соответ-
ствующий половине ширины
просвета плашки с просверлен-
ными отверстиями.
Величина угла со равна:
Я.
sin со ==
di
где dr -=- внутренний диаметр резьбы.
Проводя расчет, необходимо учиты-
вать, что при заточке плашки по перед-
ней плоскости стружечной канавки уве-
личивается ширина просвета и умень-
шается передний угол. Поэтому расчет-
ную величину переднего угла необходимо
увеличивать на 10—15° по сравнению
с его фактической величиной. Слой, под-
§ 4. Круглые плашки
24!
лежащий стачиванию, равен 0,2—0,4 мм.
Диаметр Dlt на котором располагаются
центры стружечных отверстий, опреде-
ляется по формуле:
Di ftg (со + у) + ctg со].
Расстояние I от стружечного отверстия
до наружного диаметра определяется по
формуле:
I = (0,6 4- 0,9) УЦ
где D — наружный диаметр плашки,
Толщина обода е должна обеспечить
достаточную прочность плашки и воз-
можность ее регулировки после износа
и прорезания перемычки. Наружный
диаметр плашки равен:
D = Dt 4- d + 2е.
Он выбирается в пределах 20—90 мм.
Каждый диаметр плашки обслуживает
несколько резьб, что позволяет сокра-
тить номенклатуру патронов и воротков,
служащих для их крепления.
Основную работу резания выполняет
режущая часть плашки, которая выпол-
няется в виде внутреннего конуса. Для
лучшего захвата заготовок в период на-
резания резьбы диаметр в начале ре-
жущей части выполняется больше номи-
нального диаметра резьбы на 0,3—0,8 мм.
Угол конуса режущей части у стандарт-
ных плашек 2<p =s 50°, что обеспечивает
работу с толщинами среза, равными
(0,063—0,375) мм, в зависимости от числа
зубьев и шага резьбы. Целесообразно
при обработке высокопрочных материа-
лов угол конуса 2<р уменьшить до 20—
40°. Как правило, у плашек режущая
часть делается с обоих торцов, что обес-
печивает возможность нарезания резь-
бы как одной, так и другой стороной.
Углы конуса режущей части с обоих
торцов плашки обычно выполняются
одинаковыми. Находят применение так-
же плашки, у которых углы конуса 2<р
делаются различными с одной и с другой
стороны. Это позволяет в зависимости от
условий работать то одной, то другой
стороной плашки.
Для обеспечения на главных режущих
кромках задних углов производят заты-
лование режущих частей плашки по вер-
шинам зубьев. Обычно принимается осе-
вой способ затылования. Величина заты-
лования Кос, измеряемая в направлении
оси плашки, определяется по формуле
Koc=-^r-tgactg<p,
где а — задний угол в торцовом сечении.
Для стандартных плашек задний угол
а 6 4- 9°.
С целью зачистки и калибрования резь-
бы и обеспечения соответствующего на-
правления в работе плашка снабжается
калибрующей частью, имеющей полный
профиль резьбы. Зубья на калибрующей
части не затылуются. Длина калибрую-
щей части принимается небольшой, так
как с увеличением длины калибрующей
части возрастают деформации при термо-
обработке плашки. Длина калибрующей
части включает 3—6 витков резьбы.
Обычно стружечные отверстия плашки
идут параллельно ее оси и угол X = 0.
Чтобы обеспечить отвод стружки вперед,
применяют плашки с положительным
углом наклона X. Это достигается распо-
ложением оси стружечных отверстий под
некоторым углом к оси плашки, либо
специальной заточкой передней поверх-
ности на режущей части. Такая конст-
рукция плашек не получила широкого
распространения из-за сложности изго-
товления.
Более технологичными являются плаш-
ки, у которых вместо стружечных от-
верстий на обоих торцах выфрезеровы-
ваются пазы, создающие переднюю по-
верхность и пространство для схода
стружки. Преимущества такой конст-
рукции следующие: возможность заточ-
ки и переточки плашки потребителя-
ми с использованием универсальных
средств, простота обеспечения различных
242
Глава IX. Инструменты для нарезания резьбы
Рис. 171. Схема закрепления плашек
величин передних углов и углов накло-
на X, меньшая трудоемкость изготовления.
Однако такие плашки не прошли еще
широких испытаний в различных произ-
водственных условиях и находят ограни-
ченное применение.
Круглые плашки крепятся в плашко-
держателе (рис. 171) тремя или четырьмя
винтами в зависимости от их размеров и
условий эксплуатации. Один или два
винта 4 служат для закрепления, а два
других — 1 и 3 — для закрепления и
для сжимания плашек при регулирова-
нии их размеров, после того как у них
будет прорезана перемычка. Разжимают-
ся плашки винтом 2.
Качество плашек проверяется нареза-
нием пробной детали и измерением ее
резьбы. Плашки могут нарезать детали
с отклонениями в резьбе по 2-му классу
точности.
§ 6. РЕЗЬБОНАРЕЗНЫЕ ФРЕЗЫ
При образовании резьбы с крупным
шагом и большой длины, в частности тра-
пецеидальных резьб, получили распрост-
ранение дисковые резьбонарезные фрезы.
В этих же условиях находят применение
торцовые резьбонарезные фрезы. Диско-
вые резьбовые фрезы (рис. 172), предна-
значенные для нарезания трапецеидаль-
ных резьб, как правило, изготовляются
с прямолинейными режущими кромками.
Поэтому они проектируются как фрезы
с остроконечными зубьями, что позво-
ляет создать инструмент с большим
числом зубьев порядка 34—40, и по-
лучить на боковых кромках целесо-
образные величины задних углов по-
рядка 5—8°. У таких фрез в процессе
работы находятся одновременно не менее
двух зубьев в контакте с заготовкой, что
создает условия для равномерного фрезе-
рования.
Дисковые фрезы конструируются с че-
редующимися зубьями. Каждый зуб та-
кой фрезы работает вершинной и одной
боковой режущей кромкой, т„ е. у каждо-
го зуба фрезы одна боковая режущая
кромка срезается. Для контроля профи-
ля на фрезе предусматривается один
полный зуб е обоими боковыми режущи-
ми кромками. Переменное срезание зубь-
ев фрезы обеспечивает увеличение вдвое
толщины среза на боковых режущих
кромках, соответствующее снижению
усилий резания и повышению стойкости.
Для полной обработки впадины резьбы
фреза должна иметь перекрытие вершин-
ных кромок, т. е. величина h срезанной
вершинной кромки должна быть меньше
половины ширины вершинной кромки
контрольного зуба. Это условие выпол-
няется выбором соответствующих разме-
ров стружечных канавок на боковых
кромках: угла 0 профиля стружечных
канавок и угла 6 между основанием впа-
дины зуба и осью фрезы (рис. 173), Чтобы
определить угол 6, на боковой задней
плоскости зуба фрезы проведем три
вектора В, С, Е. Вектор В направим
по боковой режущей кромке фрезы, у
которой передний угол у = 0. В системе
§ 5. Резьбонарезные фрезы
243
хуг он может быть записан таким обра-
зом^
В = iR sinP + jR cosp — kR tg <p,
где R — радиус фрезы;
Р —• угловой шаг между смежными
несрезанными боковыми режу-
щими кромками;
Ф — угол в плане на боковой кром-
ке, измеряемый между рассмат-
риваемой кромкой и плоскос-
тью, перпендикулярной оси
фрезы.
Будем считать, что канавка фрезы огра-
ничена двумя плоскостями. Одна из них
является передней поверхностью, а вто-
рая плоскость S проводится через боко-
вую режущую кромку так, чтобы обеспе-
чить срезание вершинной режущей кром-
ки соседнего зуба на величину h. Тогда
вектор С, идущий по линии пересечения
боковой задней плоскости и передней
плоскости соседнего зуба, запишем так:
C=iR sin ро + jR cos ро — (7? tg ф + h),
где Po — угловой шаг зубьев фрезы,
„ о 360
равный р0 =а -т-,
Вектор Е, идущий по основанию впа-
дины зуба, записывается таким образом:
Е — jR— kR ctg 6.
Векторы Е, С и В лежат в одной пло-
скости» Поэтому их смешанное произве-
дение равно нулю. Следовательно,
0
7?sinpo
У? sinp
R
jRcosPo
jRcosp
— R ctg 6
— (Rtgф + h)
— Rtgф
Раскрывая определитель, после пре-
образований будем иметь:
tgS =
sin Ро
sinp 1 Д’ •е йз гг и- | — sin р0 tg <р
Угол 0 между плоскостями, ограни-
чивающими канавку фрезы, равен углу
Рис. 172. Дисковая резьбовая фреза
между нормалями к этим плоскостям.
Нормаль к боковой плоскости зуба
фрезы
Ns = [Ёх В] =й (Я2 cos Р ctg 6 —
R2 tg ф) jR2 ctg б sin Р — kR2 sin p.
Нормаль N к передней плоскости будет
идти параллельно оси х, т. е. N = t.
Тогда угол 0 может быть подсчитан
по формуле
(N ЛУ
Векторное произведение векторов N
и Ns равно
^0,
| [Л х Ns] | Я2
Рис. 173. Схема определения впадины зуба
резьбовой дисковой фрезы
244
Глава IX. Инструменты для нарезания резьбы
Рис. 174. Графическое профилирование торцо-
вой фрезы
Скалярное произведение тех же векто-
ров будет
(N Ns) == cos Р ctg 6 — tg <р.
Следовательно
® cos р cos 6 — tg ф sin 6
Наружный диаметр дисковых резьбо-
нарезных фрез находится в пределах
60—180 мм, а толщина 10—40 мм
в зависимости от шага резьбы.
При обработке резьбы с углом подъема
12° прямолинейный профиль фрезы вы-
полняют с несколько корригированными
размерами, по сравнению с профилем
резьбы. Угол профиля фрезы принимает-
ся равным:
— tg—COST,
где е„ — угол профиля фрезы;
е —- угол профиля резьбы;
т — угол подъема резьбы.
Ширина Са профиля фрезы на линии
среднего диаметра резьбы определяется
по формуле
Си = С COST;
глее—ширина впадины на среднем
диаметре резьбы.
Приведенный расчет профиля фрезы
является приближенным. Он выполнен
в предположении, что размеры профиля
резьбы и профиля фрезы совпадают в се-
чении, перпендикулярном средней винто-
вой линии впадины резьбы. В действи-
тельности это не имеет места. Поэтому
при нарезании резьбы с углом подъема
12—15° необходимо определить профиль
инструмента из условия касания поверх-
ности вращения режущих кромок во-
круг оси фрезы и поверхности нареза-
емой резьбы. Графическое профили-
рование торцовой фрезы, предназначен-
ной. для обработки трапецеидальной
резьбы, приведено на рие, 174.
Винтовая поверхность резьбы изобра-
жена как совокупность осевых еечений
•^о» ®о» Со, Ео, ДиРи Blt Ай, Вя, Cg,
Es, расположенных в различных плоскос-
тях, проходящих через ось детали 00
и сдвинутых друг относительно друга
вдоль оси детали на величину е;
л Q ®
е = г>_360" ’
где е угол между сечениями, град}
3 — шаг резьбы.
При профилировании считается за-
данным угол 6 между осями детали и
фрезы.
Перпендикулярно оси фрезы проведен
ряд секущих плоскостей I, II, III, IV
и найдены линии Lx, L2, Ls пересечения
с винтовой поверхностью резьбы. При-
чем, в общем случае в секущих плоско-
стях I, II линии L имеют две ветви. Так,
линия состоит из ветви пересечения
одной стороны боковой поверхности
резьбы с плоскостью I и ветви пересече-
ния той же плоскости I с внутренним
цилиндром резьбы. Линии L в истинную
величину проектируются на плоскость
Q, перпендикулярную оси фрезы. Иско-
мая поверхность вращения режущих
кромок вокруг оси фрезы пересекается
с плоскостями I, II, III по окружностям
§ 5. Резьбонарезные фрезы
245
R, которые в натуральную величину
проектируются также на плоскость Q.
Центр этих окружностей R располагает-
ся на оси фрезы.
Рассматриваемые окружности R ка-
саются соответствующих линий L. Сово-
купность окружностей R представляет
собой искомую исходную поверхность
вращения, на которой должны распола-
гаться режущие кромки торцовой фрезы
для нарезания резьбы. Профиль этой ис-
ходной поверхности вращения опреде-
ляется как совокупность точек пересе-
чения окружностей R с плоскостью N,
проходящей через ось фрезы. Он проек-
тируется в истинную величину на пло-
скость N,
Наиболее оптимальное расположение
окружностей R и их размеры подобраны
по кальке, на которой изображены кон-
центрические окружности различных ра-
диусов. Перемещая подобную кальку по
проекции на плоскость Q, наблюдают
характер касания окружностей кальки
с линиями L, т. е. наблюдают характер
контакта исходной поверхности враще-
ния и винтовой поверхности резьбы.
Размеры окружностей, касающихся со-
ответствующих линий L, и положение
их центра подбирают так, чтобы обес-
печить контакт исходной поверхности и
поверхности резьбы без внедрения по
всей высоте профиля.
Так как на внутренних кромках зубьев
фрезы наблюдается контакт выпуклых
линий L, расположенных на поверхности
детали, с вогнутыми профилями инстру-
мента необходимо, чтобы в сечениях
7, II, III в точках контакта сопряжен-
ных профилей радиусы окружностей R
профиля инструмента были больше ра-
диусов кривизны линий L. Исходя из
этого при профилировании по кальке
с окружностями определяется минималь-
но допустимый диаметр торцовой фрезы,
при котором не будет наблюдаться подре-
зание профиля резьбы и соответствующее
этому условию положение оси инстру-
мента.
При профилировании торцовой фрезы
следует также учитывать возможность
появления переходных кривых во впади-
не резьбы. Это объясняется тем, что ли-
нии Е контакта исходной поверхности
фрезы и поверхности резьбы на грани-
цах участков терпят разрыв. Так одна
из боковых поверхностей резьбы сопри-
касается с исходной поверхностью по
характеристике а вторая боковая
поверхность — по характеристике Е3.
Точки контакта исходной поверхности
вращения и внутренней цилиндрической
поверхности резьбы располагаются на
характеристике Е2. Исходную поверх-
ность вращения можно представить как
совокупность трех поверхностей враще-
ния И1г И2, И8 вокруг оси фрезы ха-
рактеристик Еъ Еа, Е8.
В силу разрыва характеристик по-
верхности и И %, а также поверхности
Иъ и Иа пересекают друг друга и в ре-
зультате во впадине резьбы создаются
переходные поверхности. Однако незна-
чительные скругления профиля во впади-
не резьбы не сказываются отрицательно
на работе детали, и являются допусти-
мыми.
Анализ графического профилирования
показывает, что для обработки резьбы
может быть спроектирована такая тор-
цовая фреза, у которой внутренняя бо-
ковая режущая кромка не будет рабо-
тать, а формирование соответствующей
боковой поверхности резьбы будет произ-
водиться только вершинной точкой этой
боковой кромки. При проектировании
такой фрезы часть линии L, соответ-
ствующая полной высоте резьбы, заме-
няется дугой окружности так, чтобы
погрешности замены лежали в допусти-
мых пределах. Эта окружность прини-
мается за окружность вращения вокруг
оси фрезы вершинной точки боковой ре-
жущей кромки. Через вершинную точку
246
Глава IX. Инструменты для нарезания резьбы
проводится внутренняя боковая режу-
щая кромка так, чтобы между ней и со-
ответствующим участком исходной по-
верхности Иа был зазор и вспомога-
тельный угол в плане <рх выбранной ве-
личины.
Рассматриваемые фрезы, по сравнению
с фрезами, у которых работают обе бо-
ковые режущие кромки, позволяют более
целесообразно распределить работу ре-
зания между режущими кромками, улуч-
шить схему резания, обеспечить целе-
сообразные геометрические параметры
на всех активных участках режущих
кромок и таким путем создать более
стойкий и производительный инстру-
мент.
Гребенчатые резьбовые фрезы приме-
няются при фрезеровании резьб неболь-
шой длины и небольшим углом подъема
резьбы. Ось гребенчатой фрезы устанав-
ливается параллельно оси резьбы, и фре-
зерование ведется сразу по всей длине
детали. Поэтому исходное тело рабочей
части фрезы ограничивается исходной
поверхностью вращения с кольцевыми
витками, касающимися в процессе обра-
ботки поверхности резьбы.
Теоретический профиль кольцевых вит-
ков исходного тела фрезы отличается от
профиля резьбы. Однако эти отличия не-
велики и ими можно пренебречь, так как
они находятся в пределах регламентиро-
ванных допусков на резьбу фрезы.
Диаметры гребенчатых фрез колеблют-
ся от 10 до 100 мм для резьб с шагом от
0,5 до 6 мм. При выборе диаметра гребен-
чатой фрезы следует учитывать, что от-
клонения профиля кольцевых витков
фрезы от профиля резьбы возрастают
с увеличением диаметра фрезы, что не-
благоприятно влияет на точность обра-
ботки. Однако при увеличении диаметра
фрезы повышается жесткость инструмен-
та и оправки и создаются более благо-
приятные условия для плавного резьбо-
фрезерования, что особенно важно при
обработке жаропрочных и труднообра-
батываемых материалов.
Диаметры фрез для внутренних резьб
берутся не более 0,85—0,9 диаметра от-
верстия.
Гребенчатые фрезы в зависимости от
диаметра делаются с длиной рабочей
части равной 15—100 мм. Чтобы обеспе-
чить одновременную обработку по всей
длине детали, длина гребенчатой фрезы
должна быть на 2—3 шага больше длины
нарезаемой резьбы.
Обычно гребенчатые резьбовые фрезы
проектируются как фрезы с затылован-
ными и шлифованными по профилю
зубьями. Они имеют прямые или винто-
вые стружечные канавкисуглом подъема,
равным 5—15°. Применение винтовых
канавок значительно повышает равно-
мерность фрезерования. Вместе с тем
ухудшаются условия резания, так как
в этом случае на одной боковой кромке
создаются положительные, а на другой—
отрицательные передние углы.
Чтобы обеспечить возможность шлифо-
вания профиля зубьев при затыловании
гребенчатые фрезы, подобно обычным
затылованным фрезам со шлифовальным
профилем, имеют двойное затылование,
У гребенчатых фрез, имеющих относи-
тельно небольшую высоту, можно второе
затылование заменить фрезерованием
зуба на х/з его ширины с углом 80—90°,
что уменьшает трудоемкость изготовле-
ния инструмента. Гребенчатые фрезы
для резьб с шагом менее 0,8 мм изготов-
ляются с профилем, имеющим удвоенный
шаг. На смежных зубьях фрезы профиль
в этом случае смещается друг относитель-
но друга на величину шага. Поэтому
при вращении фрезы ее режущие кромки
описывают исходную поверхность вра-
щения, профиль которой соответствует
профилю резьбы. У такой конструкции
облегчается процесс шлифования зубьев
фрезы, так как соответственно возрастает
радиус закругления впадины профиля
§ 5. Резьбонарезные фрезы
247
Рис. 175. Гребенчатые фрезы
и снижаются требования к точности его
изготовления.
При обработке резьб гребенчатыми
фрезами угол контакта, в силу малой
глубины резания, оказывается неболь-
шим. Поэтому, чтобы обеспечить од-
новременную работу не менее двух
зубьев фрезы, необходимо выбирать
большее число зубьев. Это практи-
чески оказывается неприемлемым из-
за малой ширины впадины для выхода
резца при затыловании и недостаточ-
ной толщины зуба, допускающей не-
значительное число переточек. Ориен-
тировочно число зубьев гребенчатых
фрез можно определить по формуле:
z = 1,75уЛс
где D — диаметр фрезы.
Угол впадины для гребенчатых резь-
бонарезных фрез берется большим,
чем у обычных затылованных фрез, и
равным 30—45°, что обеспечивает до-
статочную ширину впадины не менее
0,4—0,35 шага зубьев с радиусом за-
кругления г = 1,5 -г- 4,0 жж.
Величина переднего угла резьбовых
фрез из быстрорежущей стали в зави-
симости от обрабатываемого материа-
ла и равна нулю для твердых сталей,
3—5° — для сталей средней твердости
и титановых сплавов, 10—12° для мяг-
ких сталей и легких сплавов. Для зна-
чений передних углов, отличных от
нуля, необходимо соответствующим об-
разом корректировать профиль фрезы
при ее проектировании.
Задние углы на вершине зуба вели-
чиной 8—10° создаются на фрезах с
помощью радиального затылования.
Однако, в этом случае при проектиро-
вании гребенчатых фрез для упорной
резьбы нельзя получить приемлемые
величины задних углов на боковой ре-
жущей кромке, идущей под углом к
оси, приблизительно равным 5°. Для
того чтобы получить достаточные по
величине задние углы в нормальных к
боковой режущей кромке сечениях,
применяют затылование под углами к
оси фрезы, равными 12—15°. Гребен-
чатые фрезы применяются для обра-
ботки наружных и внутренних цилин-
дрических резьб в серийном производ-
стве. Они используются также при
фрезеровании конических резьб.
По конструкции гребенчатые фрезы
разделяются на концевые (рис. 175, с),
имеющие конический хвостовик, и на-
садные (рис. 175, б). Их рабочая часть
может изготовляться из быстрорежущих
сталей, либо из твердых сплавов. Рабо-
чая часть фрезы малого диаметра изго-
товляется полностью из твердого сплава,
а у фрез больших диаметров на корпусе
инструмента закрепляются твердосплав-
ные пластины. Применение твердосплав-
ных фрез позволяет повысить скорость
резания и снизить время резьбонареза-
ния.
ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ НАКАТЫВАНИЯ РЕЗЬБЫ
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В настоящее время в промышленнос-
ти широкое распространение получили
процессы накатывания резьб. Процесс
формообразования при накатывании про-
исходит без снятия стружки. Он заклю-
чается в том, что рабочая часть накаты-
вающего инструмента вдавливается в ма-
териал заготовки и в результате его
пластического деформирования образует
резьбу. Накатыванием можно получить
резьбу 2-го класса точности и шерохова-
тость поверхности 8—9-го класса. Про-
цесс накатывания характеризуется высо-
кой производительностью, повышенной
прочностью и износостойкостью резьбы
и оказывается экономичным в условиях
серийного производства.
Наиболее широкое применение при
массовой обработке резьб на деталях из
конструкционных сталей и цветных ме-
таллов получило накатывание двумя
плоскими плашками (рие. 176, а). Плаш-
ки представляют собой инструменты
призматической формы с развернутыми
витками резьбы на рабочей поверхности.
Одна из плашек закрепляется на станке
неподвижно, а другой сообщается воз-
вратно-поступательное движение. В про-
цессе накатывания цилиндрическая за-
готовка прокатывается между двумя
плоскими плашками и в результате вдав-
ливания развернутых витков резьбы пла-
шек в материал заготовки происходит
формирование резьбы детали. Обработка
производится за один двойной ход по-
движной плашки. Для предотвращения
поломок и выкрашиваний и обеспечения
постепенного формирования резьбы од-
на неподвижная или обе плашки снаб-
жаются наклонной заборной частью.
Процесс накатывания резьбы плоскими
плашками наряду с высокой производи-
тельностью, характеризуется сложнос-
тью и продолжительностью переналадки
станков, сравнительно высокой трудоем-
костью изготовления инструмента, боль-
шими радиальными усилиями, что прак-
тически исключает возможность накаты-
вания резьб на полых деталях. Плос-
кими плашками накатываются резьбы
диаметром до 25 мм на винтах и болтах
массового производства.
Накатывание резьбы плоскими плаш-
ками является частным случаем более
общей схемы накатывания резьбы заты-
лованными роликами (рис. 176, б). Заты-
лованные ролики имеют заборную часть,
выполненную по архимедовой спирали,
калибрующую и сбрасывающую части.
Их рабочая наружная поверхность пред-
ставляет собой как бы навернутую на
цилиндр рабочую поверхность плоской
плашки. Формирование резьбы затыло-
ванными роликами происходит подобно
формированию резьбы плоскими плаш-
ками. Различие рассматриваемых про-
цессов заключается в том, что вмес-
то возвратно-поступательного движения
§ I. Общие сведения
249
плоской плашки ролики вращаются при
неизменном межцентровом расстоянии.
Это упрощает кинематику процесса, так
как исключается обратный ход, что обес-
печивает более высокую производитель-
ность обработки.
Затылованные ролики могут иметь
несколько рабочих участков, благодаря
чему за один оборот ролика накатывается
несколько заготовок. Особой простотой
отличается кинематика накатывания
резьб сегментной плашкой и роликом
(рис. 176, в). В этом случае заготовка
захватывается вращающимся резьбовым
роликом и прокатывается между ним
и неподвижно закрепленной сегментной
плашкой.
В некоторых случаях в целях повыше-
ния производительности и устранения
отжатия ролика с его противоположных
сторон устанавливаются две сегментные
плашки и таким путем создаются две ра-
бочие зоны. Этот способ обработки нахо-
дит применение для деталей с резьбой
относительно малого диаметра. Недоста-
ток этого способа заключается в том, что
он требует дорогих и сложных в изготов-
лении сегментных плашек, установка
которых и их регулировка занимает
значительное время и требует высокой
квалификации рабочего. В некоторой
мере этих недостатков лишен процесс
накатывания резьб между вращающимся
накатным роликом и кольцом, эксцент-
рично расположенным по отношению
к ролику, благодаря чему создается за-
борная часть (рис. 176, г). Применение
кольца делает крепление инструмента
более жестким и упрощает его установку.
В процессе работы кольцо можно перио-
дически поворачивать и использовать всю
его рабочую поверхность, что значитель-
но удлиняет срок его службы.
Общим недостатком рассмотренных
способов накатывания резьб плашками
и роликами, имеющими заборную часть,
является сложность и продолжитель-
Рис. 176. Схемы накатывания наружных резьб
ность переналадки станков, большие дав-
ления при прокатке, сложность изготов-
ления и установки инструмента и труд-
ность получения высокоточных резьб.
Способ накатывания резьб круглыми
постепенно сближающимися роликами
(рис. 176, д), на наружных рабочих по-
верхностях которых имеется соответст-
вующая резьба, свободен от недостатков,
присущих процессу накатывания плаш-
ками и затылованными роликами.
Малые давления, высокие точность и
качество поверхности резьбовых витков,
накатанных цилиндрическими сближаю-
250
Глава X. Инструменты для накатывания резьбы
щимися роликами, надежность и просто-
та наладки оборудования позволяют при-
менять этот метод для обработки ответ-
ственных резьбовых деталей, как малых
так и больших диаметров, и получать
резьбу на тонкостенных деталях. Наи-
большее распространение получила схе-
ма накатывания резьбы двумя роликами.
Ролики кинематически связаны друг
с другом и вращаются синхронно вокруг
своих осей в одном направлении. За-
готовка устанавливается на опорном
ноже выше линии центров роликов на
0,1—0,6 мм. Один из роликов получает
радиальное перемещение, в результате
чего ролики сближаются, вдавливаются
в заготовку, приводят ее во вращение и
накатывают на ней резьбу. К недостаткам
рассматриваемого способа накатывания
резьб, ограничивающим область его при-
менения, относятся невозможность нака-
тывания резьб большой длины, что огра-
ничивается длиной накатных роликов,
а также относительно низкая производи-
тельность. Кроме того при накатывании
резьбы плашками или затылованными
роликами вдавливается в заготовку пер-
воначально притупленная часть витка
резьбы и лишь в конце цикла в работу
вступают витки резьбы полного профиля.
Это создает более благоприятные условия
формирования резьбы (постепенное вы-
тягивание волокон и отсутствие складки
у вершины витка) по сравнению с нака-
тыванием цилиндрическими роликами,
когда формирование резьбы происходит
все время витками резьбы неизменного
полного профиля.
Накатывание резьбы цилиндричес-
кими роликами может производиться
с тангенциальной подачей заготовки
(рис. 176, ж), В процессе накатывания
оси роликов занимают постоянное, фик-
сированное положение. Ролики имеют
разные диаметры и вращаются с равным
числом оборотов. Поэтому скорости на
наружных рабочих поверхностях роли-
ков будут различными. После захвата
заготовка приводится во вращение и од-
новременно перемещается между ролика-
ми со скоростью, пропорциональной раз-
ности окружных скоростей роликов. За-
грузка заготовок происходит непре-
рывно. Соотношение между средними
диаметрами ведомого и ведущего роли-
ков рекомендуется выбирать в пределах
0,6—0,85. Способ весьма перспективен
при массовом накатывании небольших
деталей в силу высокой производитель-
ности и простоты кинематики станка.
Накатывание длинных резьб, незави-
симо от длины роликов, обеспечивается
осевой подачей заготовки. Непрерывное
накатывание длинной резьбы (рис. 176, е)
производится цилиндрическими ролика-
ми с винтовой или кольцевой нарезкой
при постоянном межосевом расстоянии.
Осевое перемещение заготовки при нака-
тывании наиболее часто обеспечивается
за счет наклонной установки роликов,
т. е. оси роликов располагаются не па-
раллельно друг другу, а перекрещи-
ваются под углом, соответствующим углу
подъема накатываемой резьбы. Ролики
с кольцевой нарезкой более просты в из-
готовлении, универсальны в применении,
не требуют синхронизации вращения,
их диаметры не зависят от диаметров на-
катываемых резьб. Поэтому они полу-
чили большое распространение. Чтобы
обеспечить постепенное вдавливание вит-
ков ролика в материал заготовки, ролики
снабжаются заборной частью, выполняе-
мой по конической или цилиндрической
схемам. Заборная часть определяет по-
следовательность деформирования мате-
риала заготовки и формообразования
резьбы детали, величину возникающих
сил, загрузку и стойкость роликов. По
экспериментальным данным угол накло-
на заборной части рекомендуется прини-
мать равным 3—10°. Накатывание резьб
с осевой подачей может производиться
на резьбонакатных станках. Его можно
§ 1. Общие сведения
251
также осуществить и на универсальных
станках, токарных, револьверных, свер-
лильных, полуавтоматах и автоматах,
с помощью специальных инструментов,
называемых резьбонакатным и головками
или плашками.
Резьбонакатные плашки состоят из
комплекта резьбонакатных роликов,
устанавливаемых под углом к оси корпу-
са, соответствующим углу подъема вит-
ков нарезаемой резьбы (рис. 177). Комп-
лект обычно состоит из трех роликов,
устанавливаемых под углом 120°. Это
обеспечивает хорошее центрирование за-
готовки. Ролики имеют кольцевую на-
резку и свободно вращаются в корпусе
плашки. Профиль витков роликов сме-
щен один относительно другого на ’/3
шага, что необходимо для образования
винтовой резьбы на заготовке. Ролики
имеют заборную и калибрующие части,
которые обеспечивают рациональное те-
чение деформированного металла при на-
катывании резьбы с осевой подачей.
Плашки в конце рабочего хода не рас-
крываются и после окончания накаты-
вания резьбы свинчиваются. Большую
производительность обеспечивают резь-
бонакатные головки, которые выгодно
отличаются от резьбонакатных плашек
тем, что у них ролики в конце рабочего
хода автоматически расходятся и головка
выводится из соприкосновения с заготов-
кой без свинчивания. Накатные головки
могут работать с вращением или без вра-
щения, в зависимости от применяемого
оборудования. Головки и плашки позво-
ляют накатывать методом самозатягива-
ния резьбу 2-го класса точности. Для
получения более точных резьб необходи-
мо применять принудительную подачу
от ходового винта.
Методом накатывания можно обраба-
тывать также и внутренние резьбы. Для
накатывания внутренних резьб большего
размера применяют накатной ролик, ко-
торый вводится в отверстие заготовки
Рис. 177. Резьбонакатные плашки
Рис. 178. Накатывание внутренних резьб
роликом
(рис. 178). В процессе накатывания ро-
лик и заготовка вращаются вокруг своих
осей. Одновременно ролику сообщается
радиальная подача, в результате чего
ролик катится по отверстию и витки его
резьбы, вдавливаясь в материал заготов-
ки, формируют резьбу детали. При нака-
тывании глубоких резьб инструменту
сообщается осевая подача, что приводит
к снижению усилий накатывания.
Накатывание внутренних резьб боль-
ших размеров производится также
накатными державками и головками
(рис. 179). Головка представляет со-
бою цилиндрический корпус, диаметр
252
Глава X. Инструменты для накатывания резьбы
которого меньше диаметра предваритель-
но обработанного отверстия, напериферии
которого установлены на подшипниках
накатные ролики. Ролики имеют коль-
цевые канавки, профиль которых соот-
ветствует профилю нарезаемой резьбы.
Внутренние резьбы малых размеров об-
рабатываются накатниками. Накатник
представляет собой винт, имеющий за-
борную и калибрующую часть, и хвосто-
вик. По конструкции накатник напоми-
нает метчик, который не имеет стружеч-
ных канавок, Накатник ввинчивается
в обрабатываемое отверстие, близкое по
диаметру к среднему диаметру резьбы,
и пластически деформируя материал за-
готовки, формирует резьбу детали.
По сравнению с обычными метчика-
ми накатники обладают более высокой
стойкостью и прочностью, однако слож-
ны в изготовлении и требуют предвари-
тельной обработки отверстий с увели-
ченной точностью. При обработке резьбы
накатниками не образуется стружка, а,
следовательно, и не затрачивается время
на ее удаление из глухих отверстий. Этот
сравнительно новый способ изготовления
внутренних резьб обеспечивает высокую
точность и производительность.
на точность и качество накатываемой
резьбы большое влияние оказывает раз-
Рис. 179. Головка для накатывания внутрен-
них резьб
мер заготовки. Точно рассчитать диамет-
ры заготовок, исходя из равенства объ-
емов заготовки и детали, не всегда пред-
ставляется возможным, поэтому диаметр
заготовки уточняется опытно. Прибли-
женно диаметр заготовки при накатыва-
нии резьб равен среднему диаметру.
Шероховатость поверхности заготовки
под накатывание должна быть не ниже
4—5-го класса. Заготовки под накатыва-
ние наружной цилиндрической резьбы
снабжаются фасками на конце под углом
15—20°. Для сбега же резьбы выпол-
няются проточки с углом 30°, либо фаски
с углом 15—20°, что и на переднем конце.
§ 2. НАКАТНЫЕ ПЛАШКИ
При накатывании резьб применяют
комплект из двух плашек: подвижной и
неподвижной.
Профиль развернутых витков резьбы
плашек соответствует профилю резьбы
детали. Углы наклона развернутых вит-
ков резьбы подвижной и неподвижной
плашек выполняются равными углу
подъема резьбы детали, но их направле-
ние принимается различным. Причем
профиль витков подвижной и неподвиж-
ной плашек смещены друг относительно
друга на 0,5 шага. Это обеспечивает
касание поверхности накатанной резьбы
детали и развернутых витков плашек.
Чтобы обеспечить постоянное формиро-
вание резьбы детали в процессе накаты-
вания, плашки снабжаются заборной
частью. Наиболее часто заборная часть
создается только на неподвижной плаш-
ке, а подвижная плашка выполняется без
заборной части. Конструкция заборной
части плашки может быть различной.
Наиболее просто заборная часть создает-
ся шлифованием поверху плашки под
углом <р, у которой витки по всей длине
фрезеруются параллельно основанию
(рис. 180, а). При работе с такой забор-
ной частью неподвижная плашка, имею-
§ 2. Накатные плашк'и
253
Рис. 180. Типы заборной части плашки
шая более широкие вершины витков, в
меньшей степени вдавливается в заготов-
ку, чем подвижная плашка, имеющая
витки полного профиля. Это приводит
к неравномерной загрузке подвижной
и неподвижной плашек. Кроме того рас-
сматриваемая конструкция заборной
части плохо захватывает заготовку в на-
чальный момент накатывания, особенно
при ее большой длине. Для устранения
этого на заборной части иногда выпол-
няют поперечные канавки с углом про-
филя 90°, шагом (0,5 4- 0,8) d и глуби-
ной 0,5/ (рис. 183, б).
Распространенной на практике яв-
ляется заборная часть, у которой витки
фрезеруются под углом <р и имеют пол-
ный профиль на всей длине (рис. 180, в).
Такая конструкция обеспечивает надеж-
ный захват заготовки в начальный мо-
мент накатывания. При накатывании
резьб с шагом более 1,25 мм находит
применение двойная заборная часть с
полным профилем витков, фрезерован-
ных под углом <₽ с подшлифовкой
(рис. 180, г). Двойная заборная часть
способствует повышению интенсивности
процесса выдавливания материала заго-
товки в начальный момент накатывания.
Длина заборной части плашки должна
быть достаточной для формирования
резьбы на наружной окружности заго-
товки и равной ndCp. Увеличение длины
заборной части вызывает уменьшение
усилий накатывания, что способствует
повышению точности обработки. Однако
при этом повышается склонность заго-
товки к проскальзыванию, что услож-
няет наладку станка и затрудняет захват
заготовки плашками в начале накатыва-
ния. Рекомендуемая длина заборной
части зависит от свойств обрабатываемо-
го материала, требуемой точности и раз-
меров резьбы. Она колеблется в пределах
/1 = (1 4- 2,0) ndCp.
Для накатывания же резьб повышен-
ной точности с шагом свыше 1 мм, длину
заборной части увеличивают до /х =
= (3 -г 4) ndcp. Угол наклона заборной
части находится в пределах <р — 1 4- 3°.
Глубина захвата плашки а выбирается
таким образом, чтобы расстояние между
плашками в начале заборной части было
больше на 0,07—0,2 мм диаметра заго-
товки d3:
a _ + (0 07 о,2О),
где d3 — диаметр заготовки;
dx — внутренний диаметр резьбы.
Для окончательного обжатия и кали-
брования резьбы служит калибрующая
часть плашки, имеющая полный профиль
витков. Угол профиля витков плашки
принимается равным углу профиля дета-
ли. Высотные размеры профиля выби-
раются так, чтобы обеспечить требуемую
высоту накатанной резьбы и высокую
стойкость инструмента. Чтобы обеспе-
чить полное формирование ножки про-
филя резьбы, высота головки профиля
инструмента выбирается больше высоты
ножки резьбы на величину запаса на
износ, равную 0,015 шага. Для предот-
вращения поломок и выкрашиваний ост-
рых вершин, а также для увеличения
254
Глава X. Инструменты для накатывания резьбы
стойкости, максимальный размер высоты
головки профиля инструмента выбирает-
ся такой, чтобы ширина площадки вер-
шины профиля была не менее 0,05 мм.
Высота ножки профиля инструмента
должна быть больше максимальной высо-
ты головки резьбы детали на величину
гарантированного зазора, равного 0,025
шага. Заполнение при накатывании всего
профиля плашки не допускается, так как
это ведет к резкому росту усилий, сниже-
нию стойкости плашек и может вызвать
разрыв накатываемой детали.
Длина калибрующей части плашки
должна быть достаточной для обеспече-
ния необходимого количества оборотов
заготовки, в течение которого оконча-
тельно формируется и калибруется пол-
ный профиль резьбы детали. Она нахо-
дится в пределах (2—3) ndcp. Для облег-
чения освобождения накатанной детали
плашка снабжается сбрасывающей час-
тью. По конструкции сбрасывающая
часть тождественна заборной части. Это
позволяет использовать ее в роли забор-
ной и увеличить срок службы инструмен-
та. Общая длина плашек колеблется
в пределах (8—5) ndCp- Длина подвиж-
ной плашки делается больше длины не-
подвижной на 10—25 мм, для обеспече-
ния лучшего сбрасывания накатанных
деталей и устранения возможности их за-
тягивания во время обратного хода. Ши-
рина плашки должна быть больше на
2—3 шага длины резьбовой части детали.
Находят также применение плашки, у
которых ширина берется на 2—3 шага
больше удвоенной длины резьбы. Это
позволяет использовать каждую сторону
плашки дважды, что приводит к увели-
чению срока эксплуатации инструмента.
Высота плашек колеблется в пределах
25—50 мм. Для надежного закрепления
торцы плашек срезаются под углом 85°.
Плашки изготовляются из сталей
Х12М, Х6ВФ, Х12Ф1. После термообра-
ботки твердость плашек HRC 59—61.
§ 3. РЕЗЬБОНАКАТНЫЕ РОЛИКИ
Резьбонакатные ролики представляют
собой цилиндрические диски, на наруж-
ной поверхности которых образована
многозаходная резьба, либо кольцевые
витки. Конструктивные элементы резьбо-
накатных роликов и их размеры зависят
от принятого способа накатывания резь-
бы, размеров детали, модели применяе-
мого станка. Ролики являются универ-
сальным инструментом, так как позво-
ляют накатывать резьбу высокой точ-
ности, различной длины с мелкими и
крупными шагами, на весьма разнооб-
разных материалах.
Наибольшее распространение получи-
ли цилиндрические ролики для накаты-
вания резьбы с радиальной подачей, осу-
ществляемой подвижным роликом, Роли-
ки имеют одинаковый диаметр и враща-
ются в одну сторону. В процессе на-
катывания резьбы ролики увлекают за-
готовку, происходит процесс взаимной
обкатки ролика и заготовки, в результа-
те которого витки резьбы ролика вдавли-
ваются в материал заготовки и как нега-
тивный отпечаток образуют на ней резь-
бу. В момент окончания обработки по-
верхности резьб роликов и обработан-
ная поверхность резьбы детали взаимно
касаются друг друга. Для обеспечения
взаимного касания рассматриваемых
винтовых поверхностей необходимо, что-
бы угол подъема резьбы на роликах был
равен углу подъема резьбы детали и ро-
лики изготовлялись с левой резьбой при
накатывании правой резьбы, и наоборот,
с правой резьбой при накатывании левой
резьбы.
Учитывая, что с увеличением диамет-
ров роликов улучшается процесс нака-
тывания, в частности повышается проч-
ность и жесткость инструмента, соблю-
дение условия равенства углов подъема
резьб детали и роликов требует выполне-
ния на роликах многозаходной резьбы.
§ 3. Резьбонакатные ролики
255
П =;
Число заходов резьбы ролика равно:
^ср.р
^ср
где Dcp.p — расчетный средний диаметр
ролика;
dcp — средний диаметр накаты-
ваемой резьбы.
При расчете число заходов округляет-
ся до целого числа и уточняется средний
диаметр ролика по формуле
^ср.р — И^ср-
Возможный средний диаметр ролика
определяется исходя из расстояния L
между осями шпинделей накатного стан-
ка и среднего диаметра резьбы dcp:
^ср.р== “ dcp.
Для распространенных моделей рас-
стояние L колеблется на одних станках
от 130 до 230 мм, а на других — от 90
до 135 мм. Выбирая средний диаметр ро-
лика необходимо стремиться к макси-
мально возможному его значению по
конструкции станка. Однако необходимо
при этом также учитывать, что с увели-
чением среднего диаметра увеличивается
число заходов резьбы ролика, и при на-
катывании резьб малого диаметра оно
может быть чрезмерно большим. Это
сильно осложняет шлифование резьбы
роликов. Из-за осыпания круга, профили
резьбы на первом и на последнем заходе
получаются различными.
С целью увеличения срока службы
роликов, средний диаметр нового ролика
берется больше расчетного на ДР «
= (1,5 -г- 2,5) мм. В процессе эксплуа-
тации ролики перешлифовываются на
величину, равную 2 ДР среднего диамет-
ра, который меньше расчетного на ДР.
В этом случае действительный угол подъ-
ема резьбы ролика будет несколько от-
личаться от угла подъема резьбы детали,
но это наблюдаемое незначительное не-
равенство углов подъема резьбы на дета-
ли и инструменте не оказывает сущест-
Рис. 181. Профиль резьбы, накатной роликами:
а) с открытым контуром: б) с замкнутым контуром
венного влияния на процесс накатывания
и качество накатанной резьбы.
Рабочая часть роликов не разделяется
на заборную и калибрующую, так как
углубление роликов в металл заготовки
происходит постепенно на всей ширине
обработки. Ширина ролика должна быть
больше длины накатываемой резьбы на
2—3 шага. Профиль резьбы роликов
должен соответствовать профилю резьбы
детали. Для накатывания тугих и других
резьб, где не допускается образование
кольцевых канавок на вершине витков,
применяются ролики с замкнутым кон-
туром. У роликов с замкнутым контуром
внутренний диаметр формирует вершину
резьбы детали (рис. 181) и его размер
ограничен допуском.
Большее распространение получили
ролики с открытым контуром, у которых
внутренний диаметр не участвует в про-
цессе образования резьбы. При накаты-
вании резьбы роликами с открытым кон-
туром на вершине резьбы образуется
складка металла, что является следст-
вием недостаточного заполнения впа-
дины резьбы ролика. Преимуществом
256
Глава X. Инструменты для накатывания резьбы
Исполнение I ИсполнениеЦ
Рис. 182. Профиль резьбы роликов в осеаом
сечении
роликов с открытым контуром является
значительное снижение давления во впа-
дине резьбы ролика по сравнению с дав-
лением, которое возникает при участии
в работе впадины резьбы ролика. Поэто-
му ролики с открытым контуром испыты-
вают меньшие напряжения при работе
и стойкость их больше, чем роликов с
замкнутым контуром. Для роликов с от-
крытым контуром заготовки под накаты-
вание резьбы могут изготовляться менее
точными, чем для роликов с замкну-
тым профилем. Профиль резьбы ро-
ликов имеет два исполнения: с плоско-
срезанной и с закругленной вершиной
(рис. 182). Ролики с закругленной верши-
ной более сложны в изготовлении. Они
преимущественно применяются при на-
катывании точных и высоко нагружен-
ных резьб, так как обеспечивают повы-
шение стойкости роликов и прочности
накатываемой резьбы по сравнению с ро-
ликами с плоскосрезанной вершиной
профиля. Радиус закругления вершины
профиля принимается равным =
= (0,12 4-0,144)5. Для накатывания
резьб с осевой подачей находят приме-
нение ролики с кольцевыми витками,
которые используются на специальных
станках с поворотными шпинделями.
Ролики с кольцевыми витками устанав-
ливаются наклонно. Угол т скрещива-
ния осей ролика и заготовки принимается
равным углу подъема накатываемой резь-
бы. Межцентровое расстояние накатных
роликов в процессе обработки сохра-
няется постоянным. Накатываемая за-
готовка захватывается вращающимися
роликами и получает винтовое движение.
При этом скорость с0 осевой подачи будет
зависеть от угла т скрещивания осей
и окружной скоростью v накатных роли-
ков и будет приближенно равна:
= v sin а.
Кольцевые витки ролика в момент
окончания накатывания будут касаться
винтовой поверхности резьбы детали.
Поэтому профиль кольцевых витков ро-
лика в 'сечении, проходящем через его
ось, из-за скрещивания осей ролика и за-
готовки, не будет совпадать с профилем
резьбы детали. Скорректированный шаг
5К и угол профиля ак кольцевых витков
ролика могут определяться по формулам:
5К = S cos т,
tg-^-= tg-£-COST,
где S — шаг резьбы;
а — угол профиля резьбы;
т — угол подъема резьбы.
При небольших углах подъема резьбы
изменения в профиле ролика по сравне-
нию с профилем резьбы невелики и ими
пренебрегают.
Ролики для накатывания резьб с осе-
вой подачей имеют заборную и калибрую-
щую части. Для создания заборной части
кольцевые витки ролика срезаются на
конус по наружному диаметру. Исполь-
зуется также заборная часть в форме ко-
нуса, на поверхности которого образова-
ны кольцевые витки полного профиля.
Подобная заборная часть легче захваты-
вает заготовку в начальный момент на-
катывания. Угол заборного конуса для
обеспечения хорошего захвата заготовки
выбирается в пределах 3—5° для комп-
лекта из двух роликов и может быть зна-
чительно увеличен в случае принуди-
тельной подачи. Ширина роликов при-
§ 4. Накатники для обработки внутренних резьб
257
нимается равной 8—10 шагам накатывае-
мой резьбы. Диаметр роликов не зависит
от диаметра резьбы детали и не оказы-
вает существенного влияния на процесс
накатывания. Он колеблется в пределах
100—200 мм. На практике с целью упро-
щения технологии изготовления можно
применять винтовые однозаходные роли-
ки вместо кольцевых.
Диаметры роликов с кольцевыми вит-
ками для резьбонакатных головок и
плашек выбираются в пределах 10—
45 мм, в зависимости от размеров накаты-
ваемой резьбы. Они имеют заборную часть
с полным профилем резьбы и углом ее
наклона, равным 10°.
Экспериментально установлено, что с
точки зрения точности обработки не
обязательно соблюдение точного равен-
ства между углом установки роликов и
углом подъема резьбы. Незначительное
увеличение угла установки роликов при-
водит к заметному уменьшению усилий
для захвата. Это позволяет рекомендо-
вать конструировать резьбонакатные
плашки с углом установки роликов пре-
вышающем угол подъема резьбы детали
на 1°—0° 30'. Такие плашки могут легко
эксплуатироваться при ручной обработ-
ке. Изменение угла установки роликов
в головке приводит к изменению шага
накатываемой резьбы. Поэтому для резь-
бы повышенной точности по шагу можно
рекомендовать головки с регулируемым
углом установки роликов.
Подобно шахматным гребенчатым резь-
бовым фрезам с мелким шагом, резьбона-
катные ролики могут также проектиро-
ваться с частично или полностью сошли-
фованными витками, что упрощает про-
цесс изготовления роликов с мелким
шагом и меняет последовательность фор-
мирования полного профиля резьбы при
обработке.
Ролики изготовляются из стали Х12М,
Х6ВФ и Х12Ф1. Твердость после термо-
обработки HRC 59—61.
9 4-1967
$ 4. НАКАТНИКИ
ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВНУТРЕННИХ РЕЗЬБ
Накатник (рис. 183) — это стержень
с резьбой типа метчика, но без стружеч-
ных канавок, с заборной 1 и калибрую-
щей 2 частями и хвостовиком 3. Основ-
ную работу при формировании резь-
бы выполняет заборная часть. Заборная
часть представляет собой конус, на на-
ружной поверхности которого образова-
на коническая резьба полного профиля,
соответствующего профилю резьбы дета-
ли. Угол <р заборного конуса выбирается
в зависимости от характера обрабатывае-
мого отверстия. При накатывании резьб
в сквозных отверстиях длина заборной
части делается больше, чем ее величина
при накатывании резьб в глухих отвер-
стиях. Угол заборного конуса при обра-
ботке сквозных отверстий принимается
в пределах 1—3°, а при обработке глухих
отверстий его величина увеличивается
до 10—15°.
Чтобы обеспечить свободное вхожде-
ние накатника в отверстие, диаметр на-
чала заборного конуса должен быть
на 0,1 шага резьбы меньше диаметра
предварительно обработанного отвер-
стия. Диаметр отверстия под накатывание
резьбы определяет не только нормальные
условия протекания процесса формиро-
вания резьбы, но также ее точность и
прочностные свойства. Приближенно рас-
чет диаметра предварительно обработан-
ного отверстия может производиться по
формуле
rf3 = Jo —0,6/S,
где d0 наружный диаметр резьбы де-
тали.
Вычисленный диаметр отверстия под
накатывание уточняется эксперимен-
тально.
Калибрующая часть накатника пред-
назначена для калибрования резьбы.
Она имеет цилиндрическую резьбу
258
Глава X. Инструменты для накатывания резьбы
А-А
Рис. 183. Накатник
длиной (5—10)S. Поскольку при накаты-
вании наблюдается небольшая усадка,
средний диаметр резьбы накатника бе-
рется больше среднего диаметра резьбы
детали на 2/3 допуска на средний диаметр
резьбы.
Наружный диаметр резьбы накатни-
ков следует выбирать несколько боль-
шим, чем наружный диаметр накаты-
ваемой резьбы, чтобы скомпенсировать
упругую деформацию обрабатываемого
металла. Это увеличение наружного диа-
метра равно примерно 1,5—2% от диа-
метра накатываемой резьбы.
Калибрующая часть накатников может
иметь открытый или закрытый профиль.
Инструмент с открытым профилем в про-
цессе формирования резьбы имеет зазор
между вершиной резьбы детали и внут-
ренним диаметром. Поэтому при работе
инструментом с открытым профилем нет
стабильности получения размера внут-
реннего диаметра резьбы и вершина резь-
бы получается с седловиной. Повышен-
ные требования, предъявляемые к резь-
бе, вынуждают применять накатники
с закрытым профилем. Внутренний диа-
метр резьбы инструмента с закрытым
профилем участвует в образовании вер-
шины резьбы детали. При работе инст-
рументом с закрытым профилем вершина
резьбы заглаживается внутренним диа-
метром инструмента, который рассчиты-
вается по следующей эмпирической фор-
муле:
= rfj + 0,6Aj,
где din — внутренний диаметр резьбы
инструмента;
d± — внутренний диаметр резьбы
детали;
— допуск на внутренний диа-
метр резьбы детали.
Следует учитывать, что при примене-
нии накатников с закрытым профилем
повышается крутящий момент, по сравне-
нию с накатниками с открытым профилем.
В целях уменьшения трения н созда-
ния соответствующих условий формооб-
разования профиль накатников в попе-
речном сечении, перпендикулярном оси,
выполняется трехгранным, четырехгран-
ным, криволинейным с соответствующей
величиной огранки а. Величина огранки
а поперечного сечения накатника колеб-
лется в пределах 1—6% от диаметра
резьбы. Рассматриваемая форма попе-
речного сечения с огранкой уменьшит
площадь контакта инструмента с заго-
товкой и соответственно снизит усилия
при обработке, а также облегчит попада-
ние смазки в рабочую зону.
Метод получения внутренних резьб
с помощью накатников находит приме-
нение при обработке цветных металлов
и их сплавов, а также черных металлов
повышенной пластичности.
259
ИНСТРУМЕНТЫ, РАБОТАЮЩИЕ МЕТОДОМ ОБКАТКИ
§ 1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ТИПЫ
В процессе резания инструмент и за-
готовка совершают определенные движе-
ния, соответствующие принятой схеме
обработки. В результате этого обрабо-
танная поверхность детали занимает от-
носительно инструмента ряд последова-
тельных положений.
Чтобы в процессе обработки получить
требуемую поверхность детали Д и не
срезать лишнего металла необходимо ре-
жущие кромки инструмента, непосредст-
венно профилирующие поверхность Д,
расположить на исходной поверхности
И, касающейся поверхности детали.
Так, при обработке поверхностей тан-
генциальными фасонными резцами его
режущие кромки должны располагаться
на цилиндрической поверхности И, обра-
зующие которой идут параллельно на-
правлению подачи касающейся поверх-
ности вращения детали.
При фрезеровании винтовых канавок
режущие кромки фрезы должны распо-
лагаться на исходной поверхности вра-
щения И, касающейся винтовой поверх-
ности детали Д.
Профилирование режущих инструмен-
тов заключается в определении исходной
поверхности И, соприкасающейся в про-
цессе обработки с поверхностью детали
Д. В этом случае приходится рассматри-
вать движение поверхности детали Д
относительно инструмента.
9*
При фрезеровании винтовых канавок
фреза вращается вокруг своей оси, а за-
готовка совершает винтовое движение
подачи.
Чтобы определить движение поверх-
ности детали Д относительно инструмен-
та, сообщим всей системе вращение
вокруг оси фрезы с угловой скоростью,
равной угловой скорости вращения фре-
зы, но направленной в противоположную
сторону. Тогда фреза будет неподвижна.
Движение же поверхности детали Д отно-
сительно инструмента будет складывать-
ся из винтового движения подачи и вра-
щения вокруг оси фрезы.
В результате движения подачи поверх-
ность детали Д будет скользить «сама по
себе». Поэтому это движение не будет
оказывать влияния на расположение по-
верхности детали относительно инстру-
мента, и его при профилировании можно
не учитывать.
В рассматриваемом случае движение
поверхности детали относительно инст-
румента сводится к вращению вокруг
оси фрезы.
Поверхность детали Д, вращаясь вок-
руг оси фрезы, занимает ряд последо-
вательных положений, огибающая к
которым будет исходной поверхностью
вращения И, касающейся в процессе
обработки винтовой обработанной по-
верхности канавки.
Профиль этой поверхности и опреде-
ляется при профилировании фасонных
260
Глава XI. Инструменты, работающие методом обкатки
Рис. 184. Схема процесса точения по методу
обкатки поверхностей вращения
фрез, предназначенных для обработки
винтовых канавок.
Относительное движение поверхности
детали и инструмента, рассматриваемое
при определении исходной поверхности
И, т. е. при профилировании инструмен-
та, может сводиться к качению без сколь-
жения аксоида детали по аксоиду инстру-
мента. Подобные инструменты условились
называть инструментами, работающими
методом обкатки. На практике наи-
большее распространение получили инст-
рументы, работающие методом обкатки,
у которых аксоидами служат плоскости
и круглые цилиндры.
Если в этом случае рассматривать
плоскую задачу и изучать движение
Рис. 185. Точение по методу обкатки винтовых
поверхностей
в плоскости профилей детали и инстру-
мента, то оно будет сводиться к качению
без скольжения начальных окружностей
и прямых друг по другу.
Так, при обработке поверхностей вра-
щения резцами по методу обкатки наблю-
дается качение без скольжения началь-
ной прямой, связанной с профилем дета-
ли, по начальной окружности, связанной
с профилем инструмента. Схема процесса
точения по методу обкатки поверхности
вращения показана на рис. 184. При об-
работке деталь вращается вокруг своей
оси, как обычно при точении. Резцу сооб-
щают сложное движение подачи, скла-
дывающееся из его вращения вокруг
своей оси и одновременно поступатель-
ного перемещения вдоль оси детали. Это
движение сводится к обкатке начальной
окружности, связанной с инструментом,
по начальной прямой, связанной с профи-
лем детали.
В результате режущая кромка резца
занимает ряд последовательных положе-
ний, огибающая к которым будет профи-
лем детали. Профиль детали при рассмат-
риваемых движениях будет занимать ряд
последовательных положений, двигаясь
относительно инструмента, огибающая
к которым будет режущей кромкой или
иными словами профилем резца в плос-
кости, проходящей через ось детали пер-
пендикулярно оси резца.
Обкаточными фасонными резцами по
методу обкатки можно производить так-
же точение винтовых поверхностей
(рис. 185).
Если при обработке поверхностей вра-
щения движение детали кинематически
не связано с движениями обкатки резца,
то при обработке винтовых поверхностей
вращение детали должно быть кинемати-
чески связано с вращением и продоль-
ным перемещением резца.
При обработке однозаходных винтовых
канавок настройки соответствующих ки-
нематических цепей можно вести исходя
§ 1. Назначение и основные типы
261
из следующих соображений: при одном
обороте детали резец должен повернуться
вокруг своей ©си на один зуб, если его
ось будет неподвижна; при перемещении
оси резца вдоль оси детали на величину
шага деталь должна сделать один оборот
вокруг своей оси.
В результате рассматриваемых движе-
ний и в данном случае в процессе обра-
ботки наблюдается качение без сколь-
жения начальной прямой, связанной с
профилем детали по начальной окруж-
ности, связанной с профилем инстру-
мента.
Преимуществом данного метода обра-
ботки поверхностей вращения и винто-
вых поверхностей является его высокая
производительность и точность обработ-
ки, возможность обработки длинных фа-
сонных поверхностей, что невозможно
при применении обычных фасонных рез-
цов. Однако обработка обкаточными рез-
цами требует специальных станков, что
ограничивает возможности его примене-
ния в промышленности.
Вторым типом инструментов, работаю-
щих методом обкатки, являются гребен-
ки. Схема работы гребенки показана на
рис. 186.
В процессе обработки гребенка 1 совер-
шает возвратно-поступательные движе-
ния резания, направления которых сов-
падают с направлением образующих об-
рабатываемой фасонной цилиндрической
поверхности детали, состоящей из ряда
зубьев. В то же время гребенка относи-
тельно медленно перемещается поступа-
тельно в направлении, перпендикуляр-
ном оси детали. Заготовка 2 устанавли-
вается на стол и получает относительно
медленное вращение вокруг своей оси.
В результате рассматриваемых движений
в плоскости, перпендикулярной оси за-
готовки, будет наблюдаться качение на-
чальной окружности, связанной с профи-
лем детали, по начальной прямой, свя-
занной с инструментом.
Рис. 186. Схема работы гребенки
Профиль детали будет занимать ряд
последовательных положений относи-
тельно инструмента, огибающая к кото-
рым будет сопряженным профилем исход-
ной поверхности рейки, на которой рас-
полагаются режущие кромки гребенки.
Длина гребенки обычно в несколько
раз меньше длины начальной окружности
детали. Поэтому после обработки не-
скольких зубьев происходит процесс пе-
ресопряжения зубьев гребенки и детали,
который в некоторых случаях называют
процессом деления.
Гребенками можно обрабатывать так-
же детали с винтовыми фасонными зубья-
ми. В этом случае гребенка совершает
возвратно-поступательные движения ре-
зания под углом к оси заготовки, соответ-
ствующим углу наклона обрабатываемых
зубьев. К подобной схеме можно отнес-
ти также обработку червячными фрезами
(рис. 187).
При обработке цилиндрических фасон-
ных поверхностей, т. е. деталей с прямы-
ми зубьями, фреза и заготовка вращают-
ся вокруг своих осей и одновременно на-
блюдается продольное движение подачи
фрезы вдоль оси заготовки. Вращатель-
ные движения фрезы и заготовки кине-
матически связаны друг с другом. Одно-
му обороту однозаходной червячной фре-
зы соответствует поворот заготовки на
один зуб.
262
Глава XI. Инструменты, работающие методом обкатки
Рис. 187. Схема обработки зубчатых деталей
червячными фрезами
Червячная фреза представляет собой
червяк, профиль витка которого соот-
ветствует профилю обрабатываемой дета-
ли, обращенный в режущий инструмент
прорезанием стружечных канавок и за-
тылованием зубьев.
Фрезы, для получения одинаковых
условий резания на обоих боковых сторо-
нах зубьев, обычно проектируются с вин-
товыми стружечными канавками, угол
наклона которых на делительном цилинд-
ре берется равным углу подъема резьбы
исходного червяка. При обработке осу-
ществляется как бы зацепление исходно-
го червяка и детали. Приближенно за-
цепление червячной фрезы и детали рас-
сматривается как зацепление плоской
рейки с деталью. Схема расположения
Рис. 188. Схема расположения червячной
фрезы относительно заготовки
червячной фрезы 1 относительно заготов-
ки 2 показана на рис. 188.
Через точку скрещивания осей детали
и инструмента проведена плоскость N,
перпендикулярно к оси детали. В плос-
кости N при вращении червячной фрезы
ее режущие кромки будут непрерывно
смещаться. Это объясняется тем, что
режущие кромки червячной фрезы рас-
полагаются на винтовой поверхности
исходного червяка. В той же плоскости
N профиль детали будет вращаться
вокруг своей оси.
Рассматриваемые движения профиля
инструмента и профиля детали в плос-
кости N могут быть сведены к качению
без скольжения начальной прямой, свя-
занной с инструментом, по начальной
окружности, связанной с деталью.
Таким образом, процесс обработки
червячными фрезами сводится к процес-
су нарезания зубчатых деталей гребен-
ками и профиль червячной фрезы опре-
деляется в нормальном сечении N, как
профиль рейки, сопряженной с обраба-
тываемой деталью.
Различные зубчатые детали фасонного
профиля обрабатываются червячными
фрезами на специальных зубофрезерных
станках, широко распространенных в
промышленности. Зубофрезерование чер-
вячными фрезами представляет непре-
рывный процесс, чем и объясняется его
высокая производительность.
Наиболее общим типом рассматривае-
мых инструментов, работающих методом
обкатки, являются долбяки. Способ об-
работки различных зубчатых изделий
долбяками на зубодолбежных станках
получил значительное распространение.
Имеют место случаи, когда обработка
зубчатых изделий другим типом инстру-
мента оказывается невозможной или ма-
лопроизводительной. Так, внутренние
зубчатые изделия в случае несквозного
отверстия или его небольшого диаметра
целесообразно обрабатывать долбяка-
§ I. Назначение и основные типы
263
ми. Они являются также незаменимыми
инструментами при нарезании зубчатых
деталей с уступами в конце зуба.
Кинематическая схема резания
(рис. 189) при обработке долбяками
по методу обкатки включает взаимосвя-
занные вращения долбяка и заготовки
вокруг своих осей. Обычно оси долбяка
и заготовки устанавливаются параллель-
но друг другу. При повороте долбяка
вокруг его оси на один зуб заготовка
также поворачивается вокруг ее оси на
один зуб. Исходя из этого и ведется соот-
ветствующая настройка зубодолбежного
станка.
Долбяк относительно заготовки совер-
шает возвратно-поступательные движе-
ния резания, направление которых вы-
бирается параллельным оси заготовки
при обработке деталей с прямыми зубья-
ми. При нарезании же деталей с винто-
выми зубьями долбяк совершает винто-
вое движение резания.
Относительное движение профиля об-
работанной поверхности детали и про-
филя долбяка в плоскости, перпендику-
лярной осям долбяка и детали, сводится
к качению без скольжения начальной
окружности детали по начальной окруж-
ности долбяка. В результате этого дви-
жения поверхность детали относительно
инструмента занимает ряд последова-
тельных положений, огибающая к кото-
рым будет профилем долбяка. Так у всех
рассматриваемых наиболее распростра-
ненных типов инструментов, работаю-
щих методом обкатки, относительное
движение сопряженных профилей дета-
ли и инструмента сводится к качению без
скольжения начальной окружности по
начальной прямой или окружности. Ины-
ми словами в произвольный момент вре-
мени относительное движение сопряжен-
ных профилей будет мгновенным враща-
тельным движением вокруг полюса, яв-
ляющегося точкой касания начальных
линий детали и инструмента.
Если заданный профиль совершает
вращательное движение вокруг полюса
Р и занимает при этом ряд последова-
тельных положений, то огибающей к ним
будет окружность с центром в точке Р.
В любой точке касания сопряженных
профилей будет общая касательная пря-
мая и нормаль N. Причем, общая нор-
маль N, как нормаль окружности, будет
проходить через ее центр, т. е. полюс
зацепления, и будет перпендикулярна
скорости относительного движения V
рассматриваемой точки профиля.
При мгновенном вращательном движе-
нии в каждый момент времени будет
наблюдаться аналогичная картина и в
точках контакта сопряженных профилей
общая нормаль будет проходить через
полюс зацепления, перпендикулярно
скорости относительного движения V.
Условие контакта, т. е. условие пер-
пендикулярности векторов N и V, ана-
литически записывается таким образом:
NV = O.
Иными словами скалярное произведе-
ние вектора нормали N к профилю де-
тали Д и вектора V скорости относитель*
ного движения точек профиля детали
1
Рнс. 189. Схема работы долбяка
264
Глава XI. Инструменты, работающие методом обкатки
в момент их контакта с сопряженными
точками профиля инструмента должно
быть равно нулю.
§ 2. ОБКАТОЧНЫЕ ФАСОННЫЕ РЕЗЦЫ
Методика аналитического определения
профиля резца, обрабатывающего задан-
ную поверхность детали, следующая:
на профиле детали, совершающем дви-
жение в соответствии с принятой схемой
обработки, определяются точки контакта
его с профилем инструмента в различные
моменты времени. Условие контакта со-
пряженных профилей записывается в
виде ___
NV^O,
где N — нормаль к профилю детали в
рассматриваемой точке;
V — скорость движения исследуе-
мой точки профиля детали от-
носительно инструмента;
зная точки контакта на профиле дета-
ли, по формулам преобразования коор-
динат рассчитываются их координаты
в системе, связанной с инструментом,
совокупность которых и будет искомым
сопряженным профилем инструмента.
При профилировании обкаточных рез-
цов в соответствии с указанной методи-
кой, известными будем считать профиль
детали, положение начальной прямой,
радиус начальной окружности резца.
Примем, что в процессе обработки про-
филь детали движется поступательно
вдоль начальной прямой, а резец вра-
щается вокруг своей оси. Рассматривае-
мый процесс можно уподобить зацепле-
нию поступательно движущейся рейки
и вращающегося вокруг неподвижной
оси сопряженного колеса. В результате
наблюдается качение без скольжения
начальной окружности инструмента, ра-
диуса Рн.о по начальной прямой, свя-
занной с профилем детали (рис, 190).
Свяжем систему координат у^ с про-
филем детали, направив ось f/j по на-
чальной прямой детали.
Выберем также неподвижную систему
координат уого, направив ось у0 вдоль
начальной прямой детали, а ось г0 прове-
дем через ось инструмента. Начало коор-
динат системы уого в этом случае будет
располагаться в полюсе зацепления Р,
т. е. в точке касания начальной окруж-
ности и начальной прямой. Будем счи-
тать, что в начальный момент времени
системы у^ и уого совпадают (рис. 190, а).
С профилем инструмента свяжем систе-
му координат t/2z2, расположив начало
координат этой системы на оси вращения
резца. Примем, что в начальный момент
времени ось у2 идет параллельно оси t/0,
а ось г2 идет по оси г0.
В процессе обработки (рис. 190, б) си-
стема ухгх будет вместе е профилем дета-
ли двигаться поступательно вдоль на-
чальной прямой, а система у2г2 будет
вращаться вокруг оси резца. Поскольку
в процессе рассматриваемых движений
наблюдается качение без скольжения
начальной прямой по начальной окруж-
ности, то при повороте системы у2г^ на
угол t система уггг сместится поступа-
тельно вдоль оси у0 на расстояние RK.o t.
Формулы преобразования систем коор-
динат yozo и у& в рассматриваемом
случае будут иметь вид:
г0 = z„
Уо ~ У1 + ЯН.<Л
Формулы перехода от системы yfy
к системе f/2z2 будут:
z2 = (RH.O + z0) cos t 4- y0 sin i
y2 y0 cos t — (R h.«> + z0) sin t.
Формулы, связывающие координаты
и у2г2, записываются таким образом:
z2 = (R«. о 4- Zj) cos t -f- (i/i -f- Rh.o t) sin t,
y2 == (i/i 4“ Rh.o/) COS t—• (Rh.o 4- Zj) sin/.
§ 2. Обкаточные фасонные резцы
265
Рис. 190. Схема профилирования чашечных резцов
Уравнение профиля детали в системе
координат будем считать известным
Рассмотрим на профиле детали произ-
вольную точку М, координаты которой
обозначим через у^, а угол наклона
касательной к профилю с осью & через ф.
В неподвижной системе координат
уого точка М будет совершать вместе с
профилем детали прямолинейное движе-
ние, при котором угол ф наклона каса-
тельной к оси у! и соответственно к оси
Уо будет сохранять постоянное значение.
В определенный момент времени точка
М будет соприкасаться, контактировать-
ся с соответствующей точкой профиля
инструмента. Момент контакта сопря-
женных профилей в точке М определяет-
ся по уравнению контакта
УЙ-0.
Нормаль N к профилю детали в точке
М в системе уого может быть записана
таким образом:
N = / tg ф — k.
Скорость V движения точки М профи-
ля детали относительно инструмента
будет скоростью мгновенного вращения
вокруг полюса Р, т, е. вокруг начала
координат системы уого. Поэтому ско-
рость V относительного движения точки
М профиля детали будет направлена
перпендикулярно к радиусу РМ.
В системе уого вектор V можно запи-
сать так:
— ky0.
_ Умножив скалярно вектор У на вектор
V, получим:
УУ - 20 tgф 4- уи.
В момент контакта точки М с сопря-
женной точкой профиля инструмента
будем иметь:
2<^ф+ г/о = О.
Переходя к системе уггх и определяя
из этого уравнения параметр /, при ко-
тором исследуемая точка М профиля
детали будет находиться в контакте,
получим
-*н.о •
Зная параметр t, т» е. момент контакта
исследуемой точки профиля детали, мож-
но по формулам перехода от системы
ytZi к системе г/2г2 подсчитать координа-
ты сопряженной точки профиля инстру-
мента в системе г?у2.
При расчетах профиля обкаточного
резца задаются координатами ряда узло-
вых точек профиля детали у^ и опреде-
ляют углы ф наклона касательных к оси
у1л По уравнению контакта вычисля-
ют величины параметра /, при которых
рассматриваемые узловые точки про-
филя детали соприкасаются с соответст-
вующими узловыми точками профиля
инструмента, координаты которых у2г^
266
Глава XI. Инструменты, работающие методом обкатки
рассчитываются по формулам преобразо-
вания координат.
Совокупность найденных таким обра-
зом в системе узловых точек и будет
искомым профилем инструмента, т. е.
совместное рассмотрение уравнения про-
филя детали, уравнения контакта и фор-
мул преобразования систем координат оп-
ределяет искомый профиль инструмента.
§ 3. ГРАФИЧЕСКОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ
РЕЗЦОВ. РАБОТАЮЩИХ МЕТОДОМ ОБКАТКИ
Наиболее простым способом графиче-
ского профилирования резцов, работаю-
щих методом обкатки, является способ
Рис. 191. Графическое профилирование
чашечных резцов
копирования последовательных положе-
ний профиля детали и проведения оги-
бающей к ним, которая и будет искомым
профилем инструмента.
Порядок графического определения
профиля резца следующий:
на чертежной бумаге в целесообраз-
ном масштабе вычерчивается профиль
детали и ее начальная прямая (рис. 191);
на кальке в том же масштабе изобра-
жается начальная окружность.
Радиальными лучами, проведенными
из центра, начальная окружность делит-
ся на ряд равных дуг.
Начальную прямую детали также де-
лим на ряд отрезков, равных соответст-
вующим дугам начальной окружности,
и проводим лучи, перпендикулярные
начальной прямой.
При делении начальной прямой вместо
длины дуги начальной окружности мож-
но брать длину хорды, стягивающей
дугу. Погрешности от такой замены бу-
дут допустимыми, если длина дуги не
превышает 0,1 радиуса окружности.
Графически обкатку начальной прямой
детали осуществляют по начальной ок-
ружности инструмента. Для этого совме-
щают первый радиальный луч кальки
с первым лучом на профиле детали так,
чтобы начальная окружность инстру-
мента касалась начальной прямой дета-
ли. В этом положении на кальке обводят
профиль детали. Продолжая построение
подобным образом, совмещают последо-
вательно лучи профиля детали с одно-
именными радиальными лучами кальки,
каждый раз копируя профиль детали на
кальку. Таким образом на кальке изоб-
ражаются последовательные положения
профиля детали при качении начальной
прямой, связанной с профилем детали по
начальной окружности, связанной с ин-
струментом. Проведя огибающую к по-
следовательным положениям профиля
детали, получают искомый профиль
резца.
§ 4. Графоаналитическое профилирование резцов, работающих методом обкатки
267
Рассмотренный графический метод про-
филирования является наиболее про-
стым, наименее трудоемким. Он позво-
ляет наглядно представить процесс об-
катки сопряженных профилей. Однако
возможные масштабы построения могут
быть относительно небольшими, поэтому
точность определения профиля инстру-
мента часто оказывается недостаточ-
ной. Он используется наиболее часто
как контрольный, позволяющий выяв-
лять грубые ошибки аналитических ме-
тодов.
Графически с помощью ряда построе-
ний, выполненных при различном распо-
ложении начальной прямой относительно
профиля детали и различной величине
радиуса RH.O начальной окружности ин-
струмента (особенно при обработке слож-
ных профилей) исследуются условия фор-
мообразования заданного профиля дета-
ли методом обкатки.
На основе результатов анализа выби-
раются приемлемые размеры радиуса на-
чальной окружности и расположение
начальной прямой на профиле детали,
определяются размеры и формы переход-
ных кривых, выявляются возможные
формы профиля инструмента.
Все это позволяет при проектировании
обкаточных резцов вывести суждение
о наиболее целесообразных параметрах
обработки, обеспечивающих получение
заданной детали с требуемой точностью
и высоких режущих свойств инструмента.
При исследовании возможных видов
обкаточных резцов, предназначенных
для изготовления заданной детали, пара-
метры обработки, в частности расположе-
ние начальной прямой относительно про-
филя детали, могут изменяться в широ-
ких пределах.
В некоторых случаях оказывается це-
лесообразным наклонное расположение
начальной прямой Ра по отношению к
оси детали. Это имеет место тогда, когда
форма обработанной фасонной поверх-
Рис. 192. Чашечный резец с наклонным поло-
жением начальной прямой
ности (рис. 192) в большей мере прибли-
жается к конической, чем к круглой ци-
л индрической поверхности.
§ 4. ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКОЕ
ПРОФИЛИРОВАНИЕ РЕЗЦОВ,
РАБОТАЮЩИХ МЕТОДОМ ОБКАТКИ
Графоаналитический способ профили-
рования инструментов, работающих ме-
тодом обкатки позволяет на ограничен-
ном поле чертежа вести построение в
большом масштабе и с высокой точностью
определять сопряженные профили. Он
несколько более трудоемок, чем графиче-
ский способ копирования последова-
тельных положений профиля детали, но
также отличается наглядностью изобра-
жаемых объектов.
При графоаналитическом определении
профиля инструмента, подобно графиче-
скому способу, изображаются последова-
тельные положения профиля детали и
проводится огибающая к ним, которая
и является искомым сопряженным про-
филем. В отличии же от графического
способа последовательные положения
профиля детали задаются аналитически
в системе координат {/2га, связанной с ин-
струментом.
268
Глава XI. Инструменты, работающие методом обкатки
Рис. 193. Способы задания последовательных
положений профиля
Рис. 194. Схема графоаналитического профили-
рования резцов
Таблица 8
1, ° С, С, ° С, Ct
1 0,00000 0,00015 16 0,00720 0,03823
2 0,00001 0,00061 17 0,00862 0,04305
3 0,00005 0,00137 18 0,01023 0,04531
4 0,00011 0,00246 19 0,01202 0,05349
б 0,00022 0,00381 20 0,01400 0,05903
6 0,00038 0,00546 21 0,01619 0,06493
7 0,00061 0,00744 22 0,01859 0,07102
8 0,00091 0,00970 23 0,02122 0,07736
9 0,00129 0,01226 24 0,02407 0,08391
10 0,00177 0,01511 25 0,02717 0,08471
11 0,00235 0,01826 26 0,03051 0,09771
12 0,00305 0,02020 27 0,03411 0,10495
13 0,00387 0,02541 28 0,03798 0,11237
14 0,00483 0,02918 29 0,04213 0,12000
15 0,00594 0.03369 30 0,04655 0,12783
Способы задания последовательных по-
ложений профиля могут быть разнооб-
разные. Так, положение профиля ЕКАС
может определяться координатами двух
базовых точек А и В, неразрывно свя-
занных с профилем детали. Подсчитав
координаты двух базовых точек А, В
(рис. 193) в какой-то исследуемый момент
времени, изображаем их на чертеже и по
шаблону вычерчиваем соответствующее
положение профиля детали.
Положение профиля может задаваться
также лучом М, т. е. координатами одной
базовой точки М луча и его направлени-
ем, характеризуемым углом t. Определив
аналитически последовательные положе-
ния луча М, по шаблону вычерчиваются
последовательные положения профиля
детали и проводится огибающая к ним.
Рассмотрим пример графоаналитиче-
ского профилирования обкаточного резца
для обработки заданной поверхности
вращения. За базовую точку луча при-
мем начало координат системы уггг и
направим базовый луч по оси уг (рис. 194).
Тогда координаты базовой точки в си-
стеме йгг» связанной с профилем дета-
ли, будут й = 0 и Zj = 0.
В системе у2гг координаты последова-
тельных положений базовой точки луча
по формулам преобразования координат
будут равны:
га = ЕИ.о cos 14- Ец.о t sin t =
»» Ra.o (COS t + t Sin t),
y% ~ Eh.q t COS t * I^h.o Sin t
e= Rn.o (t COS t Sin t).
Для удобства построения введем до-
полнительную систему координат уг,
связанную с инструментом, которую рас-
положим параллельно системе уйгй. Нача-
ло координат системы уг поместим на оси
га на расстоянии от начала координат
системы у2г^, равном радиусу начальной
окружности 7?н.о. Тогда координаты по-
§ 5. Условия формообразования при обработке фасонных поверхностей
269
следовательных положений базовой точ-
ки луча будут:
У ~Rh.o (t COS t Sin f) Rb.cC! ,
z = Rb.o (cos t + t sin t — 1) = Rh.oC2,
где
Ci = t cos t •— sin t,
ca = cos t + t sin t —. 1.
Для упрощения вычислений в табл. 8
приведены значения функций сх и еа
для углов t, изменяющихся от 1 до 30°.
В произвольном последовательном по-
ложении базовый луч М будет занимать
в системе уг наклонное положение. Угол
между базовым лучом (ось уг) и осью у
будет при рассматриваемой схеме обра-
ботки равен углу t.
Траекторией движения точки М будет
эвольвента. Выбранный луч М пойдет
по нормали к эвольвенте.
§ 5. УСЛОВИЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ
ПРИ ОБРАБОТКЕ ФАСОННЫХ ПОВЕРХНОСТЕН
ОБКАТОЧНЫМИ РЕЗЦАМИ
Подобно другим способам, обработка
фасонных поверхностей обкаточными рез-
цами возможна в полном соответствии
с чертежом только при соблюдении опре-
деленных условий. Одним из таких усло-
вий является условие существования со-
пряженного профиля инструмента.
Все точки профиля детали должны
иметь сопряженные точки профиля ин-
струмента и в определенные моменты вре-
мени е ними соприкасаться.
В рассматриваемом случае контакт
сопряженных профилей происходит в тот
момент, когда общая нормаль к соприка-
сающимся профилям проходит через по-
люс зацепления. В системе, связанной
с профилем детали, полюс зацепления
в процессе обработки перемещается по
начальной прямой, т. е. любая точка
начальной прямой в определенный мо-
мент времени становится полюсом за-
цепления. Чтобы исследуемая точка про-
филя детали имела сопряженную точку
профиля инструмента и в какой-то мо-
мент времени с ней контактировалась,
нормаль к профилю детали в этой точке
должна пересекать начальную прямую.
Следовательно, для того чтобы про-
филь детали в целом имел сопряженный
профиль инструмента, нормали к профи-
лю детали во всех точках должны пере-
секать начальную прямую.
Это условие соблюдается на наклонных
участках профиля детали и участках па-
раллельных начальной прямой. Если же
профиль детали имеет участки, пер-
пендикулярные оси детали, рассматри-
ваемое условие не соблюдается, так как
нормали к профилю детали идут парал-
лельно начальной прямой и ее не пере-
секают.
Поэтому точная обработка обкаточ-
ными резцами деталей, профиль которых
имеет участки, перпендикулярные оси,
оказывается невозможной.
На рис. 195, о изображено графическое
определение профиля инструмента для
детали, профиль которой имеет участки,
перпендикулярные оси (рис. 195, б). В рас-
сматриваемом случае в любой момент
времени в контакте с сопряженными точ-
ками профиля инструмента находится
одна и та же точка профиля детали, рас-
положенная на начальной прямой. В этой
точке нормаль к профилю детали совпа-
дает с начальной прямой, а, следова-
тельно, всегда проходит через полюс за-
цепления. Обработка же других точек
профиля детали оказывается невозмож-
ной, так как не существует профиля ин-
струмента, сопряженного с рассматри-
ваемым участком профиля детали.
Возможный профиль детали, найден-
ный графически при обратной обкатке,
приведен на рис. 195, в. Обратная обкат-
ка проводится с целью определения про-
филя детали по известному профилю ин-
струмента. В этом случае вычерчиваются
последовательные положения профиля
270
Глава XI. Инструменты, работающие методом обкатки
Рис. 195. Сопряженные профили обкаточного
резца и детали:
а) заданный профиль детали; б) определение профиля
резца; в) обработанный профиль детали
инструмента относительно детали и
проводится огибающая к ним, которая
и будет искомым профилем детали. Чтобы
изобразить последовательные положения
профиля инструмента, на листе чертеж-
ной бумаги вычерчивается начальная
окружность и профиль инструмента.
Начальная окружность радиальными лу-
чами делится на ряд дуг. На кальке на-
носится начальная прямая, которая пер-
пендикулярными лучами делится на ряд
отрезков, равных соответствующим ду-
гам начальной окружности. Калька на-
кладывается на чертеж профиля инстру-
мента так, чтобы первая его радиальная
прямая совпадала с первым лучем кальки
и начальная прямая касалась начальной
окружности. После совмещения на каль-
ке копируется первое последовательное
положение профиля инструмента. Ана-
логично совмещая вторую радиальную
прямую со вторым лучом кальки, копи-
руем второе последовательное положение
профиля инструмента. Подобным обра-
зом, продолжая построение, находим
другие последовательные положения
профиля инструмента и графически про-
водим огибающую, которая и будет про-
филем детали. Сравнение полученного
профиля с заданным показывает, что в
рассматриваемом случае действительно
участки профиля детали, перпендикуляр-
ные ее оси, оказываются необработанны-
ми. Чтобы при обработке обкаточными
резцами обеспечить формирование участ-
ков, перпендикулярных оси, можно при-
менять наклонное расположение началь-
ной прямой. Если же профиль детали не
позволяет выбрать наклонное положение
начальной прямой, обработка участков
перпендикулярных оси будет невозмож-
ной и необходимо переходить на другие
способы обработки.
Профиль инструмента, касаясь профи-
ля детали в процессе обработки, может
проходить в теле детали. На рис. 196, а
изображена деталь, имеющая вогнутый
профиль. Если принять за начальную
прямую линию ab, то огибающий про-
филь инструмента (рис. 196, б) будет
соприкасаться с профилем детали в ее
теле, срезая соответствующие ее части.
В результате при внутреннем касании
сопряженных профилей будет происхо-
дить подрезание профиля детали. Чтобы
при соприкосновении вогнутого профиля
детали с выпуклым профилем инструмен-
та не было внедрения инструмента в ма-
териал детали, радиус кривизны профиля
детали в точках касания должен быть
больше радиуса кривизны профиля ин-
струмента.
Изменения радиуса кривизны профиля
инструмента можно достигнуть за счет
изменения положения начальной прямой
на профиле детали и начальной окруж-
ности. Так, если принять за начальную
прямую линию се в рассматриваемом
§ 5. Условия формообразования при обработке фасонных поверхностей
271
случае обработки вогнутого профиля
детали (рис. 196, а), то выпуклый сопря-
женный профиль инструмента (рис. 196, в)
будет иметь радиусы кривизны меньшие
радиусов кривизны профиля детали в
сопряженных точках и обработка задан-
ного профиля детали будет обеспечена
без отклонений от чертежа.
Профиль инструмента, сопряженный
с профилем детали, может иметь точку
возврата. Так, при обработке прямоли-
нейного участка аЬ профиля детали со-
пряженный профиль инструмента имеет
точку возврата и соответственно две
ветви (рис. 197). В процессе обкатки одна
ветвь с одной из сторон огибает прямую
аЬ, а вторая ветвь профиля инструмента
огибает с противоположной прямую ab.
Если прямая ab ограничивает один
из участков профиля детали, то с одной
из ее сторон необходимо удалить мате-
риал заготовки, тогда как с противопо-
ложной стороны будет тело детали.
Поэтому инструмент может включать
только одну ветвь профиля до точки
возврата. Следовательно, для обработки
профиля детали без отклонения от черте-
жа, необходимо так выбрать положение
начальной прямой и радиус начальной
окружности, чтобы точка возврата в про-
цессе обпаботки соприкасалась с край-
ней, граничной точкой соответствующего
участка профиля детали. Поэтому при
проектировании обкаточных резцов необ-
ходимо обеспечить внешнее касание про-
филей детали и инструмента; при внут-
реннем касании и внедрении профиля
инструмента в тело детали наблюдается
подрезание профиля детали.
Выбирая положение начальной прямой
и радиус начальной окружности, при
проектировании обкаточных резцов, не-
обходимо также учитывать профиль де-
тали, который состоит обычно из ряда
участков. Так, профиль детали, изобра-
женный на рис. 198, состоит из дуги
окружности ab, радиуса р и прямой Ьс.
в
Рис. 196. Определение профиля обкаточного
резца прн различных положениях начальной
прямой детали
Рис. 197. Профиль инструмента с точкой
возврата
Соответственно профиль инструмента
также будет состоять из двух участков.
Участок профиля инструмента, со-
пряженный с окружностью профиля де-
тали радиуса р, будет совпадать с профи-
лем детали, т. е. будет окружностью
радиуса р.
Нормали к профилю детали во всех
его точках проходят в изображенный
272
Глава XI. Инструменты, работающие методом обкатки
Рис. 198. Образование переходной кривой при
обработке чашечными резцами
момент времени через полюс зацепления
Р. Следовательно, одновременно во всех
точках профиля детали будет наблюдать-
ся контакт с соответствующими точками
профиля инструмента и совпадение про-
филей инструмента и детали.
Участок И2 профиля инструмента со-
пряженный с прямой be будет окруж-
ностью ес, концентричной начальной
окружности.
В рассматриваемом случае смежные
участки и И? профиля инструмента
в точке Л пересекают друг друга. Поэто-
му в металле невозможно полностью
осуществить профиль инструмента, соот-
ветствующий участкам be и ab. Если
в металле на инструменте осуществить
профиль в форме линии ake, то на про-
филе детали в зоне, соответствующей
точке Ь, будет образована переходная
кривая.
Это объясняется тем, что участки ek
и Ыг на реальном профиле инструмента
отсутствуют, и поэтому сопряженные с
ними участки профиля детали не будут
сформированы. Граничная точка К про-
филя инструмента двигаясь относительно
детали описывает переходную кривую
во впадине детали. В зоне переходной
кривой наблюдается кромочное соприкос-
новение профиля инструмента с профи-
лем детали.
Чтобы переходная кривая при обра-
ботке не создавалась и деталь была об-
работана в точном соответствии е черте-
жом, смежные участки профиля инстру-
мента не должны пересекаться.
Это условие выполняется только при
определенном положении начальной пря-
мой. В рассматриваемом случае, если
принять за начальную прямую линию
Ьс, то на детали ие будет образовываться
переходная кривая. Это объясняется тем,
что граничная точка b профиля детали
будет соприкасаться в один и тот же мо-
мент с сопряженными точками учвстков
И1 и И2 профиля инструмента, т. е. гра-
ничные точки участков и И2 профиля
инструмента будут совпадать и не будет
наблюдаться их пересечение. Профили-
рование точки b как для участка Ьс,
так и для участка ab профиля детали
возможно, когда точка Ь, расположенная
на начальной прямой, будет полюсом
зацепления и нормали, проведенные в
точке b к различным участкам профиля
детали, будут проходить через полюс за-
цепления, т. е. через точку Ь.
Таким образом, для точной обработки
заданной детали обкаточным резцом
§ 6. Конструктивные элементы обкаточных фасонных резцов
273
необходимо так выбирать положение на-
чальной прямой на профиле детали и ра-
диус начальной окружности резца, чтобы
выполнялись три рассмотренных условия
формообразования. Однако не всегда это
возможно. Поэтому на практике выби-
рают такое положение начальной прямой
и радиус начальной окружности, чтобы
обеспечить обработку заданной детали
с допустимыми отклонениями от чертежа.
S 6. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
ОБКАТОЧНЫХ ФАСОННЫХ РЕЗЦОВ
Одним из конструктивных элементов
обкаточного фасонного резца является
диаметр его начальной окружности. Что-
бы обеспечить достаточные размеры
посадочного отверстия и прочность конст-
рукции инструмента, минимальный диа-
метр начальной окружности резца при-
нимают равным 50—70 мм. Максималь-
ный диаметр начальной окружности рез-
ца ограничивается максимально возмож-
ным расстоянием от оси детали до оси
резца на станке. Рекомендуемая величи-
на максимального диаметра начальной
окружности резца равна 125—150 мм.
При обработке деталей с повторяющи-
мися профилями по длине и небольшой
величиной шага t следует проектировать
резцы с несколькими зубьями г. В этом
случае размер диаметра начальной
окружности резца должен соответство-
вать шагу t и принятому числу зубьев г,
и определяться по соотношению
лОн.о = tz.
Исходя из этого условия, определяется
число зубьев резца, которое должно
быть целым и по принятому числу зубьев,
уточняется размер диаметра начальной
окружности инструмента.
При обработке длинных деталей с не-
повторяющимся профилем целесообразно
проектировать резец с одним зубом.
В этом случае диаметр начальной окруж-
ности резца должен соответствовать сле-
дующему условию
где I — длина профиля детали;
— дополнительная длина между
последовательно обрабатываемы-
ми деталями на разрезку.
Диаметр начальной окружности резца
должен обеспечивать обработку заданно-
го профиля детали с допустимыми откло-
нениями.
Исходный профиль обкаточного резца
определяется при профилировании. По-
скольку в процессе обработки наблю-
дается качение без скольжения началь-
ной прямой детали по начальной окруж-
ности инструмента, шаг зубьев детали,
размеры толщины зубьев и ширины впа-
дин без изменений переносятся на на-
чальную окружность инструмента.
Например, ширина впадины детали,
измеренная на начальной прямой, равна
толщине зуба инструмента, измеренной
на начальной окружности.
Для тех точек профиля детали, у кото-
рых касательные к профилю параллель-
ны начальной прямой, высотные размеры
профиля детали до начальной прямой,
переносятся на профиль резца без изме-
нения и измеряются в радиальном на-
правлении от начальной окружности
резца.
Задняя поверхность теоретически точ-
ного обкаточного резца выбирается та-
кой, чтобы обеспечить сохранение профи-
ля детали при переточках инструмента
и создать на режущих кромках необхо-
димые величины задних углов.
Этим условиям удовлетворяет огибаю-
щая поверхность зубчатой рейки, прямо-
линейные образующие которой наклоне-
ны к оси резца на угол ав, равный задне-
му углу на вершине, и профиль которой,
в сечении перпендикулярном оси резца,
сопряжен с профилем обрабатываемой
детали.
274
Глава XI. Инструменты, работающие методом обкатки
Рис. 199. Установка резца при его шлифовании
В этом случае шлифование задней по-
верхности резца можно вести методом
обкатки фасонным шлифовальным кру-
гом (рис. 199), который в зоне шлифова-
ния должен соответствовать зубу рас-
сматриваемой рейки. В данном случае
резец будет иметь на задней поверхности
вогнутость, которая внесет некоторую
неточность в его профиль, однако при
большом диаметре шлифовального круга
эта неточность не будет иметь практиче-
ского значения. Смещение резца Н отно-
сительно круга равно
Н — RK sin ссв.
Для улучшения условий резания
обычно на обкаточных резцах создают
переднюю коническую поверхность и
обеспечивают получение на вершинных
кромках резца передних углов порядка
т = 5 4-10°.
Передняя коническая поверхность на
резце вносит соответствующие погреш-
ности в профиль детали. Эти погрешности
могут не учитываться в том случае, когда
к точности обработки не предъявляются
высокие требования. Однако при обра-
ботке относительно точных деталей тре-
буется корректировка профиля резца,
что значительно усложняет его расчет.
§ 7. ЧЕРВЯЧНЫЕ ФРЕЗЫ.
ГРАФИЧЕСКОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ
ЧЕРВЯЧНЫХ ФРЕЗ
Аналогично обкаточным резцам гра-
фическое профилирование червячных
фрез можно вести способом копирования
последовательных положений профиля
детали (рис, 200). Однако в рассматривае-
мом случае на листе чертежной бумаги
изображается профиль детали, началь-
ная окружность и радиальные лучи
(рис. 200, а). На кальке же изображает-
ся начальная прямая и лучи перпендику-
лярные ей (рис. 200, б). Расстояние
между лучами принимается равным соот-
ветствующим дугам начальной окруж-
ности. Совмещая радиальные лучи про-
филя детали и лучи кальки, графически
проводится обкатка начальной прямой
по начальной окружности и при этом ко-
пируются последовательные положения
профиля детали (рис. 200, в). Огибающая
к последовательным положениям профи-
ля детали и будет профилем инструмента.
Графическое определение сопряжен-
ных профилей инструментов, работаю-
щих методом обкатки, можно вести также
используя свойство общих нормалей: в
точках контакта сопряженных профилей
общая нормаль проходит через полюс
зацепления.
Используя это свойство, графически
определяются непосредственно точки
профиля инструмента.
Пример графического профилирования
червячных фрез способом общих норма-
лей для обработки прямолинейного про-
филя детали показан на рис. 201, где
изображены начальная окружность 7,
связанная с профилем детали DtDz, и
начальная прямая II, связанная с про-
филем инструмента Иг и И2. Принято,
что в процессе обработки профиль дета-
ли, а, следовательно, и начальная окруж-
ность, вращается вокруг своей оси. Про-
филь инструмента вместе с начальной
прямой двигается поступательно. В ре-
§ 7. Червячные фрезы. Графическое профилирование червячных фрез
275
зультате этого осуществляется обкатка
начальной прямой по начальной окруж-
ности. Полюс зацепления Р (точка каса-
ния начальной прямой и начальной
окружности в неподвижной системе коор-
динат будет занимать постоянное поло-
жение) в системе координат, связанной
с деталью, будет располагаться на на-
чальной окружности, а в системе коорди-
нат, связанной с инструментом,— на на-
чальной прямой.
Будем считать, что в начальный мо-
мент времени прямая Ра профиля дета-
ли проходит через полюс зацепления
и отстоит от оси на заданном расстоянии
равном h. Расстояние h при профилиро-
вании, например, фрез для обработки
шлицевых валов равно половине ширины
шлица.
При вращении детали прямая профиля
Ра будет также вращаться и занимать
ряд последовательных положений 1, 2,
3..., касательных к окружности радиуса
h. Начальная прямая, связанная с про-
филем инструмента, будет двигаться
поступательно и занимать ряд последова-
тельных положений 2', 3' ... . Расстоя-
ния 12', 2' 3' ... между последовательны-
ми положениями начальной прямой рав-
ны о /2, о 23... начальной окружнос-
ти, так как в процессе обработки на-
блюдается качение без скольжения на-
чальной прямой по начальной окруж-
ности.
Чтобы определить точки контакта при
различных последовательных положе-
ниях профиля детали и инструмента из
точки Р (полюса зацепления) проводятся
нормали к последовательным положе-
ниям прямой профиля детали. Например,
к прямой 4s проведена нормаль Рв.
Точка в в исследуемый момент времени
будет точкой контакта профиля инстру-
мента и детали, так как нормаль к профи-
лю детали в этой точке проходит через
полюс зацепления Р. Совокупность рас-
сматриваемых точек контакта даст линию
б
Рис. 200. Профилирование червячных фрез
способом копирования последовательных
положений
276
Глава XI. Инструменты, работающие методом обкатки
Рис. 201. Профилирование червячных фрез
способом общих нормалей
зацепления. Она определена в неподвиж-
ной системе координат.
В системе координат, связанной с де-
талью, точки контакта будут распола-
гаться на прямой профиля.
Вращаясь вокруг оси детали, точки
прямой профиля последовательно про-
ходят через линию зацепления, вступая
в этот момент в контакт с соответствую-
щими точками профиля инструмента.
Если произвольную точку в линии за-
цепления, соответствующую точке кон-
такта сопряженных профилей в положе-
нии 4в прямой профиля вернуть в на-
чальное положение вращением вокруг
оси детали на угол, соответствующий
о Р4, то она попадет на начальное поло-
жение прямой профиля детали в точку с.
Обратным вращением (по отношению
к вращению детали в процессе обработ-
ки) вокруг оси детали точки линии за-
цепления могут быть приведены на пря-
мую профиля детали Ра в ее начальном
положении.
Аналогично в системе координат, свя-
занной с инструментом, точки контакта
будут располагаться на профиле инстру-
мента. Будем считать, что произвольная
точка в линии зацепления связана с на-
чальной прямой. Чтобы найти ее положе-
ние в начальный момент времени, на-
чальную прямую вместе с точкой в необ-
ходимо переместить на расстояние, рав-
ное о Р4, в направлении обратном по-
ступательному движению профиля инст-
румента в процессе обработки.
В результате этого перемещения точка
в займет положение точки е профиля
инструмента в его начальном положении.
Обратным поступательным перемещени-
ем вдоль начальной прямой точки ли-
нии зацепления могут быть приведены на
искомый профиль инструмента в его на-
чальном положении.
Практически при построении на на-
чальной прямой откладывают рассто-
яния Р — Г, Г—2', 2'~3'.... равные
оР — 1, о 1 — 2, о 2 — 3 ... началь-
ной окружности. Из точек Г, 2', 3' ...
проводят линии, параллельные норма-
лям, к последовательным положениям
прямой профиля детали, опущенным из
полюса зацепления Р, Наносят прямые,
параллельные начальной прямой, из
точек пересечения нормалей с последова-
тельными положениями прямой профиля
детали. На пересечении рассматриваемых
линий построения находятся точки про-
филя инструмента в его начальном поло-
жении.
§ 8. ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ
ЧЕРВЯЧНЫХ ФРЕЗ
Графоаналитическое профилирование
червячных фрез заключается в вычерчи-
вании последовательных положений про-
филя детали в системе координат гу,
связанной с инструментом (рис. 202), и
проведении огибающей к ним.
Будем считать, что начало координат
системы гу в начальный момент времени
совпадает с плюсом зацепления. Ось у
идет по начальной прямой, а ось г по
радиусу начальной окружности.
В системе гу положение профиля дета-
ли D зададим лучом А, который напра-
вим по радиусу начальной окружности.
Примем, что в начальный момент точка
Ао совпадает с полюсом зацепления и луч
§ 8. Графоаналитическое профилирование червячных фрез
277
А идет по оси г. Луч А неразрывно свя-
зан с профилем детали D.
В процессе обработки начальная ок-
ружность детали катится без скольжения
по начальной прямой и профиль детали
в системе гу занимает ряд последователь-
ных положений.
Так, в произвольный момент времени
(рис. 202) центр начальной окружности
занимает положение Olt а начальная
точка радиального луча А занимает
положение Alt характеризуемое углом <р.
Так как начальная окружность катит-
ся без скольжения по начальной прямой,
расстояние OOj между центрами началь-
ной окружности будет равно
00-^ —
где радиус начальной окруж-
ности;
<р — угол поворота в радианах.
Координаты точки А± базового луча
в произвольный момент времени будут
равны:
2/ = /?И.О (1 — cos <р),
#f== Ян.о(ф —Sin<p).
При графоаналитическом профилиро-
вании по этим формулам подсчитываются
координаты z^i последовательных поло-
жений базовой точки А луча, соответст-
вующие выбранным значениям угла <р.
На чертеже вычерчиваются последова-
тельные положения луча Л, характери-
зующиеся величинами zt, yt, <рР Зная
положение базового луча, по шаблону
изображаются последовательные поло-
жения профиля детали, и проводится
огибающая к ним, которая и будет иско-
мым профилем инструмента.
Рассмотрим пример определения про-
филя червячной фрезы графоаналитиче-
ским способом. Будем считать известными
профиль детали D (рис. 203, а), радиус
начальной окружности /?н.о = 100, по-
ложение базового луча А.
Рис. 202. Схема определения последовательных
положений профиля детали
Координаты последовательных поло-
жений базовой точки А будут равны:
2Х = 100 (1 •— cos <р),
уг — 100 (<р — sin<p).
Величины углов <р при рассматривае-
мом способе профилирования выбирают-
ся в пределах угла обкатки сопряженных
профилей, в течение которого наблюдает-
ся контакт исследуемого участка профи-
ля детали и соответствующего участка
профиля инструмента.
При графоаналитическом профилиро-
вании угол обкатки может определяться
графически с относительно небольшой
точностью.
Угол поворота детали вокруг своей
оси от принятого ее исходного положе-
ния до положения, при котором исследуе-
мая точка К профиля будет находиться
в контакте с соответствующей точкой
профиля инструмента, можно определить
используя свойство общих нормалей.
Нормаль МК к профилю детали в точ-
ке К пересекает начальную окружность
в точке М. Следовательно, в тот момент,
когда точка М будет полюсом зацепле-
ния, точка К будет находиться в контак-
те, так как нормаль КМ пройдет через
полюс зацепления.
278
Глава XI. Инструменты, работающие методом обкатки
Рис. 203. Графоаналитическое профилирование
червячных фрез
Таким образом, угол МОА будет углом
поворота детали от ее исходного положе-
ния до положения, в котором исследуе-
мая точка К будет находиться в контакте.
В исходном положении детали профи-
лирующей точкой будет точка Е, так как
нормаль в этой точке проходит через
полюс зацепления.
Таблица 9
ф° 1 ф ф — sin ф Ч VI
1 0,00015 0,00000 0,015 0,000
2 0,00061 0,00001 0,061 0,001
3 0,00131 0,00002 0,131 0,002
4 0,00244 0,00006 0,244 0,006
5 0,00380 0,00011 0,380 0,011
6 0,00548 0,00019 0,548 0,019
7 0,00745 0,00030 0,745 0,030
8 0,00973 0,00045 0,973 0,045
9 0,01231 0,00065 1,231 0,065
10 0,01519 0,00088 1,519 0,088
11 0,01837 0,00118 1,837 0,118
12 0,02185 0,00153 2,185 0,153
13 0,02563 0,00194 2,563 0,194
14 0,02970 0,00242 2,970 0,242
15 0,03407 0,00298 3,407 0,298
16 0,03874 0,00362 3,874 0,362
17 0,04369 0,00433 4,369 0,433
18 0,04894 0,00514 4,894 0,514
19 0,05448 0,00605 5,448 0,605
20 0,06031 0,00705 6,031 0,705
21 0,06642 0,00815 6,642 0,815
22 0,07282 0,00937 7,282 0,937
23 0,07949 0.01070 7,949 1,070
24 0,08645 0,01214 8,645 1,214
25 0,09369 0,01371 9,369 1,371
26 0,10121 0,01541 10,121 1,541
27 0,10899 0,01785 10,899 1,785
28 0,11705 0,01922 11,705 1,922
29 0,12538 0,02134 12,538 2,134
30 0,13397 0,02360 13,397 2,360
Угол поворота детали от ее исходного
положения до положения, в котором
точка С будет в контакте является
< АОС — т. Угол т будет углом обкатки
для участка ЕС профиля детали. Ана-
логично для участка BE профиля детали
углом обкатки будет < АО В = — т. Та-
ким образом, чтобы полностью обкатать
профиль ВЕС, необходимо угол обкатки
выбирать в пределах — т <; <р < т.
Обычно обкатку ведут на несколько
больший угол и изображают одно-два
последовательных положений профиля
детали за пределами угла обкатки, когда
профиль детали не соприкасается с про-
филем инструмента.
§ 9. Аналитическое профилирование червячных фрез
279
Расчетные координаты ztyt последова-
тельных положений базовой точки А
приведены в табл. 9.
Расчет проведен только для положи-
тельных значений угла <р. Последова-
тельные положения точки А при отри-
цательных значениях угла <р характери-
зуются теми же абсолютными величинами
координат xtyt, но координаты yt в этом
случае следует брать с отрицательным
знаком, т. е. последовательные положе-
ния базовой точки А, при принятом ис-
ходном положении располагаются сим-
метрично относительно оси г.
По найденным координатам (г/£г£ф)
в выбранном масштабе изображаются
последовательные положения базового
луча А (рис. 203, в). Строится шаблон
профиля детали и наносится на нем ба-
зовый луч (рис. 203, б). Совмещая луч
шаблона с последовательными положе-
ниями базового луча, в системе гу по
шаблону вычерчиваются последователь-
ные положения профиля детали (рис.
203, в). Графически находится огибаю-
щая к ним, которая и будет искомым
профилем инструмента.
§ 9. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ
ЧЕРВЯЧНЫХ ФРЕЗ
При аналитическом профилировании
червячных фрез по заданному профилю
детали определяется сопряженный про-
филь инструмента. Известными так же
считаются движения, совершаемые в
процессе обработки инструментом и за-
готовкой. Относительное движение про-
филя инструмента и детали сводится к
качению без скольжения начальной ок-
ружности, связанной с профилем детали,
по начальной прямой, связанной с инст-
рументом. Поэтому радиус /?н.о началь-
ной окружности будем считать извест-
ным.
Выберем систему координат ухгг, свя-
занную с профилем детали (рис. 204),
z/2z2, связанную с профилем инструмента,
уйгп — неподвижную.
Относительное движение профиля ин-
струмента и детали можно представить
как вращение системы уггг вокруг начала
координат, расположенного на оси дета-
ли, и поступательного движения системы
i/2z2 вдоль начальной прямой, т. е. оси
у2. В этом случае полюс зацепления
(точка касания начальной окружности
и начальной прямой) в системе уого будет
занимать неизменное положение и совпа-
дать с началом координат системы уого.
В системе уггх угол поворота обозначим
t. Поступательное перемещение RK.ot
системы у2г2 соответствует углу t, так как
в процессе обработки начальная окруж-
ность катится без скольжения по началь-
ной прямой. Тогда формулы преобразо-
вания координат при переходе от системы
Уо^ к системе i/2z2 будут:
22 ~~ 20>
у% — Уо Ru.ot-
Формулы перехода от системы у^
к системе у0г0 имеют вид
Zo = Уг sin t + zr cos t — /?н.о,
Уо = У1 cos t — zt sin t.
280
Глава XI. Инструменты, работающие методом обкатки
Формулы перехода от системы ухгх
к системе t/2z2 записываются таким обра-
зом:
г2 = ух sin t + гх cos t —• 2?н.о,
i/2 = У1cos * — гх sin t + RH.ot.
На профиле детали возьмем произ-
вольную точку М с координатами у1г гх.
Угол между касательной к кривой профи-
ля в точке М и осью уг обозначим ф.
Так как профиль детали задан, то из-
вестным можно считать и угол ф. В на-
чальный момент времени касательная
к профилю детали в точке М составляет
также угол ф с осью у0, поскольку она
идет параллельно оси ylt В произвольный
момент, когда система у^ повернется
на угол t вокруг начала координат, ка-
сательная к профилю детали в точке М.
будет составлять с осью у0 угол фх =
= ф 4- t.
Определим, в какой момент времени,
т. е. при каком угле поворота t, точка М
будет контактировать с сопряженной точ-
кой профиля инструмента. Для этого за-
пишем для точки М уравнение контакта
N - V = 0.
В системе уого нормаль М к профилю
в точке М записывается таким образом:
Относительное движение точки М в
любой момент времени сводится к мгно-
венному вращению вокруг полюса. По-
этому вектор V, идущий по направлению
скорости относительного движения, бу-
дет перпендикулярен радиусу, соединяю-
щему начало координат ^иетемы уого
с точкой М (yozo). Вектор V может быть
записан таким образом:
V=.]zo — kyoi
где у0г0 — координаты исследуемой точ-
ки М в системе yozn.
Следовательно, уравнение контакта в
рассматриваемом случае будет:
г0 tg (ф 4- 0 + у0 = 0,
отсюда
tg^-H)=---------f*-.
zo
Подставляя вместо у0 и г0 их значения,
по формулам преобразования координат
получим:
у, cos t — Zj sin t
yi sin^ + ZiCos/ —Лн о »
отсюда получаем:
(у r sin t -J- z, cos t) sin (ф 4- t) — RBM X
X sin (Ф + 0 — (гх sin ~ Sicos 0 X
X cos (ф -J-1).
Определяя sin (ф 4- t), имеем:
sin (Ф 4-0=
*41.0
Совместное рассмотрение этого уравне-
ния контакта, уравнения профиля детали
и формул преобразования координат
определяет искомый профиль инстру-
мента.
Последовательность расчета координат
узловых точек профиля инструмента мо-
жет быть следующей:
на профиле детали выбирается сово-
купность узловых точек, координаты ко-
торых будут уг, гг, а углы наклона каса-
тельных к оси ух—ф. Величины г/^ф
в узловых точках профиля детали счи-
таются известными;
определяются углы поворота системы
ухгх, при которых выбранные узловые
точки профиля детали будут контактиро-
ваться с соответствующими точками про-
филя инструмента:
• i । а u, cos ф 4- г. sin ф
sin (ф 4- 0 — ---р -------— ,
*^н.о
по формулам преобразования коорди-
нат находятся точки контакта в системе
у2г2, которые будут искомыми узловыми
точками профиля инструмента:
у2 = Уг cos i ’— г1 sin 14- t,
z2 = yx sin t 4- zr cos t — RB.O,
§ 10. Условия формообразования при обработке фасонных профилей
281
В системе же уого точки контакта дают
линию зацепления.
Рассмотрим частный случай обработки
червячными фрезами деталей с прямоли-
нейным профилем, типа шлицевых валов.
Будем считать, что в системе у^ прямая
профиля детали идет параллельно оси
и отстоит от оси детали на расстоянии h.
Тогда уравнение прямой профиля детали
будет:
yi = h.
Угол ф = 90° для всех точек прямой
профиля детали.
Следовательно, в рассматриваемом
случае уравнение контакта запишется та-
ким образом:
cost = ——.
« 10. УСЛОВИЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ
ПРИ обработке фасонных профилей
ЧЕРВЯЧНЫМИ ФРЕЗАМИ
Одним из необходимых условий формо-
образования червячными фрезами за-
данного профиля детали в точном соот-
ветствии с чертежом является условие
существования профиля инструмента,
т. е. необходимо, чтобы все точки профи-
ля детали имели сопряженные точки
профиля инструмента и в определенные
моменты времени с ними контактирова-
лись. Как известно, при обработке чер-
вячными фрезами контакт сопряженных
точек происходит тогда, когда общая
нормаль к профилям проходит через
полюс зацепления. В системе, связанной
с профилем детали, совокупность полю-
сов зацепления в различные моменты
времени образует начальную окруж-
ность. Поэтому, чтобы выполнялось ус-
ловие существования профиля инстру-
мента, необходимо, чтобы нормали к про-
филю детали во всех его точках пересека-
ли начальную окружность.
Рис. 205. Выбор радиуса начальной окружнос-
ти из условия существования исходной поверх-
ности
Например, деталь имеет г зубьев, про-
филь которых очерчен окружностью
ВСЕ радиуса р (рис. 205). Поэтому нор-
мали к профилю ВСЕ будут проходить
через центр окружности Ог. В граничной
точке В профиля нормалью будет линия
ОгВ. Окружность радиуса Q, касатель-
ная к нормали ОгВ, будет пересекать все
нормали к профилю ВСЕ детали. Если
взять окружность меньшего радиуса, то
нормали к профилю детали в зонах, со-
ответствующих точкам В и Е, не будут
пересекать начальную окружность и не
будут иметь сопряженных точек профиля
инструмента.
Поэтому, исходя из рассматриваемого
условия, за начальную окружность мо-
жет быть принята окружность, радиус
которой равен:
Rh.o > Q ИЛИ 7?н.о > —ft2.
где Re — радиус точки В;
h — расстояние от оси детали до
касательной к профилю в точ-
ке В.
При обработке деталей с прямоли-
нейным профилем, типа шлицевых ва-
лов, условие существования профи-
ля инструмента для прямолинейного
282
Глава XI. Инструменты, работающие методом обкатки
Рис. 206. Внутреннее касание сопряженных
профилей
участка профиля детали записывается
аналогично:
RS.o>V^e — h\
где 7?н.о — радиус начальной окруж-
ности детали;
Re — радиус окружности высту-
пов;
h — расстояние от прямой про-
филя до оси детали.
Если рассмотренное условие выпол-
няется, то существует профиль инстру-
мента, который в процессе обработки
касается профиля детали. Однако касание
профиля инструмента может наблюдать-
ся не с наружной, а с внутренней стороны
профиля детали. В последнем случае фор-
мообразующий (способный резать) про-
Рис. 207. Точка возврата на профиле червяч-
ной шлицевой фрезы
филь инструмента будет внедряться в те-
ло детали и срезать частично ее материал.
Поэтому обработка детали в соответствии
с заданными ее размерами окажется
невозможной.
Так, существует профиль инструмента,
сопряженный с профилем детали в форме
окружности радиуса р (рис. 206). Однако
имеет место внутреннее касание последо-
вательных положений профиля инстру-
мента с профилем детали. Поэтому при
выбранном радиусе начальной окружнос-
ти образование заданной детали в соот-
ветствии с чертежом невозможно.
Если же изменить радиус начальной
окружности и принять его равным R, то
нормали к профилю детали во всех точ-
ках будут проходить через полюс зацеп-
ления. Поэтому профиль инструмента
будет совпадать с профилем детали и об-
работка ее окажется возможной.
Профиль червячной фрезы, сопряжен-
ный с профилем детали, может иметь
точку возврата. Используя свойство об-
щих нормалей, определим профиль инст-
румента, сопряженный с профилем де-
тали в форме дуги окружности радиуса р
(рис. 207). Последовательные положения
профиля детали пересекают начальную
окружность в точках 1, 2, 3, 4 ... . Точки
линии зацепления определены как точки
последовательных положений окруж-
ности р, которые расположены на их ра-
диусах, проходящих через полюс зацеп-
ления Р.
Точки линии зацепления трансформи-
рованы в профиль инструмента. Он имеет
точку возврата, соответствующую макси-
муму линии зацепления. В точке возвра-
та меняется сторона контакта профиля
детали с профилем инструмента. Поэтому
точка возврата ограничивает практиче-
ски приемлемый участок профиля инст-
румента.
Точка возврата на профиле инструмен-
та наблюдается и при обработке деталей
с прямолинейным профилем. Она соот-
§ 10. Условия формообразования при обработке фасонных профилей
283
ветствует точке максимума линии зацеп-
ления.
При обработке деталей с прямолиней-
ным профилем линия зацепления опре-
деляется так:
1. Уравнением профиля детали
=
2. Уравнением контакта
cos t = .
^н.о
3. Формулами преобразования коор-
динат:
2о = sin * + zi cos t — 7?„.о,
дп == дг cos I — 2г sin I.
Угол t, при котором г0 принимает
максимальное значение, определяется из
соотношения:
dz0 _п
dt
или
h {— cos 0 + 2 cos t sin IRb.o = 0.
Так как
то последнее соотношение можно запи-
сать в таком виде:
отсюда
= 0.
Эта величина гх соответствует миниму-
му на линии зацепления. Максимуму же
на линии зацепления соответствует вели-
чина
Точка на профиле детали с полученной
координатой г соответствует максимуму
линии зацепления, т. е. точке возврата
на профиле инструмента. Поэтому для
обеспечения обработки вершины шлица
на детали без подрезания необходимо,
чтобы точка с координатами ~
= о________0,25ft2 была вершинной точ-
кой профиля детали и располагалась на
окружности выступов, радиуса
Я2 = г2 + ft2 = flL — 0,25ft2 4- ft2.
Определяя отсюда радиус начальной
окружности, получим:
/?„.o==/^-0,75ft2.
По этой формуле следует рассчитывать
минимальное значение радиуса началь-
ной окружности при обработке червяч-
ными фрезами деталей с прямолинейным
профилем, исходя из условия внешнего
касания сопряженных профилей.
Анализируя условия формообразова-
ния, необходимо учитывать, что профиль
детали обычно состоит из ряда участков.
Так, при изготовлении шлицевого вала
червячной фрезой обрабатываются боко-
вые стороны и окружность впадин. Бо-
ковая сторона шлицевого вала форми-
руется участком профиля инструмента'
(рис. 208). Граничная точка а боковой
стороны шлица обрабатывается точкой о
инструмента в тот момент, когда точки
а и с попадут на линию зацепления в точ-
ку ft, Таким образом, точка с является
Рис. 208. Переходная кривая при обработке
червячной фрезой шлицевого вала
284
Глава XI. Инструменты, работающие методом обкатки
крайней точкой профиля инструмента,
сопряженного с боковой стороной шлипа.
Участком И2 профиля инструмента,
сопряженным с окружностью впадин, бу-
дет прямая, параллельная начальной
прямой. В процессе обработки прямая
Яа касается окружности впадин. Смеж-
ные участки //j и Яа профиля инструмен-
та пересекают друг друга в точке е,
которая будет реальной крайней точкой
профиля инструмента. Зона ее профиля
инструмента в металле не будет осуществ-
лена. В результате точка а профиля де-
тали не будет обработана и в этой зоне
будет образована так называемая пере-
ходная кривая. Крайняя точка е профи-
ля инструмента будет обрабатывать точ-
ку k профиля детали в тот момент, когда
ови попадут на линию зацепления в точ-
ку т. Поэтому ниже точки k на профиле
детали в процессе обработки граничной
точкой е профиля инструмента будет
создаваться переходная кривая. В ре-
зультате обработка детали в точном
соответствии с чертежом оказывается
невозможной.
Чтобы в рассматриваемом случае точно
обработать зону а детали, необходимо
радиус начальной окружности принять
равным радиусу окружности впадин Rt.
Тогда точка а прямой профиля де-
тали будет профилироваться одновре-
менно с точкой а окружности впа-
дин и пересечения смежных участков
профиля инструмента наблюдаться не
будет.
Однако, если при обработке обычных
шлицевых валов принять 7?н.о = Ri, то
вершина шлица не может быть сформи-
рована, так как в этой зоне не будут
соблюдаться предыдущие условия фор-
мообразования поверхности детали в
соответствии с чертежом. Поэтому при
проектировании червячных фрез радиус
начальной окружности выбирают, учи-
тывая три рассмотренных условия фор-
мообразования.
Для деталей с прямолинейным про-
филем они выражаются тремя уравне-
ниями: ______
Rn.o>VR2e^h!>, (1)
Яи.о> К^~0,75йа, (2)
Rn.o — Rf (3)
Первое условие автоматически удов-
летворяется, если будет выполнено вто-
рое условие. Поэтому при проектирова-
нии червячных шлицевых фрез наиболее
часто радиус начальной окружности под-
считывают по соотношению:
Ян.о = V — 0,75/г2.
Однако для острошлицевых валов, у
которых величина h велика, расчет по
этой формуле дает значения /?н.о, мень-
шие Rt. В этом случае целесообразно
принять /?н.о = Rf Тогда все три рас-
смотренных условия формообразования
будут удовлетворены и обработка детали
окажется возможной в полном соответст-
вии с чертежом.
$ И. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
ЧЕРВЯЧНЫХ ФРЕЗ
Червячная фреза представляет собой
исходный червяк, у которого прорезаны
стружечные канавки и прозатылованы
зубья.
Размеры зубьев фрезы задаются на
чертеже в нормальном сечении к направ-
лению витков и определяются при профи-
лировании. Шаг зубьев фрезы fB, изме-
ренный вдоль начальной прямой, равен
шагу зубьев детали, измеренному по на-
чальной окружности:
t 2л^н.о
ги — п
где п — число зубьев детали.
Соответственно толщина S зуба фрезы
равна ширине впадины детали, измерен-
ной по начальной окружности.
§11. Конструктивные элементы червячных фрез
285
Высота головки зуба фрезы подсчиты-
вается по формуле:
h = /?н.о — Ri,
где R( — радиус окружности впадины
детали.
В основании профиль зуба фрезы за-
канчивается скосом под углом от 35 до
50°, предназначенным для обработки
фасок на вершине зуба детали, и высотой
1—2 мм. Если же на вершине зуба детали
имеются закругления, то соответственно
закругление будет иметь и профиль инст-
румента.
С иелью обеспечения шлифования про-
филя во впадине зуба создается нешлифо-
ванная выточка, ширина которой на 2—
4 мм берется меньше ширины профиля во
впадине зуба фрезы. Глубина выточки
при условии ее затылования принимает-
ся равной 1,5—3,0 мм.
Для упрощения изготовления фрез,
шаблонов и контршаблонов теоретически
точную кривую профиля фрезы заменяют
обычно дугой окружности. Наиболее
простой способ замены заключается в
проведении окружности через три вы-
бранные точки профиля, одна из которых
совпадает с началом координат. Радиус
Ро дуги, заменяющей окружности, и
координаты (х0у0) ее центра (рис. 209)
определяются по следующим формулам:
р _ ______Уг ________
0 2 sin о3 sin (Оц — <т2)’
Хо = Ro sin (<Т3 — Oj + О2) + Х2,
00 = 9о — я cos (о3 — ах + о2),
где
= tg°2 = —-J
*1 Л2
Передний угол на вершине зуба фрезы
обычно принимается равным нулю, а зад-
ний угол а — 9 4- 12° создается затыло-
ванием червячной фрезы по архимедовой
спирали. Величина затылования /С под-
считывается по формуле:
TtD.„
К tgaB.
У фрез со шлифованным профилем на
задней поверхности создается резцом
до термообработки второй затылок для
обеспечения выхода шлифовального кру-
га при шлифовании профиля. Величина
второго затылования для нешлифован-
ной части зуба = (1,2 — 1,75) К.
Число зубьев фрезы z = 12 при диа-
метре фрезы 50—85 мм, и г = 14 при
диаметре свыше 85 мм.
Число зубьев и профиль стружечной
канавки устанавливают исходя из усло-
вий обеспечения прочности зуба, доста-
точного числа переточек, достаточного
пространства для размещения и схода
стружки и свободного выхода инстру-
мента при затыловании профиля. Угол О
впадины между зубьями принимается
равным 25°, а радиус закругления стру-
жечной канавки г = (1 4- 4) мм.
Глубийа стружечной канавки
H = h + +
286
Глава XI. Инструменты, работающие методом обкатки
Канавки для стружки в червячных
фрезах чаще всего выполняются вин-
товыми. Угол наклона винтовых канавок
принимается равным углу подъема резь-
бы исходного червяка. Это обеспечивает
одинаковые условия резания на боковых
кромках. При небольшом угле наклона
w < 1 Ч- 2° канавки выполняются пря-
мыми, что упрощает процесс изготовле-
ния таких инструментов. Угол <о наклона
стружечных канавок (со — т) и их шаг
определяют по формулам:
sin со = —,
П°ср
sK = nDcp ctg со,
где ?п шаг витков исходного червяка
по нормали;
Пер — средний расчетный диаметр
фрезы.
Средний диаметр фрез определяется
с учетом переточек фрезы по передней
поверхности. При переточках наружный
и средний диаметры фрезы уменьшаются.
Рассчитывая угол со и шаг sK, берут сред-
нее значение среднего диаметра фрезы
и определяют его по формуле:
Пср = Deil '—>2h —- (0,2 —* 0,5) К,
где Пей — наружный диаметр новой фре-
зы, проставляемый на ее чер-
теже.
При выборе наружного диаметра Пен
червячной фрезы необходимо учитывать,
что с уменьшением наружного диаметра
увеличивается угол т подъема резьбы
исходного червяка и точность обработки
уменьшается. Это объясняется тем, что
при профилировании зацепление исход-
ного червяка и детали было сведено к за-
цеплению детали и сопряженной рейки,
что теоретически точно только при т = 0
и бесконечно большом диаметре фрезы.
Желательно, чтобы угол т подъема вит-
ков фрезы был не более 6—7°. Следова-
тельно,
аи > таг + 2h + <€’2 + °’5)Л-
Величина наружного диаметра фрезы
должна также обеспечивать достаточную
прочность и жесткость оправки и ступи-
цы фрезы. Ориентировочно величина
диаметра отверстия равна:
d = (0,20 ~ 0,45) Dm.
Размер диаметра отверстия должен вы-
бираться из нормального ряда диаметров
отверстий насадного инструмента.
Обычно длина червячной фрезы
L = (0,7 4- 0,9) Д>„.
Минимально необходимая длина фрезы
должна обеспечить полную обработку
заданной поверхности детали. Соприкос-
новение профиля инструмента и детали
происходит на рабочем участке линии за-
цепления. Поэтому, если спроектировать
рабочий участок линии зацепления на на-
чальную прямую, получим ее минималь-
но необходимую длину.
При проектировании выбирают длину
фрезы больше ее минимально необходи-
мой величины. Это делается для того, что-
бы крайние зубья, предварительно выре-
зающие металл из впадины, работали без
перегрузки. Увеличенная длина фрезы
позволяет также при эксплуатации пе-
реставлять фрезу на оправке вдоль ее
оси. В результате обеспечивается более
равномерный износ зубьев и повышается
срок службы фрезы.
Общая длина фрезы включает, кроме
длины рабочей части, длину двух бурти-
ков, расположенных на торцах. Поверх-
ность буртиков выполняется концентрич-
ной с витками исходного червяка. Она
служит для контроля отсутствия биения
фрезы при установке на зубофрезерном
станке. Длина буртика принимается рав-
ной 2,5—5 мм.
Точность элементов профиля фрезы
определяется измерением нарезанного
контрольного кольца.
§ 13. Аналитическое профилирование долбяков
287
§ 12. ДОЛБЯКИ.
ГРАФИЧЕСКОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ
Наиболее простым способом графиче-
ского профилирования долбяков яв-
ляется способ копирования последова-
тельных положений профиля детали.
При этом способе профилирования в вы-
бранном масштабе на чертежной бумаге
изображается профиль детали и приводят
начальную окружность (рис. 210. а). Ра-
диальными лучами начальная окруж-
ность детали радиуса делится на дуги,
длины которых принимаются не более
0,1 /?г.
На кальке в том же масштабе изобра-
жается начальная окружность инстру-
мента радиуса R2. Радиальными лучами
начальная окружность инструмента де-
лится на дуги, длины которых прини-
маются равными длинам соответствую-
щих дуг начальной окружности детали
(рис. 210, б). Графически воспроизво-
дится обкатка начальной окружности де-
тали по начальной окружности долбяка.
Для этого совмещается первый радиаль-
ный луч кальки с первым лучом детали
так, чтобы начальная окружность инст-
румента касалась начальной окружности
детали. В этом положении на кальку ко-
пируется контур детали.
При качении начальной окружности
инструмента по начальной окружности
детали последовательно будет наблю-
даться совпадение соответствующих
радиальных лучей детали и инстру-
мента.
Поэтому для изображения второго по-
следовательного положения профиля де-
тали необходимо совместить второй луч
кальки со вторым лучом детали так, что-
бы начальные окружности касались друг
друга. В этом положении обводится на
кальке контур детали и находится таким
образом второе последовательное поло-
жение профиля детали. Продолжая по-
строение, на кальке наносят последова-
тельные положения профиля детали, оги-
Рис. 210. Графическое профилирование долбя-
ков способом копирования последовательных
положений профиля детали
бающая к которым будет искомым профи-
лем долбяка.
Графически профиль долбяка можно
определить также, используя свойство
общих нормалей: общая нормаль к сопря-
женным профилям в точке их касания
проходит через полюс зацепления. Этот
способ удобен в тех случаях, когда к
профилю детали легко проводятся нор-
мали, например, когда профиль детали
является отрезком прямой, дугой окруж-
ности или эвольвентой.
§ 13. АНАЛИТИЧЕСКОЕ
ПРОФИЛИРОВАНИЕ ДОЛБЯКОВ
Решая аналитически задачу профили-
рования долбяка (рис. 211), предназна-
ченного для обработки заданной детали,
28S
Глава XI. Инструменты, работающие методом обкатки
выберем следующие системы координат:
у& — связанную с профилем детали;
у2г2 — связанную с профилем инстру-
мента;
yozo — неподвижную.
Будем считать, что система у^ вра-
щается вокруг начала координат, распо-
ложенного на оси детали, а система
j/2z2 — вокруг оси инструмента. Движе-
ния вращения систем у^ и у2г2 взаимно
связаны друг с другом, и в процессе
обработки наблюдается качение без
скольжения начальной окружности ра-
диуса связанной с деталью, по на-
чальной окружности радиуса Р2, свя-
занной с инструментом. Относительное
движение детали и инструмента будет
мгновенным вращением вокруг полюса Р,
точки касания начальных окружностей,
которая в системе yozQ занимает неизмен-
ное положение и совпадает с началом
координат.
Угол поворота системы уггг обозначим
t. Тогда угол поворота системы y2z2
будет t2— t-^~, так как в процессе обра-
ботки окружность радиуса Rl катится
без скольжения по окружности радиу-
са Р2.
Формулы преобразования координат
при переходе от системы у^ к увг0 будут:
гв — Zx cos/-}-#! sin
Уо — У1 cos sin t.
Формулы связи систем координат уогй
и у2г2 будут:
У2 = К — Р2) sin (t -^-)—
^ecosG<),
г2 = (P2 <— z0) cos (t b—
\ a2 /
— Уо s»n
Формулы перехода от системы у^
к системе у2г^ записываются таким обра-
зом:
у2 = Zj sin ) —- уt cos х
X (t -^5^-) - (Pi + Rt) sin (t
Z2 = (Pl + P2) cos U ) —• Zj cos X
x
На профиле СЕ детали возьмем произ-
вольную точку М с координатами у^.
Угол между касательной к кривей СЕ
профиля в точке М и осью у2 обозначим ф.
В начальный момент времени каса-
тельная к профилю детали в точке М
составляет также угол ф с осью у0, так
как она идет параллельно оси уи
В произвольный момент, когда система
yrZi повернется на угол t, касательная
к профилю детали в точке М будет со-
ставлять с осью у0 угол фх = ф + t.
§14. Графоаналитическое профилирование долбяков
289
Определим, в какой момент времени
точка М будет контактиоовать с сопря-
женной точкой профиля инструмента.
Для этого запишем уравнение контакта
точки М:
N • V = 0.
В системе уого нормаль к профилю СЕ
в точке М будет:
w_==7tg(4> + o—~k.
Вектор V, идущий по направлению
скорости относительного мгновенного
вращения вокруг полюса, может быть за-
писан таким образом:
V = lz0 — ky0.
Следовательно, уравнение контакта
будет:
*о tg (Ф + 0 + У о = 0,
откуда
tg(ip+ t) =----
*0
Подставляя вместо у0 и г0 их значения,
выраженные через гг и уъ будем иметь:
tg Гф + t\ =---г< sin ? —У1С08г-е
S т cos / sin / —
Определяя t, получим:
• i, д Ул cos ф + г, sin ф
Sin (Ф + /) = ------ту2- 1--3— .
Зная угол t, при котором происходит
профилирование точки М детали, с по-
мощью формул преобразования находят
координаты у2г2 сопряженной точки про-
филя инструмента.
Подобно точке М, выбрав на профиле
детали ряд узловых точек, рассчитывают
координаты сопряженных точек инстру-
мента в системе y2z2, совокупность кото-
рых и будет искомым профилем инстру-
мента.
§ 14. ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКОЕ
ПРОФИЛИРОВАНИЕ ДОЛБЯКОВ
Это профилирование заключается в вы-
черчивании последовательных положе-
ний профиля детали в системе координат
10 4-1967
г^у2, связанной с инструментом, и прове-
дении огибающей к ним, которая и будет
профилем инструмента.
В системе г2у2 положение профиля де-
тали будем задавать лучом А, который
направим по оси гг. Примем, что в на-
чальный момент луч А идет по оси г2, а
его базовая точка совпадает с полюсом
зацепления.
Координаты базовой точки А в системе
уггг равны: уг — 0 и гг = Rx. При пово-
роте системы у^х на угол t в процессе об-
катки луч А будет отклоняться от оси
, ^2
z2 на угол е = t —.
Кг
Координаты последовательных поло-
жений базовой точки А луча будут опре-
деляться по формулам преобразования:
у2 = sin (t ) —
'— (Ri + Rzf s*n {t *
z2 = (Яг + R?) cos —
~tf1Cos(z *-±*4
Так как соприкосновение сопряжен-
ных профилей детали и инструмента
обычно происходит вблизи полюса зацеп-
ления, целесообразно построение вести
в системе координат г2 у%, смещенной по
отношению к системе г2у2 вдоль оси z2
на расстояние R2. В этом случае начало
координат системы z2y^ будет совпадать
с полюсом зацепления, что позволяет
вести построение только в зоне соприкос-
новения сопряженных профилей, при-
менять большие масштабы и таким путем
повышать точность профилирования.
В системе z^yi координаты последова-
тельных положений базовой точки А
луча будут подсчитываться по формулам:
, 4/2 = 4/2.
Z2 = Z2 R2.
290
Глава XI. Инструменты, работающие методом обкатки
Зная координаты последовательных
положений базовой точки А, в выбран-
ном масштабе изображают последова-
тельные положения луча и по шаблону
вычерчивают последовательные положе-
ния профиля детали, огибающая к ко-
торым и будет искомым профилем инстру-
мента.
Пределы изменения угла I, соответст-
вующие контакту сопряженных профи-
лей детали и долбяка, определяют гра-
фически, используя свойство общих нор-
малей, подобно тому, как этот вопрос
решался при графоаналитическом про-
филировании червячных фрез.
§ 15. УСЛОВИЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ
ПРИ ОБРАБОТКЕ
ФАСОННЫХ ПРОФИЛЕН ДОЛБЯКАМИ
При проектировании долбяков можно
выбирать различные размеры начальных
окружностей. Например, на рис. 212, а
определены профили долбяка, имеющего
радиус начальной окружности Р“.о и
предназначенного для обработки остро-
шлицевого вала при различных размерах
радиусов начальных окружностей.
Из построения (рис. 212, б) следует,
что при малом радиусе начальной окруж-
ности детали Дм.о сопряженного профи-
ля долбяка не существует. Огибающую
к последовательным положениям профи-
ля детали провести нельзя. В этом случае
обработка заданной детали оказывается
невозможной, так как не существует
сопряженного профиля инструмента.
При большом радиусе 7?н.о началь-
ной окружности детали (рис. 212, в) со-
пряженный профиль существует. Одна-
ко, как следует из обратной обкатки
(рис. 212, г), во впадине зуба при этом
образуется переходная кривая и обработ-
ка заданного профиля детали в полном
соответствии с чертежом также оказы-
вается невозможной.
Таким образом, при проектировании
долбяков не всегда возможно обеспечить
обработку заданной поверхности детали
в полном соответствии с чертежом.
Рассмотрим условия, при соблюдении
которых обработка заданного профиля
детали оказывается возможной.
Первое условие — это условие сущест-
вования профиля добляка, сопряженно-
го с профилем детали на всем его протя-
жении. В соответствии со свойством об-
щих нормалей в момент контакта общая
нормаль к сопряженным профилям про-
ходит через полюс зацепления. Совокуп-
ность полюсов в системе, связанной с де-
талью, образует начальную окружность.
Поэтому для рассматриваемого случая
условие существования сопряженного
профиля долбяка можно сформировать
таким образом: нормали к профилю де-
тали должны пересекать ее начальную
окружность.
Для точного образования заданного
профиля детали необходимо также обес-
печить выполнение второго условия и до-
биться отсутствия взаимного внедрения
сопряженных профилей детали и дол-
бяка.
В частности, профиль долбяка может
иметь точку возврата. Этот случай изоб-
ражен на рис. 213, где с помощью свойст-
ва общих нормалей определен профиль
долбяка, предназначенного для обработ-
ки прямолинейного участка профиля
детали. Принято, что в процессе обра-
ботки деталь и долбяк вращаются вокруг
своих осей, в результате чего осущест-
вляется обкатка начальной окружности
детали по начальной окружности дол-
бяка.
Полюс зацепления Р в неподвижной
системе координат будет занимать по-
стоянное положение, а в системах, свя-
занных с деталью и долбяком, будет
располагаться на соответствующих на-
чальных окружностях.
Будем считать, что в начальный мо-
мент времени прямая Ра профиля детали
§ 15. Условия формообразования при обработке фасонных профилей долбяками
291
Рис. 212. Профили долбяка для острошлицевого вала при различных радиусах начальных
окружностей
проходит через полюс зацепления и
отстоит от оси на заданном расстоянии,
равном h.
При вращении детали прямая профиля
Ра будет также вращаться и занимать
ряд последовательных положений 1, 2,
3, касательных к окружности радиу-
са h.
Чтобы определить точки контакта при
различных последовательных положе-
ниях профиля детали, из полюса зацеп-
ления Р проводятся нормали к последо-
вательным положениям прямой Ра. Так,
к последовательному положению 4в про-
ведена нормаль Рв. Точка в в исследуе-
мый момент времени будет точкой контак-
та, в которой нормаль проходит через
полюс Р.
Совокупность подобных точек контакта
в различные моменты времени будет
линией зацепления. Она определяется в
неподвижной системе координат.
В системе координат, связанной с дол-
бяком, точки контакта будут распола-
гаться на профиле долбяка.
Будем считать, что произвольная точка
в линии зацепления связана с долбяком.
Чтобы найти ее положение в начальный
момент времени, необходимо повернуть
точку в вокруг оси долбяка в направле-
нии, обратном вращению долбяка в про-
цессе обработки.
Так как в процессе обработки наблю-
дается обкатка начальных окружностей,
10*
рассматриваемый угол поворота точки в
будет соответствовать дуге начальной
окружности долбяка, равной о 4Р на-
чальной окружности детали. В результа-
те этого поворота точка в займет положе-
ние точки е профиля инструмента в его
начальном положении.
Подобно точке в путем обратного вра-
щения на соответствующие углы другие
точки линии зацепления приводятся на
искомый профиль долбяка в его началь-
ном положении.
Рис. 213. Профиль долбяка для обработки
шлицевого вала
292
Глава XI. Инструменты, работающие методом обкатки
Как следует из построения, профиль
долбяка имеет точку возврата с и две
ветви Иг и И2. Ветвь Иг с одной стороны
огибает профиль детали, а ветвь И2 оги-
бает с противоположной стороны прямую
профиля детали. Поэтому точка возврата
ограничивает практически приемлемый
участок профиля инструмента. В пре-
дельном случае она должна формировать
граничную точку профиля детали. Исхо-
дя из этого условия, определяют предель-
ный радиус начальной окружности, обес-
печивающий обработку заданного про-
филя детали без внедрения сопряженных
профилей.
Для третьего условия формообразова-
ния необходимо, чтобы смежные участки
инструментальной поверхности не пере-
секали друг друга. В рассматриваемом
примере обработки шлицевого вала это
условие не соблюдается. Из построения
следует, что для образования крайней
точки а прямолинейного участка шлица
необходимо на профиле долбяка Иг
иметь точку е. Однако осуществить в ме-
талле точку е невозможно, так как учас-
ток пересекается участком И3, кото-
рый формирует окружность впадин.
Граничной точкой d пересечения участ-
ков и И3 будет на профиле детали об-
разована точка k. Ниже этой точки будет
создаваться переходная кривая как
траектория движения точки d профиля
инструмента относительно профиля де-
тали.
Переходная кривая отсутствует, если
радиус начальной окружности детали
будет равен радиусу окружности впадин.
Однако в этом случае не всегда соблю-
даются другие условия формообразова-
ния. Поэтому принимать радиус началь-
ной окружности детали, равным радиусу
окружности впадин, часто оказывается
нецелесообразным.
При проектировании долбяков необ-
ходимо выбирать размеры начальных
окружностей, учитывая все условия фор-
мообразования. При этом добиваются
обработки деталей с минимально допус-
тимыми отклонениями от заданных раз-
меров.
§ 16. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
ДОЛБЯКОВ
Расчет профиля зубьев долбяка произ-
водят в сечении, перпендикулярном оси
долбяка. Это расчетное сечение прини-
мается совпадающим с передним торцом
или в теле долбяка на расстоянии а =
= (14-3) мм от переднего торца.
Величину а принимают небольшой,
чтобы при переточках долбяка не полу-
чить больших искажений профиля режу-
щей кромки. Заточку долбяка произво-
дят по передней конической поверхности,
ось которой совпадает с осью инстру-
мента.
Передний угол в осевом сечении при
проектировании принимают равным у =
= 0-4-5°.
Передний угол вносит соответствую-
щие искажения в профиль режущей
кромки и детали. С целью их уменьшения
передний угол на долбяке выполняют
небольшой величины. Из этих же сообра-
жений принимают при проектировании
долбяков малые величины задних углов
на вершинных кромках, порядка: а =
= 4 4-5°.
Радиус R2 начальной окружности дол-
бяка может быть произвольным. Однако
он должен быть не менее размера, под-
сказываемого конструктивными сообра-
жениями, и обеспечивать достаточную
прочность и жесткость инструмента.
Обычно число зубьев долбяка г прини-
мается в 1,5—2,0 раза больше числа
зубьев детали и соответственно переда-
точное отношение i = (0,7 4- 0,5). Ра-
диус начальной окружности долбяка в
1,5—2,0 раза больше радиуса начальной
окружности детали. Число зубьев долбя-
ка желательно округлять до четного
§ 16. Конструктивные элементы долбяков
293
числа для удобства измерений долбяка.
Высота головки зуба долбяка в исходном
сечении, равная высоте ножки зуба дета-
ли, определяется по формуле:
ha = — R{,
где /?х — радиус начальной окружности
детали;
Ri — радиус окружности впадин де-
тали.
Соответственно наружный диаметр
долбяка в исходном сечении равен:
Den — 2R- -|- 2/l„.
Внутренний диаметр долбяка в исход-
ном сечении:
£>„/ = 2(/?а —/г'—с),
где h — высота головки зуба детали,
равная h' = Re — Ri,
е — величина радиального зазора
между долбя ком и деталью,
равная 0,3—2,0 мм в зависи-
мости от шага зубьев.
Высота рабочей части долбяка берется
в пределах 10—20 мм.
Наряду с обработкой наружных зуб-
чатых изделий долбяки находят при-
менение также и при изготовлении
внутреннихзубчатых поверхностей. Зубо-
резный долбяк при нарезании внутрен-
них зубчатых деталей часто является
или единственно пригодным, или наи-
более рациональным по сравнению с
любым другим инструментом. При
проектировании долбяков для внутрен-
них зубчатых изделий необходимо
учитывать, что при увеличении числа
их зубьев уменьшаются переходные
кривые во впадине обработанной де-
тали, а также увеличивается долговеч-
ность долбяка. Однако, при этом уве-
личивается опасность срезания вершин
зубьев детали при врезании долбяка.
Проверку выбранного числа зубьев на
отсутствие срезания вершин зубьев де-
тали при врезании проводят графичес-
кой обкаткой профиля впадин детали
и профиля зубьев долбяка. Кроме
этого максимально возможное число
зубьев ограничивается также и тем,
что наружный диаметр долбяка для
зубчатых отверстий должен быть мень-
ше диаметра предварительно обрабо-
танного отверстия детали для обеспе-
чения свободного размещения долбяка.
Для шлицевых отверстий рекомен-
дуется число зубьев долбяка выбирать
в пределах г = (0,5 4- 0,65) п, где п —
число зубьев детали. Для отверстий с
прямолинейными шлицами профиля
зубьев долбяка будет очерчиваться
дугами окружностей, если число зубьев
принять равным z=0,5 п. Это облегча-
ет как проектирование, так и изготов-
ление рассматриваемых инструментов.
В зависимости от диаметров долбя-
ки бывают дисковые, втулочные и хво-
стовые. Для обработки наружных зуб-
чатых изделий наиболее часто приме-
няют дисковые, а для обработки внут-
ренних зубчатых изделий — втулочные
и хвостовые.
С целью повышения производитель-
ности используются также комбиниро-
ванные долбяки, имеющие на одной
половине зубья для черновой обработ-
ки, а на другой — для чистовой.
Зубья для черновой обработки мень-
ше по толщине, чем чистовые, благо-
даря чему между ними соответствую-
щим образом распределяется работа
нарезания. Долбяк имеет часть сре-
занных зубьев, что обеспечивает сня-
тие и установку заготовок без отвода
долбяка. Однако, комбинированные
долбяки — это инструменты ограни-
ченного применения.
294
ЗУБОРЕЗНЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Зубчатые колеса — самые распростра-
ненные детали в машиностроении. Они
применяются для передачи вращения
менаду параллельными, пересекающими-
ся и перекрещивающимися осями с по-
мощью цилиндрических, конических,
червячных и винтовых зубчатых пере-
дач.
Производство зубчатых колес пред-
ставляет собой трудоемкую работу на
сложном оборудовании дорогостоящим
зуборезным инструментом. Годовой рас-
ход на инструмент для зуборезных стан-
ков часто превышает стоимость самого
станка и в несколько раз превышает зара-
ботную плату рабочего.
В зависимости от конструкции зубча-
того колеса, формы его зубьев, требова-
ний к точности и чистоте поверхностей
и объема производства применяются раз-
личные способы изготовления и зуборез-
ные инструменты.
Рассмотрим применяемые режущие ин-
струменты, предназначенные для изго-
товления наиболее распространенных
прямозубых цилиндрических зубчатых
колес. Эти колеса могут иметь различные
профили зубьев. В общем машинострое-
нии получили преимущественное приме-
нение эвольвентные зубчатые колеса.
Размеры зубьев эвольвентных цилинд-
рических колес определяются исходным
контуром рейки. Зубья рейки — прямо-
линейного профиля. По ГОСТу исходный
контур зубчатой рейки (рис. 214) имеет
угол профиля а0 = 20°, высоту головки,
равную модулю: h' = т, высоту ножки
h" = 1,25m, шаг зубьев t = пт. Так
как высота ножки принимается больше
высоты головки зуба, в зацеплении созда-
ется соответствующий радиальный зазор
с = 0,25m. При обработке цилиндриче-
ских колес долбяками и шеверами допу-
скается увеличение радиального зазора
до 0,35m. Радиус гх закругления у корня
зуба исходного контура устанавливается
0,40m. Допускается увеличение радиуса
гъ если это не нарушает правильности
зацепления в передаче.
При окружных скоростях колес выше
определенных значений, в зависимости
от степени точности передачи, предусмат-
ривается применение фланкированного
исходного контура, боковой профиль
зубьев которого срезан при вершине на
некоторую величину аст. Высота среза
hc равна 0,45m, а коэффициент ве-
личины среза ас, в зависимости от степе-
ни точности передачи и модуля, колеб-
лется от 0,005 до 0,02. С уменьшением
модуля и снижением точности изготов-
ления колес величина ас возрастает.
Фланкирование зубьев снижает силы
удара при входе зубьев в зацепление и
при выходе их из зацепления, исключает
возможность кромочного зацепления,
уменьшает опасность заеданий, снижает
уровень шума.
§ 1. Общие сведения
295
В практике находят применение исход-
ные контуры с отличающимися от пре-
дусмотренных в ГОСТе параметрами.
Так, в высоконапряженных передачах
авиационных двигателей используются
зубчатые колеса эвольвентного зацепле-
ния с модифицированным исходным кон-
туром, имеющим угол профиля а0 = 28°.
Применение нестандартных исходных
контуров связано с необходимостью из-
готовления специального зуборезного
инструмента, а поэтому их можно реко-
мендовать лишь в исключительных слу-
чаях.
Размеры зубьев зуборезных инстру-
ментов определяются параметрами инст-
рументальной (производственной) рейки,
контур которой является как бы шабло-
ном к исходному контуру.
Так как в процессе обработки осущест-
вляется беззазорное зацепление инстру-
мента и обрабатываемого колеса во впа-
дине зубьев, высота головки зуба инстру-
ментальной рейки (рис. 215) принимается
равной
Ли = (/' + с')т — 1,25m.
Высота ножки инструментальной рейки
h" = 1,25m. Благодаря такой высоте
ножки в зонах вершин обрабатываемых
зубьев создается радиальный зазор, т. е.
наружная поверхность зубчатого колеса,
соответствующая окружности выступов,
не обрабатывается зуборезным инстру-
ментом. С целью разгрузки вершинных
режущих кромок чистовых инструментов
высоту головки производственной рейки,
соответствующей черновым инструмен-
там, делают увеличенной:
Аичери = 1,25m + 0,1 Ут.
Для обеспечения боковых зазоров в пе-
редаче толщину зуба инструментальной
рейки на средней линии определяют по
следующей формуле:
Рис. 214. Исходный контур зубчатой рейки
цилиндрических колес
Величина ASa.„ колеблется от 0,145 до
0,35 мм для модулей инструментальных
реек от 1,25 до 20 мм.
Для инструментов, предназначенных
для предварительного нарезания зубча-
тых колес, толщину зуба Sd.n уменьшают
на величину, соответствующую припуску
на последующую чистовую обработку
зубьев. Образование фланкированных
зубчатых колес производится инструмен-
тальной рейкой, имеющей соответствую-
щее утолщение у ножки зуба, высотой
Лф.и И углом ССф.и.
При качении без скольжения началь-
ной прямой инструментальной рейки по
начальной окружности заготовки про-
филь зуба рейки будет занимать ряд
последовательных положений, огибаю-
щая к которым будет профилем зуба
колеса.
На участке, соответствующем касанию
боковой стороны зуба рейки и профиля
колеса, создается в рассматриваемом
случае эвольвента. В зоне ножки зуба
наблюдается кромочное соприкосновение
вершины зуба рейки и профиля зуба ко-
Рис. 215. Исходный контур инструментальной
рейки
296
Глава XII. Зуборезный инструмент для цилиндрических колес
леса. Здесь создается переходная кривая
в форме удлиненной эвольвенты. Она
описывается точкой пересечения боковой
и вершинной сторон зуба рейки при ее от-
носительном движении во впадине зуба
нарезаемого колеса. Огибающей к после-
довательным положениям вершинной
кромки зуба инструментальной рейки
будет окружность впадин, которая в соот-
ветствующей зоне также ограничивает
профиль зуба колеса.
Нарезание цилиндрических зубчатых
колес может производиться методом ко-
пирования и методом огибания или об-
катки. К инструментам, обрабатываю-
щим зубчатые колеса методом копирова-
ния, относятся пальцевые и дисковые
зуборезные фрезы, зубодолбежные голов-
ки, одновременно нарезающие все зубья
колеса и др.
Схема фрезерования зубчатых колес
дисковыми или пальцевыми фрезами
(рис. 216, а) включает вращение фрезы
вокруг своей оси, чем создается требуе-
мая скорость резания. Заготовка, за-
крепленная в шпинделе делительной го-
ловки, совершает движение подачи вдоль
обрабатываемой впадины зубьев. После
обработки одной впадины заготовку от-
водят от фрезы и поворачивают на один
зуб при помощи делительной головки,
после чего производится прорезание сле-
дующей впадины.
Рассматриваемый способ обработки
исключительно прост и не требует приме-
нения специальных зуборезных станков,
но характеризуется относительно малой
производительностью и пониженной точ-
ностью нарезанных колес.
При обработке одного и того же зуб-
чатого колеса размеры пальцевой фре-
зы будут в неколько раз меньшими ди-
сковой. Пальцевая фреза обеспечивает
меньшую производительность и изнаши-
вается быстрее, чем дисковая, требуя бо-
лее сложной и частой переточки. Поэтому
применение пальцевой фрезы для нареза-
ния обыкновенных колес ограничено.
Пальцевые фрезы целесообразно исполь-
зовать при обработке колес с большими
модулями, когда размеры дисковых фрез
получаются недопустимо большими.
Из всех известных способов нарезания
прямозубых колес одним из наиболее
производительных является способ обра-
ботки их копированием зубодолбежными
головками (рис. 216, б), одновременно
нарезающими все зубья колеса. Зубо-
долбежная головка представляет собой
сложный сборный инструмент. Она со-
стоит из корпуса в виде диска, в радиаль-
ных пазах которого установлены призма-
тические фасонные резцы. Число резцов
равно числу зубьев обрабатываемого ко-
леса. Каждый резец прорезает только
одну впадину.
В процессе зубодолбления заготовка со-
вершает относительно головки возврат-
но-поступательное движение, за счет ко-
торого обеспечивается требуемая ско-
рость резания. Направление этого дви-
жения совпадает с осью заготовки.
Для распределения работы резания
на ряд двойных ходов предусматривается
периодическое движение подачи резцов
в радиальном направлении при каждом
рабочем ходе. При холостом ходе резцы
отводятся от заготовки для устранения
трения задней поверхности резцов о ма-
териал заготовки. Периодические движе-
ния резцов в радиальном направлении
осуществляются за счет перемещений
сводящего и разводящего колец относи-
тельно корпуса головки. Зубодолбежная
головка является специальным и дорого-
стоящим режущим инструментом. Она
предназначается для обработки одного
определенного колеса на специальном
станке при массовом и крупносерийном
производстве зубчатых колес.
К инструментам, нарезающим зубча-
тые колеса методом обкатки, относятся
зуборезные гребенки, зуборезные долбя-
ки и червячные зуборезные фрезы.
§ 1. Общие сведения
297
298
Глава XII. Зуборезный инструмент для цилиндрических колес
Схема обработки прямозубых зубчатых
колес зуборезными гребенками (рис. 216,в)
включает возвратно-поступательные дви-
жения инструмента вдоль оси заго-
товки, благодаря чему обеспечивается
заданная скорость резания. Заготовка,
закрепленная на столе станка, совершает
сложное движение обкатки, состоящее из
вращения вокруг своей оси и поступа-
тельного движения, скорость которого
перпендикулярна оси. Для обеспечения
врезания гребенки на полную высоту
зуба стол имеет подачу в направлении
инструмента. Гребенка имеет ограничен-
ное число зубьев. Поэтому в процес-
се нарезания осуществляется также пе-
риодическое движение пересопряжения
зубьев гребенки и заготовки, т. е. дви-
жение деления.
Прерывистость процесса обкатывания
является одним из основных недостатков
рассматриваемого способа; это снижает
производительность и может быть причи-
ной погрешностей, возникающих при на-
резании зубчатого колеса. Зуборезные
гребенки применяются для обработки
цилиндрических зубчатых колес внешне-
го зацепления на специальных зубостро-
гальных станках. Гребенками можно на-
резать блочные колеса с буртом за обра-
батываемым венцом.
Схема нарезания прямозубых зубча-
тых колес долбяком (рис. 216, г) вклю-
чает возвратно-поступательные движе-
ния инструмента вдоль оси заготовки,
что обеспечивает необходимую скорость
резания. Срезание стружки происходит
во время рабочего хода. Во время холос-
того, обратного, хода с целью умень-
шения трения задней поверхности о ма-
териал заготовки стол станка отводится
от долбяка, а перед началом резания
возвращается в исходное положение.
В процессе обработки долбяк постепенно
врезается в радиальном направлении в
заготовку на высоту зуба. Одновременно
происходят взаимосвязанные вращения
долбяка и заготовки вокруг своих осей,
в результате которых наблюдается об-
катка, качение без скольжения началь-
ной окружности долбяка по начальной
окружности детали. При обработке дол-
бяком процесс пересопряжения зубьев
(деления) не производится, что обеспе-
чивает ббльшую производительность по
сравнению с нарезанием гребенками.
Долбяком, как и гребенками, можно об-
рабатывать блочные колеса. Особое пре-
имущество долбяка заключается в том,
что он может нарезать зубья для колес
внутреннего зацепления (рис. 216, Э).
Самым распространенным способом на-
резания зубчатых колес является фрезе-
рование червячной фрезой (рис. 216, е).
При обработке зубчатых колес червяч-
ными фрезами заготовка вращается
вокруг своей оси и одновременно наблю-
дается вращение инструмента вокруг его
оси. Вращение фрезы и заготовки кине-
матически связаны друг с другом. При
одном обороте однозаходной червячной
фрезы заготовка поворачивается вокруг
своей оси на один зуб. Ось фрезы уста-
навливается наклонно относительно оси
заготовки так, чтобы направления вин-
товых ниток фрезы совпадали g направле-
нием зубьев нарезаемого колеса.
Кроме вращения, фреза имеет еще и
поступательное перемещение вдоль оси
заготовки для осуществления подачи.
Обработка зубчатых колес червячны-
ми фрезами производится на специаль-
ных зубофрезерных станках. Процесс ха-
рактеризуется высокой производитель-
ностью, обусловленной непрерывностью
фрезерования.
§ 2. ДИСКОВЫЕ И ПАЛЬЦЕВЫЕ
ЗУБОРЕЗНЫЕ ФРЕЗЫ.
ПРОФИЛИРОВАНИЕ ФАСОННЫХ
ЗУБОРЕЗНЫХ ФРЕЗ
Чистовые фасонные зуборезные фрезы
(дисковые, пальцевые) проектируются
обычно как фрезы с затылованными
§ 2. Дисковые и пальцевые зуборезные фрезы
299
зубьями. У этих инструментов передний
угол принимается равным нулю и перед-
няя плоскость проходит через ось фрезы.
В этом случае профиль зуба фрезы в осе-
вом сечении будет при обработке прямо-
зубых колес совпадать с профилем дета-
ли. Поэтому профилирование чистовых
фасонных зуборезных фрез для обработ-
ки прямозубых колес заключается в
определении профиля впадины зуба зубча-
того колеса.
Как известно, профиль зуба эволь-
вентного зубчатого колеса состоит из
эвольвентного участка и переходной
кривой во впадине зуба.
Эвольвентой окружности называют
плоскую кривую, которая описывается
любой точкой производящей прямой при
ее качении без скольжения по основной
окружности радиуса г0 (рис. 217, а).
Так, при качении без скольжения по
окружности г0 производящей прямой
точка М ее описывает эвольвенту Л4О.Л1Ж.
По построению,
MXN о M0N.
Угол <рж, соответствующий дуге M0N,
называют углом развернутости эволь-
венты. Он равен
Фх = 6Х + ах.
Угол 0Ж между радиусом МХО произ-
вольной точки эвольвенты и радиусом
М0О точки начала эвольвенты, назы-
вают эвольвентным.
Угол ах между радиусом ОМХ и каса-
тельной к эвольвенте в исследуемой
точке Мх называют углом давления.
Длина дуги MgN будет равна:
M0N = г0 (0х + ах).
Отрезок MXN из AMXON определяется
таким образом:
MXN = rotgax.
Следовательно,
'•о(е* + “ж) =
или
0ж = tg«x~-ах.
Из треугольника MXON имеем:
cos ах
300
Глава XII. Зуборезный инструмент для цилиндрических колес
Функция tg ах — ах называется эволь-
вентой и обозначается inv ах. Для опре-
деления значения inv ах составлены спе-
циальные таблицы, подобные таблицам
тригонометрических функций. Таким об-
разом, уравнения эвольвенты в поляр-
ных координатах в параметрической фор-
ме будут:
invax = 6Х,
* cos ах
Расчет профиля впадины зуба зубчато-
го колеса производится по следующим
известным величинам:
г— число зубьев колеса;
т — модуль;
а<5 — угол давления эвольвенты на
делительной окружности;
de — диаметр делительной окруж-
ности;
De — диаметр окружности выступов;
dt — диаметр окружности впадин;
Ха — толщина зуба колеса по дели-
тельной окружности.
Определение координат узловых точек
эвольвентного профиля впадины зуба
колеса будем проводить в системе ху
(рис. 217, б). Начало координат системы
ху поместим на оси колеса. За ось у при-
мем ось симметрии впадины зуба зубча-
того колеса. Шаг зубьев колеса на дели-
„ тг
тельной окружности радиуса гд = —
будет равен:
t = пт.
Ширина впадины зуба на делитель-
ной окружности
Т& = пт — Sd.
Тогда угол бй для точки Мд профиля
впадины зуба, расположенной на дели-
тельной окружности, определится по
формуле:
Координаты точки Ms'.
Хд = re sin
ya = rdcos6a.
Чтобы подсчитать координаты точки
В профиля, расположенной на основной
окружности, запишем уравнение эволь-
венты для точки Мд, расположенной на
делительной окружности
0а — inv а*
rg = —Le—,
cos ад
Отсюда
гс — Гг> cos as.
Угол б0 для точки В
д„ = б<> — 0а.
Тогда в системе ху координаты точки
В начала эвольвентного профиля будут:
хп = r0sin60,
^o=6)cos6o-
Рассмотрим произвольную точку про-
филя впадины зуба зубчатого колеса.
Будем считать, что ©на расположена на
известной окружности радиуса Чтобы
исследуемые точки располагались на
реальном профиле колеса, при вычисле-
ниях необходимо радиус гх выбирать
в пределах г0 < rx <z Re, где Re — ра-
диус окружности выступов зубчатого
колеса.
Запишем уравнение эвольвенты для
произвольной точки профиля впадины
зуба:
0Х = inv ах,
гх = ——•
л cos
Тогда
cos а, = —,
* 'х ’
= ^0 + 6ж-
Координаты произвольной точки эволь-
§ 3. Конструктивные особенности фасонных зуборезных фрез
301
вентного профиля впадины зуба будут:
х = rx sin 6Х,
у = г cos б'.
•-'XX
Построение профиля шаблона удобнее
вести в системе хяри, которая проводится
параллельно системе ху, но смещена от
начала координат вдоль оси у на рассто-
яние, равное радиусу окружности впа-
дины
Профиль активного участка зуба коле-
са, на котором наблюдается соприкосно-
вение профилей сопряженных зубьев
при работе передачи, может состоять
только из эвольвентной части. Этот слу-
чай имеет место при нарезании зубчатых
колес с большим или средним числом
зубьев, когда радиус основной окружно-
сти меньше радиуса окружности, прохо-
дящей через крайнюю точку активного
участка впадины зуба обрабатываемого
колеса.
Чтобы при этом обеспечить высокую
прочность зуба обрабатываемого колеса,
во впадине зуба создают закругление,
обеспечивая плавное сопряжение актив-
ного эвольвентного участка профиля и
окружности впадин. Радиус закругления
выбирают таким образом, чтобы создать
условия для беспрепятственного пере-
мещения вершины зуба сопряженного
колеса во впадине нарезаемого колеса.
При обработке колес с малым числом
зубьев радиус основной окружности мо-
жет быть больше радиуса окружности,
проходящей через крайнюю точку актив-
ного участка впадины зуба.
В этом случае неэвольвентный участок
профиля, расположенный между окруж-
ностью впадин и основной окружностью,
оформляется в виде отрезка прямой, ка-
сательной к удлиненной эвольвенте, ко-
торую описывает вершина зуба сопря-
женной рейки во впадине зуба нарезае-
мого колеса, если неизвестно колесо, в
зацеплении с которым будет работать об-
рабатываемое колесо.
Если же известно колесо, сопряженное
с нарезаемым, то прямолинейный участок
профиля проводится по касательной к
удлиненной эпициклоиде, которую опи-
сывает вершина зуба сопряженного ко-
леса во впадине обрабатываемого.
Прямолинейный участок профиля про-
водят под углом 5° к оси симметрии впа-
дины зуба, благодаря чему создаются на
боковых сторонах фрезы необходимые
задние углы не менее 1°. Профиль впа-
дины зуба может быть определен также
графоаналитически по известному сопря-
женному профилю исходной зуборезной
рейки.
Профиль впадины зуба зависит от чис-
ла зубьев колеса, модуля, угла профиля.
Поэтому для каждого модуля, профиль-
ного угла и числа зубьев колеса теорети-
чески необходимо иметь особую фасон-
ную фрезу. Для уменьшения ассортимен-
та применяют комплекты, состоящие из
8 или 15 номеров фрез определенного
модуля. Каждая фреза комплекта пред-
назначается для обработки группы колес
с разным числом зубьев. Так, фреза вто-
рого номера из комплекта, включающего
8 фрез, предназначена для колес с числом
зубьев, равным 14—16, а фреза седьмого
номера — для колес с числом зубьев,
равным 55—134. Расчет профиля фрезы
ведется по колесу с наименьшим числом
зубьев обрабатываемой группы колес.
В результате обеспечивается меньшая
опасность защемления сопряженного ко-
леса и процесс зацепления протекает
лучше, нежели при проектировании фрез
по среднему или большему числу зубьев
нарезаемых колес.
§ 3. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
ФАСОННЫХ ЗУБОРЕЗНЫХ ФРЕЗ
Дисковые зуборезные фрезы могут
быть чистовые и черновые и использовать-
ся для предварительного и окончатель-
ного нарезания цилиндрических колес.
302
Глава XII. Зуборезный инструмент для цилиндрических колес
Дисковая чистовая зуборезная фреза
представляет собою насадную фасонную
фрезу с затылованными зубьями. Она
имеет плоскую переднюю поверхность,
проходящую через ось фрезы, т. е. у
этих фрез передний угол и угол накло-
на режущей кромки равны нулю. По-
добная геометрия передней поверхности
ухудшает условия резания. Однако в
этом случае не возникают в результате
переточек фрезы погрешности в профиле
зуба колеса и упрощается проектирова-
ние инструмента.
Задняя поверхность дисковых зубо-
резных фрез создается радиальным заты-
лованием по Архимедовой спирали. Ве-
личина заднего угла на вершине прини-
мается равной 10—15°. В этом случае
на боковых кромках зуба фрезы величи-
ны задних углов снижаются до 1—2е.
Чтобы повысить величины задних уг-
лов на боковых кромках, нужно приме-
Рис. 219. Черновая дисковая зуборезная фреза
нять наборы специальных фасонных зубо-
резных фрез (рис. 218), у которых на
кромках, обрабатывающих боковые по-
верхности зубьев, задние углы снижают-
ся только до 5—6°.
При нарезании крупномодульных зуб-
чатых колес наибольший удельный вес
по трудоемкости приходится на долю
черновой обработки. В этом случае це-
лесообразно применять черновые диско-
вые зуборезные фрезы, которые могут
проектироваться как фасонные фрезы
с затылованными зубьями. Однако в от-
личие от чистовых фрез они имеют пе-
редний угол, равный 10°.
Применяются также затылованные
дисковые зуборезные фрезы с разнона-
правленными зубьями, у которых создаю-
тся положительные передние углы и на
боковых кромках, что обеспечивает по-
вышение стойкости инструмента. Для
дробления стружки на режущей части
фрезы выполняют канавки для стружко-
разделения. Канавки располагают в
шахматном порядке на задних поверх-
ностях зубьев фрезы.
Черновые затылованные дисковые фре-
зы с фасонной режущей кромкой, соот-
ветствующей профилю обрабатываемого
зуба, сложны в изготовлении и проекти-
ровании и имеют незначительные задние
углы на боковых кромках, что снижает
их режущие свойства. Поэтому большое
распространение при предварительной
обработке крупномодульных зубчатых
колес получили фрезы с острозаточен-
ными зубьями, имеющими трапецеидаль-
ный профиль (рис. 219). Такая конструк-
ция фрезы позволяет создать не только
на вершинных, но и на боковых кромках
целесообразные задние углы порядка
8—10°.
Угол профиля зуба рассматриваемой
фрезы принимается равным 40—35°.
Профиль с углом в 35° обеспечивает более
рациональное расположение припуска
для чистовой обработки, так как позво-
§ 3. Конструктивные особенности фасонных зуборезных фрез
303
ляет уменьшить припуск во впадине зуба
и за этот счет облегчить работу чистовой
фрезы.
С целью увеличения производитель-
ности и получения более равномерного
по профилю зуба припуска для чистовой
обработки предварительное нарезание
колес ведется набором фрез 1, 2, 3
(рис. 220). Это позволяет применять фор-
сированные режимы, так как нагрузка
на каждую из фрез набора соответственно
уменьшается.
Дисковые зуборезные фасонные фре-
зы большого модуля в силу их значи-
тельных размеров выполняются сбор-
ными.
В процессе резания (когда приходится
за один проход снимать слой металла тол-
щиной до 60 мм) на фрезу действуют
очень большие усилия. Поэтому крепле-
ние ножей должно быть прочным и на-
дежным. Способы крепления ножей са-
мые разнообразные. Используются фрезы
со вставными ножами, имеющими клино-
видную форму в двух направлениях и
рифления с приваренными и припаянны-
ми зубьями, а также с наплавленными
зубьями.
Пальцевые фасонные зуборезные фре-
зы применяются при нарезании зубчатых
колес больших модулей. Пальцевая фре-
за (рие. 221) представляет собой тело
вращения с режущими зубьями на внеш-
ней поверхности.
Пальцевая фреза закрепляется на
оправке резьбой, выполненной в корпусе.
Точная установка на оправке достигается
внутренней цилиндрической выточкой и
торцом или наружным цилиндрическим
направляющим буртиком и торцом. Для
навертывания фрезы на оправку преду-
смотрены лыски под ключ.
При обработке прямозубых цилиндри-
ческих зубчатых колес профиль исход-
ного тела вращения фрезы представляет
собой профиль впадины зубчатого коле-
са. Число зубьев обычно принимается
Рис. 220. Схема нарезания колес набором
из трех фрез
четным и равным 2—8 для фрез диамет-
ром 40—220 мм.
Пальцевые модульные фрезы изготов-
ляются с затылованными зубьями. Они
имеют плоскую переднюю поверхность,
проходящую через ось фрезы, по которой
и перетачиваются в процессе эксплуата-
ции. С целью получения благоприятных
задних углов на протяжении всей режу-
щей кромки применяют затылование
пальцевых фрез под углом 10—15° к оси.
При заточке таких фрез по передней
плоскости размеры профиля искажаются
и после нескольких переточек фреза не
обеспечивает обработку зубчатых колес
необходимой точности.
Рис. 221. Пальцевая зуборезная фреза
304
Глава XII. Зуборезный инструмент для цилиндрических колес
Для предварительного нарезания зуб-
чатых колес применяют черновые паль-
цевые зуборезные фрезы. Черновые фре-
зы могут проектироваться с затылован-
ными зубьями с фасонным профилем и
мало отличаются по конструкции от
чистовых. Они снабжены на режущих
зубьях стружкоразделительными канав-
ками. расположенными в шахматном по-
рядке. Стружкоразделительные канавки
выполняются с шагом от 5 до 30 мм, ши-
риной 2—4 мм. Для улучшения условий
резания канавки у черновых фрез ре-
комендуется делать не прямыми, а вин-
товыми с углом наклона 8—15° и перед-
ним углом у = <5—10°.
Одним из недостатков рассматриваемой
конструкции пальцевой фрезы является
ее фасонный профиль, что затрудняет их
выполнение с остроконечными зубьями,
перетачиваемыми па задней поверхности.
Повышение производительности при
черновом нарезании зубьев можно полу-
чить за счет применения черновых паль-
цевых фрез с прямолинейным профилем.
Эти фрезы изготовляются незатылован-
ными с целесообразными значениями пе-
редних и задних углов, что позволяет
значительно повысить режимы резания
и поднять стойкость инструмента.
Обработка режущими инструментами
зубчатых колес больших модулей связана
с превращением значительного объема
материала заготовки в стружку. Так,
Рис. 222, Обработка зубчатых колес тор-
цовыми фрезами
при нарезании зубьев на колесе диамет-
ром 10 м инструмент срезает с заготовки
2,5 т металла, затрачивая на это около
300 ч.
С целью уменьшения объема металла,
превращаемого в стружку, при обработ-
ке крупногабаритных колес применяют
предварительное прорезание впадины
двумя тонкими трехсторонними дисковы-
ми фрезами. В этом случае только не-
большая часть металла впадины зуба
зубчатого колеса превращается в струж-
ку и этим обеспечивается значительное
повышение производительности труда.
При большом числе зубьев эвольвент-
ный профиль зубчатого колеса незначи-
тельно отличается от прямолинейного.
Поэтому чистовая обработка таких ко-
лес может производиться широко приме-
няемыми в промышленности торцовыми
фрезами (рис. 222). При недопустимых
отклонениях эвольвентного профиля от
прямолинейного можно использовать
торцовые фрезы с соответствующими фа-
сонными режущими кромками либо при-
менять дисковые или пальцевые фасон-
ные зуборезные фрезы и обеспечивать
теоретически точную обработку зубчато-
го колеса.
§ 4. ЗУБОРЕЗНЫЕ ПРЯМОЗУБЫЕ ГРЕБЕНКИ
Прямозубые гребенки используются
при нарезании прямозубых и косозубых
цилиндрических колес. Нарезание косо-
зубых цилиндрических колес прямозу-
юыми гребенками может производиться
только на станках, у которых возможен
поворот суппорта, так как в рассматри-
ваемом случае гребенку устанавливают
под углом наклона зубьев колеса.
Прямозубая гребенка представляет
собой исходную зуборезную рейку
(рис. 223, а), сопряженную с нарезаемым
зубчатым колесом, превращенную в ре-
жущий инструмент заточкой под углом у
передней плоскости (рис. 223, б) и обра-
§ 4. Зуборезные прямозубые гребенки
305
зованием задней поверхности (рис. 223, в),
обеспечивающей получение на режущих
кромках положительных задних углов.
Режущая кромка гребенки создается в
результате пересечения передней плос-
кости и боковой поверхности исходной
зуборезной рейки.
Схема образования задней поверх-
ности зуба гребенки следующая: заста-
вим переднюю плоскость с расположен-
ной в ней режущей кромкой двигаться
прямолинейно-поступательно. Если ско-
рость этого движения будет параллельна
образующим исходной рейки, то режу-
щая кромка опишет в пространстве боко-
вую поверхность рассматриваемой зубо-
резной рейки и задние углы у гребенки
будут равны нулю. Поэтому при образо-
вании задней поверхности зуба гребенки
передней плоскости сообщают прямо-
линейно-поступательное движение, ско-
рость Vs которого направляют под углом
ав к образующим исходной рейки. В ре-
зультате режущая кромка описывает
заднюю поверхность, которая не совпа-
дает с поверхностью исходной зуборезной
рейки, что и обеспечивает создание на
режущей части гребенки положительных
задних углов.
Заднюю поверхность можно рассмат-
ривать как совокупность режущих кро-
мок, сдвинутых одна относительно дру-
гой. По аналогии с затылованными фре-
зами при заточке гребенок по передней
плоскости удаляется изношенная режу-
щая кромка и обнаруживается новая той
же самой формы. Это обеспечивает обра-
ботку новой и переточенной гребенками
одних и тех же зубчатых колес. Г ребенка
является,, с этой точки зрения, идеаль-
ным теоретически точным инструментом,
ее переточка не вносит никаких погреш-
ностей в профиль нарезаемого зубчатого
колеса.
При проектировании гребенок для об-
работки заданного зубчатого колеса
определяется форма режущей кромки и
Рис. 223. Схема образования прямозубой
гребенки
профиль гребенки в нормальном сечении.
Известным считается профиль исходной
зуборезной рейки.
Методика профилирования гребенок
следующая:
определяется форма режущей кромки
как линия пересечения передней пло-
скости с боковой поверхностью исходной
зуборезной рейки;
создается цилиндрическая задняя по-
верхность. За направляющую этой по-
верхности принимается режущая кромка,,
а образующие проводятся под углом <zB;
определяется профиль гребенки в нор-
мальном сечении как линия пересечения
задней поверхности с перпендикулярной
плоскостью к ее образующим.
Пример графического профилирова-
ния прямозубых гребенок приведен на
рис. 224. Изображен профиль abce исход-
ной зуборезной рейки на перпендику-
лярной к ее образующим плоскости Н.
306
Глава XII. Зуборезный инструмент для цилиндрических колес
Рис. 224. Профилирование прямозубых гребенок
Проведена передняя плоскость Р под за-
данным передним углом у. Передняя
плоскость идет перпендикулярно плоско-
сти проекций V, т. е. передняя плоскость Р
является вертикально проецирующей
плоскостью. Поэтому проекция режущей
кромки на плоскость V будет располага-
ться на вертикальном следе Pv пло-
скости Р. Горизонтальная же проекция
режущей кромки будет пЬее..., так как
боковая поверхность исходной прямозу-
бой зуборезной рейки является горизон-
тально проецирующей поверхностью.
Чтобы определить истинную форму ре-
жущей кромки, повернем переднюю плос-
кость Р вокруг горизонтального следа
рк до совмещения с плоскостью проекций
Н. Совмещенным положением режущей
кромки будет линия А ВСЕ, которая и
будет искомым профилем зуба гребенки
в передней плоскости. Через узловые
точки режущей кромки проводим под
углом ссЕ образующие задней поверх-
ности. Так, через точку В проходит обра-
зующая ВМ задней поверхности. Сово-
купность рассматриваемых образующих
изображает на чертеже заднюю поверх-
ность зуба гребенки.
Через точку А режущей кромки прово-
дим вертикально проецирующую плес-
кость Л\ идущую перпендикулярно обра-
зующим задней поверхности. Она пересе-
кается с образующей ВМ в точке М,
а с образующей СК — в точке К. Пвэто-
где
где
му линия АМКЕ будет линией пересече-
ния плоскости N и задней поверхности
зуба гребенки. Ее проекции обозначены
amke и a'm'k'e'. Истинные размеры ли-
нии АМКЕ найдены поворотом плоскос-
ти N вокруг горизонтального следа Nh
до совмещения с плоскостью проекций И.
Рассматриваемая линия АМКЕ и будет
профилем прямозубой гребенки в нор-
мальном сечении.
Аналитический расчет профиля зуба
гребенки в передней плоскости проводит-
ся по следующим соотношениям:
Лр = ——,
р cos у ’
ftp — высотные размеры профиля зу-
ба в передней плоскости, изме-
ряемые в направлении, перпен-
дикулярном к средней линии;
ft — соответствующие высотные раз-
меры профиля исходной рейки,
tgaP = tga0cosy,
<Хр — угол профиля зуба в передней
плоскости;
а0 — угол профиля исходной рейки.
Размеры, измеренные вдоль средней
линии исходной зуборезной рейки, без
искажений переносятся на профиль зуба
в передней плоскости и на профиль зуба
в нормальном сечении.
Высотные же размеры ft/v в нормальном
сечении подсчитываются по формуле:
h
cos y
Угол aw профиля зуба гребенки в нор-
мальном сечении равен;
tear.--
® cos (ссь 4- у)
При проектировании гребенок величи-
ны передних у и задних углов ав на вер-
шинных кромках ее зубьев принимаются
равными для гребенок типа I (рис. 225, а)
у = 6° 30* и ав = 5®30', для гребенок
типа II (рис. 225, б)у = 4’иав = 6е52'.
§ 4. Зуборезные прямозубые гребенки
307
Для рассматриваемых вариантов вели-
чин геометрических параметров ав =
= 5° 30', у = 6° 30' и сс0 = 20° профиль-
ные углы сср в передней плоскости и ад? в
нормальном сечении соответственно рав-
ны: ар = 19°25'54' и aN = 20° 17' 25*.
Зная углы ав; у и Л = 0 на вершинной
кромке, определим геометрические пара-
метры на боковых кромках зуба гре-
бенки.
Проведем в передней плоскости гребен-
ки три вектора А, В и С (рис, 226). Еди-
ничный вектор А проведем по вершинной
режущей кромке. В системе хуг его запи-
шем так:
Д=7.
Вектор В проведем в плоскости гу,
Длину этого вектора выберем таким обра-
зом, чтобы длина его проекции на ось у
была равна единице:
В = / + fetgy.
Вектор С направим по боковой режу-
щей кромке и запишем таким образом:
С = — i sina0 4- jcosao 4- fetgX,
где Z, — угол наклона боковой режущей
кромки, измеряемый в плоскости реза-
ния и заключенный между рассматривае-
мой боковой кромкой и плоскостью,
перпендикулярной скорости резания,
скорости возвратно-поступательных дви-
жений гребенки при обработке зубчатых
колес.
Рассматриваемые три вектора А, В, С
лежат в одной плоскости, поэтому их
смешанное произведение равно нулю:
1 0 0
0 1 tgv = 0.
.— sin а0 cosa0 tgX
Раскрывая определитель, получим фор-
мулу для подсчета угла наклона бо-
ковой режущей кромки:
tg X = tgycos а0.
Рис. 225. Типы прямозубых гребенок
По линии пересечения передней пло-
скости и главной секущей плоскости NN
проведем вектор П. Главная секущая
плоскость NN проходит перпендикуляр-
но проекции боковой режущей кромки
на плоскость, перпендикулярную скорос-
ти резания. Длину вектора П выберем
Рис. 226. Анализ геометрии режущей части
гребенки
308
Глава ХП. Зуборезный инструмент для цилиндрических колес
Рис. 227. Формы заточки передней поверхности
так, чтобы длина его проекции на плос-
кость ху была равна единице. Тогда век-
тор П будет равен:
П — tcosa0 + /sina0 + ^tgye,
где уд — передний угол на боковой ре-
жущей кромке, измеряемый в
главной секущей плоскости
NN. _
Три вектора А, В и П лежат в одной
передней плоскости, поэтому их смешан-
ное произведение равно нулю:
1
0
cos а0
0
I
sina0
0
tg V
tgYe
Раскрывая определитель, получим
формулу для подсчета угла уа:
tg?6 = tgysintZp. _ _
Рассмотрим три вектора Е, С и 3, ле-
жащие на задней плоскости боковой ре-
жущей кромки. Вектор Е лежит на линии
пересечения боковой задней плоскости
и плоскости гу:
Е =?tg“B-f-£.
Вектор С идет по боковой режущей
кромке, а вектор 3 по линии пересечения
главной секущей плоскости NN и боко-
вой задней плоскости:
3 = i cosa0 / sin а0 -f- k ctg a6,
где aa — задний угол на боковой режу-
щей кромке, измеряемый в
главной секущей плоскости
NN.
Так как векторы Е, С и 3 лежат в од-
ной плоскости, их смешанное произведе-
ние равно нулю:
0 tg«B 1
— sin а0 cosa0 tgX = 0.
cosa0 sina0 ctg a6
Раскрывая определитель, после преоб-
разований получим формулу для под-
счета угла аа:
ctg о.,, — tg у cos2 а0
Расчеты показывают, что для приня-
тых значений переднего и заднего угла
на вершинной кромке порядка 5—6° на
боковых режущих кромках создаются
передние и задние углы порядка 2°.
При обработке чугунных, бронзовых
и им подобных зубчатых колес эти значе-
ния бокового переднего угла можно счи-
тать приемлемыми. При обработке вяз-
ких материалов, в частности, стальных
зубчатых колес, применяют подточку пе-
редней поверхности гребенок для того,
чтобы создать более благоприятные усло-
вия резания и увеличивать величины бо-
ковых передних углов уо.
Для гребенок больших модулей, более
10 мм, на передней поверхности парал-
лельно боковым режущим кромкам вы-
шлифовываются канавки (рис. 227, а).
В рассматриваемом случае в сечении,
перпендикулярном оси круга, подточкой
создается дополнительный передний угол
уп, определяемый по формуле;
ь
smyn
где b — ширина канавки;
D — диаметр шлифовального круга.
Для гребенок модуля от 10 до 24 мм
диаметр шлифовального круга выбирает-
ся в пределах 35—70 мм и ширина канав-
ки 7—15 мм. В результате подточки с та-
кими параметрами создаются передние
углы Ул = 11° 30' 4- 12° 30'. Во избе-
§ 5. Червячные зуборезные фрезы
309
жание искажения профиля подточку про-
водят так, чтобы у боковых кромок оста-
валась контрольная ленточка шириной
до 0,05 мм.
Гребенки малых модулей (рис. 227, б)
подтачиваются по всей передней поверх-
ности шлифовальным кругом цилиндри-
ческой формы, ось которого наклонена
под углом т] к передней плоскости. Обыч-
но угол т) = 4° 10', а диаметр шлифо-
вального круга D ~ 8 т. Полученный
при такой заточке передний угол не ос-
тается постоянным на всем протяжении
боковой кромки, причем минимальная
величина его наблюдается у вершины, а
максимальная — у основания зуба. Из-
менение передних углов в значительных
пределах вдоль боковой кромки является
существенным недостатком рассматри-
ваемого способа заточки. Кроме того
в этом случае профиль теряет прямоли-
нейность и получает форму вогнутой кри-
вой, либо создается ленточка неравно-
мерной ширины при заточке вдоль боко-
вых кромок.
Чтобы получить ленточку равномер-
ной ширины, нужно вести заточку перед-
ней поверхности гребенки шлифоваль-
ным кругом в форме гиперболоида вра-
щения, который создается при вращении
боковых режущих кромок вокруг сим-
метрично расположенной относительно
них оси.
Можно также получить равномерную
ленточку при заточке передней поверх-
ности гребенок соответствующим кониче-
ским кругом. Вершина такого круга
должна располагаться в точке пересече-
ния боковых режущих кромок, а ось его
лежать в плоскости симметрии затачивае-
мого зуба гребенки.
По назначению гребенки делятся на
черновые, чистовые и шлифовочные. Чер-
новые применяются для предварительной
обработки зубчатых колес, чистовые —
для окончательного нарезания зубчатых
колес 7—10-ой степеней точности.
Шлифовочные гребенки применяются
для обработки зубчатых колес под после-
дующие шлифования. Размеры исходных
профилей рассматриваемых гребенок
определяются по схеме (рис. 228). Вели-
чина припуска для чистовой обра-
ботки равна у черновых гребенок
—ист 2—= 0,2 т, а у шлифовоч-
ных - - S-ey? = од Увеличе-
ние высоты головки зубьев черновых гре-
бенок принимается равным е = 0,2 ,
а шлифовочных—е1 = 0,1]/т. Габа-
ритные размеры гребенок выбираются на
основании опыта заводов-изготовителей.
Длина гребенок колеблется ст 77 до
311 мм, ширина — от 50 до 90 мм, тол-
щина — от 20 до 25 мм, число зубьев —
от 24 до 5 для модулей соответственно
изменяющихся от 1 до 20 мм.
$ 5. ЧЕРВЯЧНЫЕ ЗУБОРЕЗНЫЕ ФРЕЗЫ
Червячная фреза представляет собой
исходный червяк, с точечным мгновен-
ным касанием с поверхностью обрабаты-
ваемой детали, превращенный в режущий
инструмент (рис. 229).
Чтобы трансформировать червяк в ра-
ботоспособный инструмент, необходимо
310
Глава XII. Зуборезный инструмент для цилиндрических колес
Рис. 229. Червячная фреза
прорезать стружечные канавки, т. е. об-
разовать пространство для схода обра-
зующейся при резании стружки и пе-
реднюю поверхность, создать заднюю
поверхность, обеспечивающую беспрепят-
ственное ее перемещение в процессе реза-
ния и положительные задние углы на
режущих кромках.
Для определения исходного червяка
пространственной системе координат
хуг, не связанной ни с заготовкой, ни с
инструментом (рис. 230), сообщается по-
ступательное движение со скоростью V,
направление которой перпендикулярно
оси колеса. Тогда движение поверхности
D детали относительно системы хуг мож-
но представить как качение без скольже-
ния начального цилиндра, связанного
с деталью, по начальной плоскости, свя-
занной с системой хуг. Найдем вспомога-
тельную поверхность рейки Т как оги-
бающую последовательных положений
поверхности D детали при движении де-
тали относительно системы хуг. Будем
считать, что производится обработка ци-
линдрического прямозубого зубчатого
колеса. Уравнения эвольвенты зуба коле-
са (рис. 231) в системе гхух можно запи-
сать таким образом:
zt = r0 cos (фх — ен.о) + г0<рх sin (<рх — 6н.о),
Ух = г0 sin (<рх — 0н.о)—гофх cos (<рх — 0НЮ).
Уравнение контакта (глава XI, §9) в рас-
сматриваемом случае будет:
• z, । л w, cos ф 4- z. sin ф
Sin (ф + /) = —-----V—1------2— ,
^Н.О
где
ф = 90 — (фх — 0н.о).
Подставляя значения ух и гх из уравне-
ний эвольвенты, после преобразований
получим:
sin (ф + 0 = = cos аНЛ.
**н.о
Отсюда
t — Фх фн.о — tg Ctx —— tg 0Сн.о*
Формулы перехода от системы ххухгх
к системе х2г/2г2 будут:
z2 = ffi sin t + гх cos t — RK.O,
y2 = yx cos t — ZjSin t + /?н.о t.
Подставляя в эти формулы величины,
соответствующие эвольвенте обрабаты-
ваемого колеса, после преобразований
будем иметь:
z2 = г0 sin аи.о (фх — tg ан.о),
sin2 ан
^==г0(фЛ-1ёан.о)-ЕБГ5-^-.
Поделив одно уравнение на другое,
получим:
Zy ~ Уч ctg ССн.о-
Таким образом, вспомогательная про-
изводящая поверхность Т рейки при об-
работке эвольвентных колес имеет прямо-
линейный профиль. Угол профиля равен
углу давления эвольвенты на начальной
окружности. При изменении радиуса на-
чальной окружности угол профиля со-
пряженной с зубчатым колесом рейки
также изменяется.
Профиль зубчатого колеса представ-
ляет собой совокупность эвольвент, рав-
номерно распределенных по окружности.
Сопряженный с ним профиль рейки со-
§ 5. Червячные зуборезные фрезы
311
Рис. 230. Схема образования исходной поверхности червячной фрезы
стоит из совокупности прямых, парал-
лельных друг другу. Расстояние между
смежными прямыми, измеренное на на-
чальной прямой, равно шагу зубьев де-
тали, измеренному на начальной окруж-
ности.
Рассматриваемый шаг равен:
, 2^н.о
*н.пр ~ ч
2К
где гк — число зубьев обрабатываемого
колеса.
Шаг по нормали (расстояние между
смежными прямыми, измеренное по пер-
пендикуляру к ним) равен:
, . 2w„
— *н.пр COS ОСн.о — ~ •
2к
Таким образом, заданное эвольвентное
зубчатое колесо может иметь большое
количество сопряженных с ним вспомо-
гательных производящих реек Т с разно-
образными углами профиля и различны-
ми шагами, измеренными вдоль началь-
ной прямой. Общим же у всех реек будет
шаг по нормали, равный шагу зубьев
зубчатого колеса, измеренному по его
основной окружности.
Так, на рис. 232 графоаналитически
определены рейки, сопряженные с не-
корригированным зубчатым колесом г —
~ 35, ос0 = 20°, /л = 20 (рис. 232, а)
при различных размерах радиуса на-
чальной окружности, равного 335 мм
(рис. 232, б), 350 мм (рис. 232, в), 370 мм
(рис. 232, г), 400 мм (рис. 232, д). Из
построения (рис. 232, е) следует, что при
Rk.o = 300 мм сопряженной рейки не
существует. Огибающую к последова-
тельным положениям эвольвентного про-
филя зуба провести нельзя. Поэтому при
AJH.o = 300 мм обработка заданного зуб-
чатого колеса оказывается невозможной.
Для определения профиля зубьев, со-
пряженных с рассматриваемыми рейка-
ми, была проведена обратная обкатка.
На рис. 235, ж совмещены профи-
ли зубьев, образованные различными
Рис. 231. Эвольвента окружности
312
Глава XII. Зуборезный инструмент для цилиндрических колес
Рис. 232. Зуборезные рейки, сопряженные с зубчатым колесом
рейками. Рассмотрение этой фигуры по-
казывает, что при различных радиусах
начальной окружности во впадине зуба
создаются разные переходные кривые.
При радиусе, равном 400 мм, не обеспе-
чивается образование профиля впадины
зуба на полную глубину. Поэтому по-
добный радиус начальной окружности
Рис. 233. Схема определения исходной поверх-
ности червяка
принимать нельзя. Таким образом, при
профилировании червячных фрез и на-
хождении вспомогательной производя-
щей поверхности Т менять радиус
начальной окружности можно только в
определенных пределах, ограниченных
условиями формообразования поверх-
ности детали с допустимыми отклонени-
ями от заданных размеров.
При известной вспомогательной произ-
водящей поверхности поверхность исход-
ного червяка определяется как огибаю-
щая поверхности Т при ее движении
вместе с системой хуг относительно инст-
румента. Это относительное движение
складывается из вращения инструмента
вокруг своей оси и поступательного дви-
жения поверхности рейки Т вместе с
системой хуг со скоростью V,
§ 5. Червячные зуборезные фрезы
313
Поступальное движение со скоростью
V разложим (рис. 233) на два движения:
_V = V0 + VT.
Скорость Vo первого из составляющих
движений направим вдоль оси инстру-
мента, а скорость VT второго — по обра-
зующей поверхности Т. Тогда движение
со скоростью Ут будет приводить к пере-
мещению поверхности Т рейки «самой
по себе» и его при нахождении огибающей
поверхности исходного червяка можно
не учитывать.
Составляющая | Vo | будет равна:
V = -Х_
0 COS Р ’
где Р — угол установки оси фрезы.
Таким образом, движение производя-
щей рейки Т сводится к винтовому дви-
жению, ось которого совпадает с осью
инструмента, а параметр равен:
n =
" ft>2 С02 COS Р ’
где сох — угловая скорость вращения об-
рабатываемого колеса;
о>2 — угловая скорость вращения
инструмента.
Для однозаходной червячной фрезы
будем иметь:
zK cos Р
В результате винтового движения
вспомогательной производящей поверх-
ности рейки Т образуется, как огибаю-
щий, исходный червяк червячной фрезы.
При этом плоскости, соответствующие
вершинам и впадинам зубьев рейки, соз-
дают круговые цилиндрические поверх-
ности.
Определим огибающую поверхность,
которая создается при винтовом движе-
нии боковой плоскости зуба рейки отно-
сительно инструмента.
В рассматриваемом случае характе-
ристика Е будет геометрическим местом
точек на плоскости 7~, в которых нормаль
к плоскости Т составляет угол в е осью
винтового движения, т. е. в которых нор-
маль к плоскости Т будет перпендику-
лярна скорости V винтового движения.
Угол в подсчитывается по соотноше-
нию:
где р — параметр винтового движения;
г{ — кратчайшее расстояние между
рассматриваемой нормалью и
осью мгновенного винтового
движения.
Обозначим угол между рассматривае-
мой плоскостью Т и осью винтового дви-
жения р. Тогда нормаль к плоскости Т
с осью винтового движения будет состав-
лять угол 90° — р. Следовательно, в точ-
ках характеристики будем иметь:
tg (90° — р) = у-’ или rz = ptgp.
Таким образом, характеристикой Е
плоскости Т при ее винтовом движении
будет прямая, составляющая угол р с
осью винта и отстоящая от нее на расстоя-
нии В результате винтового движения
характеристики и создается эвольвент-
ная винтовая поверхность исходного
червяка. Найдем угол р между осью вин-
тового движения, т. е. осью червячной
фрезы, и боковой плоскостью зуба рейки
Т. Направим по оси фрезы вектор А,
который может быть записан таким обра-
зом:
Л = —7tg₽+7,
где ₽ — угол наклона оси фрезы.
Вектор N нормали к боковой плоскости
зуба рейки будет равен:
N = j — ktgaH,
где ав — угол профиля зуба рейки.
Угол между векторами А и N будет
равен 90° — р и может быть определен
по соотношению:
tg (90° — р) = 1 ^Х-11 .
6' '' (Д - N)
Следовательно,
. (Л • АО
tg р — —~.
|[ЛХУ||
Выражая в этой формуле скалярное
произведение и модуль векторного произ-
ведения через координаты векторов А и
N, после преобразований получим:
. cos аи
tg р ~
]Asin2 аи + tg2 Р
При известном угле р радиус основ-
ного цилиндра боковой эвольвентной
винтовой поверхности исходного червяка
будет равен:
„ „ 'ко cos ан
Гои — Р tg р — - , -•
2 У 1 — cos2aH cos2p
Если шаг зубьев на начальной окруж-
ности детали будет пт, то в этом частном
случае радиус основного цилиндра исход-
ного эвольвентного червяка будет:
__ т cos ан
° и 2|Л 1 — cos2 аи cos2 р
Осевой шаг эвольвентной винтовой по-
верхности исходного червяка подсчиты-
вается по соотношению:
/ос = 2лр = -^-.
ос н z cos р
Шаг по нормали, измеренный на раз-
вертке основного цилиндра эвольвентно-
го исходного червяка, будет:
2лгок
^н.о.н = too. Sinp — — = t0,
где zK — число зубьев обрабатываемого
колеса;
Го.к — радиус основной окружности
обрабатываемого колеса;
t0 — шаг зубьев обрабатываемого
колеса, измеренный на основ-
ной окружности.
Таким образом, с заданным зубчатым
колесом сопряженными могут быть мно-
гие эвольвентные червяки, т. е. для обра-
ботки известного колеса можно спроекти-
ровать разнообразные червячные фрезы
с различными углами профиля исходной
рейки, различными радиусами основных
цилиндров. Но у всех фрез, предназна-
ченных для обработки заданного колеса,
шаг зубьев по нормали, измеренный на
основном цилиндре исходного червяка,
будет общим и равным шагу зубьев обра-
батываемого колеса, измеренному на его
основной окружности.
Уменьшение профильного угла червяч-
ных фрез позволяет увеличить продол-
жительность зацепления фрезы и колеса,
улучшить чистоту обрабатываемой по-
верхности, увеличивать заходность фре-
зы. Однако с уменьшением профильного
угла одновременно происходит соответст-
вующее уменьшение задних углов на бо-
ковых кромках. Поэтому не рекомен-
дуется принимать профильный угол фре-
зы меньше 10—12°.
В общем случае вспомогательная про-
изводящая поверхность рейки Т может
перемещаться поступательно под углом
к оси инструмента (рис. 230) и обра-
зовывать исходную поверхность червяч-
ной конической фрезы. Исследование
показывает, что при обработке цилиндри-
ческих эвольвентных колес исходная по-
верхность червячной конической фрезы
будет ограничена коническими поверх-
ностями, соответствующими вершинам
и впадинам зубьев и боковыми эволь-
вентными винтовыми поверхностями,
шаги которых и радиусы основных ци-
линдров для правой и левой сторон зуба
будут разными.
Превращая исходный эвольвентный
червяк в режущий инструмент, получим
червячную зуборезную фрезу. Однако
§ 5. Червячные зуборезные фрезы
315
червячные фрезы, спроектированные на
базе теоретически точного исходного
эвольвентного червяка, технологически
трудно осуществимы. Поэтому при проек-
тировании червячных зуборезных фрез
заменяют исходный эвольвентный чер-
вяк архимедовым червяком или конво-
лютным червяком с прямолинейным про-
филем в нормальном сечении.
Архимедов червяк имеет прямолиней-
ный трапецевидный профиль в осевом
сечении. Угол профиля аос исходного
архимедова червяка определяют по фор-
муле:
ctg аос = ctg а0 cos т.
В этом случае прямая профиля архи-
медова червяка в осевом сечении касается
эвольвентного червяка в точке, располо-
женной на делительном цилиндре.
Конволютный червяк имеет прямоли-
нейный трапецевидный профиль в нор-
мальном сечении. Нормальное сечение
может проводиться различным образом.
Оно может быть перпендикулярно винто-
вой линии, лежащей на среднем цилинд-
ре и проходящей через середину впади-
ны, либо перпендикулярно средней вин-
товой линии витка резьбы исходного
червяка.
Размеры профиля исходного червяка
в нормальном сечении обычно при проек-
тировании фрез принимаются равными
размерам прямозубой рейки, сопряжен-
ной с нарезаемыми зубчатыми колесами.
Теоретический профиль исходного чер-
вяка в нормальном сечении должен быть
отличным от профиля зуборезной рейки.
Однако для фрез малых и средних моду-
лей рассматриваемые изменения профиля
исходного червяка по сравнению с профи-
лем исходной рейки малы и ими прене-
брегают.
При превращении исходного червяка
в червячную фрезу его поверхность обыч-
но принимается за статическую поверх-
ность резания. Передняя поверхность и
пространство для схода стружки создает-
ся прорезанием продольных канавок.
В результате пересечения передней по-
верхности и исходного червяка обра-
зуется режущая кромка фрезы.
Наиболее простой формой передней
поверхности фрезы будет плоскость. Од-
нако, если принять переднюю поверх-
ность в форме плоскости параллельной
оси фрезы, то статический передний угол
на одной из боковых режущих кромок
будет положительный, а на другой — от-
рицательный. Чем больше будет угол т
подъема резьбы исходного червяка, тем
в большей степени будут отличаться ве-
личины передних углов, а следовательно,
и условия работы боковых режущих кро-
мок. Поэтому переднюю поверхность
червячной фрезы выбирают в форме
плоскости, параллельной оси только при
относительно малых величинах угла т,
так как это не оказывает существенного
влияния на условия резания, но упро-
щает изготовление и заточку фрез.
Наиболее часто при проектировании
червячных фрез в качестве передней по-
верхности принимают архимедову винто-
вую поверхность, образующие которой
перпендикулярны оси фрезы. Угол на-
клона передней винтовой поверхности
принимается равным углу подъема резь-
бы исходного червяка при их измерении
на среднем цилиндре. В результате со-
здаются равные величины статических
передних углов на боковых кромках.
Задняя поверхность червячных фрез
наиболее часто образуется радиальным
затылованием. Эта операция произво-
дится на затыловочных станках.
В процессе затылования фрез с прямо-
линейным профилем в нормальном сече-
нии резец устанавливается так, чтобы его
режущая кромка располагалась в нор-
мальном сечении. В этом сечении произ-
водится также и контроль профиля
фрезы.
При проектировании же червячных
зуборезных фрез на базе архимедова
316
Глава XII. Зуборезный инструмент для цилиндрических колес
исходного червяка необходимо опреде-
лять профиль фрезы в осевом сечении. На
рис. 234 изображено два зуба червячной
фрезы, рассеченные осевой плоскостью,
проходящей через точки Di и Du. Благо-
даря винтовым канавкам и затылованию
зубьев, точка Он располагается ближе
к оси фрезы по сравнению с точкой Оь
Поэтому в осевом сечении вершины
зубьев наклонены к оси фрезы под углом
Ф, величина которого подсчитывается
по формуле:
tg<₽ = ~тр-.
где SK — шаг винтовой канавки фрезы;
К—величина затылования;
г—число зубьев фрезы.
Углы профиля зуба фрезы различны
для каждой стороны и определяются по
формулам:
ctg апр = ctg аос Т
ctg аЛев — ctg аос ±
В приведенных формулах верхние зна-
ки принимаются для правозаходных, а
нижние — для левозаходных фрез.
При анализе геометрии задней затыло-
ванной поверхности червячной фрезы
можно приближенно пользоваться зави-
Рис. 234. Схема затылования боковой стороны
зуба фрезы
симостями, справедливыми для обычных
фасонных затылованных фрез и расчет,
например величины затылования К, вести
по известной формуле;
v nD ,
К = — tgaB.
Рассматриваемые соотношения дают
удовлетворительные для практики ре-
зультаты при анализе геометрии одноза-
ходных червячных фрез с малыми углами
подъема резьбы исходного червяка. Для
многозаходных червячных фрез, у ко-
торых угол подъема резьбы исходного
червяка имеет значительные размеры,
величина затылования определяется по
формуле:
К. = —-— tgascosx.
При рассматриваемом способе затыло-
вания будут наблюдаться изменения ки-
нематики движения и формы режущих
кромок при переточках фрезы в силу
уменьшения диаметральных размеров
фрезы. Для того, чтобы несколько умень-
шить абсолютные величины ошибок, рас-
четные диаметры подсчитываются не для
новой, а для наполовину сточенной фре-
зы. Так, расчетный средний диаметр фре-
зы определяют по соотношению:
Оср = De — 2h' — (0,2 + 0,5) К,
где De — наружный диаметр новой фре-
зы;
h' — высота головки зуба;
К — величина затылования.
Погрешности, вызываемые изменением
диаметров фрезы при переточках, можно
уменьшить увеличением диаметра фрезы.
В этом случае относительное изменение
диаметров при переточках будет умень-
шаться и не будет наблюдаться резкое
искажение кинематики резания и формы
кромки.
При затыловании сборных червячных
фрез целесообразно применять способ за-
тылования «по окружности», что по
§ 5. Червячные зуборезные фрезы
317
Рис. 235. Схема затылования червячных фрез по окружности
сравнению с обычным способом является
более производительным процессом, не
требующим для своего осуществления
специальных затыловочных станков.
В этом случае отдельные гребенки
сборной фрезы (рис. 235, а) устанавли-
ваются в приспособлении (рис. 235, б)
и их задние поверхности обрабатываются
по винтовой поверхности, шаг которой
равен шагу резьбы исходного червяка.
Приспособление напоминает корпус фре-
зы со смещенными для установки гре-
бенок пазами (рис. 235). Величина сме-
щения Н = /?к sin ав, где ав — задний
угол на вершине зуба фрезы при его из-
мерении в торцовом сечении. Обычно
радиус приспособления Л?к равен /?е.
Чтобы обработать в приспособлении
винтовую заднюю поверхность зубьев,
необходимо знать ее профиль, то есть
найти линию пересечения задней по-
верхности с плоскостью, проходящей
через ось приспособления.
Рассмотрим червячную сборную фрезу
с плоской передней поверхностью, у ко-
торой передний угол у = 0. Будем счи-
тать, что в системе хоуе заданы координа-
ты точек ее режущей кромки. Выберем
систему координат xtytz1, связанную
с приспособлением, приняв за ось хг,
ось приспособления. В плоскости гг =
— Н, соответствующей передней пло-
скости зубьев, изображаем в системе х0#о
заданную режущую кромку. Если заста-
вить режущую кромку совершать вин-
товое движение, ось которого будет сов-
падать с осью приспособления с пара-
метром р, равным параметру винтовой
поверхности исходного червяка фрезы, то
она опишет винтовую заднюю поверх-
ность. Линию пересечения этой поверх-
ности с осевой плоскостью х1у1 и будем
определять.
Винтовое движение любой точки ре-
жущей кромки будем представлять как
совокупность вращательного и посту-
пательного движений. Например, про-
извольная точка М в системе хоуо (ее
проекций т' и т") режущей кромки,
чтобы попасть в сечение yrxlt должна
повернуться вокруг оси приспособления
на угол т. В результате этого поворота
точка М займет положение точки К.
Повороту точки М на угол т при ее вин-
товом движении будет соответствовать
поступательное перемещение вдоль оси
318
Глава XII. Зуборезный инструмент для цилиндрических колес
винтового движения хг на величину
А = р - т. В результате этого поступа-
тельного перемещения точка М режущей
кромки из положения, соответствующего
точке К, перейдет в положение, отмечен-
ное точкой Мг. Точка Мг и будет точкой
профиля задней поверхности зуба фрезы.
Координаты точки в системе Хуу^
будут равны:
21 = 0,
Xi^Xo^-p -т,
_ 7?к sin ссв
sin т ’
где т — угол поворота произвольной
точки М режущей кромки до сечения
х^ определяется из выражения:
_ RK sin ссв
tg т = RK cos ав — у0
Аналогично определению точки М
находятся координаты и других точек,
совокупность которых и будет профилем
задней поверхности зуба червячной фре-
зы, затылованной по окружности.
Определим при затыловании червяч-
ных фрез по окружности величины ста-
тических задних углов а,ы при их изме-
рении в нормальном к режущей кромке
сечении. За статическую поверхность
резания примем поверхность исходного
червяка. Тогдавектор статической ско-
рости резания V в системе хог/ого может
быть записан таким образом:
V — itgex—k,
где ех—угол подъема резьбы червяка
в исследуемой точке режущей кромки.
Вектор Р, идущий по режущей кромке,
будет:
p==rtga0—/.
Вектор 3, касающийся задней поверх-
ности в исследуемой точке кромки и рас-
положенный в сечении, перпендикуляр-
ном оси фрезы, будет равен:
3 = / tg т — k.
Тогда вектор Na нормали к задней по-
верхности в исследуемой точке может
быть определен по соотношению:
Na = [Р X 3] = • •се о Q - S,
0 tg т — 1
Раскрывая определитель, получим:
N3 = i + / tg а0 + k tg a0 tg t.
Вектор NCT нормали к статической по-
верхности резания в той же точке кром-
ки будет:
ACT = (VxP] =
Отсюда
i
tgs,
tg«0
k
— 1
о
/
0
— 1
Л^ст = — i — / tg а0 — k tg ex.
По определению угол между векторами
Na и NCT будет статическим задним углом
ан при его измерении в нормальном к ре-
жущей кромке сечении. Его величина
может быть определена по формуле:
_ Н^зХ^стП
S (Na Na)
Подставляя вместо Na и NCT их коор-
динаты, после преобразований получим:
tgrsincco — tge*cosa0
lg СХдг == —:—г-7-:--------т---.
1 + tg sin а0 cos а0 tg т
Применение сборных фрез, затылован-
ных по окружности, позволяет прини-
мать увеличенные задние углы на верши-
не зуба до 15 4- 18°. Это приводит к соот-
ветствующему увеличению задних углов
а# и на боковых кромках, что благо-
приятно отражается на работоспособно-
сти фрез. Кроме того, эти фрезы имеют
увеличенное число переточек. Однако по
сравнению с монолитными фрезами их
конструкция и технология изготовления
являются более сложными.
§ 5. Червячные зуборезные фрезы
319
Рис. 236. Сборная червячная фреза с поворотными рейками
С целью упрощения технологии изго-
товления были разработаны сборные
червячные фрезы с поворотными рейка-
ми, затылованные по окружности. Кор-
пус этих фрез используется не только
в качестве рабочего корпуса, но и тех-
нологического приспособления, в кото-
ром окончательно обрабатываются рейки
по профилю зубьев на резьбо- или чер-
вячношлифовальных станках.
При установке реек в положение
(рис. 236), при котором передняя по-
верхность их совпадает с радиальным
направлением паза корпуса, последний
выполняет роль рабочего.
При повороте же реек на 180° корпус
выполняет роль технологического при-
способления. В этом случае, чтобы полу-
чить положительные задние углы, необ-
ходимо обеспечить смещение передней
поверхности реек от оси корпуса на рас-
стояние h ~ R sin а, где R — радиус
фрезы; а — задний угол в торцовом се-
чении.
Это достигается благодаря тому, что
соответствующие пазы в корпусе проек-
тируются так, чтобы одна из их боковых
поверхностей касалась цилиндра радиу-
са h.
Сборные червячные фрезы могут вы-
полняться с острозаточенными зубьями
и перетачиваться по задним поверхнос-
тям. Это позволяет создавать целесооб-
разные величины задних углов на бо-
ковых режущих кромках. Однако эти
фрезы не получили широкого распростра-
нения.
При проектировании червячных зубо-
резных фрез наружный диаметр, тип
исходного червяка, число зубьев, диа-
метр посадочного отверстия и другие
конструктивные элементы либо выби-
раются по нормалям и стандартам, либо
их задают исходя из паспортных данных
станка и опыта эксплуатации фрез.
Выбирая наружный диаметр фрезы
Den, необходимо учитывать, что его
увеличение приводит к повышению точ-
ности обработки колес, так как умень-
шаются органические погрешности про-
филирования фр езы, появляется возмож-
ность увеличения диаметра оправки и
320
Глава XII. Зуборезный инструмент для цилиндрических колес
Рис. 237. Схема определения длины чер-
вячной фрезы
повышения жесткости рассматриваемой
системы.
Однако при увеличении диаметра фре-
зы возрастает расход инструментального
материала для ее изготовления, увеличи-
вается длина врезания и соответственно
снижается производительность фрезеро-
вания. Поэтому целесообразно для чисто-
вых фрез наружный диаметр выбирать
большим, чем у черновых фрез, а преци-
зионных — большим, чем у чистовых.
Наружный диаметр фрез зависит также
и от высоты профиля и увеличивается
с увеличением модуля. Для фрез моду-
лем от 1 до 20 мм (в зависимости от моду-
ля и назначения инструмента) он колеб-
лется от 63 до 250 мм.
Диаметр d посадочного отверстия вы-
бирается таким образом, чтобы обеспе-
чить достаточную прочность и жесткость
ступицы фрезы. Ориентировочно диаметр
посадочного отверстия равен:
d = (0,20 4- 0,45) Пси.
Расстояние между дном стружечной
канавки и шпоночной канавки должно
быть не менее 0,3—0,4d.
При конструировании фрез диаметр
отверстия необходимо округлять до стан-
дартного значения диаметров оправок
инструмента (22, 27, 32, 40, 50, 60 мм}.
Длина рабочей части фрезы выбирается
с учетом обеспечения полной обработки
заданного профиля детали. Поэтому ми-
нимально необходимая длина червячной
фрезы должна быть равна проекции рабо-
чего участка линии зацепления на ось
фрезы.
У червячных зуборезных фрез линия
зацепления (рис. 237) будет прямой АВ
для одной стороны профиля зуба и пря-
мой А'В'— для второй. Минимально
необходимая длина фрезы равна:
7-min = I + 25и = 2/i' ctg а0 -|- 25и,
где 5И — необходимая толщина профи-
лирующих крайних зубьев
фрезы.
Но так как зубья фрезы вступают в ра-
боту раньше начала соприкосновения со-
пряженных профилей фрезы и колеса, то
длину фрезы следует брать больше вели-
чины проекции линии зацепления на ось
фрезы.
Кроме того, при работе червячная
фреза изнашивается неравномерно. По-
этому для увеличения срока ее службы
применяют периодические передвижки
фрезы на оправке в процессе обработки
либо фрезе сообщают дополнительное
движение вдоль ее оси. Поэтому при уточ-
нении длины фрезы необходимо также
предусматривать определенный запас
на возможные перемещения фрезы на
оправке.
Общая длина фрезы увеличивается по
сравнению с длиной рабочей части ее на
длину двух буртиков, равную 6—10 мм.
Буртики служат для контроля отсут-
ствия биения фрезы при ее установке на
оправку в процессе изготовления и эксп-
луатации. Диаметр буртиков выбирается
в пределах 1,5—1,7 диаметра отверстия.
Между длиной фрезы L и ее наружным
диаметром наблюдается такая зависи-
мость:
Л = (0,84 4- 1,26) Оеи.
Число зубьев г = 8 4- 16 в зависимо-
сти от диаметра и высоты зуба фрезы.
При выборе z необходимо обеспечить об-
разование достаточно широкой канавки
между зубьями для размещения стружки
и выхода шлифовального круга при за-
$ 5. Червячные зуборезные фрезы
321
тыловании, а также достаточную проч-
ность зуба. Число зубьев фрезы влияет
на точность и чистоту поверхности обра-
батываемых зубьев. G увеличением числа
зубьев фрезы чистота обрабатываемой
поверхности повышается, так как в этом
случае число резов, формирующих про-
филь зубьев колеса, возрастает. Однако
при большом числе зубьев затрудняет-
ся процесс шлифования профиля зуба
фрезы.
Задние углы ав на вершине у затыло-
ванных по архимедовой спирали фрез
принимаются равными 10—12°, у сбор-
ных фрез, затылованных по окружности,
задний угол на вершине может быть уве-
личен до 18°. Увеличение задних углов
на вершине приводит к соответствующе-
му возрастанию задних углов на боковых
кромках и повышению работоспособ-
ности фрезы.
Передний угол ув на вершине чистовых
червячных фрез принимается равным
нулю. Поэтому при винтовых стружеч-
ных канавках передняя поверхность яв-
ляется архимедовой. Черновые же чер-
вячные фрезы следует проектировать с
положительными передними углами. Ве-
личины передних углов могут быть раз-
личными. Обычно они принимаются рав-
ными 8—10°.
Червячные фрезы с положительными
передними углами по сравнению с фреза-
ми, у которых у = 0°, имеют меньшие
усилия резания, увеличенную стойкость
и производительность. Червячные фрезы
с положительными передними углами
можно использовать и при чистовой об-
работке зубчатых колес, однако в этом
случае необходимо соответственно кор-
ректировать профиль. Глубина стружеч-
ной канавки червячных зуборезных фрез
со шлифованным профилем равна:
Н = 2,5т + + г,
где т — модуль;
11 4-1967
t
Рис. 238. Сборная червячная фреза со вставными
гребенками
К и Ki — величины затылования;
г — радиус закругления дна ка-
навки, равный 1—3 мм.
Угол профиля канавки в торцовом
сечении 0 = 20 4- 30°.
Винтовые стружечные канавки чер-
вячной фрезы выполняются с углом на-
клона io, равным углу т подъема резьбы
исходного червяка при их измерении на
среднем диаметре Dcp.
С учетом переточек средний расчетный
диаметр равен:
Dcp = De — 2,5m — (0,2 4- 0,5) К,
где De — наружный диаметр новой
фрезы.
Тогда угол <о наклона стружечной ка-
навки и ее шаг будут равны:
т
Sin (О = ,
^ср
Sr = nDcpCtg®.
С целью экономии дорогостоящего ин-
струментального материала в последнее
время появилось большое количество
различных конструкций сборных чер-
вячных фрез, отличающихся друг от
друга методами крепления и центрирова-
ния зубчатых гребенок или отдельных
зубьев, схемами резания и т. п.
На рис. 238 изображена конструкция
сборной крупномодульной червячной
322
Глава XII. Зуборезный инструмент для цилиндрических колес
Рис. 239. Сборная червячная фреза конструкции ВНИИ
фрезы со вставными гребенками. В кор-
пусе 1 фрезы из конструкционной стали
имеются клиновидные пазы с уклоном
1 : 10. В пазы запрессовываются гре-
бенки 2 из быстрорежущей стали. После
запрессовки гребенок и шлифования бур-
тиков с обоих торцов фрезы в горячем
состоянии на буртики одеваются кольца
3. Остывая, кольца сжимаются и закреп-
ляют дополнительно гребенки в пазах.
Кольца привертываются к корпусу вин-
тами, которые служат для их предохра-
нения от сдвигания при случайных уда-
рах. Шлифование профиля производится
после сборки фрезы.
По прочности и точности рассматривае-
мые фрезы ничем не отличаются от целых.
Недостатком такой конструкции являет-
ся неудобство замены реек, сложность
точной пригонки реек к пазам корпуса,
большая трудоемкость операции шлифо-
вания профиля.
С целью снижения трудоемкости шли-
фования профиля применяют фрезы, за-
тылованные по окружности.
На рис. 239 показана сборная затыло-
ванная по окружности червячная фреза
конструкции ВНИИ. Она состоит из
корпуса 1, комплекта зубчатых гребенок
2, двух центрирующих полукольцевых
шпонок 3 и крепежных колец 4. Рейки
имеют угловую форму и выступы на тор-
цах, на которые с натягом 0,06—0,08 мм
одеваются крепежные кольца. Пазы в
корпусе выполнены так, что он при по-
вороте реек на 180° от их рабочего поло-
жения, является технологическим при-
способлением, в котором окончательно
шлифуются гребенки по профилю на
резьбо- или червячно-шлифовальных
станках. Это значительно упрощает эту
операцию. Такая конструкция обеспечи-
вает в 2 раза большее возможное число
переточек по сравнению со стандартны-
ми фрезами, имеет увеличенный до 18°
задний угол на вершине зубьев.
Значительное повышение скорости ре-
зания и производительности обеспечива-
ют фрезы, оснащенные твердым сплавом.
На рис. 240 показана фреза с отдельными
вставными твердосплавными зубьями
конструкции ВНИИ. В пазах корпуса 1
устанавливаются твердосплавные зубья
4, которые с одной стороны упираются
в торцовые выступы установочного коль-
ца 5. Установочное кольцо с торцовыми
выступами обеспечивает расположение
режущих кромок зубьев на винтовой пове-
рхности исходного червяка. Закрепление
зубьев производится винтом 2, располо-
женным на втором торце, через соответ-
ствующие прокладки 3. Заточка зубьев
§ 5. Червячные зуборезные фрезы
323
Рис. 240. Червячная фреза с твердосплавными зубьями
рассматриваемых фрез производится в
многоместном приспособлении. При за-
точке на боковых кромках создаются
задние углы порядка 10—15°, что спо-
собствует повышению стойкости фрез.
Применение рассматриваемых остро-
заточенных фрез с пластинками твердого
сплава позволяет при изготовлении тек-
столитовых шестерен получить увеличе-
ние стойкости до 50 раз по сравнению с
фрезами из быстрорежущей стали.
Находят применение также мелкомо-
дульные червячные фрезы с твердосплав-
ными зубчатыми гребенками, монолитные
червячные фрезы, изготовленные из твер-
дого сплава.
Следует однако заметить, что червяч-
ные твердосплавные фрезы еще не полу-
чили широкого распространения в про-
мышленности. Распространению их пре-
пятствует большая трудоемкость изго-
товления и перетачивания инструмента,
ненадежность работы при эксплуатации,
что объясняется нестабильностью качест-
ва твердого сплава, отсутствием рацио-
нальной конструкции фрезы.
Существенным недостатком стандарт-
ных червячных фрез является неравно-
мерная загрузка их режущих кромок.
Схема резания стандартной фрезой
характерна тем, что боковые и вершин-
ная режущие кромки зубьев срезают
11*
слои неодинаковой толщины (рис. 241).
Наиболее толстый слой срезает вершина,
тоньше срезает входная боковая кром-
ка и самый тонкий слой — выходная
кромка.
Анализ показывает, что не только
толщина среза, но и скорость резания, а
также время контакта режущих кромок
с заготовкой изменяются по длине фрезы,
т. е. загрузка отдельных зубьев фрезы не
остается постоянной. Зубья, первыми
вступающие в работу, загружены боль-
ше, чем центральные. В результате на-
блюдается неравномерная интенсивность
износа зубьев червячных фрез.
Поэтому при эксплуатации фрез до
полного износа доводится небольшая
Рис. 241. Схема резания червячной фрезой
324
Глава XII. Зуборезный инструмент для цилиндрических колес
часть общего периметра режущих кро-
мок, после чего инструмент перетачи-
вается. Это приводит к увеличению
расхода инструмента.
С целью обеспечения более равномер-
ного износа различных точек режущих
кромок червячных фрез применяют пе-
риодическое передвижение фрезы вдоль
ее оси в процессе эксплуатации. Передви-
жение фрезы осуществляется через опре-
деленное число циклов работы автомати-
чески с помощью специальных устройств,
вводимых в конструкцию станка. Приме-
няется также диагональное зубофрезеро-
вание, при котором фреза в процессе ре-
зания непрерывно двигается вдоль своей
оси. Поэтому за время обработки колеса
в работе участвуют режущие кромки
почти всех зубьев. Перед обработкой
следующей заготовки фреза возвращает-
ся в исходное положение и цикл повто-
ряется. Непрерывная смена работающих
зубьев в процессе диагонального зубо-
фрезерования приводит к увеличению
общей стойкости инструмента и соответ-
ственно производительности обработки.
Перераспределения нагрузки между
режущими кромками и более равномер-
ный износ фрез достигается за счет умень-
шения угла профиля, применения кони-
ческих червячных фрез, фрез с заборным
конусом, с криволинейной формой обра-
зующей наружной поверхности, с изме-
ненной толщиной и высотой зубьев. Эф-
фективность применения фрез с перерас-
пределенной загрузкой возрастает с уве-
личением модуля и числа зубьев обраба-
тываемых зубчатых колес.
§ 6. ЗУБОРЕЗНЫЕ ДОЛБЯКИ
Зуборезные долбяки используются для
нарезания цилиндрических колес любого
типа. Однако долбяки имеют и особые
области применения, в которых другие
типы инструментов применять нельзя
или нерационально. Это нарезание
зубьев «в упор» на блочных колесах и на
колесах с буртиками, нарезание колес
внутреннего зацепления и т. п.
Для обработки цилиндрических зубча-
тых колес долбяки предпочтительно при-
менять при нарезании колес с меньшими
модулями, большими числами зубьев,
меньшими ширинами венца, большими
углами наклона зубьев.
Зуборезный долбяк представляет со-
бой зубчатое колесо, сопряженное с об-
рабатываемым колесом, превращенное в
режущий инструмент.
Если обычное цилиндрическое прямо-
зубое зубчатое колесо установить на зу-
бодолбежный станок и использовать его
в качестве инструмента, то у него перед-
ние и задние углы будут равны нулю.
Такой инструмент неработоспособен. По-
этому, превращая зубчатое колесо в дол-
бяк, необходимо обеспечить на его режу-
щих кромках положительные задние
углы и соответствующие передние углы.
Будем считать, что задняя поверхность
зуборезного долбяка создается с по-
мощью гребенки, у которой передний
угол равен нулю и передняя плоскость
которой идет перпендикулярно оси дол-
бяка (рис. 242). Как и обычно при обра-
ботке гребенками осуществляется на
станке движение обкатки начальной пря-
мой инструмента по начальной окруж-
ности детали. Это движение обкатки
может быть, в частности, получено в ре-
зультате вращения вокруг своей оси за-
готовки, в рассматриваемом случае дол-
бяка, и поступательного движения гре-
бенки вдоль средней линии ее профиля.
Требуемая скорость резания создается
за счет возвратно-поступательных дви-
жений гребенки. При обработке обычных
прямозубых колес эти возвратно-посту-
пательные движения гребенки совер-
шаются вдоль оси заготовки. Однако при-
нять это направление возвратно-посту-
пательных движений 'гребенки при
обработке задней поверхности долбяка
§ 6. Зуборезные долбяки
325
нельзя, так как в этом случае создаются на
его режущих кромках задние углы, рав-
ные нулю.
Чтобы получить на режущих кромках
долбяка положительные задние углы,
заставим гребенку при обработке задней
поверхности совершать возвратно-посту-
пательные движения резания под углом
к оси долбяка, не меняя при этом харак-
тер движения обкатки. В этом случае
наружная (внешняя) поверхность зубьев
долбяка будет конической и на вершин-
ных режущих кромках будут образованы
задние углы ав, равные углам между
осью долбяка и направлением возвратно-
поступательных движений резания гре-
бенки.
Боковые стороны зубьев долбяка соз-
даются боковыми режущими кромками
зубьев гребенки. Рассматриваемые кром-
ки при возвратно-поступательных движе-
ниях резания гребенки описывают по-
верхность резания. Эта поверхность вхо-
дит в зацепление с обрабатываемым дол-
бяком и формирует боковые поверхности
его зубьев. Если рассечь долбяк и по-
верхность резания гребенки плоскостью,
перпендикулярной оси долбяка, то в се-
чении будет наблюдаться картина зацеп-
ления зубьев гребенки (рейки) и зубьев
обрабатываемого долбяка. Будем счи-
тать, что в сечении / — / имеет место
касание средней линии рейки и началь-
ной окружности долбяка, т. е. средняя
линия рейки совпадает с ее начальной
прямой. В результате обкатки создается
некорригированный профиль зубьев дол-
бяка. Это сечение долбяка называют ис-
ходным или расчетным.
Основные размеры зубьев долбяка в ис-
ходном сечении будут равны: высота
головки Ли = 1,25/72, высота ножки
Ли = 1,25/72. Толщина зуба по дуге де-
лительной окружности равна ширине
впадины зубьев рейки на начальной пря-
мой s = ~ . С расчетом обеспечения
боковых зазоров в сопряженных зубьях
толщину зуба долбяка в исходном сече-
нии на делительной окружности несколь-
ко увеличивают по сравнению с ее тео-
ретическим значением и принимают рав-
ной:
5й,и-^- + А5й.и.
Диаметр делительной окружности дол-
бяка dd.K = тгя.
Рассмотрим произвольное сечение
II — II долбяка, перпендикулярное его
оси и отстоящее от сечения I — /на
расстоянии у. Сечение поверхности реза-
ния гребенки с плоскостью II — II будет
профилем рейки, тождественным профи-
лю рейки в сечении I — I. Однако про-
филь рейки в сечении II — II отстоит
от оси долбяка на большем расстоянии,
чем в сечении I — I. Смещение профиля
рейки в сечении // — // по отношению
к его исходному положению в сечении
I — I будет равно: х = у tg ctB.
В результате обкатки этого профиля в
рассматриваемом произвольном сечении
II — II будет образован корригирован-
ный профиль зуба долбяка, коэффициент
смешения в котором будет равен:
е f/ tg qB
®и т т ’
326
Глава XII. Зуборезный инструмент для цилиндрических колес
Как видно, коэффициент смещения Еи
при переходе от одного сечения, перпен-
дикулярного оси долбяка, к другому бу-
дет изменяться пропорционально рас-
стоянию от исходного сечения до иссле-
дуемого. Поэтому такой долбяк можно
рассматривать как совокупность беско-
нечно большого числа элементарных зуб-
чатых колес с бесконечно малой шириной
обода, с различной величиной коррек-
ции, закрепленных на общей оси.
Движение обкатки при обработке дол-
бяка гребенкой не изменяется при пере-
ходе от одного сечения, перпендикуляр-
ного оси, к другому. Поэтому радиус на-
чальной окружности долбяка при его
зацеплении с гребенкой сохраняется не-
изменным. Эта окружность будет дели-
тельной окружностью долбяка, на кото-
рой шаг зубьев t равен шагу зубьев рей-
ки: t = лт.
Не изменяется также при переходе от
одного сечения к другому основная
окружность, радиус которой равен:
r0 = r5costz0,
где гд — радиус делительной окружно-
сти долбяка;
а0 — угол профиля зуборезной рей-
ки.
Основные размеры зубьев долбяка
в произвольном сечении, перпендику-
лярном его оси, следующие:
высота головки зуба как расстояние
между делительной окружностью и
окружностью выступов:
йи= 1,25m + у tg ав;
высота ножки зуба как расстояние между
делительной окружностью и окруж-
ностью впадин:
йи = 1,25m — у tg ав.
Толщина зуба по дуге делительной
окружности, равная ширине впадины рей-
ки (гребенки) на начальной прямой,
s'di = -тр- + Азй.и + 2у tg ав tg а0.
Увеличение толщины зуба долбяка по
дуге делительной окружности при пере-
ходе от исходного сечения к произволь-
ному равно:
Ssdi = Sdi — sdM =; 2у tg ав tg а0.
В различных сечениях, перпендику-
лярных оси долбяка, профиль его зубьев
как сопряженный с профилем прямобоч-
ной рейки будет эвольвентным. Эволь-
вента в каждом сечении образуется от
основной окружности одного и того же
радиуса г0> т- е- в различных сечениях
профиль зуба долбяка будет очерчен
одной и той же эвольвентой, нов каждом
сечении он будет занимать на эвольвенте
различные положения.
При переходе от исходного сечения
к произвольному эвольвента профиля
зуба долбяка будет поворачиваться
вокруг его оси. Поэтому наблюдается
изменение толщины зуба долбяка. Угол
е поворота эвольвенты вокруг оси долбя-
ка в радианах, измеренный по дуге дели-
тельной окружности, при переходе от
исходного к произвольному сечению бу-
дет равен:
_ Ssdi _ tg ав tg an
9r r У”
zrd rd
Таким образом, угол поворота эволь-
венты при перемещении из исходного се-
чения в произвольное прямо пропорцио-
нален расстоянию у между сечениями.
Чтобы получить профиль зуба долбяка
в произвольном сечении, необходимо
эвольвенту профиля зуба заставить со-
вершать равномерное поступательное
движение вдоль оси долбяка и одновре-
менно равномерно вращаться вокруг
той же оси.
В результате сочетания равномерных
поступательного и вращательного движе-
ний эвольвента будет совершать винто-
вое движение и описывать эвольвентную
винтовую поверхность постоянного шага,
которая будет боковой задней поверх-
§ 6. Зуборезные долбяки
327
ностью зуба долбяка. Шаг этой поверх-
ности равен расстоянию у при одном обо-
роте эвольвенты, когда угол е = 2л:
2л
гд
Отсюда
2лгЛ
Н= -7-----/-- .
tg ав tg а0
Винтовая боковая поверхность зуба
долбяка обеспечивает получение на бо-
ковых режущих кромках необходимых
задних углов аб. Величина заднего угла
на боковой режущей кромке аб при его
измерении в цилиндрическом сечении,
концентричном оси долбяка, будет равна
углу наклона винтовой поверхности.
Следовательно,
tga6 = = -ту-tg «в tga0.
Задний угол в сечении по делительному
цилиндру соответственно будет равен:
tgae.d — tgaBtga0.
С точки зрения протекания процесса
резания целесообразно знать задние углы
на боковых кромках в сечениях, нор-
мальных к профилю. Для эвольвентного
профиля таким сечением будет сечение
плоскостью, касательной к основному
цилиндру и проходящей через исследуе-
мую точку режущей кромки.
Определим задний угол в нормальном
сечении NN в произвольной точке С
эвольвентного профиля зуба долбяка
(рис. 243). Для этого в системе хуг, ось
х которой идет перпендикулярно сече-
нию NN, а ось г — параллельно оси дол-
бяка, запишем три вектора Р, А, В, ка-
сающиеся в точке С боковой задней по-
верхности зуба долбяка. Вектор Р на-
правим по касательной к эвольвентному
профилю Р — i. Вектор А проведем в се-
чении NN по касательной к боковой зад-
Рнс. 243. Определение задних углов на боко-
вой кромке долбяка
ней поверхности. В системе хуг он может
быть записан таким образом:
А = /tgayv + k.
Вектор В направим по касательной
к линии пересечения винтовой задней
поверхности и цилиндрического сечения,
проходящего через исследуемую точку С.
В систему хуг
В . i tg a6 sin ax + j tg a6 cos ax + k.
Три вектора P, А, В лежат в одной
плоскости, касающейся в точке С задней
боковой поверхности зуба долбяка. По-
этому их смешанное произведение равно
нулю:
1
О
— tga6sinax
О О
tgaw 1
tga6cosa~ 1
Раскрывая определитель, после пре-
образований получим:
tgaw = tgaBsina0.
Полученная формула показывает, что
задний угол aN является постоянной ве-
личиной на всем протяжении боковой
328
Глава XII. Зуборезный инструмент для цилиндрических колес
Рис. 244. Влияние угла профиля рейки
на профиль долбяка
кромки зуба. Для стандартных долбя-
ков, у которых задний угол на вершин-
ной кромке ав — 6° и угол а0 = 20°,
задний угол a-N = 2° 10'.
Таким образом, принятая схема обра-
зования задних поверхностей зуба долбя-
ка обеспечивает получение необходимых
для осуществления процесса резания
задних углов на всех участках режу-
щих кромок.
Переточка долбяка производится по
передней поверхности. По мере перета-
чивания меняется величина коррекции
эвольвентного профиля зубьев долбяка.
Как известно, корригированное колесо
может находиться в правильном зацепле-
нии как с корригированными, так и с
некорригированными колесами. Поэтому
новым и переточным долбяком можно
нарезать одни и те же колеса. Следова-
тельно, рассмотренная схема образова-
ния задней поверхности зуба долбяка
оказывается приемлемой.
Для обеспечения лучших условий ре-
зания передняя поверхность долбяка
затачивается под углом уБ. Этот угол
превращает переднюю торцовую плос-
кость в коническую поверхность, ось ко-
торой совпадает с осью долбяка. В ре-
зультате заточки по передней конической
поверхности создается режущая кромка
долбяка как линия пересечения задней
и передней его поверхности. Проекция
этой режущей кромки на плоскость, пер-
пендикулярную оси долбяка, уже не
будет эвольвентной. При нарезании зуб-
чатых колес таким долбяком в зацепление
будет вводиться неэвольвентное режущее
зубчатое колесо, создающееся в про-
странстве при возвратно-поступательных
движениях режущей кромки. В резуль-
тате, обработанное зубчатое колесо будет
также неэвольвентным и будет иметь
соответствующие погрешности. Размеры
этих погрешностей зависят от принятых
при конструировании долбяка величин
передних и задних углов. Поэтому у
стандартных долбяков они выбираются
сравнительно небольшими: ув = 5°, а
аБ = 6°.
Чтобы оценить возникающие погреш-
ности, определим угол давления на дели-
тельной окружности в проекции режу-
щей кромки долбяка на плоскость, пер-
пендикулярную его оси.
Введем следующие обозначения:
а0 — угол профиля рейки, с помощью
которой обрабатывается задняя поверх-
ность зуба долбяка;
а0 — угол давления между касатель-
ной к проекции режущей кромки долбяка
на плоскость, перпендикулярную его
оси в точке А, расположенной на дели-
тельной окружности, и радиальным лу-
чом, проведенным к той же точке из
центра долбяка. В точке А (рис. 244),
расположенной на делительной_окруж-
ности, проведем три вектора М, Т, Р,
расположенные в плоскости, касатель-
ной к боковой задней поверхности зуба
долбяка. Вектор М идет горизонтально
по боковой стороне профиля исходной
рейки и касается в точке А задней по-
верхности зуба долбяка. Вектор Т про-
водится по касательной к винтовой ли-
нии пересечения боковой задней поверх-
ности зуба долбяка и делительного
цилиндра. Угол между этим вектором и
§ 6. Зуборезные долбяки
329
осью долбяка равен ctc.a- Вектор Р ка-
сается режущей кромки. Выберем систе-
му координат хуг с началом в точке А.
Ось г направим параллельно оси долбя-
ка, а ось у — по радиусу, соединяющему
точку А с центром долбяка. _
В системе хуг векторы М, Т, Р мо-
гут быть записаны таким образом:
M = ?tga0 —/,
Т = i tga6.a + k == i tgaB tga0 + k,
P = — itga0+7 + KtgyB.
В силу того, что рассматриваемые век-
торы М, Т, Р лежат в одной плоскости,
их смешанное произведение равно нулю.
Следовательно,
tga0 О
tgaBtga0 0 1
— tga0 1 tgyB
Вычисляя определитель, получим:
tg ao = tg a0 (1 — tg aB tg yB).
Расчеты по этой формуле показывают,
что при a0 = 20°, aB = 6° и ув = 5° угол
давления ao на делительной окружности
долбяка будет равен 19° 50'. С целью
уменьшения возникающих таким обра-
зом ошибок заднюю винтовую поверх-
ность зубьев долбяка будем обрабаты-
вать исходной зуборезной рейкой, имею-
щей скорректированный угол профиля
аок. Угол аок выберем таким образом,
чтобы угол давления на делительной
окружности, измеряемый по проекции
режущей кромки на плоскость, перпен-
дикулярную оси долбяка, был равен а0.
Тогда будем иметь:
tg «о - tg аок (1 — tg aB tg ув).
Отсюда
tn a - tg”n
g 0K 1 —tgaBtgyB ’
Если принять угол a0 =s 20°, yB = 5°
и aB = 6°, то угол a0K будет равен
aOK = 20° 10'.
Боковые поверхности зубьев долбяка
необходимо образовывать рейкой с про-
фильным углом аок. Тогда диаметр ос-
новного цилиндра долбяка будет равен:
£?ои •— ^д.и COS авк ~~ cos аВк.
Этот основной цилиндр должен прини-
маться во внимание при рассмотрении
долбяка как геометрического тела, на-
пример, при измерении эвольвентного
профиля зуба долбяка в сечении, перпен-
дикулярном его оси, а также при изго-
товлении долбяка.
При анализе же процесса нарезания
колес необходимо принимать угол дав-
ления на делительной окружности долбя-
ка равным а0, и соответственно этому зна-
чению вести расчеты.
Расстояние а от переднего торца но-
вого долбяка до исходного сечения яв-
ляется важной характеристикой инстру-
мента. Определение величины а является
одной из самых сложных и ответственных
задач при проектировании долбяка.
С точки зрения точности и качества
обработки профиля колес долбяком це-
лесообразно выбирать максимально до-
пустимые исходные расстояния а. Выгод-
но увеличивать расстояние а также по-
тому, что это дает возможность повысить
срок службы долбяка, увеличив возмож-
ное число переточек.
С увеличением расстояния а также
уменьшается по мере заточки долбяка
опасность подрезания ножек и срезания
головок зубьев нарезаемых колес. Одна-
ко исходное расстояние а нельзя выби-
рать произвольно большим. Максималь-
но допустимое расстояние а лимитирует-
ся опасностью заострения зубьев долбяка
и интерференцией с переходными кривы-
ми, которая может возникнуть в процессе
зацепления зубчатых колес, нарезанных
долбяком.
330
Глава XII. Зуборезный инструмент для цилиндрических колес
Рис. 245. Определение положения исходного
сечения зуба долбяка
Повышение расстояния а приводит к
уменьшению толщины зуба нового долбя-
ка на окружности выступов, вследствие
чего стойкость его уменьшается.
С увеличением расстояния а также
увеличивается переходная кривая на
профиле зуба. В процессе зацепления
нарезанных колес может наблюдаться
интерференция с переходными кривыми,
т. е. зацепление сопряженных профилей
на некоторой зоне переходной кривой,
что неблагоприятно отражается на работе
передачи»
Проектируя долбяки, можно опреде-
лять исходное расстояние а из первого
условия обеспечения достаточной длины
вершиной режущей кромки зуба долбяка
и проверять в последующем соблюдение
второго условия отсутствия интерферен-
ции с переходными кривыми. Можно так-
же рассчитывать два максимально допус-
тимых исходных расстояния а соответ-
ственно по первому и второму, условию
и принимать наименьшее из них. Однако
точное решение в последнем случае бу-
дет более трудоемким. Исследования по-
казывают, что практически выбор ис-
ходного расстояния а в основном огра-
ничивается заострением вершины зуба
долбяка. Для достаточной стойкости дол-
бяка толщина его зуба 5еи на окружно-
сти выступов не должна быть меньше
допустимой величины.. По опытным дан-
ным рекомендуемую допустимую величи-
ну толщины зуба 5еи на окружности
выступов долбяка можно рассчитывать
в зависимости от модуля по формуле:
5СИ = КО,2594m —0,0375,
при известном исходном расстоянии а
реальная толщина зуба Sn. на окруж-
ности выступов (рис. 245) подсчитывается
по формуле:
где ген — радиус окружности выступов
нового долбяка.
По построению угол т, рад, будет ра-
вен:
5
т =——---------2 (inv ае — inv а0).
гд.к
Подставляя величину угла т в форму-
лу для подсчетаSea, получим:
5ен = 2геи (-^2-----inv ае + inv а0),
\ z й.и /
где
г™ = гй.и + 1,25m + a tg ав,
5а.и = ~2—Ь Л^а.н + 2а tg осв tg а0,
ra.Hcosao
costze —-------------------------.
ей
Решить написанные уравнения для
расчета относительно величины ис-
ходного расстояния а не представляется
возможным. Поэтому при проектирова-
нии долбяков применяют приближенные
§ 6. Зуборезные долбяки
331
способы решений. В частности, исполь-
зуют графическое решение и, задавшись
величиной Sen из условия обеспечения
достаточной стойкости долбяка, находят
соответствующую величину исходного
расстояния а. Для долбяков с высотой
головки зуба в исходном сечении, равной
£
1,25m, зависимость толщины зуба-^-
на окружности выступов от величины
коэффициента смещения исходного
профиля рейки в передней плоскости
нового долбяка изображена на рис. 245.
По этому графику определяется коэффи-
циент смещения Ен, соответствующий
принятому значению SeH и числу зубьев
долбяка гя. Зная коэффициент смещения
|и, величину исходного расстояния а на-
ходят по формуле:
tgC'-B
Приближенно величину исходного рас-
стояния а, соответствующую выбранно-
му значению толщины зуба SeH нового
долбяка на окружности выступов, можно
подсчитать по следующей зависимости:
а =
(O^tgCZ^ —Sj tgCCB-
fg R0
^дв
где Deu — диаметр окружности высту-
пов долбяка в исходном сече-
нии;
Sen — толщина зуба долбяка на
окружности выступов в ис-
ходном сечении;
«ей — угол давления на окружности
выступов в исходном сечении
долбяка:
cos аеи = .
При известной величине исходного
расстояния а основные размеры зубьев
на проекции режущей кромки нового
долбяка на плоскость, перпендикуляр-
ную его оси, будут:
высота головки h' = 1,25m + a tg ав;
высота нож ки h" = 1,25m — a tg aD.
Толщина зуба по дуге делительной
окружности
5а.и = + ЛЗд.и + 2ctgaB tga0.
Значение исходного расстояния а,
найденное из условия получения задан-
ной толщины зуба нового долбяка на
окружности выступов, должно быть про-
верено на отсутствие интерференции с
переходными кривыми.
В процессе зацепления двух зубчатых
колес касание сопряженных профилей
происходит только в пределах активного
участка, а не по всей высоте зуба. Ак-
тивным профилем зуба колеса гг при его
зацеплении с сопряженным колесом z2
будем считать участок АВ (рис. 246, о).
В процессе же нарезания активным про-
филем колеса при его зацеплении с
долбяком ги пусть будет участок АС
(рис. 249, б). Участок АС, на котором
будет наблюдаться касание сопряженных
профилей колеса гг и долбяка zv, будет
эвольвентным. За пределами участка АС
профиль зуба колеса гх будет очерчен
по переходной кривой. В пределах пере-
ходной кривой наблюдается кромочное
зацепление, когда вершина зуба долбяка
контактирует с профилем зуба колеса и
описывает переходную кривую в форме
удлиненной эпициклоиды.
Рис. 246. Активные участки профиля зуба
332
Глава XII. Зуборезный инструмент для цилиндрических колес
Рис. 247. Схема проверки конструкции долбяка
Участок АВ может быть больше участ-
ка АС. В этом случае на участке ВС
будет происходить зацепление сопря-
женных профилей колес гх и г2 в пределах
переходной кривой. В результате при
работе передачи, составленной из колес
гх и г2, будет наблюдаться колебание
угловой скорости, т. е. неравномерная
работа передачи, появление дополни-
тельных нагрузок на зубья, возможно
также заклинивание передачи. Это яв-
ление, заключающееся в том, что в за-
цеплении сопряженных зубьев частично
участвует неэвольвентный участок про-
филя, называют интерференцией профи-
лей с переходными кривыми. Для исклю-
чения интерференции с переходными кри-
выми и обеспечения соприкосновения
сопряженных зубьев только в пределах
эвольвентного участка профиля необхо-
димо, чтобы участок АВ был меньше
участка АС.
Положение точек В и С на профиле
колеса гх можно определить графически.
Так, на рис. 247, а изображено зубчатое
колесо гх, с которым введено в зацепле-
ние колесо ги — долбяк. Нанесены ос-
новные окружности рассматриваемых ко-
лес гх и га и проведена касательная к ним
РК, являющаяся линией зацепления.
Граничная точка С профиля зуба колеса
в процессе нарезания формируется вер-
шинной точкой Е зуба долбяка. Сопри-
косновение рассматриваемых сопряжен-
ных точек С и £ наблюдается на линии
зацепления. Вершина £ зуба долбяка,
вращаясь вокруг его оси, описывает
окружность выступов, которая пересе-
кает линию зацепления в точке К- Сле-
довательно, в тот момент, когда точка £,
вращаясь, попадет в точку К линии за-
цепления, произойдет ее контакт с сопря-
женной точкой профиля колеса гх. В про-
цессе зацепления колесо гх вращается
вокруг своей оси. Поэтому, чтобы отыс-
кать точку С, как сопряженную с точкой
£, следует повернуть точку К вокруг
оси колеса гх до пересечения в точке С
с профилем его зуба. Положение точки С
можно характеризовать ее радиусом, т. е.
расстоянием ОХС, либо радиусом рс
кривизны эвольвенты в точке С (расстоя-
нием от точки К ло точки М касания
линии зацепления с основной окруж-
ностью колеса гх).
Рассматривая графическое построение,
можно получить следующую формулу
для подсчета радиуса рс:
РС = Sin 0Си1 ~Гей Гои>
где Лн1 — межосевое расстояние при за-
цеплении долбяка с шестер-
ней zx;
аи1 — угол зацепления долбяка и
шестерни;
Ген, Гои — радиусы окружности высту-
пов и основной окружности
долбяка.
§ 6. Зуборезные долбяки
333
Подобным образом, рассматривая за-
цепление шестерни гг и колеса z2, будем
иметь: ______
РВ = -^12 sin 0^12 ’ Г& Го2,
где рв — радиус кривизны эвольвенты
в точке В профиля зуба;
Л12— межосевое расстояние при за-
цеплении шестерни и колеса;
а12 — угол зацепления шестерни и
колеса;
ге2, го2 — радиусы окружности выступов
и основной окружности коле-
са г2.
Чтобы в процессе зацепления колес zx
и г2, нарезанных долбяком ги на профиле
шестерни гх, не наблюдалась интерферен-
ция с переходными кривыми, необходимо
соблюдать условие:
рс<рв
ИЛИ л
71и1 Sin ССИ1 — у Гeis Тои
< ЛХ2 sinа12- ]/ге2--Го2 .
Анализ показывает, что проверку на
отсутствие интерференции с переходны-
ми кривыми следует проводить для ново-
го долбяка, только на малом колесе zlt
если нарезаются некорригированные ко-
леса гх и г2 с углом профиля а0 = 20°.
Если же долбяк предназначается для об-
работки корригированных колес, то про-
верку надо производить как для малого,
так и для большого колеса.
Если при заданных условиях интерфе-
ренция наблюдается, то следует умень-
шить величину исходного расстояния а,
увеличить число зубьев долбяка, уве-
личить размеры высоты головки зуба,
приняв ее в исходном сечении равной
1,3m. Допустимое уменьшение длины
зуба долбяка при переточках ограничи-
вается прочностью зуба сточенного дол-
бяка, срезанием вершин зубьев и подре-
занием ножек зубьев нарезаемых колес.
При нарезании долбяком, имеющим от-
носительно большое число зубьев, колеса
с малым числом зубьев, появляется опас-
ность подрезания ножки зуба колеса.
С другой стороны, при зацеплении долбя-
ка, имеющего относительно малое число
зубьев, с большим колесом может иметь
место подрезание ножки зуба долбяка.
Однако, это невозможно, так как долбяк
представляет собой режущее колесо.
В этом случае ножка зуба долбяка вызовет
соответствующее срезание головки зуба
колеса.
Схема зацепления долбяка и обрабаты-
ваемого зубчатого колеса гх дана на
рис. 247, б. Проведена линия зацепле-
ния, как касательная к основным окруж-
ностям, длина АВ которой по построению
равна:
АВ — АИ1 sinaHl.
На рис. 247, б изображен предельный
случай, когда подрезание ножки не
имеет места и окружность выступов дол-
бяка радиуса геи проходит через край-
нюю точку В линии зацепления. Подреза-
ние ножки зуба наблюдается тогда, когда
окружность выступов долбяка пересекает
линию зацепления за пределами участка
АВ. Поэтому условие неподрезания нож-
ки зуба можно записать в таком виде:
Гей ОИВ.
Рассматривая треугольник ОИАВ и
определяя OJB, получим:
ей (Аи1 sina„i)2 4- Гои-
Аналогично записывается условие не-
срезания головки зуба колеса, т. е. усло-
вие неподрезания ножки зуба долбяка
нарезаемым колесом г2:
Ге2 "С 0и2 sin аи2)2 4~ Го2-
По этим формулам производится про-
верка на отсутствие подрезания ножек
и срезания головок зубьев, нарезаемых
предельно сточенным долбяком колес.
Известным считается расстояние аг от
исходного сечения до торцового сечения
предельно сточенного долбяка. Обычно
334
Глава ХИ. Зуборезный инструмент для цилиндрических колес
Рис. 248. Определение допустимой зоны
стачивания долбяка
расстояние аг является отрицательной
величиной и стачивание долбяка при
переточках производится за исходное
сечение.
Предельно допустимое расстояние «х
(если в этом возникает необходимость
при проектировании долбяка) можно
определить, рассматривая рис. 248, на
котором показан предельный случай за-
цепления долбяка г„ и колеса г2, когда
еще возможна обработка вершин зубьев
без их среза. Изображены основные
окружности колеса и долбяка, линия за-
цепления АВ к ним касательная, окруж-
ность выступов колеса г2 радиуса ге2,
проходящая через крайнюю точку В
линии зацепления. Линия ОИВ продол-
жена до пересечения с прямой ОС, прове-
денной параллельно линии зацепления
АВ. Тогда угол зацепления аи2, характе-
ризующий этот критический случай, мо-
жет быть определен из рассмотрения
треугольника ОВСО:
, ОС
tg аи: — СОи .
По построению СОИ = гОи + гог и
СО = АВ.
Отрезок АВ, как катет прямоуголь-
ного треугольника ОАВ, будет равен:
АВ =s Гс2-----Го2 .
Следовательно.
С другой стороны, угол зацепления
аи2 при нарезании предельно сточенным
долбяком колеса z2 может быть подсчи-
тан по известной формуле:
inv аИ2 = 2 tg а0 |и + inv а
*2 “Г гИ
Отсюда
(inv аи2 — inv а0) (z2 + zH)
2 tg а0 ~S2-
При известной величине коэффициента
смещения 5Я расстояние ах подсчитывает-
ся по формуле:
1 tg «в
Аналогично определяется коэффициент
смещения 5Н для критического случая,
когда еще не наблюдается подрезание
ножки зуба колеса гх, нарезаемого пре-
дельно сточенным долбяком:
(inv аи1 — inv а0) (zx + zH)
ёи- 2tg<x0
где
Из двух рассмотренных условий лими-
тирующим будет то, которое приводит
к меньшей по абсолютному значению ве-
личине ах. Следует также при выборе ве-
личины ах учитывать, что подрезание
ножки зуба колеса приводит к уменьше-
нию коэффициента перекрытия и влечет
ослабление зуба, что недопустимо. Не-
большое же срезание головки зуба колеса
создает как бы естественное фланкирова-
§ 6. Зуборезные долбяки
335
ние и может поэтому приводить к улуч-
шению работы передачи.
В машиностроении применяются сле-
дующие конструктивные типы долбя-
ков: дисковые (рис. 249, а), чашечные
(рис. 249, б), хвостовые (рис. 249, в).
Дисковые прямозубые долбяки, при-
меняются в основном для нарезания ко-
лес наружного зацепления. Они могут
быть использованы также для колес
внутреннего зацепления больших диамет-
ров. Чашечные долбяки по конструкции
напоминают дисковые, но имеют увели-
ченные размеры глубины выточки, где
размещается гайка для закрепления. Это
позволяет чашечными долбяками произ-
водить нарезание колес в упор, что имеет
место при обработке блоков зубчатых
колес, колес с выступающими фланцами.
Хвостовые долбяки в основном приме-
няются для нарезания колес внутреннего
зацепления и с малым модулем.
Для нарезания зубчатых колес на зу-
бодолбежных станках различных моде-
лей применяются долбяки с модулями
от 0,2 до 50 мм. По ГОСТу установлены
следующие номинальные размеры диа-
метров делительных окружностей долбя-
ков: 25, 38, 50, 75, 100, 125, 160, 200 мм.
Наибольшее распространение в про-
мышленности получили долбяки диско-
вые и чашечные с диаметрами делитель-
ной окружности 75—100 мм. Число
зубьев долбяка связано с диаметром де-
лительной окружности зависимостью:
mz„ = dd.H.
Так как число зубьев гя может быть толь-
ко целым, фактические делительные диа-
метры долбяков несколько отличаются
от номинальных. Дисковые и чашечные
долбяки закрепляются на оправке. Базой
для крепления является отверстие, а
также наружная и внутренняя опорные
плоскости. Для долбяков, устанавливае-
мых на станках 5А12, 514, диаметр от-
верстия под оправку принимается рав-
Рис. 249. Типы прямозубых долбяков
ным 31,751 мм, а на станках 516, 5А150,
5А161 — 44,443 мм. Длина отверстия
делается сравнительно небольшой (6—
12 мм), что облегчает заточку зубьев по
передней поверхности.
Хвостовые долбяки для их закрепле-
ния обычно снабжаются коническим
хвостовиком с конусом Морзе № 2 или
№ 3 укороченным.
Высота долбяка может быть определе-
на по формуле:
И о, -J-1 1 (3 5) мм,
где а — исходное расстояние от передне-
го торца нового долбяка до ис-
ходного сечения;
| Й! | — абсолютная величина расстоя-
ния от исходного сечения до тор-
ца предельно сточенного дол-
бяка.
Размер 3—5 мм соответствует высоте
предельно сточенного долбяка, обеспе-
чивающей его достаточную прочность.
Высота долбяка не должна быть слишком
большой по технологическим требова-
ниям.
При шлифовании профиля на спе-
циальных станках шлифовальный круг
не имеет продольного перемещения вдоль
оси долбяка. В этом случае при увеличе-
нии высоты растет стрела вогнутости во
впадине зубьев, что может привести к
ослаблению или подрезу зубьев долбяка.
На основе практического опыта рекомен-
дуемые величины высоты долбяка, до-
пустимые в отношении технологичности
336
Глава XII. Зуборезный инструмент для цилиндрических колес
Рис. 250. Геометрия передней по-
верхности долбяка
Рис. 251. Способы подточки передней
поверхности зуба долбяка
зубошлифования, колеблются от 12 до
22 мм для модулей от 1,0 до 8,0 мм.
Передняя поверхность долбяков при-
нимается конической формы, ось которой
совпадает с его осью. Поэтому в сечениях,
проходящих через ось долбяка, передние
углы в любой точке режущей кромки бу-
дут равны переднему углу на вершине
зуба ув. Процесс резания в любой точке
режущей кромки характеризуется перед-
ним углом измеряемым в главной се-
кущей плоскости, которая идет перпен-
дикулярно проекции режущей кромки
на плоскость, перпендикулярную оси
долбяка. Для определения угла vn в
исследуемой точке С режущей кромки
(рис. 250) проведем вектор А, идущий по
образующей конической передней по-
верхности, вектор В, идущий по каса-
тельной к передней поверхности в глав-
ной еекущей плоскости NN, вектор Р,
идущий по касательной к режущей
кромке. В системе хуг векторы А, В, Р
записываются таким образом:
Z = /4-ItgyB,
В~ i cos ах ф- / sin ах + k tg yw,
P = i(— sin ax) 4- jcosax + k tgZx.
Три вектора i, А, В лежат в одной пло-
скости, касающейся конической передней
поверхности в точке С. Поэтому их сме-
шанное произведение равно нулю:
1
0
cosax
Отсюда
0
1
sinax
0
tgTB
tg?*
= 0.
tg?№tgyBsinax.
Векторы i, A, P также лежат в той же
плоскости. Следовательно,
1
0
—• sin ссх
0 0
1 tgyB
cos аж tg Xz
§ 7. Инструмент для отделки цилиндрических зубчатых колес
337
Отсюда
= tgyBcosax.
Анализ полученных зависимостей по-
казывает, что угол 7.х наклона режущей
кромки не столь резко меняется на режу-
щей части долбяка по сравнению с пе-
редним углом уы. Из-за переменного зна-
чения угла ах на боковых режущих
кромках передние углы уд? меняются от
0° в точках, лежащих на основной
окружности, до 2—3° в точках, располо-
женных на окружности выступов, при
угле ув = 5°. Чтобы увеличить передние
углы yw, можно увеличивать передний
угол на вершине долбяка ув. Однако
в практике встречаются случаи, когда
этот путь оказывается неприемлемым,
когда большие значения переднего угла
уЕ приводят к недопустимо большим от-
клонениям профиля от эвольвенты.
Для получения целесообразных зна-
чений передних углов уд? рекомендуются
всевозможные способы подточки перед-
ней поверхности. Так, на рис. 251, а
изображена заточка зуба долбяка, обес-
печивающая возможность получения тре-
буемых величин передних углов на всех
режущих кромках. На вершине зуба пе-
редний угол создается заточкой цилинд-
рическим кругом, а на боковых кром-
ках — коническим кругом, которые при
заточке подаются вертикально и вре-
заются в переднюю поверхность. Для
стандартных долбяков применение этого
метода весьма затруднительно. Он может
использоваться только для долбяков
больших размеров диаметром 360 мм.
Передняя поверхность долбяка мо-
жет также затачиваться двухсторонним
коническим шлифовальным кругом
(рис. 251, б) или соответствующим фа-
сонным кругом. Форма шлифовального
круга выбирается такой, чтобы при под-
точке сохранялась неизменной форма ре-
жущей кромки. Этому условию удовле-
творяет шлифовальный круг, рабочая
Рис. 252. Схема установки долбяка
с наклонной осью относительно заго-
товки
поверхность которого описывается ре-
жущей кромкой долбяка при ее вращении
вокруг оси круга. Хотя эти способы и
проще предыдущего, но все же они слож-
нее и дороже, чем стандартная кониче-
ская заточка передней поверхности. Их
целесообразно применять для заточки
долбяков больших модулей.
Создать на режущей части более опти-
мальные геометрические параметры мож-
но также, применяя долбяки с наклонной
осью (рис. 252), имеющие коническую
переднюю поверхность и цилиндриче-
скую заднюю поверхность, образующие
которой идут параллельно оси долбяка.
У такого долбяка можно выбирать уве-
личенные величины передних и задних
углов на вершинных кромках и таким
образом обеспечивать более целесообраз-
ные условия резания. Однако примене-
ние долбяков с наклонной осью требует
соответствующих зуборезных станков.
§ 7. ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ОТДЕЛКИ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Увеличение мощности и быстроходнос-
ти современных машин требует примене-
ния высокоточных зубчатых колес повы-
шенной эксплуатационной надежности
и долговечности. Это обусловило значи-
тельное увеличение объема и удельного
веса зубоотделочных операций в процес-
се изготовления зубчатых колес,
338
Глава XII. Зуборезный инструмент для цилиндрических колес
Рис. 253. Методы шлифования зубчатых колес:
а) обработка фасонным кругом; б — д) обработка тарель-
чатыми и дисковыми кругами методом обкатки; е) об-
катка абразивным червяком
В настоящее время применяются раз-
личные методы отделки зубчатых ко-
лес: шевингование, шлифование, притир-
ка, хонингование, приработка, гидроаб-
разивная обработка, электролитическое
полирование и другие.
Шевингование — процесс отделочной
обработки зубьев колее при помощи спе-
циального инструмента —> шевера. Ше-
вер, предназначенный для прямозубых
цилиндрических колес, представляет со-
бой косозубую рейку, колесо либо чер-
вяк, сопряженные с обрабатываемым ко-
лесом. Для образования стружечных ка-
навок на боковых поверхностях зубьев
шевера прорезают мелкие канавки. По-
этому рабочая поверхность шевера напо-
минает поверхность напильника с оди-
нарной насечкой»
В процессе шевингования шевер вво-
дится в плотное зацепление с обрабаты-
ваемым колесом. В результате взаимного
скольжения сопряженных поверхностей
зубьев шевера и колеса происходит сре-
зание тонких волосообразных стружек.
Шевингование значительно улучшает
чистоту поверхности, повышает точность
по окружному шагу и направлению
зубьев и снижает уровень шума зубчатых
передач.
Шевингование применяется для чисто-
вой обработки зубчатых колес с твер-
достью HRC 35. Начинают осваивать ше-
вингование колес твердостью HRC 40—
45. Однако при шевинговании колес, из-
готовленных из материалов высокой
твердости, наблюдается повышенный из-
нос шевера.
Большое влияние на шевингование
оказывает припуск, который ориентиро-
вочно на толщину зуба по делительной
окружности принимается равным 0,06—
0,25 мм для зубчатых колес модулей от 1
до 8 мм. Чрезмерно малый припуск под
шевингование приводит к тому, что ше-
вер не может полностью исправить
имеющиеся погрешности колес, а слиш-
ком большой припуск приводит к умень-
шению стойкости шевера и к ухудшению
точности обработки колес.
Шлифование зубьев является одним
из старых и наиболее точным методом
отделки зубчатых колес, обеспечиваю-
щим надежные результаты. Обычно шли-
фуются зубья ответственных цементован-
ных и закаленных колес.
Шлифование цилиндрических зубча-
тых колес (рис. 253) производится по ме-
тоду копирования либо по методу обкат-
ки. Шлифование по методу копирования
производится кругами, профиль кото-
рых совпадает с профилем впадины зуба
обрабатываемого колеса (рис. 253, а),
аналогично фрезерованию колес фасон-
ными фрезами.
При шлифовании зубчатых колес по
методу обкатки (рис. 253, б) часто вос-
производится зацепление инструменталь-
ной рейки и обрабатываемого колеса
подобно обработке зубчатых колес гре-
бенками. Инструментальная рейка явля-
ется воображаемой. На станке роль рейки
выполняет шлифовальный круг или два
круга (рис. 253, в). Рабочая поверхность
круга соприкасается с поверхностью зубь-
ев рейки и при соответствующих движе-
ниях воспроизводит ее. После одного цик-
ла шлифования производится процесс
деления, процесс пересопряжения вообра-
§ 7. Инструмент для отделки цилиндрических зубчатых колес
339
жаемого зуба инструментальной рейки
и зубьев обрабатываемого колеса. Этот
способ обработки обеспечивает высокую
чистоту и точность, но является мало-
производительным.
В несколько раз более производитель-
ным является способ шлифования с по-
мощью эвольвентного абразивного чер-
вяка подобно нарезанию зубчатых колес
червячными фрезами (рис. 253, г). Су-
щественным недостатком этого способа
является низкая стойкость абразивного
червяка. Он находит применение глав-
ным образом при шлифовании закален-
ных мелкомодульных колес.
Шлифовальные операции требуют тща-
тельной отработки их режимов. Отклоне-
ния в режимах могут приводить к резко-
му снижению прочности и износостой-
кости зубчатых колес. При шлифова-
нии значительное число колес бракуется
по шлифовочным прижогам и трещинам.
Поэтому для высоконапряженных зуб-
чатых колес наблюдается отход от шли-
фования основания впадин после химико-
термической обработки. Основания впа-
дин шлифуются до химико-термической
обработки, благодаря чему исключается
возможность появления шлифовочных
дефектов в этой зоне. Точность же обра-
ботки основания впадин колес не оказы-
вает влияния на качество зацепления
зубьев.
Припуски на шлифование колес по
толщине зубьев зависят от модуля обра-
батываемого колеса и его диаметра и ко-
леблются от 0,15 до 0,80 мм.
Притирку зубьев применяют при от-
делке колес с азотированными поверх-
ностями, а также при невозможности их
шлифования — обработка блочных зуб-
чатых колес и колес с буртами.
Сущность процесса притирки заклю-
чается в снятии тончайших слоев металла
мелкозернистым абразивным порошком,
нанесенным на рабочую поверхность
инструмента — притира. В качестве при-
а
Рис. 254. Схемы процесса
колес
6
притирки зубчатых
тира используется эталонное зубчатое
колесо, изготовленное из такого мате-
риала, как серый чугун, что обеспечи-
вает шаржирование абразивом рабочих
поверхностей их зубьев. В процессе при-
тирки зубья притира вводятся в зацепле-
ние с обрабатываемым колесом. При этом
оси колеса и притира могут быть парал-
лельны (рис. 254, а) либо быть скрещи-
вающимися прямыми (рис. 254, б). Если
оси параллельны, то у начальных окруж-
ностей скорости скольжения будут равны
нулю, а у головки и ножки они будут
максимальными.
Для исключения нулевых скоростей
скольжения вводится дополнительное
движение, заключающееся в изменении
межосевого расстояния при однопро-
фильном зацеплении. В результате на-
блюдается непрерывное изменение на-
чальных диаметров и происходит более
равномерный съем металла по профилю
обрабатываемого зуба.
При скрещивающихся осях на всей
длине профиля зуба наблюдается взаим-
ное скольжение сопряженных профилей
и соответствующий съем металла. Для
обработки зубьев по всей их длине дает-
ся возвратно-поступательное движение
вдоль оси обрабатываемого колеса.
Специального припуска на притирку
обычно не оставляют и лишь при очень
малых допусках на толщину зубьев его
340
Глава XII. Зуборезный инструмент для цилиндрических колес
предусматривают в пределах до 0,03 мм.
Хонингование зубьев заключается в их
обработке с помощью сопряженного аб-
разивного зубчатого колеса при скрещи-
вающихся осях. Угол скрещивания обыч-
но принимается равным 15—18°. Абра-
зивное колесо изготовляется из пласт-
масс, перемешанных с абразивным по-
рошком мелкой зернистости. Известно
также несколько конструкций алмазных
зубчатых хонов, рабочая часть которых
состоит из алмазоносного слоя, включаю-
щего металлическую связку и равномер-
но распределенные в ней зерна алмаза.
Обработка ведется на больших окружных
скоростях при определенном давлении
между сопряженными поверхностями
зубьев. Хонингование производительнее
притирки и исключает внедрение абра-
зивных зерен в материал обрабатываемой
детали.
Хонингование может быть однопро-
фильным и двухпрофильным. В первом
случае сначала обрабатывают одну сто-
рону зубьев с соответствующим боковым
зазором в зацеплении, а затем другую
при том же межосевом расстоянии.
Однопрофильное хонингование улуч-
шает качество боковых поверхностей
зубьев при незначительном повышении
точности отдельных параметров зубьев.
При двухпрофильном хонинговании обе
стороны зубьев обрабатываются одновре-
менно при беззазорном зацеплении коле-
са с хоном и радиальном поджиме одного
к другому.
Двухпрофильное хонингование позво-
ляет на одну-две степени повысить точ-
ность параметров зубчатых колес и одно-
временно улучшить качество боковых
поверхностей зубьев. Хонингованием
удаляется обычно слой материала толщи-
ной 0,01—0,05 мм.
Приработка зубьев заключается в об-
катке сопряженных зубчатых колес с
целью повышения гладкости их рабочих
поверхностей и улучшения пятна кон-
такта зубьев парных колес за счет вза-
имного износа сопряженных поверхнос-
тей. Приработка зубчатых колес может
производиться непосредственно в корпу-
се узла при нормальном их межосевом
расстоянии. В этом случае оказывает-
ся возможным зацепление неприрабо-
танных участков боковых поверхностей
зубьев. Поэтому рассматриваемый способ
приработки можно применять лишь
при необходимости удаления незначи-
тельных по толщине поверхностных слоев
материала на зубьях.
С целью улучшения процесса прира-
ботки в соответствующих станках преду-
сматриваются дополнительные движения
колес в осевом и радиальном направле-
ниях. Благодаря этому на поверхностях
сопряженных зубьев описываются кру-
гообразные штриховые линии и прира-
ботанные участки выходят за пределы
рабочих участков сопряженных поверх-
ностей зубьев. Прирабатывание произво-
дится с применением абразивных мате-
риалов или без них под нагрузкой,
которая при обработке увеличивается и
доводится до номинальной или близкой к
ней величине. Длительность приработки
зубьев определяется качеством их обра-
ботки и монтажа в передаче, а также тех-
ническими требованиями, предъявленны-
ми к контакту зубьев, и колеблется от 5
до 10 мин для шестерен с модулем 2—
5 мм.
Гидроабразивная обработка зубьев ко-
лес производится струей жидкости, на-
правляемой на поверхность детали, со-
держащей во взвешенном состоянии
абразивные зерна. Абразивные зерна,
ударяясь о поверхность зубьев, снимают
верхний слой металла, удаляют следы
предыдущей обработки, улучшают мик-
рогеометрию поверхности, обеспечивают
наклеп поверхностного слоя материала.
В качестве жидкости применяется
5%-ная эмульсия с добавкой нитрида нат-
рия и тринатрийфосфата для придания по-
§ 8. Шеверы
341
верхности блеска, а в качестве материала
абразивных зерен — карбид кремния для
предварительной обработки и электро-
корунд для окончательной. Концентра-
ция абразива в жидкости выбирается в
пределах 1/:i—Ve- Для обеспечения обра-
ботки всех зубьев колеса надеваются
на специальные вращающиеся оправ-
ки. Установки для струйной обработки
зубьев колес довольно сложны по конст-
рукции, имеют относительно быстро из-
нашивающиеся детали рабочих органов,
работающих в абразивной среде.
Более простым способом гидроабра-
зивной обработки является способ вра-
щения зубчатого колеса в ванне, напол-
ненной смесью абразивного порошка
с жидкостью.
Гидроабразивной обработкой не устра-
няются погрешности микрорельефа, а
геометрическая точность деталей может
при этом даже понижаться. Поэтому гид-
роабразивную обработку зубьев приме-
няют для закаленных колес средней и
пониженной точности.
Электролитическое полирование повы-
шает чистоту шлифованных поверхно-
стей зубчатых колес приблизительно на
1 класс, обеспечивает некоторое фланки-
рование зубьев, частично или полностью
удаляет поврежденный при предшеству-
ющей обработке поверхностный слой
материала. В результате электрополиро-
вания повышается усталостная проч-
ность цементованных и закаленных об-
разцов. Электрополирование осущест-
вляется в специальных ваннах с электро-
литом, куда погружают обрабатываемое
зубчатое колесо, которое подключают
к положительному полюсу источника
тока в качестве анода. В качестве катода
используется металлический каркас. При
прохождении тока через образовавшуюся
цепь происходит избирательное растворе-
ние обрабатываемой поверхности — уда-
ляются вершины микронеровностей и
происходит выравнивание поверхности.
§ 8. ШЕВЕРЫ
В промышленности при чистовой об-
работке зубчатых колес применяются ше-
веры-рейки, дисковые и червячные шеве-
ры.
Шевер-рейка представляет собой зубо-
резную рейку, сопряженную с обраба-
тываемым колесом, на боковой поверх-
ности зубьев которой прорезаны стру-
жечные канавки (рис. 255). В процессе
шевингования обрабатываемое колесо на
оправке устанавливается свободно в
центрах и вводится в зацепление с шеве-
ром-рейкой. Шевер-рейка, закрепленная
на столе станка, движется возвратно-
поступательно. Для последовательного
удаления припуска периодически осу-
ществляется подача, т. е. приближение
оси заготовки к шеверу-рейке на величи-
ну 0,025—0,080 мм. Для прямозубых
зубчатых колес применяют рейку с на-
клонными зубьями, а для косозубых
колес — рейку с прямыми зубьями.
В результате возвратно-поступатель-
ного движения заготовка относительно
шевера-рейки за один ход перемещается
из положения А в положение В. Это пе-
ремещение можно рассматривать как со-
вокупность перемещения АС, при кото-
ром начальный цилиндр колеса катится
без скольжения по начальной плоскости
шевера-рейки, и перемещения СВ, при
котором происходит скольжение зубьев
шевера-рейки вдоль зубьев обрабатывае-
мого колеса. Скорость перемещения в
направлении СВ будет скоростью реза-
ния. Ее величина зависит от принятого
угла наклона зубьев шевера-рейки. Чем
больше этот угол, тем больше и скорость
резания, тем интенсивнее будет идти об-
работка, но при этом будет снижаться
качество поверхности. Для прямозубых
колес угол наклона зубьев шевера-рейки
принимают равным 20—25°.
Шевер-рейка состоит из отдельных
зубьев, смонтированных на плите. На
342
Глава ХП. Зуборезный инструмент для цилиндрических колес
Рис. 255. Шевер-рейка
боковых поверхностях зубьев прорезают-
ся стружечные канавки (шириной 0,8—
1,0 мм, глубиной 1,0 мм, с шагом
1,6— 2,0 мм), образующие режущие
кромки.
Длина шевера-рейки выбирается из
условия обработки всех зубьев колеса и
равна:
L = Птп (z + 2).
Число зубьев шевера-рейки берется
на 2 зуба больше числа зубьев г обраба-
тываемого зубчатого колеса. Ширина
шевера-рейки берется в 3—4 раза больше
ширины заготовки, что позволяет за счет
периодических перемещений заготовки
поперек рейки увеличивать срок служ-
бы инструмента.
Шеверы-рейки не получили распро-
странения на отечественных заводах в си-
лу сложности их изготовления и мон-
тажа.
Дисковый шевер находит наибольшее
применение и представляет собой цилинд-
рическое зубчатое колесо, сопряжен-
ное с нарезаемым, на боковой поверх-
ности зубьев которого образованы стру-
жечные канавки. Оси шевера и обраба-
тываемого зубчатого колеса являются
скрещивающимися прямыми. При обра-
ботке шевер и колесо вводятся в безза-
зорное зацепление и образуют винтовую
передачу. Шевер приводится во вращение
и ведет обрабатываемое зубчатое колесо,
насаженное на оправку, свободно уста-
новленную в центрах. Как известно, вин-
товая пара характеризуется точечным
контактом зубьев, т. е. мгновенным кон-
тактом между шевером и зубчатым коле-
сом, который будет происходить не по
линии, как при шевинговании рейкой,
а в одной точке. Точки контакта, наблю-
даемые в различные моменты времени,
образуют на поверхности зуба линию,
идущую на боковой поверхности от дна
впадины до вершины зуба. Эта линия
контакта и будет обработана шевером
при неизменном взаимном расположении
осей шевера и колеса. Поэтому, чтобы
обработать полностью боковую поверх-
ность зубьев, обрабатываемому колесу
сообщают возвратно-поступательное дви-
жение вдоль своей оси. После каждого
двойного хода колеса происходит ра-
диальная подача, т. е. оси шевера и коле-
са сближаются до тех пор, пока толщина
зубьев обрабатываемого колеса не будет
равна требуемой.
Чтобы при указанной схеме обработки
(рис. 256) прямозубого зубчатого колеса
определить исходную боковую поверх-
ность зубьев шевера ги, выбирают систе-
му координат хуг, не связанную ни с ше-
вером ни с обрабатываемым колесом, и
сообщают ей поступательное движение
со скоростью V. Скорость V направляют
перпендикулярно оси колеса. Тогда дви-
жение боковой поверхности прямозубого
обрабатываемого колеса относительно
системы хуг можно свести к качению без
скольжения начального цилиндра, свя-
занного с колесом, по начальной плоско-
сти, связанной с системой хуг. Радиус
§ 8. Шеверы
343
гн.с начального цилиндра колеса в этом
случае будет равен:
где <в — угловая скорость вращения ко-
леса при шевинговании.
При изменении скорости V радиус на-
чального цилиндра будет также изме-
няться. В частности, он может быть ра-
вен радиусу делительной окружности
обрабатываемого колеса. В этом случае
огибающей поверхностью к последова-
тельным положениям боковой поверх-
ности зубьев колеса при движении колеса
относительно системы хуг будет поверх-
ность обычной зуборезной рейки с углом
профиля а — 20°. Эта зуборезная рейка,
сопряженная с обрабатываемым колесом,
обычно и принимается за исходную при
проектировании дисковых шеверов и
определении формы боковых поверхно-
стей их зубьев. Однако теоретически
рассуждая, скорость V системы хуг
можно выбирать различной величины
и соответственно различные значения
будет принимать радиус начального ци-
линдра колеса га.о. В этом случае с об-
рабатываемым колесом сопряженными
будут рейки, угол профиля которых бу-
дет равен углу давления эвольвенты зуба
обрабатываемого колеса, измеренному на
радиусе гн.о- Общим для всех сопряжен-
ных реек будет шаг по нормали, равный
шагу зубьев обрабатываемого колеса,
измеренному на основной окружности.
Используя различные сопряженные с
зубчатым колесом рейки, можно образо-
вать разнообразные исходные инстру-
ментальные поверхности шевера. Для
этого необходимо рассмотреть движение
поверхности вспомогательной произво-
дящей рейки, сопряженной с обрабаты-
ваемым колесом, относительно инстру-
мента — шевера. Оно будет складываться
из движения вращения вокруг оси ше-
вера с угловой скоростью (»2 и поступа-
Рис. 256. Схема шевингования
тельного движения рейки со скоростью
V. Движение рейки со скоростью V раз-
ложим на_два движения: движение со
скоростью направленной перпендику-
лярно оси шевера, и движение со ско-
ростью У2, направленной вдоль зубьев
рейки.
Последнее движение со скоростью V2
приводит к скольжению поверхности рей-
ки «самой по себе». Поэтому оно не будет
оказывать влияния на форму боковой
поверхности зубьев шевера, которая яв-
ляется огибающей последовательных по-
ложений поверхности рейки при ее дви-
жении относительно шевера. Следова-
тельно, можно считать, что поверхность
рейки совершает относительно шевера
вращение вокруг его оси с угловой ско-
ростью ю2 и поступательное движение
344
Глава XII. Зуборезный инструмент для цилиндрических колес
со скоростью величина которой
равна:
Это движение можно представить как
качение без скольжения начального ци-
линдра, связанного с шевером по началь-
ной плоскости, связанной с поверхнос-
тью рейки.
Радиус начального цилиндра в этом
случае будет равен:
_______V
Гн.и ш2 cosip *
где яр — угол скрещивания осей шевера
и колеса. Но
со2 = 1(Й,
или
Z
0)2 ==: О)-,
где ги — число зубьев шевера;
г— число зубьев обрабатываемого
колеса;
— ^2и — г"-°ги
н'и ’ гео cos i|; г cos ip
При проектировании шевера можно
менять расстояние от поверхности про-
изводящей рейки до оси шевера. Но в
этом случае, как это следует из получен-
ной зависимости, радиус начального ци-
линдра гн.и при выбранном числе зубьев
шевера ги будет сохраняться неизмен-
ным. Это приводит к изменению по высоте
зуба рейки от начальной плоскости. В ре-
зультате за счет смещения начальной
плоскости по высоте производящей рейки
будет образовываться соответственно
корригированный профиль зуба шевера.
Однако, независимо от величины коррек-
ции радиус начальной окружности гн и,
на которой шаг зубьев будет равен шагу
зубьев рейки, при его измерении вдоль
начальной прямой, т. е. радиус делитель-
ной окружности шевера, будет сохра-
няться неизменным. Толщина зуба шеве-
ра соответственно изменяется и будет
равна ширине впадины рейки, измерен-
ной в начальной плоскости.
Таким образом, для обработки задан-
ного зубчатого колеса можно спроекти-
ровать различные типы дисковых шеве-
ров. Меняя форму поверхности произво-
дящей рейки, сопряженной с заданным
колесом, за счет изменения радиуса гв.о
его начальной окружности при зацепле-
нии с производящей рейкой, а также ме-
няя величину коррекции при образова-
нии исходных поверхностей зуба шевера
выбранной производящей рейкой, можно
отыскать возможные типы шеверов,
предназначенных для обработки заданно-
го зубчатого колеса.
Обычно же при расчете номинальных
размеров дискового шевера принимают
в качестве производящей поверхности
стандартную рейку с углом профиля
а0 = 20° и обеспечивают касание средней
линии рейки и начального цилиндра
шевера радиуса гн.и, образуя некорри-
гированный профиль его зубьев.
Основные размеры зубьев дискового
шевера подсчитываются по формулам,
справедливым для некорригированного
косозубого зубчатого колеса винтовой
пары.
Так, угол профиля aSH, модуль ms,
диаметр делительной окружности den,
диаметр основной окружности dOK, тол-
щина зуба по дуге делительной окруж-
ности SHS в торцовом сечении опреде-
ляются по известным формулам:
. tga0 _ т
COS Ри ’ s COS Ри ’
dd.H ~ = ^ои 1=1 dd,H COS CCsh,
~ cospH ~2~ '
Конструкция дискового шевера пока-
зана на рис. 257.
Шеверы средних модулей выполняются
с номинальными делительными диамет-
рами, равными 180, 240 и 280 мм.
§ 8. Шеверы
345
При проектировании дисковых шеве-
ров необходимо стремиться к выбору мак-
симальных делительных и соответственно
наружных диаметров шевера. С увеличе-
нием диаметров шеверов возрастает число
их зубьев, обеспечивается более удобная
для изготовления форма зубьев, повы-
шается стойкость инструмента и стабиль-
ность процесса шевингования. Диаметр
отверстия под оправку у рассматри-
ваемых шеверов принимается равным
63,5 мм. Ширина В среднемодульных
шеверов общего назначения равна 20,
25, 30 мм. Минимальная ширина В
должна быть такой, чтобы линии контак-
та зубьев шевера с зубьями обрабаты-
ваемых колес не выходили за его торцы.
Практически ширина шевера принимает-
ся в несколько раз больше расчетной и
может доходить до 50—60 мм. Число
зубьев гн шевера ориентировочно опре-
деляют по формуле:
г-_ ms
Общее число зубьев шевера должно
соответствовать принятому размеру диа-
метра делительной окружности. Число
зубьев шевера не должно быть кратным
и не должно иметь общих множителей
с числом зубьев обрабатываемых колес.
В результате обеспечивается контакт
различных зубьев шевера с одним и тем же
зубом обрабатываемого колеса. При-
менение шеверов с числом зубьев, крат-
ным числу зубьев обрабатываемых колес,
приводит к снижению точности и чисто-
ты обработанной поверхности зубьев.
Угол наклона зубьев шевера ри, рав-
ный при обработке прямозубых зубчатых
колес углу я]: скрещивания осей шевера
и колеса, оказывает существенное влия-
ние на процесс шевингования. С увели-
чением угла скрещивания осей возраста-
ет скорость скольжения и соответственно
скорость резания, уменьшается зона со-
прикосновения шевера и заготовки, сни-
жается точность и чистота обработанной
Рис. 257. Дисковый шевер
поверхности. Однако при уменьшении
угла скрещивания осей снижаются ре-
жущие свойства инструмента, падает
производительность обработки. При угле
скрещивания, равном нулю, вместо сре-
зания тонких стружек в процессе шевин-
гования наблюдается вдавливание зубьев
шевера в материал заготовки и наклеп
поверхности обрабатываемых зубьев.
Угол скрещивания осей шевера и об-
рабатываемого колеса колеблется от 5 до
30°. Для средних модулей рекомендуется
угол скрещивания осей 15°.
Толщина зуба шевера в нормальном
сечении £а.и на делительном цилиндре
определяется с учетом обязательного
утонения зуба колеса AS и запаса а на
переточки профиля зубьев шевера после
затупления:
Sd.H = -^- + As + 2a.
Увеличение толщины зубьев нового
шевера по сравнению с ее теоретически-
ми, номинальными размерами обеспечи-
вается высотной коррекцией зубьев.
346
Глава XII. Зуборезный инструмент для цилиндрических колес
Величина коррекции х = £ит, соот-
ветствующая утолщению зуба на 2а,
будет равна:
х~ actga0.
Высота головки йи зуба шевера выби-
рается так, чтобы обеспечить обработку
активной части профиля зуба колеса,
высота головки которого равна h‘ = т.
С другой стороны, головка шевера не
должна упираться в дно впадины колеса
и обрабатывать переходную кривую про-
филя, образованную в результате на-
резания зубьев предварительным инстру-
ментом, высота головки зуба которого
равна 1,25m. Поэтому для обработки
некорригированных зубчатых колес но-
минальный размер высоты головки зуба
шевера принимается больше модуля и
меньше 1,25m и равняется 1,1m. С уче-
том высотной коррекции высота головки
зуба нового шевера будет равна:
йи.Нов= l,lm + actgae.
Высоту ножки зуба шевера необходимо
выбрать таким образом, чтобы обеспе-
чить полную обработку головки зуба
колеса как новым, а также и переточен-
ным шевером. С учетом изменения высот-
ной коррекции зуба шевера при переточ-
ках ориентировочно высоту ножки зуба
шевера можно определить по формуле:
йи = hi +& + &ctga0,
где hi — высота головки зуба обрабаты-
ваемого колеса;
k — увеличение высоты ножки зуба
шевера для обеспечения пол-
ной обработки головки зуба ко-
леса с учетом допусков и ком-
пенсации погрешностей, кото-
рые могут возникнуть при
сверлении наклонных отверс-
тий у основания зуба шевера;
b — уменьшение толщины одной
стороны зуба шевера при пе-
реточках по отношению к его
номинальным размерам.
Обычно запас на переточку зубьев
шевера распределяется поровну от но-
минальной толщины зуба, т. е. считается
b = а.
Для шеверов модулей от 2 до 8 мм раз-
мер А = а + b принимается равным
0,25—0,45 мм, а размер k = (0,35 -j-
-j- 1,0) мм.
Диаметр окружности впадин шевера
будет равен:
1 2Й.и.
Чтобы профиль зуба шевера был пол-
ностью эвольвентным, сопряженным с
эвольвентным профилем обрабатываемых
зубьев, диаметр DlK окружности впадин
должен быть больше диаметра основной
окружности dOH. Если это условие не
выполняется, то приходится уменьшать
размер Ъ, соответственно увеличивая
размер а, т. е. изменять величины высот-
ной коррекции нового и окончательно
сточенного шевера.
Для образования режущих кромок и
пространства для схода стружки на бо-
ковой поверхности зубьев шевера выпол-
няют канавки шириной 0,9 мм и глуби-
ной 0,6—1,0 мм.
В отдельных случаях, особенно при
малых углах скрещивания осей шевера
и колеса, ширину канавок увеличивают
до 2,5—3,0 мм. Боковые поверхности ка-
навок могут идти параллельно торцам
либо нормально к винтовой линии зуба
шевера.
Для обеспечения достаточно высокой
прочности режущих элементов шевера
на вершине зуба необходимо, чтобы ка-
навки не пересекали друг друга и даже
у нового шевера оставалась перемычка
р >- 0,1 мм:
2е
Р — Sens--------->-0,1 ММ.
Величина seHS толщины зуба шевера
на окружности выступов в торцовом се-
§ 8. Шеверы
347
чении определяется аналогично толщине
вершины зуба долбяка по формуле:
Sens = I --------1- inv a„s — inv aeHi I,
\ “д.и /
где aeiiS — угол давления эвольвенты зу-
ба нового шевера на окруж-
ности выступов.
Канавки на боковых сторонах зубьев
шевера строгаются гребенками. Для вы-
хода гребенки у основания зубьев свер-
лятся отверстия, диаметр которых колеб-
лется от 3 до 7 мм для модулей от 2 до
8 мм.
Центры отверстий располагаются на
окружности, диаметр которой определяе-
тся из условия обеспечения необходимой
для свободного прохождения гребенки
ширины впадины, которая должна быть
больше 1,5—2 мм. Отверстия для выхода
гребенки сверлятся под углом меньшим
на 1° угла наклона зубьев шевера. Это
объясняется тем, что угол наклона зубьев
шевера измеряется на делительном диа-
метре, на диаметре же центров отверстий
углы наклона винтовых линий, располо-
женных на боковых поверхностях зубьев
шевера, будут соответственно умень-
шаться.
При проектировании шевера произво-
дится проверка правильности зацепле-
ния обработанных колес. Нормальная
работа обработанных шевингованием ко-
лес обеспечивается, когда активная
часть профилей их зубьев будет меньше
обработанной шевером части профиля
зуба колеса. Положение граничной точки
В активного участка профиля зуба пря-
мозубого колеса при его зацеплении с со-
пряженным колесом может характери-
зоваться радиусом рв кривизны эволь-
венты в рассматриваемой точке В, т. е.
расстоянием от точки В до точки касания
линии зацепления с основной окружно-
стью колеса. Формула для расчета вели-
чины радиуса рв была рассмотрена при
Рис. 258. Определение граничной точки зуба
колеса обработанного шевером
проектировании долбяков. Она имеет
вид: ________
РВ = Аг sin “12 —’ Re2 — Г02.
Положение граничной точки А профи-
ля зуба колеса обработанного шевером,
т. е. положение крайней точки активного
участка профиля зуба колеса при его
зацеплении с шевером можно определить
графически. На рис. 258 приведено ре-
шение рассматриваемой задачи, приме-
нительно к обработке прямозубого коле-
са косозубым шевером zH. За плоскость
проекций V принята плоскость, перпен-
дикулярная оси колеса, а за плоскость
W — плоскость, перпендикулярная оси
шевера. Изображена стандартная зубо-
резная рейка, сопряженная с обрабаты-
ваемым корригированным зубчатым ко-
лесом гх, делительная окружность коле-
са, являющаяся начальной окружностью
при зацеплении колеса с рейкой. Через
полюс Р зацепления рейки и колеса zx
под углом а0 проведена вертикально-
проецирующая плоскость Т, в которой
наблюдается контакт зубьев колеса с
зубьями рейки. Найдено сечение рейки
348
Глава XII. Зуборезный инструмент для цилиндрических колес
плоскостью, перпендикулярной оси ше-
вера, которое в истинную величину
проектируется на плоскости W. Угол
профиля зубьев рейки в торцовом сече-
нии обозначен через aSH. В соответствии
с величиной коррекции зуба шевера &П
проведена начальная прямая, соответст-
вующая зацеплению шевера и рейки, и
делительная окружность шевера, касаю-
щаяся в полюсе зацепления Ри началь-
ной прямой. Рассмотрен случай, когда
начальная прямая при зацеплении рейки
и колеса zx не совпадает с начальной
прямой зацепления рейки и шевера, и
полюса зацепления Р и Ри занимают
также различные положения в прост-
ранстве. Через полюс Ра зацепления
рейки и шевера ги под углом aSH прове-
дена плоскость S, перпендикулярная
плоскости W, в которой наблюдается
контакт зубьев рейки с зубьями шевера.
Линией пересечения плоскостей TKS бу-
дет прямая АЕ (ее проекции соответст-
венно обозначены через ае, а!е' и а"е").
На прямой АЕ будет наблюдаться кон-
такт зубьев колеса и зубьев шевера ги,
т. е. прямая АЕ будет линией зацепления
обрабатываемого прямозубого зубчатого
колеса zt и шевера ги.
Граничная точка профиля зуба колеса
гъ обработанного шевером, соприкасает-
ся, является сопряженной, с вершинной
точкой зуба шевера. Цилиндрическая по-
верхность радиуса 7?еи» соответствующая
вершинной поверхности зубьев шевера,
пересекается с линией з ацепления в точ-
ке А. Поэтому в этой то чке А будет наб-
людаться контакт вершинной точки зуба
шевера с граничной точкой обработанно-
го участка профиля зуба колеса z±. Ра-
диус кривизны эвольвенты зуба колеса
zx в этой точке будет равен отрезку т'а':
рд == т'а'.
Следовательно, чтобы полностью обра-
ботать активную часть профиля зуба
колеса zx сопряженного с колесом z2, ра-
диус ра должен быть равен радиусу рв.
Рассматривая приведенное построение,
можно вывести следующую зависимость
связывающую радиус рд и радиус Rea
окружности выступов шевера:
— т (^и + + sin a°(rgl sin “° ~ Рл)
си~ tgaSHcosp.
где
tgH — tgas^l +
।________________rd.n_____________1
+ m (Ви + Bi) + sin a0 (гй1 sin a0 — рд) J *
По этим соотношениям, выбрав значе-
ние радиуса рд, равное или меньшее
радиуса рв, можно подсчитать минималь-
ное значение радиуса окружности высту-
пов шевера ₽гит(п, при котором будет
обеспечена полная обработка активного
участка профиля зуба колеса zr. Чем
меньше будет действительное значение
радиуса рд, тем больше будет перекрытие
обработкой рабочего участка профиля,
тем эффективнее будут исправляться по-
грешности зубчатого колеса. Однако при
этом одновременно увеличивается опас-
ность врезания зуба шевера в переход-
ную кривую и касания вершины зуба
шевера дна зубьев колеса. При шевинго-
вании можно допустить обработку пере-
ходной кривой, полученной при предва-
рительном нарезании, до 0,5 мм.
Практика шевингования показывает,
что шевер с точным эвольвентным профи-
лем не может обеспечить точную обра-
ботку эвольвентного профиля зуба ко-
леса.
Отклонения от теоретической формы
профиля зуба, достигающие иногда
0,03—0,04 мм, вызываются деформация-
ми заготовки и инструмента в процессе
обработки, различными условиями реза-
ния в различных зонах зуба шевера
и т. п. Устраняют эти отклонения в про-
филе зубчатого колеса, внося в профиль
зубьев шевера обратные по направлению
§ 8. Шеверы
349
отклонения, измеряемые от теоретиче-
ской эвольвенты. Такое корригирование
профиля зуба шевера осуществляется
при шлифовании фасонной правкой шли-
фовального круга по специальному шаб-
лону. Форму и величины соответствую-
щего корригирования зубьев шевера под-
бирают экспериментально. Этот метод
применяется только при массовом произ-
водстве зубчатых колес. Инструменталь-
ные заводы изготовляют шеверы с эволь-
вентным профилем.
Точность и производительность про-
цесса шевингования в значительной сте-
пени зависит от формы припуска, срезае-
мого шевером. Наиболее простой яв-
ляется равномерная форма припуска под
шевингование у зуба колеса. Она обеспе-
чивается предварительной обработкой
зубчатых колес обычным зуборезным
инструментом с немодифицированным
профилем зубьев. Существенным недос-
татком этой формы припуска является то,
что при обработке зубьев колеса головка
зуба шевера не имеет свободного выхода,
из-за чего крошатся ее режущие кромки.
Поэтому рекомендуется неравномерная
форма припуска по профилю зуба с
уменьшением до нуля у ножки и головки
зуба и его наибольшей величиной в цент-
ральной зоне. Такая форма припуска
обеспечивается предварительной обра-
боткой зубчатых колес инструментом с
соответствующим модифицированным
профилем.
Наряду с рассмотренными конструк-
циями шеверов используются и другие.
Например, у мелкомодульных шеверов
небольшие размеры зубьев не позво-
ляют изготовить на их боковых сторо-
нах стружечные канавки. Поэтому
такие шеверы имеют небольшие коль-
цевые канавки, прорезающие зубья на
всю их высоту, благодаря чему и со-
здаются режущие кромки. Канавки
имеют трапецеидальную форму с уг-
лом между сторонами, равным 16°.
Шаг канавок принимается равным
1.75—2 мм, а их глубина — 3—4 .иле
В процессе эксплуатации такие шеве-
ры 3—4 раза перетачиваются по перед-
ней поверхности канавок, что не тре-
бует специального оборудования.
Для отделки червячных колес при-
меняют червячные шеверы. Червячный
шевер представляет собою червяк, на
боковых сторонах и вершинах зубьев
которого прорезаются небольшие ка-
навки с углом профиля 75—80° с остав-
лением фасок шириной 0,2—0,5 мм..
Глубина канавок принимается равной
1,5—2*л£Л4.
Благодаря прорезанию канавок
возникает пространство для выхода
стружки и создается передняя по-
верхность с передним углом, приблизи-
тельно равным нулю. Все основные
элементы шевера принимаются таким
же, как у соответствующего ему чер-
вяка. Для контроля профиля часть вит-
ка шевера у одного из торцов сохраня-
ется ненасеченной, шлифуется она за
одну установку с насеченной частью.
Новым методом окончательной обра-
ботки зубчатых колес является обра-
зивное шевингование.
Абразивный шевер (хон) представ-
ляет собою зубчатое колесо, венец ко-
торого содержит большое число абра-
зивных зерен, которые являются его-
режущими элементами. Они изготов-
ляются диаметром 180—370 мм и ши-
риной 35—40 мм. Зубчатые венцы аб-
разивного шевера изготовляются с по-
мощью прессования шихты, состоящей
из смеси вяжущих материалов, напол-
нителя и абразивных зерен.
Абразивное шевингование осуще-
ствляется при угле скрещивания осей
инструмента и заготовки, равном 15—
18°. В результате абразивного шевин-
гования чистота обработанных поверх-
ностей зубьев повышается на 1—2
класса.
350
ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Конические зубчатые колеса приме-
няются для передачи вращения между
валами, оси которых пересекаются. Они
имеют прямые или криволинейные зубья.
В относительном движении конических
колес аксоидами являются конические
поверхности (рис. 259), перекатываю-
щиеся друг по другу без скольжения.
У ка занные поверхности называют началь-
ными конусами. Прямая линия контакта
рассматриваемых начальных конусов бу-
дет осью ОР мгновенного вращения. В лю-
бой исследуемый момент времени отно-
сительное движение двух сопряженных
конических колес представляет собой
вращение вокруг мгновенной оси ОР.
Конус, ось которого совпадает с осью
конического колеса, а образующие пер-
пендикулярны к образующим начально-
го конуса, называют дополнительным ко-
нусом.
Используя дополнител ьные конусы,
зацепление конических колес прибли-
женно можно свести к рассмотрению за-
цепления так называемых эквивалентных
цилиндрических колес. При анализе за-
цепления конических колес дополни-
тельные конусы развертываются на пло-
скость. Считается, что на развертке про-
фили зубьев будут тождественны профи-
лям цилиндрических зубчатых колес.
При свертывании рассматриваемой пло-
ской картины на поверхности дополни-
тельного конуса образуется профиль
зубьев конических колес.
Поверхность зубьев конического пря-
мозубого колеса будет конической по-
верхностью, которая описывается прямо-
линейной образующей, проходящей через
вершину О и скользящей по профилю
зубьев на наружном дополнительном ко-
нусе (рис. 260).
Сопряженные конические колеса мож-
но изготовить методом обкатки без де-
тального изучения поверхности их зубь-
ев. Для этого нужно выбрать форму
зубьев одного из сопряженных кониче-
ских колес таким образом, чтобы ее от-
носительно легко можно было бы вос-
произвести режущими кромками инстру-
мента. Используя это колесо как инстру-
мент, в зацепление с ним вводят заготов-
ку второго колеса. В результате обкатки
на заготовке образуются зубья второго
конического колеса. Поверхность зубьев
этого колеса является огибающей к по-
следовательным положениям поверхнос-
ти зубьев первого исходного колеса при ее
движении относительно заготовки. Этот
способ образования сопряженных зубьев
конических колес положен в основу по-
луобкатных передач. В этом случае
зубья колеса выбранной формы наре-
заются без обкатки, что приводит к повы-
шению производительности обработки.
Сопряженные же зубья шестерни обра-
батываются по методу обкатки. При этом
с помощью движущихся режущих кро-
§ 1. Общие сведения
351
мок инструмента воспроизводят поверх-
ности зубьев колеса, которые вводятся
в зацепление с заготовкой и образуют
сопряженные зубья шестерни.
Находит применение также второй спо-
соб образования сопряженных зубьев
конических колес. Из теории зубчатых
зацеплений известно, что колесо / и
шестерня 2 будут сопряженными, если
они правильно сопряжены с воображае-
мым колесом по обе стороны бесконечно
тонких стенок его зубьев, т. е. с двумя
взаимно дополнительными колесами А
и В (рис. 261). Подобные колеса, по-
верхности зубьев которых описываются
режущими кромками инструмента и ко-
торые используются для нарезания по
методу обкатки сопряженных конических
колес, называют производящими колеса-
ми. Формы зубьев производящих колес,
которые определяют форму зубьев наре-
заемых колес передачи, могут быть раз-
личные. Практически эти формы ограни-
чиваются технологическими возможнос-
тями.
Наибольшее распространение в про-
мышленности получили конические зуб-
чатые колеса с прямыми и криволиней-
ными круговыми зубьями.
Простота конструкции и большой парк
станков для обработки конических колес
с прямыми зубьями обеспечили их широ-
кое применение в машиностроении, хотя
в последнее время имеется тенденция
к замене их коническими колесами с кри-
волинейными зубьями.
Нарезание конических колес низкой
точности может производиться фасонны-
ми модульными фрезами, дисковыми либо
пальцевыми. В процессе обработки заго-
товка колеса неподвижна, а вращающая-
ся фреза имеет движение подачи вдоль
линии основания ножки зуба. После об-
работки одной впадины заготовка пово-
рачивается на один зуб и происходит на-
резание следующей впадины зубьев. Ди-
сковые фрезы для чернового нарезания
Рис. 259. Схема зацепления конических колес
иического колеса
Рис. 261. Схема образования сопряженных
поверхностей зубьев конических колес
конических прямозубых колес имеют
прямолинейный профиль, либо профиль,
построенный по среднему сечению зуба.
Ширина их вершинной кромки прини-
мается равной ширине дна впадины в
узкой ее части с учетом оставления
352
Глава XIII. Инструменты для нарезания конических колес
Рис. 262. Способы обработки конических колес
припуска на чистовую обработку. Предва-
рительная черновая обработка дисковы-
ми фрезами крупногабаритных коничес-
ких колес позволяет повысить производи-
тельность и обеспечить целесообразное
использование специальных зуборезных
станков только для чистового нарезания
колес. При отсутствии специальных зубо-
резных станков производится чистовое
нарезание зубьев конических колес фа-
сонными модульными фрезами в один или
два прохода. При обработке в один про-
ход обе стороны впадины зуба колеса
формируются одновременно. При обра-
ботке в два прохода производится после-
довательно чистовое нарезание одной
стороны всех зубьев колеса, а затем при
соответственно измененной установке за-
готовки нарезается вторая сторона зубь-
ев. Расчет профиля рассматриваемых
фрез ведется по профилю эквивалентных
цилиндрических колес, соответствующих
среднему сечению зуба конического ко-
леса.
В единичном и серийном производстве
прямозубых конических колес больших
размеров используется строгание их
зубьев одним или двумя резцами по шаб-
лону (рис. 262, а). В этом случае резец
1 совершает возвратно-поступательное
движение резания вдоль прямолинейных
образующих боковой поверхности зуба.
Движение же подачи осуществляется
вращением плиты 2 вокруг оси О, про-
ходящей через вершину конуса нарезае-
мого колеса. В процессе движения подачи
ролик 3, прижимаемый к шаблону 4,
заставляет вершину резца описывать
траекторию, соответствующую профилю
шаблона. После обработки одной впади-
ны осуществляется процесс деления за-
готовки. Предварительная обработка
впадин зубьев производится прорезным
и ступенчатым резцами в несколько про-
ходов по шаблону прямолинейного про-
филя. При чистовом же нарезании ис-
пользуются шаблоны эвольвентного про-
филя.
Одним из наиболее производительных
способов обработки конических прямозу-
бых колес является круговое протягива-
ние их зубьев (рис. 262, б). В процессе
обработки впадины зуба заготовка оста-
ется неподвижной. Протяжка же, вра-
щаясь с постоянной скоростью, вместе
с тем получает возвратно-поступательное
движение подачи. Рассматриваемый инст-
румент представляет собой диск, на пе-
риферии которого закреплены блоки с
затылованными зубьями. Первые блоки
являются черновыми. Они служат только
для предварительного прорезания впади-
§ 1. Общие сведения
353
ны зуба колеса. Поэтому размеры их ре-
жущих кромок должны выбираться с уче-
том благоприятной схемы резания мате-
риала впадины зуба с оставлением необ-
ходимого припуска на чистовую обработ-
ку, которая осуществляется чистовыми
зубьями.
При черновой обработке протяжка со-
вершает движение подачи вдоль нарезае-
мой впадины в направлении от узкого
конца зуба к широкому, а при чистовом
нарезании она подается в обратном на-
правлении с постоянной скоростью. В ре-
зультате сложения вращательного и по-
ступательного движения протяжка отно-
сительно заготовки будет совершать дви-
жение обкатки, при котором начальная
окружность К, связанная с протяжкой,
будет без скольжения катиться по на-
чальной прямой, связанной с заготовкой.
Нарезание каждой впадины зуба про-
изводится за один оборот протяжки.
После окончания обработки впадины
зуба происходит поворот заготовки на
один зуб, в то время когда мимо заготов-
ки проходит сектор протяжки, свободный
от зубьев. В результате обеспечивается
непрерывное вращение инструмента при
обработке всех впадин зубьев колеса.
При соответствующей конструкции
инструмента рассматриваемый способ
позволяет теоретически точно обрабаты-
вать конические колеса любого профиля,
в том числе и эвольвентные.
Представим себе зубчатое колесо,
имеющее зубья требуемой формы, и заго-
товку инструмента в форме диска из лег-
кодеформируемого материала. Заставим
их совершать движения, соответствую-
щие рассматриваемой схеме обработки.
В этом случае впадина зубьев колеса бу-
дет занимать различные положения отно-
сительно диска инструмента и будет
выдавливать на его периферии сопряжен-
ную поверхность инструмента И, кото-
рую приближенно можно представить
как поверхность впадины зуба колеса,
вытянутую до определенной длины и на-
вернутую на наружную цилиндрическую
поверхность диска-инструмента.
В процессе обработки инструменталь-
ная поверхность И и поверхность детали
будут непрерывно касаться друг друга по
характеристикам Е, форма которых не-
прерывно изменяется. Характеристики Е
можно рассматривать как ортогональные
проекции оси мгновенного вращения на
поверхность детали, т. е. в точках харак-
теристики нормали к поверхности детали
пересекают ось мгновенного относитель-
ного вращения. Ось в процессе обработки
меняет свое положение относительно
поверхности детали. Этим объясняется
изменение формы и положения характе-
ристики Е на поверхности детали. По-
этому возможна обработка по рассма-
триваемой схеме такой сложной фасон-
ной поверхности, как поверхность впа-
дины зуба конического прямозубого ко-
леса.
В процессе обработки каждый чистовой
зуб протяжки профилирует определен-
ный участок поверхности впадины зуба,
с которым не соприкасаются режущие
кромки других зубьев. Способ позволяет
получить бочкообразные зубья при обра-
ботке, т. е. уменьшить толщину зубьев
у их торцов и обеспечить расположение
зоны контакта в средней части зуба. Это,
как известно, улучшает условия работы
передачи и делает передачу менее чувст-
вительной к погрешностям монтажа и
деформациям системы под нагрузкой.
В настоящее время в практике находит
применение обработка конических пря-
мозубых колес круговыми протяжками,
у которых профили режущих кромок
являются дугами окружностей, что упро-
щает технологию изготовления этих
инструментов.
Наиболее распространенным способом
обработки прямозубых конических колес
является строгание двумя резцами по ме-
тоду обкатки (рис, 262, в). В основе этого
12 4-1967
354
Глава XIII. Инструменты для нарезания конических колес
способа лежит принцип воспроизводства
на станке зацепления плоского произво-
дящего колеса и заготовки. Плоское
производящее колесо является вообра-
жаемым. Поверхности зубьев его опи-
сываются режущими кромками резцов,
дви гающихся возвратно-поступательно.
В процессе обработки наблюдается также
вращение люльки с резцами вокруг оси
производящего колеса и вращение заго-
товки вокруг своей оси. Эти два враще-
ния кинематически связаны и приводятся
к качению без скольжения начального
конуса заготовки по начальному конусу
производящего колеса. Так как обработ-
ка ведется двумя резцами, режущие
кромки которых при возвратно-поступа-
тельных движениях описывают только
одну впадину плоского производящего
колеса и соответственно при зацеплении
с заготовкой нарезают один зуб колеса,
приходится после каждого цикла возвра-
щать люльку и заготовку в исходное по-
ложение и производить поворот заготов-
ки на один зуб. В результате происходит
переход от обработки одного зуба к дру-
гому.
У большинства станков, работающих
данным способом, имеется возможность
выключать движение обкатки и произво-
дить черновую обработку зубьев вреза-
нием черновых резцов в заготовку.
Одним из высокопроизводительных
способов обработки конических прямозу-
бых колес является их фрезерование дву-
мя дисковыми фрезами методом обкатки.
По производительности этот способ усту-
пает круговому протягиванию, но он в
3—5 раз производительнее чем зубостро-
гание. Используется он в условиях се-
рийного производства для сравнительно
небольших зубчатых колес диаметром до
320 мм и модулем до 8 мм. Суть способа
заключается в том, что боковые поверх-
ности зубьев воображаемого плоского
производящего колеса описываются тор-
цовыми режущими кромками дисковых
фрез (рис. 262, г) при их вращении во-
круг своей оси. Нарезание колес рас-
сматриваемым способом происходит без
подачи фрез вдоль зуба, поэтому при об-
работке создается вогнутое дно впади-
ны зуба. В процессе обработки люлька
вместе с фрезами вращается вокруг оси
производящего колеса. Заготовка вра-
щается согласованно с вращением люль-
ки, в результате наблюдается качение
без скольжения начального конуса про-
изводящего колеса и начального конуса
заготовки. В результате этого движения
зуб плоского производящего колеса за-
нимает ряд последовательных положений
относительно заготовки и формирует впа-
дину зуба колеса. После этого происхо-
дит пересопряжение зубьев, т. е. ввод
в зону резания следующего необработан-
ного участка заготовки.
Конические колеса с криволинейными
зубьями имеют ряд технологических
преимуществ по сравнению с прямозу-
быми коническими колесами, Произво-
дительность нарезания колес с криволи-
нейными зубьями значительно выше про-
изводительности обработки прямозубых
конических колес зубострогальными рез-
цами. Наиболее широкое распростране-
ние в машиностроении получили кони-
ческие колеса с круговыми зубьями, об-
рабатываемые резцовыми головками, и
колеса паллоидного зацепления, нарезае-
мые коническими червячными фрезами.
В основе нарезания резцовыми голов-
ками по методу обкатки конических ко-
лес с круговыми зубьями лежит качение
заготовки по воображаемому плоскому
производящему колесу (рис. 262, <Э). Рез-
цовая головка, закрепленная на люльке
станка, вращается вокруг своей оси.
Число оборотов резцовой головки выби-
рается таким, чтобы обеспечить опреде-
ленную скорость резания, величина ко-
торой зависит от материала и размеров
обрабатываемых колес, материала режу-
щей части инструмента.
§ 1. Общие сведения
355
При рассматриваемом вращении режу-
щие кромки зубьев головки описывают
поверхность зуба производящего колеса.
В процессе нарезания зубьев люлька
с вращающейся головкой медленно вра-
щается вокруг оси производящего коле-
са, а заготовка — вокруг своей оси. Вра-
щения люльки и заготовки кинематиче-
ски связаны между собой, благодаря че-
му осуществляется движение обкатки
начального конуса производящего колеса
по начальному конусу заготовки. За один
цикл обрабатывается одна впадина. Для
нарезания следующего зуба производит-
ся пересопряжение зубьев плоского про-
изводящего колеса и заготовки.
Нарезание конических колес е круго-
выми зубьями по рассмотренному спосо-
бу обкатки характеризуется довольно
длительным циклом обработки. Поэтому
в практике все более широкое применение
находят полуобкатные передачи. В полу-
обкатанной паре с целью повышения
производительности большое колесо на-
резается резцовой головкой или протяж-
кой по методу копирования. Резцовая
головка в этом случае вращается вокруг
своей оси, благодаря чему создается
определенная скорость резания. Подача
осуществляется врезанием инструмента
в заготовку. По достижении требуемой
глубины нарезанной впадины головка
отводится от заготовки и происходит де-
ление на следующий зуб. Движение пода-
чи врезания инструмента в заготовку
отсутствует при обработке колес резцо-
вой головкой — протяжкой, которая
имеет различные по размерам резцы, что
и обеспечивает постепенное формирова-
ние впадины зуба. Деление на следую-
щий зуб осуществляется периодически
поворотом заготовки в момент прохожде-
ния участка протяжки, не имеющего рез-
цов. Чистовая обработка зубьев колес
круговой резцовой протяжкой сокра-
щает в несколько раз время обработки
по сравнению с нарезанием на универ-
12*
сальных станках. Процесс протягивания
дает более высокую чистоту поверхности
зубьев, что позволяет значительно сокра-
тить время последующих финишных опе-
раций.
В соответствии с принятым способом
обработки зубья колеса полуобкатной
передачи имеют конические рабочие по-
верхности, описываемые режущими
кромками резцов торцовой головки или
протяжки при их вращении вокруг своей
оси.
Зубья шестерни полуобкатной переда-
чи имеют модифицированный более ис-
кривленный по сравнению с обычным
профиль, соответствующий принятому
профилю зубьев колеса. Нарезание та-
ких зубьев производится методом обкат-
ки на станках, имеющих наклоняющийся
инструментальный шпиндель. Произво-
дящим колесом при этом является боль-
шое парное колесо. Поверхности зубьев
производящего колеса воспроизводятся
на станке вращением режущих кромок
зубьев головки вокруг ее оси, наклонен-
ной к оси люльки станка под соответ-
ствующим углом.
Обработку шестерни полуобкатной пе-
редачи можно вести также с использова-
нием плоского производящего колеса на
станках, имеющих эксцентриковый ме-
ханизм модификации обкатки. В этом
случае в процессе нарезания зубьев обес-
печивается равномерное вращение заго-
товки вокруг своей оси и неравномерное
вращение плоского производящего коле-
са. Закон движения производящего коле-
са подбирается такой, который обеспечит
благоприятное расположение зоны кон-
такта. Конические колеса с криволиней-
ными зубьями могут также нарезаться
червячными коническими фрезами. Наре-
зание конических колес червячными ко-
ническими фрезами напоминает нареза-
ние цилиндрических колес червячными
цилиндрическими фрезами по танген-
циальному методу. В процессе обработки
356
Глава XIII. Инструменты для нарезания конических колес
осуществляется зацепление производя-
щего колеса и заготовки (рис. 262, е).
Зубья производящего колеса образуются
при помощи двигающихся определенным
образом режущих кромок инструмента.
Движения заготовки и инструмента
по рассматриваемой схеме следую-
щие:
А — вращение конической червячной
фрезы вокруг своей оси;
Б-1 — вращение фрезы вокруг оси
производящего колеса;
Б-2—вращение заготовки вокруг ее
оси, состоящее из делительного, опреде-
ляемого вращением фрезы, и обкаточно-
го, связанного с движением Б-1. Оба
движения суммируются при помощи диф-
ференциала, имеющегося в кинематиче-
ской цепи станка.
Способ отличается высокой производи-
тельностью и универсальностью и позво-
ляет одной червячной фрезой нарезать
конические колеса с различным числом
зубьев определенного модуля. Однако он
дает менее благоприятную форму зубьев
по сравнению с коническими колесами
с круговыми зубьями, которые сложно
шлифовать и притирать после термиче-
ской обработки. В СССР станки для обра-
ботки конических колес червячными ко-
ническими фрезами не изготовляются.
§ 2. ЗУБОРЕЗНЫЕ РЕЗЦЫ
Зуборезные резцы (рис. 263) служат
для обработки прямозубых конических
колес. Они имеют рабочую часть, изго-
товленную из быстрорежущей стали, и
зажимную часть из стали 45 либо хроми-
стой стали, что дает экономию быстроре-
жущей стали до 60%. Зажимная часть
в соответствии с принятой схемой креп-
ления резцов на станке представляет со-
бой клиновидное тело с углом 73°, имею-
щее отверстия с резьбой. Резец крепится
винтами, число которых колеблется от
двух до пяти в зависимости от размера
инструмента. Клиновидная форма за-
жимной части обеспечивает плотное при-
легание ее к соответствующим плоско-
стям державки и надежное закрепление
резца.
Резцы могут выполняться с двумя ре-
жущими частями, расположенными на
их торцах. После износа одной из них
резец переустанавливается на станке и в
работу вводится вторая неизношенная
режущая часть. По конструкции рабочей
части рассматриваемые резцы напоми-
нают призматические фасонные строгаль-
ные резцы.
В статическом, нерабочем, положении
резца образующие его задней поверхнос-
ти идут параллельно опорной плоскости
и статические задние углы равны нулю
аст = 0.
Статические передние углы у резца
и углы наклона режущей кромки X соз-
даются за счет соответствующей заточки
передней плоскости. Статический перед-
ний угол устанавливается в зависимости
от обрабатываемого материала в преде-
лах у = 10 4- 25°. Стандартные резцы
выпускаются с передним углом у = 20°.
Боковая режущая кромка резца рас-
полагается в плоскости под углом Р =
= 12°. Ее положение определяется так-
же вторым параметром— углом профи-
ля а, соответствующим углу зацепле-
ния сопряженных колес.
В процессе резания геометрия режу-
щей части резца резко изменяется. Резец
устанавливается наклонно под углом
Р = 12°, благодаря чему создаются поло-
жительные задние углы. Их величины на
вершинной кромке будут равны ав =
= р = 12°.
В результате наклонной установки
боковая режущая кромка резца стано-
вится перпендикулярной направлению
резания и угол ее наклона Хр в процессе
резания будет равен нулю.
Положение боковой режущей кромки
будет характеризоваться профильным
§ 2. Зуборезные резцы
357
углом а' резца в сечении, перпенди-
кулярном направлению резания. На
рис. 264 изображен резец в наклонном по-
ложении, его боковая режущая кромка
АС перпендикулярна вектору скорости
резания Vp. Угол профиля резца а в ста-
тическом положении изображается в ис-
тинную величину в проекции на пло-
скость V. Он заключен между прямыми
m't’ и в'а'. Чтобы определить угол а',
выбирается новая плоскость проекций
W, перпендикулярная направлению ре-
зания. По правилу перемены плоскостей
находится проекция о "с" режущей кром-
ки на плоскость W. Угол между прямыми
о "с" и mV и будет искомым углом а'.
Рассматривая Д с’а’т’, Д асе и
Д т'а'с', получим:
т"а" т'а’ cos ав
с"т" т'с'
Таким образом,
tga' = tga cos ав.
Для того, чтобы определить угол а”
профиля резца в сечении N, перпендику-
лярном образующей начального конуса
нарезаемого колеса, рассматривается си-
стема плоскостей проекций Н/N. Пло-
скость N проведена через точку А режу-
щей кромки. Вторая точка С режущей
кромки, двигаясь в направлении ско-
рости резания Vp, пересекает плоскость
7V в точке К (проекции ее k, k"). Линия
А К будет линией пересечения плоскости
7V и боковой плоскости зуба произво-
дящего колеса, описываемой режущей
кромкой при движении со скоростью Vp.
Поэтому в проекции на плоскость N и бу-
дет измеряться искомый угол а", кото-
рый заключен между прямыми a'"k'"
и k"'m"'. Рассматривая последовательно
Д d"k"'m"', Д ack, Д полу-
чим:
tg а" == tg а cos ав cos ф.
Поэтому, для получения заданного угла
зацепления, следовало бы для каждого
Рис. 263. Зубострогальный резец
нарезаемого зубчатого колеса изготов-
лять резцы с углом профиля а, завися-
щим от угла ножки ф. Обычно угол про-
филя резца принимается равным номи-
нальному углу зацепления. В некорри-
гированных парах это не сказывается на
правильности зацепления, так как угол
зацепления получается хотя и не равным
теоретическому, но одинаковым у сопря-
женных зубчатых колес.
Наклонная установка рассматривае-
мых зуборезных резцов позволяет полу-
чить положительные задние углы на бо-
ковых режущих кромках. Однако, как
показывает анализ, их величины значи-
тельно меньше величин задних углов на
вершинной кромке.
Так как угол Хр в процессе резания на
боковой кромке равен нулю, задний угол
необходимо измерять в нормальном к ре-
жущей кромке сечении. В этом сечении
Рис. 264 Определение профильных углов
резца
358
Глава XIII. Инструменты для нарезания конических колес
Рис. 265. Схемы нарезания зубьев прямозубых
конических колес
по задней поверхности резца направим
единичный вектор В, который в системе
хуг записывается таким образом:
B = i sin а6 sin а' 4- / sin аб cos а' «
•— k COS ССб.
Единичный вектор А, идущий по линии
пересечения продольного сечения резца
хг и его боковой задней плоскости, будет:
А = i sin ссЕ — & cos ав.
Единичный вектор Р, расположенный
на боковой режущей кромке, будет:
Р =-i cos сс' — j sin a'.
Три вектора P, А, В лежат в одной
плоскости. Поэтому их смешанное произ-
ведение равно нулю:
cos а' — sin а' О
sin ав 0 —. cos ав
sin аб sin a', sin аб cos а', — cos аб
Отсюда
tga6 = tgaBsina'.
Расчеты показывают, что у стандарт-
ных резцов задние углы на боковой ре-
жущей кромке равны 4°, т. е. наклонная
установка резцов при обработке колес
приводит к увеличению задних углов,
по сравнению с их статическими значе-
ниями, и соответствующему уменьшению
передних углов. Высота рабочей части
резца должна быть достаточной для пол-
ной обработки зубьев колес и может быть
определена по соотношению h = 2,5т.
Толщина b резца по вершине должна
быть не меньше половины ширины дна
впадины у наружного конца зуба и не
больше ширины дна впадины у внутрен-
него (узкого) конца зуба. Практически
принимают fc»0,4/n.
С целью повышения прочности зубьев
колес резцы имеют определенный радиус
закругления вершины, равный г « 0,3/п.
Рассматриваемые чистовые резцы перета-
чиваются в процессе эксплуатации по
плоской передней поверхности. Перед-
няя же поверхность зуборезных резцов,
применяемых при предварительной обра-
ботке затачивается по радиусу цилиндри-
ческим шлифовальным кругом, диаметр
которого равен 6/п.
При обработке конических колес рез-
цами на станке осуществляется зацепле-
ние условноплоского или плосковершин-
ного производящего колеса с заготовкой
(рис. 265). В этом случае резцы двигают-
ся перпендикулярно оси плоского коле-
са, что существенно упрощает конструк-
цию станка. Однако такое производящее
колесо с половинным углом начального
конуса, равным 90° — ф, должно иметь
криволинейный профиль зубьев. Соот-
ветственно и зуборезные резцы должны
были бы иметь криволинейные режущие
кромки. Практически же резцы выпол-
няют с прямолинейными кромками, что
приводит к большему, по сравнению с
теоретическим профилем, срезанию ме-
талла у вершин и ножек зубьев. Величи-
ны отклонений, образующихся при этом,
не превышают нескольких сотых долей
миллиметра и не только не вредят работе
нарезанных конических колес, но и в
некоторой мере улучшают ее, так как
зубья таких передач менее склонны за-
клиниваться во время работы.
§ 3. Дисковые зуборезные фрезы для обработки конических колес
359
§ 3. ДИСКОВЫЕ ЗУБОРЕЗНЫЕ ФРЕЗЫ
ДЛЯ ОБРАБОТКИ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС
Дисковые зуборезные фрезы исполь-
зуются для обработки конических прямо-
зубых колес методом обкатки подобно
зубострогальным резцам. Однако в рас-
сматриваемом случае вместо двух зубо-
строгальных резцов, перемещающихся
возвратно-поступательно, используются
две вращающиеся дисковые фрезы, уста-
новленные на наклонных шпинделях
станка. Фрезы имеют боковые режущие
кромки, расположенные на торцовой
плоскости. При вращении вокруг оси
фрезы эти режущие кромки описывают
плоскость, которая на станке совмещает-
ся с боковой плоскостью зуба воображае-
мого плоского производящего колеса.
Две вращающиеся фрезы описывают свои-
ми режущими кромками полностью один
зуб производящего колеса. Чтобы обес-
печить одновременную работу двух фрез,
зубья одной фрезы в зоне обработки вхо-
дят во впадины другой и не задевают
ДРУГ друга.
При рассматриваемом способе черно-
вая и чистовая обработки совмещены в од-
ну операцию и производятся одними и
теми же инструментами.
Дисковая зуборезная фреза (рис. 266)
представляет собой корпус 1, в пазах
которого установлены отдельные зубья
2, закрепленные винтами 3. Ширина
головки зуба больше ширины его дер-
жавки. Благодаря этому на зубьях соз-
дается уступ, которым они опираются на
корпус фрезы. Таким образом фикси-
руется положение зубьев в радиальном
направлении. Высота режушей части
зубьев фрезы должна обеспечить обра-
ботку зубьев колес по всей их высоте
и принимается h = 2,5m. Ширина зубь-
ев по вершине, аналогично зубострогаль-
ным резцам, выбирается равной 0,4 мо-
дуля. Наружный диаметр фрезы зависит
от размеров нарезаемых колес и модели
используемого для обработки станка.
Рис. 266. Дисковая зуборезная фреза
Для колес малых модулей до 2 мм ис-
пользуются фрезы диаметром 150 мм, а
для колес средних модулей до 8 мм —
диаметром 275 мм.
Характерной особенностью зубофрезе-
рования конических колес, в отличие от
зубострогания, является отсутствие по-
дачи вдоль обрабатываемого зуба. Поэто-
му дно впадины зуба нарезаемого колеса
получается слегка вогнутым. Величина
стрелки вогнутости (рис. 267) равна:
., Ь2 cos а
&h = —тз-----•
4dH
Зубья, нарезанные парными дисковыми
фрезами, могут иметь обычную (не бочко-
образную) форму. В этом случае их ре-
жущие боковые кромки должны распола-
гаться в плоскости, перпендикулярной
оси фрезы, совпадающей при обработке
с боковой поверхностью зуба, произво-
дящего колеса.
Чтобы получить бочкообразные зубья
конических колес, необходимо фрезы
изготовлять с поднутренными режущими
кромками. При вращении такой фрезы
режущие кромки описывают коническую
поверхность, которая только в средней
360
Глава XIII. Инструменты для нарезания конических колес
Рис. 267. Форма зуба при нарезании
дисковыми фрезами
зоне соприкасается с боковой плоской
поверхностью зуба производящего коле-
са. В результате нарезаемые зубья полу-
чат бочкообразную форму. Величина
бочкообразное™ As зависит от диаметра
фрезы и от угла поднутрения б и может
быть определена по формуле:
При известном диаметре фрезы требуе-
мая величина бочкообразности зуба As
может быть обеспечена соответствующим
выбором угла б. Обычно угол 6 колеблет-
ся от 1 до 5°, причем меньшая величи-
на угла 6 принимается для колес, имею-
щих больший модуль. По конструкции
рассматриваемые дисковые зуборезные
фрезы относятся к затылованным инстру-
ментам. Они имеют плоскую переднюю
поверхность, по которой производится
их переточка в процессе эксплуатации.
Передний угол на боковой кромке при
обработке стальных колес принимается
равным 20°.
Задняя поверхность зубьев фрезы соз-
дается затылованием. Чтобы по всему
периметру режущих кромок обеспечить
получение положительных задних углов,
направление затылования должно быть
наклонным, в частности, перпендикуляр-
ным проекции вершинной кромки на осе-
вую плоскость. Задний угол на вершин-
ной кромке принимается равным 10—12°.
Можно применять также затылование
по окружности и вести обработку задних
поверхностей зубьев в соответствующем
технологическом корпусе. Чтобы полу-
чить заднюю поверхность и величины
задних углов на различных участках
кромок аналогичные случаю углового за-
тылования, следует применять наклон-
ную установку зубьев при обточке или
шлифование их задней поверхности в тех-
нологическом корпусе. Для этого закреп-
ляют ножи на конической поверхности
технологического корпуса так, чтобы
угол между осью зуба и осью техноло-
гического корпуса был равен 70°.
$ 4. РЕЗЦОВЫЕ ГОЛОВКИ ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ
КОНИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
С КРУГОВЫМИ ЗУБЬЯМИ
Зуборезная резцовая головка представ-
ляет собой торцовую фрезу специального
назначения. Головки малых размеров
с номинальным диаметром до 50 мм изго-
товляются цельными, а головки больших
размеров — сборными. В зависимости
от характера обработки резцовые голов-
ки делятся на черновые и чистовые, лево-
го и правого вращения, односторонние и
двухсторонние. Односторонние головки
имеют либо наружные резцы для нареза-
ния вогнутой стороны зуба, либо внут-
ренние резцы для нарезания выпуклой
стороны.
Двухсторонние головки снабжены че-
редующимися наружными и внутренними
резцами. Каждый резец обрабатывает
соответствующую боковую сторону и
часть впадины зуба. Вершины режущих
кромок наружного и внутреннего резцов
находятся на различных расстояниях от
оси головки, называемых образующими
радиусами, разность между которыми
будет разводом резцов. Среднее значение
образующего радиуса называется номи-
§ 4. Резцовые головки для нарезания конических зубчатых колес
361
нальным радиусом резцовой головки.
Ориентировочно номинальный диаметр
резцовой головки принимают равным
двум длинам образующей начального ко-
нуса нарезаемого колеса.
На рис. 268 приведена схема двух-
сторонней чистовой головки. Основной
частью ее является цилиндрический кор-
пус 6, в пазы которого вставляются рез-
цы 8, закрепляемые винтами 7. Резец
в радиальном направлении регулируется
прокладкой 2 и клином 3. Перемещение
клина производится винтом 4. Один из
клиньев у односторонних и два соседних
клина у двухсторонних головок не имеют
регулировки. В этих пазах устанавли-
ваются базовые резцы и относительно
них производится выверка остальных
резцов головки. В качестве опорной базы
у резцов используется выступ с противо-
положной стороны режущей кромки, ко-
торым резец опирается на торец корпуса.
Количество резцов в резцовой головке
зависит от диаметра головки и ее назна-
чения. Головки малого размера имеют
два резца, а большого — до 32.
Корпус головки имеет отверстие для
центрирования при посадке на шпиндель
станка конусностью 1 : 24. Крепление
производится четырьмя винтами. Для
облегчения снятия головки со шпинделя
станка предусмотрены два съемных винта
7, снабженных шестигранными отверс-
тиями для торцового ключа.
Ввиду того, что в одном и том же кор-
пусе могут монтироваться различные
комплекты резцов, в корпус головки
ввинчивается пробка 1, на наружном
торпе которой наносится маркировка
головки. С целью повышения точности
на корпусе головки выполняют кольце-
вую выточку (рис. 269), используют за-
крепление головки одним центральным
винтом с откидной планкой, что умень-
шает деформации корпуса при закрепле-
нии головки на шпинделе станка. Винты
для крепления резцов располагаются под
углом 10° к торцовой плоскости корпуса,
что способствует лучшему прилеганию
заплечиков резцов к опорному торцу
корпуса.
Черновые резцовые головки могут
быть двухсторонние (рис. 270, а) и трех-
сторонние (рис. 270, б). Двухсторонние
головки используются при нарезании
зубьев методом обкатки или врезания,
а трехсторонние — только методом вре-
зания (копирования). Двухсторонние го-
ловки имеют расположенные поочеред-
но наружные и внутренние резцы, каж-
дый из которых обрабатывает часть впа-
дины зуба и одну его боковую сторону.
Трехрезцовые головки имеют наруж-
ные, внутренние и средние резцы. На-
ружные и внутренние резцы обрабаты-
вают боковые стороны зубьев и не ка-
саются впадин, средние же резцы обра-
батывают впадины, поэтому их высота
делается на 0,25—0,40 мм выше внутрен-
них и наружных резцов. Ширина верши-
ны среднего резца делается уже впадины
зуба на 0,25—0,8 мм, а угол наклона бо-
ковых сторон — на 5—8° меньше угла
наклона режущих кромок внутренних
и наружных резцов, Последовательность
расстановки резцов в пазах корпуса
Рис. 268. Двусторонняя чистовая резцовая
головка
362
Глава XIII. Инструменты для нарезания конических колес
Рис. 269. Зуборезная головка повышенной точности
принята следующая: средний — наруж-
ный — средний — внутренний и т. д.
Черновые головки не имеют клиньев.
В радиальном направлении резцы регу-
лируются только подкладками.
Чтобы избежать резкой разницы в за-
грузке резцов, ударов при резании, их
необходимо подбирать перед сборкой в
комплекты, обращая внимание на точ-
ность расположения вершинных и боко-
вых режущих кромок. Это способствует
повышению стойкости инструмента.
Черновые резцы не имеют уступа для
восприятия значительных осевых усилий
и опираются на кольцо, привернутое к
корпусу винтами. Чтобы повысить стой-
кость, в последнее время и у черновых
головок стали применять клинья для
радиальной регулировки резцов, исполь-
зовать наклонное положение винтов для
крепления резцов, что обеспечивает их
надежный прижим к опорному кольцу
и регулировочному клину.
Резец имеет головку 6 и державку 7,
которая представляет собой призматиче-
ское тело с отверстием 8 под винт для
крепления (рис. 271). Требуемая уста-
новка резца в направлении оси инстру-
мента обеспечивается уступом 5, которым
резец ложится на торец корпуса. Голов-
ка резца имеет боковую 3 и вершинную 4
режущие кромки. Так как резец чисто-
вой, то главной является боковая режу-
щая кромка. Длина режущей кромки рез-
ца должна быть на 2—3 мм больше пол-
ной высоты зуба обрабатываемого коле-
са. При меньшей длине режущей кромки
профиль зуба колеса может полностью
не обрабатываться. У чистовых резцов
ширина вершины выбирается в зависи-
мости от номинального диаметра голов-
ки. Она должна быть больше величины
снимаемого припуска и на 0,1—-0,3 мм
меньше ширины впадины на узком конце
колеса. Вершина резца со стороны боко-
вой режущей кромки имеет закругление,
что способствует образованию плавной
кривой во впадине зуба нарезаемого
колеса, повышает прочность зубьев, сни-
жает интенсивность износа резца в про-
§ 4. Резцовые головки для нарезания конических зубчатых колес
363
цессе обработки. Режущие кромки резца
создаются в результате пересечения пе-
редней плоскости 1 и задних поверх-
ностей резца 2 и 9.
Положение передней плоскости резца
характеризуется передним углом удг и
углом профиля а, т. е. углом между
двумя пересекающимися прямыми, одной
из которых является ось головки, а вто-
рой — боковая режущая кромка. Угол
профиля а резцов зависит главным обра-
зом от угла зацепления а0, который уста-
новлен равным 20°. Передний угол
рассматриваемый в сечении, перпендику-
лярном режущей кромке, зависит от
обрабатываемого материала. Головки об-
щего назначения проектируются с углом
yN — 20°, что соответствует обработке
стали средней твердости. При обработке
сталей повышенной прочности он сни-
жается до 10—15°, а для более вязких
материалов повышается до 22—27’.
Резцовые головки относятся к затыло-
ванным инструментам, т. е. задняя по-
верхность их зубьев является затылован-
ной. Используется обычно осевой метод
затылования, при котором задняя по-
верхность создается резцом или шлифо-
вальным кругом в результате вращения
головки вокруг ее оси и возвратно-посту-
пательных движений круга или головки
вдоль ее оси. В этом случае создается
в качестве задней поверхности обычная
винтовая поверхность. Задний угол ав
на вершине будет зависеть от величины
затылования и будет равен:
х Кг
-SET-
Соответственно на боковой режущей
кромке задние углы в нормальном к ре-
жущей кромке сечении подсчитываются
по формуле:
tg«6= tgtZgSina,
где a — угол профиля на рассматривае-
мой боковой режущей кромке.
Рис. 270. Схема резания черновыми головками
Подобно другим затылованным инстру-
ментам задние углы ав на вершинах
резцов головок принимаются в пределах
11—13°. В этом случае на боковых кром-
ках задние углы аб получаются равны-
ми 2—5°. Следует однако учитывать,
что конструкция головки позволяет
Рис. 271. Элементы чистового резка
364
Глава XIII. Инструменты для нарезания конических колес
Рис. 272. Затылование резцов по окружности
создавать на режущей части большие
величины задних углов, по сравнению с
их указанными значениями.
Затылование профиля резцов можно
также производить «по окружности» на
обычном токарном станке в специальном
корпусе (рис. 272). Резцы закрепляются
в пазах, идущих под углом коси корпуса,
равным заднему углу на вершине ав.
В этом случае создается плоская задняя
поверхность на вершине и коническая
задняя поверхность на боковой режущей
кромке резца.
Известны конструкции резцовых голо-
вок, оснащенных твердым сплавом, с ост-
розаточенными резцами. Заточка таких
резцов производится по задним плоскос-
тям вершинной и боковой кромок, что
резко снижает толщину стачиваемого
слоя при переточках, и позволяет создать
благоприятные величины задних углов
как на вершинной, так и на боковой
кромках.
§ 5. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ
НАРЕЗАНИЯ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС
С КРУГОВЫМИ ЗУБЬЯМИ
Как известно, для получения сопря-
женных конических колес необходимо
иметь два производящих колеса Л и Б
(рис. 261), при наложении которых друг
на друга имеет место полное совпадение
поверхностей их зубьев. С целью упро-
щения технологии изготовления колес
обычно используют одно и то же произво-
дящее колесо для образования обоих со-
пряженных колес. Иными словами, при-
меняют один и тот же инструмент для
обработки пары сопряженных колес.
Это оказывается возможным в том слу-
чае, когда производящие колеса А и Б
будут одинаковыми, т. е. колесо А нельзя
будет отличить от колеса Б. Такими ко-
ническими колесами являются плоские
конические колеса с углом при вершине
начального конуса, равным 180°, т. е.
с плоской начальной поверхностью. Та-
кие колеса при наложении их друг на
друга дают совпадение поверхностей их
зубьев (рис. 273, а).
При нарезании рассматриваемых кони-
ческих колес с круговыми зубьями при-
нято плосковершинное производящее ко-
лесо (рис. 273, б). Два плосковершинных
производящих колеса не являются допол-
нительными колесами, и при введении их
в зацепление друг с другом поверхности
их зубьев не будут совпадающими по-
верхностями. При прямолинейных режу-
щих кромках резцов головок они не бу-
дут также сопряженными поверхностя-
ми. Поэтому такая форма производящего
колеса влечет за собой отступление, хотя
и незначительное, от теоретически пра-
вильного зацепления, так как сопряжен-
ные плосковершинные колеса должны
иметь зубья с соответствующим криволи-
нейным профилем. Прямолинейный про-
филь зуба плосковершинного производя-
щего колеса влечет за собой увеличение
толщины вершин и ножек зубьев. По
этой причине зубья на обрабатываемом
колесе получаются у вершин и ножек
тоньше, чем теоретически требуется. Ве-
личины рассматриваемых отклонений не-
велики, Фактически эти отклонени я
улучшают условия работы конически х
§ 5. Элементы теории нарезания конических колес с круговыми зубьями
365
колес, так как более тонкие зубья у вер-
шин и ножек обеспечивают локальный
контакт в центральной зоне и менее
склонны заклиниваться во время ра-
боты.
При нарезании конических колес рез-
цовыми головками автоматически обеспе-
чивается бочкообразная форма зубьев,
что также создает благоприятные усло-
вия работы передачи. На рис. 274 изоб-
ражена в начальной плоскости схема
сопряжения двух конических колес г±
и г2. Впадина колеса г2 нарезана двух-
сторонней головкой, центр которой рас-
полагается в точке 02, наружный радиус
равен отрезку 02N2, а внутренний —
О2Л42. В результате радиус кривизны
вогнутой стороны зуба образуется боль-
шей величины, чем радиус кривизны
выпуклой стороны зуба. Подобная кар-
тина имеет место и при обработке зуба
колеса гг прорезанием двух впадин при
переносе центра резцовой головки из
положения 1 в положение 2. В процессе
зацепления зуб колеса будет распола-
гаться во впадине колеса г2. При этом
выпуклая сторона зуба колеса гг будет
соприкасаться с вогнутой стороной коле-
са г2 и, наоборот, вогнутая сторона коле-
са гг будет контактироваться с выпуклой
стороной колеса г2. Так как соприкасаю-
щиеся стороны образованы различными
радиусами, создается бочкообразность
зубьев, т. е. ограниченный по длине кон-
такт сопряженных профилей и отвод их
друг от друга у торцов. Перемещая зуб
колеса г± относительно впадины колеса
г2, можно получать разнообразные поло-
жения зоны контакта. Этого можно до-
стигнуть также изменением положения
центра Ог резцовой головки при обработ-
ке колеса гх. Величина бочкообразнос-
ти, т. е. степени отвода сопряженных
поверхностей зубьев у торцов, будет за-
висеть от того, насколько радиус на-
ружных резцов головки больше радиуса
внутренних резцов.
Рис. 273. Плоские и плосковершинные
производящие колеса
О,
02
Зуд колеса 7,
(т)
Владина, колеса/,
(А2В2СгВ2)
Вогнутая сторона
впадины колеса/.
Выпуклая сторона
/Шины колеса /2
womnecOfZ,
Рис. 274. Сопряжение профилей пары колес
огнутая
Выпуклая
вогнутая
Выпуклая
Независимые изменения радиусов на-
ружных и внутренних резцов и их необ-
ходимые размеры можно обеспечить за
счет использования односторонних го-
ловок. Применение односторонних голо-
вок и соответственно раздельной обра-
ботки выпуклых и вогнутых сторон
366
Глава XIII. Инструменты для нарезания конических колес
зубьев одного из сопряженных зубчатых
колес позволяет добиться любой степени
бочкообразное™, любой степени отвода
сопряженных поверхностей зубьев кони-
ческой передачи. Таким образом, кони-
ческим передачам с круговыми зубьями
присуща ограниченная зона касания, что
явилось наиболее важным фактором их
успешного распространения. Ограничен-
ная зона касания объясняется тем, что
наружные режущие кромки резцов на
головках располагаются на большем
радиусе, чем внутренние режущие кром-
ки. Поэтому вогнутые поверхности наре-
заемых зубьев имеют большие радиусы
кривизны, чем выпуклые поверхности
сопряженных зубьев.
Форма и расположение зоны касания
(пятка контакта) на рабочих поверхнос-
тях зубьев являются важными показа-
телями качества конической передачи.
Оптимальной является овальная форма
зоны контакта, несколько смещенная
к узкому торцу (рис. 275, а). Она опре-
деляется при работе передачи без нагруз-
ки. При такой форме зоны касания она
менее чувствительна к взаимному изме-
нению положения шестерни и колеса.
Длина зоны контакта для жестких пере-
дач составляет 60—80% от длины зуба,
а для нежестких — 40—60%. Высота
зоны контакта должна быть равна 0,6—
1,0 рабочей высоты зуба. При работе
передачи под нагрузкой, в результате
возникающих деформаций, зона контакта
(рис. 275, 6) перемещается к середине
зуба и широкому торцу. Нагрузка на зуб
при этом распределяется более равно-
мерно.
Общее направление зоны контакта
должно приблизительно совпадать с на-
правлением образующей начального ко-
нуса, т. е. не должно наблюдаться диаго-
нальности контакта, когда зона контакта
приобретает косое расположение.
Для получения оптимального положе-
ния зоны касания при нарезании колес,
во-первых, стремятся обеспечить касание
средних точек (рис. 275, в) сопряженных
профилей зубьев и во-вторых, вводя
коррективы в наладку станка, устраняют
диагональность контакта.
За среднюю точку принимают точку С,
лежащую на линии пересечения началь-
ного конуса и боковой поверхности зуба
на середине его длины. Так как средние
точки лежат на поверхностях начальных
конусов, их контакт будет наблюдаться
на оси мгновенного вращения, т. е.
тогда, когда они при вращении сопря-
женных колес попадут на линию касания
начальных конусов. В рассматриваемый
момент нормали к сопряженным поверх-
ностям зубьев пройдут через точку С
оси мгновенного вращения. Чтобы при
этом наблюдалось касание сопряженных
поверхностей, нормали к ним должны
совпадать, а следовательно, должны
быть совмещены касательные плоскости,
проведенные к поверхностям зубьев в их
средних точках С.
Совмещение плоскостей имеет место
в том случае, когда будут совмещены две
пары прямых, лежащих на них. Одной из
прямых может быть касательная к про-
филю зуба в средней точке, а второй —•
касательная в той же точке к линии зуба
на начальном конусе.
Положение касательной к линии зуба
характеризуется углом наклона зуба,
который заключен между касательной
к линии зуба и образующей начального
конуса, проведенными в средней точке
зуба. В момент контакта в средних точ-
§ 5. Элементы теории нарезания конических колес с круговыми зубьями
367
ках рассматриваемые образующие на-
чальных конусов обоих колес будут сов-
мещаться друг с другом и располагаться
на оси мгновенного относительного вра-
щения. Поэтому для того, чтобы совпали
и касательные к линиям зубьев обоих
колес необходимо, чтобы углы наклона
зубьев в средних точках были равны
друг другу.
Положение касательной к профилю
зуба характеризуется углом профиля зу-
ба, который заключен между нормалью
к начальному конусу в средней точке и
касательной к профилю зуба, проведен-
ной в сечении, перпендикулярном линии
зуба. Угол профиля зуба равен углу дав-
ления, который заключен между нор-
малью к боковой поверхности зубьев и
плоскостью, касательной к поверхности
начального конуса.
В момент контакта в средних точках
нормали в этих точках к начальным ко-
нусам совпадут. Поэтому, чтобы совпали
и касательные к профилю зуба, необхо-
димо обеспечить р авенство углов профи-
лей зубьев в средних точках сопряжен-
ных поверхностей.
Равенство углов наклона зубьев в сред-
них точках достигается соответствующей
установкой резцовой головки. Схематич-
но установка резцовой головки показана
на рис. 276.
Если мысленно вращать резцовую го-
ловку вокруг оси, проходящей через
точку С параллельно оси производящего
колеса, то будет изменяться угол накло-
на зуба и центр Р резцовой головки будет
соответственно менять свое положение.
Положение центра резцовой головки, при
котором угол наклона зуба в централь-
ной точке С будет равен 0, рассчитывает-
ся по формулам:
Н ~ L—,рс sin 0,
V Pccos0.
В полярной системе координат, кото-
рая принята на большинстве современ-
Ряс. 276. Чистовая установка головки
ных станков, положение центра резцовой
головки будет характеризоваться поляр-
ным углом и расстоянием OP = U:
и=ун2 + ^,
tg<7 = 4~-
В процессе обкатки люлька и нарезае-
мое колесо вращаются, причем координа-
ты Н и V непрерывно изменяются. Ра-
диальная же установка, т. е. размер
U остается неизменным, изменяется лишь
полярный угол q.
Для обеспечения равенства углов про-
филя зубьев в центральных точках С
вводится номерная поправка для профи-
ля резцов.
При нарезании сопряженных колес
вершины резцов лежат в плоскости,
перпендикулярной оси вращения люль-
ки. Образующая же начального конуса
наклонена к этой плоскости под соот-
ветствующим углом ножки зуба. Поэто-
му, если режущие кромки наружных и
внутренних резцов будут наклонены к
оси головки под одинаковыми углами, то
по отношению нормали к начальному ко-
нусу они будут расположены под разны-
ми углами. Чтобы получить одинаковые
углы профилей зубьев в средних точках,
необходимо углы наклона режущих кро-
мок резцов по отношению к осн головки
выполнять различными.
368
Глава XIII. Инструменты для нарезания конических колес
Рис. 277. Зацепление двух сопряженных производящих колес
Рассмотрим зацепление двух сопря-
женных конических колес гг и z2 и двух
производящих колес 1 и 2, с помощью
которых они нарезаются. В момент
контакта в средних точках С всех рас-
сматриваемых колес, плоскости касатель-
ные к боковым поверхностям их зубьев
в точках С будут совмещены, Поэтому
можно, определяя положение касатель-
ной плоскости в центральной точке, вести
анализ зацепления двух производящих
колес 1 и 2 (рис. 277).
В системе V/H изображена мгновенная
ось вращения ОС, проходящая через вер-
шину О начальных конусов. Через точку
С проведена прямая СМ, касательная
§ 5. Элементы теории нарезания конических колее с круговыми зубьями
369
к линии зуба. Положение этой прямой
характеризуется углом наклона зуба 0,
который в истинную величину проекти-
руется на плоскость Н. За плоскость Н
принята плоскость, параллельная пло-
скости, касательной к поверхности на-
чального конуса в точке С, а за пло-
скость V — плоскость, проходящая через
мгновенную ось вращения ОС. Вводятся
также следующие системы плоскостей
проекций: W/H, V/Q, P/Q, S/V, T/S.
Плоскость W является плоскостью, пер-
пендикулярной прямой СМ, плоскость Q
перпендикулярна оси колеса 1, плоскость
S перпендикулярна оси колеса 2, пло-
скость Р параллельна сечению III—III,
идущему через точку Q перпендикуляр-
но кривой пересечения боковой поверх-
ности зуба и торцового сечения I—I ко-
леса 1. Плоскость Т параллельна сече-
нию IV—IV, идущему через точку С2
перпендикулярно кривой пересечения бо-
ковой поверхности зуба и торцового сече-
ния II—II колеса 2.
В системе W/H проведена плоскость П,
касательная к поверхности зуба в сред-
ней точке С. Эта плоскость перпендику-
лярна плоскости W и идет под заданным
углом а.
В плоскости П лежат две горизонталь-
ные прямые СМ и АЕ. Прямая АЕ пере-
секается с сечением I—I в точке В. Ли-
ния ВС будет линией пересечения пло-
скости П и сечения I—I и будет касаться
в точке С боковой поверхности зуба. Ее
положение характеризуется углом 0!
наклона зуба колеса 1 в торцовом сече-
нии. В истинную величину угол 0Х про-
ецируется на плоскость Q. Он заключен
между осью проекций V/Q и линией Ь^.
Горизонтальная прямая АЕ плоскости
П пересекается с сечением II—II, пер-
пендикулярным оси колеса 2 в точке А.
Зная проекции точки А в системе V1H,
по правилу перемены плоскостей проек-
ций находят проекцию а2 точки А на
плоскость S. Угол между осью S/V и
;3 4-1W57
линией c2a2 будет углом наклона 02
зуба плоского производящего колеса 2
в средней точке в торцовом сечении.
В соответствии с углами 0Х и 02 должен
производиться расчет координат центра
резцовой головки при нарезании зубьев
колес гг и г2, имеющих одинаковые углы
наклона зубьев в средних точках, рав-
ные 0.
Обычно чистовое нарезание большого
колеса производится при установке го-
ловки соответствующей номинальному
углу наклона зубьев 0 в торцовом сече-
нии в средней точке. Малое же колесо
нарезается при установке головки, обес-
печивающей получение угла наклона
зубьев в средней точке равного углу,
который получается на большом ко-
лесе.
Определим углы профиля зубьев про-
изводящих колес 1 и 2 в средних точках,
равные углам профиля резцов головок.
Для этого проведем через точку С сече-
ние III—III, перпендикулярное пло-
скости Q. На прямой АЕ возьмем точку Е
и, зная ее проекции е и ё в системе VIH,
а также пользуясь правилом перемены
плоскостей проекций, найдем проекции
ег и точки Е в системах V/Q и P/Q.
Положение линии Ciet будет определять
величину угла профиля ае резцов голов-
ки, обрабатывающих вогнутую сторону
зуба колеса гг.
Угол профиля а{ резцов головки, обра-
батывающих выпуклую сторону зубьев
колеса г2, определяется в сечении IV—
IV, проведенном через среднюю точку С
параллельно плоскости Т. Он характе-
ризует наклон прямой пересечения пло-
скости П и сечения IV—IV. На прямой
АЕ, лежащей в плоскости П, возьмем
точку К- Зная ее проекции k и k' в систе-
ме V/Н, последовательно переходя к си-
стеме З/У, а затем к системе Т/S находим
проекции k2 и k2 точки К в системе T/S.
Положение линии C2k2 будет определять
370
Глава XIII. Инструменты для нарезания конических колес
величину угла а{ профиля внутренних
резцов головки.
Как видно из построения, угол профи-
ля ае наружных резцов должен быть
меньше, а угол профиля ас внутренних
резцов больше номинального угла про-
филя а. Поэтому, чтобы обеспечить ра-
венство углов профилей в средних точках
сопряженных колес, необходимо проек-
тировать резцы головок с ассиметричным
профилем. Углы профиля резцов подсчи-
тываются по формулам:
ае = а — Да,
а; = а + Да.
При расчетах принимается среднее
значение поправки Да. Действительный
угол зацепления несколько отличается
от номинального значения, но сопря-
женные стороны зубьев будут правильно
сцепляться между собой.
Величина угла Да равна:
Да = sin 0,
где Vi и у2 — углы ножек зубьев сопря-
женных колес Zx и z2;
0 — угол наклона зуба в сред-
ней точке.
Приведенные формулы для расчета
углов профиля резцов являются прибли-
женными. При расчетах по ним ошибка
обычно не превышает^—3%. В зависи-
мости от величины отклонения угла про-
филя резца от номинального значения
его, резцы разбиты по номерам. Разница
в один номер дает изменение угла профи-
ля резца на 10'. Номера резцов нормали-
зованы и обозначаются 0; 1I.,\ 1; Р/2; 21/2>
..., 201/2. Номер резца N определяется
по формуле:
N = V1 + Va sin0.
Углы профиля боковых режущих кромок
черновых и чистовых резцов выбираются
одинаковыми, что позволяет оставлять
под чистовое нарезание равномерный
припуск.
В принципе можно номерную поправку
производить только при обработке одного
из колес, а второе сопряженное колесо
нарезать резцами с фиксированным но-
мером. Но в этом случае углы профиля
резцов при обработке первого колеса
необходимо выбирать таким образом,
чтобы обеспечить равенство углов профи-
лей в средних точках сопряженных ко-
лес.
Следует учитывать, что номерную по-
правку можно производить не только за
счет изменения профиля резцов, но также
за счет корректирования движения об-
катки, наклона резцовой головки, если
конструкция станка это допускает.
Анализ формул для определения но-
мерных поправок показывает, что с изме-
нением угла наклона зуба 0 величина Да
также изменяется. Угол же 0 при круго-
вых зубьях по длине линии зуба не сохра-
няется постоянным. Поэтому, чтобы обес-
печить контакт сопряженных колес на
линии зуба, необходимо было бы менять
профиль резцов головки по длине зуба,
что практически невозможно. В резуль-
тате наблюдается диагональное располо-
жение зоны касания.
Для устранения диагонального кон-
такта применяется корректирование об-
катки внесением различных поправок в
относительное положение или движение
производящего и нарезаемого колес.
Все станки для нарезания конических
колес с круговыми зубьями позволяют
осуществлять следующие способы кор-
ректирования:
изменение передаточного отношения
между производящим и нарезаемым ко-
лесами изменением передаточного числа
гитары обкатки (рис. 278, а);
изменение осевой установки нарезае-
мого колеса, при которой вершина на-
чального конуса нарезаемого колеса сме-
щается на величину ДА (рис. 278, б);
§ 5. Элементы теории нарезания конических колес с круговыми зубьями
371
гипоидное смещение нарезаемого коле-
са, при котором оси нарезаемого и произ-
водящего колес отходят друг от друга на
величину Л£ (рис. 278, в).
Некоторые способы влияния нарезае-
мых колес на поверхность зубьев требу-
ют применения в станке следующего:
механизма модификации обкатки
(рис. 278, г). При включении этого меха-
низма люлька станка получает дополни-
тельное вращение с переменной скоро-
стью, изменяющейся по синусоидально-
му закону;
изменения конусности производящего
колеса, требующего наклонения оси рез-
цовой головки относительно оси люльки
станка (рис. 278, д);
винтового движения производящего
колеса (рис. 278, е). В этом случае наре-
заемое колесо получает дополнительное
равномерное поступательное движение
вдоль оси люльки. Корректировки обыч-
но делаются только при чистовом наре-
зании малого колеса.
Нарезание конических колес с круго-
выми зубьями может производиться раз-
личными способами:
двухсторонним. Он позволяет одновре-
менно с одной установки обрабатывать
методом обкатки обе стороны зуба кони-
ческого колеса, используя двухсторон-
нюю резцовую головку. Применяется
для чернового нарезания колеса и ше-
стерни, чистового нарезания колеса, а
также может использоваться для чисто-
вого нарезания шестерни на станке,
имеющем механизм винтового движения.
Развод резцов двухсторонней головки
должен соответствовать ширине впадины
зуба колеса с учетом припусков на по-
следующую обработку;
поворотным. Обработка производится
двухсторонней головкой, развод которой
меньше значения, соответствующего ши-
рине впадины обрабатываемого колеса.
Для расширения впадины после первого
нарезания, не меняя наладку станка,
13*
Рис. 278. Корректирование движения обкатки
поворачивают заготовку на определен-
ный угол вокруг ее оси и производят
последующую обработку до получения
требуемой толщины зуба. Этот способ
применяется тогда, когда отсутствует
двухсторонняя головка с разводом, необ-
ходимым для нарезания колес двухсто-
ронним способом.
Способ врезания более производителен
по сравнению с обработкой методом об-
катки. Он заключается в том, что двух-
сторонней головкой производится вреза-
нием обработка одновременно обоих сто-
рон впадин колеса цри выключенном
движении обкатки. Этот способ приме-
няется для чернового нарезания кониче-
ских колес, а также для чистовой обра-
ботки колес полуобкатных передач.
Односторонний метод характеризуется
тем, что каждая сторона зуба обрабаты-
вается методом обкатки раздельно при
различных наладках станка. Способ ме-
нее производителен, чем двухсторонний,
используется при нарезании шестерен
и обеспечивает наиболее благоприятную
372
Глава XIII. Инструменты для нарезания конических колес
Рис. 279. Нарезание колес с круговыми равно-
высокими зубьями
форму зуба и зону касания. Обработка
производится или двумя односторонними
головками или одной двухсторонней
головкой. Но в рассматриваемом слу-
чае двухсторонняя головка работает как
односторонняя, нарезая вначале одну
сторону впадины зуба, а затем после
соответствующей переналадки станка об-
рабатывает вторую сторону зуба.
При обработке сопряженных кониче-
ских колес используются различные ва-
рианты рассмотренных способов. Так, в
серийном производстве применяется про-
стой двухсторонний метод нарезания со-
пряженных конических колес, когда чер-
новая обработка большого и малого коле-
са производится двухсторонними голов-
ками одновременно выпуклых и вогнутых
сторон зуба. Чистовое нарезание обоих
сторон зубьев большего колеса также
производится одновременно двухсторон-
ней головкой. Малое колесо нарезается
по одностороннему способу. Метод обес-
печивает хорошую зону касания и доста-
точно высокую производительность. Осо-
бенно большая производительность будет
тогда, когда используется для обработки
сопряженных колес пять станков, закреп-
ленных за каждой черновой и чистовой
операцией.
После первого нарезания и проверки
зацепления на контрольно-обкатном
станке обычно возникает необходимость
внесения подналадок для исправления
формы и расположения зоны касания.
Необходимость внесения подналадок не
исключается при любом методе расчета
и вызывается помимо определенной не-
точности расчета, также погрешностями
инструмента, станка, заготовки и т. п.
Необходимые изменения в наладке стан-
ка находятся экспериментально по ре-
зультатам проверки на контрольно-об-
катном станке путем отыскания такого
взаимного положения колес гг и г2, при
котором обеспечивается правильное рас-
положение зоны контакта. Изменения
взаимного расположения колес гъ
произведенные на контрольно-обкатном
станке, соответственно переносятся на
зуборезный станок. Корректированием
наладки зуборезного станка на основе
проверки зацепления на контрольно-
обкатном станке можно удовлетворить
самым высоким требованиям к качеству
зацепления.
Существенным недостатком рассмот-
ренных способов нарезания конических
колес с пропорционально изменяющими-
ся по высоте зубьями является необходи-
мость иметь большое количество резцо-
вых головок, относительная сложность
определения подналадок станка для
получения качественного зацепления,
включающая ряд пробных нарезаний.
Поэтому в общем машиностроении полу-
чили значительное распространение ко-
нические колеса с круговыми равновысо-
кими зубьями.
В процессе нарезания конических ко-
лес с круговыми равновысокими зубьями
нарезаемое колесо (рис. 279) устанавли-
вается по отношению к плоскости, пер-
пендикулярной осям головки, и люльки
§ 6. Червячные фрезы для нарезания конических колес
373
под углом его начального конуса так,
чтобы вершина начального конуса лежа-
ла на оси вращения люльки. В этом слу-
чае мгновенная ось относительного дви-
жения производящего колеса и заготов-
ки, совпадающая с образующей началь-
ного конуса, идет перпендикулярно оси
вращения люльки. В результате при
обработке воспроизводится зацепление
плоского производящего и нарезаемого
колес. Благодаря этому резко сокращает-
ся номенклатура резцовых головок, так
как выпуклые и вогнутые стороны зуба
нарезаются резцами с номинальным уг-
лом профиля. При этом исключается
диагональность контакта, уменьшается
число пробных нарезаний для получения
оптимального расположения зоны каса-
ния.
Наряду с этими преимуществами, при
равновысоких зубьях увеличивается
опасность подрезания и заострения внут-
реннего торца зубьев, что ограничивает
область применения рассматриваемых пе-
редач и требуег специального подбора
резцовых головок по диаметру.
§ 6. ЧЕРВЯЧНЫЕ ФРЕЗЫ
ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС
С КРИВОЛИНЕЙНЫМИ ЗУБЬЯМИ
Для нарезания конических колес с
криволинейными зубьями находят при-
менение конические червячные фрезы
(рис. 280). Коническая червячная фреза
представляет собой исходный червяк с
витками, расположенными на усеченном
конусе, с углом при вершине, равным
60°. Превращение исходного червяка
в инструмент происходит путем прореза-
ния стружечных канавок и затылования
зубьев. Стружечные канавки фрезеруют-
ся прямые с плоской передней поверх-
ностью. проходящей через ось фрезы,
т. е. статический передний угол прини-
мается равным нулю.
Задний угол ав на наружном диаметре
Deep, измеряемом на середине режущей
части, устанавливается равным 10°. Ве-
личина затылования К подсчитывается
по обычной формуле
K=2^tgaB.
Для обеспечения возможности шлифова-
ния профиля вводится второе затылова-
ние с величиной затылования =
= 1,5/С. Число стружечных канавок п
(зубьев) фрезы берется равным 8—10.
Из-за изменения диаметра фрезы по ее
длине задние углы на вершинах зубьев
получаются различными. На наибольшем
диаметре они уменьшаются до 4—6°, а на
малом диаметре соответственно увели-
чиваются до 15 -г- 17°.
Обработка конических зубчатых колес
конической червячной фрезой происхо-
дит по схеме, изображенной на рис. 281.
При нарезании зубьев левую кониче-
скую однозаходную червячную фрезу 1
повертывают около центра О так, чтобы
точка А фрезы пришла в контакт с точ-
кой В на заготовке 2 с числом зубьев г.
На протяжении г оборотов фрезы заго-
товка совершит один оборот по направ-
лению, показанному стрелкой Е, и на
большом основании заготовки будет об-
разовано г прорезов. Для прорезания
впадин по всей длине следует продол-
жать вращать ось фрезы вокруг центра
О с некоторой угловой скоростью ып,
Рис. 280. Червячная коническая фреза
374
Глава XIII. Инструменты для нарезания конических колес
Рис. 281. Схема обработки конического колеса
червячной фрезой
что соответствует линейной скорости va
в точке А
Та же линейная скорость va будет
и в точке В, принадлежащей заготовке,
что соответствует качению без скольже-
ния начальной плоскости плоского про-
изводящего колеса по начальному конусу
заготовки. Вследствие этого заготовка
получит дополнительное вращение, пока-
занное стрелкой F, с угловой скоростью
го. При этом будем иметь:
vB vA — по = /?со sin ф = /?со„.
Отсюда
. •
sirup
Угловые скорости можно заменить чис-
лами оборотов, тогда
где п — дополнительное число оборотов
заготовки, вызванное движени-
ем подачи;
пп — число оборотов движения пода-
чи плоского производящего ко-
леса.
Знак плюс или минус перед п указывает
на то, что дополнительное вращение за-
готовки может иметь направление одина-
ковое или противоположное основному
вращению заготовки, вызванному вра-
щением фрезы около ее оси. Направление
дополнительного вращения зависит от
того, какая фреза используется при
обработке: правозаходная или левоза-
ходная.
Если бы в рассматриваемом случае
фреза была не левая, а правая, то направ-
ление дополнительного вращения заго-
товки, вызванное движением подачи фре-
зы, совпало бы с направлением основного
вращательного движения заготовки. По-
этому в общем случае г оборотов одноза-
ходной фрезы должно соответствовать
11 ± -,Ип | оборотам заготовки. Обра-
I Sin Ср /
ботка заготовки будет закончена тогда,
когда точка G фрезы выйдет из контакта
с точкой Н на заготовке и процесс реза-
ния прекратится.
В работу вступают в первую очередь
зубья фрезы, расположенные у большого
ее торца, обрабатывая впадины зубьев
на заготовке также у ее большого торца.
Заканчивается обработка зубьями фрезы
расположенными у малого ее торца. Эти
зубья фрезы обрабатывают впадины зубь-
ев на заготовке в зоне ее малого торца.
Таким образом, каждый участок длины
фрезы обрабатывает определенный учас-
ток длины зуба заготовки. Поэтому фреза
должна иметь достаточную длину для
нарезания колеса с заданной шириной
обода.
Профиль зубьев фрезы в передней
плоскости соответствует профилю исход-
ной зуборезной рейки. Осевой шаг зубьев
берется равным t = лт, высота головки
h' = 1,3т, высота ножки h" = 1,2m,
общая высота зуба h = 2,5т, радиус
закругления головки зуба г = (0,2—
0,3) т. Толщина зубьев у червячных
конических фрез имеет переменную ве-
личину. От среднего зуба по направле-
нию к обоим торцам толщина рядом
стоящих зубьев постепенно возрастает.
Наименьшую толщину, равную половине
шага, имеет зуб, расположенный от ма-
§ 7. Элементы теории нарезания конических колес червячными фрезами
375
лого торца на расстоянии ]/3 длины рабо-
чей части:
о пт
-g-.
Толщина зубьев на малом диаметре рабо-
чей части увеличивается на 0,01 т, а на
большом на 0,02m. Различную толщину
зубьев по длине фрезы получают при
затыловании зубьев на специальном
зубошлифовальном станке, который кро-
ме обычного кулачка для затылова-
ния, снабжен дополнительным кулачком,
обеспечивающим перемещение шлифо-
вального круга в направлении, перпенди-
кулярном к образующей теоретического
конуса рабочей части фрезы, согласован-
ное с его продольным перемещением
вдоль указанной образующей. Благодаря
этому образующая конуса получает ис-
кривление, стрела прогиба которой при-
близительно равна 0,015m, что и приво-
дит к изменению толщин зубьев по длине
фрезы. Этой конструктивной особен-
ностью конических червячных фрез обес-
печивается получение продольной бочко-
образной формы у зубьев нарезаемых
колес, что улучшает их эксплуатацион-
ные качества.
Изменение толщины зуба по длине фре-
зы можно получить также за счет изме-
нения шага винтовых поверхностей пра-
вой и левой стороны витка исходного ко-
нического червяка. Причем шаг одной из
сторон может быть в этом случае постоян-
ным, а требуемый характер изменения
толщины зуба по длине фрезы может быть
обеспечен за счет соответствующего за-
кона изменения шага винтовой поверх-
ности исходного червяка, т. е. неравно-
мерным перемещением шлифовального
круга вдоль образующей теоретического
конуса рабочей части фрезы.
Для ограничения зоны контакта со-
пряженных колес по высоте зуба про-
филь зуба фрезы делается фланкирован-
ным, т. е. ножка зуба фрезы утолщается
под углом 5°, начиная от точки, отстоя-
щей от делительной прямой на расстоя-
нии, равном 0,8m. Для облегчения вы-
хода круга при шлифовании профиля
предусмотрена канавка, выполняемая во
впадине зуба.
Вследствие уменьшения диаметра фре-
зы от широкого торца к узкому угол
подъема винтовой линии на начальном
конусе будет переменным. Его наиболь-
шее значение на первом полном зубе
у узкого торца является номинальным
установочным углом фрезы.
Фреза имеет хвостовик с размерами
конуса морзе и закрепляется во фрезер-
ной головке станка.
В процессе фрезерования рекомен-
дуется число оборотов фрезы периодиче-
ски менять за время обработки одного
колеса. Это объясняется тем, что усло-
вия работы фрезы в начале и конце реза-
ния различны. В начале работы резание
обычно производится зубьями, располо-
женными на большем диаметре фрезы,
и здесь рационально инструменту давать
меньшее число оборотов.
§ 7. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ
НАРЕЗАНИЯ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС
ЧЕРВЯЧНЫМИ ФРЕЗАМИ
Задача проектирования червячных ко-
нических фрез решается не как прямая
задача конструирования инструмента
для обработки заданной поверхности де-
тали, а как обратная, когда, задаваясь
формой инструмента, определяют форму
поверхности детали, форму поверхности
зубьев конических колес и делают вывод
о пригодности рассматриваемого техно-
логического процесса, исходя из эксплуа-
тационных качеств нарезанных кониче-
ских передач. Подобные задачи часто ре-
шаются в зуборезном производстве, ког-
да выбирается исходная поверхность,
например прямозубой зуборезной рей-
ки. Затем определяется форма зубьев
зубчатых колес, которые могут быть
376
Глава Х1П. Инструменты для нарезания конических колес
Рис. 282. Схема расположения начальных
конусов и производящего колеса
образованы с помощью выбранной исход-
ной поверхности, и выводится сужде-
ние о их качестве и пригодности приме-
нения в реальных машинах и механиз-
мах.
Однако, применительно к коническим
червячным фрезам для обработки кониче-
ских колес эта задача в области зуборез-
ного производства является наиболее
общей и сложной и сравнительно слабо
разработанной. Методика ес решения
основывается на анализе процесса обра-
ботки и зацепления плоского производя-
щего колеса н заготовки с одной стороны
и плоского производящего колеса и
инструмента с другой. Причем схема об-
работки включает равномерное вращение
вокруг своей оси производящего колеса
и равномерное вращение заготовки во-
круг ее оси, пересекающейся с осью
производящего колеса. В результате в
процессе обработки будет наблюдаться
в общем случае качение без скольжения
начального конуса нарезаемого колеса
по начальному конусу производящего
колеса. Начальный конус производящего
колеса имеет в рассматриваемом случае
угол при вершине, равный 180°, и вы-
рождается в начальную плоскость. По-
этому поверхность зубьев нарезаемого
конического колеса будет огибающей
поверхностью к последовательным поло-
жениям поверхности зубьев производя-
щего колеса при качении без скольжения
его начальной плоскости по начальному
конусу заготовки.
Поверхность же зубьев плоского про-
изводящего колеса создается как оги-
бающая поверхности исходного червяка
фрезы при его движении относительно
производящего колеса. Схема взаимного
расположения фрезы, заготовки и плос-
кого производящего колеса приведена
на рис. 282.
В процессе нарезания начальный ко-
нус заготовки катится без скольжения
по начальной плоскости производящего
колеса. Этой же плоскости производяще-
го колеса касается делительный конус
теоретической фрезы, у которой толщина
зубьев не меняется по длине. Касание
конуса фрезы и начальной плоскости
колеса происходит по линии ОХЛ, от-
стоящей от оси колеса на расстоянии г0.
На линии OtA точками 1, 2, 3, 5, ....
отстоящими друг от друга на расстоянии
шага, отмечены режущие кромки зубьев
фрезы. При равномерном вращении фре-
зы точки 1, 2, 3, 4 будут равномерно
перемещаться вдоль образующей. Если
расстояние ОО± будет равно го = , то
скорость перемещения точек 1, 2, 3, 4
вдоль прямой ОгА будет равна окружной
скорости плоского производящего коле-
са, имеющего гя зубьев, на радиусе го-
В этом случае точки 1, 2, 3, 4 прочертят
на вращающейся начальной плоскости
производящего колеса эвольвенты ок-
§ 7. Элементы теории нарезания конических колес червячными фрезами
377
ружности радиуса го, которые и будут
линиями зубьев плоского производящего
колеса. Если фрезу приблизить или уда-
лить от центра производящего колеса,
т. е. уменьшить или увеличить расстоя-
ние OOlt то точки 1, 2, 3, 4 прочертят на
начальной плоскости производящего ко-
леса удлиненные или укороченные эволь-
венты. Таким образом, при заданных
скоростях вращения фрезы и плоского
производящего колеса характер очерта-
ния зуба производящего колеса будет
зависеть от закона изменения шага ис-
ходного червяка фрезы и расстояния оси
фрезы до оси производящего колеса.
В случае теоретической фрезы, у кото-
рой на делительном конусе шаги обоих
сторон нитки резьбы постоянны и равны
между собой, обе стороны зуба произво-
дящего колеса на его начальной пло-
скости будут очерчены одинаковыми
эвольвентами. Если сложить такие про-
изводящие колеса, принятые для обоих
нарезаемых колес сопряженной пары, то
их зубья будут соприкасаться по всей
своей длине. Поэтому реальные кони-
ческие фрезы, для того чтобы обеспе-
чить нарезание бочкообразных зубьев,
имеют изменяющиеся по длине толщины
зубьев.
Следует учитывать, что рассмотренная
картина образования продольного очер-
тания зубьев плоского производящего
колеса является приближенной. Чтобы
определить действительную форму зубьев
плоского производящего колеса, необхо-
димо было бы рассмотреть движение по-
верхности исходного червяка кониче-
ской фрезы относительно плоского произ-
водящего колеса, складывающееся из
вращения фрезы вокруг своей оси и кине-
матически связанного с ним вращения
производящего колеса вокруг его оси.
В результате осуществления указанных
движений поверхность исходного червя-
ка фрезы будет занимать последователь-
ные положения относительно плоского
производящего колеса, огибающая к ко-
торым и будет поверхностью его зубьев.
Однако решение этой задачи в указанной
последовательности будет более строгим,
но менее наглядным.
Для нарезания пары сопряженных ко-
нических колес применяют две кониче-
ские червячные фрезы. Исходный червяк
одной из фрез должен соприкасаться с
поверхностями зубьев производящего ко-
леса с одной его стороны, например с
нижней. Исходный червяк второй фрезы
должен соприкасаться с поверхностями
зубьев производящего колеса с противо-
положной их стороны, т. е. сверху.
В этом случае одна из фрез будет зер-
кальным отображением второй, когда
в качестве плоскости зеркала принята
начальная плоскость производящего ко-
леса. При обработке одного из колес
правозаходной фрезой второе колесо
должно обрабатываться левозаходной
фрезой при соответствующей установке
фрезы относительно производящего ко-
леса. Возможна обработка обоих сопря-
женных конических колес одной фрезой
при особой ее установке относительно
производящего колеса при нарезании
каждого из колес. Однако в этом случае
условия зацепления нарезанных зубча-
тых колес ухудшаются. Поэтому наре-
зание одной конической фрезой пары со-
пряженных колес рекомендуется приме-
нять тогда, когда в распоряжении имеет-
ся только одна фреза.
Рассмотренная схема обработки кони-
ческих колес и применяемый при этом
инструмент в форме червячных кониче-
ских фрез являются одним из наиболее
общих случаев схем и инструментов,
предназначенных для обработки зубча-
тых колес. Все основные элементы, соот-
ветствующие рассматриваемой схеме, мо-
гут изменяться, принимать определен-
ные характерные значения, и таким
путем могут создаваться частные схе-
мы обработки, соответствующие им
378
Глава XIII. Инструменты для нарезания конических колес
режущие инструменты и различные ти-
пы передач.
Так, угол при вершине делительного
конуса червячной фрезы может прини-
мать такие частные характерные значе-
ния: 0°, 180° и больше. В первом случае
червячная коническая фреза превра-
щается в обычную цилиндрическую
червячную фрезу. В технике известны
примеры использования в металлоре-
жущих станках, сельскохозяйственных
и других машинах эвольвентно-кони-
ческих колес, нарезаемых с помощью
обычных цилиндрических червячных
фрез.
Если угол при вершине делительного
конуса равен 180°, коническая червяч-
ная фреза превращается в торцовую
фрезу, зубья которой располагаются
на различном расстоянии от оси фрезы.
Подобная конструкция инструмента
используется при фрезеровании кони-
ческих колес при помощи торцовой го-
ловки методом непрерывного деления.
Если же угол при вершине делитель-
ного конуса больше 180°, инструмент
превращается в охватывающую кони-
ческую червячную фрезу с витками
резьбы исходного червяка, расположен-
ными на внутреннем конусе.
Профиль резьбы исходного червяка
конической червячной фрезы может
меняться по длине фрезы, т. е. может
изменяться по длине фрезы величина
модуля профиля зуба. Зуб у малого
торца может иметь малые размеры,
постепенно увеличивающиеся к боль-
шому торцу. В этом случае и плоское
производящее колесо будет иметь не
равновысокие зубья, а зубья пропорци-
онально возрастающие к большому
торцу.
Меняя установку фрезы, форму и
размеры исходного червяка и исполь-
зуя соответствующую подачу, можно
червячной конической фрезой получить
различные по форме линии зубьев, в
частности, создать плоское произво-
дящее колесо с прямолинейными
зубьями.
Диаметральные размеры плоского
производящего колеса могут также
изменяться. В частности, они могут
быть бесконечно большими. Тогда про-
изводящее колесо превращается в
обычную зуборезную рейку. С помо-
щью рассматриваемой рейки могут
быть образованы сопряженные эволь-
вентно-конические зубчатые колеса.
Частными случаями угла при вер-
шине начальных конусов нарезаемых
колес могут быть углы, равные 0°, 180°
и более. В первом случае коническое
колесо превращается в плоское колесо,
во втором — в цилиндрическое колесо,
а в третьем — в коническое колесо с
внутренним зубом. Причем рассматри-
ваемые частные значения угла при вер-
шине начального конуса могут быть
у одного из колес пары. Тогда в первом
случае будет осуществляться зацепле-
ние плоского колеса с коническим, а во
втором — зацепление цилиндрического
колеса с коническим.
Передача, составленная из цилинд-
рического и конического колеса, на-
зывается цилиндро-конической пере-
дачей.
Следует отметить, что отдельные из
рассмотренных передач, схем обработ-
ки, инструментов находят практическое
применение, некоторые из них не осу-
ществлены в силу их практической не-
пригодности либо неизученности.
Глава
XIV
АБРАЗИВНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
К абразивным инструментам относятся
шлифовальные круги, головки, бруски,
сегменты, шкурки, порошки, пасты.
Шлифовальные круги являются самой
распространенней группой абразивных
инструментов.
Наиболее часто шлифовальные круги
представляют собой тела вращения, со-
стоящие из зерен абразивного материала,
сцементированных связкой. Такой шли-
фовальный круг при обработке вращает-
ся вокруг своей оси с определенной ско-
ростью резания. Это движение приводит
к скольжению рабочей поверхности круга
«самой по себе».
В процессе обработки рабочая поверх-
ность круга приводится в соприкоснове-
ние с поверхностью детали. В результате
на поверхности детали будет сформирова-
на линия (участок) ее касания с поверх-
ностью круга.
Чтобы образовать полностью поверх-
ность детали, схема обработки должна
включать также движения скольжения
поверхности детали «самой по себе».
Движение сближения круга и детали
до их соприкосновения, а также скольже-
ние поверхности детали «самой по себе»
могут осуществляться различными ком-
бинациями составляющих движений кру-
га и заготовки. Так, при шлифовании
наружной цилиндрической поверхности
может использоваться способ обработки
с продольной подачей (рис. 283, а), при
котором движение поверхности детали
«самой по себе» осуществляется за счет
ее вращения вокруг своей оси и возврат-
но-поступательных движений вместе со
столом станка.
Движение сближения круга и детали
до требуемого положения создается пере-
мещением круга к оси заготовки на не-
большую величину по окончании каж-
дого одинарного или двойного хода сто-
ла. В этом случае припуск снимается за
несколько проходов. Шлифование с про-
дольной подачей применяется при обра-
ботке относительно длинных деталей.
Черновое круглое шлифование с про-
дольной подачей может производиться
по глубинному способу (рис. 283, б), при
котором весь припуск снимается за один-
два прохода при увеличенной глубине
резания и уменьшенной продольной по-
даче. В этом случае шлифовальному кру-
гу придается при правке скошенный или
ступенчатый профиль. Глубинное шли-
фование применяют при обработке отно-
сительно жестких деталей. Этот способ
шлифования является более производи-
тельным, чем шлифование с продольной
подачей.
Шлифование способом врезания
(рис, 283, в) используется при обработке
деталей небольшой длины. При этом
способе, наряду с вращением, шлифо-
вальный круг получает поперечное пере-
мещение, приближаясь к оси заготовки.
380
Глава XIV. Абразивные инструменты
Заготовка только вращается вокруг
своей оси. Ширина круга обычно прини-
мается равной длине обработанной по-
верхности. Иногда для равномерности
износа и достижения лучшей чистоты по-
верхности круг получает возвратно-по-
ступательное перемещение с небольшим
ходом вдоль оси детали. Способ шлифова-
ния врезанием применяется часто в слу-
Рис. 284. Шлифование винтовых поверхностей
чаях, когда шлифуемая часть детали ог-
раничена с двух сторон буртиками.
Ось шлифовального круга относитель-
но зоны шлифования детали может зани-
мать разнообразные положения. Каждо-
му положению оси будет соответствовать
определенная форма круга, рабочая по-
верхность которого будет определяться
как поверхность вращения, касающаяся
поверхности детали.
На рис. 284 изображены различные
шлифовальные круги, предназначенные
для обработки винтовой поверхности при
различных расположениях оси инстру-
мента. Это пальцевые (рис. 284,а) и диско-
вые (рис. 284, б) круги для полной обра-
ботки одной впадины, чашечные (рис.
284, в), тарельчатые (рис. 284, а) и коль-
цевые (рис. 284, д) круги для обработки
только одной стороны впадины, разнооб-
разные охватывающие круги для обра-
ботки обоих или только одной стороны
впадины. При охватывающем шлифова-
нии, когда рабочей поверхностью круга
является внутренняя поверхность отвер-
стия, круг устанавливается в прочное
металлическое кольцо. Металлическое
кольцо охватывает круг по периферии,
что повышает прочность конструкции и
позволяет вести обработку с повышенны-
ми скоростями резания и соответственно
более производительно.
Наряду с рассмотренными схемами
шлифования находят применение схемы
шлифования методом обкатки. Наиболее
широко шлифование методом обкатки
используется при обработке зубчатых
колес.
Большое распространение получил
способ, при котором воспроизводится
зацепление инструментальной рейки и
обрабатываемого зубчатого колеса. Роль
режущего зуба рейки на станке выпол-
няют либо один круг трапецеидального
профиля, либо два тарельчатых шлифо-
вальных круга, рабочие стороны которых
соприкасаются с боковыми сторонами
§ 1. Общие сведения
381
воображаемого зуба инструментальной
рейки. В результате обкатки зуба рейки
по зубчатому колесу обрабатываются за
один цикл две боковые поверхности впа-
дин зубьев. После этого производится
процесс пересопряжения зуба рейки и
зубьев обрабатываемого колеса и цикл
повторяется.
Наряду с движением обкатки на стан-
ках осуществляются также возвратно-
поступательные движения колеса отно-
сительно круга вдоль своей оси, что по-
зволяет прошлифовать зубья по всей
длине.
Подобно обработке зубчатых колес
червячными фрезами шлифование зуб-
чатых колес можно производить абра-
зивным эвольвентным червяком. Этот
способ является более производитель-
ным, но в силу относительно низкой стой-
кости инструмента он используется глав-
ным образом при шлифовании мелкомо-
дульных колес и зуборезных инструмен-
тов: долбяков, шеверов с модулями от
0,3 до 1,5 мм.
Методом обкатки могут шлифоваться
также сложные фасонные поверхности
с образующими переменного вида. Так,
на рис. 285 изображена схема шлифова-
ния сложной фасонной поверхности ме-
тодом обкатки, когда относительное дви-
жение сопряженных профилей инстру-
мента и детали сводится к качению без
скольжения начальной окружности, свя-
занной с заготовкой по начальной окруж-
ности, связанной с инструментом. Ско-
рость резания в рассматриваемом случае
будет скоростью движения круга отно-
сительно заготовки, которое представляет
собой в любой момент времени мгновен-
ное вращение вокруг полюса Р. Так как
точки профиля детали находятся на раз-
личных расстояниях от полюса Р, то при
шлифовании скорость резания будет пе-
ременной, что является одним из недо-
статков рассматриваемого способа обра-
ботки. Преимущество его заключается
Рис. 285. Сопряженное шлифование фасонной
поверхности
в сравнительно высокой производитель-
ности. Это объясняется тем, что при шли-
фовании круг соприкасается с поверх-
ностью детали по всей ее длине.
Прогрессивным процессом обработки
деталей абразивным инструментом яв-
ляется ленточное шлифование.
К основным преимуществам этого про-
цесса относятся: высокая производитель-
ность благодаря большой режущей по-
верхности, легкая приспосабливаемость
к условиям обработки, обеспечение до-
статочно высокой точности и чистоты, от-
носительная простота конструкции стан-
ков, отсутствие необходимости в баланси-
ровке и правке лент, возможность их
быстрой и легкой замены, обеспечение
более равномерной отделки поверхности
с приложением меньшего усилия и мень-
шей опасностью прижогов обрабатывае-
мой поверхности по сравнению с обра-
боткой кругами.
Ленты, обладая большой эластично-
стью, позволяют успешно обрабатывать
разнообразные поверхности, в том числе
сложные криволинейные поверхности с
образующими переменного вида.
382
Глава XIV. Абразивные инструменты
Рис. 286. Схема ленточного шлифования
Абразивные ленты могут изготовлять-
ся из шлифовальной шкурки путем ее
разрезания на полосы требуемой ширины
и склеивания концов либо путем нанесе-
ния клея и абразивных зерен на беско-
нечную тканевую, бумажную или другую
основу.
Для обработки абразивными лентами
создано большое количество разнообраз-
ных станков.
При ленточном шлифовании натянутая
между шкивами бесконечная лента 1
движется с большой скоростью, соответ-
ствующей принятой скорости резания,
а обрабатываемая заготовка 2 получает
те или иные движения подачи в зависи-
мости от вида шлифования. В месте кон-
Рис. 287, Схема лентвчного шлифования методом
обкатки
такта с заготовкой лента поддерживается
роликом <3, плитой (рис. 286) или копи-
ром, воспринимающими усилия прижима
детали к рабочей поверхности ленты.
Выпускаются также и станки, у которых
шлифовальная лента соприкасается с за-
готовкой на свободной ветви в зоне, рас-
положенной между ведущим и натяжным
шкивами. Ленточное шлифование ис-
пользуется для очень большого диапазо-
на размеров деталей. Так, можно вести
внутреннее шлифование отверстий в тру-
бах длиной в несколько метров. В этом
случае абразивная лента вводится в об-
рабатываемое отверстие, затем сшивается
или склеивается. Полученная таким об-
разом бесконечная лента, одна ветвь
которой располагается в обрабатываемом
отверстии, натянутая на ведущий и на-
тяжной шкивы, перемещается относи-
тельно заготовки, благодаря чему соз-
дается определенная скорость резания.
Чтобы обработать всю поверхность от-
верстия заготовке сообщают вращение
вокруг оси отверстия. Прижим ленты к
обрабатываемой поверхности осущест-
вляется с помощью контактного ролика,
закрепленного на штоке и передвигаю-
щегося возвратно-поступательно внутри
отверстия. Ленточное шлифование позво-
ляет вести обработку фасонных поверх-
ностей, Для обработки фасонных поверх-
ностей методом копирования исполь-
зуются фасонные контактные плиты, ра-
бочая поверхность которых является
копией поверхности детали. Находит при-
менение также ленточное шлифование
методом обкатки, когда относительное
движение поверхности детали и инстру-
мента сводится к мгновенному враща-
тельному движению. Как известно, наи-
более общей схемой работы инструментов
методом обкатки, используемой в прак-
тике, является схема, при которой осу-
ществляется вращение (качение) заготов-
ки <3 и кулачка 1 инструмента вокруг
параллельных осей и 02 (рис, 287).
§ 1. Общие сведения
383
Рабочая поверхность кулачка опреде-
ляется как огибающая последователь-
ных положений поверхности детали при
ее движении относительно инструмента,
которое сводится к качению без скольже-
ния начальной окружности детали по
начальной окружности инструмента. В
результате поверхность кулачка инст-
румента и поверхность детали являются
взаимносопр яженными повер хностями,
которые непрерывно касаются друг друга
в процессе обработки. Этот вид шлифова-
ния особенно целесообразен для обработ-
ки вогнутых поверхностей, когда сопря-
женный профиль кулачка имеет малые
диаметральные размеры.
Если в рассматриваемом случае вос-
произвести кулачок-инструмент в форме
шлифовального круга, то обеспечить до-
статочную скорость резания будет затруд-
нительно и круг будет быстро изнашива-
ться. Применение абразивной ленты 2
обеспечивает надежный способ шлифова-
ния, возможность независимого измене-
ния скорости резания, т. е. скорости
движения ленты по кулачку, скорости
подачи, т. е. скоростей взаимосвязанных
вращений кулачка и заготовки вокруг
осей и О2.
В технике находит применение также
обработка незакрепленными абразивны-
ми зернами всевозможных деталей, в
частности гидроабразивная обработка,
вибрационная обработка деталей в абра-
зивной среде и т. п.
Сущность процессов гидроабразивной
обработки состоит в том, что струя жид-
кости, включающая абразивные зерна,
направляется на обрабатываемую по-
верхность детали. При ударе о поверх-
ность заготовки абразивные зерна сни-
мают с нее частицы материала и таким об-
разом формируют ее поверхность. Так
можно обрабатывать детали, имеющие
сложную конфигурацию. Обработка фа-
сонных поверхностей закрытого типа,
глубоких и особенно профильных отвер-
стий может осуществляться способом
гидроабразивной прокачки.В этом слу-
чае жидкость, насыщенная абразивным
порошком, подается под давлением к ра-
бочему месту и, проходя по каналам
заготовки, обрабатывает их поверх-
ности.
Для деталей типа рабочих колес цент-
робежных насосов целесообразно приме-
нять способ гидроабразивной обработки,
при котором обрабатываемая заготовка
погружается в бак с абразивной суспен-
зией и приводится во вращение с боль-
шой скоростью. При вращении колесо
засасывает суспензию, которая, проходя
по каналам колеса, производит их обра-
ботку.
Вибрационная обработка в абразивной
среде представляет собой механический
или химико-механический процесс съема
мельчайших частиц материала с обраба-
тываемой поверхности частицами рабо-
чей среды. При обработке заготовки за-
гружаются в камеру, заполненную рабо-
чей средой. В зависимости от назначения
выполняемой операции состав рабочей
среды может быть различным. Основную
роль в рассматриваемом процессе выпол-
няют абразивные материалы, такие как
электрокорунд, карбид кремния и др.
Кроме абразивных материалов в состав
рабочей среды входят наполнители:
стальная и чугунная дробь, звездочки,
рубленая проволока, стальные шлифо-
вальные шарики, древесная крошка
и т. п. В качестве жидкости используются
водные растворы химических соединений
с различными добавками, обладающими
травящими, блескообразующими и дру-
гими свойствами. Смонтированной на
пружинах рабочей камере, заполненной
средой и заготовками, сообщаются опре-
деленные вибрации и таким путем обеспе-
чивается колебание всей загруженной
массы. В результате частицы рабочей
среды наносят удары по обрабатываемой
поверхности и производят микрорезание.
384
Глава XIV. Абразивные инструменты
Обработка может протекать всухую
или с подачей жидкого раствора.
Наряду с обработкой свободно загру-
женных деталей вибрационная отделка
может происходить при закрепленных
деталях, которым сообщаются принуди-
тельные дополнительные движения, спо-
собствующие повышению интенсивности
и точности обработки.
Виброобработка позволяет осуществ-
лять такие операции, как очистка литья,
снятие заусенцев, скругление острых
кромок, декоративное полирование и т. п.
Для доводки и полирования поверх-
ностей деталей, с целью повышения точ-
ности и улучшения их качества, приме-
няются абразивные пасты. Абразивные
пасты представляют собой смеси абра-
зивных материалов с различными напол-
нителями. Они могут быть жидкие, мазе-
образные и твердые.
В качестве абразивных материалов ис-
пользуются порошки электрокорунда,
карбида кремния, карбида бора, а такжё
такие мягкие материалы как окись хро-
ма, окись железа, окись алюминия и дру-
гие. Пасты из твердых материалов при-
меняют тогда, когда операция требует
сильного абразивного воздействия, а из
мягких материалов — когда произво-
дится сглаживание поверхности по воз-
можности без какого бы то ни было обра-
зования на ней царапин.
Связующими веществами (наполните-
лями) в пастах служат парафин, стеарин,
вазелин, масла, керосин и др.
Активизация процесса обработки пас-
тами достигается быстрым химическим
воздействием неабразивных материалов
пасты на обрабатываемую поверхность
с образованием на ней тончайшей пленки,
легко удаляемой путем механического
воздействия абразива. В пастах для об-
работки стальных деталей основными хи-
мическими реагентами являются олеино-
вая и стеариновая кислтты. При довод-
ке пасты наносятся на специальный ин-
струмент— притир, которому сообщают
перемещение относительно обрабаты-
ваемой поверхности с одновременным
его прижимом к ней с давлением
0,15—0,2 мн!м2.
Притиры изготовляются из чугуна,
стали, меди, бронзы, стекла и других
материалов. Их рабочие поверхности вы-
полняются сопряженными с обработан-
ными поверхностями деталей. Так, при
обработке отверстий притир выполняется
в виде стержня, а при обработке плос-
костей — в виде плиты или вращающего-
ся диска. При притирке зубчатых колес
притиром является эталонное зубчатое
колесо, сопряженное с обрабатываемым.
$ 2. ШЛИФОВАЛЬНЫЕ КРУГИ
Шлифовальный круг представляет со-
бой пористое твердое тело, состоящее
из зерен абразивного материала сцемен-
тированных друг с другом с помощью
специальных связующих веществ. Наи-
более часто шлифовальные круги пред-
ставляют собой тела вращения, имеющие
различные размеры и профили в осевом
сечении (рис. 288).
Наиболее широкое и разнообразное
применение имеют круги прямого профи-
ля ПП. Они используются для круглого
наружного, внутреннего бесцентрового
и плоского шлифования. В тех случаях,
когда зажимные фланцы могут помешать
подводке круга к зоне шлифования, для
их размещения предусматриваются вы-
точки с одной (ПВ) или двух (ПВД) сто-
рон. Конические выточки у кругов ПВ К,
ПВДК с одного или двух торцов служат
для того, чтобы уменьшить площадь со-
прикосновения боковой поверхности кру-
га с заготовкой при шлифовании бурти-
ков и фланцев на круглошлифовальном
станке, что уменьшает тепловыделение
и улучшает отвод стружки.
Круги формы Д, называемые дисками,
предназначены для различных отрезных
§ 2. Шлифовальные круги
385
и прорезных работ и шлифования глубо-
ких пазов. Они имею! при довольно зна-
чительных диаметрах весьма малую тол-
щину. Круги-кольца 1К применяют для
плоского шлифования торцом круга де-
талей, имеющих небольшую площадь
контакта с кругом. Они крепятся к план-
шайбе станка с помощью цементир ующих
веществ. В этом случае, когда желатель-
но более прочное крепление, применяют
круги 2К. Крепление тонких кругов-
колец ненадежно.
С целью более прочного крепления в
этом случае применяют круги ЧЦ и ЧК,
чашки цилиндрические и конические, за-
крепляемые на шпинделе с помощью за-
жимных фланцев. Кругами ЧЦ и ЧК
пользуются для заточки инструментов.
Круги формы ЧК употребляют также для
плоского шлифования труднодоступных
мест, например ласточкиных хвостов
направляющих станин и т. п.
В случаях еще более резкого ограниче-
ния свободного пространства в зоне шли-
фования применяют круги тарельчатой
формы IT; 2Т; ЗТ на кругах формы ПП
для аналогичных операций предусматр и-
вают конический профиль (формы 2П,
ЗП, 4П).
Наряду с рассмотренными используют-
ся круги специального назначения, пред-
назначенные для обработки определен-
ных деталей и имеющие соответствую-
щую им форму. Шлифовальные круги
малых размеров называют головками
(рис. 289). Они применяются для внут-
реннего шлифования, снятия заусенцев
и зачистки фасонных поверхностей, где
не могут быть применены шлифовальные
круги. Для крепления головки имеют
386
Глава XIV. Абразивные инструменты
О е ж з
Рис. 289. Шлифовальные головки
ж
Рис. 290. Шлифовальные сегменты
несквозное отверстие, куда вставляется
шпилька, закрепляемая посредством от-
вердевающего клеящего вещества, Шли-
фовальные круги больших размеров мо-
гут быть сборными, состоящими из от-
дельных сегментов (рис. 290). Эти круги
главным образом применяются для плос-
кого торцового шлифования. Они имеют
прерывистую рабочую поверхность, что
обеспечивает их работу с меньшей зоной
контакта, и, вследствие этого, меньший
нагрев шлифуемых деталей.
Шлифовальные бруски представляют
собой прямолинейные тела одинакового
по длине поперечного сечения. Они при-
меняются для ручных слесарных работ,
а также для изготовления инструментов,
предназначенных для тонкой обработ-
ки — хонингования и суперфиниширова-
ния.
Основными характеристиками рассмат-
риваемых шлифовальных инструментов
являются: материал абразивного зерна,
его зернистость, связка, твердость и
структура.
При изготовлении шлифовальных кру-
гов в основном используются зерна
электрокорунда и карбида кремния.
Электрокорунд применяют при обработ-
ке материалов с высоким сопротивлением
разрыву (сталей), а карбид кремния —
для материалов с низким сопротивлением
разрыву (чугуна, бронзового литья).
Зеленый карбид кремния используется
при шлифовании твердых сплавов.
При установлении характеристики
круга выбор зернистости абразивных зе
рен зависит главным образом от вида,
точности и качества обработки, свойств
обрабатываемого материала и формы по-
верхности детали.
Круги с более крупным зерном приме-
няются на мощных станках при снятии
больших припусков, при большой пло-
щади соприкосновения круга с обрабаты-
ваемой деталью, а также при обработке
таких материалов как латунь, медь, где
имеется повышенная опасность засали-
вания круга. Круги с более мелким
зерном употребляются при высоких тре-
бованиях к чистоте поверхности, при
профильном шлифовании, а также при
обработке закаленных сталей и твердых
сплавов.
Для предварительного шлифования
зернистость выбирается в пределах 40—>
16, для чистового — 25—12, для отделоч-
ного— 12—6. Соединение абразивных
зерен в целое тело производится с по-
§ 2 Шлифовальные круги
387
мощью связок, которые подразделяются
на органические (бакелитовая, глифтале-
вая и вулканитовая) и неорганические
(керамическая, магнезиальная, силика-
товая).
Бакелитовая связка приготовляется
на основе бакелита (искусственной смо-
лы) и формалина. Круги на этой связке
обладают высокой прочностью и упру-
гостью, допускают большие окружные
скорости. Бакелитовая связка оказывает
полирующее действие, что уменьшает ше-
роховатость поверхности; по сравнению
с другими связками она меньше нагрева-
ет обрабатываемые изделия.
Круги на бакелитовой связке недоста-
точно устойчивы против действия охлаж-
дающих жидкостей, особенно содержа-
щих щелочи. Они имеют малую пори-
стость, что затрудняет удаление стружки.
При повышенных температурах (200—
250°) прочность рассматриваемой связки
и сила ее сцепления с абразивными зер-
нами падает, что ускоряет износ круга»
Бакелитовая связка имеет три основных
разновидности: из жидкого бакелита
(Б1), из пульвербакелита (Б2 и БЗ)»
Круги на бакелитовой связке применяют-
ся при плоском шлифовании торцом кру-
га, отрезке заготовок и прорезке пазов,
отделочном шлифовании мелкозернис-
тыми абразивными инструментами. Гли-
фталевая связка (ГФ) применяется для
изготовления шлифовальных кругов,
предназначенных для отделочного шли-
фования деталей из закаленных сталей.
Глифталь представляет собой синтетиче-
скую смолу из глицерина и фталевого
ангидрида. Круги на глифталевой связке
обладают повышенной упругостью.
Вулканитовая связка состоит из ис-
кусственного каучука с вулканизирую-
щими добавками. Абразивные инстру-
менты на вулканитовой связке имеют
большую упругость и плотность, обла-
дают повышенным полирующим действи-
ем, по сравнению с инструментами на ба-
келитовой связке, но они менее прочны
и теплостойки.
Инструменты на вулканитовой связке
могут быть жесткие и гибкие. Жесткие
круги на вулканитовой связке В1, В2, ВЗ
применяются при прорезных и отрезных
работах. Для полирования и отделочного
шлифования применяют гибкие шлифо-
вальные круги на вулканитовой связке
1ГК, 2ГК, ЗГК, 4ГК. Наиболее эластич-
ными являются круги на связке 1ГК, а
наименее эластичными круги на связке
4ГК.
Известны полировальные абразивные
инструменты с поропластовой связкой
на основе вспененных синтетических
смол. Инструменты обладают высокой
пористостью, что препятствует их заса-
ливанию, а повышенная эластичность
связки позволяет обрабатывать ими по-
верхности деталей сложного профиля.
Керамическая связка является самой
распространенной. На керамической
связке можно получить круги почти для
всех видов шлифования. Эта связка огне-
упорна, водостойка, обладает химиче-
ской стойкостью, имеет относительно вы-
сокую прочность. Инструменты на кера-
мической связке чувствительны к ударам
и изгибающим нагрузкам и поэтому не
могут использоваться при обрезке и про-
резке узких пазов.
Керамическую связку приготовляют
из огнеупорной глины, полевого шпата,
кварца, талька, мела, жидкого стекла
и других веществ, взятых в определенных
пропорциях.
Керамические связки разделяются на
плавящиеся (стекловидные) и спекаю-
щиеся (фарфоровидные). Первые исполь-
зуются при изготовлении электрокорун-
довых кругов, а вторые — кругов из
карбида кремния. Керамическая связка
обозначается при маркировке буквой К.
Разновидности этой связки имеют до-
полнительную индексацию. Так, нап-
ример, связка К51 изготавливается из
388
Глава XIV. Абразивные инструменты
боросодержащего сырья и предназначена
для кругов с повышенной износостойко-
стью кромок и профиля.
Большой эффект дает введение спе-
циальных активных добавок в связку
круга, влияющих на прочность удержа-
ния абразивных зерен в круге или спо-
собствующих адсорбционному пластифи-
цированию поверхностного слоя обраба-
тываемого материала.
Круги с зерном из карбида кремния на
керамической связке в результате ввода
в связку активных добавок и повышения
прочности соединения зерна со связкой,
позволяют уменьшить количество связки
на 30—35%, это снижает силы трения
при шлифовании и повышает стойкость
кругов. Магнезиальная связка (М) при-
готовляется из магнезита и хлористого
магния. Шлифовальные круги на этой
связке гигроскопичны, имеют повышен-
ный износ, нестойкий профиль, но рабо-
тают с относительно небольшим нагревом
шлифуемой поверхности. Они имеют огра-
ниченное применение: для плоского шли-
фования, заточки бритв и т. п.
Силикатная связка (С) приготовляется
из жидкого стекла, глины, мела и т. п.
Инструменты на этой связке работают
с малым нагревом деталей и имеют пре-
имущества при тех операциях, где нагрев
деталей недопустим. Эта связка исполь-
зуется редко.
Твердость абразивного инструмента
характеризует способность связки со-
противляться вырыванию абразивных зе-
рен с рабочей поверхности под влиянием
внешних сил. По степени твердости аб-
разивный инструмент подразделяется на
ряд групп:
мягкий
средиемягкий
средний
среднетвердый
твердый
весьма твердый
чрезвычайно твердый
Ml, М2, М3
СМ1, СМ2
Cl, С2
СТ1, СТ2, СТЗ
Т1, Т2
ВТ1, ВТ2
ЧТ1, ЧТ2
Круг относится к мягким, если его зерна
относительно легко вырываются из связ-
ки и, напротив, к твердым, если зерна
прочно удерживаются связкой. Цифры
1, 2, 3 в обозначении степени твердости
характеризуют твердость в порядке ее
возрастания. Твердость абразивных ин-
струментов зависит от количества и ка-
чества связки, вида абразивного мате-
риала, степени шероховатости и конфигу-
рации абразивных зерен и технологическо-
го процесса изготовления. Правильный
выбор твердости абразивного инструмента
оказывает решающее влияние на произ-
водительность процесса и качество обра-
ботанной поверхности. Выбор для данных
условий обработки слишком твердого
круга приводит к «засаливанию», так
как связка продолжает удерживать за-
тупившиеся зерна, растет усилие реза-
ния, заготовка нагревается, на обрабо-
танной поверхности появляются следы
дробления, прижоги. Слишком же мяг-
кий круг быстро теряет форму, так как
происходит осыпание еще работоспособ-
ных зерен.
Для обработки твердых материалов
применяют сравнительно мягкие круги,
а материалы невысокой твердости шли-
фуют более твердыми кругами. Твердость
кругов должна понижаться с увеличени-
ем площади зоны шлифования, с умень-
шением разницы между диаметрами кру-
га и заготовки, с повышением скорости
резания и подачи, с уменьшением разме-
ров абразивных зерен круга, с повыше-
нием жесткости и виброустойчивости
станков. Предварительные операции, а
также шлифование прерывистых и фа-
сонных поверхностей ведут более твер-
дыми инструментами. Основные опера-
ции шлифования ведут кругами, твер-
дость которых лежит в пределах от М2
до СТЗ.
Структура круга характеризует соот-
ношение между объемом абразивных зе-
рен, связки и пор в теле инструмента.
§ 3. Абразивные ленты
389
Принято обозначать структуры кругов
номерами. Чем меньше номер структуры,
тем больше плотность расположения зе-
рен. В структуре № 1 объемное содержа-
ние зерна составляет 60%. Каждый по-
следующий номер структуры имеет объ-
емное содержание зерен на 2% меньше
предыдущего номера.
Структуры от нулевого до третьего
номера относят к плотным. Они имеют
наиболее высокое содержание абразив-
ных зерен.
Структуры от 4 до 8 номера включи-
тельно называют среднеплотными, от 9
номера до 12 — открытыми. Бывают и
более высокие номера структур у высоко-
пористых кругов. Открытая структура
обеспечивает большое расстояние между
абразивными зернами, лучший отвод
стружки и позволяет работать на повы-
шенных режимах. Однако круги откры-
той структуры обладают меньшей проч-
ностью.
Следует выбирать круги с меньшим
номером структуры при увеличении твер-
дости обрабатываемого материала, при
переходе от грубой к чистовой обработке.
Для обычных работ рекомендуется
применять круги со структурой №54- 8.
При профильном шлифовании, а также
при больших и переменных нагрузках
желательно выбирать более плотные кру-
ги № 3 4- 5.
В процессе шлифования круг периоди-
чески правится для удаления затупив-
шихся зерен и сохранения требуемой
формы профиля. Правка производится
алмазами, закрепленными в специальные
оправки, алмазными карандашами, со-
стоящими из алмазных зерен и металли-
ческой связки, кругами из карбида крем-
ния, твердосплавными дисками либо чу-
гунными и стальными гофрированными
дисками.
Крепление кругов на станках, за
исключением кольцевых К, состоит в
том, что круг своим отверстием наде-
вается с зазором на цилиндрическую по-
садочную часть и зажимается между
фланцами или другими деталями с по-
мощью гаек или винтов. Между кругом
и фланцами помещают прокладку из
эластичного материала для более равно-
мерного распределения давления по по-
верхности соприкосновения. Различные
конструктивные варианты крепления
кругов показаны на рис. 291.
§ 3. АБРАЗИВНЫЕ ЛЕНТЫ
Абразивной лентой называют инстру-
мент, состоящий из бесконечной, обычно
тканевой, основы и нанесенного на нее
абразивного слоя.
Абразивные ленты могут быть покрыты
пастами, иметь тонкий слой абразивного
зерна толщиной в 1,5—4 раза превышаю-
щей поперечные размеры зерна, а также
390
Глава XIV. Абразивные инструменты
толстый абразивный слой размером 3 мм
и более.
Наибольшее распространение получи-
ли ленты второй группы, изготовленные
из шлифовальной шкурки. Лентами пер-
вой группы производят доводочные и
полировальные операции, периодически
восстанавливая работоспособность лен-
ты, подмазывая пастой ее рабочую по-
верхность. Шлифовальные ленты изго-
товляются из самых разнообразных аб-
разивных материалов.
Наибольшее применение находят лен-
ты, у которых в качестве абразивного
материала используются электрокорунд
и карбид кремния. При изготовлении аб-
разивных лент в последнее время стали
использоваться также природные и син-
тетические алмазы.
Основой абразивной ленты может быть
бумага или ткань. Основа абразивной
ленты должна быть прочной, эластичной,
способной поглощать связку и хорошо
сопротивляться растяжению. В качестве
тканевой основы применяются различные
хлопчатобумажные и штапельные ткани,
начиная от простой бязи или полотна до
тяжелой саржи. Используются также
комбинированные основы, которые из-
готовляются путем склеивания хлопча-
тобумажной ткани и тяжелой бумаги.
Этот вид основы прочнее бумаги и дешев-
ле ткани и применяется в случае, когда
возникающие напряжения и деформации
ленты выше, чем это допускает бумажная
основа.
Абразивные зерна крепятся к основе
с помощью клеев. При работе без охлаж-
дения применяется главным образом мез-
дровый клей, а для водостойких лент —
клей на основе формальдегидных смол —
глифталевый лак, масляный лак ЯК-1,
пентофталевый лак ПФШ-4 и др.
Нанесение абразивных зерен может
производиться путем их насыпания на
движущуюся основу ленты, покрытую
клеем. Лучшие результаты дает электро-
статический способ нанесения абразив-
ных зерен, при котором зерна равномер-
но закрепляются на основе перпендику-
лярно к ее поверхности.
Шлифовальную шкурку для лент на-
резают длиной на 20—30 мм больше дли-
ны ленты. Концы лент обрезают для
склейки под углом 45е и на расстоянии
20 мм удаляют слой абразива вместе с
клеем. Очищенные концы смазывают мез-
дровым клеем высшего качества. Накла-
дывают друг на друга, выдерживают под
давлением некоторое время и затем про-
сушивают на воздухе. Толщина в месте
склеивания ленты должна быть на 0,1—>
0,2 мм меньше основной толщины ленты.
§ 4. АЛМАЗНЫЕ КРУГИ
Алмазные круги состоят из корпуса
и алмазоносного слоя, закрепленного
на нем. Корпус круга изготовляют из
стали 45 или Ст.З, алюминиевого сплава
АК6, алюмобакелитового пресс-порошка
и керамики. Алмазоносный слой состоит
из алмазов, связки и наполнителя. Тол-
щина алмазоносного слоя у большинства
кругов находится в пределах 1,5—3,0 мм.
В некоторых случаях у больших инстру-
ментов толщина алмазоносного слоя по-
вышается до 5 мм и более. Ширина алма-
зоносного слоя зависит от условий рабо-
ты круга и может колебаться в значитель-
ных пределах.
Для изготовления алмазно-абразивно-
го инструмента применяются в основном
органическая, металлическая и керами-
ческая связка,
Роль связующего вещества у кругов
на органической связке выполняют фе-
нолформальдегидные смолы и различные
наполнители. В качестве наполнителя
используются абразивные материалы,
металлические порошки и более сложные
композиции. Чтобы исключить влияние
наполнителя на чистоту обработанной
поверхности, его зернистость выбирают
§ 4. Алмазные круги
391
на 2 3 степени мельче зернистости ал-
мазного порошка. В зависимости от на-
полнителя, различают несколько марок
органических связок: Б1 — с карбидом
бора, Б2 — с железным порошком,
БЗ — с электрокорундом белым,
Б4 — с карбидом кремния зеленым,
ТО2 и Б156 — с медным и оловянным по-
рошками, карбидом бора и др. Напол-
нитель влияет на физико-механические
свойства алмазного слоя — прочность,
теплостойкость, износостойкость, расход
алмазов; он создает прочную и жесткую
опору для алмазных зерен. Алмазные
круги на органической связке с наполни-
телем из железного порошка являются
более стойкими, чем круги с наполни-
телями из карбида бора. Это объясняется
тем, что железный порошок, обладая
способностью деформироваться, создает
максимальный поверхностный контакт
с алмазными зернами, в результате чего
алмазы лучше удерживаются в связке.
Круги на органической связке обла-
дают хорошими режущими свойствами,
обеспечивают высокую чистоту обрабо-
танной поверхности, более низкие тем-
пературы и силы резания, чем крути на
других связках.
Однако алмазоносный слой у этих
кругов менее прочный. Поэтому инстру-
менты на этой связке имеют повышенный
расход алмазов и применяются в основ-
ном на чистовых операциях.
Металлическая связка применяется в
кругах, предназначенных для предвари-
тельного и фасонного шлифования, Л1е-
таллические связки могут быть на медно-
оловянной, железоникелевой, вольфра-
мокобальтовой и других основах. Наибо-
лее распространены металлические связ-
ки Ml и М5.
Связка Ml состоит из 80% меди и 20%
олова, а связка М5 имеет цинково-алюми-
ниевую основу. Круги на металлической
связке обладают высокой износоустой-
чивостью, прочно удерживают алмазные
зерна, но быстро засаливаются и, как
правило, работают с охлаждением. Кру-
ги на новых связках, таких как АЮ13
и МС6, обладают меньшей склонностью
к засаливанию. Они допускают обработ-
ку твердого сплава без охлаждения.
Круги на керамической связке (К1)
и (К5) в основном предназначены для
одновременной обработки твердого спла-
ва и стальной державки, а также для об-
работки некоторых высоколегированных
сплавов. Керамическая связка состоит
из порошка стекла, огнеупорных глин
и других силикатов.
Эффективность работы алмазными кру-
гами определяется концентрацией алма-
зов, т. е. количеством алмазного зерна
в одном кубическом миллиметре алмазо-
носного слоя. Круги бывают 25, 50,
100, 150 и 200%-ной концентрации. Сто-
процентной концентрацией считают та-
кую, при которой в одном кубическом
миллиметре алмазоносного слоя содер-
жится 0,878 мг алмаза или 4,39 карата.
При 100%-ной концентрации алмаз-
ный порошок фактически занимает толь-
ко четвертую часть (25%) объема круга,
а остальные 75% приходятся на долю
связки с наполнителем и порошком.
Наибольшее распространение получи-
ли круги с 50, 100 и 150%-ной концент-
рацией. С увеличением концентрации по-
вышается стойкость кругов и способ-
ность сохранять первоначальную форму.
Зернистость алмазных кругов выби-
рается в зависимости от вида обработки
и требуемой чистоты поверхности. С уве-
личением зернистости повышается произ-
водительность обработки, снижается рас-
ход алмазов, но повышается шерохова-
тость обработанной поверхности.
Черновое шлифование производится
кругами зернистостью А125/100—80/63.
В соответствии с ГОСТ 9206—70 шлифпо-
рошки зернистостью А125/100 должны
полностью проходить через сито, имею-
щее номинальный размер стороны ячейки
392
Глава XIV. Абразивные инструменты
Рис. 292. Алмазные шестигранные круги
в свету равный 160 мкм, задерживаться
не менее 70% на сите с номинальным раз-
мером стороны ячейки в свету равным
100 мкм, проходить не более 3% через
сито с ячейкой размером 80 мкм.
Для предварительного шлифования
выбирают алмазные круги зернисто-
стью А63/50—50/40, получистового
АМ40/28—28/20, тонкого — АМ14/10—
7/5.
В последние годы для производства
алмазных инструментов используются
алмазные зерна покрытые тонкой метал-
лической пленкой, для чего алмазные
зерна омедняют или никелируют.
Металлическое покрытие создает обо-
лочку вокруг зерна, которая механиче-
ски охватывает зерно и мешает выпадать
его осколкам, повышает сцепление ал-
мазных зерен со связкой, улучшает теп-
ловой режим работы круга, и позволяет
повысить производительность съема ме-
талла и долговечность инструмента.
Перспективным является также приме-
нение алмазных кругов с ориентирован-
ными и равномерно расположенными ал-
мазными зернами в круге, что позволяет,
по сравнению с незакономерным хаотиче-
ским расположением зерен, улучшить
условия шлифования и соответственно
повысить стойкость инструмента. Ориен-
тация алмазных зерен производится в
электрическом поле, которые вначале
закрепляются на рабочей поверхности
инструмента синтетическим клеем.
Алмазоносный слой прочно соединяет-
ся с корпусом путем совместного прессо-
вания корпуса и алмазоносного слоя,
приклеивания алмазоносного слоя синте-
тическим клеем, напрессовывания техно-
логического кольца, имеющего алмазо-
носный слой.
Алмазные шлифовальные круги по
форме аналогичны абразивным кругам из
электрокорунда и карбида кремния. Они
могут быть плоские прямого профиля
(обозначение — АПП), плоские с одной
или двумя выточками (АПВ и АПВД), ча-
шечные круги (АЧК), тарельчатые кру-
ги (АТ), фасонные круги (АФК) и др.
Фасонные алмазные круги могут быть
получены путем прессования в фасонных
пресс-формах и спекания. Таким путем
изготовляются алмазные шеверы, пред-
назначенные для зубошевингования тер-
мически обработанных зубчатых колес.
Они представляют собой зубчатые коле-
са, эвольвентные боковые поверхности
зубьев которых покрыты тонким алмазо-
носным слоем на металлической связке.
Толшина алмазоносного слоя в зависи-
мости от модуля колеблется от 0,25 до
2 мм. Правка алмазного шевера по профи-
лю производится зубошлифованием кру-
гами КЗ, электролитическим или элект-
роискровым способами, взаимным обка-
тыванием двух алмазных шеверов, обка-
тыванием шевера со стальным эталонным
зубчатым колесом, опущенным в масло-
абразивную ванну, путем пластической
деформации нагретого алмазоносного
слоя при зацеплении шевера с эталонным
термически обработанным зубчатым ко-
лесом. Пластическим деформированием
алмазоносного слоя в ненагретом состоя-
нии могут быть получены такие фасонные
алмазные круги как многониточные кру-
ги для резьбошлифования. Формирова-
ние профиля этих кругов производится
методом накатывания роликами алмаз-
ных кругов прямого профиля. Форма
круга выбирается в соответствии с вы-
полняемой технологической операцией.
Как правило, у обычных алмазных кру-
гов рабочая часть представляет собой
алмазоносное кольцо. Наряду с этим
§ 5. Бруски для хонингования и суперфиниша
393
предложены также алмазные многогран-
ные круги, у которых рабочая часть вы-
полнена в форме многогранника
(рис. 292), что позволяет создавать более
целесообразные условия шлифования, по-
высить качество обработки и работоспо-
собность инструмента. В процессе обра-
ботки рабочая поверхность алмазного
круга может засаливаться. Для восста-
новления режущей способности круга
чистят его рабочую поверхность. Для
чистки алмазных кругов на органической
связке применяют пемзу или мелкую
шлифовальную шкурку, а на металличе-
ской связке — бруски из карбида крем-
ния зеленого К325—16—СМ1—СМ2.
§ 5. БРУСКИ ДЛЯ ХОНИНГОВАНИЯ
И СУПЕРФИНИША
Хонингование представляет собой раз-
новидность абразивной обработки ци-
линдрических поверхностей с помощью
сборного инструмента, состоящего из
абразивных брусков, установленных на
рабочей поверхности хонинговальной го-
ловки. В процессе хонингования головка
вращается вокруг своей оси и одновре-
менно совершает возвратно-поступатель-
ные движения вдоль оси с выходом бру-
сков из обрабатываемого отверстия на х/3
их длины.
Абразивные бруски прижимаются к
обрабатываемой поверхности либо с по-
стоянной силой при помощи пружин или
гидравлики, либо получают принуди-
тельную радиальную поцэчу. Количество
брусков в зависимости от диамегра обра-
батываемой поверхности колеблется от
1 до 12.
В процессе хонингования в резании
участвуют в 100—1000 раз больше абра-
зивных зерен, чем при шлифовании, бла-
годаря чему обеспечивается высокая про-
изводительность процесса. Скорость же
резания и усилия при хонинговании вы-
бираются гораздо меньшими, чем при
шлифовании. Благодаря этому наблю-
дается низкая температура в зоне реза-
ния, что совместно со сложным движени-
ем брусков относительно заготовки обес-
печивает высокую точность и качество
обработанной поверхности. В качестве
абразива для брусков применяют зеле-
ный карбид кремния для чугуна и белый
электрокорунд для стали на керамиче-
ской, бакелитовой однокомпонентной ОС
и других связках.
Для предварительного хонингования
выбираются бруски зернистостью 5—6,
твердостью — СМ2—Ml, а для оконча-
тельного зернистостью М28—М20 и твер-
достью С2—СТ2.
С повышением твердости обрабатывае-
мого материала следует брать более мяг-
кие бруски с более крупными абразивны-
ми зернами.
Несмотря на высокую производитель-
ность процесса, широкое применение хо-
нингования сдерживается относительно
низкой стойкостью абразивных брусков.
Это препятствие снимается при использо-
вании алмазных брусков, стойкость ко-
торых во много раз выше стойкости брус-
ков из электрокорунда или карбида крем-
ния. Наиболее распространены алмазные
бруски на металлической связке, 100%-
ной концентрации. Используются также,
особенно при предварительной обработ-
ке, круги 50%-ной концентрации. Зер-
нистость брусков выбирается главным
образом в зависимости от требований к
шероховатости обработанной поверх-
ности. Получистовое хонингование при
сравнительно невысоких требованиях к
чистоте поверхности следует осуществ-
лять брусками зернистостью А80/63—
50/40, а чистовое хонингование более
мелкозернистыми брусками А40/28.
При алмазном хонинговании большая
площадь соприкосновения рабочей по-
верхности инструмента и обрабатываемой
поверхности детали приводит к довольно
частому засаливанию брусков. Чем
394
Глава XIV. Абразивные инструменты
Рис. 293. Хонинговальная головка
больше площадь прилегания брусков к
поверхности детали и меньше твердость
обрабатываемого металла, тем хуже ус-
ловия хонингования. С целью уменьше-
ния засаливания брусков рекомендуется
рабочую их поверхность выполнять пре-
рывистой, с равномерно расположенными
в несколько рядов прямоугольниками
с бороздками между ними с углом профи-
ля в 30°. При такой конструкции инстру-
мента создаются лучшие условия для
подвода смазывающе-охлаждающей жид-
кости в зону резания и удаления из нее
обработанных продуктов связки и обра-
батываемого материала.
Хорошие результаты дает также при-
менение хонинговальных головок с хон-
Рис. 294. Суперфиниширование наружной по-
верхности
роликами (рис. 293), которые в процессе
хонингования вращаются как вокруг
оси головки, так и вокруг своей оси. При
вращении головки вокруг ее оси ролики
приводятся во вращение вокруг своих
осей за счет зацепления зубчатых колес
4, связанных с ними, с невращающимся
колесом, расположенным в нижней части
стакана 5. Разведение хон-роликов в ра-
диальном направлении происходит с по-
мощью конических поверхностей штока б
и кулачков 1 и 3, которые имеют гнезда
для осей хон-роликов 2.
Хонингование прерывистых поверх-
ностей, типа шлицевых отверстий, про-
водится наклонными хон-брусками. Угол
наклона брусков колеблется в пределах
от 15 до 45° и выбирается таким образом,
чтобы обеспечить постоянное перекрытие
прерывистого участка поверхности де-
тали.
Одним из методов финишной обработки
наружных поверхностей является супер-
финиширование (рис. 294). Характерной
особенностью этого процесса обработки
является быстрое колебательное движе-
ние бруска, прижимаемого с определен-
ным давлением к обрабатываемой поверх-
ности. Заготовка при обработке совер-
шает вращение вокруг своей оси. Если
длина детали велика, то схема обработки
включает также движение подачи брус-
ков вдоль оси детали. Такая кинемати-
ческая схема обработки приводит к слож-
ной траектории движения бруска по по-
верхности детали, что обеспечивает ра-
боту различных граней абразивных зе-
рен, способствует самозатачиванию брус-
ков, удалению из зоны оезания отходов
обработки.
Суперфиниширование производится
брусками из электрокорунда белого и
карбида кремния зеленого на керамиче-
ской связке, зернистостью от 3 до М14,
твердостью Ml—СМ2.
В последние годы получили развитие
процессы алмазного суперфиниширова-
§ 5. Бруски для хонингования и суперфиниша
395
ния, что приводит к резкому повышению
стойкости брусков при высокой чистоте
обработанной поверхности и производи-
тельности.
Алмазные бруски для суперфиниша из-
готовляются на органической, керамиче-
ской, ситаловой и металлических связках
50, 100 и 150%-ной концентрацией. С
целью получения высокой чистоты по-
верхности применяют мелкозернистые
круги А40/2&—14/10.
Повышение точности изготовления
деталей машин, увеличение относи-
тельной доли чистовой обработки при-
водит к тому, что абразивные инстру-
менты находят все более широкое при-
менение в промышленности. Использо-
вание этих инструментов растет также
в связи с расширяющимся применени-
ем новых труднообрабатываемых ма-
териалов, с использованием в послед-
нее время абразивного инструмента
не только при чистовой обработке, но
и при обдирке.
В машиностроении доля металлоре-
жущих станков для абразивной обра-
ботки составляет около 21 % • На заво-
дах массового производства увеличи-
вается удельный вес шлифовальных
станков. Так, в подшипниковой про-
мышленности он равен 55—60%.
Значение обработки металлов шли-
фованием в ближайшие годы будет
непрерывно возрастать. Поэтому весь-
ма важно дальнейшее развитие и усо-
вершенствование процессов шлифова-
ния с целью повышения производи-
тельности труда, точности обработки,
улучшения качества обработанной по-
верхности.
В настоящее время наметились раз-
личные пути решения указанной зада-
чи. Так, интенсивно проводятся работы
по совершенствованию существую-
щих и созданию новых абразивных ма-
териалов, обладающих высокими ре-
жущими свойствами. В частности вво-
дится легирование абразивных мате-
риалов, уменьшается содержание в них
вредных примесей, создаются новые
искусственные абразивные материалы
(синтетические алмазы, эльбор и др.).
Большое значение имеет также улуч-
шение качества шлифовального ин-
струмента путем создания кругов с
ориентированными зернами, металлиза-
ции абразивных зерен, применение но-
вых связок, обеспечивающих требуемую
структуру инструмента, использование
кругов с наполнителями, с внутрен-
ним охлаждением.
Высокие результаты дают такие ме-
роприятия как автоматизация процес-
са шлифования, травка и компенсация
износа круга, измерения размеров об-
рабатываемой детали непосредственно
в процессе обработки, поддержание
на необходимом уровне рациональных
режимов резания и т. п.
Необходимым условием высокопро-
изводительного шлифования является
использование соответствующего обо-
рудования, повышение его точности,
жесткости, виброустойчивости, быстро-
ходности.
Важным резервом в определенных
условиях является также применение
и развитие новых методов шлифова-
ния, таких как электроалмазное шли-
фование, абразивная обработка дета-
лей в магнитном поле ферромагнитны-
ми порошками и другие.
Интенсифицировать процесс шлифо-
вания можно применением соответ-
ствующей охлаждающей жидкости и
системы ее подачи.
Разработка и применение рассмот-
ренных мероприятий является круп-
ным резервом повышения производи-
тельности труда и качества продукции
машиностроения.
396
ЛИТЕРАТУРА
Алексеев Г. А., Аршинов В. А.,
Смольников Е. А. Расчет и конструиро-
вание режущего инструмента. М., Машгиз, 1951.
Бурьян В. А. и др. Станочная обработка
металлов. Киев, «Радяиська школа», 1967.
Вайсман А. Э. и др. Резьбы, применяемые
в авиационном производстве. М., «Машинострое-
ние», 1970.
Гладилин А. Н., Малевский Н. П.
Справочник молодого инструментальщика по
режущему инструменту. М., «Высшая школа»,
1965.
Горецкая 3. Д. Протягивание с большими
подачами. М., Машгиз, 1954.
Грановский Г. И. Кинематика резания.
М., Машгиз, 1948.
Грановский Г. И. Металлорежущие ин-
струменты. М., Машгиз, 1954.
Д и б н е р Л. Г., Ш к у р и н Ю. П. Заточ-
ка спиральных сверл. М., «Машиностроение»,
1967.
Ж и г а л к о Н. И., Киселев В. В. Про-
ектирование и производство режущих инстру-
ментов. Минск, «Вышэйшая школа», 1969.
К а б а т о в Н. Ф., Л о п а т о Г. А. Кони-
ческие колеса с круговыми зубьями. М., «Маши-
ностроение», 1966.
К а ч е р В. А. Материалы режущих инстру-
ментов. Харьков, «Прапор», 1970.
Кедри некий В. Н., Пи см ан ик К. М.
Станки для нарезания конических зубчатых ко-
лес. М., Машгиз, 1958.
Климов В. И. и др. Справочник ннстру-
менталыцика-коиструктора. М., Машгиз, 1958.
Либерман А. И. Расчет многолезвийных
инструментов, работающих методом копирова-
ния. М., Машгиз, 1962.
Л а ш н е в С. И. Формообразование зубчатых
деталей реечными и червячными инструментами.
М., «Машиностроение», 1971.
Лоладзе Т. И., Бокучава Г. В. Из-
нос алмазов и алмазных кругов. М., «Машино-
строение», 1967.
Писаревский М. И. Новый инструмент
для накатывания резьб и шлицев. М., «Машино-
строение», 1966.
П л о т и ц ы н В. Г. Расчеты настроек и нала-
док фрезерных станков. М., «Машиностроение»,
1969.
Подураев В. Н. Обработка резанием жа-
ропрочных и нержавеющих материалов. М.,
«Высшая школа», 1965.
Пронкии Н. Ф. Протягивание протяжка-
ми из твердых сплавов. М., «Машиностроение»,
1966.
Родии П. Р. Проектирование и производство
режущего инструмента. Киев, «Техшка», 1968.
Родин П. Р. Режущий инструмент, расчет-
но-графические и лабораторные работы. Киев,
«Техшка», 1966.
Романов В. Ф. Расчеты зуборезных ин-
струментов. М., «Машиностроение», 1969.
Семенченко И. И., Матюшин В. М.,
Сахаров Г. И. Проектирование металлоре-
жущих инструментов. М., Машгиз, 1962.
С е м к о М. Ф. и др. Алмазные инструменты
и их применение в машиностроении. Харьков,
«Прапор», 1965.
Ф р у м и н Ю. Л. Высокопроизводительный
резьбообразующий инструмент М., Машгиз,
1963.
Ц в и с Ю. В. Профилирование режущего об-
катного инструмента. М., Машгиз, 1961.
Четвертков С. С. Металлорежущие ин-
струменты. М., «Высшая школа», 1965.
Шальнов В. А. Шлифование и полирова-
ние высокопрочных материалов. М., «Машино-
строение», 1972.
Шишков В. А. Образование поверхностей
резанием по методу обкатки. М., Машгиз, 1951.
397
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ............................... 5
Глава I. Инструментальные материалы
§ 1. Общие сведения.................... 11
§ 2. Инструментальные стали............ 11
§ 3. Твердые металлокерамические сплавы 14
§ 4. Минералокерамические материалы 17
§ 5. Абразивные материалы ............. 18
§ 6. Алмазы............................ 21
§ 7. Стали для изготовления корпусов инст-
рументов .............................. 23
Глава II. Основы конструирования
режущего инструмента
§ 1. Общие положения................... 24
§ 2. Способы образования исходных инст-
рументальных поверхностей .... 27
§ 3. Условия формообразования поверхно-
стей деталей .......................... 31
§ 4. Основные части режущего инструмента 35
§ 5. Режущая част., инструментов .... 37
§ 6. Методы крепления инструментов на
металлорежущих станках ................ 48
Глава III. Резцы
§ 1. Назначение и основные типы .... 52
§ 2. Статические геометрические парамет-
ры головки резца ...................... 56
§ 3. Конструктивные особенности резцов,
оснащенных твердым сплавом .... 59
§ 4. Габаритные размеры резцов .... 66
§ 5. Алмазные резцы.................... 67
Глава IV. Фасонные резцы
§ 1. Основные понятия.................. 71
§ 2. Геометрические параметры режущей
части фасонных резцов................. 74
§ 3. Графическое профилирование приз-
матических резцов...................... 75
§ 4. Аналитическое профилирование при-
зматических резцов.................... 77
§ 5 . Аналитическое профилирование круг-
лых фасонных резцов................... 78
§ 6. Графическое профилирование круг-
лых фасонных резцов при внутренней
обработке ............................ 81
§ 7. Искажение формы деталей при обра-
ботке фасонными радиальными резца-
ми ................................... 82
§ 8. Тангенциальные фасонные резцы с
прямолинейным движением подачи 84
§ 9. Графическое профилирование танген-
циальных призматических фасонных
резцов........................... 85
§ 10. Аналитическое профилирование тан-
генциальных фасонных резцов ... 88
§ 11. Конструктивное оформление фасон-
ных резцов ........................... 89
§ 12. Заточка фасонных резцов......... 91
Глава V. Инструменты
для обработки отверстий
§ 1. Назначение и основные типы сверл 95
§ 2. Конструктивные элементы спиральных
сверл.................................Ю1
§ 3. Конструктивные особенности твердо-
сплавных сверл........................109
§ 4. Геометрия режущей части спирально-
го сверла.............................112
§ 5. Зенкеры .........................120
§ 6. Зенкеры цилиндрические для расшире-
ния отверстий.........................124
§ 7. Развертки .......................127
§ 8. Конструктивные элементы цилиндри-
ческих разверток......................129
§ 9. Комбинированные инструменты для
обработки отверстий...................132
398
Глава VI. Фрезы
§ 1. Назначение и типы фрез ..........137
§ 2. Конструктивные элементы фрез с
остроконечными зубьями................143
§ 3. Конструктивные особенности твердо-
сплавных фрез ........................147
§ 4. Наборы фрез......................149
Глава VII. Фасонные фрезы
§ 1. Основные понятия................152
§ 2. Фасонные затылованные фрезы . . . 153
§ 3. Графическое профилирование затыло-
ванных фрез для обработки цилинд-
рических поверхностей.................158
<§ 4. Аналитическое профилирование за-
тылованных фрез для обработки ци-
линдрических поверхностей .... 161
§ 5. Условия формообразования при об-
работке цилиндрических поверхно-
стей фасонными фрезами................164
§ 6. Аналитическое профилирование сбор-
ных фрез, затылованных по окружно-
сти ..................................167
§ 7. Графическое профилирование сбор-
ных фрез, затылованных по окруж-
ности ................................173
§ 8. Конструктивные элементы фасонных
фрез с затылованными зубьями . . . 175
§ 9. Фасонные торцовые фрезы, затыло-
ванные по окружности..................176
§ 10. Фасонные фрезы с остроконечным зу-
бом ..............................180
§ 11. Профилирование фрез для обработки
винтовых канавок .....................181
§ 12. Условия образования заданной фор-
мы винтовой канавки при ее фрезеро-
вании ................................183
§ 13. Пример графического определения
профиля фрезы для обработки винто-
вой каиавки...........................186
Глава VIII. Протяжки
§ 1. Назначение и основные типы .... 190
§ 2. Протяжки для обработки отверстий 194
$ 3. Наружные протяжки ...............211
§ 4. Наборы протяжек..................216
Глава IX. Инструменты
для нарезания резьбы
§ 1. Назначение и типы...............220
;§ 2. Резьбовые резцы ................228
§ 3. Метчики ..........................232
§ 4. Круглые плашки....................240
§ 5. Резьбонарезные фрезы..............242
Глава X. Инструменты
для накатывания резьбы
§ 1. Общие сведения....................248
§ 2. Накатные плашки ..................252
§ 3. Резьбонакатные ролики.............254
§ 4. Накатники для обработки внутренних
резьб.............................257
Глава XI. Инструменты,
работающие методом обкатки
§ 1. Назначение и основные типы .... 259
§ 2. Обкаточные фасонные резцы .... 264
§ 3. Графическое профилирование резцов,
работающих методом обкатки . . . 266
§ 4. Графоаналитическое профилирование
резцов, работающих методом обкатки 267
§ 5. Условия формообразования при об-
работке фасонных поверхностей обка-
точными резцами.......................269
§ 6. Конструктивные элементы обкаточ-
ных фасонных резцов...................273
§ 7. Червячные фрезы. Графическое про-
филирование червячных фрез . . . 274
§ 8. Графоаналитическое профилирование
червячных фрез .......................276
§ 9. Аналитическое профилирование чер-
вячных фрез...........................279
§ 10. Условия формообразования при об-
работке фасонных профилей червяч-
ными фрезами........................ 281
8 11. Конструктивные элементы червячных
фрез..............................284
8 12. Долбяки. Графическое профилирова-
ние ..............................287
§ 13. Аналитическое профилирование дол-
бяков ......................... ...... 287
§ 14. Графоаналитическое профилирование
долбяков ........................... 289
§ 15. Условия формообразования при обра-
ботке фасонных профилей долбяками 290
§ 16. Конструктивные элементы долбяков 292
Глава XII. Зуборезный инструмент
для цилиндрических колес
§ 1. Общие сведения....................294
§ 2. Дисковые и пальцевые зуборезные
фрезы. Профилирование фасонных зу-
борезных фрез .........................298
399
§ 3. Конструктивные особенности фасон-
ных зуборезных фрез...............301
§ 4. Зуборезные прямозубые гребенки 304
§ 5. Червячные зуборезные фрезы .... 309
§ 6. Зуборезные долбяки...............324
§ 7. Инструмент для отделки цилиндриче-
ских зубчатых колес....................337
§ 8. Шеверы ..........................341
Глава XIII. Инструменты
для нарезания конических колес
§ 1. Общие сведения...................350
§ 2. Зуборезные резцы.................356
§ 3. Дисковые зуборезные фрезы для обра-
ботки конических колес...........359
§ 4. Резцовые головки для нарезания кони-
ческих зубчатых колес с круговыми
зубьями ......................... 360
§ 5. Элементы теории нарезания кониче-
ских колес с круговыми зубьями 364
§ 6. Червячные фрезы для нарезания кони-
ческих колес с криволинейными зубья-
ми ...................................373
§ 7. Элементы теории нарезания кониче-
ских колес червячными фрезами . . 375
Глава XIV. Абразивные инструменты
§ 1. Общие сведения ..................379
§ 2. Шлифовальные круги............. 384
§ 3, Абразивные ленты.................389
§ 4. Алмазные круги . ................390
§ 5. Бруски для хонингования и суперфи-
ниша .............................393
Литература.................... . 396