/
Текст
ГААлексеев
ВААршинов
ВМ.Кричевская
КОНСТРУИРОВАНИЕ
ИНСТРУМЕНТА
Г. А. Алексеев,
В. А. Аршинов,
Р. М. Кричевская
КОНСТРУИРОВАНИЕ
ИНСТРУМЕНТА
Под обшей редакцией лауреата Государственной премии СССР
Г. А. Алексеева
Допущено Министерством высшего и среднего
специального образования СССР в качестве учебника для учащихся
средних специальных учебных заведений
Москва • «МАШИНОСТРОЕНИЕ» • 1979
ББК 34.63-56
А47
УДК 621.02.001.2
Рецензенты
канд. техн, наук И. А. Ординарцев,
инж. Л. Т. Соколова
Алексеев Г. А. и др.
А47 Конструирование инструмента: Учебник для машино-
строительных техникумов/Г. А. Алексеев, В. А. Аршинов,
Р. М. Кричевская; Под общ. ред. Г. А. Алексеева,—
М.: Машиностроение, 1979,— 384 с., ил.
В пер.: 1 руб.
31304-130
03«,W 2^00000(!
ББК 34.63-5
6П4.6.08
© Издательство «Машиностроение», 1979 г.
ВВЕДЕНИЕ
Карл Маркс в книге «Капитал» писал, что рабочая машина — это та-
кой механизм, который, получив соответствующее движение, совершает
своими орудиями те самые операции, которые раньше рабочий совершал,
подобными же орудиями. Эти орудия рабочей машины или действующие
органы ее и принято называть инструментами; имея в виду рабочую ма-
шину или придаток к машине, т. е. инструмент, Маркс указывает:
«...Как бы прост и на первый взгляд незначителен не казался этот при-
даток к станку, мы думаем, что без преувеличения можно сказать, что его
влияние на усовершенствование и распространение машин было так же ве-
лико, как влияние усовершенствований, произведенных Уаттом в самой па-
ровой машине. Введение его разом повело к усовершенствованию и удеше-
влению всяких машин и дало толчок новым изобретениям и усовершен-
ствованиям». Этот глубокий анализ К. Маркса оказался гениальным
прогнозом и действителен для нашего и будущего времени.
История возникновения и развития режущих инструментов неотделима
от всей материальной культуры общества. Русский исследователь
И. А. Тиме в 1868 — 1869 гг. первый в мире исследовал процессы резания и от-
деления стружки. Он в своем труде (опубликованном в 1870 г.) «Сопротивле-
ние металлов и дерева резанию» дал классификацию стружек, определил
направление плоскостей скалывания (сдвига). Русский ученый К. А. Зво-
рыкин создал гидравлический динамометр, дал схему сил, действующих на
резец. расчетом определил положение плоскостей скалывания.
В 1912—1915 гг. Я. Г. Усачев провел большие исследования физической
стороны процесса резания металлов, установил явление наклепа, разрабо-
тал метод измерения температуры резца, создал теорию образования на-
роста. А. Н. Челюсткин и другие русские ученые продолжили эти исследо-
вания. Большие экспериментальные работы по процессу резания металлов
провел Фредерик Тейлор, который установил обобщенную эмпирическую
зависимость стойкости резца от скорости резания и создал систему науч-
ного подхода к организации труда.
Говоря о задачах Советской власти в области повышения производи-
тельности труда, Владимир Ильич Ленин отмечал: «Последнее слово капи-
тализма в этом отношении, система Тейлора,— как и все процессы капита-
лизма,— соединяет в себе .утонченное зверство буржуазной эксплуатации
11 Ряд 6oi атейших научных завоеваний в деле анализа механических движе-
3
ний при труде, изгнания лишних и неловких движений, выработки пра-
вильнейших приемов работы, введения наилучших систем учета и контро-
ля и т. д. Советская республика во что бы то ни стало должна перенять все
ценное из завоеваний науки и техники в этой области»1.
В 1921 г. старейший оружейный сестрорецкий завод (ныне Сестрорецкий
инструментальный завод им. Воскова) был целиком переключен на про-
изводство режущего, слесарно-монтажного и измерительного инструмен-
та; изготовляли инструмент также на златоустовском заводе. Были со-
зданы крупные инструментальные цехи на машиностроительных заводах.
В первой пятилетке были построены крупные инструментальные заво-
ды — «Фрезер», «Калибр», Челябинский абразивный. В это же время был
реконструирован Московский инструментальный завод МИЗ. В последую-
щие годы были реконструированы и пущены вновь ряд инструментальных
и абразивных заводов. Сейчас нельзя назвать ни одного вида режущего,
абразивного, слесарно-монтажного инструмента, которого не могли бы из-
готовить советские инструментальные заводы.
Для обеспечения станкостроительной и инструментальной промышлен-
ности инженерными кадрами была организована подготовка инженеров
и техников по этим специальностям. Для этого в 1930 г. был создан спе-
циальный станкоинструментальный институт в Москве.
С целью скорейшего всемерного развития и углубления научной ра-
боты в области станков и инструментов в последующем были созданы на-
учно-исследовательские институты [ЭНИМС, ЛАРИГ (позднее ВНИИин-
сгрумент), НИБВ, ВНИИалмаз, ВНИИАШ, УКРНИИСМИ и др.] и лабо-
ратории на заводах, которые изучают вопросы конструирования и техноло-
гии производства инст рументов и металлорежущих станков. Работы талант-
ливого изобретателя А. М. Игнатьева продвинули вперед советскую науку;
трудами д-ра техн, наук проф. И. И. Семенченко и других создана советская
школа конструирования и производства режущего инструмента. В работах
д-ров техн, наук проф. Г. И. Грановского, А. Я. Малкина, В. А. Кривоухова,
М. Н. Ларина, А. И. Исаева, А. Н. Г рубина, А. Н. Резникова и многих дру-
гих ученых решены некоторые сложные вопросы резания металлов и режу-
щего инструмента.
Широкое внедрение твердых сплавов в производстве почти всех видов
режущего инструмента стало возможным только после создания при-
емлемых по цене алмазных (абразивных) инструментов для изготовления
твердосплавных инструментов. Огромная роль в создании и развитии ис-
кусственных сверхтвердых материалов алмаза и кубического нитрида бора
(эльбора) принадлежит советским ученым: академику Л. Ф. Верещагину,
докторам техн, наук В. Н. Бакулю и Н. Е. Филоненко и многим другим.
Огромную роль в развитии народного хозяйства сыграло открытие ме-
сторождений природных алмазов в Якутии и частично на Урале. Можно
сказать, что за последние 100 лет резание металлов во всем мире сильно
продвинулось вперед: применение углеродистых и легированных инстру-
ментальных сталей давало возможность (без потери твердости) резцу на-
греваться примерно до 200" С; изобретение и развитие быстрорежущих ста-
ли"1 подняло этот предел почти в 3 раза, внедрение твердых сплавов
В. II. Ленни. Об изобретательстве и внедрении научно-технических достижении в про-
изводство. М, Изд-во политической литературы, 1973. 240 с.
4
позволило поднять этот предел до 900°С, поэтому резко поднялись скоро-
сти резания. Для обтачивания стального вала диаметром 100 мм и длиной
500 мм в 1900 г. требовалось 150 мин, в 1975 г.— 1,7 мин.
В нашей стране в 1946 г. началось движение за скоростные методы ра-
боты. Инициаторами выступили московский токарь П. Б. Быков и ленин-
градский токарь Г. С. Борткевич. Токари-новаторы повысили скорость ре-
зания с 70—80 до 1000-1500 м/мин. Лауреаты Государственных премий
СССР Е. П, Надеинская, М. С. Васильчук, И. И. Семенченко, Н. Л. Алек-
сандров, Г. Н. Сахаров, Г. Г. Ильвер, 3. Ю. Кушнер, А. И. Либерман, С. П.
Карцев, Н. С. Дегтяренко, Н. Ф. Фесечко, Г. М. Ипполитов, А. А. Бадаева,
Ю. М. Ковальчук, В. Ф. Романов, В. С. Лысанов и многие другие внесли
большой вклад в развитие отечественной науки о резании металлов и ре-
жущем инструменте. Совершенствование режущего инструмента — это
одно из средств скорейшего развития машиностроения.
Развитие различных отраслей машиностроения и проводимая механи-
зация и автоматизация производственных процессов поставили серьезные
задачи по необходимости значительного увеличения номенклатуры инстру-
мента и особенно повышению его качества. Созданы новые заводы по
производству режущего, абразивного, алмазного и слесарно-монтажного
инструмента.
На всех инструментальных заводах многое сделано по механизации
и автоматизации всех операций производства инструмента, в том числе
ручных отделочных операций. Созданы специальные полуавтоматические
и автоматические станки, внедрены в производство автоматические линии.
Вошли в строй заводы по изготовлению инструмента для автоматических
линий и станков с программным управлением.
Партия и правительство уделяют огромное внимание инструменталь-
ной и абразивной промышленностям, вопрос о развитии которых неодно-
кратно был предметом обсуждения и специальных постановлений прави-
тельства. В «Основных направлениях развития народного хозяйства СССР
на 1976—1980 годы,» утвержденных XXV съездом КПСС, записано: «Рас-
ширить производство металлообрабатывающего инструмента, особенно
с применением природных и синтетических алмазов и других сверхтвердых
материалов и сплавов, а также режущего и вспомогательного инструмента
к станкам с числовым программным управлением и к автоматическим ли-
ниям. Обеспечить разработку и организовать производство инструмента
из минералокерамических материалов. Удовлетворить потребность маши-
ностроения, металлообработки и других отраслей в абразивных изделиях
высокой стойкости». ,
ГЛАВА
1
ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ
§ 1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ
Большое разнообразие режущих инструментов объясняется различными
материалами, разнообразными формами и размерами обрабатываемых де-
талей, различными конструкциями станков, а также характером производ-
ства (единичное, серийное или массовое). Работа ученых и опыт новаторов
производства показали, какие огромные резервы производительности тру-
да создает правильная эксплуатация инструмента и какие перспективы от-
крывает применение новых, прогрессивных способов обработки, новых ре-
жущих инструментов, новых конструкций станков.
Всякий режущий инструмент должен обеспечивать получение необхо-
димых размеров, формы детали, требуемое качество обработанной поверх-
ности, а также стойкость, прочность, жесткость и т. д. Какой бы мы ни
взяли режущий инсгрумент, будь то развертка, фреза, протяжка, резец или
сверло, каждый из них должен срезать с заготовки слой материала опреде-
ленной толщины. Величина срезаемого слоя может быть различной. Обди-
рочный резец на крупном токарном станке срезает слой более 25 мм, ал-
мазный резец 0,05—0,2 мм, развертка при развертывании небольшого
отверстия 0,1—0,15 мм. Точность размера и шероховатость поверхности
обрабатываемых деталей также очень различны: сверлом просверливают
отверстие диаметром 50 мм с допуском около 1,5 мм; протяжкой обра-
батывают отверстие с допуском до 0,01 мм; после обработки обдирочным
резцом поверхность очень грубая; после обточки, например, алмазным ре-
зцом получается высококачественная поверхность с шероховатостью, не
превышающей Ra = 0,32 ч-0,16 мкм.
Из этих примеров видно, что условия работы режущих инструментов
и требования, предъявляемые к результатам их работы, весьма разнооб-
разны.
§ 2. КЛАССИФИКАЦИЯ
Принято подразделять режущие, в первую очередь станочные, инстру-
менты по кинематике их работы и конструкции на следующие основные
виды (рис. 1).
Шабер (рис. 1, а) — слесарный ручной инструмент для пригоночных ра-
бот. Под нажимом руки рабочего шабер шабрит (скоблит), снимая очень
гонкую стружку. Для облегчения работы кромки его выполнены по боль-
6
шому радиусу R, поэтому они немного выпуклые и режут только средней
частью, а не всей шириной В шабера. Есть шаберы, которые приводятся
в движение пневматическим или электрическим приводом, это уже механи-
зированные слесарные инструменты.
Напильник (рис. 1,6) — многолезвийный металлорежущий инструмент
самой разнообразной формы и сечения для снятия небольших слоев ме-
талла. Напильники предназначены в основном для обработки вручную
различных поверхностей. Однако имеются напильники и для работы на
станках, например брусовки и еще так называемые вращающиеся напиль-
ники (рис. 1,в) (чаще их называют борфрезами, так как это фрезы с очень
мелкими зубьями).
Резец (рис. 1, г, д) — наиболее распространенный лезвийный режущий
инструмент, предназначенный для работы на токарном, револьверном,
строгальном, долбежном и других станках. Резцы могут быть как простые,
так и фасонные; у последних режущая кромка имеет сложную форму,
обеспечивающую сразу требуемую форму детали. К фасонным резцам
можно отнести резьбовые и зуборезные гребенки. Резцы можно применять
по несколько штук одновременно в самых разнообразных сочетаниях
и для обработки различных поверхностей.
Сверло (рис. 1, е) — режущий инструмент, предназначенный для получе-
ния отверстий в сплошном материале при двух совместных движениях—
вращательном вокруг оси и поступательном вдоль оси инструмента.
Зенкер (рис. 1,ж) — инструмент, предназначенный в основном для уве-
личения диаметра отверстий. В отличие от сверл зенкеры не могут
обеспечить получение отверстия в сплошном материале. Однако зенкер
может исправить направление оси отверстия.
Развертка (рис. 1, з) — многолезвийный инструмент, который, как и зен-
кер, служит для обработки имеющихся отверстий. В отличие от зенкеров
развертки снимают очень незначительный слой материала и обеспечивают
только окончательную чистовую обработку отверстий с небольшими при-
пусками, но с очень большой точностью; однако развертка не может ис-
править направление оси отверстия, она только исправляет форму огвер-
стия и зачищает его.
Фрезы (рис, 1,м) — большая группа многолезвийных режущих инстру-
ментов, выполненных в виде тел вращения, отличительной особенностью
которых является наличие зубьев, расположенных на образующей или тор-
цовой поверхности тела вращения. Направление движения подачи з во
всех случаях перпендикулярно Оси фрезы (направлено по касательной
к образующей поверхности). Траектория подачи может быть прямолиней-
ной или криволинейной (например, по кругу), фреза может работать одно-
временно зубьями, расположенными на образующей поверхности и на тор-
це, только торцовыми зубьями или только зубьями на образующей
поверхности.
Шевер (рис. 1, к) — инструмент, предназначенный для снятия небольших
слоев металла с поверхностей зуба зубчатых колес. Выполняют его в виде
зубчатых колес, реек, червяков и т. д. Шевер имеет небольшие канавки на
профиле, образующие режущие кромки. При относительном переменном
движении со скоростью + v режущие кромки шевера снимают незначи-
тельную стружку.
7
Рис. 1. ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ:
а ~ шабер; б — напильник; в — вращающейся напильник (борфреза); г — резец проход-
ной; д — резец фасонный; е — сверло; ж — зенкер; з — развертка; и — фреза; к — шевер.
л — червячная фреза; м — протяжка; и — зуборезная головка; о — пила; п — абразивный
инструмент; р — метчик; с — плашка; т — абразивно-алмазный круг; у — долбяк
Червячные зуборезные фрезы (рис. 1,л) — инструменты, работающие ме-
тодом обкатки, применяют их для различных зубчатых деталей, червячных
и цилиндрических колес с эвольвентным зацеплением, колес с зацеплением
Новикова, шлицевых валов, звездочек для цепей, храповиков и т. д.
Протяжка (рис. 1,jw) — многолезвийный режущий инструмент, выпол-
ненный, например, в виде стержня с зубьями, расположенными рядами.
9
При продольном движении протяжки зубья последовательно один за дру-
гим снимают стружку, так как каждый последующий зуб выше или шире
предыдущего на некоторую небольшую величину. Прошивки в отличие от
протяжек проталкивают, и их тело работает на сжатие. Подача s_ у протя-
жек обеспечивается не механизмом станка, а заложена в самой конструк-
ции протяжки. Разница в высоте двух смежных зубьев и есть подача на зуб
(подъем на зуб).
Зуборезные головки (рис. 1,н) для конических колес с круговыми зубья-
ми напоминают торцовые фрезы с фасонными зубьями, но в отличие от
последних подача хо6 направлена вдоль оси.
Пилы (рис. 1, о) — инструменты, предназначенные для распиловки (раз-
резания) материала; выполняют их в виде многозубых дисков, полотен,
лент, цепей.
Абразивные инструменты (рис. 1,п,т) — это большой класс режущих
инструментов, у которых твердые режущие зерна карбида кремния, корун-
да и т. д. скреплены различными твердыми или гибкими связками и рабо-
тают как отдельные маленькие резцы, в большом количестве участвующие
в резании.
Метчики (рис. 1,р) — режущие инструменты, предназначенные для наре-
зания внутренней резьбы. Они представляют собой винт, снабженный не-
сколькими продольными прямыми или винтовыми канавками, образую-
щими режущие кромки. К метчикам можно отнести также различные
патроны для внутренних резьб, в которых обеспечивается отвод гребенок
после нарезания. Подача sz, как и у протяжек, зависит от конструкции ра-
бочей части.
Плашки (рис. 1,с) —режущий инструмент для нарезания наружной
резьбы, выполненный в виде закаленной цельной или разрезанной гайки
с прорезями, образующими режущие кромки. Различают плашки для наре-
зания (нарезные) и для накатывания (накатные) резьбы. К группе плашек
можно отнести резьбонарезные и резьбонакатные самооткрывающиеся го-
ловки для наружных резьб. Как и у метчиков, подача s_ определяется кон-
струкцией плашки или соответствующей гребенки у головки.
Долбяки (рис. 1,у) — инструменты, предназначенные для нарезания реек,
цилиндрических зубчатых колес и других сложных профилей на зубодол-
бежных станках. Долбяки имеют форму зубчатых колес, снабженных зубь-
ями, имеющими передние у и задние а углы.
Комбинированные инструменты (рис. 2,а) представляют собой соедине-
ние двух или нескольких различных или однотипных режущих инструмен-
тов в один для снижения машинного времени обработки заготовки за счет
совмещения нескольких операций или переходов в один (на рисунке треу-
гольниками обозначены обрабатываемые поверхности). На рис. 2,6 пока-
заны соответствующие вставки, применяемые в автоматизированном про-
изводстве (с настройкой длины L вне станка).
Конечно, все виды режущих инструментов в зависимости от назначения
могут принимать самые различные формы и иметь самые разнообразные
углы а и у. На рис. 1 и 2 показаны лишь основные виды режущих инстру-
ментов, которые в зависимости от назначения могут быть различной кон-
струкции. В гл. 14 дано дополнительно несколько специфических видов
слесарно-монтажных режущих инструментов: зубила, крейцмейсели, ножо-
10
р„с 2 ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ АВТО-
МАТОВ, АВТОМАТИЧЕСКИХ
ЛИНИЙ И СТАНКОВ С ЧПУ:
а — комбинированный со схемой
обработки; б - резцовые вставки
вечные полотна и т. д. Режущие
инструменты часто классифици-
руют также по видам обрабаты-
ваемых поверхностей.
Инструменты для обработки
различных наружных поверхно-
стей (плоскостей, поверхностей
тел вращения, пазов, уступов и
т. д.). К этим инструментам
можно отнести резцы, протяжки
для наружного протягивания,
напильники, фрезы, шлифоваль-
ные круги и т. д.
Инструменты для обработки
отверстий: сверла, зенкеры, раз-
вертки, расточные резцы, про-
тяжки для внутреннего протяги-
вания, шлифовальные круги и
т. д.
Инструменты для обработки
резьбы: резьбовые резцы, резь-
бовые фрезы, метчики, плашки,
резьбонарезные самооткрываю-
щиеся головки, метчики и патроны, резьбошлифовальные круги, накатные
ролики и плашки и т. д.
Инструменты для разрезания материала: дисковые пилы, ножовочные
полотна, ленточные и ценные пилы, тонкие абразивные и алмазные круги,
отрезные резцы.
Инструменты для обработки зубчатых поверхностей (зуборезные ин-
струменты): дисковые модульные и пальцевые модульные фрезы, чер-
вячные зуборезные фрезы, долбяки, гребенки, шеверы и т. д.
§ 3. ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ
Любой из режущих инструментов—резец, сверло, развертка, протяжка, на-
пильник или фреза, несмотря на их совершенно различную форму, имеет
одинаковые по назначению части. Каждый из этих инструментов имеет
так называемую рабочую часть,снабженную одной или несколькими режу-
щими кромками; резец имеет одну главную режущую кромку, сверло—-
Две главные режущие кромки, развертка, протяжка, напильник и фреза—
много режущих кромок. У большинства режущих инструментов рабочую
часть можно разбить на.две — режущую, па долю которой приходится ос-
новная работа по снятию стружки, и калибрующую, предназначенную для
11
зачистки обработанной поверхности и направления инструмента в работе.
Но не у всех инструментов можно разделить рабочую часть на режущую
и калибрующую; сверло, развертка, протяжка имеют режущую и кали-
брующую части, а резец, напильник и фреза не имеют калибрующей части.
Рабочая часть инструмента является главной, поэтому в конструирова-
нии основное место занимает определение формы и размеров этой части
инструмента. Рабочая часть инструмента предназначена для снятия струж-
ки с обрабатываемой заготовки, вторая'часть любого инструмента — это
соедините.тиал (зажимная) часть. Ее назначение заключается в передаче
сил, развиваемых станком, к рабочей части инструмента. У резца соедини-
тельной частью служит стержень, который зажимают в резцедержатель
станка, у сверла и развертки — хвостовая часть (конусная или цилиндриче-
ская), у протяжки — хвостовая часть, которую вставляют в патрон протяж-
ного станка, у насадной фрезы — отверстие со шпоночным пазом, которым
фрезу насаживают на оправку фрезерного станка и т. д. Если рабочая
часть инструментов совершенно одинакова, то для использования их на
различных станках и в различных условиях инструменты снабжают раз-
личными по конструкции соединительными (зажимными) частями. Напри-
мер, сверло может иметь хвостовую часть с конусом для закрепления в ко-
нусном отверстии шпинделя сверлильного станка; цилиндрическую хвосто-
вую часть для закрепления в патроне и т. д.
Разнообразие форм соединительных частей нежелательно, так как чем
больше различных конструкций соединительных частей инструмента с оди-
наковой рабочей частью, тем труднее обеспечить снабжение инструментом
и наладить изготовление инструмента в крупносерийном и массовом по-
рядке.
§ 4. ЗАДАЧИ КОНСТРУИРОВАНИЯ
Под конструированием понимают определение формы рабочей части ин-
струмента с учетом наивыгоднейших условий резания; назначение наибо-
лее целесообразного материала рабочей части; составление рабочего чер-
тежа инструмента с указанием всех размеров как рабочей, так
и соединительной части инструмента; составление технических требований
(условий), которым должен удовлегворять инструмент (допуски на раз-
меры, допустимые шероховатости отдельных поверхностей, необходимая
твердость элементов рабочей и соединительной части и т. д.).
Работа конструктора инструмента часто тесно связана с работой техно-
лога, определяющего, каким методом и с помощью каких инструментов
будет обрабатываться деталь, для которой конструируют инструмент.
Конструктор должен также учитывать технологию изготовления самого
режущего инструмента. Например, если канавки сверла будут получать
с помощью шлифовального круга, должен быть определен профиль этого
круга.
Процесс резания зависит от большого числа факторов, и конструктору
иногда необходимо создать несколько вариантов конструкций и выбрать
лучший после испытания их в работе. При конструировании режущего ин-
струмента возникают две различные задачи.
1. Конструирование специального режущего инструмента для опреде-
12
лепных условий работы. При этом мы имеем дело с точно заданными ус-
ловиями резания (обрабатываемый материал, скорость резания, подача,
глубина резания, шероховатость поверхности и т. д.).
2. Конструирование режущего инструмента общего назначения для не-
определенных условий работы. Такая задача может возникнуть при проек-
тировании стандартного инструмента для неопределенного потребителя.
При этом создают инструмент для некоторых средних условий работы.
§ 5. РАБОЧАЯ ЧАСТЬ
Любой режущий инструмент снимает стружку только в том случае, если
его режущая кромка перемещается относительно обрабатываемой заготов-
ки. Перемещение это может происходить по заданной траектории и осу-
ществляется механизмом подачи станка или вручную. Обычно относитель-
ное движение режущей кромки получается в результате сложения
абсолютных движений инструмента и заготовки. Например, при обточке
резцом какой-либо цилиндрической поверхности на токарном станке про-
исходят два движения: первое — вращательное движение заготовки вокруг
своей оси и второе — поступательное движение — подача резца вдоль оси.
Траектория перемещения режущей
кромки относительно детали будет
представлять собой в этом случае
винтовую линию (рис. 3,а). Если рас-
смотреть все движения, которые осу-
ществляются на станках, то увидим,
что эти движения складываются из
поступательных и вращательных дви-
жений. Комбинации этих движений
и дают нам так называемые кинема-
тические схемы резания. Проф.
Г. И. Грановский разбивает всемного-
образие движений на раз личных метал-
лорежущих станках на отдельные
группы: первая — одно прямолиней-
ное движение; вторая — два прямоли-
нейных движения; третья — одно вра-
щательное движение; четвертая — од-
но вращательное и одно прямолиней-
ное движение; пятая — два вращатель-
ных движения; шестая — два прямо-
линейных и одно вращательное движе-
ние; седьмая — два вращательных и
одно прямолинейное движение и т. д.
Рис. 3. КИНЕМАТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ РЕ-
ЗАНИЯ:
° — схема резания при точении; б — схе-
ма движения резца при строгании;
в — изменение углов а и у при наклоне
траектории на угол р
13
Каждая из этих групп может иметь одну или несколько комбинаций,
например во второй группе могут быть два взаимно перпендикулярных
прямолинейных движения, два направленных под любым углом прямоли-
нейных движения и т. д. -
Все станки осуществляют одну из комбинаций движений. Следует отме-
тить, что не все теоретически' возможные комбинации использованы
в станках. Разберем некоторые из применяемых схем резания.
1. Одно прямолинейное движение. По этой схеме происходит, напри-
мер, работа па протяжном станке.
2. Одно вращательное и одно прямолинейное движение: результирую-
щая траектория относительного движения—винтовая линия. По этой схе-
ме работают Токарные, сверлильные и другие станки. Рассмотрим два слу-
чая применения резца. Резец (рис. 3,6), установленный на строгальном
станке, движется прямолинейно со скоростью v и срезает слой а металла.
Обозначим: а — задний угол резца, у — передний угол и 8 — угол резания.
Что произойдет с углами резца, когда он начнет двигаться, изменятся ли
эти углы? Конечно нет, так как траектория движения представляет собой
прямую и лежит в плоскости резания АВ.
Другое применение резца показано на рис. 3, в. В этом случае траекто-
рия относительного движения отклоняется от плоскости.резания (линия
АВ), так как кроме прямолинейного движения в горизонтальном направле-
нии со скоростью v резец движется в вертикальном направлении с подачей
s. Изменятся ли углы резца во время движения? Конечно, изменятся. Пло-
скость резания в данном случае отклонится и займет положение CD, зад-
ний угол в рабочем положении ар = а — р, а передний угол в рабочем по-
s
ложении у =у + р. Угол р можно определить по tgp=—.
v
При дальнейшем изложении будем различать углы инструмента в ста-
тическом положении (углы геометрического тела) и углы инструмента
в рабочем положении с учетом траектории относительно движения. Задним
углом ар в рабочем положении будем называть угол между касательной
к траектории движения и касательной к задней поверхности инструмента.
Передним углом ур в рабочем положении будем называть угол между нор-
малью к траектории и передней поверхностью инструмента в данной точке
режущей кромки. В большинстве случаев эти углы мало отличаются от
углов в статическом положении, так как угол наклона р траектории мал.
Однако бывают случаи, когда угол р имеет большую величину и углы а
и у изменяются значительно, например при работе затыловочного резца.
Важнейшим показателем, характеризующим работу, режущего инстру-
мента И его потенциальные возможности, следует считать суммарную дли-
ну Lc одновременно работающих режущих кромок: Lc=lezoa, где
1е — длина единичной кромки одного зуба инструмента, лод — макси-
мальное число одновременно работающих зубьев инструмента (число
резцов при многорезцовой наладке станка). Для получения наибольшей
суммарной длины режущих кромок есть два пути:
1) максимально увеличивать длину 1е режущей кромки единичного зу-
ба,—так и делают, когда заменяют обычный проходной резец фасонным;
£ увеличенной 1е;.
14
2) повышать число год одновременно в данный момент работающих
зубьев инструмента, т. е. увеличивать число зубьев, например, у торцовых
(Ьрсз, дисковых пил; применять вместо одного резца многорезцовую на-
ладку. Чтобы определить сравнительную производительность инструмента
для оценки разных вариантов конструкций инструмента, следует:
а) при черновой обработке производительность оценивать по объему
снятой в минуту стружки: Q = vale где Q - производительность, см3/мин;
и - скорость резания, см/мин; а — толщина среза, см; Lc — суммарная дли-
на одновременно работающих режущих кромок, см;
б) при чистовой обработке производительность оценивать по величине
(площади) поверхности, обработанной инструментом в одну минуту: F =
= vlc, где F — площадь обработанной поверхности, см2; v — скорость реза-
ния, см/мин; Lc — суммарная длина одновременно работающих режущих
кромок, см.
Применяя эти показатели, можно расчетно сравнивать варианты и вы-
бирать наиболее производительные конструкции инструмента или всей ин-
струментальной наладки.
Схема срезания припуска очень важна при конструировании инструмен-
та, так как процесс резания можно изменить путем изменения схемы среза-
ния припуска. При свободном резании (рис. 4, а) стружка имеет одинаковую
толщину, по всей ширине, свободно завивается в спираль, в кольца. Тол-
щина а среза по всему сечению одинакова и соответствует подаче s (на
один двойной ход — при строгании, долблении и т.д.; па один оборот
шпинделя — при точении, растачивании, сверлении и т.д.; на один зуб—
при фрезеровании, протягивании и т. д.). Случай свободного резания суще-
ствует в практике и является самым благоприятным для процесса резания;
к нему стремятся конструкторы, когда это возможно (например, в протяж-
ках переменного резания).
Более распространен случай (рис. 4,6), когда толщина среза а в основ-
ном одинакова, однако у вершины зуба инструмента благодаря радиусу
R закругления вершины толщина а среза переменна и становится равной
нулю на самой вершине стружки в точке А.
При несвободном резании стружка завивается неравномерно, и виток
стружки имеет несколько конусную форму. На рис. 4, в показан случай,
когда зубья инструмента имеют стружкоделительные канавки и каждый
последующий зуб срезает стружку, имеющую ребро жесткости Б (толщина
среза равна 2 а). Случай этот менее благоприятен, но, к сожалению, его
приходится применять довольно часто (при профильной схеме протягива-
ния, в цилиндрических фрезах со стружколомательпыми канавками и т. д.).
При очень неблагоприятном случае несвободного резания (рис. 4, г)
образуется сталкивающаяся стружка. Очень толстые в отдельных сечениях,
неравномерные по всей ширине среза, очень жесткие, коробчатые стружки
отделяются с затруднением. Однако большинство зуборезных инструмен-
тов работает именно по таким схемам срезания припуска, поэтому прихо-
дится разделять работу инструмента на черновую и чистовую; я послед-
нем случае при pa6oie образуемся гонкая сгружка, жесткость которой не
так высока.
Выбор способа обработки, а следовательно, и типа инструмента решает
обычно технолог, когда он намечает в технологическом процессе изгото-
15
Рис. 4. СХЕМЫ СРЕЗАНИЯ ПРИПУСКА:
и — свободное резание и отделение стружки; б — резание одной кромкой с радиу-
сом R; в — резание кромкой, имеющей стружколомательную (стружкоразделительную)
канавку; г — при работе червячной фрезой, долбяком и т. д.; д — при нарезании
резьбы метчиком; е — при нарезании резьбы резцом (подача перпендикулярна оси
резьбы); ж — при нарезании резьбы резцом подача параллельна стороне профиля
резьбы; з — при профильном протягивании с топкими стружками; и — при прогрес-
сивном протягивании с толстыми стружками
вления детали тот или иной вид инструмента. Конструктору предлагают
определенную кинематическую схему резания и определенный тип инстру-
мента, но каждый тип инструмента может иметь различную схему распре-
деления нагрузки. Допустим, намечено изготовить резьбу на валике на то-
карном станке с помощью гребенки. Заготовка валика будет обработана
по наружному диаметру, и гребенкой надо нарезать резьбу. Можно раз-
личными способами срезать материал впадины. На рис. 4, Э показано сре-
зание параллельными стружками, на рис. 4,е — срезание постепенным
углублением, на рис. 4, ж — срезание параллельными стружками при дви-
16
ении резца параллельно одной стороне профиля резьбы. Каждый из ука-
занных способов срезания имеет свои преимущества и недостатки, и кон-
дуктор инструмента должен уметь выбрать наиболее выгодный вариант.
Предположим, необходимо обработать отверстие в заготовке с по-
мощью протяжки. Общий припуск распределяют на ряд концентричных
тонких слоев, и каждый зуб протяжки будет срезать такой концентричный
слой по всей окружности (рис. 4,з). Стружка будет сниматься по всей
окружности, но очень тонкая. Можно тот же самый припуск срезать сразу
(рис. 4, и). Так как очень глубокий слой трудно срезать, протяжку делают
не гладкую, а с зубцами. На рисунке заштрихованы участки, которые сре-
жет первый зуб протяжки; следующий срежет незаштрихованные участки.
Таким образом, стружка будет толще, но будет сниматься узкими
лентами.
Выбор материала инструмента. В табл. 1 показаны противоречивые тен-
денции двух главных свойств инструментальных материалов — твердости
и ударной вязкости..
Большое значение при выборе материала имеет его стоимость. Напри-
мер, быстрорежущая сталь стоит в 10—15 раз дороже углеродистой,
а твердый сплав значительно дороже быстрорежущей стали. Конечно, бы-
строрежущая сталь более стойкая и более прочная, чем углеродистая ин-
струментальная, она дает возможность работать с более высокой ско-
ростью резания, но совершенно неправильно применять быстрорежущую
сталь для изготовления всех инструментов. Например, ручной метчик или
ручная развертка работают с низкой скоростью резания, и при этих усло-
виях высокая стойкость и износостойкость быстрорежущей стали пол-
ностью не будут использованы. Однако не всегда инструменты, работаю-
щие с невысокими скоростями резания, изготовляют из углеродистых
и легированных сталей. Очень часто протяжки, развертки и т. п., а иногда
и ручные инструменты (шаберы), целесообразно изготовлять из быстроре-
жущей стали и даже из твердых сплавов.
Приведем другой пример. Червячная фреза — инструмент, очень
сложный в обработке, он должен иметь высокую точность и стойкость.
Можно ли такой инструмент изготовлять из углеродистой стали? Конеч-
но, не следует, так как приходится шлифовать ее профиль, а углеродистую
сгаль шлифовать по профилю трудно, потому что даже при незначитель-
ном нагреве поверхностный слой отпустится, потеряет твердость, и фреза
не будет пригодна к работе; будет низкая теплостойкость.
Какие же основные свойства материала для инструмента следует
различать?
1. Теплостойкость, т. е. свойство инструмента сохранять твердость ре-
жущих кромок при нагревании их во время работы. Высокая теплостой-
кость обеспечивает производительную работу. Углеродистые и легиро-
ванные инструментальные стали имеют температуру наивысшей стойкости
соответственно в пределах 200 — 250'С. Дальнейшее повышение темпера-
туры вызывает размягчение режущей кромки и ее катастрофический износ.
Быстрорежущие стали можно нагревать в процессе резания до тсмпера-
£Уры 550—600’С. Дальнейшее нагревание вызывает потерю твердости.
Твердые сплавы, а также алмазы можно нагревать до температуры
"00— 1000‘ С без значительной потери твердости.
17
1. Сравнительный обзор инструментальных н абразивных материалов (тенденция повышения твердости и снижения вязкости)
Химический
состав
Наименование
Твердость, ктс/мм-
Химический
состав
Наименование
Твердость, кгс/мм-
Инструментальный материал
Абразивный материал
С Углерод кубический Алмаз технический Кристальный (природный) Алмаз синтетиче- ский поликристал- лический типа бал- лас и карбонадо 10600-10000 я
На основе куби- ческого нитрида бора Эльбор - Р (поли- кристаллический) U - о у ч 2 9250-8000 £ g ° со о у
На основе А1.О, Минералокерамика ' X = 3000—2400 3 з 3 з СО S о
С - углерод W — вольфрам Со — кобальт Ti - титан Та — тантал Nb — ниобий Твердый сплав групп: ВК — вольфрамо- карбидные, ТК - титановольф- рамокарбидные. ТТК — титанотан- талово льфрамокар- бидные Е 1800-1500
с Углерод кубический Алмаз: природный — А синтетический - АС 10600-10000 я
BN кубический нитрид бора Эльбор — н 9250-8000 § о- и и U
в4с Карбид бора 4500-4000 | я
SiC Зеленый карбид кремния Марка е
Марка старая новая
— 64С 3600-3300
К39 63С
К38 63С
К37 63С
К36 63С
К35
Продолжение табл. '
Химический состав Наименование Твердость, кгс/мм- Химический состав Наименование \ Твердость, кгс/мм2 1 1
Инструментальный материал Абразивный материал
W— вольфрам Сг — хром V - ванадий Мо — молибден и др. Быстрорежущие стали 1000-800 SiC Черный карбид кремния 3600-3300
Марка старая Марка новая •
— 55С
К48 54С
К47 53С
К45 —
С - углерод Сг — хром Si — кремний W - вольфрам V — ванадий и ДР- Легированные инструментальные стали 950-750 я Повышение вязкости А1,О3 Моноко Марка старая рунд Марка новая 2400-2300 Повышение вязкости 1 1 S1
М8 45А
— 44А
М7 43А
Fe — железо С - углерод и др. Углеродистые инструментальные стали с 850-600 й О А1,О3 Белый элект Марка старая зокорунд Марка новая 7 о овышение твердо'
— 25А
Fe — железо С - углерод Малоуглеродистое железо (мягкая сталь) X X 200 и ниже 3 3 _ ... О
Э9А 24А
99 23А
98 22А
Си - медь Sn — олово н др. Бронза с А1,О3 Нормал электрок Марка старая ьный орунд Марка новая с 2000-1900
— 16А
95 15А
94 14А
ЭЗ 14А V
92 13А
- 12А
2. Износостойкость, т. е. способность режущей кромки сопротивляться
истиранию. Исследования показывают, что износостойкость различных
сталей различна. Наименее стойки в отношении износа инструментальные
углеродистые стали, затем идут быстрорежущие стали. Износостойки
твердые сплавы, минералокерамика, алмазы, эльбор.
3. Неизменяемость формы и размеров при термической обработке. Это
свойство важно только для инструментов, профиль зуба которых не шли-
фуется (например круглые плашки, ручные метчики). Часто это свойство
определяет назначение стали для того или иного инструмента. Чем боль-
ше масса инструмента, тем больше по величине деформации. В отношении
неизменяемости формы лучшие результаты показывают легированные ста-
ли типа ХВГ, ХВСГ и т. д. Наименьшую деформацию при термообработке
дают хромистые стали, наибольшую — углеродистые. Изделия из быстро-
режущей стали также несколько меняют размеры при термической обра-
ботке, однако обычно их затем шлифуют.
4. Глубина прокаливаемости стали. При закалке не все стали прокали-
ваются насквозь по всему сечению. Это -зависит не только от химического
состава, но и от величины зерна стали. Углеродистая сталь одного и тою
же химического состава, но с различным по величине зерном имеет раз-
ную глубину прокачиваемости. Для некоторых видов инструментов необ-
ходима сквозная закалка (например, для сверл); для других видов инстру-
мента сквозная закалка не обязательна, например, метчик или разверт-
ка могут иметь твердую поверхность режущих перьев и мягкую
незакаленную сердцевину. Углеродистые стали только, при небольших раз-
мерах инструмента дают сквозную прокалку. На крупных сечениях они не
дают сквозную закалку. Хромистые легированные стали дают сквозную
закалку даже при крупных сечениях. Быстрорежущие стали также прокали-
ваются насквозь.
5. Склонность к обезуглероживанию поверхностного слоя, т. е. склон-
ность к уменьшению процентного содержания углерода на поверхности.
Углеродистые стали мало склонны к обезуглероживанию; быстрорежущие
стали и некоторые легированные склонны к обезуглероживанию.
6. Механические свойства — предел прочности, сопротивление изгибу
и пр. имеют значение, но оценка и выбор материала с этой точки зрения
производится редко.
7. Обрабатываемость — существенное свойство инструментального ма-
териала. Не все стали одинаково обрабатываются. Углеродистые стали хо-
рошо обрабатываются резанием, но встречаются затруднения при шлифо-
вании и заточке профилей, особенно у резьбовых и зуборезных инструмен-
тов, так как при шлифовании в зоне касания шлифовального круга
возникает высокая температура, и поверхностный слой инструмента нагре-
вается. Это приводит к потере твердости поверхностного слоя. Хромистые
легированные стали обрабатываются резанием несколько хуже, шлифова-
нием — несколько лучше, чем углеродистые стали. Быстрорежущая сталь
Р6М5 резцом обрабатывается несколько лучше, чем хромистая сталь,
и шлифуется довольно хорошо. Этим объясняется применение стали Р6М5
для инструментов со шлифованным профилем. Твердые сплавы спекают
и затем только шлифуют, причем шлифуются они хорошо только ал-
мазными кругами и хуже — кругами из карбида кремния.
20
Рис. 5. УГЛЫ РЕЖУЩЕЙ ЧАСТИ
ИНСТРУМЕНТА
Рис. 6. ФОРМА ПЕРЕДНЕЙ ПОВЕРХ-
НОСТИ ИНСТРУМЕНТА:
а — плоская с накладным струж-
коломателем и отрицательным
углом у; б — то же, с положитель-
ным углом у; в — с порожком;
г — с отрицательной фаской f
и накладным сгружколомате-
лем; д — с лункой и отрицатель-
ной фаской f; е — с лункой при
положительном угле у; ж — с
двойной лункой; з — с тройной
лункой
Геометрия режущей части. Всякий режущий инструмент имеет на рабо-
чей части одно или несколько лезвий. Различают однолезвийпые (напри-
мер, резцы) и многолезвийные (сверла, фрезы и т. д.) инструменты.
Каждый зуб инструмента можно рассматривать как отдельный резец со
всеми присущими последнему геометрическими параметрами (рис. 5) (под-
робно см. []]). Главные из них: задний угол а, передний угол у, главный
Угол в плане <р, вспомогательный угол в плане <рь угол наклона режушей
кромки X. Имеет значение также форма передней поверхности (рис. 6).
Плоские поверхности для хорошего дробления стружки при обработке вяз-
ких материалов снабжают накладными стружколомателями, порожками
11 радиусными лунками.
Схема заточки зуба инструмента. Переточка зуба инструмента за-
ключается в снятии с него слоя металла, изношенного в процессе резания
(Рис. 7). Переточка может быть произведена по одной задней поверхности
(рис. 7, д); по одной передней поверхности (рис. 7,6); одновременно по за-
21
Рис. 7. СХЕМЫ ЗАТОЧКИ ЗУБЬЕВ ИНСТРУМЕНТА
дней и передней поверхностям (рис. 7, в); переточку можно заменить пере-
становкой, как это и делают при многогранных пластинах (рис. 7, г).
Применение того или иного метода заточки или перестановки обусло-
вливается конструкцией инструмента и условиями его эксплуатации.
К условиям, которые заставляют конструктора применить тот или mioi
метод переточки или отказаться от нее, относятся следующие: 1) характе]
износа: у одних инструментов (например, у быстрорежущих резцов прг
обработке стали) износ по передней поверхности имеет большее зна
чение; у других инструментов (например, у фасонных фрез) зуб изнаши
Бается значительно больше по задней поверхности; 2) необходимость со-
хранения формы режущей кромки инструмента при переточках; 3) воз
можность сохранения размеров инструмента после переточки (диаметре
длины, ширины и т. д.).
Если при заточке зуба инструмента по задней поверхности (рис. 7,с>
снять слои толщиной А/, то диаметр уменьшится на величину AD =------
(в этом легко убедиться, рассмотрев треугольник АВС).
Если при заточке зуба инструмента по передней поверхности (рис. 7,6)
сиять слой А/, то диаметр уменьшится на величину AD = 2А/ tg а. Сравш
2А/
вая, получим, что всегда----> 2А/ tg а (преобразуя, получим условие 1 $
cos а
Следовательно, изменение диаметра инструмента с зубьями, затачи-
ваемыми по передней поверхности, будет всегда меньше при условии оди-
накового снимаемого слоя А/. Затачивание по передней поверхности даег
возможность сохранить профиль инструмента при переточках, что особен-
но важно для инструментов, имеющих сложный профиль зуба (напримс)
червячных фрез, дисковых фасонных фрез, фасонных резцов). Такой зу
имеет определенную форму задней поверхности (затылка) и носит назва^
ние затылованного.
Принятый метод затачивания по задней или передней поверхности
определяет основные геометрические размеры зуба инструмента и его фо]«
му. Рассматривая условия работы инструмента конструктор выбирает со-
ответствующий метод затачивания, а следовательно, форму зуба. Так как
износ режущего инструмента протекает, хотя и в разной степени, как по
передней, так и по задней поверхностям, то в тех случаях, когда имеет ме-
22
Рис. 8. ВИДЫ РАЗМЕЩЕНИЯ СТРУЖКИ:
а — в открытом пространстве; б — в
каналах для отвода стружки; в — в закрытом
пространстве
сто интенсивный износ по обоим поверхностям (у обдирочных резцов
и т. д.), принимают комбинированный метод затачивания инструмента,
т. е. по задней и передней поверхностям одновременно.
В настоящее время в инструментах из твердых сплавов, повторная за-
точка которых затруднительна, широко применяют многогранные пла-
стины из твердого сплава, закрепляемые в корпусе инструмента механиче-
ским путем. Переточка режущих пластин после затупления не предусма-
тривается, пластина имеет несколько граней, и ее переворачивают по мере
затупления грани. Во время резания происходит интенсивное стружкообра-
зование. Непременное условие хорошей работы режущего инструмента
беспрепятственный отвод стружки от режущей кромки и достаточное про-
странство для размещения стружки. Хороший отвод стружки улучшает ус-
ловия передачи тепла, образующегося при резании, уменьшает параметры
шероховатости; так как стружку не захватывают следующие зубья инстру-
мента, она не забивает пространство перед режущей кромкой и не портит
обработанную поверхность. Пространство перед режущей кромкой может
быть трех видов.
1- Под открытым пространством понимается такой вид размещения
стружки (рис. 8,д), при котором отделение и дальнейшее движение стружки
от режущей кромки инструмента происходят свободно. Например, при ра-
боте проходного токарного резца стружка, не встречая препятствий на
23
своем пути, свободно отделяется. При обтачивании с высокими скоростя-
ми часто приходится создавать устройства для того, чтобы вынуждать
сливную стружку или завиваться отдельными кольцами, или ломаться.
Для этой цели делают специальные сгружколоматели в виде ступеней на
передней поверхности резца или в виде лунки, а также сгружколоматели
других конструкций, которые обеспечивают завивание стружки в мелкие
кольца.
2. Образующаяся стружка может отходить от режущей кромки по ка-
навкам в теле инструмента (рис. 8,6). В практике конструирования инстру-
мента встречаются как наружные канавки, так и внутренние каналы для
отвода стружки. Например, у спиральных сверл имеются два режущих лез-
вия, стружка от которых отводится по винтовым канавкам.
3, Под закрытым пространством для помещения стружки (рис. 8, в) ус-
ловимся понимать такое пространство для размещения стружки, при кото-
ром получаемая в процессе резания стружка не может свободно отводить-
ся и остается в канавке перед зубом. При движении протяжки или пилы
каждый ее зуб снимает стружку, которая может быть в зависимости от ха-
рактера обрабатываемого материала как сливной, так и стружкой надло-
ма. При обработке стали и других вязких материалов получается сливная
стружка, которая завивается в спираль;
Сливная стружка благодаря упругости не может быть завита плотно
без зазора между витками, поэтому занимает значительно больший объем,
чем объем снимаемого металла.
При обработке хрупких металлов образующаяся стружка надлома за-
нимает тоже больший объем, чем объем снимаемого металла, но благода-
ря тому, что эта сгружка рассыпается на мелкие частицы, объем, зани-
маемый ею, будет значительно меньше объема, занимаемого сливной
стружкой. Необходимый объем канавок для отвода стружки
К:тр = Еме17с,
где Рмет—объем снимаемого металла, к — коэффициент объемного увели-
чения стружки.
В свою очередь, объем снимаемого металла К,Р = obL, где а — толщина
среза; Ъ — ширина среза; L—длина обрабатываемой поверхности детали
(или длина дуги контакта зуба инструмента с деталью). Следовательно,
объем, занимаемый стружкой, Кстр = kabL.
Объем рабочей части впадины зуба (рис. 9) при обработке металлов,
дающих сливную стружку, должен быть равен объему, занимаемому
стружкой: = Ктр- Объем Едоп в размещении сливной стружки не уча-
ствует, и его не надо учитывать при определении объема впадины для вяз-
ких металлов. При обработке хрупких металлов, дающих стружку надло
ма, следует учитывать также и объем РдОп, так как стружка надлома может
свободно размещаться и в этой части впадины. Принимают обычгк
КЧоп = */з 1р- В формулу объема рабочего пространства для стружки входи
коэффициент к, который определяют опытным путем. При определении
объема впадины протяжек значение коэффициента к обычно принимают о;
2 до 6.
При конструировании обязательно определение достаточного простран
ства для помещения стружки. Если сгружка при недостаточном объеме ка-
24
Рис. 9. ПРОСТРАНСТВО, ЗАНИМАЕМОЕ СТРУЖКОЙ ВО ВПАДИНЕ ЗУБА
Рис. 10. ПОДВОД ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ У СВЕРЛА С ОТВЕРСТИЯМИ
иавки инструмента спрессуется, это обязательно послужит причиной по-
ломки зуба инструмента. Особенно важное значение имеет определение
достаточного объема для стружки у инструментов для обработки отвер-
стий, комбинированных инструментов, протяжек, пил, фрез, метчиков
и т. д. В отдельных случаях конструктор инструмента для лучшего отвода
стружки предусматривает принудительный ее отвод. Стружку можно отво-
дить струей охлаждающей жидкости при наличии специальной формы ка-
навки и угла наклона ее. Например, при конструировании гаечных метчи-
ков можно соответствующих! наклоном канавок заставить стружку идти
в нужном направлении. Процесс образования и отделения стружки сопро-
вождается выделением значительного количества тепла при деформации
металла. Это тепло может послужить причиной износа режущей кромки,
так как повышение температуры режущей кромки выше определенного
предела приводит к резкому снижению твердости материала инструмента.
При конструировании рабочей части инструмента необходимо обеспе-
чить у проектируемого инструмента отвод тепла от режущей кромки.
В резцах это достигается созданием определенных углов режущей части
(заднего а, переднего у, угла в плане <р) и, кроме того, подводом охла-
ждающей жидкости. При конструировании более сложных инструментов
приходится обеспечивать отвод тепла достаточными размерами тела зуба
инструмента, а также системой каналов для подвода охлаждающей жидко-
сти к режущим кромкам. Примером такой конструкции может служить
конструкция комбинированного сверла-зенкера с каналами для подвода
охлаждающей жидкости (рис. 10).
Прочность и жесткость зубьев рабочей части инструмента. Силу Г, дей-
ствующую на режущую кромку, удобно разложить на составляющие Рх,
Ру Л:, действующие по осям координат. Тогда в общем виде
Рх = СР/лЛ; Ру = CrtPysP>-, Рг = CPtxP^,
где t — глубина резания, мм; s — подача, мм/об;‘ СР, СР, СР_ —
коэффициенты, характеризующие обрабатываемый материал; хР, хР,
Хрг> Урх, yPf, уР — показатели степени при t и $. Входящие в уравнение
коэффициенты и показатели степени приведены в соответствующих спра-
вочниках и нормативах. Равнодействующая сила Р= j/p2+p2+p2.
25
Рнс. II. СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮ-
ЩИЕ НА ЗУБ ИНСГ-
РУМЕНТА
На рис. 11 схемати-
чески показаны стрелками
напряжения в режущей
части инструмента, имею-
щей форму бесконечного
клина при воздействии
силы резания Р. При об-
работке образуются на-
пряжения не только сжа-
тия, но и растяжения. Ве-
роятное направление тре-
щины, возникающей и
зоне растяжения, показано
идет примерно параллельно
задней поверхности инструмента). Если переднюю поверхность образовать
на инструменте с отрицательным углом — у, то напряжений рас-
тяжения практически не будет; останутся только напряжения сжатия
от силы Р, и зуб инструмента будет более прочным (это частично
используют в инструментах из более хрупких материалов—твердых спла-
вов, минералокерамики, алмазов, эльбора и т. д.).
Расчет прочности, жесткости и устойчивости режущего инструмента
сложен. Во-первых, прочностные характеристики закаленных инструмен-
тальных сталей (в том числе быстрорежущих), а также твердых сплавов
в связи с их высокой хрупкостью очень трудно поддаются точному опре-
делению. Во-вторых, форма (особенно рабочей части) инструмента слож-
ная, и обычно конструктор имеет дело со сложным сопротивлением. В-
третьих, при работе режущего инструмента силы резания могут резко
увеличиваться по сравнению с расчетными по причинам затупления, увели-
чения радиуса закругления режущей кромки или изменения глубины реза-
ния. Наиболее правильной формой определения прочности является опыт-
ная проверка инструмента, изготовленного с соблюдением всех технологи-
ческих требований.
Хрупкое разрушение (по данным канд техн, наук Б. П. Прибылова) на-
ступает при увеличении максимального растягивающего напряжения до
величины <тк, называемой пределом хрупкой прочности или сопротивле-
нием отрыву. Эта величина составляет около 0,6—0,8 о изгиба и колеблет-
ся для термически обработанных быстрорежущих сталей в пределах
200 — 260 кгс/мм2, для углеродистых и легированных сталей соответствен-
но 200 — 230 кгс/мм2, для вольфрамомолибденовых твердых сплавов
(группы ВК) 70—85 кгс/мм2, вольфрамотитанокобальтовых (группы ТК)
около 55 — 75 кгс/мм2.
Поскольку инструмент при работе нагревается, величина хрупкой про-
чности стк может очень сильно снижаться, и приходится принимать невысо-
кие расчетные допускаемые напряжения. Так, для инструментов из быстро-
режущих сталей их рекомендуют в следующих пределах: на растяже-
ние — от 20 до 40 кгс/мм2, на изгиб — от 15 до 30 кгс/мм2, на смятие — от
26
рис. I2-
40 до 60 кгс/мм2, на кручение от 10 до 15 кгс/мм2. При расчете моно-
литных твердосплавных инструментов из твердых сплавов группы ВК до-
пускаемые напряжения принимают: на изгиб от 15 до 20 кгс/мм2, на смя-
тие от 80 до 100 кгс/мм2, на кручение — от 10 до 15 кгс/мм2.
Практическая ценность расчета на прочность снижается еще потому,
что трудно учесть в расчете изменения сил, которые происходят даже при
небольшом затуплении режущих кромок, а также изменения, связанные
с неравномерной нагрузкой на зубья инструмента (например, при биении
фрезы по режущим кромкам часть зубьев вообще не участвует в работе,
и увеличенная нагрузка приходится на последующие зубья фрезы). Слож-
нее рассчитать режущий инструмент на жесткость и вибрации. Обычно
в особо сложных и ответственных случаях испытывают несколько раз-
личных опытных вариантов конструкции и выбирают лучший из них.
•На прочность инструмента большое влияние оказывает термическая
обработка. При закалке инструмента сталь получает значительные вну-
тренние напряжения, которые могут привести к трещинам и разрушению.
Концентрация внутренних напряжений происходит в местах резких измене-
ний сечения. Острые углы и резкие переходы от сечения к сечению совер-
шенно недопустимы. Они снижают прочность в несколько раз и приводят
к трещинам и разрушению инструмента в процессе термической обработ-
ки. Конструктор должен избегать резких переходов и все острые углы,
кроме режущих кромок, должен закруглять.
При проектировании режущих инструментов, предназначенных для
обработки сложных и фасонных поверхностей, например резьбы, зубчатых
колес и т. д., необходимо определить форму и размеры режущей кромки,
так как форма режущей кромки будет обеспечивать получение заданной
фасонной поверхности. Фасонную поверхность можно обработать копиро-
ванием профиля инструмента и методом обкатывания.
Первый метод предусматривает получение профиля фасонной поверх-
ности за счет прямого копирования профиля инструмента (рис. 12,«); для
тела вращения в радиальном сечении профилем детали будет кривая АВС.
Профиль инструмента в плоскости передней грани должен быть очерчен
27
по кривой АВС, полученной от пересечения тела вращения поверхностно
передней грани. Следовательно, для определения формы режущей грани по
заданной форме детали необходимо найти линию пересечения двух по-
верхностей в пространстве — поверхности тела вращения и передней по-
верхности резца.
При получении заданной поверхности детали методом обкатывания
профиль детали будет огибающей последовательных положений кромки
инструмента.
Рациональное использование инструментального материала. При проек-
тировании инструмента не должны выпадать из поля зрения конструктора
все вопросы, связанные с экономичным расходом инструментальных мате-
риалов. В современном машиностроении широко распространены такие
конструкции режущего инструмента, у которых режущую часть выпол-
няют из быстрорежущей стали, твердых сплавов или сверхтвердых мате-
риалов, а'корпус —из конструкционной стали или менее дорогой инстру-
ментальной легированной стали. При проектировании таких режущих
инструментов возникает вопрос о правильном и надежном крсплешш но-
жа, пластины и. режущей части к корпусу инструмента.
Конструктор инструмента обязан представлять себе возможные техно-
логические процессы изготовления инструмента, их преимущества и недо-
статки, чтобы принять правильное решение. Например, важен метод кре-
пления режущих элементов (ножей, пластин и т. д.) к корпусу пли
к соединительной части. Самый лучший с точки зрения прочности и жест-
кости теплостойкости цельный (монолитный) инструмент. Однако высокая
стоимость инструментального материала заставляет делать его со-
ставным, сборным, сварным и т. д.
Выдержала проверку временем сварная конструкция инструмента: из
быстрорежущей стали режущая часть, и конструкционной — корпус или со-
единительная часть (например, хвостовик). Поскольку твердые сплавы, ми-
нералокерамику, алмаз, эльбор и другие сверхтвердые материалы обычно
приварить не удается, применяют напайной инструмент, где припой соеди-
няет режущие элементы (пластины, коронки и т. д.) с корпусом (хвостови-
ком, вставкой и т. д.). В их соединениях теплостойкость ограничивается
температурой, возможной для сохранения припоя.
В абразивном инструменте.режущий элемент (зерна различной формы)
закрепляют связкой керамической, бакелитовой, металлической и т. д.
в шлифовальных кругах, брусках, сегментах. Склейку (приклеивание клеем
режущего зерна, пластины, ножа и т. д. к корпусу, основе и т. д.) начинают
применять не только в абразивном инструменте, но и в режущем лезвий-
ном, стальном. Ограничивает применение этого метода прочность, тепло-
стойкость, водостойкость самого клея.
Необходимость экономии режущего инструментального материала,
особенно твердого сплава, привела к очень интересному направлению кон-
струирования инструментов, обладающему некоторыми преимуществами.
Сущность его заключается в том, что в отличие от применяемого ранее
«классического» крепления твердого сплава пайкой к державке, пластину
твердого сплава крепят к державке или корпусу инструмента механически-
ми зажимами. Важным моментом, который обусловил широкое распро-
странение механического крепления, было появление поворотных много-
28
13 ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ЧЕТЫ-
' РЕХГРАННЫХ НЕПЕРЕТА-
ЧИВАЕМЫХ ПЛАСТИН И
СХЕМЫ УСТАНОВКИ НА
РЕЗЦАХ:
а — пластина без заднего угла
и схема ее установки; б — плас-
тина с отверстием и радиусной
передней поверхностью и схема
её установки; в —пластина с
задним углом и схема ее уста-
новки
гранных пластин из твердого
сплава. Экономически это оказа-
лось весьма выгодным и полу-
чило широчайшее применение
во всем мире, так как твердый
сплав при этом способе исполь-
зуют экономно (используют
даже те части пластины, за кото-
рые ее зажимают). В настоящее
время в СССР имеются стандар-
ты на формы и размеры ме-
ханически закрепляемых твер-
досплавных пластин для режу-
щего инструмента и на их базе
могут быть созданы различные необходимые конструкции инструментов.
Развитие производства алмазных инструментов позволило резко расширить
области применения твердых сплавов для режущих инструментов, изготовить
которые ранее из твердых сплавов не представилось возможным
(например, метчики, мелкие сверла и т. д.).
Применение пластин с механическим креплением позволяет произво-
дить дополнительно износостойкое покрытие пластины карбидом титана
и нитридом титана; что обеспечивает повышение стойкости до 3—5 раз
(при напайке пластин твердого сплава такое покрытие невозможно).
Вначале уясним принцип работы пластины на примере четырехгранной
пластины по ГОСТ 19049 — 73 и ГОСТ 19052-73. Эту пластину можно
вставить в гнездо резца или фрезы, закрепить механическим зажимом
(рис. 13, а). Затем, по достижении определенного износа h по задней поверхно-
сти пластину можно повернуть в гнезде 3 раза, а затем, перевернув ее, ис-
пользовать еще 4 раза. Таким. образом, указанная пластина при
отрицательном переднем угле у при правильной ее эксплуатации может
дать восемь периодов стойкости без всяких переточек; дальше пластина
возвращается на завод твердых сплавов на переработку.
Четырехгранная пепер'етачиваемая пластина (ГОСТ 19052 — 73) имеет
Положительный передний угол и узкую отрицательную фаску f по перед-
ней поверхности. Такую пластину (рис. 13,6) можно без переточки исполь-
зовать только 4 раза, ио зато она позволяет работать с меньшими соста-
вляющими силами резания Рг. В ГОСТ 19050—73 дана четырем ранная
29
Рис. 14. УСТАНОВКА РЕЖУЩЕЙ НЕПЕРЕ НА-
ЧИНАЕМОЙ ПЛАСТИНЫ НА ОПОР
НОЙ ПЛАСТИНЕ С применением
НАКЛАДНОГО СТРУЖКОЛОМАТЕЛя
пластина для работы с положительным
передним углом у (без отрицательной
фаски). Такая пластина (рис. 13,в) тоже!
может быть использована 4 раза.
В настоящее время применяют мно-
гогранные неперетачиваемые пластины
с числом граней от 2 до 6. Причем
есть стандарты и на так называемые
опорные пластины, которые служат промежуточной жесткой прокладкой;
между пластиной и державкой инструмента.
Конструкции с режущей, опорной и стружколомной пластинами из
твердого сплава (рис. 14) имеют более высокую стойкость режущих пла-
стин, и их рекомендуют применять там, где это возможно.
В ГОСТ 19086 — 73 предусмотрено четыре степени точности пластин:
U — нормальная степень точности, пластина, шлифованная по лентоукам
для однолезвийного инструмента; М — повышенной степени точности,
шлифование по ленточкам и опорным поверхностям с более жесткими до-:
пусками; G — высокой степени точности, шлифование по опорным и бо-:
ковым поверхностям; С — особо высокой степени точности, шлифование:
по опорным и боковым поверхностям с более жесткими допусками.
Пластины-точности U и М применяют для оДнолезвийных инструмен-
тов с ручной подналадкой (резцы и т. д). Пластины степеней точности G'
и особенно С применяют для оснащения многолезвийных инструментов
(фрезы, зенкеры, комбинированные расточные инструменты и т. д.). Пла-
стины степени точности С можно просто заменять без всякой подналадки,
не изменяя точности обработки детали на станке. Конечно, стоимость бо-
лее точных пластин выше, но она окупается меньшими затратами на смену
инструмента при работе станков.
Имеется много конструкций крепления пеперетачивасмых пластин
в корпусе инструмента. Ниже приведены некоторые конструкции, наиболее j
распространенные в СССР и за рубежом (рис. 15). Схема крепления пла-1
сгин (рис. 15,а) фирмы Walter (ФРГ) предусматривает точные пазы в кор-;
пусе 1, установку пластин 4 в точные торцовые шлифованные опорные i
вставки 2, закрепление с помощью сухарей 3, которые зажимают винтами
5. Отличительная особенность этой конструкции — расположение зажима '
с опорной стороны, силу резания Р2 в данном случае воспринимает зажим-
ной сухарь 3. Такое расположение пластин исключает влияние допуска AS
на толщину S пластины на диаметр D. Однако это требует очень точно! о
изготовления зажимных сухарей, чтобы сила Р2 не деформировала их.
В одной из конструкций (рис. 15, б) фирмы Sandvik (Швеция) в точно из) о-
товленном закаленном корпусе 1 делают пазы под держатели 2, последние
30
Рис. 15. СХЕМА КРЕПЛЕНИЯ НЕПЕРЕТАЧПВАЕМЫХ ПЛАСТИН НА ИНСТРУМЕНТАХ:
а — фирмы Walter (ФРГ); б. в — фирмы Sandvik (Швеция); г — фирмы Krupp (ФРГ)
для резцов; д —фирмы Krupp (ФРГ) для чистовых резцов; е — фирмы Krupp
для тяжелых резцов с прихватом
снабжены точными выемками под пластину 4. Пластины закрепляют суха-
рями 3, которые зажимают винтами 5 в корпусе фрезы или другого
инструмента.
Эти конструкции, как правило, требуют изготовления точных термиче-
ски обработанных корпусов инструмента и деталей крепления. В неко-
торых случаях применяют опорные твердосплавные пластины для повы-
шения жесткости опорных поверхностей.
Все чаще перед конструктором инструмента современное машинострое-
ние с массовым характером производства изделий (шарикоподшипники,
автомобили, холодильники и т. д.) ставит комплексную задачу по обеспе-
чению рациональной конструкции не одного какого-либо режущего ин-
струмента, а всего комплекса инструментов, необходимого для получения
Данной детали, т. е. всей инструментальной наладки. Чтобы рационально
решить задачу правильной эксплуатации станка, обычно нужна для этой
цели совместная работа технолога-машиностроителя и конструктора-ин-
струментальщика. Основным показателем хорошо проведенной совмест-
ной работы будет или наименьшая расчетная себестоимость обработки
с Учетом всех расходов или, в отдельных случаях, максимальная произво-
дительность труда при обработке заготовки. Пример такого комплексного
Решения приведен на рис. 16. Требуется получить заготовку наружного
к°льца шарикоподшипника на токарном станке-автомате. Исходным мате-
риалом является труба из специальной стали. Технолог и конструктор всей
нададки должны выбрать наиболее рациональный путь — применить как
ожно меньше различных инструментов, получить наивысшую производи-
31
V=206-6250m/m
В~0,42мм/оВ
У=110^03м/мин fl
S~0J5mm/b6
V=200 -.-250м/мин
S=0fi2.MM/oB
v= 206м/мин
S = 0,31мм/вб
V=il3MjMun
^O7mm/oOI'I^'I
S=0,15mm/b6
Рис 17. НЕКОТОРЫЕ УПОТРЕБИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ
’ ЧАСТЕЙ ИНСТРУМЕНТА
Ряс. 16. СХЕМА НАЛАДКИ ТОКАРНОГО АВТОМАТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗ ТРУБ-
ЧАТОЙ ЗАГОТОВКИ ВНУТРЕННЕГО КОЛЬЦА ШАРИКОВОГО ПОДШИП-
НИКА
тельность при минимальном расходе инструмента. На рис. 16 приведеиг
заготовка кольца, которая обрабатывается в данном случае с общим вре-
менем менее 15 с — это очень хороший результат. Как видно, большинстве
операций рассчитано на применение резцов с неперетачиваемыми пово°
ротными пластинами из твердого сплава различных конфигураций. На ос-
новные виды инструментов разработаны подробные стандарты, и главная ।
задача конструктора-инструментальщика состоит в проектировании спе- I
циальных инструментов для комплексных наладок автоматизированного
оборудования всех видов (агрегатных станков, автоматических линий,
станков с ЧПУ и т. д.), а также, где это возможно и выгодно, и в примене-
нии стандартных инструментов, так как они обычно значительно дешевле
специальных.
§ 6. СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Соединительная часть режущего инструмента (хвостового или насадного)
должна передавать мощность, получаемую от шпинделя станка, на режу-
щую часть инструмента. Все соединения инструмента со станком или при-
способлением можно подразделить на три основные группы.
1. Жесткие соединения (рис. 17, я, г,д) передающие силы и крутящие мо- ।
менты пшонками, штифтами или какими-либо выступами. К этой группе
относятся соединения хвостового или насадного инструмента квадратами,
цилиндрическими отверстиями со шпонками, фланцами со шпонками, раз-
личными быстросменными замками и т. д. Эти соединения передают силы
32
жесткими деталями. При перегрузке таких соединений наиболее слабая
часть конструкции должна разрушиться. В конструкциях инструмента эти
соединения занимают основное место и широко распространены.
2. Фрикционные соединения (рис. 17,е), т. е. такие соединения, передача
сил или крутящих моментов в которых обеспечивается силами трения
в стыке между соединительной частью инструмента и станка. К этой груп-
пе соединений можно отнести хвостовики инструмента, снабженные кону-
сами, отверстия насадного инструмента с конусами, крепление инструмен-
тов, например резцов, зажимными винтами и т. д. Фрикционные соедине-
ния также широко распространены в конструкциях инструмента. Отличи-
тельной особенностью таких соединений является возможность проворачи-
вания или смещения при перегрузках. Однако в большинстве случаев эти
смещения также ведут к поломкам, поэтому соединения должны быть рас-
считаны на передачу всех сил, и нельзя надеяться на благополучный исход
при перегрузках и проворачивании.
3. Комбинированные соединения (рис. 17, б,в), совмещающие два соеди-
нения, передающие силы как жесткими деталями, так и силами трения. Эти
Комбинированные соединения встречаются также часто.
Расчет фрикционной соединительной части хвостового инструмента (ин-
струментального конуса Морзе). Конусная хвостовая часть должна пере-
дать на инструмент (сверло, развертку, фрезу) от шпинделя станка крутя-
щий момент.
Для этой цели конус должен удерживаться силами трения в гнезде
шпинделя от проворачивания. Лапки, которыми снабжают конусы, не
должны служить для передачи крутящего момента. Они предназ-
начены только для выбивания инструмента из гнезда шпинделя, поэтому
образующиеся силы трения на поверхности конуса должны создавать мо-
мент, превышающий момент резания. При сверлении затупившимся свер-
лом крутящий момент резания резко возрастает, и конструктор должен
произвести расчет по максимальному крутящему моменту. На рис. 18 из-
ображены силы, действующие на конусный хвостовик.
Найдем максимальный крутящий момент сил трения, возникающих
в результате действия осевой силы Ро. Предполагаем, что силы трения на
2 Г. А. Алексеев и др. 33
Рис. 18. СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ Н \
КОНУСНЫЙ ХВОСТОВИК И.Ч.
СТРУМЕ НТ А
поверхности конуса будут приложены к
среднему диаметру конуса. Средний диа-
метр конуса «ср =-------,
где di, d2 — соответственно больший и
меньший диаметры конуса.
Осевую силу Ро, действующую вдоль
оси инструмента, можно разложить на
две силы: Q — действующую нормально к
образующей конуса и R — действующую в
радиальном направлении. Силы R взаимно
уравновесятся реакциями на противополож-
ной точке поверхности конуса. Сила Q
создает необходимую тангенциальную силу
Т, которая в свою очередь определит кру-
тящий момент М,.р.
Сила Q = - . -, где
sin О
0 — угол конусности.
Тангенциальная сила с учетом коэффициента трения поверхности кону-
са о стенки гнезда шпинделя
т=р1е=
Pi-Pq
sin0 ’
где — коэффициент трения.
Крутящий момент силы трения
., _ TdCp __ PjPgJcp _ PjP0 (<:?£ + J2)
к₽ 2 2 sin 0 4 sin 0
Выведенная зависимость рассчитана па полное совпадение конусных
поверхностей инструмента и гнезда. Однако в действительности этого ни-
когда не бывает, поэтому в формулу крутящего момента должна быть вве-
дена поправка;
л = щРоСуЛ) (1 _ 0}04Де)}
4 sm 0
где АО — сумма отклонений углов конусности хвостовика и гнезда от тео-
ретического угла, угл. мин.
На основании измерений неточности изготовления конусов можно
принять АО = 5'. Тогда (1 — 0,04 • 5) = 0,8, и
+ tZ2)
к₽ 4 sin 0 sin0
34
p.,c 19 КВАДРАТ НА ХВОСТОВИКЕ
ИНСТРУМЕНТА
При работе стали по стали
принимаем щ = 0,096, для наибо-
лее употребительных конусов Мор-
зе 0 ~ 1°30'.
Осевая сила Ро у конусов должна обеспечиваться или осевой силон,
возникающей в процессе резания, например у сверла или зенкера, пли
обеспечиваться специальным натяжным устройством (в тех случаях, когда
при работе инструмента достаточной осевой силы не возникает, например
при работе хвостовой фрезы). Полученный крутящий момент силы трения
А/кр должен быть передан шейкой инструмента. Прочность шейки инстру-
мента и самого конуса может быть рассчитана на кручение исходя из по-
лученного момента трения. При конструировании хвостовых инструментов
с конусом размеры конуса выбирают по стандарту и проверяют при-
веденным расчетом. Сила Ро может быть рассчитана для каждого конуса
исходя из прочности конуса или его шейки.
Расчет жесткого крепления, например квадратного хвостовика (рис. 19).
Квадратный хвостовик часто встречается у ручных разверток, гаечных
и ручных метчиков и других инструментов для передачи вращательною
движения резания. По данным академика А. Н. Дннпика, напряжение на
скручивание
, кв
т = к™ ~ь3~’
или, преобразуя, получим
т/Р
Мкв = ---,
К кв
где b — сторона квадрата; кКВ — коэффициент, равный 4,8.
Однако в месте перехода плоскостей квадрата в круглое сечение хво-
стовика имеет место концентрация напряжений, поэтому в формулу сле-
дует ввести коэффициент Для стандартных хвостовиков кт л 2. Тогда
— I I Мкв
т - кф'кв ^3 •
В хвостовиках инструмента обязательно для увеличения прочности сле-
дует вводить большие радиусы закруглений г, тогда квадрат будет
выдерживать значительно большие крутящие моменты.
Расчет комбинированного крепления инструмента, передающего силы как
шпонками, так и силами трения, возникающими между элементами соеди-
нений (рис. 20). Таким может быть крепление оправки фрезы в шпинделе
Фрезерного станка. Крутящий момент Mt будет передаваться шпонками,
работающими на срез (или на смятие):
2
где сус _ допускаемое напряжение па срез у шпонок; F — площадь среза
шпонок; £)ср - средний диаметр действия сил Рш.
2* 35
Рис. 20. СХЕМА КРЕПЛЕНИЯ КОНУСОМ И ШПОНКАМИ
Крутящий момент, передаваемый силами трения на конусе,
М2 = -И}Р°-^Р (1 - О,О4А6).
2 4shi6 ’
Общий крутящий момент, передаваемый комбинированным соедине-
нием, будет равен сумме моментов М2 и М2. Такое комбинированное со-
единение позволяет передавать значительные крутящие моменты и поэто-
му может быть рекомендовано при тяжелых работах. Сила Ро в таком
соединении создается за счет затяжки болта.
Важным условием, которому должна удовлетворять принятая кон-
струкция соединительной части, является легкая и быстрая установка ин-
струмента на станке, поэтому на станках с программным управлением су-
ществуют конструкции быстросменных креплений. Большинство режущих
инструментов, предназначенных для вращательного движения, должно
быть установлено в шпиндель центрично, т. е. ось инструмента, например
фрезы или сверла, Должна точно совпадать с осью шпинделя.
С точки зрения правильной установки наиболее надежной (при условии
чистой поверхности хвоста и гнезда) является установка в конус, так как
такая установка производится без зазора. Однако установка в конусное
гнездо может быть неправильной, если в соединение попадет грязь или
мелкая стружка. Поэтому при эксплуатации конусных соединений обяза-
тельным условием хорошей установки является содержание гнезд и кону-
сов инструмента в чистоте и без забоин. Перед посадкой обязательна
очистка. При соединении па цилиндрической поверхности оправки или па
центрирующем цилиндрическом выступе на точность установки будет
влиять зазор в соединении.
Необходимо отметить, что правильная установка на оправке может
быть при недостаточно аккуратном обращении легко нарушена. Например,
при установке насадной фрезы на цилиндрическую оправку закрепление
производится гайкой, но для сохранения длины на оправку приходится
надевать проставочные кольца; если торцы проставочных колец не буд\ г
параллельны между собой и перпендикулярны оси отверстия, оправка при
зажиме се тайкой деформируется, и инструмент будет вращаться непра-
вильно (образуется биение режущих зубьев).
36
§ 7. РАБОЧИЙ ЧЕРТЕЖ И ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
Рабочий чертеж должен иметь достаточное число проекций с тем, чтобы
ь наглядное представление о форме инструмента. При сложной форме
инструмента вычерчивание инструмента полностью со всеми проекциями
и сечениями занимает много времени, поэтому существуют условности, ко-
торые значительно упрощают графическую работу: канавки не всегда из-
ображают (например, у метчиков, разверток, фрез и др.), если инструмент
имеет несколько зубьев, вычерчивают только два-три зуба, остальные не
показывают; винтовые линии заменяют при черчении фрез, разверток
и т. д. прямыми; профиль инструмента вычерчивают обычно отдельно
в большом масштабе; сечения для обозначения величины передних и зад-
них углов вычерчивают только частично.
На рабочем чер теже должны быть указаны все размеры инструмента.
При составлении рабочих чертежей допускается вычерчивание проекций
с буквенными обозначениями размеров, затем числовые значения дают
в таблицах вместе со всеми необходимыми данными. Такие чертежи одно-
типных инструментов с таблицами размеров широко распространены
в практике.
На чертеже инструмента обязательно указывают шероховатость ос-
новных поверхностей. К основным относятся следующие поверхности
(обычно предусмотренные в стандартах).
1. Режущие поверхности зуба инструмента, передняя и задняя поверхно-
сти влияют на шероховатость обработанной поверхности детали, на стой-
кость инструмента и условия резания, сход стружки и т. д.
2. Опорные и установочные поверхности инструмента, например отвер-
стие и торец у насадных инструментов, хвостовая часть у конусных ин-
струментов, должны быть также обработаны с заданной шероховатостью,
так как ог шероховатости этих поверхностей зависит правильная установ-
ка инструмента и закрепление его па станке. Остальные поверхности ин-
струмента менее важны, и чистота их может быть указана по общим
соображениям.
На рабочем чертеже инструмента (или отдельно от него) должны быть
указаны технические условия (требования) на приемку этого инструмента.
Основная группа режущих инструментов общего назначения в СССР
стандартизована в государственных (ГОСТ), а также в отраслевых (ОСТ)
стандартах. Кроме тоГо, в настоящее время проводят большую работу по
созданию в странах — членах СЭВ стандартов Совета Экономической
Взаимопомощи. Стандартизация инструмента идет и в международной ор-
ганизащш ИСО.
' Как правило, существуют следующие шипы стандартов: а) размер-
ные — устанавливающие размерный ряд основных рабочих размеров ин-
струмента (диаметр, длина и т. д.); б) на основные размеры соедини-
тельных частей, обеспечивающие взаимозаменяемость с гнездами; в) на
технические требования, устанавливающие материал, твердость, основные
качественные характеристики, требуемую точность, допускаемую шерохо-
натость отдельных поверхностей и т. д.
Б учебнике не вес стандарты перечислены, они всегда имеются в любой
технической библиотеке. Для определения названия и номера ГОСТа мож-
37
но использовать «Указатель стандартов» Госстандарта, который переиз-
дается каждый год. Для успешного поиска следует знать группу, например
режущие инструменты по металлу входят в группу Г23, слесарно-мон-
тажные — в группу Г24, твердосплавные изделия — в группу В56.
При расчетах различных конструктивных элементов инструмента сле-
дует применять наиболее современные вычислительные средства, напри-
мер ЭВМ (электронно-вычислительные машины). Следует помнить, что
большинство расчетов режущих инструментов хорошо, достаточно быстро
и точно можно провести по формулам, приведенным как в настоящем
учебнике, так и в других книгах, на портативных ЭВМ (клавишных). На
микрокалькуляторах «Электроника» (Б318А, Б318М и др.) с визуальным
контролем ввода (восьмиразрядным индикатором) можно производить все
четыре арифметические действия, логарифмировать, применять тригономе-
трические функции, извлекать корпи, возводить в степень и т. д. Такие
микрокалькуляторы имеют регистр памяти для запоминания промежу-
точных результатов. Очень сложные и громоздкие расчеты с дифферен-
циальными уравнениями и многократным повторением, а также расчеты
по оптимизации требуют применения стационарных ЭВМ, разработки ал-
горитмов и программ; однако в практике конструирования инструментов
такие расчеты встречаются не часто.
В связи с переходом на стандарты СЭВ изменится система допусков.
В стандарте СЭВ 145 — 75 «Единая система допусков и посадок. Общие по-
ложения. Ряды допусков и основных отклонений» поле допуска образуется
сочетанием одного из основных положений с допуском по одному из ква-
лнтетов. Поэтому поле допуска обозначается буквой основного отклоне-
ния и номером квалитета; например, поля допусков валов Ь8, р7 и т. д., по-
ля допусков отверстия Н8, Р7 и т. д. Второе отклонение определится' по
основному отклонению и допуску. Если основное отклонение является
верхним, то нижнее отклонение для вала el = es — IT; для отверстия FI =
= ES — IT. Если основное отклонение нижнее, то верхнее отклонение для
вала es = el + IT; для отверстия ES — El + IT.
Допуски на отверстие 2-го класса точности (по системе отверстия, обо-
значаемой буквой А) соответствуют квалитету IT7; допуск на отверстие
3-го класса точности соответствует квалитету IT9 и т. п. [18,25].
Конструктор инструмента, особенно, если созданная им конструкция
предназначена для выпуска крупными сериями, обязательно должен прове-
сти ее испытание в следующих условиях.
1. Обычно испытание бывает очень короткое но времени, режимы реза-
ния, однако, задают самые тяжелые. Лучше всего определить расчетом до-
пускаемую прочность — величину ломающей подачи, т. е. подачи, при ко-
торой инструмент должен сломаться. Это важнейшее испытание произво-
дят на ломающих подачах.
2. Целесообразно в условиях работы на хорошо налаженном станке
с жесткой системой СПИД провести технологические испытания, получив
соответствующую точность обработки и заданную шероховатость поверх-
ности. Такие технологические критерии особенно важны дня чистовых ин-
струментов (протяжки, развертки, червячной фрезы, долбяка и т. д ).
3. Если инструмент изготовляют для обезличенного потребителя, обыч-
но вначале одному, двум заводам, необходимо испытать инструмент
38
в условиях работы потребителя с режимами резания по нормативам,
утвержденным в установленном порядке. Сейчас эти нормативы па весь
стандартный инструмент утверждает Мипстапкопром по согласованию
с Минчерметом и Мпнцветметом.
4. Конструктор должен задать также уровень приемочных испытаний
па работоспособность инструмента. Это обычно очень короткие испыта-
ния после которых инструмент не должен быть испорчен или затуплен хо-
тя бы незначительно, он должен быть вполне, пригодным для дальнейшей
работы. Эти испытания предусматривают для всех стандартных инстру-
ментов, например сверло диаметром 10 мм должно просверлить в за-
данных условиях 20 отверстий глубиной 1,5(1. После такого испытания на
сверле не должно быть никаких видимых затуплений режущих кромок. По
существу, такая проверка — комплексный контроль, и она должна быть
действенна, так как выявляет не только дефекты термообработки, но и де-
фекты финишных шлифовальных или заточных операций.
Последние два вида испытаний характеризуют качество инструмента
и необходимы для правильного ведения технологического процесса изго-
товления инструмента. Испытания по п. 3 — арбитражные, они и дают не-
обходимые гарантии потребителю, купившему инструмент у завода-по-
ставщика, пп. 3 и 4 вносят в государственные стандарты.
ГЛАВА
*>
А.
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
§ 1. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ
Для того чтобы с заготовки срезать некоторый слой, необходимо режущий
инструмент внедрить в металл, что можно осуществить приложением со-
ответствующей силы и при условии, что твердость инструмента, при до-
статочной его прочности, будет выше твердости обрабатываемого метал-
ла.
Углеродистые стали служили основным материалом для изготовления
режущего инструмента еще до 70-х годов прошлого века. Содержание
углерода в сталях, от которого во многом зависят свойства стали, соста-
вляет 0,6 —1,4%. Марки инструментальных углеродистых сталей и их хими-
ческий состав предусмотрены в стандартах. После соответствующей тер-
мической обработки эти стали должны иметь соответствующую твердость.
Однако инструмент из углеродистых сталей при резании выдерживает на-
грев до температуры 200, реже до 25О°С. При большей температуре нагре-
ва твердость инструмента резко снижается (рис. 21, кривая 8), и он быстро
выходит из строя. Для изготовления некоторых металлорежущих и дер<
вообрабатывающпх инструментов наибольшее применение находят ш
струментальные углеродистые стали У10А, У12А, У13, У13А (ручные ме.
чики, напильники и т. д.). Углеродистые стали обычно имеют ограничен-
ную прокаливаемость (не всего сечения).
§ 2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ
Прокаливаемость по сечению. Режущую способность, износостойкость ин-1
струментальной углеродистой стали можно повысить введением в нее ле-1
пирующих элементов (присадок): хрома, кремния, вольфрама, молибдена,:
ванадия и др. Стали с такими присадками называют легированными. После
соответствующей термической обработки эти стали выдерживают в про-'
цессе резания несколько более • высокий нагрев — до температуры
250—ЗООСС, что позволяет инструменту, изготовленному из этих сгалей,
работать с меньшим износом и при скоростях примерно в 1,1 —1,4 раза
превышающих скорости резания, допускаемые инструментом из инстру-
ментальных углеродистых сталей. Химический состав- инструментальных
легированных сталей, их группы и марки стандартизируют. Для изготовле-
ния режущего инструмента наибольшее применение находят стали 9ХС,
Х12Ф1, ХВСГ, ХВГ, В2Ф и т. д.
У.
40
§ з. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ БЫСТРОРЕЖУЩИЕ СТАЛИ
р 1902 г. быстрорежущая сталь, полученная Тейлором и Уайтом, имела
е 0,7% С, 14% W, 4% Сг, затем, к 1906 г. быстрорежущая сталь была
близкой по составу к современной стали Р18. Букву Р ставят у всех марок
быстрорежущих сталей, она осталась как первая буква английского слова
«rapid» — быстрый.
Инструмент, изготовленный из такой стали, выдерживает в процессе
резания нагрев до температуры 600‘С (см. рис. 21, кривые 7 и 9), не теряя
при этом своих режущих свойств. После термической обработки инстру-
мент из быстрорежущих сталей имеет твердость HRC 62 — 65 и даже до 67
и может работать при скоростях резания, в 2 — 3 раза превышающих ско-
рости, допускаемые инструментом, изготовленным из инструментальной
углеродистой или легированной стали. Наиболее эффективными способа-
ми дальнейшего повышения твердости, теплостойкости и, следовательно,
износостойкости быстрорежущих сталей являются увеличение в стали со-
держания ванадия; дополнительное легирование быст рорежущей стали ко-
бальтом; рациональное увеличение содержания углерода, так как, повышая
стойкость, он ухудшает пластичность (делает невозможной ковку и прокат-
ку), и увеличение содержания углерода возможно только при порошковой
металлургии.
В быстрорежущих сталях содержание марганца, кремния и никеля
должно быть не более 0,5% каждого, серы не более 0,03%, фосфора не бо-
лее 0,035%. Сталь, содержащую молибдена более 0,5%, дополнительно
обозначают буквой М (табл. 2).
Основные компоненты быстрорежущих сталей очень дороги и содер-
жатся (по имеющимся данным) в земной коре в небольших количествах.
Гак содержание вольфрама в земной коре не превышает 1 — 1,3 грамма на
тонну, содержание молибдена также близко к 1 грамму на тонну, ко-
бальт встречается чаще. Поэтому исследователи все время работают над
более экономичными составами быстрорежущих сталей (а также и твердых
сплавов, так как в них содержатся те же элементы).
В последнее время быстрорежущую
сталь начинают получать методом по-
рошковой металлургии (пульверсталь
пли металлокерамическая сталь), что
позволяет резко сократить карбидную
неоднородность (до одного балла по
ГОСТ 19265-73) и повысить режущие
свойства инструмента (особенно круп-
ногабаритного) по сравнению с инстру-
рчс. 21. ИЗМЕНЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ИНСТРУ-
МЕНТАЛЬНЫХ И ОБРАБАТЫВАЕ-
МЫХ МАТЕРИАЛОВ В ЗАВИСИМОС-
ТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ:
1 — минералоксрамика ЦМ-332; 2 — ВК2;
3-Т30К4; 4- Т15К6; 5 — ВК8; 6-
Т5К10; 7-Р18; Я-У10; 9 - Р9; 10 -
40ХНМА; 11 - 18ХГТ
41
ментом, изготовленным из проката, полученного обычным металлурги,
ческим способом.
2. Основные марки быстрорежущей стали для некоторых групп инструмента
Сталь Марка Рекомендуемая область применения Примечание
Быстрорежущая нор- мальной производи- тельности (вольфраме- вая и вольфрамомо- либденовая) Р6М5 Все ипстрхмешы — Пригодна для пласти- ческих деформации
Р9 Р12 Р18 Р18М Все инструменты То же Резьбовые, зуборезные со шлифованным профилем То же Поставляется в виде поковок горячего про- ката: шлифованная сталь-серебрянка
Быстрорежущая повы- шенной производи- тельности (с кобаль- том) Р6М5К5 Р9К5 Р9М4К8 Р9К10 Сложные инструменты: резьбовые, зуборезные, протяжки, фасонные рез- цы, долбяки, резцовые зу- борезные 1 оловки
Ванадиевая быстроре- жущая высокой тепло- стойкости Р10К5Ф5 Р14Ф4 — Очень стойкие, но пло- хо ШЛИфуЮ 1СЯ
Порошковая (пульвер- сталь) 1ОР6М5 Зуборезные инструменты с вышлифованным профилем Не куется и не про- катывается
Примечание. Цифра, стоящая в названии марки после буквы Р, показывает
среднее содержание вольфрама в процентах; цифра после буквы К — среднее содержание
кобальта; цифра после буквы Ф — среднее содержание ванадия; цифра после буквы
М — среднее содержание .молибдена; цифра до буквы Р, например 10Р6М5 обозначает
повышенное содержание углерода (в данном случае подробно см. в работе [5]).
§ 4. ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ
Твердые сплавы — это полученные .методом порошковой металлургии
сплавы, они сохраняют относительно высокую твердость при нагреве до
температуры 800 —900°С (см. рис. 21, кривые 2—6). Инструмент, осна-
щенный твердосплавными пластинками, более износостойкий по сравне-
нию с инструментом, изготовленным из инструментальных сталей, и он
позволяет вести обработку па высоких скоростях резания, т. е. с большей
производительностью. При соответствующих геометрических параметрах
инструмента, оснащенного твердым сплавом, скорость резания достигает
2700 м/мин при обработке заготовок из алюминия и 500 м/мин при обра-
ботке заготовок из стали 45.
Кроме того, инструментом из твердого сплава можно обрабатывать за-
готовки из закаленных (до HRC 62) и труднообрабатываемых сталей. Для
такого широко распространенного инструмента (резцы и торцовые фрезы)
твердые сплавы являются основным материалом, вытеснившим быстроре-
42
VIO счаль. Все большее применение находят твердые сплавы и при из-
отовлепии других видов режущего инструмента (зенкеров, разверток,
сверл и ДР*)*
Твердые сплавы имеют высокую плотность (9,5—15,1 г/см), твердость
(IIRB 86,5 — 91) и износостойкость при высоких температурах. Теплоем-
кость твердых сплавов в 2—2,5 раза меньше теплоемкости быстрорежущей
стали Р18, а теплопроводность сплава Т15К6 примерно та же (выше в 1,13
раза) и значительно выше у сплава ВК8 (в 3 раза).
В обозначении сплавов вольфрамовой группы цифра показывает содер-
жание кобальта в процентах, например в сплаве ВК6 6% кобальта и 94%
карбида вольфрама (табл. 3). В обозначении сплавов титаповольфрамовой
группы число после буквы К показывает содержание кобальта, а число по-
сле буквы Т — содержание карбида титана в процентах, например в сплаве
Т15К6 содержится 6% кобальта, 15% карбида титана и 79% карбида воль-
фрама. Если указана подряд 2 раза буква Т (например, ТТ7К12), значит
в сплаве кроме титана присутствует тантал.
3. Химическим состав некоторых марок отечественных твердых сплавов, %
Группа Марка Карбид вольфрама Карбид титана Карбид тантала Кобальт
Однокарбидная ВК ВК6 94 — 6
ВК6М 94 — — 6
ВК8 92 — — 8
Двухкарбидная ТК Т15К10 75 15 10
Т15К12В 73 15 — 12
Т15К6 79 15 — 6
Трехкарбидная ТТК ТТ7К12 81 4 3 12
ТТ7К15 78 4 3 15
Твердость сплавов определяется твердостью карбидов; чем больше
в сплаве карбидов, тем выше его твердость. Но с увеличением твердости
уменьшается вязкость твердого сплава, он делается более хрупким и плохо
выносит нагрузку на изгиб и срез, особенно если эта нагрузка носит
Ударный характер.
Вольфрамовые сплавы более вязки и менее хрупки, чем титановольфра-
мовые сплавы. Это объясняется тем, что в последних находится большое
количество свободных карбидов титана, которые очень хрупки. Поэтому
при обработке заготовок из чугунов, когда получается «сыпучая» стружка
надлома и имеется ударная, пульсирующая нагрузка вблизи режущей
кромки, необходимо применять более вязкие сплавы, т. е. сплавы вольфра-
мовой группы; твердые сплавы этой группы применяют также при обра-
ботке заготовок из цветных и легких металлов и сплавов, а также неметал-
лических материалов.
Инструменты из титановольфрамовых сплавов применяют также при
точении (без ударов и при отсутствии корки) заготовок из жаропрочных
сталей и сплавов,- обладающих повышенной вязкостью и пониженной те-
плопроводностью. Вязкость твердых сплавов зависит от зернистости и ко-
43
личества кобальта; при одинаковой зернистости чем больше в сплаве ко-
бальта, тем он вязче.
В сплавах ВКЗМ, ВК4, ВК6М, ВК8В буква М обозначает особенности
изготовления сплава, приводящие к мелкозернистой структуре, а буква
В — к более крупнозернистой структуре. Сплав ВК6М, имея высокую плот-
ность, мелкую зернистость и повышенную твердость при нагреве до тем-
пературы 400—900'С, показал хорошие результаты при обработкекорро-
зионностойких сталей и при чистовой обработке чугуна (особенно
закаленного). Его применяют для изготовления сложного и прецизионною
инструмента (фасонных резцов, цельных дисковых мелкомодульных фрез).
Сплав ВК8В по сравнению со сплавом ВК8 имеет меньшую износостой-
кость, но большую прочность, а потому его рекомендуют для чернового
точения заготовок из жаропрочных сталей и сплавов и строгания загото-
вок из сталей.
Твердые сплавы, имея высокую твердость, теплостойкость и износо- •>
стойкость, обладают сравнительно со сталями малой прочностью (предел ’
прочности при изгибе 90— 155 кге/мм2, т. е. в 1,5—2 раза меньше, чем у зака- ;
ленных быстрорежущих сталей) и низкой ударной вязкостью. Поэтому не- '
обходимо создавать такие конструкции режущего инструмента, при ко->
торых твердый сплав работал бы на сжатие, так как предел прочности при '
сжатии у твердых сплавов, относительно высок (в 1,3—1,5 раза выше, чем,
у закаленной быстрорежущей стали).
Однако применение твердосплавного инструмента специальных кс
струкций с отрицательными передними углами у вызывает увеличенш
расход мощности при резании, увеличение сил, действующих на систе!
станок — приспособление — инструмент — деталь (СПИД), снижение точй
сти обработки и другое и не всегда позволяет полностью использовать вы
сокие износостойкие качества твердых сплавов. К твердым сплавам новы
шенной прочности относятся титанотанталовольфрамовые сплавы ТТ7КЕ
и титановольфрамовый сплав Т5К12В. Плотность этих сплавов 12,8—13,3
г/см3, твердость HRB 87 — 88, предел прочности при изгибе 150 — 165;
кге/мм2 (у наиболее прочного титановольфрамового сплава Т5К10 предел:
прочности при изгибе 130 кге/мм2). По прочности и стойкости эти сплавы.
являются промежуточными между быстрорежущей сталью и сплавом
Т5К10, их рекомендуют применять при предварительном (черновом) ре-
зании сталей с большой толщиной стружки, при работе с ударом
(например, при строгании, фрезеровании), а также при сверлении.
В последнее время во Всесоюзном научно-исследовательском институте
твердых сплавов разработана гамма сплавов с весьма мелкозернистой
структурой (основная масса зерна карбида вольфрама размером менее ми-;
крометра: ВК6-ОМ (ст„ = 1204-130 кге/мм2), ВК10-ОМ (<ти = 1404-160
кге/мм2) и ВК15-ОМ (сти = 150—170 кге/мм2). Сплав ВК6-ОМ используют
при топком точении и растачивании заготовок из некоторых марок жа-
ропрочных и коррозпониостопких сталей и сплавов, чугунов высокой
твердости, и особенно он эффективен при обработке вольфрама
и молибдена. Сплав ВК 10-ОМ предназначен для черновой и получерповой
обработки, а сплав ВК15-ОМ — для особо тяжелых случаев обработки не-
которых марок нержавеющих сталей, титановых и никелевых сплавов
и особенно сплавов вольфрама и молибдена.
44
В последние годы большое внимание уделяется разработке новых
твердых сплавов, не'содержащих карбида вольфрама (безвольфрамового
тверд010 сплава), который заменен карбидами титана. В качестве связки
используют никель (в небольших количествах молибден). Сплавы обозна-
чают ТИМ. Предварительные испытания сплавов ТНМ-20, ТНМ-25,
рНМ-ЗО и других показали хорошие результаты при обработке ферритных
сплавов, никеля, меди, мельхиора. В настоящее время проходят испытания
некоторые марки твердых сплавов па никелевомолибденовой основе (вме-
сто кобальта) и с карбидами и нитридами титана и других материалов.
К таким сплавам относится, например, твердый сплав КНТ-16 (карбони-
трида титана TiCN — 84%, молибдепоникелевая связка MoNi — 16%).
Этот сплав можно рекомендовать в целях экономии вольфрама
и кобальта взамен твердого сплава Т15К6 только на некоторых чистовых
работах по точению и фрезерованию чугуна и стали.
§ 5. МИНЕРАЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Твердые сплавы, хотя и обеспечивают высокую производительность про-
цесса резания, дефицитны и дороги, так как в их состав входят относитель-
но редкие элеметы — вольфрам, титан, тантал и кобальт. В нашей стране
найдены дешевые обеспечивающие высокую производительность мате-
риалы, которые в отдельных случаях (например, при работе без ударов) ус-
пешно заменяют твердые сплавы; к ним относятся минералокерамические
материалы (термокорунд, микролит), выпускаемые в виде пластин. Такие
керамические пластины изготовляют из глинозема А12О3 прессованием
и термической обработкой. Недорога и технология обработки глинозема,
а потому керамические пластины значительно дешевле пластин из твердо-
го сплава.
Керамические материалы, полученные в СССР, имеют достаточный
предел прочности при сжатии (до 500 кге/мм2), высокую твердость (HRB
89—95), теплостойкость (около 1200'С) и износостойкость, что позволяет
обрабатывать металл на высоких скоростях резания (до 3700 мм/мин при
чистовом обтачивании чугуна). К недостаткам керамических материалов
относится большая хрупкость (предел прочности при изгибе от 45
кге/мм2), а потому керамические материалы применяют в основном при
получистовом и чистовом точении, причем жесткость системы СПИД дол-
жна быть высокой; торец заготовки рекомендуется предварительно подре-
зать (во избежание резкого удара при врезании). Пластины из керамиче-
ских материалов (обычно в 2 раза толще твердосплавных) делают овальными,
круглыми, призматическими; тем или иным способом (пайкой или механи-
чески) пластины прикрепляют к державке инструмента.
В последнее время появились более прочные новые керамические мате-
риалы — белая керамика ВШ (Д12О3 — 100%), очень хорошо обрабатываю-
щая чугун и заменяющая твердые сплавы ВК2, ВКЗМ, Т30К4 при чи-
стовых работах; черная керамика марки В-3 (А12О3 — 60%, карбиды
тугоплавких металлов — 40%). Этим сплавом можно успешно проводить
чистовое точение спали и высокопрочного чугуна, применяя его в виде
многогранных неперетачиваемых пластин с прижимом сверху.
Работы академика И. Н. Францевича в Институте проблем материало-
45
ведения АН УССР показали, что в перспективе есть возможность получать
режущие материалы на основе тугоплавких соединений кремния — очень
твердого, достаточно прочного и совсем недифицитного материала. Сейчас
ряд научно-исследовательских организаций ведет такие исследования.
§ 6. АЛМАЗЫ
Алмаз — самый твердый (около 10000 кгс/мм2) из всех материалов, хими-
чески малоактивный, не поддается действию кислот и щелочей (за исклю-
чением смеси серной кислоты с двухромовокислым калием), имеет неболь-
шой коэффициент трения и слабую способность к адгезии (слипанию,
свариванию с металлом, кроме железа и его сплавов с углеродом), высо-
кую теплостойкость (до 85О°С), высокую износостойкость и обеспечивает
получение у инструмента острой режущей кромки; недостаток алмаза —
его хрупкость (предел прочности при изгибе до 40 кгс/мм2) и дороговиз-
на.
Алмазы классифицируют по форме, качеству и размерам (в зависимо-
сти от назначения). Синтетические (искусственные) алмазы получают из
графита при высоких давлениях и температурах; полученные кристаллы
алмаза дробят в порошок. Алмазный порошок используют для изготовле-
ния алмазно-абразивного инструмента (кругов, дисков, брусков, надфилей,
хонов, паст), а также для шлифования и доводки драгоценных камней,
в том числе и самого алмаза.
Алмазные резцы применяют в основном в качестве чистового (отделоч-
ного) инструмента при резании цветных металлов, сплавов и неметалличе-
ских материалов, используют его и для правки шлифовальных кругов (см.
[23]).
§ 7. ЭЛЬБОР
Эльбор — новый сверхтвердый синтетический материал, созданный в на-
шей стране на основе кубического нитрида бора — вещества, состоящего из
атомов азота и бора, имеющего кубическую решетку. Он обладает боль-
шой твердостью (до 9400 кгс/мм2), высокой теплостойкостью (1400 С), хи-
мически инертен по отношению к углеродосодержащим материалам и бо-
лее прочен по сравнению с алмазом (предел прочности при изгибе до 101'
кгс/мм2). Инструмент, изготовленный из эльбора, имеет высокую износо-
стойкость (подробно см. [9,28]).
Эльбор используют в виде порошка для изготовления шлифовальных кр
гов и другого абразивного инструмента, а эльбор-Р (поликристалли*
ский) — в виде столбиков (поликристаллов) для изготовления резцов, тс
цовых фрез и другого режущего инструмента. В настоящее время ведутся
крупные научно-исследовательские работы по изысканию областей приме-
нения и дальнейшему внедрению этих перспективных материалов.
§ 8. КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ ДЛЯ КОРПУСОВ
Режущий инструмент как целое, состоящее из двух частей: рабочей и со-
единительной (корпус, хвостовик и т. д.), рассчитывают как одну
конструкцию. Материал соединительных частей (корпусов, хвостовиков
46
л т. Д-) должен от вечать таким требованиям, как прочность, жесткость,
способность гасить колебания (у инструментов для обработки отверстий),
для сварки инструментов широко применяют такие конструкционные ста-
ли, как углеродистая 45 — 50, хромистая 40Х. Корпуса инструментов с при-
паянными пластинами из твердого сплава, где необходимы повышенная
износостойкость и твердость (например, корпус сверла с пластиной из
сплава ВК8), обычно изготовляют из легированных инструментальных ста-
лей 9ХС, ХВСГ и подобные им, так как корпус несет нагрузку и подвер-
гается истиранию отходящей стружкой. Возможно применение для корпу-
сов легированных чугунов, однако обязательно следует убедиться в том,
что хрупкость чугунов не будет ухудшать инструмент. Был печальный
опыт применения чугуна для корпусов сборных торцовых фрез с клиньевы-
ми рифлеными ножами. Оказалось, что чугунные корпуса не выдержали
напряжений при сборке, так как сила при сборке корпуса и ножа очень ве-
лика. Чаще всего корпуса сборного инструмента изготовляют из прочных
хромистых сталей, которые затем термически обрабатывают.
ГЛАВА
3
РЕЗЦЫ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЙ
§ 1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Среди многих способов обработки металлов резанием важное место зани-
мает обработка резцом. Резцы делят на три основные группы: токарные,
строгальные и долбежные.
Токарные резцы используют на токарных (или подобных им) станках
для получения из заготовок деталей с цилиндрическими, коническими, фа-
сонными и торцовыми поверхностями, образующимися в результате вра-
щения заютовки и перемещения резца; подобный процесс принято назы-
вать точением. В общем парке металлорежущих станков токарные станки
(включая токарные полуавтоматы и револьверные станки) составляют
около 1/з, поэтому токарные резцы являются наиболее распространенны-
ми к тому же наиболее простым видом режущего инструмента (рис. 22,а).
По направлению подачи резцы разделяют на правые и левые. Правыми
резцами называют такие, у которых при наложении па них сверху ладони
правой руки (так, чтобы четыре пальца были направлены к вершине) глав-
ная режущая кромка оказывается расположенной на стороне большою
пальца. При работе на токарном станке такие резцы перемещаются справа
налево (ог задней бабки к передней). Левыми резцами называют такие,
у которых при наложении ладони левой руки (как указано выше) главная
режущая кромка оказывается расположенной на стороне большого пальца
(рис. 22,6).
По форме и расположению головки относительно стержня резцы разде-
ляют на прямые (рис. 22, в), отогнутые (рис. 22, г), изогнутые (рис. 22, д) и
е оттянутой головкой (рис. 22,е). У прямых резцов ось прямая; у ого-
тпутых резцов головка резца в плане отогнута в сторону; у изогнутых ось
резца изогнута уже в боковой проекции; у резцов с оттянутой головкой ю-
ловка уже тела резца, опа может быть расположена как симметрично от-
носительно оси тела резца, так и смещена относительно ее; головка может-
быть прямой, отогнутой и изогнутой.
Высотой головки Н, резца называют расстояние между вершиной резца
и опорной поверхностью, измеренное перпендикулярно к опорной поверх-
ности. Высота головки считается положительной (см. рис. 22, а), когда
вершина резца выше опорной поверхности, и отрицательной, когда вершина
резца ниже опорной поверхности. Длиной головки резца I (см. рис. 22.
называют наибольшее расстояние от вершины резца до линии выхо-
да поверхности заточки, измеренное параллельно боковой стороне тела
резца.
48
г
Рис. 22. КЛАССИФИКАЦИЯ ТОКАРНЫХ РЕЗЦОВ
§ 2. РАСЧЕТ РЕЗЦОВ НА ПРОЧНОСТЬ И ЖЕСТКОСТЬ
По форме сечения державки резцы делят на прямоугольные, квадратные
и круглые. Резцы прямоугольного сечения применяют чаще других, так
как при врезании пластинки обеспечивается меньшее снижение прочности
Державки, чем это имеет место у державок квадратного сечения. Резцы
применяют с различными соотношениями высоты Н к ширине В, чаще
всего Н/В — 1,254-1,6 (при В= 10ч-40 мм). Для чистовых и получистовых
режимов рекомендуется применять резцы с Н/В = 1,6, а для черновых ре-
жимов с Н/В = 1,25. Квадратную форму сечения используют для рас-
точных, автоматно-револьверных резцов и в других случаях, когда недо-
статочно расстояние для прямоугольного резца от опорной поверхности
Резца в резцедержателе до линии центров станка. Круглую форму сечения
используют для расточных и резьбовых резцов; опа дает возможность по-
ворачивать резцы в резцедержателе.
49
Для определения минимальных размеров сечения державки резца из
условия прочности необходимо приравнять действующий изгибаю,
ший момент максимальному моменту, допускаемому прочностью держав
кп, т. е. в сечении I—I на рис. 23,я.
М„зг = Pzl = Оц W КГС • ММ,
где I — вылет резца, мм; — допускаемое напряжение на изгиб материала
державки, кге/мм2; ан = 20 кге/мм2 для незакаленной углеродистой кон-
струкционной стали <тв=60-?70 кге/мм2, для державок из углеродистой
стали, но подвергнутых термической обработке по режиму для быстроре-
жущей стали, напряжение на изгиб ст„ примерно в 2 раза выше; W— мо-
мент сопротивления (зависит от формы сечения). Момент сопротивления
ВН2
державки прямоугольного сечения W=-----,
6
где В и И — соответственно ширина и высота державки резца в опасном
сечении, мм.
На основании изложенного можно написать
ВН2
Pzl = —^On,
о
, Pd-б
откуда BH = —s.
ии
В державках прямоугольного сечения при высоте Н = 1,6В — В (1,6В)2 =
з ___________________
Р-/-6
——— или
pzl-6
2,56 сти‘
Так как у державок квадратного сечения ширина В равна высоте Н, то
з
, Pzli>
В В2 =—---- или В =
PJ-6
• 1 Vpj
-, откуда d = /—мм.
Момент сопротивления изгиба для державки круглого сечения WK =
з______________________________________
nd3 nd3
= -, а потому Р:1=
Проведенный расчет державок на плоский изгиб является простым, но
не совсем точным, так как учитывается действие одной силы Р- (да и то
только на изгиб). На резец же в процессе резания действуют силы F., Ру и
Рх, вызывающие в державке дополнительные напряжения, в результате че-
го она работает на изгиб, кручение и смятие, т. е. испытывает сложное со-
противление. Напряжения при сложном сопротивлении выше (по отноше-
нию к напряжениям при плоском изгибе от силы Р.) примерно в 2 раза, на
величину напряжений влияет угол <р в плане и конструкция головки резца.
В табл. 4 даны допускаемые напряжения при расчете на изгиб.
В некоторых случаях необходимо провести поверочный расчет по жест-
кости державки резца. Максимальная нагрузка, допустимая жесткостью
резца,
р -- w
Ггж I3 ’
50
4 Допускаемые напряжения суи для державок из углеродистой конструкционной стали (при пноском изгибе, но с учетом влияния сложного сопротивления), кгс/мм2
— Державки Главный угол в плане, град.
30 45 60 75 90 45 отогнутый
Незакаленные Закаленные L—— 12 24 10 20 8 16 6,5 13 5,5 11 13 26
где f— допустимая стрела прогиба, мм (при предварительном точении/=
= 0,1 мм; при чистовом f— 0,05); £ —модуль упругости материала дер-
жавки резца, кгс/мм2 (для углеродистой конструкционной стали Е =
— 20000-:-22000 кгс/мм2); J — момент инерции державки (для прямоуголь-
ВН3 ,
ного сечения J = —, а для круглого J = 0,05 а ; а — диаметр державки,
мм).
При конструировании резца для заданного станка полученные размеры
державки (высоту) надо скорректировать с расстоянием от опорной по-
верхности резца в резцедержателе до линии центров этого станка. Расчет
размеров сечения державки проведен исходя из предположения, что
опасным сечением является сечение, отстоящее от вершины на расстояние
I, равное вылету резца из резцедержателя [обычно /а?(1-г-1,5)Я]. Однако
чаще всего слабым местом является головка в месте выреза под пластину
(см. сечение II — II на рис. 23, а), а потому расчет (и проверку) прочности
державки надо вести в том сечении, которое окажется наиболее слабым.
Расчет прочности строгального изогнутого (или прямого) резца ведут
на изгиб по формулам, приведенным выше для токарного резца, так как
характер приложения сил и деформаций такой же, как и при точении. Ко-
нечно, строгальный резец работает в условиях прерывистого резания, что
приводит к большим динамическим нагрузкам (впрочем при точении тоже
бывают прерывистые ударные динамические нагрузки), поэтому допу-
скаемые напряжения при расчете строгальных резцов необходимо брать на
нижнем пределе.
Долбежный резец (рис. 23,г) работает при очень большом вылете I, так
как в силу особенности процесса вылет I должен быть больше высоты Н3
обрабатываемой заготовки. Силы Pz и Ру создают в опасном сечении
стержня резца сложное сопротивление сжатия, плоского и продольного из-
гиба. Резец следует рассчитывать как минимум на продольный изгиб по
Известной формуле Эйлера (см. курс сопротивления материалов). Посколь-
ку вылет I долбежного резца измеряют от жесткой плоской опоры, к кото-
рой силами Р прижат корпус долбежного резца, то в формуле критической
силы при продольном изгибе изменяют некоторые величины, так как
в этом случае на длину I приходится половина выпуклой синусоиды. Фор-
мула Эйлера принимает вид (при Ц = 1)
n Tt2EJ min
Ркр“ 4/2 ’
Где Ркр — критическая сила; Е — модуль упругости материала резца;
51
Рис. 23. СХЕМА ПРИЛОЖЕНИЯ СИЛ Рг И ВЫЛЕТЫ I РЕЗЦОВ:
а - токарного; б - строгального изогнутого; в — строгального прямого; г —
бежного
Jmin — минимальный момент инерции сечения резца (или державки со^
ответственно), I — вылет.
Необходимо, чтобы Р: не превосходила подсчитанной силы Ргр, тогда
продольного изгиба резца не будет. Надо сказать, что практически резец ис-
пытывает более сложное сопротивление, поэтому ценность расчета снижает-
ся, и в отдельных случаях изготовляют опытные резцы и только после испы-
таний пускают их в производство. Поскольку для резцов, обрабатываю-
щих металлы, почти не применяют углеродистую сталь и сейчас редко
применяют быстрорежущую сталь, разберем в основном резцы из твердых
сплавов и других материалов, обеспечивающих высокую производитель-
ность.
§ 3. ТОКАРНЫЕ РЕЗЦЫ, ОСНАЩЕННЫЕ ТВЕРДЫМИ
СПЛАВАМИ
По конструкции резцы, оснащенные твердыми сплавами, принято подраз-
делять на: 1) монолитные твердосплавные (обычно мелкие резцы и,-
подобные инструменты); 2) с пластинами из твердых сплавов, на-
паянными непосредственно на державку; 3) с механическим креплением ;
вставок с напаянными твердосплавными многогранными пластинами; '
4) с механическим креплением неперетачивасмых поворотных пластин из
твердого сплава; 5) с механическим креплением отдельных вставок, на кото-
рых, в свою очередь, также механическим зажимом закрепляют неперета-
чиваемую поворотную пластину.
Монолитные твердосплавные резцовые вставки или резцы применяют
52
рис. 24. ГНЕЗДА ПОД ПЛАСТИНЫ:
а — открытое; б — полузакрытое; в — закрытое; г — врезное
при небольших габаритах, изготовляют такие резцы только по спе-
циальным заказам.
Твердосплавные напайные изделия (пластины, вставки, коронки и т. д.)
применяют в основном стандартные. При этом способе крепления очень
важна технология пайки твердого сплава. Обычно нагрев резцов ведут
в газовых печах или на установках, использующих ТВЧ; последний метод
является более производительным и качественным, припоем служит элек-
тролитическая красная медь (при нагреве в печах) и сплав: латунь (марки
Л68), 5% никеля, 5% ферромарганца (при нагреве в высокочастотных уста-
новках). Слой припоя должен быть тонким (0,1 мм), разрыв слоя припоя не
должен превышать 10% его общей длины на отрезных резцах и 20% на
проходных и подрезных. Гнезда в державке под пластину делают откры-
тыми, полузакрытыми, закрытыми и врезными (рис. 24, а — г). Открытое
гнездо просто в изготовлении, и применяют его для большинства резцов,
полузакрытое гнездо — для пластин, имеющих закругления, закрытые
и врезные гнезда — для пластин малых размеров, так как они обеспечи-
вают более надежное соединение пластин с державкой.
Важным конструктивным элементом напайного резца является угол
врезания пластины увр (см. рис. 23, и). Исходя из наименьшего объема твер-
дого сплава, снимаемого при переточке по передней и задней поверхно-
стям, наиболее целесообразно расположить пластину так, чтобы опорная
поверхность пластины была параллельна линии перемещения вершины
резца при переточках. При этом положении угол врезания пластины Увр
должен быть в пределах 30 — 45°. При таком значении угла увр уменьшает-
ся размер /1 в сечении I—I, т. е. уменьшается прочность головки резца,
и будет резко сокращаться расстояние от опорной плоскости до вершины
резца при переточках. Поэтому в стандартных резцах, выпускаемых цен-
трализованно инструментальными заводами, угол увр делают равным 12°,
что обеспечивает возможность получения довольно широкого диапазона
значения переднего угла у резца при относительно небольшом объеме ста-
чивания сплава при переточке и удовлетворительном размере h. При пере-
точке резца по передней поверхности для уменьшения шлифуемой площад-
ки и снимаемого объема твердого сплава угол врезания увр делают
Равным + 5°, но при этом для обеспечения достаточной прочности голов-
Ки резца необходимо, чтобы h > 2/з Н. Вершину резца обычно распола-
гают на уровне верхней плоскости державки или выше ее, но не более чем
ла 1 2 мм.
53
А-А
Рис. 25. ТОКАРНЫЕ ПРОХОДНЫЕ И ПОДРЕЗНЫЕ РЕЗЦЫ, ОСНАЩЕННЫЕ ПЛАСТИ-
НАМИ ИЗ ТВЕРДОГО СПЛАВА:
а — проходной прямой; б — проходной отогнутый; в — проходной упорный; г — под-
резной (торцовый)
Толщина пластин S зависит в основном от прочности пластин и допу-
скаемого числа переточек по передней поверхности. Чем больше силы при
резании и интенсивнее износ по передней поверхности, тем больше должна
быть толщина пластин. Толщину твердосплавных напайных пластин де-
лают 2,5—12 мм. В стандартных резцах соотношение между толщиной
пластины S и высотой Н принято следующее: S = (0,16= 0,20) Н.
Рассмотрим некоторые конструкции напайных твердосплавных резцов.
У прямого проходного резца (рис. 25,«) с утлом (р = 45° и т = (0,5 = 0,6) В
для уменьшения вспомогательного угла в плане (у стандартных про-
ходных резцов <Pi = 30 = 45°) по вспомогательной задней поверхности зата-
чивают вспомогательную режущую кромку длиной 2 —Змм под необхо-
димым углом <рх. У проходного упорного резца (рис. 25,в) «1 = 4=12 мм.
54
А74
Рис. 2d. ТОКАРНЫЕ РАСТОЧ-
НЫЕ РЕЗЦЫ, ОСНА-
ЩЕННЫЕ ПЛАСТИ-
НАМИ ИЗ ТВЕРДОГО
СПЛАВА:
а — д.чя обработки
сквозных отверстий; б—
для обработки- глухих
отверстий; в — резец
В. К. Лакура
2. •
Рис. 27. ДЕРЖАВКИ ДЛЯ РЕЗЦОВ:
а — с прямым закреплением; б — с косым закреплением; в— с микрометриче-
ским регулированием дл^я глухих отверстий; г —то же, для сквозных отверс-
тий
У подрезного (герцового) резца (рис. 25. г) с главным углом в плане у —
— 70’ и вспомогательным углом <f>j = 20' ш = 44-16 мм, h — 7,5 4- 23 мм.
Расточные стержневые резцы (рис. 26, а и б) делают круглыми па неко-
торой длине I и квадратными на остальной части державки (12 х 12, 16 х
х 16, 20 х 20, 25 х 25 мм). Наименьший диаметр D растачиваемого отвер-
стия для этих сечений державки DIlalIM = 30 4-65 мм. Для повышения ви-
броустойчивости В. К. Лакур предложил расточные резцы (рис. 26, я),
особенностью которых является то, что их главная режущая кромка распо-
ложена на нейтральной оси державки. По виброустойчивости зги резцы
позволяют работать на более высоких скоростях резания, обеспечивая на-
именьшую шероховатость обработанной поверхности и повышение произво-
дительности труда. Расточные резцы работают при больших вылетах из
резцедержателя, что пс дает возможности расточному стержневому резцу
снимать стружку больше! о сечения. Поэтому при растачивании
глубоких отверстий применяют державочные расточные резцы, закре-
пленные в специальных оправках (державках).
При растачивании глубоких отверстий на токарных станках резцы кре-
пят в державках, показанных на рис. 27, а, б. Расточные резцы, применяемые
па револьверных станках и автоматах, часто делают круглого сечения
и крепят в специальных державках. Вылет резца регулируют при отверты-
вании бокового винта — фиксатора 1 и подвертывании (или отверты-
вании) упорного винта 2 с внутренним шестигранником (рис. 27, в, г).
Кроме рассмотренных расточных резцов для растачивания отверстий
применяют специальные пластинчатые резцы-блоки, расточные головки,
плавающие резцы, расточные резцы (микроборы), конструкция которых
допускает точное, обеспечиваемое микрометрическим винтом перемещение
стержня, в котором закреплен резец. Эту конструкцию очень широко при-
меняют для станков с ЧПУ.
Стандартные отрезные резцы (рис. 28) имеют режущую кромку шири-
ной 3 — 10 мм. Рекомендуется подбирать резцы ориентировочно b =
= 0,6Л0,5, где D — диаметр заготовки, мм; b — ширина кромки резца.
Длина / головки резца зависит от размера отрезаемого материала у ре-
зцов, из! отовляемых централизованно, I = (0,754-0,9) Н. Для уменьшения
ослабления головки угол врезания пластины принят не более 12°. Кренлс-
56
Рис. 28. ОТРЕЗНЫЕ РЕЗЦЫ:
« — с усиленной головкой; б — то же, с криволинейной формой головки; в~с оття-
нутой головкой; г — твердосплавные с V-образным гнездом под напаянную
пластину; д — с механическим креплением твердосплавной пластины, имеющей V-об-
разную опорную поверхность.
ние твердосплавной пластины у отрезного резца по плоскости не обеспечи-
вает высокой прочности из-за малой площади припайки (вследствие малой
ширины Ь). Для повышения прочности крепления пластины с державкой
предложено V-образное соединение (рис. 28, г), для чего основанию пла-
стины и пазу державки придают угловую форму. Площадь припайки
в этом случае увеличивается в 1,5 раза (по отношению к пластине с пло-
ским основанием), а боковые стенки клиновидного паза державки служат
Дополнительными опорами, препятствующими боковому сдвигу пластины.
Это позволяет вести обработку с более высокими режимами резания, т. е.
Повышать производительность труда. На рис. 28, д изображен отрезной ре-
3еЧ с механическим креплением пластины, вставляемой в пружинящую
Державку.
Опасным сечением у отрезных резцов является узкая часть головки (на
57
расстоянии Г); по этому сечению их рассчитывают на прочность. Для повы-
шения прочности головки делают большего размера по высоте (по отно-
шению к высоте державки резца); усиленная часть головки имеет призма-
тическую (рис. 28, н) или закругленную (рис. 28,6) форму. Усиление
головки достигается также фрезерованием скоса на державке цОд
углом 60" (рис. 28, в).
Резцы с механическим креплением пластин. Припайка твердосплав-
ных пластин к державке часто вызывает трещины пластины. Трещины
образуются в результате дополнительных напряжений, возникающих
вследствие неравномерного охлаждения пластин и различного линей-
ного расширения твердого сплава и материала державки инстру-
мента. Температурный коэффициент линейного расширения у твердых
сплавов примерно в 2 раза меньше, чем у углеродистой конструкционной
стали. Это обстоятельство приводит к трещинам пластин и способствует
их интенсивному выкрашиванию и разрушению во время работы. Наряду
с образованием трещин в пластинах дополнительные напряжения вызы-
вают отслаивание пластин, что также снижает качество инструмента. К не-
достаткам напайных резцов относится и то, что для завивания стальной
стружки в спираль малого радиуса и излома ее на мелкие части необходи-
мо или делать на передней поверхности специальные лунки и уступы, или
применять специальные стружколоматели (стружкозавиватели). Велик
и расход стали, идущей на изготовление державок напайных резцов. Все
это вынудило конструкторов искать другие формы крепления пластин
к державке, корпусу, вставке. В промышленности находят применение резцы
с механическим закреплением многогранных твердосплавных пластан. Раз-
работаны трех-, четырех-, пяти- и шестигранные твердосплавные пластины,
предназначенные для обработки стали и чугуна (ГОСТ 19042 — 73—ГОСТ
19086—73). Конструкции резцов позволяют использовать эти пластины для
угла <р, равного 45, 60, 75 и 90°.
Резец с шестигранной пластиной (рис. 29) состоит из державки 1 с за-
прессованным в нее штифтом 4. Последний имеет бочкообразную форму
верхней части и насеченную нижнюю часть, что повышает надежность за-
крепления пластины и снижает требование к точности изготовления отвер-
стия в державке под запрессовку штифта. Сменная подкладка 2 из твердо-
го сплава имеет коническое отверстие, получаемое при прессовании
подкладки. Закрепляют ее в гнезде державки штифтом 4, для чего послед-
ний имеет конический участок головки, Многогранную пластину 3 из твер-
дого сплава крепят расклиниванием ее между штифтом и задней опорной
стенкой державки клином 5 и винтом 6 (угол клина 20—30').
Пластина, изображенная на рис. 29, имеет выкружки вдоль всех режу-
щих кромок, получаемых при прессовании пластины. Это обеспечивает по-
ложительное значение переднего угла при резании, удовлетворительное за-
вивание и удачный отвод стружки. Кроме пластины с выкружками
применяют также пластины без выкружек, плоские. Их используют в круп-
носерийном и массовом производстве при работе на полуавтоматах, авто-
матах и агрегатных станках. Для обеспечения отвода стружки и получения
положительных значений переднего угла передняя поверхность таких пла-
стин имеет специальную форму, обеспечивающую завивание стружки
в мелкие кольца.
58
рис. 29. СХЕМА НАИБО-
ЛЕЕ РАСПРОСТ-
РАНЕННОГО РЕЗ-
ЦА С МЕХАНИ-
ЧЕСКИМ КРЕП-
ЛЕНИЕМ НЕПЕ-
РЕТАЧИВАЕМЫХ
ТВЕРДОСПЛАВ-
НЫХ ПЛАСТИН
Задний угол а образуется за счет установки пластин в державке под
углом Ууст = 7-г8° к основной плоскости резца. Новые пластины затачи-
вают только по фаскам (вдоль режущих кромок, по верхнему торцу) на до-
водочном чугунном диске с применением пасты карбида бора или ал-
мазными кругами. После затупления (поочередно) всех режущих кромок
пластину больше не перетачивают (возвращают в переработку), в державку
вставляют новую пластину.
Компактность, надежность в работе, удобство обслуживания, простота
конструкции, долговечность державок'и простота их восстановления в слу-
чае повреждения при разрушении пластины, удовлетворительный отвод
стружки, экономия в расходах на инструмент делают эти резцы при-
емлемыми для широкого внедрения, особенно при получистовой и чисто-
вой обработке.
Универсальные резцы применяют для наружного точения и подрезки
торцов на универсальном оборудовании и па станках с ЧПУ; они могут
быть использованы при обработке чугуна, конструкционной и высоколеги-
рованной стали. На основе нового принципа конструирования (пеперетачи-
ваемость) созданы не только токарные проходные, расточные, резьбовые,
автоматно-револьверные, копировальные для станков с программным
Управлением, канавочные и отрезные резцы, но и микроборы, расточной
инструмент и др.
Выбор формы п расчет параметров установки многогранной пластины.
форма многогранной пластины характеризуется числом граней п. Выбор
Формы пластины обусловлен углами в плане <р и ipt главной и вспомога-
тельной режущих кромок в = —»
59
B-F
Рнс. 30. СХЕМА РЕЗЦА С МЕХАНИЧЕСКИМ КРЕПЛЕНИЕМ НЕПЕРЕТАЧИВАЕМОЙ
ТВЕРДОСПЛАВНОЙ ПЯТИГРАННОЙ ПЛАСТИНЫ
Если значение п по формуле получается дробным, то его округляют до
целого числа с последующей корректировкой значения вспомогательного
угла в плане:
360 — п«г
<Рг =------—.
п
Положение многогранной пластины на державке резца (рнс. 30) опреде-
ляется поворотом ее относительно основной плоскости вокруг оси 0—0
на угол р. Ось поворота О — О повернута на угол ф относительно напра-
вления подачи. Поворот производится в плоскости BF (перпендикулярной
оси О — О и основной плоскости, расположенной под углом (3 к проекции
главной режущей кромки АВ). Поворотом пластины на угол ц обеспечи-
вают необходимые задние углы а н о^, определяемые соответственно
в главной (сечение I — I) и вспомогательной (сечение II — II) секущих
плоскостях.
Определение параметров установки многогранной пластины на держав-
ке резца сводится к нахождению углов ц и (3. Рассечем пластину пло-
скостью, параллельной основной плоскости и отстоящей от вершины рез-
ца В па расстояние h. В сечениях I — I и II — II точки Е' и D' являются
следами пересечения этой плоскости с задними поверхностями. Следы то-
чек £' и £)' в проекции пластины на основную плоскость изображены ли-
ниями ЕР и DP, параллельными соответствующим проекциям режущих
кромок па основную плоскость. Из прямоугольных треугольников BDP
и ВЕР имеем
BD BE
РВ — —;— -----=------.
sin(n-p) sinf3
60
5 Геометрические параметры резцов, град.
Г-— Резец Угол в плане Передний угол Задний угол
<р Ч>1 Ту СТ Y а 'А
1 —1 Трехгранный 90 10 12 12-17 7,5 7,5
Четырехгранный 45 45 10 10-15 10 4
Пятигранный 60 12 10 12 8 8
Шестигранный 45 15 10 10 10 5
Так как BD — h tg BE = h tg а, то, подставляя эти значения в предыду-
щую формулу и решив полученное уравнение относительно 0, получим
tEB =-----.
tgotj + tgacosr]
Значение искомого угла р определяем по формуле
ВР
h
Подставив значение BP = h tg ос, получим окончательно
Геометрические параметры резцов с многогранными неперетачиваемы-
ми пластинами представлены в табл. 5.
Резцы с креплением пластин с помощью сил, действующих при резанни.
На рис. 31, а показана конструкция проходного резца с углом <р = 90°. На
пластину (рис. 31,6), свободно лежащую в гнезде державки 2; действуют
ангенциальная сила Р:, или сила резания, и сила Ру, равнодействующая
сил Рх и Ру, отталкивающая резец от поверхности резания. Равнодей-
.двующая этих сил R, направленная под углом ф при а < ф < б, проходит
юрез опорную поверхность и прижимает пластину 1 к державке. При ф <
< а пластина будет Опрокидываться вниз (против часовой стрелки), а при
ф >. б пластина будет подниматься (по часовой стрелке).
Наибольшее значение ф будег при тонких стружках и работе зату-
пленным лезвием (до 65° при толщине среза 0,025 мм). Если врезать пла-
стину под углом 75° (5 = 75 ), то передняя поверхность будет составлять
с горизонталью 15е (рис. 31,6). При толщине среза более 0,3 мм наимень-
шее значение ф = 19°. Таким образом, при ф,|И„ = 19° и фтм = 65° легко со-
блюдать условие а < ф < б; при этих условиях обработки сила R будет
прижимать пластину к державке. Для того чтобы а < ф < б при угле вреза-
ния пластины 15° (с горизонталью) пластина па участке шириной 1 мм мо-
жет быть заточена под утлом +10°, в результате чего прирезцовая сторо-
на стружки будет упираться в стружкозавиватель 3 несколько выше ею
опорной кромки. Для упрочнения режущей кромки доводится фаска шири-
ной 0,2—0,3 мм под углом у2 •= —5°. Стружкозавиватель 3 имеет двойную
переднюю поверхность иод углами 30 и 60’, что обеспечивает устойчивое
завивание пли дробление стружки на небольшие участки.
Стружкозавиватели отливают из быстрорежущей стали, а для большей
износостойкости и меньшей свариваемости со стружкой переднюю (к
61
Рис. 31. ЗАКРЕПЛЕНИЕ ПЛАСТИН С ПОМОЩЬЮ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА РЕЗЕЦ
ПРИ РЕЗАНИИ (КОНСТРУКЦИИ ВНИИ):
а — конструкция проходит о резца с <р = 90°; б — схема сил, действующих на режущую
пластину
стружке) поверхность упрочняют карбидом бора. В процессе работы
пластина и стружкозавиватель прижимаются к державке силами резания
и не требуют добавочного закрепления. Вылет режущей кромки (при ука-
занных на рис. 31, б геометрических элементах) во избежание вывертыва-
ния пластинки не должен превышать 1,4 мм.
Наряду с устранением напайки, быстросменностью затупленной пла-
стины, отсутствием заточки державки этот способ позволяет уменьшить
разрушение пластин при неожиданной остановке станка, когда резец еще
находится под стружкой. Последнее объясняется тем, что в этот момент
давление на переднюю поверхность резко уменьшается. Однако вследствие
обратного воздействия упругих деформаций в звеньях передачи от элек-
тродвигателя к шпинделю произойдет поворот заготовки на некоторый
угол в направлении, обратном главному движению. Это вызовет напряже-
ния изгиба в пластине в направлении от задней поверхности резца к раз-
груженной передней поверхности, что можег привести к разрушению пла-
стины при жестком ее закреплении в державке. При свободно лежащей
пластине (закрепление силами резания) она повернется (приподнимется) по
часовой стрелке. Основные недостатки этой конструкции: переточку мож-
но производить только по задней поверхности; невозможность восстано-
вления державки в случае ее повреждения при разрушении пластины.
При работе на обычных токарных станках эти резцы применяют редко,
но они оказались эффективными в станках автоматических линий, так как
возможны быстрая замена затупленных пластин и наладка инструмента на
необходимый размер.
62
Рис 32. СБОРНЫЙ КРУПНОГАБАРИТНЫЙ
РЕЗЕЦ (КОНСТРУКЦИИ ВНИИ)
Резцы с механическим креплением
вставки с напаянной пластиной. В про-
мышленности находят применение раз-
работанные ВНИИинструментом сбор-
ные резцы с механическим закреплением
сменного ножа-вставки, оснащенной пла-
стиной из твердого сплава. Пластину
из твердого сплава припаивают к ножу-
вставке. Если у напайного цельного резца
с пластиной из .твердого сплава при
переточках удаляется большой объем
материала державки, то здесь этот объем
незначителен. Кроме того, наряду с со-
кращением расхода материала на изготовление державок можно более про-
изводительно осуществить припайку пластин и их переточку после затупле-
ния; это особенно важно при крупногабаритных резцах в тяжелом
машиностроении.
Во ВНИИинсгрумеите разработана новая базовая конструкция
сборных крупногабаритных резцов (рис. 32). Резец имеет державку 4, нож
2 и гайку 5. На задней стороне ножа сделан уступ, на который при затяги-
вании гайки 5 давит прихват 3, заклинивая тем самым нож с пластиной 1
в угловом пазу. В особо тяжелых условиях работы уступ на ноже может
быть снабжен поперечными рифлениями, сопрягающимися с рифлениями
на головке прихвата. По этой схеме крепления разработаны правые
и левые токарные проходные резцы с рабочей высотой 45, 60, 80 мм и <р =
= 45, 60, 90°, а также торцово-подрезные резцы. Режущие ножи изгото-
вляют с твердосплавной пластиной, напаянной вдоль задней или вдоль
передней поверхности. Первое исполнение предназначено для обработки
деталей с переменным припуском, второе — для обработки деталей со сня-
той коркой и равномерным припуском. Данная конструкция крупногаба-
ритных резцов по сравнению с более ранними конструкциями экономична,
технологична и проста в обслуживании.
Резцы для работы с увеличенными подачами. Значительного повышения
производительности труда за счет увеличения подачи можно достичь, при-
меняя специальные резцы, оснащенные пластинами из твердого сплава, со
вспомогательным углом в плане <pj =0° на режущей кромке дайной не ме-
нее (1,1— 1,2)5 (рис. 33). Резцы такой конструкции предназначены в основ-
ном для получистовой обработки с подачей до 5 мм/об при максимально
возможной, по условиям работы, скоростью резания1 *. Такие высокие
подачи позволяют сократить на некоторых операциях машинное время
в 3—15 раз по сравнению с обработкой обычными резцами.
При работе этими резцами подача обычно больше глубины резания
С8 > t), и основная работа приходится на режущую кромку с углом в плане
1 Для обеспечения необходимой шероховатости обработанной поверхности рекомендуется
г —50 м/мин за зоной усиленного наростообразования.
63
Ф1 = 0°- Для получения низких параметров шероховатости обработанной
поверхности эта кромка должна быть строго прямолинейной, хорошо до-
веденной и параллельной липин центров. Резец обычно устанавливают на
просвет по предварительно чисто обработанному пояску или по шлифо-
ванной пластине, положенной па поверхность этого пояска, а также по ци-
линдрической части заднего центра станка. Но в связи с большой силой
Pv, действующей в процессе резания, для резцов с углом <pt =0° требуется
повышенная жесткость системы СПИД. Поэтому во избежание вибраций
при обработке сталей с ств = 60-=-75 кгс/мм2 соотношение между длиной
заготовки Lu диаметром D должно быть — ^10. При
L
D
10 рекомен-
дуется применять люнеты; уменьшению вибраций содействуют и другие
факторы (повышение жесткости системы СПИД, уменьшение вылета рез-
ца, применение виброгасителей).
Для обеспечения стружкозавивания и схода стружки в сторону обра-
батываемой поверхности па передней поверхности делается стружкозавн-
вательпая канавка-уступ, направленная под углом 30° к режущей кромке с
(pt =0°. Можно применять и накладной стружколоматель или делать спе-
циальные лунки. Работа на повышенных подачах не вызывает значитель-
ного снижения срока службы станка, и для этого могут быть использо-
64
ваны почти все токарные станки. Для станков с Л’ст= 7-е-10 кВт резание
с большими подачами (при 5 > <) дает наибольший эффект при t =
= 0,5 ->1,5 мм.
§ 4. СТРОГАЛЬНЫЕ РЕЗЦЫ
Для сохранения вершины резца и уменьшения разрушающего действия
удара, а также для более плавного входа резца в заготовку н выхода из
нее угол наклона главной режущей кромки X у проходных и подрезных
строгальных резцов делают обязательно положительным (до + 20); ра-
;щус закругления при вершине г должен быть равен 1—2 мм; у отрезных
(прорезных) резцов г = 0,5 т-2,5 мм. Чтобы уменьшить заклинивание резца
при резании, стержень строгальных резцов рекомендуют делать изог-
нутым. При прямом стержне (рис. 34,л) иод влиянием сил, действующих на
резец, изгиб стержня вокруг точки О вызовет внедрение вершины резца
в обработанную поверхность. При изогнутом стержне это внедрение мень-
Рис. 34. СТРОГАЛЬНЫЕ РЕЗЦЫ:
я — прямой; б — изогнутый: а - вставка с твердосплавной пластиной; г — чистовой
лопаточный; д — вращающийся (конструкции ВНПИинструмент)
3 Г. А. Алексеев и др.
65
ше, если вершина резца находится в плоскости опоры (рис. 34, о), внедре.
ния не будет совсем, так как радиус окружности R, по которой будет пере-
мещаться вершина резца, равен вылету /.
При строгании на крупных строгальных станках успешно применяют
строгальные сборные резцы, способные выдерживать нагрузки при резании
чугуна с глубиной резания до 30 мм и подачей до 2-2,5 мм/дв. ход. При.
менение таких резцов (рис. 34, в) повышает производительность на 20—304'
(по сравнению с обычными стержневыми строгальными резцами).
Для окончательной (чистовой) обработки применяют чистовые резцы,
имеющие большой радиус закругления пли большую длину (до 40 мм!
и более) режущей кромки с углом <pt = 0е (так называемые широкие чц-’
стовые или лопаточные резцы). Чистовое строгание — высокопроизводи-j
тельный процесс окончательной обработки поверхностей, заменяющий прц
обработке чугуна такую трудоемкую операцию, как шабрение. В от-
дельных случаях чистовое строгание заменяет и шлифование, так как при]
работе на станке широкими резцами можно получить высокую точность^
и малую шероховатость обработанной поверхности.
Резец, оснащенный пластиной из твердого сплава ВК8 (рис. 34, г), ус-
пешно применяют при чистовом строгании чугуна. У этого резца передняя
и задняя поверхности тщательно доведены, режущая кромка острая и пря-
молинейная, что существенно влияет на повышение качества обработанной
поверхности. Для обеспечения постепенного входа и выхода резца по всей
ширине среза, а также для уменьшения разрушающего действия ударной
нагрузки на вершину резец имеет большой угол наклона режущей кромки
X. На длине / = 10 мм (заборная часть) режущая кромка имеет угол ф = 1°,
а на остальной части режущей кромки угол <pj = 0°, т. е. она параллельна
обработанной поверхности; режущая кромка с углом <рг = 0° должна быть
по ширине не менее 1,5 S; по ней резец устанавливают в резцедержателе
(по шлифованной плитке, положенной на предварительно простроганную
поверхность).
При чистовой обработке поверхностей крупногабаритных деталей при-
меняют также строгальные вращающиеся (чашечные) резцы конструкции
ВНИИинструмент (рис. 34,<)). Чашка 1 из быстрорежущей стали или сплава
Т5К10с цилиндрическим хвостовиком вращается в бронзовой втулке 7, кото-
рая запрессована в державке 2. Во втулке 7 чашку 1 крепят с помощью шайбы
6, пружины 5 и гайки 3; во избежание отвинчивания гайки в ней сделано
отверстие, в которое вставляется шплинт 4. Для образования заднего угла
а ось отверстия в державке наклонена под углом 3°. Кроме этого, резец
(державку) поворачивают в резцедержателе на угол 5е —5е 30' в плоскости,
перпендикулярной направлению главного движения; этот разворот делают
для обеспечения рационального стружкообразования и отвода стружки.
Чашечными вращающимися строгальными резцами работают с глуби-
ной резания до 11 мм, подачей до 5 мм/дв. ход при скорости резания до
8 м/мин. Стойкость резцов (при износе /ц = 0,2 ч- 0,3 мм) очень высокая
(22 — 24 ч), что позволяет обрабатывать поверхности площадью до 30 м2
без переточки резца. Высокое качество обработки (плоскостность в пре-
делах 0,03 — 0,05 мм, Ra = 2,5 ч-5,0 мкм), получаемое при работе этими рез-
цами, позволяет снизить трудоемкость отделочных работ и в отдельных
случаях исключить шабрение.
66
§ 5. СТРУЖКОЛОМАТЕЛИ (СТРУЖКОЗАВИВАТЕЛИ)
Стружкозавивание с помощью лунок. При резании сталей на высоких ско-
ростях большое значение имеет процесс стружколомания (стружкозавива-
ния)- Применяют ломание (завивание) стружки с помощью лунок, выпол-
няемых на передней поверхности резца, уступов, затачиваемых на передней
поверхности, накладных стружколомателей; существует также кинематиче-
ский метод стружколомания.
Лунки, сделанные на поверхности резца прессованием и спеканием,
абразивной заточкой или электроискровым методом, способствуют зави-
ванию стружки в спираль малого радиуса и ломанию ее на небольшие от-
резки. В гл. 1 были рассмотрены некоторые приемы стружколомания с по-
мощью лунок на передней поверхности пластины (см. рис. 6, д — з).
В настоящее время в связи с широким применением алмазных кругов для
обработки твердых сплавов лунки в основном обрабатывают алмазными
кругами или прессуют на пластинах при их изготовлении на заводе
твердых сплавов.
Лунки (рис. 35) рекомендуют применять при точении, растачивании
и подрезании заготовок из конструкционных и легированных сталей с s
0,25 Мм/об при угле tp = 45° и х > 0,2 мм/об при <р = 90е и глубине реза-
ния t = 0;5-?15 мм. Ширина фаски/при х<0,6 мм/об на 0,1—0,2 мм мень-
ше величины подачи; при \ > 0,6 мм/об f=s; расстояние К = 0,1-?0,6 мм.
Длина лунки I больше ширины стружки на 0,5—1,5 мм. Оптимальные раз-
меры лунки во многом зависят от элементов режима резания, поэтому на-
иболее целесообразно их применять в крупносерийном и массовом про-
изводстве при постоянстве режимов резания и централизованной заточке
резцов.
Накладные егружколоматели позволяют легко регулировать основные
размеры для надежного стружкозавивания, при этом саму твердосплавную
пластину никаким дополнительным заточкам не подвергают. У ряда кон-
струкций резцов с механическим закреплением пластин и вставок роль ре-
гулируемого стружколомателя выполняет прижим с впаянной в него пла-
стиной твердого сплава (см. рис. 6, а, б, г).
Простым и надежным яв-
ляется накладной стружколо-
матель конструкции МАИ
(рис. 36). На переднюю
поверхность I резца нало-
жена пластина-стружкосни-
матель 2, сделанная из стали
45 и имеющая криволиней-
ный профиль. На рабочую
поверхность этого профиля
Для повышения износостой-
кости стружколомателя на-
плавляют слой стеллита тол-
щиной 2 — 3 мм. Стружко-
Рис. 35. РЕЗЕЦ С МЕЛКОЙ ЛУНКОЙ
67
Рис. 36. НАКЛАДНОЙ СТРУЖКО-
ЛОМАТЕЛЬ КОНСТРУК-
ЦИИ МАИ
Рис. 37. СТРУЖКОЛОМАТЕЛЬ
КОНСТРУКЦИЙ ВНИИИНСТРУМЕНТ
ломал ель имеет профрезерованный паз,
через который проходит крепежный
болт 3. Стружколоматель обеспечивает
устойчивое стружколомание при обра-
ботке вязких сталей с глубиной резания
Г = 14-10 мм, подачей s = 0,08 4-2 мм/об
иг = 50 4- 600 м/мин. Завивание и ломание
стружки на мелкие куски происходит
не в плоскости, нормальной к передней
Поверхности резца, а в плоскости, параллельной направлению подачи.
Стружколоматель, показанный на рис. 36, успешно применяют не только
при продольном точении, но и при подрезке торцов. Во избежание попада-
ния стружки под стружколоматель он должен плотно прилегать по всей
передней поверхности резца.
Рассмотренные выше накладные регулируемые сгружколоматели не
дают возможности устанавливать их под различным углом X. Этот недоста-
ток устранен в универсальном стружколомателе конструкции ВНИИинстру-
мент (рис. 37), устанавливаемом на резцедержателе станка. Наряду с пово-
ротом вокруг вертикальной оси головка 1, вст авленная в стержень 2, может
поворачиваться вокруг горизонтальной оси (при отвертывании винта 3), что
позволяет устанавливать головку на передней поверхности резца под раз-
личными углами X. При износе головки-вставки 1 или при повреждении ее
лет ко можно заменить новой.
Кинематический метод стружколомания. При дополнительном возврат-
но-поступательном перемещении инструмента в направлении движения
подачи сгружка будет иметь различную толщину, что и будет вызывать ее
легкое разрушение в наиболее тонких местах. При этом стружка дроби гея
на отдельные куски, длина которых зависит от соотношения скорости ре-
зания и числа циклов движения инструментов. Этот метод осуществляется
при дискретном резании с периодическим выключением подачи при не-
прерывном вращении детали; при осциллирующем точении, когда инстру-
менту с непрерывным движением подачи сообщается дополнительное воз-
врат но-посплательное движение в направлении подачи.
На автоматах с кулачковым приводом дробление стружки по методу
дискретного резания осуществляется соответствующим профилированием
68
Рис. 38. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ
МЕТОД СТРУЖКОЛО-
МАНИЯ
Рис. 39. ОТОГНУТЫЙ ПРОХОДНОЙ
РЕЗЕЦ С КЕРАМИЧЕСКОЙ
ПЛАСТИНОЙ:
а — напайкой; б — с механиче-
ским креплением неперегачи-
ваемой пласшны с опорной
твердосплавной пластиной
кулачков. При осциллирующем точении наряду с постоянной подачей осу-
ществляется дополнительное движение инструмента по гармоническому
колебательному закону. На рис. 38 представлены принципиальные схемы
устройств для осциллирующего точения. Каретка 1 с резцом перемещается
or синусоидального кулачка 2, соединенного кинематической цепью со
шпинделем станка или с индивидуальным приводом 3. Для защиты
от раздробленной стружки применяют отсасывающие устройства, спе-
циальные ограждения (кожухи, экраны) и индивидуальные средства
защиты (очки, козырьки). Для удобства наблюдения за работой
в ограждениях предусмотрено смотровое окно, в которое вставляют высо-
копрочное стекло.
§ 6. МИНЕРАЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ РЕЗЦЫ
Минералокерамические резцы делают напайными и с механическим закре-
плением пластин. Обычно их применяют для токарной обработки не-
прерывных поверхностей. В напайных резцах (рис. 39,а) минералокерами-
ческую пластину припаивают к державке в закрытый или врезной паз
(красной медью н друшми припоями). Напайпым минералоксрамическим
резцам присущи все недостатки напайных твердосплавных резцов, усили-
вающиеся тем, что прочность припайки керамических пластин еще ниже,
69
чем твердосплавных, поэтому напайные минералокерампческие резцы при.
меняют редко.
Конструкции механического крепления мннералокерамических пластин
аналогичны конструкциям крепления твердосплавных пластин. Одной из
них является конструкция с механическим креплением многогранных мине-
ралокерамических пластин, подобная креплению твердосплавных много-
гранных пластин (рис. 39,6). Такие резцы с плоскими керамическими
пластинами применяют в основном для чистовой обработки чугуна и зака-
ленной стали.
Методы стружкозавивания для мннералокерамических резцов те же,
что и для твердосплавных. Геометрические элементы режущей части и эле-
менты режимов резания для мннералокерамических резцов приведены
в соответствующих справочниках.
§ 7. АЛМАЗНЫЕ РЕЗЦЫ
Алмазные резцы, имеющие высокую размерную стойкость и обеспечиваю-
щие получение высококачественной обработанной поверхности (по 1-му
классу точности, до Ra — 0,02 ч- 0,01 мкм, почти без упрочнения), находят
все более широкое применение при тонком точении и растачивании
цветных металлов и неметаллических материалов. При резании черных ме-
таллов алмазные резцы, как правило, имеют низкую стойкость, что вызва-
но диффузией атомов углерода в обрабатываемые углеродосодержащие
материалы.
Станки для алмазной обработки (токарные, алмазорасточные) должны
быть жесткими, точными, высокоскоростными с хорошо уравновешенны-
ми вращающимися деталями и с кинематическими данными, позволяющи-
ми установить оптимальное значение скоростей резания от 100 до
1000 м/мин.
Алмазные резцы (рис. О) делают с напаянным алмазом и с механиче-
ским креплением алмаза. Масса применяемых алмазов для резцов 0,5 —0,8
карата (1 карат равен 0,2 г). Режущая кромка алмазного резца должна
быть расположена так, чтобы равнодействующая составляющая силы ре-
зания не проходила по плоскостям спайности алмаза. Переднюю поверх-
ность у алмазных резцов делают плоской. При обработке заготовок из ла-
туни, алюминия и антифрикционных сплавов у = 0°, а = 12°, г =
= 0,3 ч-0,6 мм, при обработке заготовок из бронзы и твердых алюми-
ниевых сплавов у = — 8°, а — 8°, г = 0,6-:-1,5 мм. Главный угол в плане ф =
= 45ч-90°, вспомогательный ф! =204-45°. На стержнях резцов углы
в плане делают на 2° больше по сравнению с углами на самом алмазе.
Стержень расточных токарных алмазных резцов делают круглого сечения
диаметром 6 —20 мм, у токарных проходных — круглого, квадратного
и прямоугольного сечений (16 х 16, 20 х 20, 16 х 25 мм).
При изготовлении резцов с напаянным алмазом в стержне резца фрезе-
руют врезной паз, в него вставляют ограненный алмаз и запаивают сере-
бряным припоем. Метод припайки позволяет использовать алмазы малых
размеров, несложна и конструкция резца. К недостаткам этого метода от-
носится сложность разборки резца и опасность перегрева алмаза, у кото-
рого при нагреве свыше 720—750°С появляются дефекты, снижающие его
70
Рис. 40. АЛМАЗНЫЕ ТОКАРНЫЕ РЕЗЦЫ:
а — расточной резец с напаянным алмазом; б — расточной резец с механическим
креплением алмаза; в — проходной резец с механическим креплением алмаза
прочность и стойкость. Поэтому метод припайки необходимо применять
тогда, когда вследствие малых размеров алмаз нельзя закрепить механи-
чески.
При механическом креплении алмаз легко может быть извлечен из
стержня, осмотрен и перешлифован (если это необходимо) и вновь устано-
влен для работы; отсутствует и опасность перегрева алмаза. К основным
недостаткам механического крепления алмаза относится необходимость
применения более крупных алмазов. В разработанных стандартах на ал-
мазные резцы предусмотрено крепление с использованием метода порош-
ковой металлургии, который заключается в следующем. В пресс-форму за-
сыпают смесь порошка (80% Си, 15% Sn и 5% РЬ), сверху кладут алмаз (с
предварительно обработанными передними гранями). Смесь вместе с ал-
мазом сначала прессуют под давлением 150 кгс/мм2, а затем спекают при
температуре 650°С; эта температура не изменяет качества алмаза. В ре-
зультате такого спекания в брикете остается вмятина (гнездо), соответ*
71
№ чертежа [
Д-Д
2-2.f
1x43°
Ы0.5
1. Размеры для справок
ННСЫ1!,
4
HRC50-65
HRC 40...45
HRC40-4S
СлЮш40Х 1
2
СтатАрА
сталъзь'
Корпус______
болтМ5*10-055
Вставка
Прихват
ВинтМЮхзо
СшальМ
Митер
И54-1Б-05
'ГОСТ 7805-62______
HS4 - Кб-03 '[Стам.ЧК,
И54-1Б-02
ГОСТ 11738-66
№ чертежа
IMI Наименование
Подписи-,
конструктор с,
контролера,
зав. бюро
К-вл
Примечон
Н° чертежа
№ чертежа
Масштаб
Резец проходной,
оснащенный
.чль до ром Р ;
Угол в плане 45°
Сборочный чертеж
Завод-, Кб,
институт
Подписи
конструктора,
контролера,
зав. бюро
Корпус
Сталь 40К
Завод, КБ,
институт
№ чертежа ]
Н ° чертежа |
ЗВ
26
0,5*45°
Ъз'о
М10-7Н
НРС 40...45
HRC 50... 65
Масштаб
Масштаб
№ чертежа
К ° чертежа
Подписи
конструктора,
контролера,
зав. бюро
Прихват
Завод, Кб,
институт
Сталь 40Х
Подписи:
конструктора,
контролера,
зав. Бюро
Вставка
Сталь 9ХС
Завод, КБ,
институт
?ис. 41. СБОРНЫЙ ПРЯМОЙ ПРОХОДНОЙ РЕЗЕЦ:
1 — винт; 2 — прихват; 4 — винт; 5 — державка резца
72
ствуюп1ая контуру алмаза. После извлечения алмаза брикет подвергают
соответствующей механической обработке, получают вставку 2 (рис. 40,в),
устанавливаемую в закрытый паз стержня 1 резца. В полученное при спе-
кании гнездо вставки 2 вставляют алмаз 5, который прижимают наклад-
кой 3 с помощью винта 4.
В конструкции, показанной на рис. 40, в, вставку 2 с алмазом 5 крепят
в закрытом пазу к стержню резца 1 накладкой 3 и винтом 4 через опору на
штифт 6. Штифт 6 обеспечивает более плотное прилегание накладки 3
к передней поверхности алмаза, несколько выступающего из вставки 2.
В зависимости от размера, на который выступает алмаз из вставки, дол-
жен меняться и диаметр штифта.
Заточку и доводку алмазов производят на специальных станках с по-
мощью чугунных дисков, шаржированных смесью алмазною порошка. За-
точку алмазного инструмента можно производить и с помощью алмазно-
го шлифовального круга (на металлической связке), по с последующей
доводкой на чугунном доводочном диске по передней и задним поверхно-
стям.
§8. РЕЗЦЫ ИЗ ЭЛЬБОРА
В качестве режущею элемента в основном для токарных и расточных рез-
цов используют поликристаллы эльбора (эльбор-Р) размером до 12 мм,
закрепленные в металлической державке (из сталей 40Х пли 9ХС) методом
заливки расплавленным металлом (медью, латунью, специальными при-
поями). Режущие свойства эльбора-Р выше, чем твердо! о сплава, минера-
локерамики и синтетического алмаза. Силы, возникающие при"резании ин-
струментом из эльбора-Р, значительно ниже (в 10 раз), чем при резании
инструментом из других материалов, а поэтому
применять резцы из эльбора-Р особенно эффек-
тивно при резании труднообрабатываемых
сплавов и сталей (закаленных до высокой
твердости быстрорежущих, коррозионностой-
ких, жаропрочных и др.), а также чугунов.
Резцы из эльбора-Р делают сборными
(рис. 41) с механическим закреплением встав-
ки, в которую вделан поликристалл эль-
бора-Р. Резцы из эльбора-Р применяют
в основном для получистового п чистового
точения и растачивания, получая при этом
обработанные поверхности высокого качества.
Рекомендуются следующие геометрические
элементы режущей части для прямых про-
ходных резцов: передний угол у = — 5 л- —15° —
при обработке закаленных сталей с HRC
55 — 67, у = 04—5° — при обработке сталей с
IIRC 50—55, у = 04-15° — при обработке ста-
Рис. 42. РЕЗЕЦ С МЕХАНИЧЕСКИМ КРЕПЛЕНИЕМ
ПЛАСТИНЫ ИЗ ЭЛЬБОРА
73
лей с HRC < 35, чугунов и цветных металлов, задний угол а =
= 64-10°, угол ctj = 64-10°, главный угол в плане <р = 304-60°, угол <рх =
= 104-45°, угол X = 04— 40°, радиус г = 0,64-2 мм.
Рекомендуемые элементы режима резания следующие: при получисто-
вом точении и растачивании г = 0,24-0,6 мм, 5 = 0,044-0,1 мм/об, v =
= 6O4-160 м/мин, при чистовом точении и растачивании t = 0,054-0,2 мм
5 = 0,024-0,04 мм/об, v = 804-100 м/мин. Максимально допустимая вели-,
чина износа по задней поверхности /;3 так = 0,4 мм. Затачивают и доводят
резцы из эльбора-Р на универсально-заточных станках кругами из синтети-
ческих алмазов.
В настоящее время проводят научно-исследовательские работы по со-
зданию эльборных пластин большего размера для механического крепле-
ния аналогично пластинам твердого сплава. На рис. 42 показано крепление
шестигранной поворотной пластины из эльбора-Р. Под пластину необхо-
димо подложить твердую опорную пластину, для установки (правильного
базирования) имеется установочная деталь, на которую опирается плас-
тина двумя гранями, зажим производится сверху, он же является в необхо-
димых случаях стружколомом, для этого его делают твердым или снаб-
жают твердосплавной стружкозавивающей пластиной.
ГЛАВА
4
ФАСОННЫЕ РЕЗЦЫ
§ 1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Фасонным называю! резец, режущие кромки которого имеют форму про-
филя изделия. Фасонные резцы применяют в крупносерийном и массовом
производстве. Они обеспечивают высокую производительность, однород-
ность формы профиля и точность размеров обрабатываемых деталей. Ес-
ли для изготовления фасонной детали обычными токарными резцами ну-
жен высококвалифицированный токарь, то эту же работу выполняет на
револьверном станке или автомате с помощью фасонных резцов рабочий
более низкой квалификации. Кроме того, простые токарные резцы не мо-
гут обеспечить постоянства формы профиля в течение продолжительного
времени, в то время как фасонными резцами это условие всегда выпол-
няется даже при большой партии обрабатываемых деталей.
Фасонные резцы можно разделить на следующие группы [7]: по фор-
ме — резцы круглой формы, призматические и стержневые; по установке
относительно детали — резцы радиальные и тангенциальные; по располо-
жению оси — резцы с параллельным расположением оси по отношению
к оси детали и резцы с наклонным расположением осп пли базы крепле-
ния; по форме образующей поверхности — резцы круглые с кольцевыми
образующими, круглые с винтовыми образующими, призматические с пло-
скими образующими. Круглые фасонные резцы (рис. 43) представляют со-
бой тела вращения, имеющие отверстие или хвостовик для закрепления
в державке.
Резцы с наклонным расположением оси или базы ввиду их сложности
применяют редко и главным образом в том случае, когда форма детали
не даег возможности применить резцы с параллельным расположением
базы.
Фасонные резцы представляют собой сложный инструмент. Сложность
заключается в том, что они должны иметь определенный заданный про-
филь режущей кромки. Если, например, необходимо обработать фасонным
резцом деталь определенной конфигурации, то режущая кромка фасонного
резца должна иметь такую форму, которая обеспечивала бы строго задан-
ную фасонную форму обрабатываемой детали. Фасонный резец, так же как
и обычный, должен быть снабжен соответствующими задними и передни-
ми углами с тем, чтобы процесс снятия стружки проходил при достаточно
выгодных условиях.
Так же как у обычных резцов, у фасонного резца должен быть
75
Рис. 43. ФАСОННЫЕ РЕЗЦЫ:
а ~ круглый резец с перетим углом, равным нулю; б — круглый резец с перед-
ним углом больше нуля; « — круглый винтовой резец; г — призматический резец
с радиально расположенной режущей кромкой; й — тангенциальный резец; е — круг-
лый с наклонной осью: ж — стержневой фасонный резец; з — фасонный резец
с трехг ранной неперетачиваемой поворотной твердосплавной пласт иной с передним
углом, равным нулю.
выбран передний угол в зависимости от свойств обрабатыва-
емого материала. Дли вязких материалов этот угол должен быть
выбран большим, для более хрупких материалов — меньшим. При обра-
ботке можно рекомендовать следующие значения переднего угла у
резцов из быстрорежущей стали;
76
Материал Угол, град
Алюминий и мель................................ 20 — 30
Мягкая стат.................................... 2и
С1аль средней твердости . ...................
Твердая сталь и мягкий чугун .................. 10
Весьма твердая и твердый чугун................. 5
Весьма твердый чугун, бренча и латунь.......... О
В большинстве случаев дчя твердосплавных резцов для облегчения за-
точки и контроля применяют угол у = 0°.
Задний угол режущей кромки резца зависит от формы и типа фасонно-
го резца. Если взять задний угол большой, то режущая кромка фасонного
резца будет ослаблена. Если взять задний угол слишком малый, то может
возникнуть сильное зрение задней поверхности фасонного резца о поверх-
ность обрабатываемой детали.
Для круглых фасонных резцов из быстрорежущей стали задний угол
х выбирают равным 10—15; для призматических фасонных резцов задний
угол может быть несколько больше 12 —17', а в отдельных случаях, напри-
мер для резцов, предназначенных для затылования фасонных фрез, задний
угол ос можно принимать и до 25 — 30°, с тем чтобы обеспечить необхо-
димый задний угол ар = а. — р при относительном движении заготовки
и резца. Задний угол а фасонного резца для затылования приходится
брать большим потому, что угол ц наклона траектории относительного
движения достигает значительной величины (10 — 15°). Задний угол а для
резцов из твердых сплавов принимают равным 6—12°.
Приведенные величины заднего и переднего углов для фасонных резцов
относятся только к наружным точкам профиля резца. Задний и передний
углы на остальных точках профиля резца изменяются и не равны приня-
тым величинам. С приближением рассматриваемых точек к центру кругло-
го резца задний угол непрерывно возрастает, а передний уменьшается.
Кроме того, на величину заднего, а также и переднего угла, влияет наклон
режущей кромки относительно оси детали. На участке детали с поверх-
ностью, наклонной по отношению к оси (т. е. на тех участках, где поверх-
ность тела вращения образована линиями, наклонными по отношению
к оси детали), задние углы фасонного резца будут уменьшаться в зависи-
мости от угла наклона образующей по отношению к оси детали. На участ-
ке, имеющем образующую, параллельную оси детали, задний угол не из-
меняется. На участке, имеющем образующую, перпендикулярную оси
детали, задний угол равен нулю. Задний угол резца в любой произвольной
точке профиля (режущей кромки), можно определить следующим образом.
Представим себе режущую кромку круглого фасонного резца, накло-
ненную под углом ip к линии, перпендикулярной оси резца (рис. 44). Опре-
делим, какой задний угол ал. будет в сечении, перпендикулярном режущей
кромке, если задний угол в сечении, перпендикулярном оси детали, задан
н равен а.
Рассечем режущую кромку в точке С двумя плоскостями А и X. Если
в сечении плоскостью А, перпендикулярной оси резца, задний угол будет
равен а, то в плоскости X, перпендикулярной режущей кромке, задний
угол будет иметь другое значение otv. Из треугольников CDE и CDF можно
определить эти углы.
77
Рис. 44. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАДНЕГО УГЛА „
Из треугольника CDE находим
, DE
г9а~~ОВ’ а из треугольника CDF
t DF
имеем tg ах —---.
Отсюда
tga _ DE CD DE
tgax ~ CD DF ~~DF‘
Но в треугольнике DEF угол между
сторонами DE и EF представляет со-
бой не что иное, как угол <р наклона
линии образующей поверхности вра-
щения к оси дел али, следовательно, DF — DE sin ср.
Преобразуя выведенную формулу, получим tg ах = tg a sin <р. Если рас-
сматриваемая нами точка С режущей кромки лежит на наружном диаме-
тре резца, то эта формула будет достаточна для определения угла ах или
так называемого угла бокового зазора. Если же точка С лежит не на на-
ружном диаметре резца, а на некотором радиусе гх, то в полученную нами
формулу необходимо ввести коррективы, поскольку величина угла а в точ-
ке С не будет соответствовать величине заднего угла на наружном диаме-
тре резца. Таким образом, боковой задний угол ах в некоторой произволь-
ной точке С режущей кромки можно определить по формуле
R
tg ах = — tg a sin ср,
гх
где R и гх — соответствующие расстояния наружной и произвольной точек
от центра или базы крепления резца; ср — угол между касательной к про-
филю резца в точке С и прямой, перпендикулярной оси резца.
Если значение заднего угла ах будет меньше 2—3°, то необходимо за-
дать больший задний угол а.
Элементами призматического фасонного резца, которые необходимо
определить конструктору, являются ширина, толщина, высота и размеры
профиля резца. Разберем более подробно определение всех конструк-
тивных элементов фасонного круглого резца, а также профилирование
круглых фасонных и призматических резцов.
Наружный диаметр резца определяют с учетом высоты профиля дета-
ли. Для этой цели можно рекомендовать графическое построение, приве-
денное на рис. 45. Из центра О детали проводим две концентрические
окружности радиусами, равными наибольшему и наименьшему радиусам
детали. Через точку А под углом у проводим линию, изображающую след
плоскости заточки передней грани резца. Из той же точки А проводим ли-
нию под углом а, равным заднему углу резца. На расстоянии к от точки
касания В проводим линию, перпендикулярную 00 х. Расстояние к предста-
вляет собой минимальное расстояние, необходимое для отвода стружки от
передней грани резца. Из полученной точки С пересечения вертикальной
линии с линией передней грани проводим линию, делящую угол со попо-
78
Flic. 45. ГРАФИЧЕСКОЕ ПОСТРОЕНИЕ НА-
РУЖНОГО ДИАМЕТРА КРУГЛОГО
ФАСОННОГО РЕЗЦА
лам, точка пересечения этой линии
и линии, идущей под углом а, будет ис-
комой точкой О2 — центром круглого
резца. Размер к принимают в зависимо-
сти от толщины и объема срезаемой
стружки в пределах от 3 до 12 мм.
Зная центр резца (точка О2), можно,
проведя окружность радиуса R, опре-
делить графически остальные размеры
резца. Для определения диаметра отвер-
стия толщину тела резца т принимают
равной 6—10 мм.
Если фасонные резцы применяют для внутренней обработки, диаметр
фасонного резца должен быть равен 0,6 — 0,85 диаметра отверстия. Если
у такого резца невозможно изготовить отверстие для оправки, то тело
резца выполняют за одно целое с хвостовиком. Хвостовой резец изгото-
вляют из целого куска металла, если он небольших размеров, и делают
сварным, если он достаточно большой.
На круглых фасонных резцах обычно делают зубья на одном из торцов
для установки и закрепления их на оправке. Угол профиля зубьев равен
90°. Чаще всего число зубьев принимают равным 34. Эти зубья служат для
фиксирования поворота резца перед заточкой. Например, в державке, при-
веденной на рис. 46, для поворота резца предусмотрен специальный рычаг
2, имеющий зубья на одной стороне и регулируемый винтом 1 от носитель-
но корпуса державки. В других конструкциях державок для круглых резцов
также предусмотрены соответствующие детали и узлы для поворота резца
на небольшой угол.
Наиболее сложной частью расчета фасонных резцов является определе-
ние профиля фасонного резца. Профиль фасонного резца не соответствует
в точности профилю детали, а в большей или меньшей степени отличается
от последнего. Рассмотрим методы определения профиля фасонного резца.
Если передний у и задний а углы не равны нулю (рис. 47), можно заме-
тить, что профиль резца по сравнению с профилем детали изменяется.
Действительно, если на детали глубина профиля равна разности макси-
мального и минимального радиусов (на рис. 47 этот размер обозначен бук-
вой р), то соответствующая ему глубина pt профиля резца никогда не бу-
дет ему равна, а всегда будет меньше р, т. е. р > p t. Отсюда можно сделать
вывод, что глубина профиля фасонного резца изменяется по сравнению
с глубиной профиля детали, и, следовательно, все размеры профиля, изме-
ряемые перпендикулярно оси детали, на резце изменяются. Что касается
размеров I, и 12 профиля детали, измеряемых вдоль ее оси, то они в точно-
сти равны размерам профиля резца, измеренным в том же направлении.
Это положение, однако, справедливо только когда ось резца параллельна
оси детали.
79
Рис. 46. КРЕПЛЕНИЕ КРУГЛОГО ФАСОННОГО РЕЗЦА В ДЕРЖАВКЕ:
а — штифтом; б — без штифта
Рис. 47. УСТАНОВКА КРУГЛОГО РЕЗ-
ЦА ПРИ 7 > 0 и а > О
Существуют два способа нахож-
дения профиля фасонного резца:
графический и аналитический (рас-
четный). Преимуществом графиче-
ского способа является нагляд-
ность. К его недостаткам можно
отнести неточность, связанную с
неточностью i рафических построе-
ний. Преимущество аналитического
способа — высокая точность опре-
деления размеров. Недостатком
этого способа являстся сложность
в вычислениях, особенно для криво-
линейных профилей. Если же де-
80
таль имеет .сложную криволинейную форму, то удобнее и надежнее
всего провести расчет профиля обоими способами и сравнить полу-
ченные результаты. Можно применить для расчетов ЭВМ, тогда любые
сложные профили легко и быстро считает машина.
§ 2. ГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ
ФАСОННОГО КРУГЛОГО РЕЗЦА
При графическом способе (рис. 48) определения профиля фасонного кру-
глого резца строикГвпачале профиль детали. Для этой цели проводим ось
I—I, от этой оси откладываем соответствующие размеры профиля детали
и строим в левой части чертежа профиль детали. Затем проектируем полу-
ченные точки профиля на ось I — I, получаем точки 1', 2', 3', 4'. Из центра
СЧ проводим окружности соответствующими радиусами /д, гг, г3. Получим
проекцию детали на плоскость, перпендикулярную оси детали. Задавшись
углами у и а, а также соответствующим наружным диаметром резца (спо-
рно. 48. ГРАФИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОФИЛЯ КРУГЛОГО ФАСОННОГО РЕЗЦА
81
d
Рис. 49. ГРАФИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕ-
НИЕ ПРОФИЛЯ ПРИЗМА-
ТИЧЕСКОГО ФАСОННОГО
РЕЗЦА
/4-4
у соб определения наружттгпчГдиаметра резца см. рис. 45), построим центр
резца О2, расположенный выше центра детали на величину 7;p = K1sina.
Для построения центра резца можно раствором циркуля, равным на-
ружному радиусу Rl фасонного резца, сделать засечку из точки /, находя-
щейся на пересечении горизонтальной оси I—I с окружностью радиусом
гх. Затем проводим линию II —II, параллельную линии I —I, на расстоянии
/ip, точка О2 пересечения этой линии с засечкой, сделанной из точки 1, бу-
дет искомым центром окружности круглого резца. Теперь проведем линию
передней грани фасонного резца. Для этой цели из точки 1 проводим ли-
~нию III—III под углом у к линии I—I. Если соединить точки пересечения
1, 2 и 3 линии передней грани с соответствующими окружностями радиу-
сов гх, г2, гз с центром 02 фасонного резца, получим соответствующие ра-
диусы фасонного резца R2, R3.
Теперь можно построить профиль фасонного резца в радиальном сече-
нии. Для этой цели достаточно провести линию N — N', отложить перпен-
дикулярно этой линии осевые размеры /х, 12, которые, как нам известно, не
будут претерпевать никаких изменений и будут равны соответствующим
осевым размерам детали, так как ось круглого резца параллельна оси
обрабатываемой детали. Из точек пересечения осевых размеров 2№ 3N от-
ложим изменившиеся размеры р2 и р3 (Pi = R\—R2, р3 = Кг — R3), изме-
ренные перпендикулярно оси детали. Эти размеры будут равны разности
соответствующих радиусов фасонного круглого резца; получим профиль '
фасонного резца в радиальном сечении (точки 1", 2", 3"). .. ' \
На рис. 49 показан графический способ построения профиля фасонного
82
призматического резца, у которого передний угол у не равен нулю. Анало-
гично предыдущему способу строим профиль детали в двух проекциях
и рассекаем его параллельными прямыми. Точки пересечения парал-
лельных прямых с профилем детали проектируем на соответствующие
окружности jy, г2, гз, получаем точки Г—3'. Считая, что вершина резца
должна лежать на оси детали, получим точку 1. Из этой точки проведем
линию передней грани резца под углом у и линию задней грани под углом
а. Обозначим точки пересечения соответствующих окружностей г1г г2, г3
с линией передней грани резца через 1, 2, 3. Из этих точек проведем линии,
параллельные задней грани резца. Теперь остается построить последнюю
проекцию, а именно сечение резца, перпендикулярное его задней грани (се-
чение А — А). Проведем линию Д, от нее отложим отрезки ?15 12 и прове-
дем через концы отрезков линии, параллельные линии LL. Расстояния ме-
жду этими параллельными линиями, представляющие собой размеры
профиля резца, измеренные вдоль оси детали, будут равны соответствую-
щим размерам детали, измеренным вдоль ее оси. На полученных парал-
лельных линиях откладываем соответствующие точки пересечения их с ли-
ниями, параллельными задним граням резца. Полученные точки 1", 2", 3"
соединяем и получаем профиль фасонного призматического резца в сече-
нии А — А.
§ 3. АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРОФИЛЯ
КРУГЛОГО РЕЗЦА
Схема расчета профиля круглого фасонного резца с передним углом, не
равным нулю, показана на рис. 50. Зная размеры Bt, В2, В3 и т. д., можно
было бы определить соответствующие размеры радиусов резца. Определе-
ние размеров В2, В3, В4 можно произвести, пользуясь схемой, приве-
денной на рис. 49. Линией аМ обозначена передняя поверхность резца.
Чтобы определить расстояния С2, С3, С4, проведем прямые линии, прохо-
дящие через точки 1, 2, 3, 4 и перпендикулярные линии аМ. Соединяя точ-
ки 1, 2, 3,4 с центром детали, мы получим прямоугольные треугольники
1аОъ 2аОъ ЗаО1, 4аО2. Если взять любой из этих треугольников, например
самый меньший, то для определения стороны 1а достаточно составить
простое уравнение 1 а = iy cos Аналогично этому для определения сто-
роны 2а достаточно составить уравнение 2 а = r2 cos у2. Если из длины сто-
роны 2а вычесть длину стороны 1а, получим искомое расстояние С2. Зная
это расстояние, нетрудно определить соответствующий радиус фасонного
резца из треугольника 1МО2.
Так как фасонный резец обычно должен быть рассчитан по ряду уз-
ловых точек, то для удобства можно составить следующую схему расчета.
Определение размеров С2, С3 и т. д. (см. рис. 50):
hH = r1siny1; А3 = r1cosy1; siny2 = —; A2 = r2cosy2; С2 =
r2
= А2 — А4; siny3 = —; А3 = r3cosy3; С3 = А3—А4.
гз
Зная эти размеры, можно рассчитать соответствующие радиусы фасон-
83
ного резца. Из рис. 50 можно составить уравнения для расчета радиусов:
Е1 = а + "'; ftp = 7^sins-t; B1=K1cose1; B2—Bl — C2, tgE2=-!T; R2 —
J^2
в
B^B.-C,.^^^ R3^-^
sine, cose2 “ B3 ' sine3 cose3
§ 4. РАСЧЕТ ПРОФИЛЯ ПРИЗМАТИЧЕСКОГО ФАСОННОГО
РЕЗЦА
Аналогично приведенному расчету круглого фасонного резца можно про-
изводить расчет призматического фасонного резца (расчет профиля стерж-
невого резца производится так же, как и призматического) (рис. 51). Дтя
расчета достаточно определить расстояния от линии задней грани 1М до
линий 2—2', 3—3' и 4—4'. Эти искомые расстояния обозначены на рисунке
буквами р2, р3 и />4. Возьмем для примера расчет расстояния р2. Если из-
вестны расстояния С2, С3 и С4. которые могут быть вычислены аналогич-
но расчету для круглого фасонного резца, то нетрудно определить со-
ответствующие искомые расстояния р2, р3 и р4, которые являются
84
Рис 51. СХЕМА РАСЧЕТА ПРИЗМАТИ-
ЧЕСКОГО РЕЗЦА
катетами прямоугольных треуголь-
ников 1А 2, 1ВЗ, 1С4. Можно со-
ставить уравнения для решения
построенных прямоугольных треу-
гольников и определить по ним
соответствующие расстояния р2, Рз
и р4: £i=a + y; p2 = C2cos£1;
рз = CgCOSEjJ Р4 == C^COSEp
По приведенным уравнениям
можно, подсчитать расстояния р2,
Рз, Р4 с точностью до 0,001 мм.
Для построения профиля резца
достаточно отложить эти расстоя-
ния от прямой КЬна параллельных
линиях, отстоящих друг от друга
соответственно на расстояниях 11г
G, ?з-
§ 5. РАСЧЕТ КРУГЛОГО ФАСОННОГО РЕЗЦА
На рис. 52 показана деталь, для которой требуется спроектировать круглый
фасонный резец. Исходные данные для расчета примем следующие: =
= 15 мм; г2 = 24 мм; г3 =
— 24 мм; = 12 мм; /2 —
— 16 мм. Углы: передний
V = 20°, задний а = 12°.
Определим вначале раз-
меры С2, С3 (см. рис. 50),
а затем необходимые радиу-
сы 7?!, R2, R3. Для удобства
расчета составим таблицу.
В табл. 6 указаны логарифмы
Рис. 52. КРУГЛЫЙ ФАСОН-
НЫЙ РЕЗЕЦ, СПРО-
ЕКТИРОВАННЫЙ
ДЛЯ ЗАДАННОГО
ПРОФИЛЯ ДЕТАЛИ:
а — профиль детали; б—
фасонный резец
85
6. Последовательность расчета резца
Расчетная формула Обозначение размера Численная величина размера ——, Логарифм размера
rl 15,0 1,17610
Z^T^iny sin у sin 20° 1,53405
Л« 5,136 0,71015
rl 15,0 1,17610
Лз = Гт cosy cosy cos20° 1,97299
A 11,187 1,04909
hn 5,136 0,71015
sin у2 = —• Г2 24,0 1,38021
sin y2 sin 12'20'36" 1,32994
Г2 24,0 1,38021
Л2 == Г2 cos у2 cosy2 cos 12°2O'36" 1,98984
Al 23,445 1,37005
Л, 23,445
С2 = Л-2 ““ ~ С3 At 11,187 —
Cz — C3 12,258 —
a 20° —
£1 = а + у У 12’ —
E1 32’
50,0 1,69897
Zip = Ki sin Et sin Ej sin 32° 1,72420
Zip 26,496 1,42318
50,0 1,69897
Bp = Ki COS Et COSEj cos 32° T,92842
Л 42,403 1,62739
Bl 42,403 __
Л2 ~ -Bi Cz cQ 12,258 —
B, 30,145 —
r’v 26,496 1,42318
h tg Ez = B2 30,145 1,47921
B2 tge2 tg 40’39'40" 1,93397
Zip Z'p 26,496 1,42318
K2 ~ ~~ кз sin 40°39'40" 1,81397
Sin Ед 40,664 1,60921
86
Рис 53. СХЕМА ЗАТОЧКИ ФАСОННЫХ РЕЗ-
ЦОВ ПО ПЕРЕДНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ:
а — призматического; б — круглого; I —
длина слоя, снимаемого при переточках
призматического резца
размеров. Это сделано для облегчения
и ускорения действий умножения и де-
ления, которые заменяют сложением и
вычитанием соответствующих логариф-
мов.
Таким образом, в результате рас-
чета мы получили искомые радиусы
резца: Ki = 50,0 мм, R2 = R3 = 40,664 мм.
При расчете приняли величину радиуса
R1 равной 50 мм. Можно радиус Rr
определить графически, проделав по-
строение, приведенное на рис. 45.
§ 6. ЗАТОЧКА ФАСОННЫХ РЕЗЦОВ
Переточку фасонных резцов, как круглых, призматических и стержневых,
нужно производить исключительно по передней грани. Для заточки можно
применять универсально-заточные станки, заточку следует производить ча-
шечными кругами. Фасонные резцы с многогранными пластинками не
перетачивают.
Если передний угол резца не будет строго выдержан по чертежу резцд,
то профиль резца будет искажен, и резец не даст точной детали, поэтому
при заточке фасонных резцов необходимо обращать особое внимание на
правильное расположение резца относительно шлифовального круга. При-
способление для заточки призматического фасонного резца (рис. 53, а) дает
возможность установить резец под определенным углом, равным сумме
заднего и переднего углов призматического резца. Установка круглого фа-
сонного резца при заточке его на универсально-заточном станке показана
на рис. 53,6. Ось круглого резца должна быть расположена относительно
плоскости вращения режущих кромок шлифовального круга на расстоянии
7’к, равном йр. Основное преимущество круглых резцов — повышенный
срок службы.
На вертикальных (перпендикулярных к оси резца) участках профиля,
т. е. на тех участках, где резание затруднено, обычно делают поднутрение
(угол <рх) на таких участках или же, если это возможно, поворачивают ось
резца по отношению к оси детали (см. рис. 43, е).
ГЛАВА §
ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ОБРАБО ТКИ ОТВЕРСТИЙ
§ 1. СВЕРЛА
Нет ни одной машины, при изготовлении которой можно было бы обой-
тись без инструмента для отверстий. Отверстия получают разными спо-
собами: отливкой, штамповкой, сверлением с последующей обработкой
зенкером, протяжкой, расточными резцами, разверткой, шлифовальным
кругом и т. д. (рис. 54).
Сверло является режущим инструментом, предназначенным для сверле-
ния отверстий в сплошном материале, а также для рассверливания предва-
рительно просверленных отверстий.
Типы сверл н их классификация. По конструкции все существующие
типы сверл сводятся к следующим основным группам:
1) перовые, цельные и составные;
2) с прямььми канавками: с цилиндрическим хвостиком, с коническим
хвостиком, с прямыми канавками составные и с двойной заточкой;
Рис. 54. СХЕМЫ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ:
<1 — сквозное сверление; б — кольцевое сверление; в — сверление до упора; г — свер-
ление и зенкерование; д — сверление, зеикерование, развертывание; е — сверление
И развертывание
88
3) спиральные (с винтовыми канавками): с цилиндрическим хвостови-
ком, с коническим хвостовиком, с отверстиями для охлаждающей жидко-
сти;
4) для сверления глубоких отверстий (т. е для отверстий глубиной бо-
лее пяти диаметров): ружейшяе цельные и составные, пушечные, шпин-
дельные, инжекторные, спиральные составные и сверла кольцевые;
5) комбинированные центровочные и ступенчатые.
- Приведенная классификация охватывает только основные часто встре-
чающиеся типы сверл. На практике для выполнения различных работ при-
ходится проектировать и применять специальные сверла. Кроме того,
каждый из приведенных выше типов имеет значительное число разновид-
ностей для сверления различных материалов.
Разберем основные конструктивные элементы наиболее распростра-
ненных стандартных спиральных сверл общего назначения,
§ 2. СПИРАЛЬНЫЕ СВЕРЛА
Спиральные сверла предназначены для сверления отверстий: без после-
дующей обработки (после сверления можно получить при правильной за-
точке сверла отверстие 5-го класса точности); «под зенкер», т. е. последую-
щей обработкой служит обработка зенкером (зенкер может быть заменен
также расточным резцом или протяжкой); «под развертку», т. е. последую-
щим методом обработки служит развертывание, которое может быть за-
менено протягиванием или шлифованием; «под резьбу», т. е. последую-
щую обработку производят метчиком. Для всех перечисленных работ
сверла должны быть правильно подобраны по диаметру.
Для получения отверстий 1—4-го классов точности после сверления
приходится вводить зенкерование, развертывание, протягивание, шлифова-
ние, хонингование, так как сверление не обеспечивает требуемой точности
отверстия и чистоту его стенок.
Конструктивные элементы спирального сверла. На рис. 55 изображены
спиральные стандартные сверла с коническим хвостовиком. Различают
следующие основные части сверла:
1) рабочая часть сверла, снабженная канавками; она состоит из режу-
щей и направляющей частей; режущей называется часть сверла, имеющая
режущие кромки;
2) хвостовнк — для закрепления сверла и передачи крутящего момента
от шпинделя;
3) лапка (у сверл с коническим хвостом) или поводок (у сверл с цилин-
дрическим хвостом);,
4) шейка — соединяет рабочую часть и хвостовик.
Рассмотрим отдельные элементы, определяющие размеры и форму
сверла. К таким конструктивным элементам относятся: I) — диаметр свер-
ла; 2<р — угол режущей части (угол при вершине); со — угол наклона винто-
вой канавки; у, а, б — геометрические параметры режущей части сверла,
т. е. передний и задний углы и угол резания; d — толщина перемычки (или
диаметр сердцевины); b — ширина пера (зуба) или ширина канавки,/— лен-
точка; /п — длина рабочей части; L— общая длина сверла, форма режущей
кромки и профиль фрезы для канавки сверла.
89
Рис. 55. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СВЕРЛА
Рис. 56. НЕСИММЕТРИЧНАЯ ЗАТОЧКА СВЕРЛА
Диаметр сверла. Диаметр сверла выбирают
по стандарту в зависимости от назначения сверла
и технических требований. В стандарте имеются
рекомендуемые диаметры сверл в зависимости от
требуемой точности отверстий деталей машин.
Для сверления под резьбу стандарт предусматри-
вает две группы даиметров сверл — для вязких
и хрупких металлов. Дело в том, что при нарезании
резьбы метчиком в просверленном отверстии вслед-
ствие пластических деформаций металла увеличива-
ется высота витка резьбы в ганке, следовательно,
происходит уменьшение внутреннего диаметра от-
верстия. Это явление сказывается заметнее у вязких металлов и меньше
у хрупких и твердых металлов. Поэтому диаметр сверла под резьбу
выбирают несколько больше внутреннего диаметра резьбы гайки.
Диаметр сверла всегда меньше, чем диаметр просверленного отверстия,
вследствие разбивки, т. е. увеличения диаметра отверстия. Величина раз-
бивки зависит от биения шпинделя станка, на котором производят обра-
ботку, от свойств обрабатываемого металла, биения сверла в шпинделе
станка и др. Особенно большое влияние оказывает неправильная заточка
сверла (неодинаковые углы при вершине и неодинаковая длина режущих
кромок). Неправильная, несимметричная заточка (рис. 56) приводит к зна-
чительному увеличению диаметра отверстия. Такая резкая несимметрич-
ность кромок, дающая неправильный диаметр отверстия, может быть лег-
ко устранена при заточке сверла, однако в некоторой мере несимметрич-
ность, которая влияет на диаметр отверстия, всегда имеет место.
При обычных условиях эксплуатации разбивка имеет определенные
установленные практикой величины. Допуски па диаметр спиральных
сверл в зависимости от условий работы различные. В табл. 7 приведены
допуски на диаметр спиральных сверл общего назначения и точного ис-
полнения. Как видно из табл. 7, все допуски даны в сторону уменьшения,
так как сверло всегда обеспечивает увеличение диаметра отверстия из-за
разбивки.
Угол режущей части сверла (угол при вершине). Угол 2<р при вершине
сверла (см. рис. 55) имеет большое значение для правильной работы свер-
90
7, Допуск иа диаметр стандартных спиральных сверл, мм
Диаметр сверла, мм Сверла общего назначения Сверла точного исполнения
Отклонение Допуск Отклонение Допуск
Верхнее Нижнее Верхнее Нижнее
Or 0,25 до 0,5 -0,01 — — —
Св. 0,5 до 0,75 0 -0,015 0,015 0 -0,009 0,009
» 0,75 » 1 0 -0.02 0,02 0 -0,011 0,011
» 1 » 3 0 -0,025 0,025 0 -0,014 0.014
» 3 » 6 0 -0,03 0.03 0 -0,018 0,018
» 6 » 10 0 -0,036 0.036 0 -0,022 0,022
» Ю » 18 0 -0,043 0,043 0 -0,027 0,027
» 18 » 30 0 -0,052 0,052 0 -0,033 0,033
» 30 » 50 0 -0,062 0,062 0 -0,039 0.039
» 50 » 80 0 -0,074 0,074 0 -0,046 0,046
ла. Изменение угла при вершине приводит к изменению основных режу-
щих элементов сверла. От величины принятого угла при вершине зависят
передний и задний углы сверла. Исследования показывают, что на выбор
утла при вершине влияют свойства обрабатываемого материала. Для
твердых и хрупких металлов угол при вершине целесообразно применять
равным 130—150°,-для более мягких и вязких 80 — 90°, у сверл общего на-
значения (стандартных) угол 2ф= 1164-118°.
Помимо свойств обрабатываемого материала на выбор угла 2ф оказы-
вают влияние и основные факторы резания при сверлении. Чем больше
угол 2тр, тем прочнее сверло у перемычки. Это обстоятельство заставляет
делать этот угол большим при сверлении более твердых металлов. Одна-
ко, чем больше угол при вершине, тем больше по величине, при прочих
равных условиях, осевая сила, а следовательно, и напряжения на про-
дольный изгиб или сжатие сверла. Чем больше угол при вершине, тем
больше вероятность поломки сверла при выходе, когда сверлят сквозные
отверстия. При меньшем угле 2<р вероятность такой поломки значительно
меньше. У стандартных сверл угол 2ф = 118°.
Произвольное изменение величины угла 2ф у сверла с определенным
углом наклона винтовых канавок недопустимо, так как это приводит к из-
менениям переднего угла у и формы режущей кромки.
Угол <в наклона винтовых канавок. Винтовые канавки спирального свер-
ла могут быть правые и левые. Правая канавка направлена по винтовой
линии с подъемом слева направо (см. рис. 55), левая — наоборот. Большин-
ство сверл имеет правые канавки и предназначены для правого вращения.
Только для автоматов применяют сверла левого вращения. Угол со накло-
на винтовых канавок спирального сверла называют угол между разверну-
той винтовой линией и осью сверла. Если рассмотрим развертку винтовой
rD
линии, то увидим, что угол со определяют по формуле tg го = ——-, где
н
D — диаметр сверла; Н — шаг винтовой канавки сверла.
Принято определять угол со по наружному диаметру сверла. Однако
нужно иметь в виду, что в любой точке режущей кромки, расположенной
ближе к центру, угол наклона будет изменяться (рис. 57).
Угол наклона винтовой канавки имеет большое значение для работы
91
A, A, fl
Рис. 57. ИЗМЕНЕНИЕ УГЛА НАКЛОНА ВИН
ТОВЫХ КАНАВОК
сверла, так как он определяет основной
параметр режущего инструмента — его
передний угол у. С увеличением угла oj
увеличивается передний угол, следова-
тельно, процесс резания протекает в более
легких условиях: улучшаются условия
отвода стружки, наблюдается умень-
шение осевой силы (усилия подачи), а
также уменьшение крутящего момента
на сверле.
По данным некоторых исследовате-
лей, осевая сила и крутящий момент-
резко надают при увеличении угла о
до определенной величины (до 30 ), а
при. дальнейшем увеличении угла со
наблюдается уже незначительное умень-
этой точки зрения выгоднее брась со—
шенпс сил. Следовательно, с
= 30'. Однако увеличение угла со, кроме перечисленных положи юльных
сторон, имеет и отрицательные стороны: уменьшение жесткости сверла
при увеличении угла со и уменьшение угла заострения режущей кромки
сверла, а это приводит к ослаблению режущей кромки и ухудшению усло-
вий отвода тепла. Эти явления будут тем заметнее, чем меньше диаметр
сверла. Поэтому для мелких сверл при прочих равных условиях следует
принимать меньшие значения угла со, чем у крупных сверл. Ниже приве-
дены рекомендуемые значения угла со в зависимости от диаметра сверла:
Диаметр сверла, мм 0,25— 0,4- 0,5- 0,75— 1,0- 2,0— 3,0- 3,5- 4,5- 6,5- 8,5- Io-
О.35 0,45 0,7 0,95 1,9 2,9 3,4 4,4 6,4 8,4 9,9 80
Угол со, град ... 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 30
Спиральные сверла, предназначенные для определенных условий ра-
боты, следует проектировать с наиболее выгодным для данного обрабаты-
ваемого материала углом наклона со. В табл. 8 приведены рекомендуемые
значения угла наклона со и угла 2ср для сверл в зависимости от обрабаты-
ваемого материала.
Углы режущей кромки сверла (передний и задний углы) (рис. 58). Эш
углы лезвия сверла следует рассматривать в нерабочем и в рабочем поло-
жениях (с учетом кинематики сверления).
В нерабочем положении под углом у следует понимать угол между ка-
сательной к передней поверхности в рассматриваемой точке А режущей
кромки (рис. 58) и линией АВ, перпендикулярной поверхности вращения ре-
жущей кромки вокруг оси сверла в той же точке. Рассмотрим, от каких ве-
личин зависит угол уА у сверла в сечении NN. Если взять точку А, распо-
ложенную на цилиндре диаметром DA, то для этой точки угол наклона
винтовой канавки определи юя но формуле
tgctu =
Н ’
92
8. I'coMcipnM сверла, рекомендуема!! для различных обраба!ываемых материалов
Обрабатываемый материал Угол <о, град Угол 2<р, град
Сталь с ав до 70 кгс/мм? 30 116-118
Легированная сталь:
ов = 70 —100 Ki с/мм2 25 120
п„= 100-г 140 кге/мм? 20 . 125
Нержавеющая с1аль 25 120
Чугун 25 — 30 116-120
Красная медь 34-45 125
Твердые бронза’ и латунь 15-20 135
Вязкая латунь, медное лигье 25-30 130
Чистый алюминий и вязкие легкие металлы (силумин) 35-45 130-140
Дерево 25-30 60-85
Примечание. Данные относятся к сверлам, начиная с диаметра 10 мм и выше;
у более мелких сверл следует принимать иные углы; кроме того, данные таблицы
предусматриваю( изготовление сверл из быстрорежущей или легированной стали, но ие
из твердою сплава.
Передний yi о.ч в сечении 00 будет равен углу шд. Но нас интере-
суег сечение N — N. Передний угол уд в этом сечении может быть получен
путем пересчета угла шд в плоскости 00 на угол уд в плоскости NN. Для
этого достаточно построить прямоугольный треугольник ANO. Рассмат-
NB
ривая его в сечении N — N (треугольник ANB), получим AN =--- или
NB = .4Ntgy4.
ОВ
или ОВ = АО tg сод. Но NB = ОВ,
AN
на ыпф, получим
N-N
В сечении 0 — 0 получим АО =
tg Шд
следовательно, AN tg у а — АО tg сод. Заменив
tgY.4 = —---
sin ср
С другой стороны, известно также, что
. kDa „ nD
Н = - -.
Н tg со
Подставив в формулу tgy^, получим
Da tg w
tg YA = -jr-T-----------
D sin ср
Таким образом, передний угол в лю-
бой точке режущей кромки сверла будет
зависеть от угла со наклона винтовых ка-
навок, половины угла ср при вершине сверла
и от диаметра, на котором расположена
рассматриваемая точка. Чем ближе к центру
Рис. 58. УГЛЫ РЕЖУЩЕЙ КРОМКИ СВЕРЛА
93
симметрии поперечного сечения
вид
Рис. 59. ВЛИЯНИЕ УГЛА НА ПЕ-
РЕДНИЙ УГОЛ СВЕРЛА.
расположена рассматриваемая точка ре-
жущей кромки, тем меньше угол у.
Приведенная формула для определения
угла у приближенная, так как в ней не
учитывается ширина перемычки. Более
точно можно определить передний угол,
выведя зависимость угла у от угла
образованного радиусом RA, проведен-
ным через данную точку А, и осью
сверла (рис. 59). Тогда формула примет
Da tg CO COS (|/ t
tgY4= п
п / Da t ч
D (sin ср —tg co cos cp smvi)
Однако практически влиянием угла пренебрегают и ограничиваются
первой более простой формулой. У обычного стандартного сверла в зоне
перемычки угол у отрицательный и очень затрудняет сверление, поэтому
стремятся изменить его путем различных подточек.
Заднийуголау сверла представляет собой угол между касательной
к задней поверхности в рассматриваемой точке режущей кромки и каса-
тельной к поверхности резания. Плоскость измерения угла проводят через
рассматриваемую точку режущей кромки касательно цилиндрической по-
верхности, ось которой совпадает с осью сверла. Если рассматривать угол
а К в плоскости, перпендикулярной режущей кромке сверла, зависимость
между задним углом в плоскости, параллельной оси, и углом в плоскости,
перпендикулярной режущей кромке, будет приближенно следующей:
tg ajv = tgasin <р,
где ajv — задний угол в плоскости, перпендикулярной кромке в рассматри-
ваемой точке; а — задний угол, измеренный в плоскости, проходящей через
ту же точку, касательной к окружности в данной точке и параллельной осп
сверла.
Мы рассматривали передний и задний углы су сверла в нерабочем поло-
жении. В процессе работы сверло кроме вращательного движения имеет
также поступательное движение, и это приводит к тому, что траектория
каждой точки режущей! кромки будет являться винтовой линией.
Угол ц наклона этой винтовой линии или траектории резания можно
определить по формуле tg ц = —где s — подача, мм/об.
лР
В рабочем положении (рис. 60) угол ур = у + ц, а задний угол в рабочем
положении ар = а — ц. Практически при небольших подачах угол наклона
траектории ц будет по величине незначителен. Однако этот угол необходи-
мо учитывать, когда мы задаемся значениями углов у и а, особенно при
конструировании сверл небольших диаметров, так как чем меньше диа-
94
Рис 60. УГЛЫ РЕЖУЩЕЙ КРОМКИ
В ПРОЦЕССЕ РЕЗАНИЯ
метр, на котором лежит рассмат-
риваемая точка, тем большее значе-
ние при одной и той же подаче будет
иметь угол р.
Возможно даже такое положе-
ние, когда задний угол ар в про-
цессе резания получится отрица-
тельным, что вызовет на некоторых (Развертка окружности сверла)
участках сильное трение сверла
об обрабатываемую поверхность. Для создания благоприятных задних
углов в любой точке режущей кромки необходимо произвести за-
точку таким образом, чтобы обеспечить увеличение заднего угла
по мере приближения к оси сверла. Если в точке, взятой на периферии (у
наружного диаметра) а — 6 4-8°, то у оси сверла этот угол должен быть
25 — 27° (для средних размеров сверл). Это обеспечивают заточкой задней
поверхности режущей части сверла на специальных заточных станках.
В зависимости от формы задней поверхности, получаемой при заточке,
основные станки для заточки сверл можно разбить на три группы: 1) стан-
ки для конической заточки, когда поверхности сверла, образуемые при за-
точке, являются коническими (рис. 61, а и б); 2) станки для винтовой за-
95
точки, когда поверхности сверла, образуемые при заточке, являются
вишовыми (рис. 61, в); 3) станки для плоской заточки (рис. 61,г,д).
При конической заточке сверло закрепляют в специальном приспосо-
блении на столе станка, оно вращается вместе с приспособлением вокруг
оси 00 воображаемого конуса (рис. 61, а и 6). Очень важно при этом при-
дать правильное положение сверлу относительно оси шлифовального кру-
га и той оси, относительно которой производится качание сверл при заточ-
ке. Одновременно сверло подается вдоль своей оси к шлифовальному
кругу. При затачивании задняя поверхность сверла будет являться частью
поверхности этого воображаемого конуса. При сравнении способов заточ-
ки по рис. 61, а и б видно, что они различаются между собой только схе-
мой расположения оси воображаемого конуса относительно сверла.
Приспособление для установки сверла (губкодержатель) конструируют
таким образом, чтобы вершина конуса, по которому производят заточку,
была расположена па определенном расстоянии от оси сверла [при первом
способе (рис. 61, а) это расстояние равно 1,16 D, а при втором способе (рис.
61,6)— 1,9 £>]. Кроме того, ось конуса смещается относительно оси сверла
на 1/1з —1/то диаметра сверла в плоскости, перпендикулярной плоскости
чертежа. Различное расположение оси воображаемого конуса относитель-
но оси сверла дает различную картину изменения задних углов по всей
длине режущей кромки сверла. Для сверла лучше, когда задний угол у на-
ружного диаметра меньше, чем у центра, поэтому наибольшее распростра-
нение получила заточка по второму способу (рис. 61,6), которая дает рез-
кое увеличение заднего угла по направлению к центру сверла. Заточка по
первому способу (рис. 61, а) также дает увеличение заднего угла, но значи-
тельно меньше.
Распространена также схема винтовой заточки (рис. 61, в). Сверло, зажа-
тое в патроне, медленно вращается вокруг своей оси. Шлифовальный круг,
кроме основного вращения вокруг оси АЛ, получает еще дополнительные
движения: вращение вокруг оси ВВ (ось шпинделя эксцентрична оси ВВ
втулки, последняя получает независимое вращение) и возвратно-поступа-
тельные перемещения вдоль оси, которые осуществляются посредством ку-
лачка. Дополнительное вращение шлифовального круга обеспечивает пере-
мещение его рабочей поверхности по режущей кромке сверла. Таким
образом, все относительные перемещения шлифовального круга и сверла
так связаны между собой, что в результате получается заточка задних по-
верхностей сверла по винтовой поверхности. Такой метод заточки позво-
ляет получить резкое увеличение заднего угла (на 25%), повышающееся по
направлению к центру сверла, и имеет преимущества перед более распро-
страненной заточкой по первому и второму способам. При винтовой за-*
точке сверл можно получить за счет выхода кромок круга за центр остро-
вершинную перемычку, очень удачную для сверления мягких и вязких
материалов, при сверлении твердых материалов слишком большой задний
угол снижает прочность перемычки сверла. Плоскую заточку (рис. 61, г)
используют для мелких сверл, диаметром до 3 мм и реже для сверл
больших диаметров. В последнем случае необходимо делать двупло-
скостную заточку (рис. 61, д), обеспечивающую необходимые задние углы
для режущей кромки и образование второй задней поверхности на
нерабочей части пера, устраняющей затирание поверхности детали. '
96 i
Рис. 62. СПОСОБЫ ЗАТОЧЕК СПИРАЛЬНЫХ СВЕРЛ
В последнее время двуплоскостная заточка широко распространена для
заточки твердосплавных сверл, а в сочетании с подточкой перемычки это.
дает хорошие результаты.
Способы улучшенной заточки спирального сверла. Перечисленные спо-
собы заточки не устраняют таких недостатков режущей части спирального
сверла, как уменьшение переднего угла в точках лезвия, расположенных
ближе к центру сверла; неблагоприятных условий резания у перемычки;
трения из-за отсутствия заднего угла у цилиндрической ленточки. Поэтому
есть способы заточки сверл, позволяющие улучшить их режущие свойства.
При двойной заточке сверл (рис. 62, а) образуется уменьшенный угол
при вершине на наиболее нагруженных кромках сверла в местах, перехода
к цилиндрической его части. Благодаря такой заточке увеличивается ши-
рина стружки, уменьшается ее толщина, увеличивается передний угол
в точках, прилегающих к наружному диаметру. На основании исследова-
ний установлена следующая наивыгоднейшая форма двойной заточки:
угол 2<р = 70-?75°, ширина лезвия двойной заточки b = 0,2D, где D — диа-
метр сверла.
Сравнительные испытания и практика заводов показывают, что введе-
ние двойной заточки для сверл начиная с диаметра 12 мм при обработке
стали дает повышение стойкости до 2,5 — 3 раз, а при обработке чугуна —
до 3 — 5 раз по сравнению с обычной.
Подточка перемычки (рис. 62,6). Перемычка сверла, имеющая угол ре-
зания значительно больше 90°, работает в тяжелых условиях: она не режет,
а заминает материал. При этом значительно увеличиваются силы резания,
особенно осевая составляющая. Для уменьшения сил резания при сверле-
нии и облегчения условий резания нужно уменьшить длину перемычки, од-
нако это приведет к уменьшению прочности сверла. Поэтому следует
производить подточку только у режущей части; прочность сверла не
уменьшается, так как сердцевина на всем сверле остается прежней.
При подточке, показанной на рис. 62, б, вытачивают выемки на участках
ВС, являющихся продолжением режущих кромок АВ. Длину перемычки
при этом уменьшают незначительно и доводят до 0,1£> (для больших
4 Г. А. Алексеев и др. 97
/ 2 3 4 5
Рис. 63. ФОРМЫ ПОДТОЧЕК СВЕРЛ:
1 — нормальная (одинарная) бел подточек обозначается буквой II для сталн, сталь-
ного литья, чугуна; 2 — одинарная с подточкой перемычки (НП) для стального
литья с ав до 50 кгс/мм2 с неснятой коркой; 3 — одинарная с подточкой пере-
мычки и ленточки (НИЛ) для сталн и стального литья с ав до 50 кгс/мм2 со
снял ой коркой; 4 — двойная с подточкой перемычки (ДП) для стального литья
с <тв более 50 кгс/мм2 с неснятой коркой и чугуна с неснятой коркой; 5 — двойная
с подточкой перемычки и ленточки (ДПЛ) для стали и стального литья с <тв более
50 кгс/мм2 со снятой коркой и чугуна со снятой коркой
сверл). В результате такой подточки облегчается резание, повышается
стойкость сверла. Подточку рекомендуют для сверл, обрабатывающих ста-
ли мягкой или средней твердости, и в особенности для крупных сверл.
Подточка цилиндрических ленточек. Наиболее подверженными износу
являются места перехода от главных режущих кромок к цилиндрическим
ленточкам (уголки). Из-за резкого перехода в этих местах и отсутствия за-
днего утла у ленточки повышается износ по диаметру, что приводит иног-
да к защемлению и поломке сверла. Этого можно избежать, если затачи-
вать задний угол у ленточки па небольшой длине, оставляя небольшую
фаску 0,1—0,2 мм (рис. 62, в). Рекомендуемый задний угол на ленточке
6 —8% длина подточки 1,5 —5 мм —в зависимости от диаметра сверла.
Уголки сверла следует закруглить, что также способствует повышению
стойкости. Наличие такой подточки приводит к увеличению стойкости
сверл до 2—3 раз.
Образование стружкоразделителышх канавок. При сверлении глубоких
отверстий возможно скопление широкой стружки, отделяющейся от режу-
щих кромок сверла. Рекомендуется в этих случаях вводить стружкоразде-
лительные канавки, которые позволяют разбить широкую стружку на бо-
лее узкую. Канавки могут быть образовать или вдоль передней
поверхности сверла (рис. 62, г) или по задней поверхности (рис. 62,0). Ка-
навки первого типа получают фрезерованием или прорезкой узким шлифо-
вальным кругом. Канавки второго типа должны быть образованы узким
шлифовальным кругом после заточки сверла по задней поверхности.
Введение стружкоразделительных канавок дает повышение стойкости
сверл до 2 раз. Так как все приведенные типы подточек в определенных ус-
ловиях приводят к улучшению работы спирального сверла, то применяют
комбзшацин из всех типов подточек (рис. 63). Имеются также различные
виды подточек для других условий работы сверла.
Сердцевина и поперечная кромка сверла. Размер (диаметр) сердцевины
у спиральных сверл является важнейшим элементом. При недостаточном
диаметре сердцевины сверло будет менее жестким, а следовательно,
будет выдерживать меньшие крутящие моменты. Кроме того, при умень-
шении сердцевины значительно уменьшается осевая сила и облегчается про-
цесс сверления, так как уменьшается поперечная кромка. Размер сердце-
вины для сверл из быстрорежущей сталн, по данным завода «Фрезер», при-
98
нимают в следующих пределах: у сверл диаметром от 6 до 10 мм в пределах
(0,24-0,25) Л, у сверл свыше 12 мм — (0,14т-0,16) D. Сверла с пластинками
твердого сплава имеют другие соотношения — сердцевину у них делают
относительно большой, так как такое сверло сильно ослабляется при вре-
зании пластинки: для сверл диаметром до 10 мм диаметр сердцевины ра-
вен 0,27D, для сверл диаметром свыше 10 мм — (0,25 ч-0,26) D.
У сверл диаметр сердцевины по направлению к хвостовику увеличи-
вают'на 1,4—1,8 мм на 100 мм длины. Это делают для обеспечения боль-
шей прочности и жесткости сверла. У фрезерованных сверл такое увеличе-
ние диаметра сердцевины получают благодаря постепенному подъему
шпинделя канавочной фрезы по мере продвижения ее к хвостовику сверла,
у витых сверл увеличение сердцевины к хвосту достигается изменением
профиля валков.
Для тяжелых условий работы сверла, где требуется повышенная про-
чность и жесткость (сверление косых отверстий, сверление на значитель-
ную глубину, сверление пакетов и т. д.) конструкторы увеличивают сердце-
вину, но при этом сталкиваются с обязательным применением одной из
подточек, что немного удорожает эксплуатацию сверл.
Ширина пера и ширина канавки сверла. Ширину пера выбирают из со-
ображений прочности сверла, а ширину канавки — из условия достаточно-
го прост ранства для размещения стружки и отвода ее от режущей кромки
во время работы сверла. Обычно принимают ширину пера равной ширине
канавки, т. е. при двух перьях равной 1/т окружности сверла. Однако для
сверл с большим углом со ширину канавки следует немного увеличивать.
В чертежах сверл ширину пера дают перпендикулярно винтовой канавке,
так как эту величину легче всего измерить.
По данным завода «Фрезер», ширину пера для сверл из быстрорежу-
щей стали принимают : для сверл диаметром от 3 до 8 мм — 0,62В; свыше
8 до 20 мм — 0,59В; свыше 20 мм — 0,58В. Ширину канавки обычно не про-
ставляют в чертежах и не измеряют, однако ее размеры конструктору при-
ходится определять для построения профиля канавочной фрезы.
Ленточка сверла. Узкую полоску зуба, отшлифованную по диаметру,
называют ленточкой или фаской сверла. Этот элемент имеет важнейшее
значение для работы сверла, так как от размера ленточки зависит большее
или меньшее трение сверла о стенки обрабатываемого отверстия. Цилин-
дрическая ленточка должна также обеспечить сверлу хорошее направление.
Размеры ленточек, принятые для сверл, приведены в табл. 9.
Для уменьшения трения цилиндрических ленточек о стенки отверстия
делают на сверле обратную конусность; диаметр направляющей части
9. Размеры ленточек для спиральных сверл, мм
Диаметр сверла Ширина леи i очки Высота . ленточки Диаметр сверла Ширина леи ючки Высота ленточки
1 0.3 о,1 20 1,25 0,55
3 0,45 0,15 30 1,6 0,6
6 0,5 0,2 40 2,0 0,9
10 0,6 0,3 50 2,4 1,0
12 0,7 0,3 60 2,6 1,2
1S 0,85 0.45
4* 99
спирального сверла по ГОСТ уменьшается по направлению к хвостовику
(т. е. направляющая часть сверла имеет обратную конусность):
Диаметр сверла, мм Обратная конусность
на каждые 100 мм
длины, мм
От 1 до 6........................ 0,03-0,07
Св. 6 до 18..................... 0,04-0,08
Св. 18........................... 0,05-0,10
По аналогии с резцами этот маленький угол обратной конусности, со-
ставляющий 1 —2', можно рассматривать как вспомогательный угол в пла-
не <pt. При сверлении глубоких отверстий в твердом металле, а также при
сверлении неточных отверстий рекомендуется величину обратной конусно-
сти увеличивать по сравнению с принятыми по ГОСТ величинами в 2 раза
и более (при сверлении жаропрочных сталей).
Форма режущей кромки сверла. Линию, образованную пересечением
передней и задней поверхностей, называют режущей кромкой сверла. Эта
кромка сверла может быть выполнена выпуклой, вогнутой и прямолиней-
ной. Наиболее распространенной, является прямолинейная форма режущей
кромки.
До последнего времени считали, что выпуклая режущая кромка для
сверла непригодна, однако исследования д-ра техн, наук П. Р. Родина по-
казали, что при выпуклой кромке можно добиться постоянства переднего
угла во всех точках режущей кромки сверла и тем самым улучшить усло-
вия резания.
Форма канавки. Одним из конструктивных элементов, характеризую-
щих рабочую часть сверла, является форма канавки сверла. Форму попе-
речного сечения канавки сверла в чертежах не указывают, а приводят дру-
гой элемент — профиль шлифовального круга или зуба канавочной фрезы.
Профиль зуба канавочной фрезы определяют графическим (рис. 64) или
аналитическим путем. На проекции А показана вершина сверла с углом
2<р = 118°, прямая ОО — режущая кромка сверла. На проекции Б режущая
кромка показана жирной линией, проходящей через точку а2- Для получе-
ния профиля поперечного сечения сверла в плоскости, перпендикулярной
к оси, режущую часть сверла в проекции А рассекают параллельными
, Н
прямыми, отстоящими друг от друга на расстояние I ——, где Н — шаг
и
спиральных канавок сверла; п — произвольное число (на рис. 64 п — 120).
Окружность сверла в проекции Б также делим на одинаковые по разме-
ру дуги, число которых принимают равным п. Затем каждую точку пересе-
чения линии ОО с параллельными прямыми (точки а{ — c/j) проектируем на
жирную линию проекции режущей кромки (точки ар — др) и через эти точ-
ки проводим соответствующие концентрические окружности а, б, в, г.
Чтобы получить профиль поперечного сечения сверла в секущей плоскости
(сечение 2), необходимо помнить, что канавка сверла винтовая и, следова-
тельно, точке 6t поверхности канавки (режущей- кромки) в секущей плоско-
сти (сечение 2) будет соответствовать точка б2. Эта точка определится, ес-
ли по окружности б отложить от точки бр одну дугу, соответствующую
углу 36О°/н. Точка в2 определится, если по окружности во отложить от точ-
100
ки вр уже две дуга, соответствующие углу 360°In. Аналогично точкам б2 и I
е, получают и другие точки, соответствующие окружностям г, 4. Соединив 1
их плавной (штриховой) кривой, получим профиль канавки сверла в секу- 1
щей плоскости 2 (перпендикулярно оси). !
Для получения соответствующих величин дуг в правой части проекции
Б изображен центральный угол £ = 360°/и, откуда на каждой окружности
легко определить величину соответствующей дуги.
Для определения профиля канавочной фрезы необходимо получить изо- '
сражение поверхности винтовой канавки, что делают путем построения
винтовых линий (проекция В). В проекции В построены проекции винтовых|^^|
линий, полученных при пересечении винтовой поверхности канавки свср.ча^ИИ
с соответствующими цилиндрами а, <5, в и т. д. Для этого неппен'11ЩУчяопоИ|И
оси сверла проводя г параллельные прямые 1, 2, 3, 4 и т. д. на расстоянии
/ = Н//1 друг от друга. На них откладывают соответствующие точки (на-^^И
пример, на линию 2 проскшруют точку <т2). Соединяя эти точки плавными^Ив
кривыми, получаем проекции винтовых линий.
Наметив затем точку S (точка пересечения осп сверла и оси фрезы), че-^^Н
рез равные промежутки к проводим прямые I, II, III и т. д. под утлом
рассекая ими винтовые линии, полученные в проекции В (угол 0 = 90 —
— со—1°, где со — угол наклона винтовой канавки сверла).
В сечении III — III, например, получаем точки а//ь бЦ1. вш и т. д. По- НЕ
лученные точки сносим в проекцию Б на соответствующие окружности, по-
лучая отрезки б///л, вШг. Эти отрезки откладываем в проекции Г от про-
екции осн сверла в направлении, параллельном оси фрезы. Полученные при
этом точки соединяем плавной кривой! IIIф — II7ф, это и есть профиль поверх-
ности канавки сверла в сечении плоскостью III — III. Подобным путем полу-
чим кривые в других сечениях (на рисунке показана только одна кривая
в сечении III —III).
Задавшись величиной наружного диаметра фрезы D(]„ подсчитываем
Вф + <1
расстояние .4 = —-—
и строим центр фрезы Оф (проекция Г). Из центра
фрезы проводим раствором циркуля окружность до касания с кривой i
Шф—Шф и получаем точку Фщ. Радиус Бфш и будет искомым радиусом i
фрезы в сечении III —III. Аналогично получаем радиусы фрезы во всех се-
чениях (I — I, II — II, IV— IVи т. д.). Теперь нетрудно получить точку Фз
профиля фрезы в проекции Д. Построив отдельно ряд параллельных
прямых, соответствующих сечениям I — I, II — II и т. д. и отложив на них ’
соответствующие радиусы фрезы, можно получить профиль фрезы или
круга. На рис. 64, чтобы не усложнять чертеж, приведено только построе-
ние точек профиля фрезы или круга, образующих переднюю поверхность
канавки сверла [22].
Можно аналитическим путем рассчитать профиль фрезы или круга по
методике, предложенной д-ром техн, наук С. И. Лашневым и капд. техн,
наук М. П. Юликовым [13]. Это сложный расчет с применением ЭВМ.
Все элементы профиля канавочной фрезы (рис. 65, радиусы Во, RK и ширина
В) можно определить упрощенным аналитическим способом (способ
С. С. Можаева). Приближенно радиус фрезы для сверла диаметром D \
Ио = СКСгСфБ,
102 I
?|
Ррг. 65. ПРОФИЛЬ КАНАВОЧНОЙ ФРЕЗЫ ИЛИ
ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА
где коэффициент, в зависимости от углов
2(р и си,
3 >--
0,026-2<р]/2<р
(-R 9
СО
коэффициент, учитывающий изменение диа-
метра перемычки.
O,14D.\0,044
d!
здесь d — диаметр перемычки (сердцевины) сверла; коэффициент, учиты-
ваюший влияние диаметра канавочной фрезы,
г . .рЗф^Х^-.
Ф \ ЛФ )
здесь £>ф — диаметр канавочной фрезы.
Радиус закрутления вершины фрезы
RK = CVD,
где Ск = О,О15о1°-?5.
RK
Ширина фрезы B~R0 +----------.
cos ср!
Так как угод срх обычно мал (равен 10°), можно приближенно принять
BxRe+ RK.
Построенный или рассчитанный профиль фрезы, строго говоря, приго-
ден только для одного диаметра сверла при определенных значениях угла
наклона винтовой линии, угла при вершине, размера сердцевины. Но при
таких условиях потребовалось бы большое число фрез, поэтому одной
фрезой обрабатывают некоторый диапазон диаметров; получающиеся при
этом неточности не имеют практического значения. Мы рассмотрели полу-
чение профиля канавочной. фрезы, совершенно гак же строят профиль ка-
навочниго круга, (если канавки сверла вышлифовывают фасонным шлифо-
вальным кругом). Профиль канавочных прокатных секторов и ручьев
валков сгроят с учетом закатов.пластических деформаций; этот случай не
рассмотрен в книге.
Общие конструктивные элементы сниралыялх сверл. Длина рабочей ча-
сти сверла должна быть выбрана с учетом необходимой глубины сверле-
ния и запаса на переточки, так как сверло перетачивают по задней грани
и длина рабочей части при этом укорачивается. Длина рабочей части сверл
приведена в соответствующих стандартах. Следует отметить, чт® у сверл;
оснащенных пласт инами из твердого сплава, длина рабочей части должна
быть выбрана меньше, чем у быстрорежущих сверл, так как запас на пере-
точку ввиду небольшой длины пластины будет значительно меньше.
Общую длину сверла принимают в зависимости от длины рабочей ча-
сти и длины хвостовика. Как общая длина сверла, так и длина рабочей ча-
сти влияют на жесткость сверла, поэтому там, где нет необходимости
103
Рис. 66. СХЕМЫ ПРОКАТЫВА-
НИЯ И ЗАВИВКИ СПИ-
РАЛЬНЫХ СВЕРЛ:
а — секторный прокат с за-
вивкой; б — продольно-вин-
товой прокат (с одновремен-
ным завиванием)
применять длинные сверла (например, при центрировании), следует приме-
нять специальные укороченные сверла, которые меньше подвержены по-
ломке. В ГОСТе указаны сверла с различной длиной хвостовика (длинные
и короткие).
Форма хвостовика сверла зависит от метода крепления. Мелкие сверла
диаметром до 10 и даже до 20 мм изготовляют с цилиндрическим хвосто-
виком и закрепляют в специальных патронах. Сверла более крупные изго-
товляют с коническим хвостовиком (сверла малых размеров также приме-
няют с коническим хвостовиком). Основные преимущества конического
хвостовика: лучшее центрирование, чем при цилиндрическом хвостовике,
более жесткое и прочное крепление сверла, что особенно важно при боль-
ших силах и крутящих моментах. Конус сверла снабжают лапкой, которая
не должна воспринимать крутящих, моментов и служит только для выби-
вания сверла из гнезда шпинделя.
К спиральным сверлам относятся также витые сверла, основное отли-
чие которых заключается в том, что винтовые канавки у них получены не
фрезерованием, а путем пластических деформаций, уменьшен расход ин-
струментальной стали, что особенно важно при изготовлении сверл из бы-
строрежущей стали. Кроме экономии дорогостоящей стали при изготовле-
нии витых сверл обработка канавок рабочей части требует меньшей
затраты времени. По конструкции существует несколько типов витых
сверл. Рассмотрим два основных вида.
Витые сверла секторного проката с коническим и цилиндрическим хво-
стовиками (рис. 66, а). Рабочую часть сверла получают путем прокатки
прутков круглого сечения из быстрорежущей стали в специальных валках.
После прокатки профиля завивают заготовку в горячем состоянии. Даль-
104
нейшая механическая обработка дает возможность получить сверло с ви-
той рабочей частью и цилиндрическим или конусным хвостовиками.
Витые сверла продольно-винтового проката. Существует также способ
получения витых сверл с цилиндрическим или коническим хвостовиком
продольно-винтовой прокаткой заготовки косо расположенными валками,
в результате идет одновременно процесс прокатки профиля канавки и за-
вивки .сверла. В этом случае (рис. 66,6) канавочные и спиночные валки
образуют как бы замкнутый калибр, через который и идет прокатка
с одновременной завивкой. Имеются и другие виды технологии получения
витых сверл, они рассмотрены в курсе технологии.
Поверочный расчет сверл на прочность -можно провести, зная крутящий
моменг Мр и силу Рр, действующую вдоль сверла, которые вызывают
упругую деформацию (раскручивание и продольный изгиб рабочей части).
Среднее значение момента и силы резания определяют по нормативам ре-
жимов резания или по обычным формулам: Мр = CM.s0>75D2; Рр = Ср.\0,751>,
где См и Ср — коэффициенты, характеризующие обрабатываемый мате-
риал; s — подача, мм/об; D — диаметр сверла. По данным канд. техн, наук
Б. П. Прибылова, чтобы сверло надежно противостояло силам, оно дол-
жно иметь запас прочности в 3 — 4 раза превышающий действующие
нагрузки.
Расчет величины разрушающего крутящего момента ведут по исходной
зависимости Л7К = H'iA.c, где Ид — полярный момент сопротивления попе-
речного сечения рабочей части сверла; tKC — предел прочности при круче-
нии (определяют с учетом материала рабочей части сверла). Момент со-
противления сечения сверла
Wo = 0,003 D3 10м v + De® гг,
где d — диаметр сердцевины в опасном сечении; В - ширина пера сверла
в опасном сечении; со — угол подъема винтовой канавки сверла.
d
Если возьмем стандартное сверло из быстрорежущей стали, то — =
В
— 0,15, — = 0,65; со = 27°, тогда PE0 = 0,026 D3, что в 8 раз меньше момента
сопротивления круглого стержня диаметром D. Например, поперечное се-
чение цельного твердосплавного сверла по ГОСТ 17275—71, у которого
d В
-^• = 0,35, — = 0,63 и со = 36°, !Г0 =0,05887)', т. е. момент сопротивления
в 2 раза больше момента сопротивления обычного сверла из быстрорежу-
щей стали. Этот вывод очень важен, так как позволяет конструктору изме-
d В л
пять отношения — и —, когда требуются более прочные сверла. Однако
надо помнить, что в отличие от конструкционных сталей, у которых про-
чностные характеристики обычно более или менее постоянные, у хрупких
материалов, к которым относятся твердые сплавы и закаленные инстру-
ментальные стали с твердостью выше HRC 62, величина предела прочно-
сти tK с существенно зависит от объема детали (масштабный фактор) и ви-
да напряженного состояния. Предел прочности при кручении для
105
большинства быстрорежущих сталей равен 160? 180 кгс/мм2, для твердых
сплавов ВК8, НК 10—85-? 95 кгс/мм2. Окончательно
,Л _ 1 \ . . d , _ В_
Мк = 0,003 D V 10 й кс,
где гк.с —предел прочности при кручении рабочей части сверла, полу-
ченный при испытании на кручение образцов наибольших размеров-
т0 — коэффициент однородности материала по Вейбуллу, для быстрорежу-
щих сталей шо=15-?20, для твердых сплавов га0 = 8-?12.
Зная Мк и задаваясь запасом прочности, можно вычислить величину
/ мк X 1
максимальной подачи сверла s = I *-) °-7. По той же формуле можно,
исключив запас прочности, подсчитать значение ломающей подачи хлом.
Это важно для случая, когда ведут разработку нового специального сверла
для каких-то заданных условий работы и необходимо проверить конструк-
цию на ломающих подачах. Подставив ранее найденные значения Мк для
сверла D = 10 мм, См — для стали 45, запас прочности равный 3, найдем
/ л/ \ 1
*лом = 3 (YcJjrj "'7Г = о-95 *
Это есть расчетная ломающая предельная подача, определенная из условий
прочности сверла на кручение.
Для расчета разрушающей осевой силы Гк| канд. техн, наук Б. П. При-
былов приводит формулу
Рк( = kFo„
где к — коэффициент, учитывающий завитоегь сверла; F —площадь попе-
речного сечения рабочей части сверла; cts — предел текучести при сжатии
материала сверла. Обычно около 75% осевой силы воспринимает сердце-
вина (перемычка) сверла, остальное приходится на перья, поэтому к~
= 0,22 = 0,25, площадь F^0,314 D2; ст, = 300—320 кгс,мм2. Подставив, по-
лучим для того же сверла D=10 мм, Ркт = 0,24-0,314-300-D2 = 22,5О2.
При расчете на продольный изгиб обычно используют формулу В. М-
Макушина:
H2EJ mjn
Рк2 — П-------
‘о
ч 2
где г] — коэффициент, учитывающий завитоегь сверла, п = —-----; для
сверл с обычными стандартными параметрами сечения Jmin = 0,0054О4;
= 0,0272 D4, поэтому т) = 1,67; Е — модуль упругости материала, для
быстрорежущих сталей в термически необработанном виде Е = 22,500
кгс/мм2; /0—длина сверла.
Подставив в формулу, получим
О4
Рк2 = 2000—)2—кгс.
‘о
Тактш образом, Рк2 зависит от диаметра сверла и его длины; именно
по этой причине имеются стандартные сверла нескольких длин, и если есть
106
возможность сверлить коротким сверлом, всегда слёдугт Применять более
короткие сверла, так как они прочнее.
§ 3. ПЕРОВЫЕ СВЕРЛА
Самым простым по конструкции и в то же время самым несовершенным
сверлом является перовое сверло (рис. 67); режущая часть перового сверла
может быть получена ковкой или фрезерованием круглого или квадратно-
го стержня. Перовые сверла применяют редко, в основном при обработке
твердых материалов или для фасонной расточки. Они могут быть цельны-
ми, сварными и составными, в последнем случае рабочую часть выпол-
няют в виде пластины и вставляют в паз державки. Как и спиральное свер-
ло, перовое сверло имеет угол при вершине 2<р, который выбирают в тех
же пределах, что и для спирального сверла.
Геометрия вершины перового сверла невыгодна, так как угол резания
больше 90°. Для получения хороших условий работы необходимо перед-
нюю грань сверла подтачивать. Однако при большом переднем угле у по-
лучается выемка, ослабляющая сверло, поэтому угол должен быть не бо-
лее 10°. Задний угол а на перовом сверле получают путем заточки на
универсально-заточных станках или вручную и принимают в пределах
10 — 20°, большие значения угла а принимают для вязких и мягких мате-
риалов и меньшие — для хрупких и твердых. Угол ф поперечной кромки
также делают 55°. Калибрующую часть сверла для уменьшения трения за-
тачивают с задним конусом в пределах 0)05—0,1 мм на длину рабочей ча-
сти сверла I или с задним конусом, имеющим угол в пределах 2—4°.
Режущие кромки для обеспечения хорошей работы часто снабжают
стружкоразделительными канавками, расположенными на кромках таким
образом, чтобы при вращении участки перекрывали друг друга. Ширину
этих канавок выбирают (в зависимости от размера сверла) в пределах
2 — 4 мм.
Довольно широкое распространение имеют составные перовые сверла
с пластинкой, вст авленной в державку (рис. 67, в). Такие пластинки, так на-
зываемые перки, применяют в тех случаях, когда требуется растачивание
или сверление фасонных или ступенчатых отверстий большого диаметра.
Для сверления дерева применяют перовые сверла с заостренным высту-
пом для центрирования (рис. 67,г) и подрезающим усом. Несколько иная
конструкция такого сверла показана на рис. 67,д. Сверла для дерева назы-
вают центровыми, и их широко применяют.
§ 4. КОМБИНИРОВАННЫЕ СВЕРЛА
(ЦЕНТРОВОЧНЫЕ, СТУПЕНЧАТЫЕ)
Для сверления центровых отверстий в деталях применяют специальные
укороченные центровочные сверла. Они бывают четырех различных типов.
1. Простые, которые но конструкции не отличаются от обычных спи-
ральных сверл; они только имеют уменьшенную общую длину рабочей
части.
2. Комбинированные (рис. 68, а) изготовляют двусторонними. Они дол-
жны иметь прямые или косые канавки с углом наклона до 8°. Такими свер-
107
Рис. 67. ПЕРОВЫЕ СВЕРЛА:
а — с коническим хвостовиком; б — с цилиндрическим хвостовиком; в — составное;
г — центровое с подрезными ножами; д — центровое с винтообразными направляю-
щими. ножами
Рис. Й9. СВЕРЛА ЦЕНТРО-
ВОЧНЫЕ. ТВЕРДО-
СПЛАВНЫЕ, КОМБИ-
НИРОВАННЫЕ С ДУ-
ГООБРАЗНЫМ ПРО-
ФИЛЕМ ДЛЯ ЦЕНТ-
РОВЫХ ОТВЕРСТИЙ
лами обрабатывают небольшие отверстия диаметром J, затем по мере
проникновения в материал вступают в работу кромки, расположенные под
углом 60°, и сверлом обрабатывают коническую часть центрового отвер-
стия. Угол режущей части принимают 116—118°, угол поперечной кромки
55°. Для уменьшения трения делают обратную конусность на длине
в пределах 0,05—0,1мм. Толщину сердцевины принимают равной
(0,15 4- 0,17) d и увеличивают ее на участке /х но направлению к хвост овику.
3. Комбинированные центровочные сверла с предохранительным кону-
сом (рис. 68,6) отличаются тем, что конусная часть сверла помимо угла 60°
имеет еще дополнительный конус с углом 120”. Это делают для предохра-
нения центрового отверстия от случайных повреждений. Все остальные
элементы этого сверла такие же, как у комбинированного. Комбиниро-
ванные сверла изготовляют из быстрорежущей стали и твердых сплавов.
4. Комбинированное монолитное твердосплавное сверло Сестрорецкого
инструментального завода им. Воскова показано на рис. 69. Это сверло
имеет так называемый дугообразный профиль образующей, что облегчает
его изготовление путем вышлифовки алмазными кругами из цельной твер-
109
досплавной заготовки и обеспечивает большую прочность и точность цен-
трирования. Применение дорогого твердого сплава на эти сверла безус-
ловно окупается их высокими стопкостными качествами.
§ 5. СВЕРЛА, ОСНАЩЕННЫЕ ТВЕРДЫМ СПЛАВОМ
Существует несколько типов сверл, оснащенных твердыми сплавами.
Спиральные сверла из твердого сплава с цилиндрическим хвостовиком
(рис. 70) предназначены для сверления отверстий как в хрупких, так и
в вязких металлах при -высоких режимах работы, а также в неметалличе-
ских материалах. Сверла могут быть как с впаянной пластиной твердого
сплава, так и цельные, изготовленные из твердого сплава.
Сверло имеет такие же конструктивные элементы, как и быстрорежу-
щее спиральное сверло. Отличие заключается в следующем.
1. Винтовые канавки с небольшим углом наклона и =15 = 20° имеют
различный по длине шаг. Вначале у режущей части угол наклона <в = 5 = 6",
а часто даже со = 0е (т. е. прямая канавка).
2. Длина сверла и длина винтовых канавок меньше, чем у нормального
сверла. Общая длина сверла также соответственно меньше. Это уменьше-
ние объясняется тем, что запас на переточки у сверл с твердым сплавом
ограничивается длиной'пластины и значительно меньше запаса на переточ-
ки у сверл из быстрорежущей стали.
3. Размер сердцевины делают большим, чем у нормального сверла для
увеличения жесткости корпуса. Диаметр сердцевины принимают от 0,27 до
0,3 диаметра сверла. Ввиду ограниченного числа переточек обратная ко-
нусность должна быть больше, чем у нормального сверла, и равна
0,6—0,8 мм на 100 мм длины. Для возможности работы по кондуктору ко-
нусность делают только на длине пластины, а корпус сверла шлифуют по
цилиндру.
Форму ц размер пластин твердого сплава принимают по ГОСТ
2209-69. .
Сверла с пластинами твердого сплава с коническим хвостовиком
изготовляют диаметром от 10 до 30 мм, они предназначены для
работы по чугуну и неметаллическим материалам. Длину рабочей части
110
УИС. 71. ЭЛЕМЕНТЫ ПОДТОЧКИ СВЕРЛА С ТВЕР-
ДЫМ СПЛАВОМ
сверла принимают в пределах: для сверл
нормальной серии — до 9 диаметров, для
укороченных сверл — до 6 диаметров. Для
обеспечения максимальной жесткости креп-
ления сверла в шпинделе станка применяют
усиленный конус Хвостовика.
Диаметр сердцевины принимают повы-
шенный — от 0,25 до 0,27 диаметра сверла
для увеличения жесткости, по направлению
к хвосту этот диаметр увеличивают от
1,4 до 1,8 мм па 100 мм длины. Пла-
стины твердого сплава по форме и разме-
рам принимают по ГОСТ 2209 — 69, причем
длину и толщину пластины берут в зави-
симости от диаметра сверла.
Для уменьшения поперечной кромки у
сверл делают подточку. На рис. 71 пока-
зана подточка сверл с твердым сплавом,
рекомендуемая Всесоюзным, научно-иссле-
довательским инструментальным институтом.
и
Диаметр спинки и ширину
фасок принимают по величине такие же, как и для быстрорежущих
сверл.
В последнее время многогранные пеперетачиваемые твердосплавные
пластины начинают широко применять для обработки отверстий. Во
ВНИИинструмент созданы конструкции режущих инструментов для рас-
сверливания отверстий диаметром более 35 мм, а также для сверления
в сплошном материале. На рис. 72 показано такое сверло с многогранны-
ми иеперетачиваемыми пластинами. В конструкции сверла применены три
четырехгранные пластины. При сверлении сплошного материала вершину
одной из них устанавливают по оси инструмента, совпадающей с осью
вращения детали. Геометрия инструмента (углы ос и у) зависят от угла на-
клона пластины в корпусе инструмента, За счет определенного расположе-
ния пластин можно создать наиболее правильное распределение припуска
между отдельными пластинами.
Спиральные сверла с монолитной твердосплавной рабочей частью. Суще-
ствующие в настоящее время способы прессования и спекания твердо-
сплавных заготовок позволяют получать фасонную твердосплавную заго-
товку очень сложной формы. Это обстоятельство позволяет изготовлять
рабочую часть спирального сверла целиком из твердого сплава, а затем сое-
динять ее путем пайки с хвостовой частью. На рис. 73 показаны конструкции
спиральных сверл с твердосплавной монолитной рабочей частью. Сверла
(рис. 73, а) с твердосплавной рабочей частью, впаянной в цилиндрический
хвостовик большого диаметра, изготовляют на заводе «Фрезер» диаме-
тром от 1,5 до 6,5 мм. Могут быть изготовлены сверла и меньших диаме-
тров цельными твердосплавными (вместе с хвостовиком) (рис. 73,6). Свер-
ла диаметром от 3 до 12 мм можно изготовлять по типу, показанному на
111
рис. 73, а. В этом случае цилиндрический хвостовик припаян к твердосплав-
ной рабочей части.
Сверла спиральные с рабочей частью из твердого сплава могут быть
выполнены с коническим хвостовиком. Следует отметить, что все перечис-
ленные конструкции сверл с монолитной твердосплавной рабочей частью
экономически оправданы для применения при сверлении труднообрабаты-
ваемых материалов.
§ 6. СВЕРЛА ДЛЯ ГЛУБОКОГО СВЕРЛЕНИЯ
Отверстия, глубина которых превышает пять диаметров, принято зазы-
вать глубокими. Вследствие большой глубины отверстия условия работы
сверла резко изменяются: ухудшаются отвод стружки и тепла, уменьшает-
ся жесткость сверл и т. д. Поэтому конструкция нормального спирального
сверла непригодна для глубокого сверления. Различают два способа свер-
ления глубоких отверстий.
1. Сверление сплошное, при котором весь материал, отделяемый от за-
готовки, превращается в стружку. Обычно глубокие отверстия диаметром
до 50—60 мм сверлят' по этому методу.
2. Сверление кольцевое, при котором высверливают кольцевую по-
лость, а в центральной части отверстия остается стержень, который затем
извлекают из отверстия. По этому более производительному методу свер-.
112
лят отверстия диаметром больше 70 мм, так как для мепыпих отверстий
затруднительно изготовить сверло (оно получается очень непрочным).
Обычно к глубокому отверстию предъявляют высокие требования в от-
ношении точности отверстия, а также чистоты обработки. Примером: глу-
бокого отверстия служит канал ствола пушки, ружья или полый шпиндель
токарного станка. Поэтому, как правило, во избежание увода сверла при
сверлении вращается заготовка, а инструмент только подается, реже при-
меняют сверление с одновременным вращательным движением инструмен-
та и заготовки. Применяют также сверление неподвижной заготовки, хотя
.этот случай самый невыгодный (сверло уводит в сторону и трудно полу-
чить отверстие с прямолинейной осью).
Все особенности глубокого сверления приходится учитывать при кон-
струировании инструмента. Нужно обеспечить специальное охлаждение,
принудительный отвод стружки, повышать жесткость сверла.
Сверла для глубокого сверления можно разделить (по И. С. Всремейчу-
ку) на многокромочные с перемычкой, т. е. сверла, имеющие две главные
режущие кромки, и однокромочпые, или сверла одностороннего резания.
К многокромочным относятся спиральные удлиненные сверла без подвода
охлаждающей жидкости к режущим кромкам и сверла с каналами для
подвода охлаждающей жидкости к режущим кромкам, различные со-
ставные специальные сверла как с наружным отводом стружки, так и
с внутренним каналом для стружки, пластинчатые сверла или перки (их на-
зывают часто шпиндельными). К сверлам одностороннего резания отно-
сятся ружейные с наружным или внутренним подводом охлаждения и пу-
шечные с наружным или внутренним подводом охлаждающей жидкости.
Многокромочные сверла (рис. 74). Спиральные сверла с каналами для
подвода охлаждающей жидкости к кромкам (рис. 74, а) работают хорошо,
но изготовление их сложно. Вначале фрезеруют прямые канавки, затем не-
обходимо сверлить очень глубокие отверстия для охлаждения. После этого
производят завивку сверла, при этом каналы для охлаждения распола-
гаются по винтовой поверхности.
В СССР инженером П. Я. Овчинниковым разработан способ, который
позволяет просверлить в короткой заготовке два отверстия, затем вста-
вить в них стержень из специального материала (наполнителя) и прикатать
профиль сверла (при этом длина заготовки увеличивается до заданной
длины рабочей части сверла). После завивки в процессе нагрева (при тер-
мической обработке) наполнитель удаляют и в сверле остаются глубокие
отверстия для охлаждения, располагающиеся по винтовой линии.
Во Франции, СССР и других странах применяют для глубоких отвер-
стий сверла, изготовленные методом, при котором заготовку рабочей ча-
сти сверла прокатывают длинным прутком с получением сразу двух отвер-
стий в нем, затем ее разрезают и соединяют с хвостовой частью. Такие
сверла могут быть изготовлены с большой длиной рабочей части.
Спиральное двухкромочное составное сверло с четырьмя направляю-
щими ленточками (вместо двух), образующими каналы для охлаждающей
жидкости, показано на рис. 74,6. Отвод стружки осуществляется через
внутренние отверстия и стебель, представляющий собой трубку. Охла-
ждающая жидкость под высоким давлением (10—20 кгс/мм2) подается
в пространство между наружным диаметром стебля и стенками отверстия.
113
a)
Рис. 74. МНОГОКРОМОЧНЫЕ СВЕРЛА
Сверление производят на специальном станке, имеющем устройстве для
подвода жидкости.
Спиральное короткое М-образное сверло с внутренним отводом: струж-
ки (рис. 74,в) также имеет две главные режущие кромки. При сверлении
жидкость подводится по каналу в стебле сверла и проникает в выемки
и затем вместе со стружкой идет внутрь сверла. Для спокойной работы
сверла необходимо обеспечить форму стружки в виде мелких завитых спи-
ралей (эго касается всех сверл для глубокого сверлетшя). Для этой цели на
кромках сверла делают стружкоразделительные канавки. Это сверло дает
правильное и точное отверстие, особенно если заточка произведена пра-
вильно и длина режущих кромок одинакова.
Можно, обеспечить сверление глубокого отверстия, если взять длинное
спиральное сверло с обычной геометрией и сверлить, часто приостанавли-
вая процесс и вынимая сверло для того, чтобы охладить его и удалить на-
копившуюся в канавках стружку. Такое сверление (его называют «шаг за
шагом») малопроизводительно. Разработано сверло (рис. 75), имеющее
очень крутые винтовые канавки с а == 50ч-65° (по виду сверло напоминает
бурав для дерева) и измененную форму стружечных канавок по сравнению
со стандартными спиральными сверлами. Такое сверло хорошо выводит
114
Рис. 75. ШНЕКОВОЕ СВЕРЛО
Рис. 76. СВЕРЛО С УСИЛЕННОЙ СЕРДЦЕВИНОЙ
стружку из зоны резания и позволяет сверлить глубокие отверстия в чугу-
не, стали и легких сплавах.
К сверлам для глубокого сверления могут быть отнесены сверла
(рис. 76), имеющие усиленную сердцевину, для обработки конструкционных
углеродистых и легированных сталей, диаметр сердцевины 0,3—0,35 D, для
труднообрабатываемых материалов, диаметр сердцевины достигает
0,4-0,5 D.
Профиль канавки отличается от профиля канавки спирального сверла,
ее обрабатывают дисковой пазовой фрезой с закрут-ленными уголками.
Благодаря такому профилю канавки и большому углу наклона канавок
со —40д-45с повышается жесткость и прочность сверла. Однако требуется
специальная подточка передней грани и перемычки. Преимущества сверл
с усиленной сердцевиной перед обычными спиральными выявляются при
сверлении отверстий глубиной выше 4 D.
Основными преимуществами многокромочных сверл является высокая
производительность по сравнению с однокромочными. Вместе с тем все
конструкции мпогокромочных сверл в той или иной степени имеют общий
недостаток — наличие поперечной перемычки. Даже идеально заточенное
многокромочное сверло с перемычкой не гарантирует от увода сверла от
осп детали. Мпогокромочные сверла не гарантируют также качество по-
верхности отверстия, так как вследствие наличия перемычки работают
с дрожанием. Поэтому можно рекомендовать много кромочные сверла для
сравнительно неточных отверстий.
Канд. техн, наук А. К. Синелыциков в 1972 г. опубликовал исследование
конструкций спиральных сверл: стандартных с обычно принятой геоме-
трией сечения сверла, сверл с усиленной сердцевиной (рис. 76), сверл с ка-
налами для подвода СОЖ (см. рис. 74, о) конструкции инженера П. Я. Ов-
чинникова, сверл со стружколомающими уступами в канавке. Выяснилось
что, при глубине сверления до 2,5 d все сверла были равнозначны по стой-
кости, при глубине сверления 4</ лучшими (в И раз) оказались сверла
115
Рис. 77. ОДНОКРОМОЧНОЕ ПУШЕЧНОЕ СВЕРЛО
с подводом СОЖ, имеют преимущества сверла с усиленной сердцевиной (в
4 раза), а также сверла со стружколомающими уступами (в 2,8 раза) (при
сравнении за единицу были приняты стандартные спиральные сверла). При
глубине сверления 6d и 7d лучшими оказались сверла с подводом СОЖ.
Эти исследования показали, что. сверла с отверстиями для подвода
СОЖ — перспективный инструмент, и его применение оправдывает все за-
траты на них.
Сверла одностороннего резания. Указанные выше недостатки многокро-
мочных сверл устраняются при использовании сверл одностороннего реза-
ния. Простейшее однокромочное так называемое пушечное сверло (рис. 77)
представляет собой стержень, передний конец которого срезан до центра
и заточен под соответствующими углами. Во избежание заедания сверла
в отверстии передняя поверхность расположена выше центра на
0,2—0,5 мм в зависимости от диаметра сверла.
Сверло имеет главную режущую кромку, направленную перпендикуляр-
но оси отверстия и па 0,5—0,8 мм переходящую через центр. Вспомога-
тельная режущая кромка может быть срезана под углом 10°. Сверло рабо-
тает с направлением по предварительно надсверленному отверстию. Для
направления по отверстию сверло имеет цилиндрическую поверхность, ко-
торая опирается о стенки просверленного отверстия. Геометрия сверла не-
выгодная — угол резания 90°, задний угол 8 —10°. Для уменьшения трения
направляющей о стенки отверстия срезана лыска под углом 30°, и напра-
вляющая имеет задний конус в пределах 0,03 —0,05 мм на 100 мм длины.
Для получения точных отверстий с прямолинейной осью применяют
так называемые ружейные сверла (рис. 78, а). Они представляют собой ин-
струмент одностороннего резания. Такое.сверло состоит из режущей части,
изготовляемой из быстрорежущей стали (или из твердого сплава), и за-
жимной части или стебля сверла, изготовляемого из углеродистой стали..
Ст ебель представляет собой длинную трубку, которой придают форму, по-
казанную в сечении по Л — Л. По внутреннему отверстию в трубке подает-
ся к режущей части сверла под высоким давлением охлаждающая жид-
кость,- которая выполняет двоякую роль — она отводит тепло от режущей
части сверла и благодаря высокому давлению выбивает образующуюся
116
стружку из отверстия по канавке. Поэтому сечение канавки Е, характери-
зующееся углом ф, очень важный элемент.
Сверло во время работы испытывает одностороннее кручение, сжатие
и продольный изгиб; необходимо ввиду этого обеспечить достаточную
жесткость державки, следовательно, канал должен быть наименьшим;
с другой стороны, для обеспечения свободного выхода стружки из канавки
сверла требуется, чтобы канавка имела максимальное сечение. Практиче-
ски установлен и рекомендуется угол ф = 1004-120°.
Для более удобного закрепления сверла в патроне стебель его снаб-
жают цилиндрическим хвостовиком. Сверло имеет одну режущую кромку
угловой формы. Если рассмотреть силы, действующие на сверло во время
резания (рис. 78,6), то увидим, что на одну часть сверла перпендикулярно
кромке ТУ действует сила Рщ которую можно разложить на два направле-
ния — вдоль оси сверла и перпендикулярно оси. Составляющая Рщ стре-
мится отогнуть сверло в сторону от оси. Но если рассмотрим силы, дей-
ствующие на другую часть угловой кромки N, то видим, что силу Rn
можно разложить на два направления. Условием равновесия будет равен-
ство сил Рщй Pjq. Поскольку сила, действующая на любую часть режущей
кромки, зависит от длины кромки и подачи (глубины резания и подачи),
Длины кромок при равных углах Ф и фт будут равны только тогда, когда
расстояние а — Ъ. Если Ъ будет больше а, то сверло будет уводить в сторо-
ну, если а > Ъ, сверло будет опираться направляющей частью о стенки, от-
117
Рис. 79. ОДНОКРОМОЧНОЕ СВЕРЛО С ВНУТРЕННИМ ОТВОДОМ СТРУЖКИ
верстия, и таким образом диаметр отверстия и прямолинейность оси
сохраняются.
Обычно принимают а = Ъ или а — 0,250. Сверло будет хорошо работать
при а > Ъ и угле <р < <ръ направляющая часть сверла должна соприкасаться
со стенками отверстия не во всех точках. Для уменьшения поверхности со-
прикосновения и лучшего доступа охлаждающей жидкости к кромкам на-
правляющая часть снабжается ленточками. У калибрующей части оста-
вляется Ленточка шириной 0,5 мм. Для уменьшения трения делают
.обратную конусность в пределах 0,1—0,3 мм на 100 мм длины. Для урав-
новешивания сил против ленточки должна быть опорная поверхность на
направляющей части. Режущую кромку сверла у центральной части сле-
дует располагать немного ниже центра — это ведет к получению тонкого
сердечника (до 0,03D) во время работы сверла. Если режущую кромку рас-
полагать выше центра, сверло будет плохо работать, может погнуться
и сломаться. Геометрия режущей части сверла рекомендуется следующая:
передний угол 5—8°. Задний угол по кромке N = 84-10°, по кромке W
ajp значительно больше (до 20°). Для обеспечения стружкообразования
и получения мелкой стружки передние поверхности часто, особенно
у сверл для более крупных диаметров, снабжают стружкоразделительными
ступеньками, которые обеспечивают получение стружки в виде узких го-
фрированных лент.
Ружейные сверла стараются оснащать твердыми сплавами. При боль-
ших диаметрах впаивают отдельные пластинки из твердого сплава — одну
на переднюю грань и две для направляющей части сверла. У более мелких
сверл делают целиком из твердого сплава наконечник сверла, который
припаивают к трубчатой державке из стали; для передачи крутящего мо-
мента на державке в месте припайки делают замок.
Хорошие результаты дают сверла одностороннего резания с внутрен-
ним отводом стружки (рис. 79). У такого сверла стружка отводится через
внутреннее отверстие стебля, а охлаждающая жидкость поступает в зазор
между стеблем и стенками просверливаемого отверстия. Для получения
стружки в виде мелких спиралек, которые легко удалить струей жидкости,
имеются стружкоразделительные ступеньки.
118
Рис. 80. ЭЖЕКТОРНОЕ СВЕРЛО ФИРМЫ Sandvik (ШВЕЦИЯ):
—> — отвод охлаждающей жидкости;-> — подвод жидкост
Интересные по конструкции сверла выпускает фирма Sandvik (Швеция)
(рис. 80). Такими сверлами можно сверлить глубокие и неглубокие отвер-
стия диаметром от 20 до 60 мм и более. Они работают почти как пушеч-
ное, однако режущая кромка его разделена на три (или более) перекрываю-
щие друг друга части, две из которых имеют пластины I и 2 и работают
так же; как кромка пушечного сверла, а одна часть (пластины 3 и 4) пере-
несена на противоположную сторону и работает как вторая кромка много-
кромочного инструмента, частично уравновешивая силы резания. Для по-
лного восприятия составляющих силы резания требуется введение двух
направляющих твердосплавных пластин 4 и 5. Эти пластины восприни-
мают до х/з от величины потенциальной силы резания, что значительно
меньше сил, приходящихся на направляющие части ружейного или пушеч-
ного сверла. В этой конструкции при сохранении преимуществ однокро-
мочного сверла по точности оси отверстия уменьшается расход энергии.
Корпус головки сверла может быть изготовлен методом точного литья
с последующей припайкой пластин из твердого сплава.
При работе сверлом, выпускаемым фирмой Sandvik, давление жидкости
меньше, чем при сверлении пушечным сверлом, хорошо отделяется и вы-
мывается стружка, так как последняя движется в полом стебле большого
сечения. На рис. 80 показано, как поступает в сверло под давлением жид-
кость. Основная часть этой жидкости-идет к пластинам в зону резания,
а примерно до 30% жидкости проходит в прорезанные под ут лом щели
и направляется по внутренней трубе назад Это движение жидкости со-
здаст зону N пониженного давления, и стружка, всасываясь вместе с отра-
ботанной охлаждающей жидкостью, выбрасывается назад.
Сверла для кольцевого сверления. При сверлении отверстий большого
Диаметра вырезают кольцевую полость, а в середине остается сердечник,
который затем может быть удален полностью или по частям. Сверло для
кольцевого сверления (рис. 81) состоит из корпуса с закрепленными в нем
резцами, причем режущие кромки резцов выступают со стороны торца
и наружного диаметра корпуса и со стороны внутреннего диаметра; при
вращении они вырезают кольцевую полость. Для направления сверла в от-
верстии корпус сверла имеет направляющие кулачки, которые часто изго-
119
Рис. 82. СВЕРЛО ДЛЯ КОЛЬЦЕВОГО СВЕРЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИИ С. А. ЧЕРНИЧК1IHA
товляют из дерева. Отвод стружки и подвод охлаждающей жидкости осу-
ществляют по зазорам между корпусом и внутренними стенками
отверстия, а также между корпусом’ и наружным диаметром сер-
дечника. Для обеспечения хорошего отвода как тепла, так и стружки за-
зоры по наружному диаметру используют для подвода охлаждения, а за-
зор между внутренним диаметром и сердечником — для отвода стружки.
Обязательным условием хорошей работы сверла является размельчение
стружки, поэтому резцы сверла снабжают несколькими стружкораздели-
тельными канавками, расположенными в шахматном порядке.
При конструировании сверла необходимо обеспечить такую геометрию
режущей части, которая дает- нужную форму стружки. Лучшей формой
стружки будет стружка, завитая мелкими спиралями, которую легко уда-
лить из отверстия струей охлаждающей жидкости.
Раньше кольцевое глубокое сверление производили при диаметрах от-
верстия 80—100 мм и больше. Однако в последние годы созданы кон-
120
струкции сверл для кольцевого сверления, позволяющие производить свер-
ление отверстий, начиная с 30 мм. Режущая часть сверла для кольцевого
сверления конструкции С. А. Черничкина (рис. 82) имеет ряд зубьев (рез-
цов), которые могут быть оснашены узкими твердосплавными пластинка-
ми. Стружка принудительно удаляется из зоны резания (со скоростью
10—25 м/сек) охлаждающей жидкостью под большим давлением, поэтому
исключается скопление стружки между поверхностями стебля сверла
и стенками отверстия. Зубья режущей части сверла имеют различную за-
точку для того, чтобы обеспечить максимальное разделение стружки на
мелкие завитки. Сверло сконструировано так, что первый зуб снимает
среднюю часть, последующий зуб срезает боковые части (конечно режущие
кромки в работе перекрывают друг друга).
§ 7. ЗЕНКЕРЫ
Зенкеры представляют собой инструмент для обработки цилиндрических,
конических отверстий или торцовых поверхностей. По типу крепления зен-
керы разделяют на хвостовые и насадные. Зенкеры изготовляют цельными,
сварными, сборными с припаянными или закрепленными механически
пластинами из твердого сплава. Зенкеры в машиностроении широко рас-
пространены, особенно при серийном и массовом производстве.
Назначение зенкера — обычно увеличить отверстие, полученное сверле-
нием, штамповкой или отливкой, а также исправить направление оси от-
верстия. Зенкер часто используют как промежуточный инструмент между
сверлом и разверткой; с его помощью получают более точное отверстие,
чем при сверлении. После зенкера получают отверстие 4 —5-го классов
точности. Точные отверстия (2 —3-го классов) необходимо развертывать.
Зенкер снимает большой припуск, а развертка зачищает, калибрует отвер-
стие и исправляет его форму. Для подготовки отверстия под развертыва-
ние в настоящее время широко применяют зенкеры различных конструк-
ций.
По характеру своей работы зенкер напоминает сверло, но отличается
от него оформлением режущих кромок. В зенкере обычно делают три
и более режущих кромки, но имеются конструкции зенкеров и с двумя ре-
жущими кромками. Благодаря увеличенному числу режущих кромок,
а также повышенной жесткости зенкер имеет лучшее направление и дает
более чистые отверстия, чем сверла. Резание осуществляется кромками,
расположенными наклонно или перпендикулярно к оси (у торцовых
зенкеров).
§ 8. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЗЕНКЕРОВ
В отличие от сверла зенкер не имеет поперечной кромки, поэтому условия
резания на всем протяжении режущих кромок зенкера более равномерные
и благоприятные, чем у сверла. Конструктивные элементы зенкера (рис.
83): D — диаметр; L— общая длина; /0 — длина рабочей части; я — число
перьев; — длина режущей части; 2<р — угол режущей части; со — угол на-
клона канавок; а — задний угол на режущей части; у — передний угол на
Режущей части; X — угол наклона режущей кромки; f— ширина ленточки
121
Рис. 83. ЗЕНКЕР ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ДИАМЕТРА ОТВЕРСТИЯ
на калибрующей части; ср, — угол заднего конуса, а по существу вспомога-
тельный угол в плане, если каждый зуб зенкера рассматривать как расточ-
ной резец.
Выбор основных конструктивных элементов. Диаметр выбирают из ус-
ловий использования зенкера. Если зенкер предназначен для предваритель-
ной обработки отверстия после сверла под развертывание, диаметр его вы-
бирают меньше номинального диаметра отверстия на величину припуска
под развертывание. Если зенкер предназначен для окончательной обработ-
ки отверстий, диаметр его принимают с учетом допуска отверстия, вели-
чины разбивки и запаса на износ. Обычно зенкер, предназначенный для
предварительного зенкерования отверстий под развертку, обозначают зен-
кер № 1, зенкер, предназначенный для окончательной обработки отвер-
стий,— зенкер № 2. В табл. 10 приведены отклонения диаметра зенкера.
10. Отклонения диаметра зенкера, мкм
Номинальный диаметр-. мм Зенкер № 1 Зенкер № 2
Верхнее Нижнее Верхнее Нижнее
До 18 -150 -200 -1 60 + 20
Св. 18 до 30 -200 -250 +70 +20
/> 30 л 50 -240 -300 + 90 + 30
» 50 -290 — 365 + 105 4 30
Данные табл. 10 позволяют по заданному номинальному диаметру
опредёлить исполнительный размер зенкера. После определения необходи-
мого диаметра зенкера определяют глубину резания t. Глубина резания
t задается припуском на зенкерованпе (рис. 84) и равна половине разности
1) -Dt
диаметров отверстия до и после обработки: t —--—---.
Зенкер должен иметь достаточную длину режущей кромки, и размер П
должен быть больше глубины резания t в 1,5—2 раза.
Число канавок зенкера можно выбирать различным. Обычно зенкер
имеет 3 —4 канавки. При выборе числа канавок следует обеспечить доста-
точное пространство для отвода стружки, с этой точки зрения выгоднее
брать менынее число канавок (например, у зенкеров, предназначенных для
122
I’lK. 84. СХЕМА ЗЕНКЕРОВАНИЯ
снятия больших припусков, делают' две
канавки); достаточную чистоту и точ-
ность отверстия, с этой точки зрения вы-
годнее принимать большее число кана-
вок: чем больше канавок, тем лучше
направление зенкера.
Зенкер с большим числом канавок
приближается по своим качествам к
развертке. Профиль канавок зенкера
делают различным (рис. 85).
Тип I — профиль канавки выполняют
аналогично профилю канавки сверла, режущая кромка прямолинейная. Перо
зенкера имеет ленточку шириной f. Такой профиль канавки делают у
спиральных трех- и четырехзубых хвостовых зенкеров.
Тип II — криволинейный профиль канавки применяют для четырех-
зубных насадных зенкеров. Такой профиль канавки обеспечивает хороший
отвод стружки, но для фрезерования канавок требуются специальные фа-
сонные фрезы.
Тип III — профиль канавки ограничен по затылку прямыми линиями.
Этот тип профиля получил распространение для насадных зенкеров, осо-
бенно дпя зенкеров, оснащенных пластинами из твердого сплава. При фре-
зеровании канавки можно применять или специальные фасонные фрезы
или обычные угловые фрезы.
Длину рабочей части и общую длину зенкера принимают с учетом ус-
ловий работы. Для iлубоких отверстий часто применяют зенкеры на-
садные или с укороченным хвостом, но насаженные на длинную оправку.
В дальнейшем, при описании отдельных типичных конструкций зенкеров
будут указаны длины.
Геометрические параметры режущей части зенкера. Угол режущей (за-
борной части) 2<р (рис. 86) является важным элементом зенкера. Если нет
особых условий, вызванных технологическими причинами, то рекомендует-
ся угол 2<р принимать в следующих пределах (по И. И. Семенченко): для
обработки стали <р = 60"; для обработки чугуна <р = 45° или 60°; для ра-
боты в подрезку <р = 90'~; для зенкеров с твердыми сплавами <р-60°; для
двузубых зенкеров <р = 75°. Значение угла <р влияет на форму стружки и на
отвод ее из канавок. В отдельных случаях могут быть изменены условия
Рнс. 8::. ПРОФИЛИ КАНАВОК ЗЕНКЕРОВ
123
Рис. 86. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРА-
МЕТРЫ ЗЕНКЕРА
резания для улучшения отвода
стружки, тогда угол <р может
быть принят на основании экспе-
риментальных данных.
Угол со наклона винтовых
канавок. Если (подобно спираль-
ному сверлу) зенкер снабжен
винтовыми канавками, необ-
ходимо определить угол накло-
на винтовых канавок со. Угол со
выбирают в зависимости ог
свойств обрабатываемого мате-
риала и диаметра зенкера. Чем тверже материал, тем меньше должен
быть угол со, так как режущая кромка при этих условиях уси-
ливается. Чем меньше диаметр зенкера, тем меньше должен быть угол
со, и наоборот, чем меньше твердость материала и больше диаметр зенке-
ра, тем больший угол со можно принимать. Обычно угол со колеблется
в пределах от 10 до 25°. Поскольку угол со является важным элементом
конструкции, в дальнейшем при разборе отдельных конструкций будут
указаны рекомендуемые углы.
Передний у и задний а углы. Все точки режущих кромок зенкера при
углублении его в материал описывают винтовую линию с шагом, равным
подаче на один оборот зенкера. Поэтому поверхность резания предста-
вляет собой винтовую поверхность, и истинное значение передних и задних
углов должно быть определено в плоскости, перпендикулярной к поверх-
ности резания. Но поскольку подача не оказывает серьезного влияния
и поскольку угол р наклона траектории относительного движения мал,
передний и задний углы зенкера определяют в нерабочем положения — в
сечении, перпендикулярном проекции режущей кромки на основную пло-
скость (определение соответствует определению переднего и заднего утла
резца в нормальном сечении).
Основной плоскостью для зенкера считается плоскость, проходящая че-
рез ось зенкера и рассматриваемую точку на режущей кромке. Передний
угол у а задают в нормальном сечении N — N. Величина угла оказывает
большое влияние на процесс резания. Ниже приведены рекомендуемые
значения переднего угла режущих кромок зенкера из быстрорежущей ста-
ли (по И. И. Семенченко):
Обрабатываемый материал у#, град
Алюминий, латунь................................. 25—30
Мягкая сталь...................................... 15—20
Сталь средней твердости, стальное литье .... 8 — 12
Чугун средней твердости-........................... 6—8
Твердая сталь, твердый чугун....................... 5—0
В отдельных случаях для упрочнения режущих кромок приходится
уменьшать значение угла у к.
Задний утол а у зенкеров принимают 8 — 10° на режущей части и 5 —6°
124
Рис. 87. ТИПЫ КРЕПЛЕ-
НИЯ ЗЕНКЕРОВ
на калибрующей. Для усиления кромки и повышения ее устойчивости ре-
комендуется придавать передней поверхности зенкера некоторый наклон
под углом X. Режущая кромка по отношению к основной плоскости, про-
ходящей через центр, наклонена под углом X (на рис. 86 показан положи-
тельный наклон + X). Если наклон режушей кромки по отношению к ос-
новной плоскости в обратную сторону, угол X будет со знаком минус.
Опыты показывают лучшую стойкость зенкеров с положительным углом
X. Особенно важно придать положительный угол X режущей кромке твер-
досплавного зенкера. Для твердосплавных зенкеров можно рекомендовать
угол X = 12-ь 15°.
Ленточка, обратный конус зенкера. Для улучшения направления при
работе каждое перо зенкера снабжается узкими цилиндрическими ленточ-
ками. Иногда (например, у двузубых зенкеров) эти ленточки отсутствуют.
Ширину ленточек принимают для обычных зенкеров равной 0,8 —2,0 мм.
Цилиндрические ленточки направляют зенкер, но наличие их создает доба-
вочное трение, ускоряя износ и притупление зенкера. Поэтому ленточки
шлифуют не по цилиндру, а с небольшой конусностью. Обратную конус-
ность зенкеров в зависимости от условий работы можно изменять в неко-
торых пределах. Рекомендуется принимать уменьшение диаметра к хвосто-
125
вику от 0,05 до 0,15 мм на 100 мм длины, т. е. угол <рт принимать от 2—3'
до 2°30' (последний у двузубых зенкеров).
Соединительная часть зенкера. Зенкеры применяют в основном в се-
рийном и массовом производстве, поэтому особые требования предъяв-
ляют к закреплению зенкера на станке. Закрепление зенкера должно обес-
печивать хорошее центрирование, прочность, жесткость и быструю смену
инструмента. В практике кроме стандартной конструкции крепления (для
хвостовых зенкеров — конус с лапкой, для насадных — коническая оправка
с конусностью 1:30 и с торцовой шпонкой) применяют некоторые более
удобные крепления (рис. 87).
Тип а — крепление зенкера с помощью быстросменного штифтового
замка. Цилиндрический хвостовик входит в соответствующую выточку
в оправке. На хвостовике снята лыска и имеется углубление для штифта.
В оправке просверлено отверстие, в которое запрессован штифт. Вставить
хвост в гнездо можно только в определенном положении, когда лыска со-
впадает со штифтом в оправке. Затем, повернув зенкер вправо, заставляют
штифт войти в углубление в хвостовике — и зенкер закреплен.
Типы б, в, г — крепление зенкера с укороченным коническим хвостови-
ком. Зенкер имеет укороченный конический хвост, оканчивающийся или
квадратом (тип б), или шестигранником (тип в), или лапкой (тип г). Гнездо
в оправке, конусное вначале, в глубине снабжено соответственно квадра-
том или шестигранником или пазом для лапки. Для более надежного кре-
пления часто зенкер привертывают винтом (типы б и в) к оправке. Крепле-
ние с укороченным коническим хвостом очень надежно, но в тех случаях,
когда т ребуется быстрая смена инструмента, лучше применять штифтовые
замковые крепления. Существует еще целый ряд и других типов крепления,
применяемых на практике.
§ 9. ЗЕНКЕРЫ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ДИАМЕТРА ОТВЕРСТИЙ
Хвостовой зенкер со спиральными канавками (рис. 88) предназначен для
увеличения отверстий. В зависимости от диаметра зенкер снабжают тремя
или четырьмя канавками. Зенкеры из углеродистой или легированной ста-
ли изготовляют цельными, зенкеры из быстрорежущей стали нужно изго-
товлять сварными. В настоящее время широко распространены зенкеры
этого типа с пластинками из твердого сплава. Они предназначены для ра-
боты по чугуну и стали. Трехзубые зенкеры обеспечивают большую проч-
ность и жесткость, достаточное сечение винт овой канавки и более простое
изготовление по сравнению с четырехзубыми. Канавка на длине пластины
ггз твердого сплава сделана косой под углом со,. Косая канавка обеспечи-
вает большую прочность зенкера после врезания пластины из твердого
сплава. Но, с другой стороны, только винтовая канавка обеспечивает от-
вод образующейся в процессе резания стружки. Поэтому косая канавка
с углом наклона в>1 = 10° плавно переходит в винтовую с углом наклона
со = 20°.
Эту конструкцию зенкера можно считать вполне оправдавшей себя на
практике. Рекомендуется для обработки чугуна применять сплав ВК8, для
обработки стали - сплавы Т15К6 и Т5К10. Корпус зенкера следует изгото-
влять из стали, которая дает возможность закалить корпус после напайки
126
Рис. 89. СОСТАВНОЙ ЗЕНКЕР С УКОРОЧЕННЫМ ХВОСТОВИКОМ
пластин, поэтому в практике заводов применяют для корпусов зенкера
сталь 9ХС.
Составные зенкеры с укороченным хвостовиком (рис. 89), оснащенные
пластинами из твердого сплава, предназначены для зенкеровапия глубоких
стальных и чугунных отверстий при больших глубинах резания. Диаметры
зенкеров — от 30 до 80 мм. Эта конструкция зенкеров обладает суще-
ственными преимуществами по сравнению с цельными спиральными зен-
керами: при износе пластин из твердого сплава заменяют только короткий'
зенкер, державку же используют для дальнейшей работы.
Зенкер в державке крепят различными путями. Наибольшее распростра-
нение получила схема крепления, показанная на рис. 87 (типы 6, «). Зенкер
имеет короткий конусный хвостовик, оканчивающийся квадратом или ше-
стигранником. Хвостовик входит в соответствующие отверстия в державке,
и его закрепляют в державке винтом. Крутящий момент от державки
к зенкеру передается конусом, а также шестигранником или квадратом.
Зенкер с укороченным хвостовиком обычно имеет винтовые канавки, ко-
торые продолжаются также на державке. Угол наклона ч> в описываемой
конструкции чаще всего равен 10—15е.
Насадные четырехзубые зенкеры изготовляют цельными из быстроре-
жущей стали. Получили также широкое распространение насадные зенкеры
с пластинами из твердого сплава (рис. 90). Угол наклона канавок на длине
пластинки обычно равен 10-12', а дальше канавки идут под углом
15-20°,
127
Рис. 91. ДВУЗУБЫЙ СБОРНЫЙ ЗЕНКЕР
Для снятия больших припусков применяются двузубые сборные зен- ?
керы (рис. 91). Двузубые зенкеры можно применять при зенкеровании от- j
верстий в различных материалах (стали, чугуне, бронзе, меди и т. д.). При- i
меняют эти зенкеры также и для предварительно просверленных отверстий j
в коротких деталях, литье, листах, для получения фасонных отверстий (в |
этом случае необходимы специальные зенкеры); для рассверливания глубо- |
ких отверстий (в этом случае зенкеры снабжают соответствующими ,
длинными оправками). Часто применяются комбинированные зенкеры (см. ;
гл. И). Двузубый зенкер снабжен двумя затылованными зубьями, имеющи- .
128
Рис. 92. ГЕОМЕТРИЯ РЕЖУЩЕЙ
ЧАСТИ ДВУЗУБОГО
ЗЕНКЕРА
ми торцовые режущие кром-
ки. Выточка на опорном
торце служит для центриро-
вания зенкера на оправке.
Отверстия на опорном торце
предназначены для ведущих
штифтов. Имеются и другие
конструкции крепления.
Для обеспечения дробле-
ния и легкого отвода стружки
режущие кромки зенкера
снабжены стружкораздели-
тельными канавками. Заты-
лованный зуб зенкера обеспе-
чивает большое число пере-
точек. Переточки производят
только по передней грани,
что позволяет сохранить фор-
му режущей кромки. Наличие только двух зубьев у зенкеров позво-
ляет получить достаточное пространство для помещения и отвода стружки.
Это важно при рассверливании деталей с большими припусками.
Геометрия режущей части двузубого зенкера при обработке стали сред-
ней твердости (ов = 504-60 кгс/мм2) показана на рис. 92. Передний угол ух
в сечении, перпендикулярном режущей кромке, равен 25°. Задний угол
обеспечивают затылованием торцового зуба, он равен 6—8°. Угол наклона
режущей кромки А = 10°. Угол <р = 75°.
Для завивания стружек в мелкие кольца рекомендуется по передней
грани зенкера затачивать фаску шириной 1 —1,5 мм с передним углом
5 — 8°. Для того чтобы режущие кромки, расположейные па диаметре зен-
кера, соприкасались со стенками отверстия с меньшим трением, наружную
поверхность зенкера шлифуют по конусу с углом а2 до 2°30'.
Все конструкции сборных зенкеров для отверстий позволяют регулиро-
вать диаметр зенкера после износа. Несколько наиболее распространенных
конструкций сборных зенкеров со вставными ножами показаны на рис. 93.
В конструкции зенкера типа а корпус снабжен клиновидными пазами,
в которые забивают клиновидные рифленые ножи. Рифления позволяют
после износа зенкера переставлять ножи и тем самым увеличивать диа-
метр зенкера; такую же конструкцию применяют для зенкеров с ножами,
оснащенными твердыми сплавами. В последнем случае к ножам из стали
У7 — У8 припаивают пластины из твердого сплава. Эта конструкция впол-
не надежна в отношении прочности крепления ножей. Большим ее недо-
статком является невозможность увеличения вылета ножей; после несколь-
ких заточек вылет ножа резко уменьшается.
В конструкции зенкера типа б этот недостаток устранен. Нож и паз
корпуса снабжены продольными рифлениями, направленными вдоль оси.
5 Г. А. Алексеев и др.
129
ТипЛ
Рис. 93. СБОРНЫЕ ЗЕНКЕРЫ СО
ВСТАВНЫМИ НОЖАМИ
Для закрепления ножа п пазу
корпуса предусмотрен клин,
имеющий на стороне, прилега-
ющей к ножу, поперечно на-
правленные рифления, которые
входят в соответствующие риф-
ления ножа. Нож и клин при-
кладывают друг к другу сто-
ронами, имеющими поперечные
рифления, и в сложенном виде
забивают в корпус. По мере
стачивания ножи могут быть
выдвинуты по отношению к
торцу; клинья при этом пере-
ставляют па следующие попе-
речные рифления. Регулирова-
ние по диаметру производят
перестановкой по осевым про-
дольным рифлениям. Эта конст-
рукция сложнее предыдущей и
пригодна только для ножей из быстрорежущих сталей, и поэтому приме-
няют ее реже, чем конструкцию по типу а.
В конструкции зенкера типа в плоские ножи и клинья снабжены с одпой
стороны продольными рифлениями. Этими рифлеными сторонами их со-
единяют друт с другом и вставляют в паз. Пазы в корпусе клиновидные,
расширяющиеся по направлению к дну. Это обеспечивает двойную регули-
ровку ножей. Недостатком данной конструкции является сложность изго-
товления, а также ненадежное крепление ножей, особенно при малых диа-
метрах зенкера. Из всех перечисленных конструкций крепления ножей
наибольшее распространение получил тип а. Сборными делают не только
насадные, но и хвостовые зенкеры. Углы резания сборных зенкеров прини-
мают в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала
и конструктивных особенностей зенкера.
В последнее время поворотные многогранные неперетачиваемые пла-
стины применяют в конструкции сборных зенкеров больших диаметров
(рис. 94). Соответствующим образом расположенные пластины обеспечи-
вают снятие припуска. Преимущество такого инструмента — возможность
сохранения размера при смене или повороте пластины и все вытекающие
отсюда экономические выгоды (перечисленные в общем разделе).
Широкое применение твердосплавных многогранных пластин для зен-
керования и растачивания — общая тенденция. Один из рациональных спо-
собов применения — это использование в конструкциях зенкеров и расточ-
ного инструмента резцовых расточных вставок с микрометрическим
регулированием, обеспечивающим точность при растачивании в пределах
0,015 — 0,02 мм.
130
§ 10. ЗЕНКЕРЫ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Кроме зенкеров для увеличения диаметра отверстий широкое распростра-
t пение имеют зенкеры для цилиндрических выемок под головки винтов
1 и т. д. Иногда такие зенкеры называют головочными. У головочного зен-
f кера с направляющей цапфой (рис. 95, а) цапфа служит для направления
зенкера по предварительно просверленному отверстию. Режущая часть
i зенкера снабжена спиральными зубьями (обычно три или четыре); угол <р
принимают равным 90° для зенкерования углубления вод винт с цилин-
дрической головкой. Если зенкер предназначен для зенкерования углубле-
ний под винт с конусной головкой, он имеет соответствующий угол <р ре-
жущей части. Для облегчения заточки у зубьев, расположенных на горце
1 зенкера, направляющую цапфу делают сменной, ее отвертывают и выни-
мают перед заточкой зенкера.
, Широко применяют сверла-зенкеры, которые позволяют за один про-
ход получить отверстие и углубление под головку винта. Часто эти ин-
струменты называют двуступепчатыми сверлами (рис. 95,6). Отделяющая-
ся от сверла стружка идет по внутренней части канавки, а стружка от
зенкера имеет свой канал, образованный углублением между фасками
fi nf2.
Конические поверхности (например, центровые отверстия) обрабаты-
вают специальными зенкерами (зенковками), режущие кромки которых
имеют определенный угол <р, обусловленный формой углубления (рис.
i 95, в). В зависимости от диаметра зенкеры изготовляют с цилиндрическим
или коническим хвостовиком из различных марок стали или оснащают
твердыми сплавами также различных марок. Для обработки сталей реко-
мендуются тптановольфрамовые сплавы, для обработки чугуна, бронзы
н прочих материалов — вольфрамокарбидные твердые сплавы. Наиболь-
шее распространение получили конические зенкеры с углом конуса при
вершине 2<р = 30, 60, 90, 120°.
Для обработки торцовых поверхностей бобышек, различных приливов
и т.д. в машиностроении получили распространение так называемые
L -5* 131
Рис. 95. ТИПЫ ЗЕНКЕРОВ:
а — для цилиндрических канавок (головочный); б — ступенчатый; в — для конических
поверхностей
торцовые зенкеры (в литературе всгречается также название цековка). У этих
зенкеров зубья расположены только на торце. На рис. 96 изображен торцо-
выйзенкер 1 небольшого размера, который надевают на оправку 2, его ис-
пользуют, для подрезки торца ступицы или прилива. Зенкер оснащен
пластинами из твердого сплава. Режущие углы выбирают следующие: зад-
ний угол а = 44-6°, передний угол у = 8= 10°. Число зубьев зенкера может
быть принято от 4 до 8.
На металлургических заводах для обработки торцов балок или рельсов
применяют торцовые зенкеры (рис. 97) больших диаметров (диаметр тако-
го зенкера достигает в отдельных случаях 500 мм). В корпусе зенкера, из-
готовленном из конструкционной стали 40 или 45, профрезеровано восемь
132
Рис. 97. ТОРЦОВЫЙ СБОРНЫЙ ЗЕН-
КЕР
Рис. 98. СХЕМА ЗАТОЧКИ ЗЕНКЕ-
РОВ:
а — установка насадного зен-
кера для затачивания по зад-
ней поверхности зуба; б — зата-
чивание зенкера по передней
поверхности зуба
пазов, в которые вставлены сменные ножи из быстрорежущей стали. Их
закрепляют клиновыми планками и винтами. Опорные стороны ножей
имеют рифления, благодаря которым можно изменять вылет ножей по
горцу. Режущие кромки ножей снабжены стружкоразделительными канав-
ками.
В последнее время в связи с широким распространением агрегатных
и специальных станков, автоматов, автоматических линий и станков с чис-
ловым программным управлением массовое применение получают высо-
копроизводительные комбинированные многоступенчатые специальные
зенкеры и расточные комбинированные инструменты. Экономия времени
обработки получается за счет совмещения многих операций в одну. Мож-
но совмещать обработку самых различных видов поверхностей: ступен-
чатых цилиндрических отверстий, отверстий с криволинейной образующей,
а также конических внутренних поверхностей. Это очень перспективные ин-
струменты, особенно для массового автоматизированного производства.
§ 11. ЗАТОЧКА
Режущую часть зенкеров затачивают в зависимости от конструкции зуба
(по задней или по передней поверхностям). Зенкеры в основном снабжают
зубьями, затачиваемыми по задней поверхности (рис. 98). Но есть зенкеры,
которые снабжены затылованными зубьями (двузубые), затачиваемыми по
передней поверхност и.
133
Для затачивания применяют универсально-заточные станки. Зенкер
устанавливают в приспособлении, допускающем поворот его на опреде-
ленный угол. Для затачивания зенкера по задней поверхности зуба (рис.
98, а) зенкер 1 насаживают на оправку 2, установленную в приспособлении,
и подводят к кругу 3. Для фиксирования зуба зенкера в определенном по-
ложении на столе станка устанавливается передвижной упор 4, который
упирается в переднюю поверхность зуба зенкера. Затачивание производят
чашечным кругом, причем режущую кромку затачивают без фаски (до-
остра). Задний угол выдерживают установкой упора в определенном поло-
жении. Такой зенкер, затачиваемый в основном по задней поверхности,
приходится иногда точить и по передней (например, первоначальное зата-
чивание зенкера при его изт отовлепии). Затачивание по передней поверхно-
сти должно предшествовать затачиванию по.задней. При затачивании по
передней поверхности можно зенкер устанавливать на оправке в центрах.
Хвостовой зенкер устанавливают также в центрах.
§ 12. РАЗВЕРТКИ
Основное отличие развертки от сверла и зенкера состоит в том, что раз-
вертка только исправляет форму отверстия, а направление оси его, как
правило, не может исправить, так как снимает небольшой слой металла
(припуски под развертку принимают в пределах нескольких десятых мил-
лиметра) и дает точное и чистое отверстие. Как правило, развертка имеет
большее число зубьев, чем зенкер (существуют исключения из этого прави-
ла: есть однозубые и двузубые развертки).
Развертки разделяют на чистовые и черновые. Последние подгото-
вляют отверстие под окончательную (чистовую) развертку. Но как чи-
стовые, так и черновые развертки снимают небольшой припуск. В зависи-
мости от условий эксплуатации, конструкции, режимов резания и т. д.
можно получить разверткой отверстие в пределах 1—4-го классов точно-
сти. Параметр шероховатости обработанной поверхности после разверты-
вания Ra менее 0,32 мкм.
Развертки разделяют по способу применения на ручные, работу ко-
торыми производят вручную, и машинные, употребляемые на различных
станках; по конструкции крепления на хвостовые и насадные; по конструк-
ции самой развертки на цельные (также сварные) и сборные (со вставными
ножами); по принципу регулирования размера на постоянные, размер ко-
торых не может быть отрегулирован, и регулируемые различных конструк-
ций (разжимные, раздвижные со вставными регулируемыми ножами,
с привернутыми сменными ножами).
По форме обрабатываемого отверстия принято подразделять развертки
на цилиндрические и конические. Все перечисленные типы имеют различ-
ное конструктивное выполнение.
§ 13. КОНСТРУКЦИЯ РАЗВЕРТОК
Части и конструктивные элементы разверток. Ручная и машинная разверт-
ки (рис. 99) имеют следующие основные части: рабочую, режущую, кали-
брующую, шейку, хвостовик. Конструктивные элементы развертки:
134
Рис. 99. МАШИННАЯ (а) И РУЧНАЯ (б) РАЗВЕРТКИ
D — диаметр развертки; г — число зубьев; 2ср — угол режущей части; меж-
дузубые канавки, их форма и неравномерная разбивка; профиль зубьев, а
и 7 — задний и передний утлы на режущей части, задний конус, элементы
крепления развертки (хвостовая часть, квадрат и т. д.), L— общая длина
развертки.
Диаметр развертки — важнейший конструктивный элемент, так как
в конечном итоге назначение развертки — дать точное круглое отверстие
определенных размеров. При назначении диаметра развертки необходимо
-учитывать разбивку, так как отверстие, получаемое после развертки, почти
всегда несколькко больше самой развертки; запас па износ, так как раз-
вертка изнашивается по диаметру от трения о стенки обрабатываемого от-
верстия; допуски на изготовление самой развертки.
Схема расположения полей допусков на диаметр развертки в зависимо-
сти от допуска обрабатываемого отверстия показана на рис. 100. Буквой
А обозначен допуск на отверстие. Линия CD — верхнее отклонение диаме-
тра развертки; она лежит ниже верхнего отклонения диаметра отверстия
на величину максимальной разбивки Ртах. Максимальная величина разбив-
ки зависит от условий работы, диаметра развертки, класса точности раз-
вертываемого отверстия. Линия EF обозначает нижнее отклонение диа-
метра развертки, а pmin — минимальную величину разбивки. Таким образом,
135
Рис. 100. СХЕМА РАСПОЛОЖЕНИЯ ПО-
ЛЕЙ ДОПУСКОВ НА ДИАМЕТР
РАЗВЕРТКИ
между верхним CD и нижним
EF отклонениями лежит поле до-
пуска на развертку.
Для обеспечения продолжитель-
ной службы развертки поле до-
пуска Б разбивают на допуск на
изготовление В и запас па износ И.
Все поля допусков нужно прини-
мать по соответствующим стан-
дартам.
Поскольку размер развертки
является основным конструктив- ,
ным элементом, обеспечивающим ,
обработку правильного отверстия,
режущие кромки, расположенные
на диаметре калибрующей части,
должны быть острыми и не должны иметь зазубрин, замятии и прочих де-
фектов, которые могут появиться при транспортировании развертки. Иногда
предусматривают окончательную доводку у потребителей. Диаметр разверт-
ки, изготовляемой на инструментальном заводе, доводке не подвергают, его
делают с припуском под доводку в пределах 0,005 —0,02 мм; в ГОСТ
11173—76 приведены размеры разверток с припуском под доводку.
Число зубьев. Развертка предназначена для снятия небольших припу-
сков, поэтому из условий нагрузки на зуб можно было бы выбирать не-
большое число зубьев, однако необходимость получения чистой поверхно-
сти и точной геометрической формы отверстия требуег значительного чис-
ла зубьев с небольшим окружным шагом. Междузубые канавки для струж-
ки делают небольшими, так как стружки образуется немного. Число зубь-
ев развертки рекомендуется брать четным для того, чтобы обеспечить
простоту измерения диаметра микрометром. В табл. 11 приведены ориен-
тировочные числа зубьев разверток.
Из табл. И видно, что число зубьев цельных разверток всегда несколь-
ко больше, чем у сборных. Для окончательного выбора числа зубьев раз-
11. Число зубьев разверток
Тип развертки Диамезр развертки, мм
3-10 11-19 20-30 32-45 46-50
Ручные с прямыми канавками 6 8 10 12 14
Машинные с прямыми канавками 6 8 10 12 —
Машинные насадные -• ,— 10 10 14
Сборные:
хвостовые — — 6 8 10
насадные — — — 8 8
Ручные разжимные 6 8 8 10 12
136
pnc 101. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СО-
СТАВЛЯЮЩИХ СИЛЫ РЕ-
ЗАНИЯ ПРИ РАЗВЕРТЫВА-
НИИ
вертки необходимо прочертить
получающийся профиль зуба и
канавки. Данные этой таблицы
относятся только к разверткам
с прямыми зубьями. В разверт-
ках с винтовыми зубьями число
зубьев выбирают меньшим. В за-
висимости от свойств обрабаты-
ваемого материала и вида отделяющейся стружки можно выбирать раз-
личное число зубьев. Проф. С. С. Четвериков рекомендует у разверток,
предназначенных для обработки вязких металлов, число зубьев определять
по формуле z — 1,5 \/d + 2; для хрупких металлов z = 1,5 ]/D + 4.
Угол режущей части 2<р зависит от назначения развертки. Дело в том,
что распределение составляющих силы резания на развертке зависит от
угла режущей части. Чем меньше угол 2<р, тем меньше получается осевая
сила (рис. 101). Осевая сила, приведенная к одной режущей кромке, Pt =
= N1sin<p. Из формулы ясно, что с уменьшением угла 2<р уменьшается
осевая сила и облегчается проникновение развертки в обрабатываемое от-
верстие. Но, с другой стороны, чем меньше угол 2<р, тем тоньше становит-
ся стружка, и при обработке вязких металлов она хуже отделяется. Поэто-
му для ручных разверток угол 2<р следует брать меньшим для уменьшения
осевой силы, а следовательно, облегчения работы. В машинных развертках
большая осевая сила не вызывает затруднений, поэтому при назначении
угла 2<р в машинных развертках исходят из условий обеспечения наилуч-
ших условий резания и получения чистого отверстия. По последним
данным угол 2<р = 10° для машинных разверток дает хорошие результаты
и может быть рекомендован для обработки хрупких материалов; для
обработки вязких металлов 2<р = 30°, для ручных разверток 2<р = 1-?3°.
Передний и -задний углы развертки. По своему назначению развертка
является чистовым инструментом и снимает небольшую стружку, поэтому
передний угол у зуба развертки берут близким к 0°, т. е. угол резания при-
ближается к 90° (см. рис. 99). В этом случае обеспечивается процесс, напо-
минающий скобление, и в результате получается чистая поверхность. Для
черновых разверток при обработке вязких металлов следует принимать
угол у = 5-т-10о. Для обеспечения скоблящего действия развертки можно
принимать даже отрицательный передний угол развертки. Завод «Фрезер»
в сборных развертках, оснащенных твердыми, сплавами, принимает отри-
цательный передний угол в пределах — 3 4-—5°. Развертки с отрица-
тельным передним углом дают гладкую поверхность. Однако применение
таких разверток при обработке мягких металлов может вызвать налипание
стружки, тогда приходится применять развертку с положительным перед-
ним углом.
Задний угол также принимают небольшим для сохранения прочности
режущей кромки. Если принять задний угол значительным, прочность
137
кромки снижается, и возможны выкрашивания, ведущие к ухудшению чи-
стоты поверхности отверстия.
На режущей части зуб развертки затачивают без фаски (доостра)
с определенными задним и передним углами. На калибрующей части раз-
вертки оставляют цилиндрическую ленточку/. Рекомендуются следующие
значения заднего угла а и ширины ленточки / (по данным завода «Фре-
зер») в зависимости от диаметра развертки:
Диаметр развертки,
мм................ 3 — 10
Задний угол а, град 8 — 12
Ширина Ленточки f,
мм ................0,08—0,2
10-18
6-10
0,1-0,25
18-30
6-10
0,15-0,3
30-50
6-10
0,2-0,4
50-80
6-8
0,25-0,5
Для чистовых ручных разверток значение заднего угла принимают наи-
меньшее (до 3—5°).
Ширина ленточки по цилиндру — очень важный элемент развертки. Если
ленточка широкая, развертка работает тяжело, трение увеличивается, по-
этому стараются выдерживать небольшую ширину ленточки. Но, с другой
стороны, отсутствие ленточки ухудшает направление развертки, поэтому
особенно у ручных разверток ленточка обязательна. Ленточка должна
быть чисто обработана (доведена); она выглаживает обрабатываемую по-
верхность и облегчает процесс изготовления и измерения развертки.
Неравномерное распределение зубьев по, окружности у разверток'необхо-
димо для получения чистого отверстия. Объясняется это следующим обра-
зом. В процессе резания всегда имеет место колебание нагрузки на зуб,
вызванное неравномерной плотностью обрабатываемого металла, раз-
личными включениями в металл. Если развертка имеет совершенно одина-
ковые окружные шаги, между зубьями могут возникнуть периодически по-
вторяющиеся увеличения нагрузки, и развертка даст неправильное
отверстие с граненой поверхностью. Для того чтобы избежать этого явле-
ния, делают неравномерный окружной шаг зубьев. Например, если раз-
вертка имеет шесть зубьев, то вместо равномерного окружного шага
360°
W= —-— = 60° делают неравномерную разбивку. При простановке не-
равномерного шага лучше всего принимать порядок, изображенный на
рис. 102, при котором каждая пара двух противолежащих зубьев лежит
своими режущими кромками на одном
диаметре и углы И7! и W't, W2 и
W2 и т. д. попарно равны (табл. 12).
Можно применять и другие схемы
неравномерной разбивки зубьев, но опи-
санная схема удобнее, так как все зубья
лежат друг против друга на определен-
ных диаметрах, и этим облегчается
контроль развертки по диаметру. Если
Ряс. 102. НЕРАВНОМЕРНАЯ РАЗБИВКА ЗУБЬ-
ЕВ РАЗВЕРТОК
138
12. Неравномерная разбивка зубьев развертки
Число зубьев Углы, соответствующие отдельным зубьям развертки
Ш, И, И, .
4 87°55' 92'05' — — — —
6 58"02' 59°53' 62°05' — — —
8 42° 44° 46° 48° — —
10 33° 34°30' 36° 37°30' 39° —
12 27°30' 28'30' 29°30' 30°30' ЗГЗО' 32°30'
развертка имеет винтовые или косые зубья, неравномерность зубьев
-также имеет значение, и такие развертки для особо точных и чистовых
отверстий делают с неравномерным распределением зубьев по окружности.
Машинные развертки можно делать с равномерным распределением
зубьев, ручные следует делать с неравномерным распределением.
Обратный (задний) конус. Для уменьшения трения о стенки обработан-
ного отверстия калибрующую часть развертки делают не полностью ци-
линдрической, а с обратным конусом по направлению к хвостовику.
Уменьшение диаметра калибрующей части по направлению к хвостовику
принимают различным для машинных и ручных разверток; у ручных раз-
верток задний конус делают меньшим, у машинных — большим. Это вы-
звано тем, что ручная развертка работает с небольшой скоростью резания
и сравнительно мало разбивает отверстие, направляясь строго по обрабо-
танному отверстию. При работе машинных разверток разбивание отвер-
стия калибрующей частью, прилегающей к шейке развертки, значительно
больше, поэтому задний конус принимают у них больше.
Для ручных разверток (по данным И. И. Семенченко) рекомендуется
уменьшение диаметра к хвостовику на 0,003 — 0,005 мм, для машинных раз-
верток с жестким креплением — от 0,04 до 0,06 мм и для машинных раз-
верток с качающимися патронами — от 0,06 до 0,08 мм.
Форма междузубой канавки и профиль зуба. Междузубые канавки у раз-
верток могут быть как прямыми, так и винтовыми. Развертки с винтовы-
ми (спиральными) канавками дают хорошие результаты, но сложнее в из-
готовлении. Хорошо выполненные развертки с прямыми канавками также
дают неплохие результаты по чистоте обработанной поверхности и значи-
тельно проще в изготовлении, поэтому в настоящее время больше приме-
няют развертки с прямыми канавками.
Профиль канавок может быть выполнен угловой фрезой (рис. 103, а),
фрезой, ограниченной радиусом (рис. 103,6), и комбинированной фрезой
(рис. 103, в). Эти профили канавок можно применять для разверток, рабо-
чая часть которых нрофрезерована в целой заготовке. При определении
профиля канавки (рис. 104) для этих разверток необходимо учитывать тол-
щину пластины из твердого сплава и создать достаточно жесткую опор-
ную поверхность под пластину. Так как развертки имеют неравномерную
разбивку зубьев по окружности, при фрезеровании канавок получается
разная глубина их, если, конечно, выдержана одна ширина фаски f
Для получения одинаковой ширины фаски необходимо канавочную фрезу
на станке поднимать или опускать в зависимости от центрального угла
между зубьями. Это обстоятельство затрудняет изготовление разверток.
139
Рис. 103. ПРОФИЛЬ ЗУБА РУЧНЫХ И МАШИННЫХ РАЗВЕРТОК
Рнс. 104. ПРОФИЛЬ ЗУБА РАЗВЕРТКИ С ТВЕРДОСПЛАВНЫМИ НАПАЯННЫМИ ПЛАС-
ТИНАМИ
Рис. 105. ПРОФИЛЬ КОМБИНИРОВАННЫХ ФРЕЗ ДЛЯ ФРЕЗЕРОВАНИЯ ЗУБА РАЗ-
ВЕРТОК
При массовом изготовлении разверток предусматривают фрезерование
канавок специальными комбинированными фрезами с профилем, изобра-
женным на рис. 105. Такая фреза имеет как бы двойной профиль и одно-
временно обрабатывает двумя своими выступами обе стороны зуба. Фаска
получается всегда постоянной, так как фреза своим профилем охватывает
зуб развертки с обеих сторон. Если перейти затем к фрезерованию другой
впадины с большим или меньшим центральным углом, то глубина канав-
ки все равно останется постоянной, но на спинке зуба из-за несовпадения
двух положений фрезы появится небольшой уступчик а (см. рис. 103, в), не
имеющий значения для работы развертки.
Длина рабочей части развертки и общая ее длина. В большинстве слу-
чаев длину рабочей части и общую длину разверток принимают по со-
ответствующим стандартам, причем общая длина развертки зависит ис-
ключительно от глубины развертываемых отверстий и метода крепления
развертки (конус, квадрат и т. д.). Если развертка должна иметь напра-
вляющую часть, приходится в общую длину развертки включать кроме не-
обходимой глубины развертывания еще и длину направляющей части.
Длину рабочей части развертки рекомендуют делать в пределах 0,8 — 3
диаметра развертки. Чем короче рабочая часть развертки, тем легче раз-
вертка режет, но зато резко ухудшается направление развертки в отвер-
стии и чистота поверхности отверстий. При хорошем направлении раз-
140
Рис. 106. ПАТРОНЫ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ РАЗВЕРТОК:
а — качающийся; б — плавающий
вертки в отверстии (наличие направляющей части) можно сокращать"
длину ее рабочей части.
Существуют дисковые развертки, которые представляют собой диски
с зубьями шириной, равной 0,1—0,2 диаметра развертки, насаживаемые на
оправку с направляющей частью.
Для разверток, изготовленных по существующим стандартам, длину
рабочей части дают по стандарту.
Элементы крепления развертки. Развертку, как и всякий режущий ин-
струмент, снабжают соединительной частью. Насадные развертки чаще
всего имеют конусное отверстие с конусностью 1:30 и дополнительно тор-
цовую шпоночную канавку. Хвостовые машинные развертки имеют обыч-
но конусный хвостовик с лапкой, который вставляют в соответствующее
гнездо шпинделя или специального патрона, или цилиндрический хвосто-
вик. На ручных развертках на конце хвостовика делают квадрат для ра-
боты воротком.
Для точной работы развертки очень важно ее правильное закрепление
в шпинделе станка, которое должно обеспечить наилучшее совпадение оси
обрабатываемого отверстия (или кондукторной втулки) и развертки. Жест-
кое крепление развертки является наименее подходящим, так как приводит
к перенесению на развертку всех погрешностей вращения шпинделя станка.
Необходимо, чтобы во время работы развертка имела возможность уста-
новиться точно по оси кондукторной втулки или по оси предварительно
обработанного отверстия. Это требование удовлетворяется при использо-
вании самоустанавливающихся патронов для крепления разверток.
Простейшая схема качающегося патрона с шарнирным соединением
с помощью штифта показана на рис. 106, а. Благодаря шарнирному соеди-
нению качающийся патрон позволяет компенсировать несовпадение оси
вращения развертки и оси детали. Патроны качающегося типа недостаточ-
но совершенны, так как в различных их положениях ось развертки по-раз-
ному располагается относительно оси отверстия, что приводит к разным
размерам последнего.
Кроме качающихся применяют плавающие патроны (рис. 106,6). Пла-
вающие патроны не имеют недостатков, связанных с перекосом оси раз-
вертки, так как развертка не может качаться, а перемещается только
141
в направлении, перпендикулярном оси, благодаря чему ось отверстия полу-
чается правильно направленной (параллельной оси развертки).
Развертки, направление которых осуществляется специальными гладки-
ми направляющими, работают лучше и стойкость их выше (если напра-
влять развертку по кондукторным втулкам, зубья их истираются очень бы-
стро). Длинные специальные развертки, которые служат для развертыва-
ния нескольких отверстий с общей осью (например, отверстая в корпусе
коробки скоростей), обязательно должны иметь направляющую часть. Для
свободного вращения и перемещения направляющей части в кондукторных
втулках следует делать смазочные канавки на направляющей части, иначе
возможно заедание и даже поломка развертки.
§ 14. ОСОБЕННОСТИ ОСНОВНЫХ ТИПОВ РАЗВЕРТОК
Выше были рассмотрены конструктивные элементы, общие для всех раз-
верток, но разнообразные типы разверток имеют некоторые специфические
особенности конструкции. Перейдем к разбору конструкции основных ти-
пов разверток.
Ручные цилиндрические развертки (рис. 107). Простейший и наиболее
распространенный тип ручной развертки — цельная цилиндрическая
с прямыми канавками (рис. 107, а). Такие развертки изготовляют обычно
их хромистой стали 9ХС. Недостаток таких разверток — невозможность
регулирования размера после износа развертки.
В корпусе 1 разжимной развертки (рис. 107,6), изготовленной из стали
9ХС, в центре просверлено отверстие, на одном конце которого нарезана
резьба; в глубине отверстие имеет конусную часть. В отверстие развертки
вставлен шарик 3 и ввернут регулировочный винт 2. Если начать вверты-
вать винт, то он будет нажимать на шарик, который в свою очередь благо-
даря конусному отверстию будет стремиться разжать стенки отверстия.
В средней части корпус развертки снабжен прорезями. По мере вдавлива-
Рнс. 107. ТИПЫ РУЧНЫХ РАЗВЕРТОК:
а — цельная; б — разжимная; в — раздпнжная
142
ния шарика в отверстие корпус развертки разжимается и увеличивается
в диаметре, причем увеличение диаметра происходит только в централь-
ной части развертки.
Пределы регулирования таких разверток по диаметру небольшие:
Диаметр развертки, мм Пределы,
мм
От б до 10........................ 0,15
Св. 10 до 20...................... 0,25
» 20 » 30........................ 0,4
» 30 » 50....................... 0,50
В корпусе ручной раздвижной развертки (рис. 107, в), изготовлен-
ной из конструкционной стали, профрезерованы точные пазы, идущие
по отношению к оси развертки с уклоном. В пазы вставлены со скользя-
щей посадкой плоские ножи из инструментальной стали У12А или 9ХС.
На торцах ножей имеются скосы под утлом.
Для регулирования диаметра развертки достаточно передвинуть ножи
вдоль пазов. Если ножи передвинуть ближе к переднему концу, диаметр
уменьшится, ближе к хвостовой части — диаметр увеличится. Для переме-
щения ножей установлены регулировочные гайки с кольцами, которые на-
винчены на резьбу корпуса и упираются в торцы ножей. Скосы под углом
45° создают ври завинчивании гаек усилие, подтягивающее ножи к доныш-
кам пазов.
Регулируемые раздвижные развертки имеют значительные пределы ре-
гулирования диаметра от 0,5 до 3 мм. Эти развертки очень удобны для ре-
монтных работ, при которых приходится развертывать отверстия нестан-
дартных (дробных) размеров диаметров. Регулируемые ручные развертки
изготовляют для отверстий диаметром 10—38 мм. Более мелкие развертки
очень трудно изготовлять, а более крупные развертки редко используют
в качестве ручных.
Развертки для конических отверстий. Для развертывания конических от-
верстий часто применяют конусные развертки. Чем больше угол конус-
ности, тем труднее развернуть коническое отверстие одной разверткой,
и приходится делать несколько разверток. Развертки для конического от-
верстия работают в более тяжелых условиях, чем цилиндрические. Если
при развертывании цилиндрического отверстия срезание материала сосре-
доточивается на приемной части, то коническая развертка режет всем
своим лезвием.и, по сути дела, не имеет калибрующей части, так как режу-
щие кромки по всей длине вступают в работу. Наиболее распространенные
конусные развертки для инструментальных конусов показаны на рис. 108.
В комплект обычно входят три развертки: обдирочная, промежуточная
и чистовая. Обдирочная развертка (рис. 108, а) предназначена для снятия
значительного припуска; для облегчения работы режущую кромку делают
ступенчатой. На конической образующей поверхности развертки нарезают
затылованный винтовой зуб. С целью улучшения условий резания у об-
дирочных разверток делают передний угол. Промежуточная развертка
(рис. 108,6) имеет стружкоразделительные канавки, нарезанные в виде
резьбы; в зависимости от диаметра шаг этой резьбы различный. Чистовая
развертка (рис. 108, в), имеет прямые зубья по всей длине режущей части.
143
Рис. 108. КОНИЧЕСКИЕ РАЗВЕРТКИ
Ленточку на вершинах зубьев делают
минимальной (0,05 мм), так как раз-
вертка режет всей своей калибрующей
частью и при большой ленточке ра-
ботать не будет.
Машинные цилиндрические развертки
(рис. 109). В отличие от ручных раз-
верток машинные развертки обычно
имеют более короткую рабочую часть
и часто меньшее число зубьев; ошг
стандартизованы.
К цельным разверткам могут быть
отнесены также машинные развертки с
твердыми сплавами. Корпус такой раз-
вертки может быть выполнен с кониче-
ским хвостовиком или с цилиндрической
зажимной частью. Начиная с 25 — 30 мм
развертки можно изготовлять не хвосто-
выми, а насадными. Насадные развертки (рис. 109, б) изготовляют из легиро-
ванной стали 9ХС, а также -из быстрорежущей стали. В последнее время раз-
вертки начинают изготовлять в массовом производстве диаметром 2 — 12 мм
монолитными твердосплавными, а развертки б олее крупных диаметр ов осна-
щают пластинами из твердых сплавов. Изображенные на рис. 109, б на-
садные развертки оснащены пластинами из твердого сплава. Для
обработки чугуна рекомендуется сплав ВК6 или ВКЗ, для обработки ста-
ли — твердый сплав Т15К6. Применение твердого сплава дает возмож-
ность резко повысить износостойкость разверток, а также получить отвер-
стие с меньшей шероховатостью поверхности.
Все перечисленные типы машинных разверток обладают одним общим
недостатком: их нельзя регулировать по диаметру по мере износа. Для
обеспечения возможности регулирования в настоящее время получают ши-
Рис. 109. МАШИННЫЕ
РАЗВЕРТКИ:
а — с твердым
сплавом и ко-
ническим хвос-
товиком; б —
сварные из
быстрорежу-
щей стали с ко-
ническим хвос-
товиком; в —
Насадные с
пластинами из
твердо! о спла-
ва
144
Рис 110. РАЗЖИМНАЯ МАШИННАЯ
РАЗВЕРТКА С ПЛАСТИНА-
МИ ИЗ ТВЕРДОГО СПЛАВА
Рис. 111. МАШИННЫЕ РАЗВЕРТКИ
С ПРИВИНЧЕННЫМИ НО-
ЖАМИ
рокое распространение раздвижные машинные развертки различных кон-
струкций. Их можно подразделить на две группы.
1. Разжимные машинные развертки (рис. 110), в которых диаметр изме-
няют путем ввинчивания винта с шариком аналогично описанной кон-
струкции ручных разжимных разверток или путем расклинивания раз-
вертки.
2. Машинные развертки с привинченными ножами (рис. 111). В корпусе
развертки профрезерованы продольные пазы, в которые вставляют ножи
и привертывают к корпусу винтами. Эта машинная развертка предназначе-
на для обработки отверстия с уступом, поэтому на торцовой части раз-
вертки, как и на цилиндрической, имеются режущие зубья. Развертки
с привинченными ножами регулируют за счет тонких прокладок, которые
вставляют в пазы между ножом и корпусом, и затем ножи разверток при-
вертывают к корпусу, после чего развертку обязательно шлифуют по диа-
метру. Развертки с привинченными ножами имеют основное преимуще-
ство в том, что они могут быть изготовлены со сравнительно тонкими
стенками и большим числом зубьев. Машинная насадная развертка
(рис. 112) проста по конструкции. В корпусе развертки профрезерованы на-
клонные пазы с гладкими параллельными стенками. В них вставляют пло-
ские ножи, которые могут быть Изготовлены из быстрорежущей или ин-
струментальной стали 9ХС с припаянными пластинами из твердого
сплава. Ножи зажимают в пазах шайбами, причем каждая из них зажимает
сразу два ножа. Сама шайба зажата винтом. Ножи регулируют так же, как
и в описанной выше конструкции, с той только разницей, что нож не мо-
жет быть поднят- на следующее рифление, поскольку развертка не имеет
рифлений. Регулировочные кольца также передвигают по резьбе. Для
Удобства регулирования развертки часто снабжают делениями. При пово-
роте на определенное деление диаметр развертки увеличивается на со-
ответствующую величину. Для обработки точных отверстий ножи разверт-
ки после регулирования должны быть обязательно прошлифованы по
Диаметру и заточены. Б последнее время некоторые организации проводят
опыты по изготовлению регулируемых машинных разверток с механи-
ческим креплением ножей из твердого сплава.
145
Шайба.
Рис. 112. СБОРНАЯ НАСАДНАЯ
РАЗВЕРТКА С КРЕПЛЕ-
НИЕМ НОЖЕЙ ВТУЛ-
КАМИ И ВИНТАМИ
Если машинная раздвижная развертка предназначена для развертыва-
ния сквозного отверстия, то ее режущую часть обычно затачивают под
углом 45°, а цилиндрическая часть имеет сравнительно небольшую длину.
Обратная конусность машинной развертки должна быть большей, чем
у ручных, так как неточности па станках могут привести к значительной
разбивке отверстий. Ниже приведена рекомендуемая длина рабочей части
машинных разверток:
Диаметр развертки, мм........... 3—6 7—12 12 — 17 18—34 35—50
Длина рабочей части, мм......... 12—18 18—22 25 28—30 35—40
Машинные развертки с раздвижными ножами обычно имеют ножи,
расположенные под углом 3 — 5° к оси, есть машинные развертки, зубья ко-
торых расположены параллельно оси, а также развертки с зубьями, распо-
ложенными попеременно под разными углами; последние можно изгото-
влять с равномерным шагом, они дают высокое качество поверхности
обработанного отверстия.
Кроме описанных разверток есть много конструкций различных спе-
циальных разверток, снабженных направляющей частью, в том числе
и комбинированных.
Число зубьев машинной развертки в зависимости от условий работы
может быть различным. Например, в показанной на рис. 113 развертке
имеются всего два зуба. Работа такой плавающей развертки требует хоро-
шей установки на специальном расточном станке. Плавающие развертки
146
рис из. ПЛАВАЮЩАЯ РЕГУЛИРУЕ-
МАЯ РАЗВЕРТКА С ПЛАСТИ-
НАМИ ИЗ ТВЕРДОГО СПЛАВА
Рис. П4. СХЕМЫ ЗАТОЧКИ (а) И ДО-
ВОДКИ (б) РАЗВЕРТКИ
могут быть выполнены в виде регулируемых по диаметру пластин, вста-
вляемых в борштангу. Развертка должна быть вставлена в расточную
оправку-борштангу. Созданы конструкции расточных блоков с примене-
нием точных многогранных неперетачиваемых пластан из твердого сплава.
Развертка является чистовым инструментом, поэтому к заточке ее
предъявляют особые требования. Режущие кромки развертки должны
быть очень чисто обработаны, шероховатость поверхности режущих кро-
мок развертки должна быть не ниже Ra = 0,32 мкм. У развертки должен
быть заточен задний угол и передняя поверхность, зуба; вначале затачи-
вают переднюю поверхность зуба. Заточку производят на универсально-за-
точном станке.
Для получения чистой поверхности следует применять мелкозернистые
шлифовальные круги. Заточка по передней поверхности должна предше-
ствовать шлифованию развертки. Заточенную по передней поверхности
развертку шлифуют по наружному диаметру на круглошлифовальном
станке. Станки для шлифования разверток должны быть в хорошем со?
стоянии: при шлифовании не должно быть овальности, конусности, вибра-
ций. Отшлифованную по наружному диаметру развертку затачивают по
задней поверхности (затылку) (рис. 114). Хвостовую развертку устанавли-
вают непосредственно в центрах станка, а насадную насаживают на оправ-
ку» устанавливаемую также в центрах станка. Передней поверхностью зуба
развертка 1 опирается на упор 2. Высота установки упора должна быть
выбрана с таким расчетом, чтобы на развертке получить задний угол а:
. D
h ——sin а.
2
147
Заточку следует производить чашечным кругом 3. Если развертка изго-
товлена из быстрорежущей или инструментальной стали, для заточки при-
меняют корундовый или эльборовый круг. Если развертка из твердого
сплава, для заточки следует брать алмазный круг. После заточки разверт-
ку подвергают доводке. Доводку можно производить или с помощью спе-
циальных мелкозернистых алмазных кругов, или доводочными чугунными
дисками с пастой (рис. 114,6).
Развертку устанавливают в центрах, она опирается передней поверх-
ностью на упор; доводочный круг устанавливают на шпинделе станка. Для
получения лучшей чистоты доводки ось круга по отношению к оси раз-
вертки рекомендуется устанавливать под углом 3°. Для доводки ручных
разверток можно применять также механическую обработку брусками на
Специальном станке (метод сверхдоводки или суперфиниширования). Для
доводки разверток с пластинами из твердого сплава можно применять до-
водочный круг из природных или синтетических алмазов. Доводку развер-
ток из быстрорежущей стали лучше всего производить мелкозернистыми
кругами из эльбора.
§ 15. РАСКАТНИКИ ДЛЯ ОТВЕРСТИЙ
В последнее время начинают применять окончательную обработку отвер-
стий, особенно глубоких (гидравлических цилиндров, длинных втулок и им
подобных деталей) путем раскатывания роликовыми раскатными головка-
ми (рис. 115). При крупносерийном и массовом производстве это очень
производительный метод окончательной обработки поверхности- отвер-
стия, позволяющий получить высокую точность размеров и формы отвер-
стия, очень высокое качество поверхности, чрезвычайно малую шерохова-
тость, так как все неровности поверхностного слоя деформируются
и поверхность становится гладкой с очень маленькими бороздками, при-
чем непосредственно несущая поверхность доводится до 95% от всей по-
верхности отверстия; получается более твердая и более износоустойчивая
поверхность, дающая хорошее скольжение по сопряженной детали. В отли-
чие от шлифования кругом или хонингования брусками в поверхности нет
внедренных кусочков абразива, это обстоятельство обеспечивает более
длительный срок службы детали; деформированный (нагартованный) по-
верхностный слой детали обеспечивает лучшую антикоррозионную защи-
ту. Высокая производительность процесса и небольшой износ инструмента
обеспечивают высокую экономичность процесса раскатывания.
Перед раскатыванием деталь должна быть обработана расточным рез-
цом или черновой разверткой (рис. 115, а) с винтовыми зубьями, которые
гонят стружку вперед и пригодны для сквозных отверстий. Несквозное от-
верстие можно обработать или расточным, резцом или другой разверткой!.
Показанные на рис. 115, а развертки изготовляют до диаметра примерно
23 мм хвостовыми, а развертки для больших диаметров — насадными из
быстрорежущей стали Р6М5К5, Р9М4К8 и т. д.
Обрабатываемая деталь может быть изготовлена из любой стали с
<тв = 50-?140 кге/мм2. После чернового развертывания обычно получают
отверстие 3—4-го классов точности с припуском под раскатывание
0,03—0,08 мм, затем производят чистовое раскатывание при окружных ско-
148
рис. 115. РОЛИКОВЫЕ РАС-
КАТНИКИ ДЛЯ ОТ-
ВЕРСТИЙ;
а — схема предвари-
тельного развёртыва-
ния под раскатывание;
б — ОДНОРЯДНЫЙ роли-
ковый раскатник для
глухих отверстий; в —
двухрядный ролико-
вый раскатник для
сквозных отверстии
/ роликов роликов
Регулировочное устройство
ростах v = 804-250 м/мин. При этом процессе раскатник для глухого от-
верстия (рис. 115, б) имеет один ряд гладких и очень точных роликов, при
раскатке сквозного отверстия можно применять двухрядные раскатники
(рис. 115, е).
После раскатки получают очень точное отверстие с допуском
0,01—0,02 мм по диаметру и с шероховатостью Ra = 0,14-0,5 мкм. Рас-
катывают не только детали из стали, но и чугунные детали, а также детали
из цветных и легких сплавов.
При расчете раскатника необходимо точно определить припуск под
раскатывание, а затем применять ролики с небольшой заборной частью
(см. рис. 115, а); для несквозных отверстий дайна / = a sin <р, где а —наи-
большая высота снимаемого слоя с детали под раскатывание; <р — угол за-
борного конуса.
При проектировашш раскатников для сквозных отверстий первый ряд
роликов может получить несколько увеличенную заборную часть I, а вто-
рой ряд может иметь также значительную заборную часть. Такая двухряд-
ная раскатка может снять несколько больший припуск. Вместо раскатника
при наружной обработке и при обработке больших отверстий можно при-
менять алмазные выглаживатели (подробно см [3, 23, 25]).
ГЛАВА
6
ФРЕЗЫ
§ 1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Фреза представляет собой тело вращения, на образующей поверхности ко-
торого или на торцовой поверхности имеются зубья; зубья могут быть
одновременно на обеих поверхностях; при вращении и одновременной
подаче зубья последовательно один за другим вступают в работу и_сни-
мают стружку. Каждый зуб фрезы можно рассматривать как отдельный
резец, вращающийся относительно оси.
Части фрезы (рис. 116); рабочая — часть фрезы, снабженная зубьями
с режущими кромками; хвостовик — часть фрезы, предназначенная для
крепления (у концевых фрез); шейка — промежуточная часть между рабо-
чей частью и хвостовиком; зуб — выступающая часть, снабженная режущи-
ми кромками (зуб, изготовленный отдельно, называют вставным). Кор-
пус — часть фрезы, в которой закрепляют зубья. У насадных фрез (рис.
116,6) есть отверстие для крепления на оправке, шпоночный паз служит
для передачи крутящего момента.
По виду поверхности, на которой нанесены зубья, фрезы делят на ци-
линдрические с зубьями на цилиндрической поверхности; торцовые с зубь-
ями на торцовой поверхности; дисковые трехсторонние и двусторонние
с зубьями па трех или двух сторонах; угловые с зубьями на конической
образующей поверхности; фасонные с зубьями на фасонной образующей
поверхности фрезы как тела вращения.
По конструкции подразделяют фрезы на цельные, изготовленные из
одного куска металла; составные, состоящие из отдельных цельных частей,
в том числе и фрезы комплектные, работающие комплектом из нескольких
штук (они могут иметь различную форму); сборные со вставными
зубьями.
По форме обрабатываемой поверхности фрезы подразделяют на фрезы
для обработки плоскостей (торцовые и цилиндрические); пазов и шлицев
(пазовые или шлицевые, могут быть дисковыми или концевыми); фа-
сонных поверхностей (цилиндрические, дисковые, концевые, к этим фрезам
относятся также резьбовые и зуборезные фрезы); тел вращения (ротацион-
ное фрезерование).
Праворежущими называют такие фрезы, которые (если.смотреть на то-
рец фрезы спереди станка) вращаются против часовой стрелки. Леворежу-
щими — такие, которые ври тех же условиях вращаются до часовой
стрелке.
150
Рис. 116. ЧАСТИ ФРЕЗ:
а — концевых (хвостовых); б — насадных (цельных и сборных)
Разделим все фрезы на фрезы с остроконечными и с затылованными
зубьями и рассмотрим их конструктивные особенности. Названия эти ус-
ловны; как у тех, так и у других фрез зубья, конечно, имеют острый конец,
и у тех и других фрез задние поверхности зубьев обработаны. Различие со-
стоит в том, что у фрез с остроконечными зубьями последние в основном
затачивают по задней поверхности, однако не исключается и подточка по
передней поверхности. У фрез с затылованными зубьями переточку про-
изводят только по передней поверхности,-причем профиль зуба все время
сохраняют. Конечно, можно перешлифовать фрезу и по задней поверхно-
сти, но. это дорого. Термин фрезы с остроконечными зубьями относится
и к фрезам с многогранными неперетачиваемыми пластинами и вставны-
ми ножами.
§ 2. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ РЕЖУЩЕЙ ЧАСТИ
ФРЕЗ
Режущая часть фрезы имеет следующие геометрические параметры (рис.
117): а — главный задний угол; а„ — задний угол нормальный; — задний
Угол торцовый; а" — задний угол продольный; у — главный передний угол;
Yi — передний угол поперечный; у" — передний угол продольный;
Ф — главный угол в плане угловой кромки; фу — вспомогательный угол
в плане; X — угол наклона режущей кромки.
151
Рнс. 117. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ РЕЖУЩЕЙ ЧАСТИ ФРЕЗЫ
Задний угол. Задний уг°л зависит от характера износа режущей кромки
зуба фрезы. Чем больше задний угол, тем меньше трение и тем. меньше
износ, но зуб становится менее прочным и может выкрашиваться. Поэто-
му задние углы не делают очень большими. В справочниках даны реко-
мендуемые значения задних углов для различных условий работы. Проф.
М. Н. Ларин рекомендует пользоваться для определения заднего угла сле-
дующей формулой:
sinan=-o3-’
c/max
где С — постоянный коэффициент, который принимают при обработке чу-
гуна; С = 0,1, стали С = 0,13; птак — максимальная толщина стружки, со-
ответствующая подаче на зуб s2, или
С
sinan = -jxT-
Задний угол ап на главной режущей кромке может быть пересчитан на
нормальное сечение:
tg ot„ = tg a sin ср,
где ср — главный угол в плане.
Передний угол у следует принимать в зависимости от усадки сгружки,
типа фрезы и свойств обрабатываемого материала.
Угол наклона со винтовой канавки является важным, с изменением
этого угла изменяется угол у. Угол со обеспечивает равномерность
фрезерования.
152
Для определения зависимости между углом у, углом наклона й й углом
у, существует формула
tg у = tg <о cos <р + tg yt sin <р.
По этой формуле, зная и, <р и у15 можно определить у в нормальном
сечении.
§ 3. ФРЕЗЫ С ОСТРОКОНЕЧНЫМИ ЗУБЬЯМИ
Фрезы с остроконечными зубьями — наиболее обширная группа фрез. Пре-
имущества остроконечных зубьев: высокая стойкость (по данным сравни-
тельных исследований, стойкость фрез с остроконечным зубом в 1,5 — 3
раза выше стойкости фрез с затылованным зубом); простота изготовления
(кроме фасонных фрез); чистота обработанной поверхности.
Остроконечная форма зуба получила широкое применение главным
образом для фрез общего назначения, но и в области фасонных фрез та-
кую форму зуба также применяют1, несмотря на некоторую сложность
1 Есть попытки делать с остроконечными зубьями даже зуборезные червячные фрезы (см.
гл. 10).
Рис. 118. ТИПЫ ОСТРОКОНЕЧНЫХ ЗУБЬЕВ:
а — трапецеидальная форма; б — парабо-
лическая форма; в — с двойной спинкой
153
заточки по сравнешио с затылованными зубьями. Применяют три типа
остроконечных зубьев. При трапецеидальной форме (рис. 118,а) зуб ограни-
„ „ 360'
чей углом г], канавка — углом 0: 0 = т] ч-. Эта форма проста в изгото-
Z
влении, но зуб, особенно у новой фрезы, несколько ослаблен, при переточ-
ке прочность зуба увеличивается. Некоторые сборные фрезы имеют такой
зуб.
Параболическая форма зуба (рис. 118,6) по его задней поверхности
обеспечивает равнопрочность всех сечений зуба на изгиб. Если передний
угол у не равен нулю, то профиль зуба несколько отходит от параболы
и заменяется дугой окружности. Такая форма зуба сложнее в изготовле-
нии, ее применяют только тогда, когда это необходимо (например, у кон-
цевых фрез, сегментных пил).
Наибольшее распространение получил зуб (рис. 118, в), который по-
строен путем двойного фрезерования, чтобы получить приближенно форму,
близкую к равнопрочной параболе. Угол 0 канавки определяют аналогич-
но, затем строят второй угол 0t = 60=65° и радиус закругления г. К этому
типу можно отнести зубья сборных фрез.
§ 4. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ФРЕЗЫ С ОСТРОКОНЕЧНЫМИ
ЗУБЬЯМИ
Цилиндрические фрезы с прямыми зубьями для обработки металлов в на-
стоящее время не применяют из-за неравномерности работы, так как зубья
такой фрезы вступают в работу по всей ширине одновременно, вызывая
тем самым резкое периодическое возрастание силы резания, что служит
причиной повышенных колебаний системы СПИД. Винтовые зубья позво-
ляют получить более выгодные условия, сила резания при входе зуба воз-
растает постепенно,- и фреза работает плавно, без дрожания и ударов
и дает более чистую поверхность. Когда угол наклона винтовой канавки
оз принимают большим, фрезы при работе, конечно, дают большие осевые
силы на подшипники.
Диаметр фрезы D — важный конструктивный элемент. От диаметра за-
висят отвод тепла, толщина стружки, число зубьев, форма зубьев и диа-
метр отверстия. Увеличенный диаметр фрезы выгоднее, он позволяет при-
менить более жесткую оправку, лучше разместить зубья и канавки фрезы
и увеличить число зубьев, улучшить отвод тепла и повысить минутную
подачу, хотя и ведет к повышению расхода металла на фрезы и увеличе-
нию необходимой мощности на фрезерование. Однако именно этим путем
в основном повышают производительность при фрезеровании.
Если обозначить диаметр отверстия под оправку или, что тоже самое,
диаметр оправки под фрезу через d, толщину тела фрезы через т и высоту
зуба через Н (рис. 119), то диаметр фрезы D = d + 2m + 2Н.
Диаметр d оправки, в свою очередь, можно рассчитать исходя из сил,
действующих на фрезу, оправка будет испытывать сложное сопротивление
при изгибе и кручении. Диаметр ее может быть определен по формуле
приведенного момента сил при одновременном действии изгиба и круче-
ния:
154
РИС 119. ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ РАЗМЕРЫ ЦИ- I
ЛИНДРИЧЕСКОЙ ФРЕЗЫ
Л/Пр = 0,35А/в + 0,65|/М| + r\M$, (/
где Мъ — изгибающий момент сил, действую- Г") \ Д\
щих. на оправку; Md — крутящий момент, деист- \\'Х
вующий на оправку; р - коэффициент, принимают \у \.х
р = 1.
Для определения изгибающего момента Мв и
крутящего момента Ма необходимо построить эпюру сил, действующих
на оправку, при этом можно считать, что оправка одним концом неподвижно
защемлена в шпинделе станка, а другим лежит на свободной опоре. По
величине М , задавшись допускаемым напряжением ст, можно найти момент
сопротивления оправки
W>^-.
ст
Зная W, найдем диаметр d круглой оправки. Диаметр оправки на проч-
ность рассчитывают редко; обычно при конструировании фрез для опреде-
ления диаметра оправки используют значения из табл. 13, учитывающие
также необходимую жесткость оправок и стандартный размерный ряд диа-
метров отверстий фрез.
13. Значения диаметров фрез и оправок, мм
Диаметр цельных фрез Диаметр сборных фрез Диаметр оправки Диаметр цельных фрез Диаметр сборных фрез Диаметр оправки
40 16 100 ПО 40
50 — 22 — 130 50
63 80 27 — 160 60 _
80 100 32 — 200 60
Таким образом, диаметр цилиндрической фрезы приблизительно
в 2,5 — 3 раза больше диаметра оправки.
Когда несколько фрез устанавливают на одну длинную оправку (ком-
плектом), рекомендуется максимально увеличивать диаметр оправки с тем,
чтобы сохранить ее жесткость. Фрезы диаметром 60—100 мм применяют
в основном при глубине резания до 5 мм; диаметром до 110 мм — при
глубине резания до 8 мм и диаметром 110 — 200 мм — при глубине резания
До 12 мм. Конечно, могут быть исключения из этого правила.
В зависимости от назначения фрезы делят на крупнозубые, т. е. фрезы
с большим окружным шагом и небольшим числом зубьев, и мелкозубые,
т. е. фрезы с малым шагом и большим числом зубьев. Крупный зуб лучше
отводит тепло от режущей кромки, допускает большее число переточек,
н впадины между зубьями имеют больший объем для помещения стружки.
При фрезеровании фрезой с крупным зубом (при прочих равных усло-
виях) относительно увеличивается толщина стружки, что ведет к снижению
Удельного давления, а следовательно, к уменьшению сил, действующих на
Фрезу. Но, с другой стороны, к недостаткам фрез с крупным прямым
155
зубом следует отнести менее плавную работу. Поэтому такие фрезы приме-
няют для работ по мягкой стали, легким сплавам и по дереву, где силы
меньше и образуется много стружки. Эти соображения заставляют приме-
нять в основном крупный зуб, а мелкий зуб — только при чистовых рабо-
тах, когда можно разместить небольшую стружку в мелкой канавке.
Зная угол контакта ф и центральный угол между зубьями в, можно
определить число одновременно работающих зубьев (чаще называют эту
ф
величину коэффициентом одновременности) С = —. Для спокойной ра-
Е
боты фрезы по стали и чугуну число С одновременно работающих зубьев
должно быть не меньше двух. У фрез с винтовыми зубьями соотношения
будут несколько иные: неравномерность фрезерования в этом случае зави-
сит не только от числа z зубьев фрезы, диаметра D, глубины резания t, но
и еще от двух факторов, а именно: от угла наклона винтовых канавок го
и от ширины фрезерования В.
Для равномерного фрезерования необходимо, чтобы сила резания оста-
валась более или менее постоянной по величине в течение всего процесса
‘ фрезерования. Этому условию удовлетворяет цилиндрическая фреза с вин-
товыми зубьями только в том случае, если ширина фрезерования В будет
равна или кратна осевому шагу фрезы Soc, т. е. В = CSoc, где Soc =
nD ,
= SOKpCtgc) =--ctg го. Подставив это значение в формулу, получим С =
Z
Bz
nD ctg го
Следовательно, для получения равномерной работы необходимо так
подобрать величины В, D, го и z, чтобы С было целым числом. Отсюда z =
CnD ctg го
= --------. Из этой формулы, зная В, D, угол го и задавшись опреде-
В
ленным коэффициентом кратности С, найдем число зубьев z (для фрезы
с винтовыми зубьями).
В практике используют эмпирические формулы, позволяющие опреде-
лить число зубьев. Такие формулы имеют вид. z = т]/Б, где D — диаметр
фрезы, т — коэффициент, зависящий от условий работы и требуемой кон-
струкции фрезы; т — 2,0 для фрез с мелкими зубьями, цельных, с углом
со — 30 -г 35е, т = 1,0 4-1,2 — для фрез с крупным зубом, цельных с углом го =
= 40°, т = 0,9 0,95 — для фрез с крупным зубом, сборных, с углом го =
= 20°, т = 0,8 — 0,82 — для фрез с крупным зубом, сборных, с углом го =
= 45°, in- 0,54-0,6 — для фрез с крупным зубом, сборных, с углом со =
= 55=60°.
Разберем конструктивные особенности отдельных типов цилиндриче-
ских фрез.
Цилиндрические цельные фрезы с мелким зубом применяют Для раз-
личных чистовых и получистовых работ. Они не пригодны для обди-
рочных работ, так как имеют небольшой шаг зубьев и, следовательно, не-
большой объем канавки для помещения стружки. Угол го = 304-35°; число
зубьев z = 104-18.
Цилиндрические цельные фрезы с крупным зубом имеют меныпее число
зубьев (6—12) и угол го = 40°. Основные размеры цельных цилиндрических
156
фрез из быстрорежущих сталей, чаще всего марок Р6М5, Р9К10, предусмо-
трены стандартом.
Поскольку у фрез угол о принимают большим, при эксплуатации фрез
необходимо обеспечить восприятие большой осевой силы; у всех новых
фрезерных станков это предусмотрено. Влияние осевой силы на слабых
станках можно исключить применением сдвоенных фрез. Рекомендуется
также неравномерная разбивка окружного шага зубьев, она дает хорошие
результаты, особенно при фрезах малого диаметра (см. концевые фрезы).
Сдвоенные (составные) цилиндрические фрезы могут работать только
в комплекте, они снабжены правыми и левыми винтовыми канавками. Не-
смотря па большой угол наклона канавки (го до 55е), осевые силы правой
и левой фрез во время работы уравновешиваются, так как они направлены
в разные стороны. Эти фрезы сложнее предыдущих, в комплект входят две
фрезы (правая и левая), в месте стыка фрез необходимо перекрытие режу-
щих кромок одной фрезы режущими кромками другой; для этого на торце
каждой фрезы делают выступы и впадины. Выступы одной фрезы входят
во впадины другой (рис. 120), и таким образом осуществляется перекрытие.
Для того чтобы выступы приходились против соответствующих впадин,
необходимо строго выдерживать угол, под которым должна быть распо-
ложена шпоночная канавка по отношению к зубьям.
Число зубьев выбирают для таких фрез небольшим (4 — 6). Профиль
криволинейного зуба параболический (см. рис. 118,6), высота зуба Н =
= (0,15 +0,5) S0Kp; угол зуба г) = 50 = 52 (в нормальном сечении). Угол ра-
бочей фрезы 0 = 75 = 60° в зависимости от диаметра фрезы. Передний угол
у выбирают в зависимости от обрабатываемого материала. При обработке
сталей средней твердости его принимают (в нормальном сечении) в пре-
делах 12—14°. Задний угол а„ = 8°. В канавке делают радиус г = 3,5 = 4 мм,
который гарантирует отсутствие трещин при закалке.
Сборные цилиндрические фрезы. Для снижения расхода дорогостоящей
и дефицитной быстрорежущей стали цилиндрические фрезы большого
157
Рис. 121. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ СБОРНЫЕ ФРЕЗЫ:
а — для дерева, передний угол 30°; б — для стали, передний угол 14’
диаметра изготовляют сборной конструкции. Сборные фрезы обеспечивают
также повышенный срок службы корпуса фрез, так как корпус фрезы после
износа и замены одного комплекта ножей может быть использован не-
сколько раз с другими комплектами.
Подготовка быстрорежущей стали, ее проковка для снижения карбид-
ной неоднородности, термическая обработка сборных фрез облегчена, так
как ковка и термическая обработка ножей, имеющих небольшое сечение,
значительно проще, чем соответствующая обработка цельной массивной
фрезы. Общий недостаток сборных конструкций — повышенная трудоем-
кость изготовления по сравнению с цельными и, кроме того, иногда мень-
шая жесткость. В настоящее время сборные фрезы применяют во многих
отраслях, особенно- для обработки мягких материалов, легких сплавов,
дерева.
В сборной цилиндрической фрезе с прямыми зубьями (рис. 121, а) зубья
в виде режущих плоских ножей закреплены специальными трапециевидны-
158
Рис. 122. СХЕМА РАСЧЕТА РАЗМЕ-
РОВ НОЖА СБОРНОЙ ЦИ-
ЛИНДРИЧЕСКОЙ ФРЕЗЫ
ми планками 1 в трапециевид-
ных пазах корпуса 2 винтами 3,
причем в данной конструкции
учтена очень высокая скорость
резания, достигающая при об-
работке дерева примерно ско-
рости близкой к скорости шли-
фования (20—30 м/с). Поэтому
для безопасности в конструкции
предусматривают очень надеж-
ное закрепление ножа.
Для обработки стали, чугуна
и легких сплавов наиболее на-
дежно закрепляют нож, имею-
щий рифление с одной сто-
роны, с помощью гладкого кли-
на. В паз клиновидной формы,
одна стенка которого имеет про-
дольные рифления, вставляют
плоский нож, имеющий рифленную опорную поверхность. Нож за-
крепляют в пазу корпуса гладким клином с углом конусности 3°.
При переточке, чтобы диаметр фрезы резко не уменьшался, нож
может быть переставлен на одно или несколько рифлений.
Фрезы с углом го = 20° дают сравнительно небольшую осевую силу, по-
этому возможно при эксплуатации устанавливать одну фрезу. Как для
фрез с углом го = 20°, так и для фрез с углом го = 45°, предназначенных для
обработки стали средней твердости, передний угол в сечении, перпендику-
лярном режущей кромке зуба, у = 14-? 16° в том же сечении задний угол
а„ = 9-?11°.
Корпуса фрез нужно изготовлять из стали, которую можно термически
обработать, например 40Х, ножи изготовляют из быстрорежущей стали,
в основном марки Р6М5. При конструировании фрезы необходимо обеспе-
чить такое расположение ножа, при котором толщина слоя at и а2, стачи-
ваемого при переточках (рис. 122), будет одинаковой у обоих торцов но-
жей, при этом остающееся тело ножа должно быть также одинаковым.
Величину А смещения ножа с оси, обеспечивающую такое расположение
ножа, определяют графически путем пробных построений. После того как
найдена величина А рассчитывают основные размеры ножа и клина. Сме-
шения А ножа в горизонтальной и h в вертикальной плоскостях получены
графическим путем. Угол наклона ц дна паза в сечении II — II определен
графическим путем. Угол го задан при конструировании фрез (для оди-
нарных цилиндрических фрез его принимают равным 20°, для составных
45°). Передний угол у1 в торцовом сечении фрез получают пересчетом
159
переднего угла у в нормальном сечении:
tg Yi =
tgY
COSCO
Размеры ножа:
D
Я1= —coscpi-Zi,
л 2Л
где cpj — определяют по формуле smcp1
D
И2 = —- cos ср2 — /1 + К;
’° , (D . \
— cos <Рз - h +1 — sin <Рз + A \ tg <p3
cos <p3.
Размеры паза определяют следующим образом. В сечении I — I задают
толщину ножа и клина. Ширина паза q = + q2 — Л, где q{ — толщина кли-
на; q2 — толщина ножа; А — натяг. Натяг Д необходим при заби-
вании клина, так как последний (за счет упругих деформаций паза или ножа)
может пройти глубже. Во всех конструкциях с клиновидным креплением натяг
А = 0,2 4-0,4 мм (большие величины натяга принимают для коротких но-
жей, меньшие — для длинных).
Ширина корпуса В1 = В — 10, где В — ширина фрезы. Длина клина
Bt В-10
Lj=--------<7itgco =---------«itgo.
cos co cos co
Полученную по формуле длину клина следует уменьшить на 2 — 3 мм.
Зная длину клина, легко определить наибольшую толщину клина
Q3 = М tg 3° + q2.
Цилиндрические фрезы, оснащенные пластинами из твердого сплава, не
получили очень широкого применения из-за трудностей изготовления. Од-
нако применение их показало в отдельных случаях хорошие результаты,
особенно на специальных горизонтально-фрезерных станках, а также при
обработке жаропрочных и корозионно-стойких сталей и сплавов.
В Советском Союзе канд. техн, наук Н. А. Розно разработана конструк-
ция и технология производства винтовых твердосплавных пластин. По
сравнению с быстрорежущими фрезами применение цилиндрических фрез,
оснащенных винтовыми пластинами из твердых сплавов (рис. 123) Т5К10,
Т15К6, ВК8 и др., обеспечивает повышение производительности в 3—5 раз
с одновременным повышением стойкости от 2 до 5 раз. Пластины при-
паяны таким образом, чтобы на стыке они были расположены в шахмат-
ном порядке, т. е. пластины должны перекрывать друг друга при работе
фрезы. Фрезы изготовляют диаметром 62, 80, 100 и 125 мм с углом и =
= 244-30°. Имеются конструкции цилиндрических фрез с неперетачиваемы-
ми твердосплавными пластинами, закрепляемыми механически без пайки
(рис. 124). Твердосплавные пластины в данном случае крепят со стороны
опорной плоскости пластины 1 клином 2, затягиваемым винтом 3, пласти-
на плотно прижимается к вставке 4, а следовательно, и к корпусу
5 фрезы. Положение затягивающего клина 2 со стороны опорной плоско-
сти пластины обеспечивает точную установку пластины по диаметру D,
160
Рис. 123. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ФРЕЗЫ С ВИНТОВЫМИ ПЛАСТИНАМИ ИЗ ТВЕР-
ДОГО СПЛАВА (НАПАЙНЫМИ)
Л-Л
Рис. 124. ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ФРЕЗА (а) С МЕХАНИЧЕСКИМ КРЕПЛЕНИЕМ (б)
ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ПЛАСТИН, РАСПОЛОЖЕННЫХ В ШАХМАТНОМ ПО-
РЯДКЕ
так как допуск на толщину пластины A.s не влияет на точность установки
ее по диаметру. Жесткий клин 2 обеспечивает хорошую опору пластины
при воздействии на последнюю составляющей силы резания Pz.
6 Г. А. Алексеев и др. 161
§ 5. ТОРЦОВЫЕ ФРЕЗЫ С ОСТРОКОНЕЧНЫМИ ЗУБЬЯМИ
В настоящее время большинство работ по фрезерованию плоскостей вы-
полняют торцовыми фрезами. Фреза (рис. 125,я) предназначена для обра-
ботки поверхностей, а также уступов и имеет кроме торцовых кромок
длинные режущие кромки, расположенные на цилиндрической части. Фреза
изготовлена из конструкционной стали с напаянными пластинами из твер-
дого сплава. Использование торцовых фрез, оснащенных этими пластина-
ми, позволяет увеличить скорость резания в 3 — 6 раз по сравнению со ско-
ростями, которые допускают фрезы с быстрорежущими ножами.
Цельная торцовая фреза с впаянными непосредственно в корпус пласти-
нами твердого сплава имеет, однако, некоторые недостатки: при незначи-
тельной трещине хотя бы одной пластины перепайка их сложна и может
повлечь за собой разрушение пластин у соседних зубьев, при выкрашива-
нии одной из пластин необходимо вновь затачивать все. Поэтому такие
торцовые фрезы не находят широкого применения, и заводы предпочи-
тают использовать сборные фрезы, в которых пластины напаивают на
вставные ножи или крепят механически.
Несмотря на все большее внедрение в практику твердосплавных ин
струментов, находят еще рациональное применение цельные торцовьн
фрезы из быстрорежущей стали (рис. 125,6). Такие фрезы с мелким зубом
дают чистую поверхность и служат для чистовых и получистовых работ.
Число зубьев (примерно) у фрез с мелкими зубьями z = 2 |/Ь, где D —
диаметр фрезы.
Рис. 125. ТОРЦОВЫЕ ФРЕЗЫ:
а — цельные с напаянными пластинами из твердого
сплава; б — цельные быстрорежущие мелкозубые;
е — сборные с клиновидными ножами из быстро-
режущей стали
162
Рекомендуются следующие геометрические параметры фрез для общих
работ по чугуну и стали: передний угол у= 15°, задний угол на цилиндри-
ческой части 16°, на торцовых зубьях 8°. Для более грубых обдирочных ра-
бот могут быть применены торцовые фрезы с крупным зубом. Число зубь-
ев такой фрезы z = l,2J/£>.
Геометрические параметры такие же, как у фрез с мелким зубом, кроме
заднего угла а, который принимается равным 12°. Целесообразно изгото-
вление этих фрез цельными из быстрорежущей стали только малых диаме-
тров. Ввиду большого расхода материала крупные фрезы лучше изгото-
влять сборными (рис. 125, в). Сборная фреза с клиновидными рифлеными
ножами из быстрорежущей стали получила наибольшее распространение.
Корпус фрезы, изготовленный из конструкционной стали, снабжен клино-
видными пазами, па задней стенке которых нанесены рифления, напра-
вленные вдоль паза. Нож имеет форму клина с углом 5°, на опорной сто-
роне ножа также есть рифления. Ударами молотка или прессом нож
забивают в клиновидный паз, и он удерживается в корпусе благодаря воз-
никающим силам трения. После стачивания диаметр фрезы можно восста-
новить перестановкой ножей на следующее рифление.
Фреза, приведенная на рис. 126, как и предыдущая, состоит из двух де-
талей (клина и ножа), но отличается от нее тем, что клиновидный нож
и паз в корпусе имеют два угла: продольный — 5° и, кроме того, угол
2°30', т. е. паз в корпусе расширяется по направлению к дну. Второй угол
(2°30') дает возможность получить дополнительное выдвижение ножа из
корпуса при перестановке ножей на следующее рифление. В самом деле,
если нож, имеющий один угол 5°, переставить на одно рифление, то он зай-
мет положение II (на рис. 126 заштриховано), вылет его из корпуса не
изменится. Если же нож и паз имеют двойной угол (угол 5° и угол 2°30'),
то при перестановке на одно рифление нож в корпусе займет положение
III и вылет его из корпуса увеличится.
lptg2°3O' ~ 1 +
tg 5° ~ 2 р’
Вылет будет больше вылета q на величину Лд =
где tp — шаг рифлений, обычно fp = 1,5 мм.
Преимущество конструкции с двойным клином — увеличение вылета
для переточек особенно важно для использования напайных пластин из
твердого сплава, так как позволяет при переточке снимать небольшой
слой твердого сплава.
Сборные фрезы с клиновидными рифлеными ножами, оснащенными
пластинами из твердого сплава, применяют преимущественно для обра-
ботки чугуна.
Геометрия режущей части фрезы: передний угол у = 8°; угол го = 0°;
угол в плане главной режущей кромки <р = 90°;.угол в плане переходной
кромки <р.о = 45°; угол в плане вспомогательной кромки ср± =4ч-5°. Обыч-
но число зубьев z = (0,08 4-0,1)1), т. е. почти равным числу зубьев быстроре-
жущей фрезы. Это возможно при обработке чугуна, когда мощности стан-
ков будет вполне достаточно. У фрез для обработки стали часто
приходится делать меньше зубьев, если мощности фрезерного станка бу-
дет недостаточно для обработки более прочной стали. Кроме того, при
обработке стали требуется большой объем междузубого пространства для
6*
163
Положение^
Ряс. 126. СХЕМА ПЕРЕСТАНОВКИ
КЛИНОВИДНЫХ НОЖЕЙ
С ДВОЙНЫМ УГЛОМ КЛИ-
НА У ФРЕЗ
Рис. 127. ТОРЦОВЫЕ ФРЕЗЫ С
КРУПНЫМ ЗУБОМ ДЛЯ
ОБРАБОТКИ СТАЛИ:
а — с ножами, оснащенными
твердосплавными напаянными
пластинами; б — с механи-
ческим креплением пятигран-
ных неперетачиваемых плас-
тин из твердого сплава
5) D
стружки, так как она сливная и не рассыпается, как при фрезеровании
чугуна.
Торцовая сборная фреза, предназначенная для скоростного фрезерова-
ния стали, показана на рис. 127, а. Ножи 2 имеют трапециевидное попереч-
ное сечение Их крепят в клиновидном пазе корпуса 1 гладкими клиньями
3 с углом 5°. Трапециевидная форма придана ножам для того, чтобы воз-
никающие при работе фрезы радиальные силы резания не вырвали нож из
паза корпуса фрезы. Как ножи, так и пазы в корпусе имеют гладкие стенки
(без рифлений). Для облегчения установки ножей предусмотрены винты 4,
164
которые ввертывают с задней стороны корпуса фрезы. При ослабленном
клине можно перемещать нож винтом вдоль паза, и таким образом можно
довольно точно установить ножи под заточку и снимать при заточке не-
большой слой твердого сплава. В настоящее время часто не применяют
винтов, а устанавливают ножи в приспособлении.
Кроме описанных типов фрез существует большое разнообразие других
типов крепления ножей, оснащенных пластинами из твердого сплава.
Общей целью всех конструкторов является обеспечение точной и бы-
строй установки ножей в корпусе с тем, чтобы при заточке ножей стачи-
вать возможно меньший слой твердого сплава. Были попытки создать
конструкцию фрез, в которых можно было бы затачивать ножи перед точ-
ной сборкой их в корпус. Однако все это торцовые фрезы с ножами, имею-
щими припаянные пластины из твердого сплава, имеют общий недоста-
ток: необходимость пайки твердого сплава и создания из-за этого
напряжений в твердосплавных пластинах.
В последнее время появилось много конструкций фрез с механическим
креплением пластин из твердого сплава (рис. 127,6). Механическое крепле-
ние улучшает условия работы пластин из твердого сплава, так как в пласти-
нах отсутствуют внутренние напряжения, которые получаются после пай-
ки, но, с другой стороны, при механическом креплении увеличивается
необходимая масса пластин. Однако, если применять поворотные много-
гранные пластины, которые следует поворачивать по мере затупления,
удельный расход твердого сплава снижается и конструкция фрез с механи-
ческим креплением становится рациональной. Поэтому применение непере-
тачиваемых пластин в многолезвийном инструменте и, в частности, в тор-
цовых фрезах становится очень важной задачей. Широко распространены
два основных типа сборных торцовых фрез с многогранными пластинами:
I — фрезы с закреплением пластин непосредственно в корпусе с подкладка-
ми пли без- них; форма пластин — квадратная, трехгранная, пятигранная
и т. д.; II — фрезы с закреплением в корпусе, предназначенном для раз-
личных пластин, сменных ножей, к которым прикреплены неперетачи-
ваемые пластины также различной формы.
Торцовая фреза (рис. 127,6) — пример крепления с ножом, когда режу-
щую пластину 1 надевают на штифт 3, находящийся в корпусе 2 ножа, ко-
торый закрепляют винтом 4 в пазу таким образом, чтобы пятигранная
пластина 1 своим углом установилась в кольцевой выточке корпуса. При
этом пластина фиксируется в определенном точном положении в корпусе
5 фрезы; при работе пластина опирается на нож. Это крепление надежно,
его применяют на нескольких заводах.
Пластины должны быть изготовлены точно, чтобы при их повороте
или перестановке биение режущих кромок было минимальным как относи-
тельно торца, так и относительно оси фрезы. Обычно применяют пла-
стины степени точности G и С.
Торцовая фреза с закреплением пластин непосредственно в корпус по-
казана на рис. 128. В корпусе 1 фрезеруют гнезда под пластины из твердо-
го сплава. Чтобы износ гнезд был минимальный, в корпус вставлены
опорные всгавки 2, которые выполнены из вязкого твердого сплава и про-
шлифованы с высокой точностью; делают это для создания более жесткой
опоры. Пластины 3 крепят клином 4, который затягивают винтом 5 с пра-
165
Рис. 128. ТОРЦОВАЯ ФРЕЗА С
МЕХАНИЧЕСКИМ КРЕ-
ПЛЕНИЕМ ТВЕРДО-
СПЛАВНЫХ ПЛАСТИН
В КОРПУСЕ (С ПРИМЕ-
НЕНИЕМ ПОДКЛАДОК)
Рис. 129. ТОРЦОВЫЕ ФРЕЗЫ С
МЕХАНИЧЕСКИМ КРЕ-
ПЛЕНИЕМ ПЛАСТИН
ИЗ ТВЕРДОГО СПЛАВА
В СМЕННЫХ ПОД-
КЛАДКАХ (НОЖАХ):
а — фирмы Sandvik; б —
фирмы Krupp с ножом (в)
вой и левой резьбой. Для оснащения фрезы фирма использует четырех-
гранные неперетачиваемые пластины, шлифованные по всем поверхно-
стям; у фрез для чистого фрезерования на пластинах шлифуют
дополнительную площадку В (рис. 129,6), которая должна быть располо-
жена параллельно обрабатываемой поверхности и позволяет получать бо-
лее чистую обработанную поверхность.
В одной из конструкций фрезы (рис. 129, а), выпускаемой фирмой
Sandvik (Швеция), предусматривает базирование твердосплавной пластины
на три точки, две из них образуются на стальной подкладке привертывае-
мой к корпусу фрезы, а третья является регулируемой. Как пластину, так
и регулируемую подкладку, прочно зажимают в корпусе фрезы клиньями,
затягиваемыми винтами. Интересную конструкцию торцовых фрез выпу-
скает фирма Krupp (ФРГ). Корпус торцовой фрезы (рис. 129,6) универ-
сальный, в нем сделаны пазы, дно которых прошлифовано очень точно
под углом ц к оси. На корпусе есть кольцевая выточка, имеющая боковые
стороны, расстояние Н которых от торца также очень точно выдержано.
166
Сменные ножи (рис. 129,в) могут быть изготовлены под различные по
размерам четырехгранные и трехгранные пластины и с углом установки
режущих кромок ср = 454-90°, однако всякий нож может быть установлен
в паз фрезы.
Применение таких фрез позволяет иметь на складе меньше корпусов
и настраивать их за счет смены ножей на различные виды работ, с раз-
личными пластинами и углами ср; имеется много других конструкций тор-
цовых фрез с неперетачиваемыми пластинами. Конструкция установки
и крепления многогранной неперетачиваемой пластины в корпусе фрезы
должна обеспечивать прочное и жесткое крепление пластины и точную ее
установку относительно торцовой опорной поверхности и оси фрезы. Это
достигается повышенной точностью изготовления пластин и корпуса
фрезы, а также введением регулирования.
§ 6. ДИСКОВЫЕ ФРЕЗЫ С ОСТРОКОНЕЧНЫМИ ЗУБЬЯМИ
Дисковые фрезы (рис. 130) предназначены для фрезерования различных па-
зов и выемок. Дисковые пазовые фрезы (рис. 130, о) снабжены зубьями
только на цилиндрической части и представляют собой как бы неширокие
цилиндрические фрезы с прямыми зубьями. Для уменьшения трения по
торцам ширину фрез у периферии делают больше, чем в центральной ча-
сти у ступицы. Такие дисковые пазовые фрезы изготовляют шириной
5—16 мм. Болес тонкие фрезы называют прорезными (шлицевыми) и изго-
товляют их по стандарту.
Дисковые двух- и трехсторонние фрезы (рис. 130,6 и в) имеют зубья,
расположенные не только на цилиндрической поверхности, но и на одной
или обеих торцовых поверхностях. Дисковые фрезы могут быть изгото-
влены как с мелким, так и с крупным зубом. Первые предназначены для
неглубоких выемок и чистовых работ, вторые — для более глубоких вые-
мок, поэтому у вторых зуб приходится делать крупнее, а междузубую ка-
навку — больше по объему для помещения большого количества стружки.
Условия резания на торцовых кромках хуже, так как небольшая глуби-
на канавки у торца (большой глубины при узкой фрезе допустить нельзя)
не позволяет заточить достаточный по величине задний и передний утлы.
Более производительны дисковые фрезы с разнонаправленными зубья-
ми (рис. 130, в). Такие фрезы дают возможность получить хорошие условия
резания на цилиндрической и торцовой поверхностях за счет наклона зуба.
При переточках ширина фрезы уменьшается довольно быстро, поэтому
в тех случаях, когда фреза должна сохранять размер по ширине, приходит-
ся применять сдвоенные дисковые фрезы (рис. 130, г), состоящие из двух
половин, между которыми закладывают тонкое кольцо. Регулируя толщи-
ну кольца, можно регулировать ширину паза или выемки. Следует обра-
тить внимание на то, что в месте стыка должно быть обеспечено перекры-
тие режущих кромок, для чего сделан замок, состоящий из выступов на
одной из соответствующих впадин на друтой половине фрезы.
Дисковые фрезы больших размеров в целях экономии быстрорежущей
стали нужно изготовлять сборными (рис. 130, д и е). Такие фрезы приме-
няют наиболее часто.
Ножи клиновидной формы с рифлениями забивают в клиновидные
167
i>nc. 130. ДИСКОВЫЕ ФРЕЗЫ:
а — пазовая; б — двусторонняя; в — пазовая с разнонаправленными зубьями; г — па-
зовая сдвоенная (составная) фреза; Ь — двусторонняя со вставными разно-
направленными клиновидными рифлеными ножами из быстрорежущей стали; е —
трехсторонняя с клиновидными разнонаправленными ножами
пазы в
фрезы
корпусе, рифления расположены
уменьшается. Это уменьшение
радиально. При переточке ширина
может
быть
ответствуютцей перестановкой ножей на другие рифления.
компенсировано
Для определения размеров ножа и паза необходимо знать
(рис.
131):
диаметр фрезы D; ширину фрезы Ь; передний угол — угол наклона но-
жа со; вылет ножей по торцу I. Зная эти величины, можно определить: уго.
<ох; смещение паза Cz; зазор х между нерабочей стороной и стенкой корпу-
са, размеры клинового паза и ножа;
D . , D .
-ysm(Yi+^)-ysinYi D
tg Or =------—-----------= 2^- [sin (Yi + Ф) - sin Yi],
168
Рис. 131. СХЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ КЛИНОВИДНОГО РИФЛЕНОГО НОЖА
И ПАЗА ПОД НЕГО У ДИСКОВЫХ ФРЕЗ
Угол ф можно определить по формуле
. , 2Ь
зшф = — tgro.
Смещение паза С_
r D .
а + к= — sin-Yi + ltg©!. Зазор
X = Ь — Ъ COS <ЭХ +
+ В sinroj coscflj. Расстояние 1, дна паза от центральной линии определяют
После вычерчивания фрезы в натуральную величину с учетом толщины не-
обходимой стенки у ступицы фрезы.
При забивании ножа в корпус, как и у цилиндрических и торцовых
Фрез, следует при расчете учитывать деформацию паза и брать паз уже,
чем нож, на 0,2 —0,3 мм. Весь расчет необходимо вести по средней линии
рифления. Если размер принятого ножа по средней линии рифлений у тон-
кого конца ножа обозначим qc, то размер паза
Ес = qc — A tg 5° — (0,2 -г 0,3) мм,
где А принимают равным 3 — 4 мм.
Зная величину зазора, можно определить высоту ножа Н = — cos —
-h-N.
169
Рис. 132. ДИСКОВЫЕ ФРЕЗЫ:
а — с запрессованными ножами из быстрорежущей стали (для металла); б — цель-
ная (для дерева)
Дисковые фрезы (рис. 132, о) сборной конструкции с запрессованными
тонкими клиновыми ножами с углом клина 1° изготовляет Сестрорецкий
инструментальный завод им. Воскова. Фрезы имеют корпус 1, изгото-
вленный из конструкционной стали, с пазами под ножи 2. Пазы фрезеруют
с несколько уменьшенным углом (для фрез диаметром от 100 до 200 мм
этот угол между сторонами паза составляет только 30' с допуском в плюс
еще 30').
В пазы гидравлическим прессом впрессовывают гладкие закаленные
клиновидные ножи 2 из быстрорежущей стали. Угол ф клина на ножах
принимают в пределах 1° ± 10', такое расположение допусков на угол паза
п ножа позволяет в конечном счете получать (безусловно в сочетании
с жесткими допусками на ширину паза и толщину клиновидного ножа)
прочную и жесткую конструкцию фрезы. Эту фрезу затачивают и перета-
чивают затем, как цельную, по задним поверхностям. По режимам резания
такие фрезы не уступают цельным фрезам, но дают большую экономию
быстрорежущей стали. Можно рекомендовать такую конструкцию и для
других инструментов.
На рис. 132,6 показана дисковая фреза для работы, по легким сплавам
и по дереву. Геометрия таких фрез отличается от геометрии фрез для ра-
боты по металлам. У инструментов для дерева передний угол обычно зна-
чительно больше и достигает 25—30° у фрез из быстрорежущих и легиро-
ванных сталей.
Если фрезы изготовляют с пластинами из твердого сплава, передний
угол принимают в пределах 5 — 15°, задний угол обычно 8 — 12° и приме-
няют прочный и вязкий твердый сплав марки ВК15.
Дисковые трехсторонние фрезы (рис. 133, а) с пластинами из твердого
сплава, припаянными к корпусу, предназначены для обработки чугуна, ста-
ли и других материалов (геометрия таких фрез для легких сплавов и дере-
ва другая). При самой незначительной трещине хотя бы в одной из пла-
стин приходится переделывать такую фрезу, поэтому дисковые фрезы
рекомендуется изготовлять сборными со вставными ножами (рис. 133,6).
Плоские ножи 2 с одной стороны имеют рифления. Пазы в корпусе 1 кли-
новидные, с одной стороны также снабжены рифлениями, идущими вдоль
паза в осевом направлении. Для закрепления ножа в корпусе имеются
гладкие клинья 3 с углом 3 — 5°, которые забивают в радиальном направле-
170
Рис. 133. ДИСКОВЫЕ ФРЕЗЫ:
а — с напаянными пластинами из твердого сплава; б -т- со вставными ножами,
оснащенными твердосплавными напайнымп пластинами; в — с многогранными
неперетачиваемыми пластинами из твердого сплава
нии. Положение паза в корпусе, размеры ножей и клина рассчитывают по
ранее приведенным формулам. При расчете толщины ножа с припаянной
пластиной из твердого сплава следует толщину ножа брать в 3—3,5 раза
больше толщины пластины.
Применение многогранных неперетачиваемых пластин из твердого
сплава дает хорошие показатели и у дисковых фрез по металлу. На рис.
133, в показана дисковая трехсторонняя фреза с разнонаправленными зубь-
ями с применением трехгранных неперетачиваемых пластин.. Причем
пластина по- перемещению сдвинута вправо и влево п обрабатывает’паз
шириной В. Неперетачиваемую пластину крепят в регулируемой прокладке
б (с гнездом под пластину). Прокладку 6 можно немного перемещать,
в корпусе 1 регулировочными винтами 5, в нужном положении ее закре-
пляют клином 2, зажимаемым винтом 3. После затупления пластины пово-
рачивают. Разновидностью дисковых фрез являются угловые фрезы.
Угловые фрезы предназначены для фрезерования канавок инструмента
или для фрезерования различных пазов. Одноугловые фрезы с остроко-
нечными зубьями (рис. 134,л) обычно изготовляют цельными из быстроре-
жущей стали диаметром 40—80 мм с углом ф = 45-г 90° (через каждые 5°),
171
Рис. 134. УГЛОВЫЕ ФРЕЗЫ
С ОСТРОКОНЕЧНЫ-
МИ ЗУБЬЯМИ:
а — одноугловая; б —
двухугловая несиммет-
ричная; в —схема опре-
деления угла установ-
ки делительной голов-
ки при фрезеровании
или шлифовании кана-
вок угловой фрезы
а также с <р = 100, 105,
ПО, 120°. Двуугловые не-
симметричные фрезы (рис.
134,6) изготовляют с уг-
лом <рх + <р2 = 45 4-100°.
Основные особенности
при .конструировании та-
ких фрез заключаются в
следующем. Диаметр фре-
зы зависит от глубины
фрезерования и диаметра
оправки, и его выбирают
по соответствующим стан-
дартам. Число зубьев z =
s= (2,8 -2,5) ]/d, Причем
больший коэффициент бе-
рут для меньших разме-
ров, меньший — для боль-
ших размеров фрез. Зубья угловых фрез -расположены на конических по-
верхностях, поэтому они имеют неравномерную высоту. Длина зубьев и их
форма зависят от угла ср. Фрезы с большими углами <р лучше, так как тело
фрезы остается достаточно прочным. Для изготовления угловой фрезы не-
обходимо знать углы установки делительной головки. Эти углы А, В,
С (рис.-134, в) должны быть обязательно рассчитаны конструктором и про-
ставлены на рабочем чертеже фрезы.
Угол наклона шпинделя делительной головки А = В — С. Но угол
„ „ .360
В можно наши, зная центральный угол е = ----- и угол-р.
-гт R — k п п
Из рисунка видно, что tg В =---. Зная угол р, можно наити величину
-R „
fl~ ct"p'* После подстановки получим tgB=———ctgр,-где —-—— =
= cos с. Следовательно, tg В = cos £ ctg р.
Угол С можно определить следующим образом: sin С — Подставив
, . t (R —k) tg EctgO sin В
значения t и /, получим sin С—— =----——----------после сокращения
sin С = tg a ctg 0 sin В.
172
к 7 КОНЦЕВЫЕ И ФАСОННЫЕ ФРЕЗЫ
С ОСТРОКОНЕЧНЫМИ ЗУБЬЯМИ
Концевые фрезы с остроконечными зубьями имеют в отличие от торцовых,
цилиндрических и дисковых конический или цилиндрический хвостовик
(рис. 135, о). Зубья на цилиндрической части рассчитывают так же, как
зубья цилиндрических фрез; зубья на торцовой части — аналогично зубьям
на торцовой части у торцовых фрез. Концевые фрезы выпускают в настоя-
щее время с учетом предложений новаторов В. Я. Карасева, Е. И. Савича,
И. Д- Леонова.
Когда число зубьев очень небольшое (примерно 3—6), а угол со очень-
большой (45°), концевые фрезы называют крупнозубыми. Окружной шаг
от зуба к зубу у таких фрез переменный для уменьшения вибрации, напри-
мер, если фреза имеет три зуба, то углы между зубьями будут не 120°,
а 110°, затем 123 и 127°. Размеры таких фрез указаны в стандарте. Выпу-
скают .также и мелкозубые фрезы с большим числом зубьев для чистовых
работ с небольшими припусками.
Широко применяют концевые фрезы, имеющие строго ограниченный
диаметр и обычно 2—3 зуба; они дают возможность получить точный
шпоночный паз на валу, чаще всего их называют шпоночными (рис. 135, д).
Концевые фрезы малого диаметра делают целиком из твердого сплава
или припаивают к державке из конструкционной стали (рис. 135, б). Если
диаметр фрезы меньше 5 мм, то нет центрового отверстия у торца, а зубья
сходятся в центр. Во фрезах диаметром выше 5 мм делают центровое от-
верстие, и зубья на торце не сходятся в одну точку.
У фрез начиная с диаметра 16 мм делают твердосплавные ко-
ронки, которые напаивают на хвостовик (рис. 135, в). Фрезы начиная
с диаметра 25 мм применяют с винтовыми напаянными пластинами
из твердого сплава (рис. 135, г).
В настоящее время концевые фрезы начинают изготовлять с много-
гранными неперетачиваемыми пластинами. Цилиндрическая часть фрезы*
(рис. 135, д) ограничена длиной режущей кромки трехгранной пластины 2,
закрепленной прямо на корпусе 1 фрезы специальным винтом 3 с широкой
головкой (направление затягивания винта 3 показано стрелкой В).. Наклон
оси винта обеспечивает контакт, головки винта с пластиной в одной точке.
Сила зажима притягивает пластину к опорным поверхностям — дну паза
державки и боковым сторонам паза. Неперетачиваемыми пластинами
можно снабжать концевые фрезы (начиная с диаметра 12—25 мм .и выше).
Концевые специальные крупные фрезы можно оснащать по всей длине
и на торце многогранными неперетачиваемыми пластинами.
Обычно фасонные фрезы изготовляют с затылованными зубьями. Од-
нако более рациональная геометрия (постоянный по величине угол а) за-
ставляет изготовлять их с остроконечными зубьями, хотя переточка таких
Фрез труднее. Самым основным в конструкции фасонной фрезы является
обеспечение одинаковой фаски на задней поверхности по всему профилю
3}’ба фрезы (рис. 136, а).
Концевые фрезы могут иметь также коническую форму и закругленную
вершину. Такие фрезы применяют на копировально-фрезерных станках
и называют копирными.
173
Рис. 135. КОНЦЕВЫЕ ФРЕЗЫ С ОСТРОКОНЕЧНЫМИ ЗУБЬЯМИ:
а — цельная с винтовыми крутыми канавками (из быстрорежущей стали); б — моно-
литная твердосплавная со шлифованными канавками; в — с монолитной твердо-
сплавной коронкой; г — с винтовыми напаянными пластинами из твердого сплава;
д — с многогранными твердосплавными пластинами
При изготовлении конических копирных фрез возникают затруд-
нения с изготовлением зубьев, расположенных на концевой части.
Свести все зубья в одну точку не представляется возможным, поэто-
му концевую часть копирных фрез конструируют таким образом, чтобы
свести к центру два, в крайнем случае четыре зуба, а остальные зубья до
центра не доходят (рис. 136,6).
174
Рис. 136. ФАСОННЫЕ ФРЕЗЫ С ОСТРОКОНЕЧНЫМИ ЗУБЬЯМИ:
'а — с полукруглым профилем; б — коиирная; в — борфреза
§ 8. ФРЕЗЫ С ЗАТЫЛОВАННЫМИ ЗУБЬЯМИ
Основное преимущество'затылованного зуба состоит в том, что при пере-
точках по передней поверхности профиль фрезы сохраняется, а загоч-
ка — очень простая операция, так как необходимо просто стачивать зуб по
передней поверхности. Сравнением всех кривых для затылования устано-
влено, что наиболее удобной кривой является архимедова спираль, поэто-
му для затылования фрез практически используют только ее.
При затыловании зуба фрезы (рис. 137) по мере равномерного враще-
ния заготовки затыловочный резец равномерно-поступательно продвигает-
ся по направлению к центру детали и затылует зуб фрезы по архимедовой
спирали. Представим себе затылованный зуб. Задняя поверхность его огра-
ничена архимедовой спиралью. Рассматривая фигуру АВС, образуемую
Ряс. 137. СХЕМА ПРОЦЕССА ЗАТЫЛОВАНИЯ ЗУБА ФРЕЗЫ
175
так как на этом участке ни К, ни Рфр, ни z не ме-
— TtD •—
при затыловании, получим: сторона АВ = —г-; катет ВС обозначим бук-
вой К — это и есть величина затылования. Если задан задний угол а, то
—- tD
К - АВ tg а=—-tg а.
z
Рассмотрим и определим, какие задние углы имеет затылованный зуб
фрезы в отдельных точках. Форма профиля имеет большое значение для
выбора заднего угла. В самом деле, если рассмотрим участок профиля, па-
раллельный оси фрезы по всей длине участка, задний угол будет по-
( Kz \
стоянным tg а — —-— ,
\ яВфрJ
няются. Участок СН расположен под углом <р. Задний угол, измеренный
в плоскости, перпендикулярной оси, будет на этом участке изменяться.
В точке A tgou=———. В точке Н tga# = ——. Так как Вфр>1>я, то
лВфр лВя г •
в точке Н задний угол будет больше, чем в точке А.
Для любой промежуточной точки N можно определить угол а.у в сече-
нии Р—Р, построив треугольник MNLc катетом Kj и гипотенузой К: К2 =
= К sin ср; подставив К = -- tg « и Кл = — tgocff в ЭТУ формулу, по-
Z
лучим для любой точки ЛТфр фрезы задний угол в сечении, нормальном
к режущей кромке, tg «я =tg a sin ф или можно записать иначе:
Dn
R
tg^N ——tgasin <р; где К —наружный радиус фрезы; г,у —радиус в рас-
гя
сматриваемой точке N режущей кромки.
Косое затылование представляет собой такой способ затылования, при
котором затыловочный резец движется не перпендикулярно оси фрезы,
а под углом к ней. На рис. 138 показана схема установки суппорта затыло-
вочного станка при косом затыловании (затылование под углом к оси
фрезы). Катет представляет собой величину перемещения точки D в пло-
скости, перпендикулярной оси, а катет К2 — в плоскости, параллельной
оси; определим угол наклона суппорта по отношению к оси фрезы: fgT="
= Необходимая для подбора кулачка величина затылования К =
Ki _____
= ]/К1 + К2. Полученную величину К следует округлить до ближайшего
существующего в наборе кулачка. Зная одну из величин К2 или К2 Л угол
К2 К2
т, можно так определить величину затылования: К =---=—-—-.
COST sin г
На рис. 139 показаны элементы фрезы, которые нужно определять. Для
упрощения расчета передний угол у = 0 (передняя поверхность направлена
радиально).
Диаметр фрезы В = 2 (Н 4- hi) + J, где II — глубина канавок; <?.— диаметр
отверстия; т — толщина тела фрезы, которая может быть принята равной
(0,54-0,3)d. Глубина канавки H = h + K+r, где /г —высота затылуемого
176
профиля; К — величина затылования; г — радиус дна канавки, который
принимают равным 1 —5 мм в зависимости от диаметра фрез. Высоту
h принимают на 1—5 мм больше высоты- профиля детали, чем обеспечи-
вается определенный запас по высоте профиля при фрезеровании деталей
с повышенным припуском.
Конструктор вначале приближенно задает диаметр фрезы и диаметр
отверстия, затем рассчитывает элементы зуба и вычерчивает зуб фрезы
и только тогда определяет окончательно глубину канавки, число зубьев
фрезы и диаметр фрезы. В этом определенная трудность расчета затыло-
ванных фрез. После предварительного определения диаметра фрезы, диа-
метра отверстия, числа зубьев и величины затылования окончательно
определяют элементы зуба. Применение ЭВМ может дать значительное
сокращение времени при больших расчетах таких фрез.
Штриховой линией на рис. 139 показана траектория движения резца от-
носительно зуба фрезы. Если из центра фрезы провести' лучи, соответ-
ствующие определенным положениям резца, то луч I будет соответство-
вать начальному положению резца, луч II — моменту соприкосновения
затылованного резца с зубом фрезы, луч III — моменту схода резца с за-
тылуемой поверхности. Луч IV соответствует моменту начала обратного
отвода резца, луч V— концу обратного хода резца и началу подхода к сле-
дующему зубу. Обозначив углы между лучами соответственно <ръ ф2, <р3 и
Фт> определим угол рабочего хода ф3 = Фг + ф2 + Фз-'
Зная углы е и ф4, а также задавшись углами фх и ф3, можно определить
Угол <р2 = е - (р4 — (рх — ф3.
177
Уч
Рис. 139. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ФАСОННОЙ ЗАТЫЛОВАННОЙ ФРЕЗЫ
Зная угол <р2, можно определить ширину зуба у основания С —
(D Ф2 Л •
= I —— К-------/г sin <р2.
\2 е /
Для определения положения точки М необходимо определить диаметр
Т>2 = D — ~ — 2/г. Найденное положение точки М, ограниченное величи-
нами С и D2, дает возможность определить точно радиус закругления дна
канавки г. Для упрощения принимают г =
r.D
16?
Точно полная глубина ка-
навок Н = h + Kt + г, где =
Кгр,
£
Для того чтобы высота Н зуба имела
запас для выхода затыловочного резца, часто принимают Kv = К.
После определения Н производят проверку у хорошего прочного зуба:
-§- = 0,8 -У 1,0.
л!
Угол 6как рабочей канавочной фрезы. Задняя сторона зуба по отноше-
нию к лучу III должна быть наклонена под углом <рб — 15 ч-20°. Тогда, угол
канавки 0Ю1Г- Фз + ф4 + Фг + Фе; так как Фг + Фз ~ 1-^2°, а <рс = 15-1-20°,
угол OKaiI = tp4+(16=22°). Угол <р4 можно определить из условий затыло-
„ Ф4 1 е ф4 1 е
вания резца кулачками. Если = —, то <р4 = —; если , то ср4 = -g-
178
Рис. 140. ПРОФИЛИ МЕЖДУЗУБОЙ ВПАДИНЫ ФАСОННЫХ ФРЕЗ С ЗАТЫЛОВАН-
НЫМИ ЗУБЬЯМИ:
а — прямой; б — наклонный ломаный; е — фасонный профиль, примерно повторяю-
щий профиль режущей кромки зуба фрезы
<р4 1 S'
если----=—, то <р4 = —. Тогда 6КаК =
£ о с
360
+(16+22”); в° ”
следовательно, екан=--+ (16-е 22е).
(4-Е 8) z
После определения 0Кан необходимо округлить полученную величину
до ближайшего размера угловой канавочной фрезы, изготовляемой про-
мышленностью.
Фрезу рассчитывают вначале по наибольшей глубине профиля; число
зубьев выбирают предварительно по приведенным выше формулам. Если
при этом зуб получается тонким, т. е. отношение С/Н получается значи-
тельно меньше 0,8 —1,0, то для'СОхранения прочности зуба изменяют фор-
му впадин (рис. 140), тем самым значительно укрепляется зуб. Однако нуж-
но иметь в виду7, что переточка фасонных фрез по передней поверхности
проще у фрез, имеющих впадину с прямым профилем (рис. 140, л), значи-
тельно сложнее, если впадина имеет наклонный ломаный профиль (рис.
140,6), и еще сложнее, если впадина имеет фасонный профиль (рис. 140, в).
Обычно точные фасонные фрезы для обработки металлов для облегче-
ния измерения профиля фрезы делают с передним углом, равным нулю,
тогда передняя поверхность направлена строго радиально к центру фрезы.
В практике фрезерования имеется также много случаев, когда нельзя перед-
ний угол у принимать равным нулю, ибо такие фрезы будут плохо рабо-
тать. Например, при обработке дерева, некоторых пластиков, ‘легких спла-
вов угол у должен быть большим (20—30°).
Дисковая фасонная фреза с затылованным зубом с передним углом,
равным 30° (рис. 141, а), имеет большое пространство для размещения
стружки и острый профиль зуба. Подобная затылованная фреза выдержи-
вает много переточек по передней поверхности. В фасонных дисковых фре-
зах с пластинами из прочного и вязкого твердого сплава ВК15 нельзя уве-
личить передний угол у, так как острая твердосплавная кромка будет
выкрашиваться, поэтому принят угол у = 5°. Если угол у больше нуля, то,
строго говоря, необходимо корректировать профиль.
Наиболее распространены фасонные фрезы для зубчатых колес и ре-
зьбы. Обычно эти точные фрезы имеют угол у = 0°. Зуб фасонной фрезы
при угле у > 0° показан на рис. 142. Обозначим йфр — высоту профиля
фрезы в осевом сечении и затыловочного резца для нее; /:д — высоту про-
филя, получающуюся на детали при фрезеровании фрезой с передним
179
Рис. 141. ТИПЫ ДИСКОВЫХ ФРЕЗ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДЕРЕВА:
а — с затылованными зубьями и фасонным полукруглым профилем; б — две фрезы
• с затылованными зубьями, работающие в комплекте; в —с припаянными пласти-
нами из твердого сплава ВК15, имеющими фасонный профиль
углом у. Тогда йфр =/ь, — А/ц зная р ол ф„ можно определить величину
A/i фч .. - 360
А/к---= —. где центральный угол между зубьями е =-------. Преобразуя
К Е ' И
пропорцию, получим Ай =-----<рк. Подставив A/i в выражение /1фр, полу-
360
K'z
чим /1фр = /1д--^-Фх.
Угол <рх можно определить, зная стороны косоугольного треугольника
АОВ, у которого сторона ВО = R. сторона АО = R^ = R — 11д. Сторона АВ
R - Лд
нам неизвестна, но известен угол у, следовательно, —
R . R sin у
=-----------------— или ф, = aresm -----,---у.
sm [ 180 - (у + фх)] R - ha
Приведенный метод расчета корректированного профиля фрезы в прак-
тике достаточно сложен, и его, как правило, применяют для фрез с доста-
точно большими углами у. Обычно такими- фрезами обрабатывают не
очень точные профили. При точных инструментах (пальцевые модульные
180
Рис. 142. СХЕМА КОРРЕКТИРОВ-
КИ ПРОФИЛЯ ФАСОН-
НЫХ ФРЕЗ С ЗАТЫЛО-
ВАННЫМ ЗУБОМ ПРИ
УГЛЕ у > О
Рис. 143. КОНЦЕВЫЕ ФРЕЗЫ
С ЗАТЫЛОВАННЫМИ
ЗУБЬЯМИ (КУКУРУЗ-
НЫЕ)
/
зуборезные фрезы) стараются изготовлять фрезы с передним углом у — О,
чтобы не вносить дополнительных неточностей в профиль детали, так как,
если при заточке угол у не равен нулю, то это вносит изменения в профиль
фрезы.
Применение затылованного зуба у цилиндрических фрез встречается
значительно реже, чем остроконечного. Однако при выполнении тяжелых
обдирочных работ применяют фрезы с затылованными зубьями, например
концевые обдирочные фрезы диаметром 25—80 мм. Эти фрезы называют
кукурузными, потому что стружкоразделительные канавки внешне напоми-
нают початок кукурузы (рис. 143).
§ 9. ЗАТОЧКА ФРЕЗ
Для заточки фрез применяют универсально-заточные станки или в от-
дельных случаях (при заточке крупных торцовых фрез) специальные
станки.
При заточке фрез с остроконечными зубьямн, осуществляемой по задней
поверхности, необходимо так установить фрезу, чтобы можно было.подве-
сти зуб фрезы к шлифовальному кругу (рис. 144, а). Заточку производят
торцом шлифовального круга 1 чашечной формы. Зуб фрезы должен быть
расположен по отношению к кругу так, чтобы получить требуемый задний
угол. Зуб передней поверхностью опирается на неподвижный упор 2. Ве-
181
DK
личина понижения H = -^-sina, где DK — диаметр заточного или шлифо-
вального круга; a — требуемый задний угол фрезы в нормальном сечении.
Фрезы с остроконечным зубом по передней поверхности перетачивают
редко, но при изготовлении обязательно затачивают по передней поверх-
ности. Это нужно производить до заточки по задней поверхности с таким
расчетом, чтобы не оставались заусенцы, получающиеся в результате за-
точки по передней поверхности. При установке шлифовального круга (рис.
144,6) требуемый передний угол у получается за счет смещения оси фрезы
относительно рабочей поверхности шлифовального круга.
При заточке фасонных фрез с выпуклым профилем (рис. 144, в) их уста-
навливают на специальном приспособлении, имеющем неподвижную пло-
скую опорную линейку 4, которая должна быть установлена в одной вер-
тикальной плоскости (и по одной прямой) с образующей поверхностью
заточного круга диаметром DK. По этой линейке обкатывается (со сколь-
жением или без него) копир 5, имеющий форму фасонного профиля зуба
фрезы. С копиром жестко связано устройство, в котором закреплена на
182
оправке затачиваемая фасонная фреза (последняя может поворачиваться
от одного зуба до другого и устанавливаться па упор). При качании копи-
ра по линейке шлифовальный круг будет затачивать на зубе точный про-
филь, совпадающий с профилем копира (в масштабе 1:1; можно вводить
пантографическое устройство для изменения масштаба [И])-
Задний угол на фрезе может быть получен также путем смещения цен-
тра шлифовального круга, по отношению к центру фрезы на величину Н.
Задний угол а будет постоянным во всех точках профиля фрезы (в этом
основное преимущество таких фрез), чего нельзя добиться затылованием
зуба. Аналогично могут быть заточены копирные фрезы (см. рис. 136,6).
Борфрезы (см. рис. 136, с) из-за очень мелкого зуба прорезают шлифо-
вальным профильным кругом (алмазным — твердосплавные, эльборпым —
фрезы из быстрорежущей стали). Эту операцию производят на спе-
циальных станках, позволяющих обеспечить сложный профиль зуба.
Обычно такие фрезы не перетачивают.
Заточка фрез с затылованными зубьями отличается от заточки фрез
с остроконечными зубьями. Поскольку фрезы с затылованными зубьями
нужно затачивать и перетачивать исключительно по передней поверхности,
заточка их несколько проще. Фреза должна быть установлена на оправке
в центра заточного станка или может быть установлена на специальном
приспособлении, должно быть обеспечено получение точного переднего
угла у, так как при отклонениях этого угла изменяется профиль фрезы,
и он не будет соответствовать чертежу.
пилы
§ 1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Существуют три основных вида пил: круглые дисковые, выполненные
в виде диска; пилы, выполненные в виде бесконечной ленты или отдельно-
го полотна (ножовки), и цепные, выполненные в виде цепи. Кроме режущих
круглых дисковых лил, работающих по способу холодной распиловки —
фрезерования, имеются еще так называемые дисковые пилы трения, ко-
торые представляют собой диски, вращающиеся с большой окружной ско-
ростью (100—150 м/с). Благодаря такой большой скорости пила, соприка-
саясь с заготовкой, нагревает ее до температуры плавления, и распла-
вленные частицы металла выбрасываются из прореза диском пилы. Такие
пилы применяют, например, в металлургическом производстве.
Несмотря на то, что пила в зоне резания расплавляет металл, диск
пилы нагревается сравнительно мало, так как быстро охлаждается на воз-
духе вследствие большой скорости вращения. В электрических пилах тре-
ния пилу и деталь включают в цепь электрического тока, и в месте их со-
прикосновения возникает вольтова дуга, которая ускоряет пропесс
распиловки металла. Имеются также анодно-механические дисковые пилы.
Тонкие отрезные абразивные или алмазные круги также успешно приме-
няют для отрезки металлов и твердых материалов. Это по существу также
дисковые пилы, в которых абразивные зерна являются режущими элемен-
тами. Конечно, очень важна прочность связки; часто такие круги арми-
руют сеткой или тканью.
§ 2. ДИСКОВЫЕ ПИЛЫ
Пила для холодной распиловки металла представляет собой дисковую
острозаточенную фрезу для фрезерования узкой прорези. Пилы небольшо-
го диаметра могут быть изготовлены в виде цельного диска, у которого
имеется ряд зубьев, расположенных на периферии (рис. 145, а). Для умень-
шения трения пилы о стенки пропила толщину диска нужно уменьшать по
направлению от периферии к цент ру. У пил для разрезания металла это
утонение обеспечивают обработкой торца под углом «Pj. У дисковых пил
для дерева доя этой цели разводят зубья.
Каждый зуб дисковой пилы представляет собой отдельный резец, ко-
торый снимает стружку. Объем стружки пропорционален пути, проходи-
мому этим резцом. Если диаметр пилы значителен, то объем стружки, сни-
184
Рис. 145. ДИСКОВЫЕ ПИЛЫ:
а — цельная; б — сегментная
Рис. 146. ТИПЫ КРЕПЛЕНИЯ ЗУБЬЕВ ПИЛ:
а — вставные отдельные зубья; б — сег-
мент из быстрорежущей стали; в — сег-
мент с одним зубом с пластиной из
твердого сплава
маемый одним зубом, благодаря большой
длине дуги соприкосновения может быть
значительным. Междузубое пространство
должно быть достаточно для помещения
этой стружки. В зависимости от свойств
обрабатываемого материала и от режимов
резания форма и размеры снимаемой струж-
ки могут быть различными. Поэтому число
зубьев пил и форма впадины зуба долж-
ны быть определены с учетом условий
работы пилы.
В. настоящее время в связи с необхо-
димостью применения пил из высококаче-’
ственного материала (быстрорежущей стали
и твердого сплава) 'для экономии круг-
лые пилы диаметром больше 250 мм
делают сборной конструкции (рис. 145,6).
Пила с отдельными вставными зубьями
широкого распространения, так как зубья
7
(рис. 146, а) не получила
пилы довольно трудно из-
готовлять. Кроме того, шаг такой пилы не может быть сделан
Малым. К недостаткам этой конструкции относится также и ,то, что при
185
работе ппчы может выскочить и поломаться один из ее зубьев 1, при этом
он может повредить остальные зубья и само полотно пилы.
Наибольшее распространение получили сборные пилы с сегментами
2 (рис. 146,6). Корпус пилы выполнен в виде диска, на периферии которого
имеется тонкий кольцевой выступ. Сегмент из быстрорежущей стали имеет
узкий паз, которым его вставляют в кольцевой выступ диска пилы и закре-
пляют на этом кольцевом выступе заклепками, проходящими через диск
пилы. Кроме заклепок, скрепляющих сегмент с диском, два смежных сег-
мента скрепляют также между собой заклепкой, которую вставляют и рас-
клепывают в месте стыка двух сегментов. Режущая часть сегмента имеет
несколько зубьев. Число зубьев сегмента различное в зависимости от
обрабатываемого материала. Конструкция дисковой пилы с сегментами
надежна в работе и сравнительно проста в изготовлении.
По числу зубьев пилы делятся на три: мелкозубые, среднезубые и круп-
нозубые. Мелкозубые пилы предназначены для материалов повышенной
твердости, имеют по восемь зубьев на сегменте. Среднезубые пред-
назначены для материала средней твердости и снабжены меньшим числом
зубьев (по шесть зубьев на сегменте). Крупнозубые пилы предназначены
для распиловки мягких материалов, поэтому они имеют минимальное чис-
ло зубьев (по четыре зуба на сегменте); междузубое пространство имеет
наибольший объем. Изготовляют также твердосплавные сегменты с одним
зубом, оснащенным пластиной 3 из твердого сплава (рис. 146, в).
Отдельный сегмент крупнозубой дисковой пилы показан на рис. 147.
Режущая часть сегмента снабжена четырьмя крупными зубьями, причем
форма этих зубьев похожа на форму зуба остроконечных фрез с параболи-
ческим профилем. Зуб пилы имеет передний у и задний а углы. Чем
больше передний угол у, тем лучшие условия создаются для стекания
стружки. Если обрабатываемый материал мягкий, то передний угол сле-
дует выбирать большим. Если же обрабатываемый материал твердый, то
передний угол приходится уменьшить для повышения прочности зуба. За-
дний угол выбирают примерно от 8 до 16°. Он обеспечивает уменьшение
трения. Задний угол нельзя
выбирать слишком большим,
чтобы не ослабить зуб пилы.
Для дисковых пил с сегмента-
ми из быстрорежущей стали в
зависимости от свойств обраба-
тываемого материала рекомен-
дуют следующие утлы заточки
зуба. Для обработки: стали с
св до 50 кгс/мм2 передний
угол у = 18=22°, задний угол
а = 14=16°; стали с сгв до 75
кгс/мм2 соответственно у =
= 154-20°, а = 104-12°; стали с
ПРОФИЛЬ ЗУБА СЕГМЕНТА ДЛЯ
ДИСКОВОЙ ПИЛЫ ИЗ БЫСТРОРЕ-
ЖУЩЕЙ СТАЛИ
А-А
186
Рис. 148. СХЕМА ЗАТОЧКИ ЗУБЬЕВ ДИСКОВОЙ СЕГ-
МЕНТНОЙ ПИЛЫ
ств- свыше 75 кгс/мм2 и легированной стали
у = 104-15°, а = 84-10°, латуни у = 04-8°, а =
= 144-16°; чугуна у = 184-22°, а = 144-16°, алю-
миния у = 12° и а = 15°.
Форма междузубой впадины очень важна
для правильной работы пилы. Если междузубое
пространство окажется недостаточным дая раз-
мещения образующейся стружки, то стружка,
сжимаясь, вызовет повышенное трение о стенки
обрабатываемой детали и приведет к поломке
пилы. Необходимо, чтобы объем междузубой
впадины был в 3—6 раз больше объема снима-
емой стружки. Кроме объема имеет значение
также форма впадины зуба. Исследования и
практика показывают, что наиболее рациональ-
ной формой для пил, предназначенных дая
разрезания материалов средней твердости, явля-
ется форма зуба, изображенная на рис. 147.
Если пила дисковая небольшого диаметра и небольшой ширины, то
можно не делать стружкоразделяющих канавок. Если же шша имеет зна-
чительную ширину и предназначена для снимания большой стружки, реко-
мендуется применять меры для деления стружки и облегчения работы ре-
зания. Для этого применяют различную высоту зубьев (зуб II на
0,2—0,5 мм ниже зуба I). Один зуб такой фрезы врезается в материал срав-
нительно узкой площадкой (ширина площадки равна обычно 11 з ширины
зуба), второй зуб срезает оставшийся в углах материал. Таким образом,
работа резания распределяется между двумя зубьями, один из которых
врезается, а другой подчищает оставшийся материал.
Для устранения трения боковых сторон пилы о стенки пропила толщи-
ну диска делают меньше ширины сегментов и, кроме того, сегменты по-
степенно сужают по направлению к центру пилы, вспомогательный утол
в плане <рх доводят до 2°. При конструировании сегмента необходимо рас-
считать на прочность заклепки и кольцевой выступ диска пилы.
Заточка дисковых пил. Дисковые пилы затачивают после сборки сег-
ментов с корпусом пилы. Собранная пила должна быть прошлифована по
боковой стороне сегмента (если нет возможности осуществить такое шли-
фование, сегменты при установке должны быть строго выверены относи-
тельно диска пилы). Для заточки применяют специальные заточные станки
(рис. 148). Диск пилы устанавливают на оправку заточного станка. Шлифо-
вальный круг закрепляют на шпинделе станка, расположенного на верти-
кальных салазках. Станок имеет полуавтоматический цикл работы. Враще-
ние пилы связано с перемещением вертикальных салазок станка. Таким
образом, профиль зуба пилы получается в результате вращательного дви-
жения пилы и поступательного движения вертикальных салазок. Шлифо-
вальный круг расположен наклонно по отношению к оси затачиваемой
пилы. Ось шлифовального крута перпендикулярна оси пилы. Шлифо-
187
Рис. 149. ЗУБЬЯ ДИСКО-
ВЫХ ПИЛ для
ДЕРЕВА:
а и б — для про-
дольной распилов-
ки; в и г — для по-
перечной распилов-
ки; д — твердо-
сплавные
вальный круг должен быть заправлен по определенной форме. Перемеще-
ние шлифовального круга в процессе заточки, а также перемещение пилы
совершаются автоматически. После заточки одной впадины и зуба храпо-
вой механизм станка поворачивает диск пилы па следующую впадину. На
таком станке можно получить определенную требуемую для разрезаемого
материала геометрию зуба пилы..
При отсутствии специального заточного станка можно заточить зубья
пилы в зажимном приспособлении вручную. После заточки пила должна
быть проверена на биение. Если пила имеет большое биение, она будет ра-
ботать неравномерно, не все ее зубья будут участвовать в работе, и за счет
этого понизится производительность.
Кроме затачивания по впадине зуба, при которой создают опреде-
ленные утлы резания, необходимо подтачивать боковые стороны сегмен-
тов (см. рис. 147). Такие боковые углубления шириной к уменьшают трение
пилы о стенки пропила и облегчают работу пилы. Боковые стороны мож-
но подтачивать на универсально-заточном станке. Пилу устанавливают на
специальном приспособлении, закрепленном на столе заточного станка,
шлифовальный круг вращается с определенной скоростью и работает пе-
риферией. Ширина шлифовального круга должна соответствовать ширине
углубления, а глубина последних равна 0,5 мм.
Широко распространены дисковые пилы для дерева, древесных пласти-
ков, древесно-стружечных плит, фанеры и т. д. Дисковые пилы для разреза-
ния дерева изготовляют из легированных сталей (9ХФ, 9Х5ВФ) твердостью
HRC 50-54.
В связи с явно выраженным слоистым строением древесины дисковые
пилы делят на две основные группы.
1. Пилы для продольной распиловки древесины, когда режущая кромка
зуба должна быть перпендикулярна волокну, т. е. параллельна оси пилы
(рис. 149, о, г). Такой зуб не отличается от зуба пилы по металлу профилем
и углами а и у, а также тем, что имеется поперечный развод зубьев, режу-
щая кромка расположена так же, как у пилы по' металлу.
188
2. Пилы для поперечной распиловки досок и бревен (рис. 149, б, в), у ко-
торых главная режущая кромка зуба должна быть расположена в плоско-
сти, параллельной торцу пилы; она может быть направлена радиально
(рис. 149, в) или под углом 25° (рис. 149, г). У такой пилы зуб своими сторо-
нами режет волокна дерева, направленные параллельно оси'пилы, т. е. ре-
жет дерево поперек волокон.
В настоящее время для распиловки клееной древесины, фанеры дре-
весных пластинок и древесно-стружечных плит применяют дисковые пилы
с твердосплавными напаянными пластинами (рис. 149, д). Такие пилы так-
же должны иметь развод зубьев, их используют для продольной и попе-
речной распиловки.' Применяют пилы с компенсационными разрезами, сде-
ланными для обеспечения более правильной формы диска (без выпучива-
ния). Обычно материал режущей пластины — твердый вольфрамокобальто-
вый сплав (ВК6, ВК15, ВК8). Материал диска пилы — легированная сталь
9ХФ, 50ХФА.
§ 3. ЛЕНТОЧНЫЕ И ЦЕПНЫЕ ПИЛЫ
Широкое распространение в последние годы получили при разрезании
металлов и дерева ленточные пилы. Станки с ленточными пилами
схематично представляют собой два диска большого диаметра, на ко-
торые надета ленточная плоская пила (рис. 150, а). Концы пилы соединяют
сваркой или пайкой, и она становится бесконечной лентой. Работают такие
ленточные пилы по металлу и дереву с большими окружными скоростями;
обычно для дерева рекомендуется скорость v = 45 ч-100 м/с. Для металлов
скорость резания v ~ 20=90 м/мин. Ленточная пила в зависимости от рас-
пиливаемого материала и его характеристики должна иметь различную
форму зуба и междузубой впадины. Важным элементом, ограничивающим
применение той или иной пилы, является толщина Н разрезаемой
заготовки.
При разрезании мягкого материала с подачей на зуб sz мм/зуб, толщиной
b не более 1,5 мм применяют профиль зуба, показанный на рис.'151,«, но
Рис. 150. ЛЕНТОЧНАЯ
ПИЛА:
а —схема установ-
ки; б — схема ра-
боты
189
Рис. 151. ЗУБЬЯ ЛЕНТОЧНЫХ ПИЛ:
а — для продольной распиловки; б — для поперечной распиловки; в — для про-
дольной распиловки; г — ленточные пилы из углеродистых и легированных сталей;
д и. е — биметаллические; ж — твердосплавные
с большим шагом и большим пространством для размещения стружки
в междузубой канавке. Можно представить ленточную пилу как дисковую,
диаметр которой равен бесконечности. В этом случае мы имеем дело с за-
крытым пространством для отвода стружки, т. е. вся стружка, снятая од-
ним зубом, должна разместиться в канавке перед зубом. Эти соображения
служат основными при конструировании пилы для разрезания металла,
зубья которой будут соответствовать зубьям дисковой фрезы или дисковой
сегментной пилы.
Когда ленточную пилу применяют для разрезки дерева й поперечном на-
правлении (поперек волокон), зубья пилы должны подрезать волокно по
краям (рис. 151,6).
Полотно пилы направляют роликом или оно скользит во время работы по
подкладке, которая воспринимает силу резания Ру (см. рис. 150,6). Силу Р-
190
рис. 152. ЦЕПНАЯ ПИЛА ДЛЯ ДЕ-
РЕВА
воспринимает полотно пилы
(оно работает на разрыв). По-
лотно пилы должно изгибаться
па шкивах (дисках) станка и
плотно облегать их, так как
передача крутящего момента осуществляется трением полотна пилы
о диск, т. е. полотно должно быть достаточно гибким и прочным для того,
чтобы не разорваться от силы Р_, а также должно быть достаточно
твердым, чтобы не износиться по затылочной части, поэтому твердость
полотна цельных пил принимают для пил по металлу не более HV 450; ре-
жущие зубья должны иметь твердость HV 770.
Основное преимущество ленточных пил перед сегментными состоит в
том, что толщина b пилы может быть без ущерба для ее прочности взята в 2—3
раза меньше, чем толщина дисковой сегментной пилы. Для предотвраще-
ния трения о стенки детали необходимо делать разводку зубьев, чтобы
ширина пропила была больше толщины b полотна пилы на 30—60%.
Поскольку при ленточных пилах ширина bt пропила остается очень ма-
ленькой (в 2 — 3 раза меньше, чем ширина пропила при работе дисковой
пилы по металлу), можно экономить разрезаемый материал. Это обстоя-
тельство очень важно, и поэтому ленточные пилы находят все большее
применение как для разрезания металлов и сплавов, так и для дерева. Важ-
но также и то, что при уменьшении ширины пропила уменьшаются за-
траты энергии на разрезание заготовки. Хорошо сконструированные лен-
точно-пильные станки позволяют получать точный без заметного увода
в сторону разрез. Ленточные пилы по дереву имеют большое будущее,
особенно при распиловке крупномерных бревеп из дерева ценных твердых
пород.
Последнее достижение в производстве ленточных пил — биметаллические
пилы, у которых (рис. 151, д,ё) основа 1 из пружинной стали с HRC 30—40,
к пей электронным лучем приварены зубья 2 из быстрорежущей кобальто-
вой-стали, твердость после закалки HRC 65-67 по всей толщине зуба
(есть попытки применить и вязкий твердый сплав рис. 151, ж).
Для устранения эффекта резонанса, ведущего к сильным вибрациям
ленты (пилы), шаг Р(а следовательно, и высоту зубьев) делают различным:
з4 -?2 11 т. д. Стойкость ленточных биметаллических пил в 2 раза
выше, чем цельных из быстрорежущей стали, так как на изгиб и растяже-
ние лучше работает пружинная сталь, в то же время высокую стойкость
имеют быстрорежущие зубья.
К гибким инструментам для разрезки дерева относятся цепные пилы.
Широкое распространение цепные пилы получили в лесоразработке при
работах на лесных переносных бензомоторных пилах типа «Дружба». Цеп-
ная пила, или, как часто называют ее, просто «цепь» (рнс. (152) состоит из
отдельных звеньев специальной конструкции, снабженных режущей частью
с рациональной геометрией для поперечного пиления древесины при валке
леса.
Ж
ГЛАВА
ПРОТЯЖКИ И ПРОШИВКИ
§ 1. ОСНОВНЫЕ понятия
Протяжки применяют при массовом и. серийном изготовлении различных
деталей, формы обрабатываемых поверхностей которых весьма разно-
образны; протяжкой можно обработать, например, сквозные отверстия
(рис. 153), получить различные прямые или винтовые канавки и фасонные
наружные поверхности, зубчатые колеса внутреннего зацепления, различные
зубчатые секторы, обработать зубчатые конические колеса и т. д.
Прошивки (рис. 154,6) отличаются от протяжек (рис. 154, а) в основном
различным направлением тяговых сил в процессе резания: протяжка рабо-
тает на растяжение, прошивка — на сжатие. Этим объясняется небольшая
длина прошивок. Если прошивка длиннее 12—15-кратного диаметра, она
может изогнуться, протяжка же может быть любой длины, практически
длина протяжки ограничивается возможностями термической обработки
и длиной хода протяжного станка. Протяжки и прошивки благодаря своей
высокой производительности и большой точности [25] обработки (2—3-й
класс точности) являются одним из наиболее прогрессивных типов режу-
щего инструмента.
Протяжки можно подразделить на следующие две основные группы:
для обработки отверстий различной формы (рис. 155); для обработки на-
ружных поверхностей.
По конструкции зубьев и методу работы протяжки подразделяют на
режущие, т. е. такие, у которых имеются острые режущие зубья, и на
уплотняющие (выглаживающие), работа которых основана на давлении
и уплотнении материала. Выглаживающие протяжки могут расширять от-
верстие на весьма незначительную величину. Как режущие, так и уплот-
няющие протяжки по типу протягиваемых поверхностей можно разделить
на протяжки для круглых отверстий; шлицевые; фасонные различного про-
Рис. 153. НЕКОТОРЫЕ ФОРМЫ ПРОТЯГИВАЕМЫХ ОТВЕРСТИЙ
192
филя (эвольвентные зубчатые, многогранные, елочные); комбинированные
(круглые и шлицевые); шпоночные и пазовые; для обработки наружных
поверхностей. Последние, в свою очередь, делят на плоские, круглые и фа-
сонные. В отдельную группу можно выделить сборные протяжки со
вставными зубьями, наборные протяжки, протяжки, оснащенные пластина-
ми из твердого сплава.
Все протяжки работают с небольшими скоростями резания (2-15
м/мин). Их изготовляют из быстрорежущей стали Р9К5, Р6М5, Р18, Р12
или легированной стали ХВГ, которые мало деформируются при термиче-
ской обработке (это очень важно дая протяжек, так как они имеют значи-
тельную длину). Применение быстрорежущей стали дает высокую стой-
кость протяжек. В последнее время стали применять протяжки, осна-
щенные твердыми сплавами. Однако эти протяжки не получили еще
широкого распространения из-за большой сложности изготовления, но при
протягивании чугуна стойкость их выше до 100 раз.
§ 2. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПРОТЯЖЕК
На рис. 154, а изображена протяжка и обозначены ее отдельные части. Хво-
стовик 1 необходим для крепления протяжки в специальном патроне. Он
имеет различную форму в зависимости от типа патрона. Шейка 2 и пере-
ходной конус 3 являются промежуточными звеньями между хвостовиком
и направляющей частью. Направляющая часть 4 служит для направления
протяжки в начале ее работы; протяжка не пойдет в отверстие, если оно
недостаточно по диаметру; направляющая часть предохраняет протяжку
7 Г. А. Алексеев н др. 193
г) з)
Рис. 155. ТИПЫ ПРОТЯЖЕК ДЛЯ ОТВЕРСТИЙ:
а — круглая цельная; б — круглая сборная; е — круглая с винтовым зубом; г — круг-
лая выглаживающая; д — шлицевая для прямых шлицев; е — шлицевая для спи-
ральных шлицев; ж — шлицевая эвольвейтная: з — шлицевая для остроугольных
шлицев; и — комбинированная; к — квадратная
от перекосов, а также от излишнего припуска па зуб. Направляющая часть
по своей форме должна соответствовать форме предварительно обрабо-
танного отверстия.
Режущая часть 5 выполняет основную работу по срезанию стружки.
Она снабжена радом зубьев, постепенно увеличивающихся от направляю-
щей к задней части протяжки. Каждый последующий зуб больше предыду-
щего; разница между последующим и предыдущим зубьями представляет
собой подъем на зуб. Калибрующая часть 6 следует за режущей частью;
она также снабжена зубьями, которые калибруют отверстие, обеспечивая
необходимую чистоту его поверхности. Обычно зубья калибрующей части
не увеличиваются в размерах, т. е. не имеют подъема па зуб. Задняя напра-
вляющая часть 7, часто поддерживаемая специальным люнетом, служит
для поддержания протяжки от провисания.
Основными конструктивными элементами любой протяжки являются
194
Стружка с реСром жесткости
а)
Гис. 156. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ РЕЗАНИЯ ПРОТЯЖЕК И СХЕМЫ УДАЛЕНИЯ ПРИ-
ПУСКА:
я — профильная со стружкоразделительными канавками и форма стружки; б —
генераторная и форма стружки; е — групповая (прогрессивная) с шахматным рас-
положением зубьев; г — групповая (прогрессивная) многогранная (НИИТавтопрома);
й — групповая
утлы режущих и калибрующих зубьев (передний и задний); профиль зуба
и профиль впадины; подъем на зуб; шаг зубьев; элементы стружкораздели-
тельных канавок; форма и размеры хвостовика; количество режущих и ка-
либрующих зубьев; длины направляющей, режущей и калибрующей ча-
стей.
Выбор и методы расчета конструктивных элементов протяжки. Схемой
резания протяжки называют способ распределения работы по срезанию
припуска между отдельными зубьями протяжки. Схемы резания некоторых
наиболее распространенных типов протяжек и отдельные слои материала,
снимаемые зубьями, а также характерные особенности стружки показаны
на рис. 156.
Профильная схема (схема подобия) (рис. 156, я) характерна тем, что
каждый последующий зуб протяжки снимает тонкую стружку по всей ши-
рине обрабатываемой поверхности, например по всей ширине шпоночного
паза у шпоночной протяжки, по всей длине окружности у круглой протяж-
ки, но при этой схеме резания при широкоц стружке (например, у круглой
7* 195
протяжки) необходимы стружкоразделительные канавки. При наличии
стружкоразделительных канавок стружка имеет более толстое ребро жест-
кости, образованное из-за стружкоразделительных канавок. Такая форма
стружки приводит к тому, что фактическая толщина среза (по ребру жест-
кости) вдвое больше подъема на зуб (величина 2 а).
Для протяжек, спроектированных по профильной схеме, характерен
значительный износ задних поверхностей у самых уголков зуба по краям
стружкоразделительных канавок, поэтому приходится принимать очень не-
большую величину а подъема на зуб, стружка получается тонкой, но
широкой.
Из теории резания известно, что с уменьшением толщины стружки уве-
личивается удельное давление резания. Благодаря этому схема резания, по-
строенная по первому методу, дает значительные удельные давления реза-
ния, а следовательно, значительные силы протягивания. Обязательным
условием при работе по такой схеме является введение стружкораздели-
тельных канавок для уменьшения ширины стружки.
Генераторная схема (рис. 156,6) предусматривает снятие припуска па-
раллельными слоями на отдельных участках, и только последний зачи-
щающий зуб снимает тонкий слой по профилю. Стружка получается тоже
довольно тонкой и не широкой (если стружка очень широкая, необходимы
стружкоразделительные канавки) и без ребра жесткости. Преимущество ге-
нераторной схемы — простота изготовления и заточки фасонных протяжек
(например, шлицевых и квадратных).
Обе эти схемы резания объединяют одним понятием — одинарные про-
тяжки, т. е. каждый последующий зуб выше предыдущего, работает один
и снимает какой-то слой.
Следующий метод построения схемы резания (рис. 156, в) предусматри-
вает разделение общего срезаемого слоя на небольшое число слоев и иног-
да даже почти всего слоя сразу на полную глубину. Этот метод носит на-
звание группового (или прогрессивного). При групповом протягивании
срезают толстые и сравнительно узкие стружки, при этом удельное давле-
ние резания относительно уменьшается. Трение режущих кромок об обра-
ботанную поверхность, вызывающее нагрев и износ протяжки, также
уменьшается, так как нет стружкоразделительных канавок и, следователь-
но, острых уголков, у которых задний угол очень мал или почти равен ну-
лю. Поэтому стойкость таких протяжек выше, чем стойкость протяжек,
рассчитанных на профильную схему резания. При групповой схеме резания
стружка имеет значительно большую толщину и в шахматном порядке
снимается зубьями различной ширины, но имеющими в группе одина-
ковый диаметр. Например, в группе, состоящей из трех зубьев, все зубья
имеют одинаковый диаметр, но различную ширину режущих выступов;
они в шахматном порядке снимают толстый слой. Несколько групп обес-
печивают снятие всего припуска, и протяжка, рассчитанная по такой схеме,
будет несколько короче, чем по профильной схеме. Схема резания круглой
протяжкой с многогранными зубьями (рис. 156, г) обеспечивает прогрессив-
ное срезание материала довольно толстыми стружками и без стружкораз-
делнтельиых канавок. Однако эти две групповые схемы (рис. 156,в, г) до-
вольно сложны и не получили широкого распространения. Наиболее
широкое распространение в промышленности получила групповая схема
196
переменного резания, приведенная на рис. 156, д (авторы: Д. К. Маргулис,
А. А. Залесов и С. А. Плеханов).
Особенность этой схемы состоит в том, что режущая часть протяжки
имеет группы зубьев из двух-, трех-, четырех- и пятизубых секций. Первый
зуб имеет несколько выступов, разделенных впадинами, образованными
выкружками. Каждый зуб снимает стружки без ребра жесткости. При этом
подъем на зуб принимают очень большим. Следующий, второй в данном
случае (рис. 156, д), так как секция двузубая, зуб протяжки выполнен глад-
ким круглым и несколько меньшего диаметра, чем первый зуб. Второй зуб
срезает выступы, оставшиеся на детали после первого зуба, а поскольку оп
меньшего диаметра, то происходит хорошее отделение стружки, и нет не-
обходимости в стружкоразделительных канавках.
Все перечисленные схемы резания можно комбинировать при проекти-
ровании одной протяжки. Протяжка может иметь часть зубьев, выпол-
ненных по групповой схеме, а другие зубья могут быть выполнены по про-
фильной и генераторной схемам. Это относится как к внутренним, так и
к наружным протяжкам. Последнее время все чаще применяют протяжки,
имеющие калибрующие зубья, которые не режут, а деформируют мате-
риал, выглаживают его; их называют протяжками с выглаживающими
зубьями. Часто такие выглаживающие зубья для повышения стойкое™
протяжек и качества обрабатываемой поверхности изготовляют из твердо-
го сплава.
Геометрия режущей части. Передний угол у режущей части протяжки
выбирают в зависимости от свойств обрабатываемого материала.
Обрабагываемый ма 1 ернал у, ®
Сталь. сгк:
до 60 kic/mm-.................................. 15 — 18
ог 60 до 100 кг с'мм2...................... 12 — 15
св. 100 Ki с/мм2.................. ... 8 — 10
Чугун, НВ:
до 150. . ........................................ 8-10
св. 150............................... 4-8
Алюмин ий...................................... 12—15
Бронза......................................... 0 — 5
Баббиг.................................... 10 — 15
Медь красная .................................. 15
Латунь:
хрупкая ...................................... 2
мягкая ...................................... 6
Значения заднего угла, рекомендуемые для наружных и внутренних
протяжек, приведены в табл. 14. У внутренних протяжек при большом за-
днем угле наружный (внутренний) диаметр при переточках будет резко
уменьшаться, а кроме того, зуб будет недостаточно прочный, поэтому
принимают небольшой задний угол.
14. Значении заднею учла нро|яя<кн
Протяжка Задний угол а
Режущие зубья Калибрующие зубья
Для внутреннего протягивания Для наружного протягивания 2°-3'30' 10' 30'-1 10’
197
Рис. 157. СХЕМА РАБОТЫ РЕЖУЩИХ (1 и 2) И КАЛИБРУЮЩЕГО (3) ЗУБЬЕВ ПРО-
ТЯЖКИ
Подъем на зуб. Подъемом а на зуб (рис. 157) называют разность высот
двух соседних зубьев протяжки, представляющую собой толщину среза,
снимаемого каждым последующим зубом протяжки. Величина а подъема
на зуб (иными словами, подача sz на зуб) зависит от свойств обрабатывае-
мого материала, жесткости детали и т. д.
В табл. 15 приведены величины подъема на зуб, рекомендуемые при
конструировании протяжек. Этот подъем не всегда остается постоянным
по всей длине режущей части протяжки. Например, при протягивании ква-
дратного отверстия по мере входа протяжки ширина стружки уменьшает-
ся, поэтому можно на последующих зубьях протяжки увеличивать подъем
на зуб по сравнению с первыми зубьями, сохраняя при этом примерно оди-
наковую площадь поперечного сечения стружки. При проектировании та-
ких протяжек все режущие зубья разделяют на несколько ступеней. В ка-
ждой ступени устанавливают различный подъем на зуб.
15. Допустимая величина а подъема иа зуб при протягивании (на сторону), мм
Протяжка Схема резания
одинарная или профиль- ная, генераторная групповая (прогрессивная)
Круглая 0,02-0,03 0,1-0,2
Шлицевая и многошинная 0,04-0,08 0,15-0,3
Шпоночная 0,02-0,06 0,07-0,15
Наружная 0.08-0,15 0,10-0,3
При подъемах на зуб а более 0,05 мм (на сторону) необходимо прове-
рять возможность завивания стружки во впадине зуба протяжки; это сле-
дует делать при конструировании протяжек для обработки вязких мате-
риалов, дающих сливную стружку (хрупкие материалы дают сыпучую
стружку, которая хорошо размещается во впадине). Можно считать для
сталей средней твердости максимальными следующие значения а при со-
ответствующей высоте /1 впадины зуба: при /1 = 34-4 мм, а = 0,154-0,2 мм;
при h = 5-?6 мм, а = 0,24-0,3 и при h х 7 мм а — 0,34-0,4 мм (соотношения
рекомендуются при сравнительно узких стружках).
198
Рис. 158. ФОРМЫ ЗУБЬЕВ И ВПАДИН МЕЖДУ ЗУБЬЯМИ ПРОТЯЖЕК
Профиль зуба и впадины. Протяжка по форме зуба и по характеру его
работы относится к инструментам, имеющим закрытое пространство для
размещения стружки. Форма и размеры впадины должны быть выбраны
достаточными для свободного размещения образующейся стружки.
Стружка при протягивании в зависимости от свойств обрабатываемого
материала может быть как сливной (при обработке вязких материалов),
так и стружкой надлома (при обработке хрупких материалов). Изучение
характера образования стружки, ее формы, объема, а также положения, ко-
торое она занимает во впадине, дает возможность установить наиболее ра-
циональную форму и объем впадины.
Практически установлено следующее соотношение между объемом впа-
V
дины и объемом снимаемого металла: = к, где V— объем впадины,
мм3; V1 — объем снимаемого металла, мм3; к — объемный коэффициент
стружки.
F
С другой стороны, можно установить, что —— = к, где F — площадь
F1
впадины, мм2; /4 — площадь продольного сечения стружки, мм2.
Для материалов, дающих стружку надлома, величина к меньше, чем
для материалов, дающих сливную стружку, так как такая стружка хуже
укладывается в канавке (занимает больше места).
При конструировании протяжек применяют несколько различных форм
впадины (рис. 158). Наибольшее распространение получила форма зуба
и впадины, изображенная на рис. 158, я, 6. Спинку зуба направляют под
углом 45°, глубину впадины h делают равной 0,3 —0,4 шага, радиус г дна
впадины определяют построением. В табл. 16 даны рекомендуемые раз-
меры зубьев и впадин в зависимости от шага протяжки, рассчитанные для
данной формы впадины (рис. 158,6).
199
16. Размеры зубьев и впадин протяжки
Площадь F сече- ния впадины, мм5 Шаг протяжки /. мм Глубина впа- дины Л, мм Длина задней грани /, мм Радиус г. мм
3,0 6 2,0 2,5 1,0
5,8 7 2,3 3,0 1,25
7,0 8 2,7 3,5 1,5
12,5 10 3,6 4,0 2,0
19,3 12 4.5 4,5 2,5
27,9 14 5,4 5.0 3,0
38,0 16 6,3 5,5 3,5
49,6 18 7,2 6,0 4,0
62,7 20 8,1 6,5 4,5
Пользоваться этой таблицей очень просто. Определяют площадь про-
дольного сечения стружки, снимаемой одним зубом протяжки,
Fi = La,
где L— длина протягивания; а — подъем на зуб.
Затем задают величину к (табл. 17) для данного обрабатываемого ме-
талла и определяют необходимую площадь сечения впадины
F=kFt.
По табл. 16 определяют величину шага и остальные размеры профиля
зубьев и впадин протяжки для полученного значения F.
Форму впадин, показанную на рис. 158, в, применяют значительно реже.
В последнее время разработана новая форма впадины и профиля (рис.
158, г) зуба npoi рессивных протяжек.
Установлены следующие соотношения между отдельными элементами
профиля впадины, профиля зуба и глубиной впадины ft: шаг зубьев режу-
щей части протяжки t = 2,75ft; длина задней поверхности зуба/= 1,25ft;
ширина впадины t —f = 1,5ft; радиус рабочей части впадины г = 0,5ft; радиус
дополнительной части впадины Rt — 0,75ft. Глубина впадины: для вязких
материалов, дающих сливную стружку, ft=l,13|/aLA', а для хрупких мате-
риалов, дающих стружку надлома, ft = у aLk.
17. Коэффициент к заполнении стружечных канавок дли внутренних протяжек с различными
схемами резания
Подъем на зуб а, мм Обрабатываемый материал
Сталь, ств, кге/мм2 Чугун, бронза, свинцовистая латунь Медь, латунь, алюминий, баббит
До 40 40-70 Св. 70 .
До 0,03 3,5 3,0 3,0 2,5 2,5
Св. 0,03-0,07 2,5 2,5 3,0 2,0 2,5
Св. 0,07-0,11 2,5 3,5 3,0 2,0 2,5
Св. 0,11-0,16 3 3,5 3.0 2,0 3,0
Св. 0,16-0,25 3,0-4,0 3,0-4,0 3.5 2.5 3.0
Св. 0,25-0,3 4,5-5,5 4-5,0 4,0-6,0 2,5-3,0 3-3,5
Примечание. Последние две строки таблицы относятся к групповой (прогрес-
сивной) схеме резания, когда для более точного определения к необходимо учитывать
упругость витка стружки.
200
Шаг зубьев — конструктивный элемент, очень важный для работы про-
тяжки, так как от шага зависит число режущих и калибрующих зубьев,
число одновременно работающих зубьев, а также общая длина протяжки.
Поэтому очень важно не только подсчитать шаг, но и проверить его.
Практически установлено, что шаг режущих зубьев протяжки зависит от
длины L обрабатываемой детали и может быть проверен по формуле
г = (1,25-н1,5) j/L.
В отдельных случаях величина коэффициента может быть увеличена до 2.
При выборе коэффициента необходимо иметь в виду, что число одновре-
менно работающих зубьев протяжки обычно должно быть не менее трех.
Шаг калибрующих зубьев принимают равным шагу режущих зубьев, так
как после переточек часть калибрующих зубьев переходит в режущие.
У круглых протяжек шаг калибрующих зубьев принимают 0,6—0,8 от ве-
личины шага режущих зубьев. Для коротких деталей допускается число
одновременно работающих зубьев до двух. Очень короткие детали протя-
гивают пакетом по несколько штук, и шаг рассчитывают по общей сум-
марной длине пакета.
Стружкоразделительные канавки. Зубья режущей части протяжки обычно
имеют стружкоразделительные канавки, которые предназначены дтя деле-
ния широкой стружки на отдельные узкие. Они облегчают работу протяж-
ки и создают лучшие условия размещения стружки во впадине зуба. Число
канавок для круглых протяжек можно принимать по следующим данным:
Число
Диаметр протяжки, мм канавок,
шт.
От 10 до 13 включительно. ... 6
» 13 » 16 » .... 8
» 16 » 20 » .... Ю
» 20 » 25 » .... 12
Для шпоночных протяжек, плоских наружных протяжек, фасонных протя-
жек число и размеры стружкоразделительных канавок принимают в .ка-
ждом отдельном случае в зависимости от конкретных условий.
Число зубьев протяжки. Число режущих зубьев протяжки
А — А3 <
где А — припуск на две стороны, мм; А3 — припуск, снимаемый зачищаю-
щими зубьями, мм; а — толщина стружки (подъем на зуб на сторону), мм.
Число калибрующих зубьев zK выбирают от 3 до 8, причем большее
число зубьев принимают для обработки более точных отверстий. Допол-
нительно между режущими и калибрующими зубьями делают также 3-4
зачищающих зуба и несколько запасных.
Типы хвостовиков. Хвостовик протяжки (рис. 159) служит для закрепле-
ния ее в патроне протяжного станка. Патроны разделяют на кулачковые,
резьбовые и клиновые. Хвостовики шпоночных и круглых протяжек под
кулачковые патроны приведены в соответствующих стандартах.
Расчет протяжек на прочность необходим для проверки выбранных эле-
ментов протяжки (профиля зуба, шага, профиля впадины, формы и разме-
ров хвостовика и т. д.). Протяжка во время работы подвергается растяже-
201
нию, причем нагрузка неравномерная. Если сила резания превысит
определенную величину, протяжка может разорваться. Для расчета про-
тяжки на прочность необходимо знать силу резания Pz при протягивании,
которую можно определить, воспользовавшись справочниками по норма-
тивам режимов резания (при протягивании). Ниже приведена сокращенная
табл. 18, по которой можно с достаточной для практики точностью уста-
новить силу резания P'z на 1 мм длины режущей кромки одного зуба. За-
тем, подсчитав общую длину режущей кромки В режущего зуба (лучше
самого нагруженного), остается только Р' умножить на максимальное чис-
ло одновременно работающих зубьев zmax.
Р2 = Р'Bz„ax.
18. Сила резания Р' на 1 мм длины режущей кромки протяжки в зависимости от подъема
на зуб а (подача лг), кгс
Подъем на зуб а, мм Твердость обрабатываемого материала НВ, кгс/мм2
Углеродистая сталь Легированная сталь Чугун
Менее 197 От 198 до 229 Свыше 230 Менее 197 От 198 до 229 Свыше 230 Серый 180 Серый свыше 180 Ков- кий
0,02 9,5 10,5 12,5 12,6 13,6 15,8 8,1 8,9 7,3
0,03 12,3 13,6 16,1 15,7 16,9 18,6 10,4 11,6 9,4
0,04 14,3 15,8 18,7 18,4 19,8 21,8 12,1. 13,4 10,9
0,05 16,3 18,1 21,6 20,7 22,2 24,5 14,0 15,5 12,5
0,06 17,7 19,5 23,2 23,8 25,5 28,2 15,1 16,6 13,4
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
0,12 28,5 31,5 37,5 37,8 40,7 45,0 24,3 26,8 22,0
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
0,25 49,5 54,5 65,0 68,0 73,0 81,0 42,1 46,5 37,6
0,30 56,4 61,5 73,0 78,5 84,5 93,3 47,6 52,2 43,1
202
Длину В режущей кромки можно определить у разных типов протяжек.
Так, для наружной протяжки В равна ширине протягиваемой поверхности
(если зубья имеют небольшой угол наклона); для шпоночной В равна ши-
рине шпоночного паза; у шлицевых протяжек В равна сумме ширин шли-
цев (у шестишлицевой В = 6Ь, у восьмишлицевой В = 8Ь и т. д.); у круглых
В = nD, где D — диаметр отверстия после протягивания.
Для подсчета числа одновременно работающих зубьев необходимо
знать длину обрабатываемой детали. Это следует помнить и при эксплуа-
тации протяжек. Протяжка, рассчитанная на определенную длину обра-
батываемой детали и определенные характеристики материала, не может
быть использована для более длинных деталей, а также для более твердых
материалов. Число одновременно работающих зубьев
"max ~ Е
где L— длина детали, мм; t — шаг протяжки, мм.
Подсчитав силу Pz, можно определить напряжение в опасном сечении
протяжки. Опасным сечением у протяжки может быть сечение по впадине
Р2
первого режущего зуба или по хвостовику. Напряжение на разрыв ст = —
гх
где Р- — общая сила протягивания, кгс; 1К — площадь опасного сечения
хвостовика, мм2 (табл. 19).
19. Площадь F„ мм2, опасного сечения хвостовиков (см. рис. 159), мм
D °, / /2 а D °, / а Л
12 14 16 18 20 22 25 8 9,5 И 13 15 17 19 15 28 5 6 50,3 70,1 95 133 177 227 284 28 32 22 25 20 32 8 6 350 490
36 42 50 62 29 33 38 50 20 32 8 6 660 865 ИЗО 1960
75 52 25 38 12 6 2123
Величина напряжения на разрыв у протяжек из быстрорежущей стали
не должна превышать допускаемых напряжений (см. гл. 1).
Если протяжка затупилась, сила Pz резко возрастает, и протяжка может
разорваться. В отдельных случаях проверяют хвостовик на смятие. Допу-
скаемое напряжение на смятие не должно превышать 60 кгс/мм2.
Длина протяжки. После проверки протяжки на прочность, зная шаг
зубьев и их число, определяют длину режущей и калибрующей частей: дли-
на режущей части /р = fpzp; длина калибрующей части ZK = tKzK, где
гр — шаг зубьев режущей части; tK — шаг зубьев калибрующей части.
Что касается длины хвостовика, шейки, передней и задней направляю-
щих, их принимают с учетом размеров хвостовика, патрона станка, при-
способления для протягивания, а также размеров протягиваемой детали;
203
длину хвостовика лучше всего определить графически во время вычерчива-
ния рабочего чертежа протяжки. Общая длина протяжки равна сумме длин
отдельных ее частей.
Исполнительные размеры и допуски. Протяжки предназначены для
окончательной обработки отверстий, поэтому калибрующие зубья должны
обеспечивать требуемую точность поперечных размеров отверстий. При
протягивании жестких толстостенных деталей возможна разбивка (ушире-
ние) размеров отверстия до 0,02 мм, при протягивании тонкостенных дета-
лей — усадка (уменьшение) размеров. Величина разбивки и усадки может
быть определена опытным путем в зависимости от толщины стенок протя-
гиваемой детали. Например, при протягивании тонкостенных стальных
втулок усадка у (мкм) достигает: для стали СтЗ и Ст5 у = 0,3d — 1,410, для
стали 40Х у = 0,6d — 2,810, где d — внутренний диаметр втулки, мм;
1П — толщина сгенки втулки, мм.
Если нет данных о разбивке или усадке, берут размеры калибрующих
зубьев по максимальным размерам отверстия, а затем корректируют их
опытным путем.
На основные поперечные размеры протяжки (диаметр, ширину шлица
и т. д.) можно принимать следующие допуски:
Элементы протяжки Допустимые отклонения
Режущие зубья................... ± 1 /5 от подъема зубьев, но не более + 0.02 мм
Калибрующие зубья............... +1/3 допуска на протягиваемое отверстие
§ 3. ПРОТЯЖКИ ДЛЯ КРУГЛЫХ ОТВЕРСТИЙ
Обычная круглая протяжка с прямыми зубьями (см. рис. 155,о) служит для
обработки отверстий 2 —3-го класса точности. Круглая протяжка большо-
го диаметра в целях экономии быстрорежущей стали может быть выпол-
нена сборной из отдельных колец (см. рис. 155, б). Однако из-за сложности
изготовления сборные протяжки не получили пока широкого применения.
Круглая протяжка для протягивания глубоких отверстий (см. рис. 155, л)
снабжена винтовыми зубьями и имеет небольшую длину. Рабочая часть
режущих кромок расположена на винтовой поверхности протяжки. Про-
тяжку крепят к подвижному штоку специального протяжного станка с по-
мощью хвостовика, снабженного резьбой. Шток имеет поступательное
движение вдоль оси и врагцательное вокруг оси. Таким образом, протяжка
медленно поворачивается и протаскивается через отверстие детали. Струж-
ка срезается режущими кромками, сходит по винтовым канавкам протяж-
ки и остается позади протяжки в обработанном отверстии, откуда ее вы-
талкивает сильная струя масла, поступающего под большим напором из
специального устройства со стороны штока станка. Кроме гладкого кру-
глого отверсгия подобной протяжкой можно обработать фасонное отвер-
стие, например нарезы в стволе. Такая протяжка может снимать неболь-
шие припуски от 0,2 до 0,4 мм и служит для окончательной обработки
отверстия. Обычно применяют комплект таких протяжек.
Круглая выглаживающая протяжка (рис. 160) по своей конструкции рез-
ко отличается от режущей. Зубья ее не имеют острых режущих кромок, а,
наоборот, закруглены и при движении протяжки производят пластическое
Рис. 160. ПРОФИЛИ ЗУБЬЕВ УПЛОТНЯЮЩЕЙ ПРОТЯЖКИ С ВЫГЛАЖИВАЮЩЕЙ
КАЛИБРУЮЩЕЙ ЧАСТЬЮ:
а — режущих и калибрующих зубьев; б — выглаживающих зубьев
поверхностное деформирование (ППД) или как бы развальцовывают обра-
батываемое отверстие. Выглаживающая часть протяжки, приведенной на
рис. 160, насадная; после насаживания ее закрепляют гайкой и контргайкой.
При конструировании выглаживающей протяжки необходимо правильно
выбрать величину подъема на зуб, последняя обычно колеблется
от 0,01 до 0,02 мм на диаметр. При работе выглаживающей про-
тяжки диаметр обрабатываемого отверсгия может получиться за счет
упругих деформаций несколько меньшего размера. Такие протяжки при-
меняют при обработке заготовок из мягких и вязких материалов.
Деталь как бы сжимается после прохода протяжки через отверстие. Это
уменьшение необходимо учитывать при конструировании выглаживающей
протяжки и брать ее диаметр несколько больше диаметра обрабатываемого
отверстия. В табл. 20 приведены величины уменьшения диаметра от-
верстая при уплотняющем протягивании.
20. Величина уменьшения диаметра отверстия при уплотняющем протягивании, мм
Предельные диаметры протяжек Латунь (запрес- сованная втулка) Бронза (запрес-, сованная втулка) Незакаленная сталь Закаленная сталь
10-20 0,03-0,035 0,035-0,045 0,025-0,04 0,005 - 0,01
20-30 0,035-0,04 0.045-0,06 0,04-0,05 0,0075-0,015
30-45 0,04-0,06 0,06 - 0,075 0,05-0,06 0,01 -0,02
45-60 — 0,075-0,08 — —
Для тонкостенных деталей величину уменьшения следует брать по
верхнему пределу, для толстостенных — по нижнему. Радиус закругления
R = (0,15 + 0,25)1; ширина цилиндрической ленточки ft = (0,8 +1,0) |/t; вы-
сотазуба h — (0,15+0,25)1; радиус впадины г = 0,051; угол приемного конуса
<р = 4 + 5°. Все эти величины выбирают в зависимости от шага протяжки.
Шаг протяжки 1 должен быть вг.гбран в зависимости от длины дегали: 1 =
= (1 +1,2) |/Е. Силу протягивания обычно определяют опытным путем. По-
верхность выглаживающей протяжки должна быть зеркальной; риски со-
вершенно недопуепгмы. Часть выглаживающих зубьев делают из твердого
сплава.
205
204
§ 4. ШЛИЦЕВЫЕ ПРОТЯЖКИ И ПРОТЯЖКИ
ДЛЯ МНОГОГРАННЫХ ОТВЕРСТИЙ
Конструирование шлицевых протяжек для прямоугольных шлицев (рис. 161)
аналогично конструированию круглых протяжек. Существуют шлице-
вые протяжки для винтовых (спиральных) канавок (см. рис. 155,г). Зубья
этих протяжек расположены винтовыми рядами. Междузубые канавки мо-
гут быть как кольцевые, так и винтовые. Винтовые шлицевые протяжки
Рис. 161. КОМБИНИРОВАННАЯ ПРОТЯЖКА
имеют сравнительно небольшое распространение. В зависимости от
формы шлицевых отверстий протяжки изготовляют с эвольвентным про-
филем шлицев (см. рис. 155, ж), с угловыми или елочными шлицами (см.
рис. 155, з). Расчет протяжек с эвольвентной формой шлица или елочными
зубьями не отличается от расчета круглых протяжек.
К протяжкам для многогранных отверстий относятся квадратные, ше-
стигранные, прямоугольные, восьмиугольные и др. В качестве примера на
21. Рекомендуемые значения подъема на зуб н число режущих зубьев при протягивании отверстий
Расстояние между сторо- нами квадрата или шести- гранника, ММ' Подъем на зуб на диаметр, мм Число режущих зубьев
1-я сту- пень 2-я сту- пень 3-я сту- пень 4-я сту- пень 1-я ступень 2-я ступень 3-я ступень 4-я сту- пень
Квадратных
22 0,05 0,08 0,12 0,24 20-21 16-17 17-18 16-17
24 0,05 0,08 0,12 0,24 20-22 18-19 19-20 17-18
27 0,06 0,10 0,16 0,30 22-23 15-16 16-17 18-19
Шестигранных
22 0,06 0,10 0,15 — 10-12 8-9 13-14 —
27 0,06 0,12 0,18 — 11-12 8-9 13-14 —
32 0,06 0,14 0,20 — 13-14 8-9 14-15 —
36 0,07 0,16 0,25 — 12-13 9-10 13-14 —
41 0,07 0,18 0,30 — 14-15 9-10 12 — 13 —
50 0,08 0,20 0,30 — 15-16 10-11 15-16 —
55 0,08 0,20 0,30 — 17-18 10-11 16-17 —
60 0,08 0,20 0,30 — 18-19 11-12 18-19 —
206
рис. 155, к показана протяжка для квадратного отверстия. Особенностью
при конструировании таких протяжек является наличие у них 3 — 4 ступе-
ней по длине с различными подъемами на зуб. В табл. 21 приведены реко-
мендуемая разбивка подъема на зуб и число режущих зубьев по ступеням
при протягивании квадратных и шестигранных отверстий.
§ 5. КОМБИНИРОВАННЫЕ ПРОТЯЖКИ
Комбинированные протяжки предназначены для последовательной одно-
временной обработки шлицевых или зубчатых отверстий. Они имеют две
режущие части, выполненные на одном стержне. Например, комбинирован-
ная протяжка для шлицевых отверстий имеет вначале круглую часть, кото-
рая обрабатывает отверстие по внутреннему диаметру шлицев, за круглой
следует режущая шлицевая часть, которая предназначена для вырезания
шлицевых пазов. Круглая и шлицевая режущие части имеют несколько ка-
либрующих зубьев. Основным преимуществом комбинированной протяж-
ки является повышение производительности, так как две операции совер-
шаются за один проход. К недостатку комбинированных протяжек следует
отнести более сложное изготовление, а следовательно, и более высокую
стоимость протяжки.
Изготовление комбинированной протяжки возможно только для таких
деталей, у которых общий снимаемый припуск невелик. При расчете
длины комбинированной протяжки необходимо учитывать возможности
термической обработки и длину хода станка. Очень длинную протяжку
трудно обрабатывать термически. Длинная протяжка сильно деформирует-
ся также при механической обработке.
§ 6. ШПОНОЧНЫЕ ПРОТЯЖКИ
Шпоночная протяжка (рис. 162) предназначена для прорезки пазов в отвер-
стиях под шпонки. Ширина Ъ протяжки должна обеспечил, получение за-
данной ширины шпоночного паза в отверстии детали. Шпоночные протяж-
ки как чистовой инструмент должны обеспечивать точность шпоночного
паза, так как никаких других методов окончательной обработки шпоноч-
ного паза в отверстии практически не существует.
При работе шпоночной протяжки применяют специальное приспосо-
бление, снабженное гладкой цилиндрической оправкой, на которую наде-
вают протягиваемую заготовку с обработанным ранее отверстием. Паз
в гладкой оправке прошлифован и служит для направления шпоночной
протяжки во время работы и восприятия всех сил, направленных перпенди-
кулярно оси протяжки. Такие шпоночные протяжки для пазов с шириной
от 3 до 50 мм с хвостовиками под кулачковые патроны предусмотрены
в стандартах. Шпоночные протяжки могут быть использованы для более
глубоких пазов с применением прокладки под них, вставляемой в паз при-
способления (при работе в два или более проходов). В этом основное пре-
имущество шпоночных протяжек перед другими типами протяжек, так как
даже сильно изношенной шпоночной протяжкой можно обработать паз
нужной глубины, изменив толщину прокладки (конечно, если ширина Ъ ка-
либрующих зубьев протяжки находится в допустимых пределах).
207
Рис. 162. ШПОНОЧНАЯ ПРОТЯЖКА
§ 7. ПРОТЯЖКИ ДЛЯ НАРУЖНОГО ПРОТЯГИВАНИЯ
Протяжки для наружного протягивания могут работать по различным схе-
мам резания. Первый метод предусматривает, аналогично протяжкам для
внутреннего протягивания, снятие припуска на обработку тонкими слоями
металла, равными по ширине обрабатываемой детали. Второй метод — ме-
тод прогрессивного протягивания состоит в том, что каждый зуб протяж-
ки снимает весь припуск сразу, захватывая небольшую ширину обрабаты-
ваемой поверхности, равную величине подъема на отдельный зуб. Слои,
снимаемые при этом, направлены перпендикулярно обрабатываемой по-
верхности. Существует также третий метод протягивания с генераторной
схемой резания. В этом случае припуск снимается параллельными слоями,
а последний зуб протяжки снимает оставшиеся ступени и зачищает
поверхность.
Наружные протяжки могут быть выполнены как цельными, так
и сборными. Если при конструировании протяжки для отверстия конструк-
тору задан диаметр отверстия и он не может сделать протяжку прочнее,
чем это позволяет размер отверстия, то при конструировании протяжки
для наружной поверхности конструктор может выбрать любые габарит-
ные размеры протяжки и тем самым создать очень прочную сборную про-
тяжку.
Крупные наружные протяжки изготовляют в виде отдельных секций,
укрепленных на специальном приспособлении. На рис. 163 показано не-
сколько типов креплений отдельных секций протяжки па общем приспосо-
блении. Могут быть изготовлены также протяжки с отдельными вставны-
ми зубьями. Все элементы крепления протяжек, состоящих из отдельных
секций, а также и протяжек со вставными зубьями должны быть рассчи-
таны на прочность.
208
Рис. 163. ПРОТЯЖКИ НАРУЖНЫЕ СЕКЦИОН-
НЫЕ:
а — односторонняя цельная быстрорежущая;
б — двусторонняя цельная быст рорежущая;
в — твердосплавная протяжка для пазов
§ 8. ЗАТОЧКА ПРОТЯЖЕК И ПРОШИВОК
Зуб новой протяжки должен быть заточен как ио передней, так и по задней
поверхностям. Для заточки протяжек имецпея специальные станки
с длинным сгоном, позволяющие установи!ь шлифовальный кру! под не-
обходимым утлом к передней поверхности зуба протяжки (рис. 164). При
затачивании плоских наружных протяжек, а также шпоночных протяжек
диаметр шлифовального круга не имеет значения. При заточке круглых
и шлицевых протяжек, а также i ранных протяжек (для квадрата, шести-
гранника и т. д.) диамшр шлифовальною круча и ею форма имеют очень
большое значение. Если радиус шлифовальною круча Лкр будет больше
радиуса кривизны Дпр передней поверхности протяжки, то шлифовальный
209
Рис. 164. СХЕМА ЗАТОЧКИ КРУГЛОЙ ПРО-
ТЯЖКИ ПО ПЕРЕДНЕЙ ПОВЕРХ-
НОСТИ
круг будет срезать своими краями пе-
реднюю поверхность зуба протяжки,
поэтому радиус шлифовального круга
jRKp должен быть меньше радиуса кри-
визны протяжки Кир.
Важно также правильное располо-
жение круга относительно передней по-
. верхности протяжки: необходимо, чтобы
круг соприкасался с ней не торцовой,
а конической поверхностью. На рис. 164
показано правильное расположение та-
рельчатого шлифовального круга отно-
сительно передней поверхности зуба
круглой протяжки. Чтобы шлифоваль-
ный круг не «разваливал» зуб, радиус
круга должен быть меньше, чем радиус
кривизны зуба в сечении А А.
Протяжки перетачивают в основном по передней поверхности и реже —
по задней. Затачивание по задней поверхности зуба можно произво-
дить у круглых и шлицевых протяжек на круглошлифовальном станке,
у шпоночных протяжек — на специальном заточном станке. Положение
круга должно обеспечивать определенный задний угол. Как при заточке
протяжки по передней поверхности, так и, особенно, при заточке по задней
поверхности протяжка не должна иметь большого биения при закреплении
ее в центрах заточного или круглошлифовального станка. Особое внима-
ние при заточке протяжек должно быть обращено на плавность перемеще-
ния стола станка, отсутствие люфта шпинделя, отсутствие забоин на цен-
трах станка и в центровых углублениях протяжки. Должен быть правильно
подобран шлифовальный круг. При заточке протяжек применяют круги
зернистостью 25—16. Твердость круга должна быть СМ1—СМ2. В каче-
стве абразивного материала рекомендуется высший сорт белого электро-
корунда. Связка шлифовальных кругов — керамическая или бакелитовая.
Последняя дает более чистую поверхность и позволяет работать при более
высоких режимах.
Хорошо применять для заточки быстрорежущих протяжек эльборовыс
круги.
После заточки по передней поверхности рекомендуется снять заусенцы
на режущих кромках. Для этой цели можно применять оселок. Для
увеличения стойкости протяжек в последнее время применяют хромирова-
ние режущих зубьев. Протяжки с хромированными режущими зубьями
следует затачивать только по передней поверхности, в противном случае
снимается слой хрома. Твердосплавные протяжки затачивают алмазными
кругами.
210
§ 9. ПРИМЕР РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ
ПРОТЯЖКИ
Задано сконструировать протяжку дая протягивания шлицевой втулки,
профиль которой показан на рис. 165, я. Материал втулки — сталь 40Х, от-
верстие диаметром 34+ °-17 мм обработано круглой протяжкой, число
шлицев 6, длина L= 50 мм. Установочной базой служит торец втулки,
обработанный перпендикулярно оси отверстия. Протягивание производит-
ся на горизонтально-протяжном станке. Твердость втулки НВ 198—200;
длина втулки 50 мм; ширина паза 10 мм.
1. Выбираем генераторную схему резания. Зубья протяжки будут сре-
зать материал тонкими концентрическими слоями шириной, равной шири-
не шлицев.
2. Определяем величину припуска А. подлежащего снятию при протяги-
вании : А = Droas — <7min = 40,05 — 34 = 6,05 мм.
3. Определяем подъем на зуб. По табл. 15 подъем на зуб по диаметру
для сталей при протягивании шлицевых отверстий рекомендуется
0,04 — 0,08 мм; принимаем а = 0,06 мм (для зубьев, расположенных на ре-
жущей части протяжки). Обычно между калибрующими и режущими ча-
стями в конце режущей части делают несколько зачищающих зубьев с по-
степенно убывающим подъемом на зуб. Принимаем в данном случае
число зачищающих зубьев z3 = 4 и распределяем следующим образом подъ-
ем на зуб: первый зачищающий зуб — 0,05 мм, второй зачищающий
зуб — 0,035 мм, третий зачищающий зуб — 0,025 мм, четвертый зачищаю-
щий зуб — 0,015 мм. Все четыре зачищающих зуба снимут слой А3, равный
сумме этих величин.
^4. Определяем профили зуба и впадины. Для этого используем данные
табл. 16. В этой таблице каждой форме впадины соответствует определен-
ная площадь сечения впадины. Необходимо подсчитать площадь продоль-
Рис. 165. ПРОФИЛЬ ДЕТАЛИ («) ПОД ПРОТЯГИВАНИЕ И СХЕМЫ ПРОТЯГИВА-
НИЯ ДВУМЯ ПРОТЯЖКАМИ (о) (припуск At снимают круглой протяжкой
по профильной схеме резания, припуск Л,—шлицевой по генераторной схеме
резания) И ПРОТЯЖКОЙ ПЕРЕМЕННОГО РЕЗАНИЯ (в) (ПРИПУСКИ At и А2)
211
ного сечения стружки, снимаемой одним режущим зубом протяжки: Ft =
= La = 50 0,06 = 3,0 мм2.
Затем, задаваясь объемным коэффициентом стружки к = 6 (для вязкого
металла), рассчитываем площадь впадины F = AF1 =6-3,0= 18 мм2.
Подбираем по табл. 16 ближайшую большую площадь сечения впа-
дины F = 19,3 мм2. Для этой формы впадины (см. рис. 158,6) в табл. 16
приведены следующие элементы профиля: шаг протяжки t = 12 мм; глуби-
на впадины /1 = 4,5 мм; длина задней грани Д = 4,5 мм; радиус дна впа-
дины г = 2,5 мм. Для упрощения изготовления протяжки принимаем одну
и ту же форму впадины как для режущих, так и для калибрующих зубьев.
5. Подбираем задний и передний углы протяжки. Для обработки детали
из стали 40Х передний угол протяжки у = 15°, задний угол т = 2°.
6. Определяем максимальное число одновременно работающих зубьев
протяжки:
^.Л+,.»+1.м4
т. е. одновременно могут работать пять зубьев.
7. Определяем силу протягивания Р. = Plbnazmax кгс, где и — число шли-
цев. Подставив значения, получаем Р_ = 5670 кгс.
8. Рассчитываем протяжку на прочность:
Р„
о =—
F
где площадь опасного сечения может быть принята по впадине первого
зуба:
n(J-2/i)2 3,14(34 — 9)2 лг^ ,
F= —--------= —1----------— = 490,6 мм2,
4
4
5670 , ,
откуда ст = 11,55 кгс/мм . Это вполне допустимо.
9. Выбор хвостовика. Принимаем для данной протяжки хвостовую
часть под быстросменный кулачковый патрон. Выбираем по табл. 19 бли-
жайший подходящий размер хвостовика. Внутренний диаметр предвари-
тельно обработанного отверстия равен 34 мм, поэтому выбираем хвосто-
вик диаметром 32 мм. Площадь опасного сечения такого хвостовика Fx =
= 490 мм2.
10. Расчет хвостовика на разрыв и на смятие. Хвостовик протяжки
в опасном сечении будет работать на разрыв. При площади опасного сече-
ния 490 мм2 напряжение на разрыв составит также 11.5 кгс/мм2. Кольцо
хвостовика будет работать на смятие. Определяем площадь, которая под-
вергается смятию,
Tt(D2 —О2) (322 —252) 2
гем =------.----= 3,14---------= 313,2 мм .
4 4
Определим напряжение на смятие:
Р- 5670 , ,
---=-------=18,1 кгс/мм .
FCM 313.2
212
4
°СМ —
Рис. 167. КОМБИНИРОВАННАЯ ПРОТЯЖКА СО СХЕМОЙ ПЕРЕМЕННОГО РЕЗАНИЯ
ДЛЯ ШЛИЦЕВОГО ОТВЕРСТИЯ
принимаем у них около 0,06 мм (а на последних зубьях даже 0,03 мм).
Круглую часть протяжки, т. е. ее последние зубья выполняем по про-
фильной схеме резания, в данном случае стружкоразделительные канавки
не нужны, так как поверхность внутреннего диаметра будет прерываться
шлицами и зубья становятся круглыми, с подъемом на зуб около 0,02 мм.
Последние калибрующие зубья этой части протяжки выполняют без подъ-
ема на зуб. Можно также принять вариант, при котором последние зубья
протяжки могут быть выполнены гладкими (выглаживающими).
Общая длина протяжки со схемой переменного резания L= 1100 мм.
Общая длина двух протяжек для такого отверстия (круглой — длиной при-
мерно 800 мм и шлицевой — длиной 920 мм) составит более 1720 мм. Та-
ким образом, преимущество протяжек переменного резания состоит в том,
что экономится быстрорежущая сталь и повышается производительность
труда при протягивании (в данном случае почти вдвое). Эти обстоятель-
ства и привели к тому, что большую часть протяжек изготовляют со схе-
мой переменного резання. И, как мы видим из данного примера, на одной
и той же протяжке применены все три основные схемы резания: групповая,
генераторная и профильная.
Аналогично конструируют протяжки и для наружного протягивания,
принимая такие же схемы резания. Более подробно расчет современных
протяжек рассмотрен в работах [12, 15, 20, 22, 26].
ГЛАВА
9
РЕЗЬБОНАРЕЗНОЙ ИНСТРУМЕНТ
§ 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Резьбу получают нарезанием режущим инструментом, изготовленным из
инструментальных, быстрорежущих сталей и твердых сплавов; к нему от-
носятся резьбовые резцы и гребенки, метчики, резьбонарезные плашки, ре-
зьбонарезные самооткрывающмеся головки, резьбовые фрезы и обка-
точные резцы; шлифованием мелкозернистыми резьбошлифовальными
кругами (однониточными и многониточными); накатыванием (метод пла-
стических деформаций) накатными роликами, плоскими накатными плаш-
ками, головками с узкими накатными роликами (с продольным перемеще-
нием головки или заготовки), а также раскатниками (внутренняя резьба).
Резьбу можно получить различными инструментами: многопроходным
нарезанием одно ниточным инструментом (рис. 168, я) —резец стержневой,
призматический или круглый, однониточный шлифовальный круг, одно-
проходным или двухпроходным нарезанием многониточным инструмен-
том (рис. 168,6) — гребенка, круглая плашка, метчик, резьбонарезная голов-
ка, многониточный шлифовальный круг; однопроходным фрезерованием
вращающимся инструментом (рис. 168, в) — резьбовая однониточная фреза,
вихревая головка с твердосплавными резцами; фрезерованием вращаю-
щейся многониточной фрезой, ширина которой больше длины нарезаемой
резьбы (рис. 168,г); накатыванием широкими роликами или плашками (рис.
168, д); однопроходным накатыванием узкими роликами с осевой подачей
(рис. 168,е) и раскатниками (внутренняя резьба); однопроходным обкатыва-
нием обкаточным резцом.
Схему получения резьб различными инструментами часто дополняют
разделением операции нарезания на черновую и чистовую. При черновом
нарезании с большими сечениями среза происходит интенсивное нагрева-
ние заготовки. Поэтому целесообразно производить чистовое нарезание
с меньшими сечениями среза для обеспечения точного шага и профиля ре-
зьбы. Особенно важно делить нарезания на черновое и чистовое при обра-
ботке длинных резьб (например, ходовых винтов).
Нарезание резьбы многониточным инструментом за один или два про-
хода во всех случаях должно приводить к повышению производительности
по сравнению с производительностью при нарезании однониточным ин-
струментом за несколько проходов. Однако этот вывод справедлив только
при одинаковых скоростях резания.
В последние годы широко распространилось высокопроизводительное
216
Рис. 168. СХЕМЫ НЕКОТОРЫХ МЕТОДОВ НАРЕЗАНИЯ РЕЗЬБЫ:
а — многопроходный резцом; б — однопроходный гребенкой или метчиком; в — мно-
гопроходный однониточной фрезой или шлифовальным кругом; г — однопроход-
ный многониточной фрезой или широким шлифовальным кругом; д — накатыва-
ние широкими накатными роликами или плашками; е — накатывание роликами
с продольной подачей
многопроходное нарезание резьбы твердосплавными резцами вместо
однопроходного нарезания самооткрываютцимися головками с быстроре-
жущими гребенками, так как при нарезании твердосплавными резцами
можно использовать высокие скорости резания (до 120—150 м/мин по
сравнению со скоростью до 5 — 8 м/мин при нарезании быстрорежущими
гребенками).
§ 2. РЕЗЬБОВЫЕ РЕЗЦЫ И ГРЕБЕНКИ
Резьбовые резцы служат для нарезания наружной и внутренней резьбы. Их
делят на стержневые однониточные (рис. 169) и гребенчатые; призматиче-
ские однониточные и гребенчатые; круглые (дисковые) также однони-
точные и гребенчатые.
217
Рис. 169. РЕЗЬБОВЫЕ СТЕРЖНЕВЫЕ ОДНОНИТОЧНЫЕ РЕЗЦЫ:
а — с передним углом, равным нулю; б — с передним углом больше нуля; в — с
многогранной пластиной га твердого сплава (силу Р создает прихват)
Представим себе резьбовой резец в работе при нарезании правой резьбы
(рис. 170). Боковая поверхность резьбы является винтовой поверхностью
с шагом Р. Возьмем на одной из режущих кромок точку А (на наружном
диаметре резьбы). В нерабочем положении (см. рис. 169, а) задний угол ах
резца в сечении, нормальном к режущей кромке, одинаков для всех точек
режущей кромки. На рис-170 задний угол ац в точке А показан в сечении,
параллельном оси заготовки. В процессе работы (в том же сечении) дей-
ствительный задний угол а^л определится как разность углов ты — тд
(угол т/| — угол подъема резьбы в точке А). Обычно угол подъема резьбы
при расчетах условно принимают на среднем диаметре и обозначают его
Р
т, тогда tgx = —,—. Таким
Л«Ср
образом, при нарезании пра-
вой резьбы на левой режу-
щей кромке резца действи-
тельный задний угол умень-
шается на величину Тд, а на
правой кромке (точка В) уве-
личивается на ту же вели-
чину.
Задние углы режущих кро-
мок резца в нормальном
сечении в процессе резания
могут быть подсчитаны по
следующим формулам: для
левой режущей кромки (см.
Рис. 170. СХЕМА ПОСТРОЕНИЯ
ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫХ
ЗАДНИХ УГЛОВ ад ПРИ
РАБОТЕ РЕЗЬБОВОГО
РЕЗЦА
218
длине режущей кромки, можно опреде-
РИС. 171. СПОСОБЫ УСТАНОВ-
КИ РЕЗЦА ПРИ НАРЕ-
ЗАНИИ ТРАПЕЦЕИ-
ДАЛЬНОЙ РЕЗЬБЫ
рис. 169 сечение Б — Б) зад-
ний угол адл = «1 — ц; для
правой режущей кромки (см.
рис. 169 сечение А — А) адп =
а2 + Р- Угол ц в этих се-
чениях при допущении, что
угол т одинаков по всей
лить приближенно по формуле
tg ц = tg т cos Е,
где е — половина угла профиля резьбы.
Для треугольных резьб с углом профиля 2е = 554-60° и углом подъема
т = 3 4- 4° влияние угла р не учитывают и делают резцы с одинаковыми
углами оц и а2. Для мпогозаходной и трапецеидальной резьб угол ц полу-
чается уже большой, и его надо учитывать при назначении задних углов
резца.
Передний угол у резьбового резца в зависимости от обрабатываемого
материала может быть принят аналогично переднему углу фасонных ре-
зцов (см. гл. 4).
Профиль резца при переднем угле больше нуля (см. рис. 169,6) можно
рассчитывать по формулам для расчета профиля фасонного призматиче-
ского резца. При переднем угле у > 0 профиль резьбы при нарезании пря-
молинейной кромкой резца не будет прямолинейным, но этим обычно нич-
тожным по величине отклонением в практике пренебрегают или делают
чистовые резцы с углом у = 0.
Значения углов еп и ел (см. рис. 169, я) 'определяют по формулам
tgEn = cos\|/tgE + tg т sin\|/;
tgE.1 = COS\|/tgE - tgrsini)/.
Угол ф при таком расчете определяют по формуле
. . ^вн .
sin ф = -у— sin у.
"ср
При нарезании трапецеидальной резьбы установка передней поверхно-
сти резца параллельно оси (рис. 171, я) дает возможность получить точный
профиль резьбы винта. Угол профиля резьбы (при у = 0) получается такой
же, как и угол профиля резца. Однако ухудшение условий резания на
кромке с отрицательным передним углом — yt (при очень большом угле
подъема т резьбы и ослаблении кромки с углом + у2) заставляет приме-
нять этот способ только при чистовом нарезании с небольшими сечениями
стружки.
Установка передней поверхности резца перпендикулярно витку резьбы
(рис. 171,6) при черновом нарезании позволяет уравнять условия резания
на обеих сторонах профиля. Но для обеспечения точного прямолинейного
профиля резьбы необходимо придать режущей кромке резца криволиней-
ную точно рассчитанную форму.
219
Рис. 172. СХЕМА ТОЧЕНИЯ РЕЗЬБЫ ЧЕРНОВЫМ И ЧИСТОВЫМ РЕЗЦАМИ
Рис. 173, ПРИЗМАТИЧЕСКИЙ РЕЗЬБОВОЙ РЕЗЕЦ В ДЕРЖАВКЕ
Заслуживают внимания предложения по улучшению конструкций резь-
бовых резцов и методов резьбонарезания. Черновой резец (рис. 172) для
нарезания трапецеидальной резьбы имеет общий угол профиля 50° и угол-
ки его закруглены; передний угол у = 0, задний угол а = 2-5-3° (для повы-
шения прочности резца). Чистовой резец имеет угол профиля, равный углу
профиля окончательно нарезанной резьбы (в данном случае 40°). При
обработке стали со скоростью резания 155 — 450 м/мин резцами такой кон-
струкции, оснащенными твердым сплавом Т15К6, время на обработку по
отдельным деталям сократилось с 3 ч до 3 мин.
Призматический резьбовой резец (рис. 173) закрепляют в специальную
державку, часто пружинную. Задний угол резца получают, наклоняя резец
в державке. Передний угол у принимают в зависимости от обрабатывае-
мого материала чаще всего у = 0, чтобы точнее был угол профиля резьбы.
Призматические резцы можно применять только при небольших углах
подъема резьбы, так как у этих резцов нельзя делать разные задние углы
ид и а2 на боковых сторонах профиля.
Значительно чаще применяют круглые резьбовые резцы. Изготовление
круглого резца проще призматического, профиль его может быть прошли-
фован па резьбошлифовальном станке. Круглые резцы для наружной ре-
зьбы выполняют обычно насадными. Резец устанавливают на державке,
для предохранения резца от проворачивания делают зубцы па одном или
обоих торцах или отверстие (см. гл. 4).
Для получения заднего угла а = 10ч-12 центр резца устанавливают вы-
ше центра детали на величину hp — R sin ot, где R — наружный радиус резца
равный D/2.
У чистовых резьбовых резцов передний угол у = 0 (для уменьшения ис-
кажения профиля резьбы). Однако круглый резец не дает точного прямо-
линейного профиля даже при переднем угле у = 0. Для расчета профиля
220
Рис. 174. РЕЗЬБОВЫЕ ГРЕБЕНКИ
круглого резьбовою резца можно использовать способ расчета фасонных
круглых резцов по точкам.
Многониточные резцы называют гребенками. Гребенки бывают плоские
(стержневые) (рис. 174, л) призматические (рис. 174,6) и круглые с кольцевой
или винтовой нарезкой (рис. 174, в). Режущую (заборную) часть гребенки
срезают под углом <р, образуя заборный конус. Благодаря этому нагрузка
распределяется между двумя или тремя зубьями гребенки, что позволяет
значительно уменьшить число проходов при нарезании. Калибрующая
часть (длиной 4 — 6 витков) предназначена для зачистки резьбы.
Стержневые и призматические гребенки изготовляю! редко; широко
распространены круглые гребенки, которые имеют несколько кольцевых
пли винтовых витков. Гребенки с кольцевыми витками несложны в изгото-
влении, но их можно применять только в тех случаях, когда резьба на де-
тали имев! небольшой угол подъема г. Резьбовые круглые гребенки, у ко-
торых витки расположены по винтовой линии, можно применять- и при
больших углах т.
При нарезании внутренней резьбы направление резьбы гребенки дол-
жно совпадать с направлением резьбы детали. При нарезании наружной
резьбы направление резьбы гребенки должно быть обратным направлению
резьбы дётали (для правой резьбы — гребенка с левой резьбой).
У I ребенок, предназначенных для нарезания внутренней резьбы, диа-
метр гребенки должен быть меньше диаметра нарезаемой резьбы (иначе
невозможно будет ввести гребенку в отверстие), а шаг резьбы одинаков:
поэтому при нарезании внутренних резьб угол подъема резьбы гребенки
всегда будет больше угла подъема т нарезаемой резьбы. При нарезании
наружной резьбы для сохранения угла подъема г следует делать резьбу
у гребенки миогозаходной. В этом случае диаметр i рсбенки должен быть
больше диаметра резьбы в п раз:
Пер = rfcpn>
где £>ср — средний диаметр гребенки: </ср — средний диаметр резьбы дета-
ли; п — число заходов резьбы гребенки (целое число).
Возьмем, например, двухзаходную винтовую гребенку для левой ре-
зьбы с передним углом у = 0 (рис. 175). Для получения заднего угла а пере-
дняя поверхность гребенки, как и у круглого дискового резца, опущена па
величину /»р. Представим себе винтовую гребенку в виде короткого вин га
с шагом Р. В сечении ab i ребенка должна иметь профиль, в точности по-
падающий с профилем резьбы детали в плоскости Б — Б, но резьба дол-
221
А-А
Рис. 175. СХЕМА ПРИБЛИЖЕННОГО РАСЧЕТА ПРОФИЛЯ КРУГЛОГО РЕЗЬБОВОГО
РЕЗЦА С ВИНТОВОЙ НАРЕЗКОЙ
жна быть правая. Глубина профиля резьбы Гр взята теоретическая до за-
острения впадины и вершины. Стороны профиля гребенки в сечении А — А
будут иметь разные углы. Левая сторона профиля будет иметь угол е.!,
, 1" -2"
tg^= —------,
rp
правая сторона профиля — угол е„, tg Еп = —--.
fp
Высоту профиля tp можно определить по формулам, выведенным в гл.
4. Для определения отрезков 1" — 2" и 2" — 3" необходимо построить вин-
товые линии из точек Г, 2' и 3'. Эти винтовые линии можно заменить
прямыми, проведенными под соответствующими углами подъема (при не-
больших углах подъема и малой величине /;р такое допущение не датi
222
большой ошибки). В этом случае отрезок 1" — 2" и отрезок 2" — 3" рав-
ны: I" — 2“=~+ /iptgxj - /iptgT0; 2" — 3" =y~ /!р1ёт1 + ^ptgx°,
где X! — угол подъема по теоретическим вершинам резьбы; х0 — угол подъ-
ема по теоретическим впадинам резьбы.
Преобразуя и подставляя в формулы для г.л и еп полученные зависимо-
сти, запишем:
—+/ip(tgx1-tgx0)
tg е;=-----------------;
fp
Р
—-/lp(tgXj -tgx0)
tg Еп =----------------.
fP
По этим приближенным формулам можно определить корректиро-
ванные углы профиля винтовой гребенки. Кроме искажений углов наблю-
дается криволинейность профиля, которая не имеет серьезного значения
при небольших углах х и небольших высотах tp.
§ 3. НАРЕЗАНИЕ РЕЗЬБЫ МЕТЧИКАМИ
Метчиком нарезают внутреннюю резьбу. Он представляет собой винт,
снабженный продольными прямыми или винтовыми канавками, образую-
щими режущие кромки. Работает метчик при двух одновременных движе-
ниях: вращательном (метчика ггли заготовки) и поступательном (вдоль оси
метчика). Метчики можно подразделить на ручные, гаечные, машинные,
плашечные, калибровочные, регулируемые и самооткрывающиеся, а также
бесканавочные для раскатки резьбы.
Рабочая часть (рис. 176), т. е. вся нарезанная часть метчика, разделена
на заборную и калибрующую. Заборной, или режущей частью, называют
переднюю конусную часть метчика, на долю которой приходится черновое
нарезание резьбы. Калибрующая часть метчика служит для зачистки резь-
бы. Хвостовая часть метчика представляет собой стержень для закрепле-
ния метчика в патроне или воротке; квадрат служит для передачи крутя-
шего момента, могут, быть и другие конструкции хвостовой части.
К элементам, определяющим конструкцию метчика, относятся канавки
для размещения стружки, режущие перья, сердцевина (внутренняя часть те-
ла метчика). К геометрическим элементам относятся передний угол у, за-
дний угол а, угол наклона конуса заборной части или угол режущей части
<Р и угол наклона винтовых канавок и (на рис. 176 канавки прямые, парал-
лельные оси, и угол со = 0).
В зависимости от рода обрабатываемого материала передний угол у =
= 54-30°. У метчиков, предназначенных для обработки стали средней твер-
дости, у = 10°, для обработки чугуна у = 5°. Задний угол а на заборной ча-
сти метчика получают затылованием резьбы только по вершинам.
У ручных нешлифованных метчиков а = 44-8°, а у гаечных метчиков со
шлифованной резьбой а = 84-12°. На калибрующей части и боковых сто-
223
Рабочая часть
Хбостобая часть
Рис. 176. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ МЕТЧИКА
ронах пера задний угол чаще равен нулю, и лишь у метчиков со шлифо-
ванной резьбой его получают затылованием на резьбошлифовальном
станке; величина затылования незначительная (0,02 — 0,03 мм по ширине пе-
ра), однако и это приводит к резкому уменьшению трения и облегчению
работы.
Для уменьшения трения резьбовую часть метчика изготовляют с так
называемым обратным конусом, т. е. наружный и внутренний диаметры
резьбы уменьшаются к хвостовику метчика на 100 мм длины на 0.05 — 0.10
мм для метчиков со шлифованным профилем, а также для метчиков, резь-
бы которых образованы накатыванием; на 0,08—0,12 мм для метчиков
с нешлифованным профилем. Это уменьшение дает угол <рР
При обработке особо вязких и прочных материалов (жаропрочных
и коррозионно-стойких сталей и сплавов, малоуглеродистых вязких сталей
и т. д.) необходимо стремиться уменьшить площадь соприкоснования ре-
зьбы метчика с обрабатываемой заготовкой. Это достигается увеличением
обратной конусности метчика до 0,2 мм, а также уменьшением ширины пе-
ра. Меньшее трение дает и метчик с прерывистой резьбой; у такого метчи-
ка на калибрующей части срезают зуб через один в шахматном порядке,
поэтому они сложнее в изготовлении.
Метчики изготовляют в основном с прямыми и реже с винтовыми ка-
навками. Направлением винтовых канавок можно регулировать направле-
ние схода стружки. На рис. 177 показаны метчики с различным направле-
нием винтовых канавок. При направлении канавок так, как показано на
рис. 177, п, стружка сходит вперед, что целесообразно при нарезании резь-
бы в сквозных отверстиях. При обратном же направлении канавок (рис.
177,6) стружка сходит назад, что применимо при нарезании резьбы в глу-
224
П)
Рис. 177. ВЛИЯНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ВИНТОВЫХ КАНАВОК НА НАПРАВЛЕНИЕ
СХОДА СТРУ ЖКИ ПРИ НАРЕЗАНИИ РЕЗЬБЫ МЕТЧИКОМ
Рис. 178. СХЕМА РЕЗАНИЯ МЕТЧИКОМ
хих отверстиях. У метчика с прямой канавкой можно заставить стружку
также- идти вперед (в отверстие); это достигается заточкой скоса под углом
со (рис. 177, в) на длине заборной части.
При нарезании резьбы вручную всю работу распределяют между двумя
или тремя метчиками (применяют комплект метчиков). Полный профиль
резьбы имеет только чистовой метчик. Черновой и средний метчики
имеют меньшие наружные диаметры. Различна и длина заборной части каж-
дого метчика: у чернового метчика она наибольшая (4Р), у чистового —
наименьшая (1,5—2)Р. Наиболее распространенным является такое рас-
пределение работы, при котором 50 —60% приходится на черновой метчик,
28 — 30% на средний и 16—10% на чистовой. Материалом для изготовления
метчиков служит быстрорежущая и инструментальная углеродистая сталь.
Толщину среза а, приходящуюся на каждый зуб-резец, определяют ис-
ходя из глубины t профиля резьбы и из числа к зубьев — резцов на забор-
ной части метчика.
На рис. 178 перекрестной штриховкой показана часть впадины резьбы,
которая обработана за один (первый) оборот метчика: а — толщина среза,
снимаемая каждым пером (для 'простоты принято измерять а в направле-
нии, перпендикулярном к оси метчика); Ц — длина заборной части.
„ , /1 Pt Р
В свою очередь 1:=- ; тогда а =------— tgcp.
Р zlt Z
а
Отношение — = ст служит характеристикой конструкции метчика. При
шлифованной резьбе у гаечных метчиков ст = 0,012—0,02; у плашечных
ст = 0,03-0,04; у машинно-ручных ст = 0,06-0,1 кгс/см2.
Ширина среза b для остроугольной и трапециевидной резьбы — величи-
8 Г. А. Алексеев и др. 225
на переменная. Площадь поперечного сечения среза, приходящаяся на
каждый зуб, f = ab. Суммарная площадь поперечного сечения среза для
треугольной резьбы
2
где В — ширина основания профиля резьбы, мм; t ~ глубина профиля ре-
зьбы, мм.
При большом числе канавок метчик снимает тонкие стружки, при этом
возрастают сила резания и крутящий момент. Вместе с тем при увеличе-
нии числа канавок получается более чистая резьба. Обычно принимают
число канавок, указанное в табл. 22.
22. Число канавок метчика
Метчик Число канавок в зависимости от наружного диаметра (мм) метчика, шт.
2-6 8 — 14 16-24 27-36 39-52
Ручной, гаечный, машинный: для метрической или дюймовой резьбы 3 3 3-4 4 4-6
-для трубной резьбы — 3-4 6 6 6
Кали брово чн ы й 3 4 6 6 6-8
Если метчиком нарезают резьбу в отверстии, в котором имеются выем-
ки или пазы (примером может служить нарезание резьбы плашки пла-
шечным метчиком), то число канавок надо брать некратным числу этих
пазов, так как в -противном случае перья метчика могут заскакивать
в пазы.
Для производительной работы метчика необходимо, чтобы профиль
канавок обеспечивал достаточное пространство Для помещения стружки
(не ослабляя прочности метчика) и чтобы при вывертывании метчика
задняя поверхность зуба не портила резьбу.
Наиболее распространенные профили канавок показаны на рис. 179.
Тип а (рис. 179, а) — канавка обработана полукруглой фрезой (профиль
однорадиусный). При вывертывании метчика задняя сторона пера может
срезать стружку и испортить резьбу. Применяются в исключительных слу-
чаях — для ручных калибровочных метчиков. При этом внешний угол т]
задней поверхности должен быть близок к 90°. Тип б (рис. 179,6) профиль
канавки, в котором устранены недостатки типа а, можно рекомендовать
для гаечных метчиков, которые не приходится вывинчивать обратно из на-
резанного отверстия. Лучшим следует считать профиль типа в (рис. 179, в),
применяемый инструментальными заводами. Передняя поверхность пря-
молинейная, обеспечивается в достаточной степени постоянство переднего
угла на калибрующей и на заборной частях. Общий угол профиля канавки
принимают равным 46—47°, передний угол у = 4-?-10°, ширину /? пера
и диаметр сердцевины d принимают в пределах (по данным завода «Фре
зер»): для грехканавочных метчиков b» 0,34</о; d = 0,44d0; для четырехкана-
вочных метчиков Ь х 0,28 d0; d х 0,5 d0, где d — наружный диаметр метчика.
Этот профиль можно рекомендовать как для ручных, так и для гаечных
метчиков.
226
Рис. 179. ПРОФИЛИ КАНАВОК МЕТЧИКОВ
В настоящее время в. связи с переходом на стандарты, в которых уч-
тены рекомендации международных стандартов (ИСО) и рекомендации
стандартов СЭВ, деление метчиков по точности резьбы изменилось. Ранее
по старому ГОСТ 3446 — 64 все метчики изготовляли четырех степеней
точности С, D, Е, Н (в большинстве книг описаны именно такие метчики).
Первые две степени С, Д — для метчиков со шлифованной резьбой; вторые
Е, Н — для метчиков с нешлифованной — накатанной или нарезанной
резьбой.
Степени точности резьбы метчиков по ГОСТ 16925 — 71, обозначают
в порядке возрастания величины допусков буквами и цифрами: Hl; 112;
НЗ; Н4; G1 и G2. Первые степени точности предусматривают резьбы без
зазоров (с посадками скольжения), степени точности G1 и G2 предусматри-
вают получение метчиками резьбы с зазорами; это важно при подготовке
детали с резьбой под антикоррозионное покрытие (цинкование, никелиро-
вание и т. д.). В табл. 23 дано примерное назначение степени точност и мет-
чиков для получения резьб определенной точности.
Таким образом, внедрение нового стандарта потребует изменения раз-
меров резьбовых инструментов — метчиков (и плашек). Однако обеспечи-
вается свинчиваемость резьбы, изготовленной по новому и по старому
стандарту.
Поля допусков на средний, наружный и внутренний диаметры метчика
показаны на рис. 180. Погрешность
среднего диаметра метчика зависит от
погрешности шага, угла профиля и
самого среднего диаметра. Нарезан-
ная метчиком резьба всегда будет
иметь средний диаметр больше, чем
средний диаметр метчика, так как про-
исходит разбивка отверстия. Поэтому
отклонение среднего диаметра уста-
навливают с учетом разбивки и запаса
на износ. Верхнее отклонение сред-
него диаметра метчика лежит ниже
верхнего отклонения ЛВ гайки на
величину разбивки. Нижнее откло-
нение метчика должно быть выше
23. Назначение точности резьбы в зависи-
мости от степени точности метчика
Точность внут- ренней резьбы по ГОСТ 16925-71 — — Степень точ- ности метчика С I с £ резьбы по ГОСТ 3445-64
4Н, 5Н 5Н, 6Н 6Н 6Н, 7Н 6G 6G, 7G Н1 Н2 НЗ Н4 G1 G2 1 2 2а 3
8*
227
Рнс. 180. СХЕМА РАСПОЛОЖЕНИЯ ПО-
ЛЕЙ ДОПУСКОВ НА ГАЙКУ
И МЕТЧИК
нижнего отклонения 00 гайки на
величину запаса на износ. Поле до-
пуска по среднему диаметру мет-
чика устанавливают в зависимости
от степени точности.
Верхнее отклонение наружного
диаметра в гайке не устанавли-
вают. В стандарте верхнее и ниж-
нее отклонения наружного диамет-
ра метчика приняты в таких пре-
делах, чтобы ширина площадки ио
наружному диаметру метчика была
равна примерно 60% ширины пло-
щадки теоретического профиля, бо-
лее узкая площадка ослабит вер-
шину зуба.
Допуски на внутренний диаметр
метчика не устанавливают, необходимо только, чтобы верхнее откло-
нение внутреннего диаметра было не выше наименьшего внутреннего
диаметра гайки. Поля допуска гайки заштрихованы одинарной штри-
ховкой, поля допуска метчика — перекрестной.
§ 4. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ РАЗЛИЧНЫХ
МЕТЧИКОВ
Ручные метчики изготовляют из углеродистой стали У12А с накатной резь-
бой. Для резьбы с шагом до 3 мм включительно метчики изготовляют
комплектом из 2 шт., для резьбы с шагом свыше 3 мм — комплектом из
3 шт.
У бесканавочных (правильнее называть такие метчики метчиками с ко-
роткими канавками, так как действительно бесканавочными являются мет-
чики-раскатники) метчиков режущие перья образуют короткие канавки,
прорезанные у переднего конца метчика (рис. 181). Эти метчики дают чи-
стую резьбу, особенно при нарезании резьбы в мягких материалах (стали,
цветных и легких металлах) и обеспечивают хороший отвод стружки
в сквозном отверстии.
Машинно-ручные метчики отличаются от ручных формой хвостовой ча-
сти, а также повышенными требованиями в отношении допусков на диа-
метр хвостовика, соосности его с резьбовой частью и стойкости рабочей
части. Машинно-ручные метчики изготовляют как одинарными, так и ком-
плектными (из 2 шт). Метчик имеет квадратный хвостовик. На хвостовике
имеется также кольцевая выточка, которая необходима для предохранения
метчика от выпадания из патрона.
Метчики, предназначенные для нарезания резьбы в глухих отверстиях,
имеют короткую заборную часть (три шага резьбы). Метчики, предназна-
ченные для нарезания резьбы в сквозных отверстиях, делают с более длин-
228
РИС. 181. МЕТЧИКИ:
а — с короткой канавкой
(бесканавочный); б — с рас-
положением зубьев в шах-
матном порядке
а)
Сечение В (ведущий зуд)
Рис. 182. СХЕМЫ УСОВЕРШЕНСТВОВА-
НИЯ МЕТЧИКОВ:
а — метчик-протяжка конструкции
Б. Ф. Данилова; б - метчик с
бочкообразными зубьями на ка-
либрующей части для точных
резьб
ной заборной частью (до шести шагов резьбы). Машинно-ручные метчики
изготовляют из быстрорежущих сталей Р6М5, Р12, Р18.
При нарезании трапецеидальной резьбы приходится снимать большой
слой материала, поэтому необходимо для уменьшения нагрузки увеличи-
вать число метчиков в комплекте до 5 шт. и более.
Для нарезания гаек с длинной резьбой при сравнительно малом ее диа-
метре, а также гаек с многозаходной трапецеидальной, ленточной или ме-
трической резьбой токарем-новатором Б. Ф. Даниловым был разработан
новый инструмент метчик-протяжка (рис. 182, а). Он имеет хвостовик 1,
расположенный перед режущей частью 2, которая выполнена в виде кони-
ческой резьбы (каждый последующий зуб имеет определенный подъем, как
у протяжки). Калибрующая часть 3 расположена в конце режущей части.
На рабочей части прорезаны винтовые стружечные канавки, направление
которых противоположно направлению витков резьбы. Такой метчик ра-
ботает на кручение и растяжение и может быть изготовлен достаточно
длинным для нарезания за один проход трапецеидальных резьб.
Калибровочные метчики снимают небольшой припуск, поэтому забор-
ную часть метчика делают короткой (от одного до двух шагов резьбы);
форма канавок обычно симметричная, угловая или полукруглая; число ка-
навок больше, чем у обычного метчика. Длина рабочей части метчика со-
ставляет около 15 — 20 витков резьбы. Такие метчики применяют для кали-
бровки резьбы после фрезерования. Исследования по нарезанию точных
резьб машинными метчиками показали, что для увеличения надежности
базирования зубьев метчика в витках резьбы необходимо исключить кон-
такт острых кромок метчика (его калибрующей части) с обрабатываемой
резьбой. Этим требованиям отвечает метчик, имеющий бочкообразные
зубья на калибрующей части (рис. 182,6), в результате чего обеспечивается
нарезание резьб 1-го класса и тугих, так как даже небольшое скручивание
самого метчика в работе не приводит к увеличению диаметра резьбы за
счет острых углов.
Гаечные метчики. Гаечные метчики разделяют на гаечные простые с ко-
ротким и длинным хвостовиком и гаечные с изогнутым хвостовиком. Хво-
стовик гаечных метчиков желательно делать возможно длиннее, так как
нарезанные метчиком гайки од-
ну за другой нанизывают па
хвостовик. Станок останавли-
вают для снятия гаек только
после заполнения ими всего хво-
стовика; чем длиннее хвостовик,
гем реже придется останавли-
вать станок.
На специальных гайконарез-
ных автоматах применяют гаеч-
ные метчики с изогнутым хво-
стовиком (рис. 183). Этот метчик
Рис. 183. ГАЕЧНЫЙ МЕТЧИК С ИЗО-
ГНУТЫМ хвостовиком
ДЛЯ РАБОТЫ НА ГАЙКО-
НАРЕЗНОМ АВТОМАТЕ
230
не требует периодического снятия гаек с хвостовика метчика, так как
последние непрерывно продвигаются „о хвостовику. Для передачи крутящего
момента хвостовик изогнут.
Внутренние резьбы накатывают бескапавочными бесстружечпыми мет-
чиками — накатниками (иногда их называют раскатниками). Такой метчик
(ГОСТ 18839- 73) (рис. 184) напоминает граненый карандаш, так как
имеет трехгранное или четырехгранное сечение; при вращении он накаты-
вает в предварительно подготовленном отверстии резьбу. Диаметр отвер-
стия определяют обычно с учетом деформации при процессе накатывания
резьбы; для пластических материалов диаметр отверстия часто прини-
мают равным d — 0,6 ]/Р, где d — наружный диаметр резьбы; Р — шаг ре-
зьбы. В основном, диаметр отверстия можно считать примерно близким
к среднему диаметру резьбы. Внутренние резьбы можно накатывать толь-
ко на деталях из пластических материалов: легких металлов и сплавов,
медных и латунных сплавов, а также мягких сталей с ств до 50 кгс/мм2.
Скорость накатывания часто превышает скорость нарезания, достигая
30 м/мин. Бесстружечные метчики должны иметь коническую заходную
(заборную) часть, на которой должны быть прошлифованы полные витки
резьбы, в то время как у режущих метчиков витки резьбы заборной части
прошлифованы только по наружному диаметру (см. рис. 178) и имеют не-
полную резьбу. Для накатывания сквозных отверстий длина заходной ча-
сти /j (см. рис. 184) равна обычно 4 — 6 шагам резьбы; при накатывании ре-
зьбы в глухих отверстиях можно эту длину уменьшить и довести до двух
шагов резьбы, однако такой накатник работает тяжелее при большем кру-
тящем моменте. В качестве материала для накатника применяют сталь
15Х5ВФ или Р6М5. Резьбы крупных диаметров (от 80 мм и выше) можно
накатывать сборными накатниками, имеющими накатные ролики с кольце-
вой резьбой по типу головок для накатки наружной резьбы.
Метчики для конических резьб. При нарезании конических резьб мет-
чик, благодаря конусу резьбы ввертываясь в гайку, режет не только забор-
231
ной, по и калибрующей частью, и всегда есть опасность защемления мет-
чика, особенно в конце нарезания. Этот недостаток может быть полностью
устранен только при сборном метчике, гребенки которого должны переме-
щаться при нарезании вдоль образующей конической резьбы. Однако не-
возможность изготовления сборного метчика для резьб диаметром мень-
ше 30. мм заставляет использовать цельные конические метчики. Их
применяют как при ручной работе, так и на станке со специальным патро-
ном, который при увеличении крутящего момента выше нормального ав-
томатически выключается.
• Твердосплавные метчики. В последнее время широкое применение
находят жаропрочные, коррозионно-стойкие стали, титановые и другие
сплавы, цветные металлы, закаленные высокопрочные стали и т. д.
Метчики из быстрорежущей стали дают по этим материалам очень
низкую стойкость, а в отдельных случаях совсем не пригодны для
нарезания резьбы в указанных материалах, поэтому начали применять
твердый сплав для метчиков. Создание алмазных профильных кругов по-
зволило вести работу по алмазному шлифованию резьбы метчиков из
твердого сплава. Опыты показали, что стойкость метчиков из твердых
сплавов выше в 10 — 20 раз по сравнению со стойкостью метчиков из бы-
строрежущих сталей. Для метчиков применяют твердые сплавы ВК6М,
ВК8М, ВК10М, которые из-за хорошей мелкозернистой структуры обла-
дают высокой прочностью и стойкостью.
Метчики Ml — Мб (рис. 185) изготовляют монолитными из цилиндри-
ческих твердосплавных стержней. Для метчиков М8 — М10 исходными слу-
жат пластифицированные заготовки рабочей части, впаиваемые в хвосто-
вик из углеродистой стали. Метчики с резьбой М12 и выше изготовляют
с припаянными пластинами из твердого сплава.
Сборные метчики делают трех типов: 1) сборные нерегулируемые, в ко-
торых для экономии из быстрорежущей стали выполняют только перья,
закрепляемые в корпусе метчика, 2) регулируемые, в корпус которых вста- ,
влены передвижные плашки-перья, устанавливаемые- на заданный размер ;
резьбы; необходимость вывинчивания метчика из отверстия при нарезании ;
резьбы в глухих отверстиях — недостаток сборного нерегулируемого и ре-
гулируемого метчиков; этот недостаток устранен у самооткрывающихся
метчиков, поэтому их в основном и выпускают; 3) самооткрывающийся
(рис. 186), который предназначен для нарезания конической резьбы в му-
фтах. Он состоит из патрона А и головки Б. В патроне размещен меха-
низм для открывания и закрывания метчика. Для каждого размера резьбы
имеется сменная головка Б, в пазы которой вставляют плашки. Скользя-
щая муфта 2 кольцом 3 упирается в торец нарезаемой детали. Корпус па-
трона 1, соединенный с головкой Б, при нарезании резьбы продолжает
движение внутрь муфты. Поперечный клин 4, входящий в паз корпуса па-
трона, одним концом скользит по направляющей 5 и благодаря наклону
этой направляющей перемещается в поперечном направлении; своим ско-
сом он двигает влево сердечник 6, соединенный винтом 7 с крестовиной 8,
и медленно сводит плашки 9. Движение поперечного клина строго согласо-
вано с конусностью нарезаемой резьбы. После нарезания сердечник 6 со-
скакивает с выступа поперечного клина 4 и под действием пружин 10 бы-
стро перемещается влево вместе с крестовиной; плашки сразу сходятся
232
Рис. 185. ТВЕРДОСПЛАВНЫЕ МЕТЧИКИ:
а — монолитный; б — с напайными твердосплавными пластинами
к центру, и патрон может быть извлечен из нарезанного отверстия. После
нарезания плашки вновь разводят рукояткой 11. Для крупных муфт диаме-
тром 4 дюйма и более применяют патроны, плашки которых выполнены
в виде круглых гребенок. Такие патроны выпускает Московский инстру-
ментальный завод. Гребенки обеспечивают значительно больший срок
службы, так как их можно много раз перетачивать. Имеется много кон-
струкций самооткрывающихся метчиков-патронов и для цилиндрических
резьб, например патроны конструкции Д. 3. Краснопольского и
Л. Д. Будницкого, выпускаемые заводом «Фрезер» для нарезания метри-
ческих и трубных резьб больших диаметров (более 30 мм).
Заточка метчиков. Для заточки по передней поверхности метчик 1 за-
крепляют в центрах (рис. 187, а) и подводят'к тарельчатому или дисковому
кругу 2. Для обеспечения переднего угла необходимо расположить торцо-
вую плоскость круга по отношению к центрам со смещением h =~~ sin у,
где d0 — наружный диаметр метчика; у — передний угол.
233
Рис. 186. САМООТКРЫВАЮЩИЙСЯ (МЕТЧИК) ПАТРОН ЗАВОДА «ФРЕЗЕР» ДЛЯ НА-
РЕЗАНИЯ КОНИЧЕСКИХ ВНУТРЕННИХ РЕЗЬБ
Рис. 187. СХЕМЫ ЗАТОЧКИ МЕТЧИКОВ:
а - по передней поверхности; б - по задней поверхности заборного конуса (по
затылку)
Затачивание по заборной части производят па специальных станках или
приспособлениях. Метчик устанавливают в центрах (рис. 187,6); ква-
дратный хвостовик метчика закрепляют в специальном поводковом патро-
не. При вращении шпинделя с закрепленным в центрах метчиком вращает-
ся затыловочный кулачок, который приближает шпиндель вместе с задней
бабкой к широкому шлифовальному кругу. Ширина круга больше длины
заборной части метчика. Каждое перо метчика сошлифовывается по архи-
медовой спирали. Существуют приспособления для универсально-заточно-
го пли круглошлифовальных станков, на которых можно затачивать мет-
чики по заборной части. У сборных метчиков режущие плашки и гребенки
затачивают в разобранном виде в специальных приспособлениях.
§ 5. СИЛЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ РЕЗЬБОНАРЕЗАНИИ
МЕТЧИКАМИ
Конструктору важно знать момент от сил сопротивления резанию М
(рис. 188), который должен быть преодолен крутящим моментом станка. По
мере входа метчика в отверстие заготовки момент сил будет постепенно воз-
растать (участок АВ) и, если длина отверстия больше длины заборной ча-
сти метчика, останется затем величиной постоянной (участок ВС на рис.
188,6). По мере выхода метчика из отверстия момент будет уменьшаться
по кривой CD. Если же длина заборной части /t метчика больше длины
I (глубины) отверстия (/А > /), то после достижения наибольшего значения
(точка В) момент будет постепенно уменьшаться (участок ВС на рис.
188, а); после подхода к отверстию калибрующей части метчика момент на-
чнет резко уменьшаться (по кривой CD). Из-за трения на калибрующей ча-
сти метчика момент в точке D может не быть равным нулю.
Применение смазывающе-охлаждаюших жидкостей при резьбонареза-
нии облегчает процесс стружкообразования, т. е. уменьшает суммарный
момент М, так как уменьшает трение, износ метчика, повышает его стой-
кость и улучшает качество обработанной поверхности. При работе метчи-
235
Рис. 188. ИЗМЕНЕНИЕ МОМЕНТА СИЛ
М ПРИ НАРЕЗАНИИ РЕЗЬБЫ
В ОТВЕРСТИИ:
а — длина заборной части Ц боль-
ше глубины отверстия I (нарезание
гайки); б — длина заборной части
/, меньше глубины отверстия I
(нарезание резьбы в сквозном или
I пухом отверстии)
Рис. 189. ХАРАКТЕР ИЗНОСА МЕТЧИКА
ком применяют в основном сульфофрезол и эмульсии (при нарезании ре-
зьбы в стальных заготовках), керосин (при нарезании резьбы в заготовках
из серого чугуна) и эмульсии (при нарезании резьбы в заготовках из ковко-
го чугуна).
При работе гаечными метчиками (когда It >I) А. А. Рождественским
рекомендована следующая формула для подсчета момента:
М =.CMdl’2Ss°-9 tg <p°-65z0’2/0-85 кгс-мм.
При нарезании метрической резьбы в заготовках из углеродистой стали
10 и 20 принимают См = 31, из стали 35 и 45 — См = 24.
При нарезании метрической резьбы машинными метчиками (/j < /)
#2531’7520’2
М = См---------7Г5--кгс ’ ММ.
tg ф°’2
При нарезании машинными метчиками резьбы в заготовках из стали 10
и 20 принимают См = 20, из стали 35 — 45 — См =15.
Формулы даны для остро заточенных метчиков со шлифованным про-
филем резьбы с передним углом у = 10°, с применением смазывающе-охла-
ждающей жидкости (сульфофрезол или эмульсия). Для метчиков с нешли-
фованным профилем резьбы моменты будут больше в 1,25 раза, а для за-
тупленных метчиков — в 1,5 раза и больше.
Зная величину момента М, можно при данном числе оборотов опреде-
лить и мощность, затрачиваемую на резание.
Метчики изнашиваются по задней поверхности зубьев заборной части
(рис. 189). За критерий износа принимается технологический критерий. Для
машинных метчиков при нарезании ими резьбы в стальных заготовках до-
пустимая величина износа h3 = 0,125do мм; в чугунных заготовках /i3 =
236
= 0,07do мм. Для гаечных метчиков допустимая величина износа /?3 =
= 0,05 d0 мм. Средний период стойкости для машинных метчиков 60—90 мин,
гаечных 120—150 мин.
§ 6. ПЛАШКИ РЕЗЬБОНАРЕЗНЫЕ КРУГЛЫЕ
Плашка во внутренней полости имеет нарезку и при навинчивании на де-
таль нарезает наружную резьбу, обычно за один проход. Работа плашки
совершенно аналогична работе метчика, только в отличие от последнего
плашка нарезает не внутреннюю, а наружную резьбу. Наибольшее распро-
странение получили круглые плашки.
Части и конструктивные элементы круглой плашки (рис. 190). Процесс
резания плашкой обеспечивается наличием следующих элементов: передне-
го угла у; режущих перьев плашки (ширина пера В, ширина просвета /Ц);
стружечные отверстия; длина заборной части Ц и угол заборного конуса
<р; ширина плашки /?; число перьев г; величина затылования К заборной
части, и задний угол а. Размеры получаемой резьбы зависят от диаметра
резьбы плашки (наружного, внутреннего и среднего), угла профиля и шага
резьбы Р плашки. Закрепление плашки на станке или в воротке обеспечи-
вают: наружный диаметр плашки D, величина перемычки е, паз для. раз-
жимного винта, гнезда для крепежных винтов, гнезда для регулировочных
винтов.
Круглые плашки применяют для нарезания резьбы и для калибрования
(зачистки) предварительно обработанной резьбы. Нарезание резьбы сопро-
вождается отделением, значительного количества стружки, и стружечные
отверстия должны быть большими, чтобы стружка не забивалась в них.
При калибровании резьбы круглой плашкой снимают небольшой слой ме-
Рис. 190. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КРУГЛОЙ ПЛАШКИ
237
24. Значения диаметра D плашки, в зависимости от диаметра резьбы </(|, мм
D 4. D 4> D
1-2,0 12 16-22 45 62-76 120
2,2-3 16 24-27 55 78-90 135
3,5-6 20 28-39 65 95-100 150
7-9 25 40-45 75 105-120 170
10-12- 30 48-52 90 125-135 200
14-16 38 55-60 105
талла, и поэтому нет никаких оснований делать диаметр стружечных от-
верстий большим. Силы при калибровании резьбы небольшие, и такая
плашка может быть менее прочной.
Обычно в стандартах для определенного диаметра и шага резьбы дают
наружный диаметр D плашки, а также ее ширину /1. В табл. 24 приведены
диаметры плашек в зависимости от диаметра резьбы. При конструирова-
нии калибровочных плашек нельзя пользоваться этой таблицей, так как со-
отношение между диаметрами резьбы и плашки иное.
Важным исходным элементом для расчета круглой плашки является
передний угол у. Этот угол у круглой плашки измеряют в .плоскости, пер-
пендикулярной к оси. Если взять передний угол yjy плашки в сечении Л'ЛГ,
перпендикулярном к образующей заборного конуса, то tgyw = tgycostp.
В зависимости от обрабатываемого материала можно рекомендовать
следующие значения угла у: для
твердых материалов 10 — 12°; для
материалов средней твердости 15 —
20°, для мягких материалов 20—25°.
Для стандартных плашек прини-
мают среднее значение переднего
угла у= 154-20°.
Две формы передней поверхно-
сти показаны на рис. 191. Криво-
линейиая форма передней поверх-
ности плашки образована поверх-
ностью просверленного стружеч-
ного отверстия и затем заточена
шлифовальным кругом. Для обра-
зования передней поверхности пря-
молинейной формы необходимо
после сверления сгруженного от-
верстия удалить перемычку (на ри-
сунке заштрихована) напильником
или фрезой.
Рис. 191, СХЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИА-
. МЕТРОВ d И £>! У КРУГЛЫХ
ПЛАШЕК:
а — с криволинейной передней по-
верхностью ^заточенной кругом
радиусом RK; б — с прямолиней-
ной передней поверхностью
238
В точках, лежащих у внутреннего диаметра резьбы, передний угол у =
= 15 20°; в точках, расположенных.на наружном диаметре резьбы, перед-
ний угол уменьшается, причем это уменьшение более резко у плашки
с криволинейной передней поверхностью. При определении числа стру-
жечных отверстий следует помнить, что при определенном угле ср заборно-
го конуса толщина среза а зависит от числа стружечных отверстий для
плашки или числа канавок для метчика (см. рис. 178). Число стружечных
отверстий зависит от диаметра резьбы плашек:
Диаметр резьбы, мм ... 1 —5 5,5 — 16 18 — 27 30—33 36—48 52—64
Число о 1 веретий, z .... 3 4 5 6 7 8
Зная число стружечных отверстий, можно определить ширину пера В
и ширину просвета ЯР Они связаны между собой, так как в сумме обра-
зуют зуб и канавку для выхода стружки: В = (0,6ч-0,8) НР В практике кон-
струирования плашек диаметр стружечных отверстий и диаметр их распо-
ложения чаще всего определяют графическим путем. Вычерчивают плашку
в масштабе и, задаваясь наружным диаметром D, углом у, шириной про-
света Hj, внутренним диаметром резьбы </, и число-м отверстий z, опреде-
ляют d и Di.
Для решения этой задачи аналитическим путем необходимо выбрать
форму передней поверхности. На рис. 191, а показана плашка с криволи-
нейной формой передней поверхности. Из треугольника АОВ, определим
2Н2 Н2
угол со: sin со = - - -- —.
2с/! </t
d
Угол ACBi будет равен (5 - со). Из треугольника ACBt — —
Н2 Н2 dy sin со
=------------или d - —— -------= —— --------.
2 sin (о — со) sin (5 — со) sm (5 — со)
Предварительную расчетную ширину просвета Н2 и расчетный угол у,
следует брать с учетом снимаемого (при заточке) слоя. Рекомендуется
принимать этот слой от 0,2 (при диаметре резьбы до 6 —8 мм) до 0,4 мм
(при диаметре резьб 10—20 мм).
В этой формуле угол 8 = 90' — у^ Из треугольника OCBt видно, что
= СО, но СО = АО + СА; АО - -„'-cosco; С А = --cos (8 - со).
2 2 2
После подстановки значения d получим
т;-. с?! sin со c/j . , .
С А = ——--------—cos (8 — со) = —-sin со etg (о - со),
2 sin (8 — со) 2
затем определим
D, — _ d, d,
= .40 + С А = — cos со + —- sin со etg (8 — со) =
= -у- [cos со 4- sin со etg (8 —.со)].
239
Рис. 192. ВЛИЯНИЕ УГЛА?. НА НАПРАВЛЕ-
НИЕ СХОДА СТРУЖКИ
Полученные значения d и Dt
следует проверить, подсчитав тол-
17 Dt d
щипу перемычки е = —----- — —.
Для сохранения прочности
плашки необходимо, чтобы величи-
на с была не меньше (0,15 —
0,12) D для плашек с тремя —
пятью стружечными отверстиями
и не меньше (0,1 — 0,09) D для пла-
шек с шестью — восемью отверсти-
ями.
У плашек с прямолинейной пе-
редней поверхностью (см. рис.
191,6) диаметры d и рассчи-
тывают по формулам (по Г. И. Гра-
новскому):
— Sin® + xsin(® + y)
« 2 Dt d, d
=----------------------; —— = —— cos ® + x cos (® + v) 4— sin (® + v),
2 cos (® + y) 2 2 2
где x = (l,2-rl,5)P, P — шаг резьбы.
Длина заборной части плашки (см. рис. 190) lt = (t + ajctgcp, где
/t — длина заборной части плашки; t — высота резьбы; at принимают обы-
чно 0,15—0,4 мм.
У стандартных плашек угол <р = 20°. Для нарезания резьбы в твердом
материале рекомендуется угол <р уменьшить до 15°. Обычно у плашек де-
лают заборный конус с обеих сторон, тогда общая высота плашки Н =
= 2Zt + 12- Длину 12 калибрующей части обычно принимают от трех до ше-
сти шагов резьбы.
На заборной части плашки обязательно должен быть предусмотрен
задний угол. Для этой цели заборную часть плашки затылуют на спе-
циальных станках. Задний угол а плашки измеряют в плоскости, перпенди-
кулярной к оси плашки. Для расчетов принимают a = 6°.
nd.
Величина затылования К = —— tg a.
z
На направление схода стружки оказывает влияние угол 7. наклона режу-
щей кромки, к оси. При 7.^0 стружка остается в отверстии, при 7. >0
плашка направляет стружку вперед. Для этого необходима дополнитель-
ная обработка стружечных отверстий.
Круглую плашку вставляют в гнездо плашкодержателя или воротка.
Гнезда с углом 60' (см. рис. 190) служат для закрепления плашки в ворот-
ке. Два других гнезда с углом 90°, в которые упираются регулировочные
винты, смещают с оси на величину С для того, чтобы винты могли сжать
240
плашку. Между последними гнездами профрезерован паз шириной Ъ.
Можно узким шлифовальным кругом разрезать тонкую перемычку et.
разрезанная плашка допускает в небольших пределах регулировку диаме-
тра нарезаемой резьбы. Закрепление плашки на станке должно быть не-
жестким; для этого пдашки устанавливают в качающемся плашкодержате-
ле; неточности установки и несовпадение осей плашки и детали не
оказывают влияния на точность резьбы, так как плашка может устано-
виться во время нарезания точно по оси нарезаемого болта. Обычно в чер-
теже плашки нет допусков на резьбу, но проставлены размеры метчиков,
которыми нарезают резьбу плашки.
Ниже приведены рекомендуемые размеры метчиков для плашек из ста-
ли 9ХС и ХВСГ, при изготовлении плашек из ст али другой марки необхо-
димо корректировать размеры резьбы метчиков, учитывая неизбежные де-
формации резьбы и перьев плашек при термообработке. Поле допуска
резьбы плашки, а также поле допуска резьбы метчика должно лежать вну-
три поля допуска на болт. Принимают болт 2-го класса точности ис-
ходным для расчета, допусков; по ISO это 6Н,6д.
Схема расположения полей допусков на наружный, средний и внутрен-
ний диаметры нарезаемого болта и метчика, необходимого для получения
круглой плашки, приведена на рис. 193. Поля допусков рассчитаны в зави-
симости от шага резьбы: А = к]/Р мкм, где к — постоянный коэффициент;
Р — шаг, мм. Если допуск А = 335 ]/Р, то при шаге резьбы Р = 1 мм дрпуск
А = 335 |/Г = 335 мкм. Допуск на отверстие круглой плашки под нарезание
резьбы принимают равным 1,4А3, для метрических и дюймовых резьб и
А3 — для трубной резьбы. Эти допуски приведены по старому стандарту.
Стандарт СЭВ 145—75 предусматривает систему допусков и посадок, со-
впадающую с ISO. Допуск на половину угла профиля резьбы в зависимо-
сти от шага резьбы приведен ниже.
Шаг резьбы Р, мм 0,35 0,5 0,75 1,0 1,25 1,5. 1,75 2,0 2,5 3,0
Допуск на половину
угла профиля, мин + 55 + 35 +27 +27 +20 ±20' +17 +15 ±14 +14
Допуск на шаг у метчиков устанавливают для всех шагов резьбы ±
+ 0,01 мм на 10 витков резьбы.
Круглые плашки описанной конструкции имеют много недостатков, по-
этому необходимо улучшать их конструкцию. Плашки с косо просвер-
ленными отверстиями направляют стружку вперед, облегчая ее отвод
и тем самым улучшая условия резания. Шестигранные плашки удобны при
монтажных работах, так как они позволяют нарезать резьбу с примене-
нием гаечного ключа.
Для нарезания крупных резьб вручную в несколько проходов нужны
специальные раздвижные плашки, к которым относятся плашки для сле-
сарных клуппов, плашки для трубных клуппов и регулируемые плашки.
Такие плашки позволяют в процессе нарезания резьбы путем их регулиро-
вания изменять диаметр нарезаемой резьбы и, дают возможность произво-
дить нарезание в несколько проходов. При обработке наружной резьбы на
станках все большее применение получают резьбонарезные головки
и накатка.
241
Плашка
Рис. 193. СХЕМА РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОЛЕЙ ДОПУСКОВ БОЛТА И ПЛАШКИ
Направление вращения
Рис. 194. СХЕМЫ ЗАТОЧКИ КРУГЛЫХ ПЛАШЕК:
а — по передней поверхности; б — по задней поверхности заборного конуса
Круглые плашки затачивают по передней поверхности перьев и по за-
тылочной поверхности заборной части плашки. Для заточки плашек по
передней поверхности (ряс. 194, а) завод «Фрезер» выпускает специальные
станки. Вертикальный шпиндель с закрепленным в нем маленьким шлифо-
вальным кругом вращается в шариковых подшипниках и делает до 15 000
об/мин. Плашку 1 устанавливают на столике 2 и вручную прижимают
к кругу. Шлифовальный крут, который получает от ручного рычага прямо-
линейное возвратно-поступательное движение вверх и вниз вдоль осп
шпинделя круга, вводят в отверстие плашки.
Схема заточки плашки по задней поверхности на специальном станке
завода «Фрезер» показана на рис. 194, б. Плашку зажимают в цанговый па-
трон, и она при вращении шпинделя станка совершает вместе с патроном
затыловочные движения благодаря сменному кулачку, число выступов ко-
торого соответствует числу перьев затылуемой плашки, а форма высту-
пов — форме кривой затылования. На суппорте станка укреплен шпиндель
с небольшим шлифовальным крутом, который подводится к плашке и за-
тылует заднюю поверхность заборного конуса с установленной величиной
затылования К, утлом конуса <р и задним утлом а.
§ 7. РЕЗЬБОНАРЕЗНЫЕ ГОЛОВКИ
Резьбонарезные головки можно разделить на две основные группы: само-
открывающиеся и регулируемые.
Особенностью самооткрывающихся головок является развод гребенок
(плашек) после нарезания резьбы, что исключает необходимость обратного
свинчивания головки с нарезанной детали, повышает производительность
станка при нарезании резьбы.
Резьбонарезные регулируемые головки обеспечивают только установку
и закрепление гребенок, а также регулирование их. Открывания головки
и отвода гребенок по окончании нарезания они не обеспечивают. Распро-
. страдание получили головки первой группы (самооткрываюгциеся).
В зависимости от расположения и конструкции гребенок существуют
три Tima самооткрывающихся головок.
Головки с плоскими радиальными гребенками (рис. 195, а) несколько про-
ще в изготовлении,, но плашки к таким головкам допускают небольшое
число переточек.
Головки с тангенциальными гребенками (рис. 195,6) благодаря большой
длине плашек допускают большое число переточек (заштрихованная часть
плашки — слой, предназначенный для переточки), но все чаще эти головки
заменяют головками с круглыми гребенками (рис. 195, с), допускающими
значительно большее число возможных переточек. Рассмотрим наиболее
рациональную конструкцию головок с круглыми гребенками.
Резьбонарезные самооткрывающиеся головки с круглыми гребенками из-
готовляют по стандарту трех типов: невращающиеся — для нарезания
резьб па револьверных и токарных станках, вращающиеся — для нарезания
резьб на автоматах, сверлильных и болторезных станках, невращающие-
ся—к автоматам 1124, 1136.
В зависимости от размеров нарезаемых резьб головки обозначаются
номерами IK — 5К.
243
Рис. 196. РЕЗЬБОНАРЕЗНАЯ НЕВРАЩАЮЩАЯСЯ ГОЛОВКА С КРУГЛЫМИ ГРЕ-
БЕНКАМИ
У резьбонарезной головки с круглыми гребенками (рис. 196) невращаю-
щегося типа четыре круглых гребенки 1 с кольцевой резьбой, укрепленные
винтами 2 на специальных кулачках 3, сближаются к центру или разводят-
ся нажимным кольцом 4. Поступательное движение кольца вдоль оси го-
ловки дает возможность благодаря уступу у кулачков 3 сводить-их к цен-
тру и разводить в конце, нарезания резьбы. Поворот кольца (стрелки С)
позволяет точно регулировать диаметр нарезаемого болта площадками,
скошенными под углом' ф.
На рис. 196 головка изображена в закрытом положении, плашки све-
дены, и головка движется вместе с суппортом. Как только суппорт остано-
вится, вместе с ним остановится и хвостовик 5. Плашкодержатель 6 при
этом продолжает движение вперед (на величину зазора Д), сжимая пружины
7 кольцом 8, привернутым винтами 9, нажимное кольцо 4 остановится, так
как упирается в выступ А па хвостовике; при этом происходит «вытягива-
ние» плашкодержателя из кольца 4. Как только плашкодержатель вместе
с кулачками выйдет на величину /, кулачки 3, раздвигаясь под действием
пружин 10, нажимающих на штифты 11 и шпильки 12, своими скосами
В отбросят нажимное кольцо назад (вправо), и головка раскроется. Для за-
крытия головки необходимо рукоятку 13, на которую нажимает пружина
14, повернуть и возвратить кольцо 4 в первоначальное положение. Кольцо
4 заставит кулачки, скользящие по скосам В, сойтись к центру. Режущие
гребенки 1 установлены на кулачках 3. Для того чтобы зафиксировать
определенное положение гребенки на кулачке, она садится на цилиндриче-
ский выступ (пуговку) кулачка. Между кулачком и гребенкой установлена
двухвенцовая звездочка 15, имеющая зубья на двух разных диаметрах. Од-
ним зубчатым венцом звездочка входит в кулачок, а другим — в гребенку.
Звездочка имеет неодинаковое число зубьев на обоих венцах; венец, за-
кладываемый в кулачок, имеет число зубьев на один меньше, чем венец,
закладываемый в гребенку.
Если повернуть звездочку относительно кулачка на один зуб вл.ево, то'
общий поворот плашки относительно кулачка (для головки 2К) М=—~
Z
1 1 1 20-19 1
20 ==^80~= 380
Размеры кулачков и гребенок для резьб нельзя выбирать произвольно,
так как каждая резьба имеет определенный диаметр и шаг, а следователь-
но, и угол подъема т. Размеры кулачка 1 (рис. 197) зависят в основном от
расстояния С от центра пуговки до опорной поверхности кулачка и от
угла Tj наклона опорной поверхности под гребенку (должен быть равен
углу подъема резьбы т или отличаться от него не более чем на 3—4 мин).
Размеры гребенки 2 зависят от наружного диаметра D резьбы и шага
резьбы Р; Эти гребенки представляют собой круглые резцы, снабженные
кольцевой резьбой. Поскольку при расположении гребенок в головке необ-
ходимо, чгобы резьба соседних гребенок располагалась со смещением,
равным шагу, деленному на число гребенок, то каждая из гребенок в ком-
плекте должна иметь определенное расположение резьбы относительно
опорного торца (размер /J. Угол подъема резьбы обеспечивают установ-
245
кой гребенки на наклонную плоскость кулачка. Наружный диаметр гребен-
ки должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить необходимую
прочность гребенки, но он не должен превышать определенной величины,
чтобы при раскрытой головке диаметр гребенки не выходил за общий диа-
метр головки Йгол, а при сведенных плашках между плашками оставался
бы достаточный зазор Др Диаметр гребенки
D = H1-2C-dr1 + 2m,
где /Д — внутренний диаметр нажимного кольца головки; С — размер ку-
лачка от центра путовкп до центральной точки опорной поверхности;
dt — внутренний диаметр резьбы детали; m — постоянная величина, завися-'
щая от размера головки.
Полученный по этой формуле диаметр D должен удовлетворять
неравенству 2 (D + А) + гД < Ргол,
где к — ход кулачка при раскрывании головки.
Полученный диаметр D должен обеспечить достаточный зазор плашка-
ми в сведенном состоянии, т. е. должен удовлетворять неравенству
|/2 + К + Д^, где Я — минимальный радиус закругления
срезанной части плашки; Дх — минимальный зазор.
246
Длину гребенки I выбирают с таким расчетом, чтобы длина калибрую-
щей /2 и заборной /j частей вместе составляли не менее семи-восьми шагов
резьбы. Угол <р заборной части гребенки принимают равным 20°.
Следует различать передний угол у в торцовой плоскости и передний
угол у# в плоскости, перпендикулярной к образующей режущей
части:
tg '/Д’ = tg у cos ср - tg (тх + у) sin ср,
где Т1 — угол наклона опорной плоскости кулачка; у — угол наклона перед-
ней поверхности гребенки к оси резьбы.
Задний угол а обеспечивают расположением центра гребенки выше цен-
тра заготовки на величину h (для головок. 1К и 2К h = 1,5 мм). Задний угол
2(Л —а)
а сечения В — В может быть определен по формуле sm а =------&—, где
а — смещение вершины режущей части гребенки.
Гребенки для лучшего отвода стружки и обеспечения работы самозатя-
гиванием имеют наклон передней поверхности к оси под углом X. При
установке гребенки на кулачок к углу X прибавляют угол т1 и получают
угол Хх = ту + X.
Значения углов у, Х2 и смещение а приведены в табл. 25.
25. Значение углов у, град, и смещения а, мм, (по данным завода «Фрезер»)
Обрабатываемый материал 7 Величина а при диаметре D резьбы в мм
До 8. 8-10 11-14 16-20 22—27 30-42
Алюминий, твердая медь, малоуглеро- дистая конструк- ционная сталь 25 7 0,03' 0,08 0,10 0,15 0,2 0,25
Хромоникелевая, молибденовая, хро- мованадиевая ста- ли 20 6,5 0,01 0,05 0,07 0,12 0,17 0,21
Чугун Мягкое железо 10 20 6,5 0,1 0,12 0,14 0,20 0,25 0,30
Гребенки по передней поверхности можно затачивать только собранны-
ми с кулачками. Для установки кулачков вместе с гребенками на заточной
станок предусмотрено специальное приспособление, .в котором гребенку
затачивают закрепленной па кулачке.
Необходимо, чтобы углы у и Xi и смещение вершины а были одина-
ковы у всех гребенок. Для проверки правильности заточки гребенок приме-
няют контрольное приспособление (рис. 198), которое имеет два микроме-
тра: микрометр 1 упирается в наружный диаметр гребенки 3, а микрометр
2 — в переднюю поверхность. Измерять нужно на уровне первого витка ка-
либрующей части. Кроме описанных получили распространение головки
с круглыми гребенками (патроны) для нарезания наружных конических
резьб на трубах большого диаметра. Нашли также применение резьбона-
резные головки с тангенциальными гребенками на болторезных станках.
247
Рис. 198. ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗАТОЧКИ КРУГЛЫХ ГРЕБЕНОК;
СОБРАННЫХ С КУЛАЧКАМИ
§ 8. РЕЗЬБОНАРЕЗНЫЕ ФРЕЗЫ
Фрезы делят на дисковые (или однониточные) и цилиндрические гребен-
чатые (многониточныс). Дисковые резьбовые фрезы применяют при наре-
зании длинных резьб (в основном трапецеидального профиля) па раз-
личных ходовых винтах и червяках. Фрезерование применяют только как
предварительный метод обработки резьб ходовых винтов. Чистовое наре-
зание резьбы обычно производят резцом или профильным шлифовальным
кругом.
Применение фрез с симметричным (рис. 199, я) и с несимметричным
(рис. 199,6) профилем вызвано конструкцией резьбофрезерного станка.
Диаметр фрезы 1 с симметричным или несимметричным профилем
Вл2(йи + (min + ФппО-
У фрезы с симметричным профилем размер amin необходим для разме-
щения в шпиндельной головке подшипников 2 шпинделя и передающего
механизма. В конструкции станка для фрез с несимметричным профилем
благодаря наклону шпинделя появляется возможность при тех же разме-
рах подшипников уменьшить amin, а следовательно, и диаметр фрез.
Профиль фрезы должен быть криволинейный. При небольших углах
подъема резьбы (меньше 10°) обычно делают фрезы с прямолинейных!
профилем, но с корректированным утлом ех профиля. Угол профиля опре-
деляют по формуле
tg ех = tg е cos т,
где т — угол подъема резьбы па среднем диаметре; е — угол профиля ре-
зьбы детали.
Дисковые резьбовые фрезы для трапецеидальных резьб делают с ост-
роконечными зубьями; они производительнее фрез' с затылованными
зубьями.
248
/
Рис. 200. СХЕМА ФРЕЗЕРОВА-
НИЯ РЕЗЬБЫ М1Ю-
ГОНИТОЧНЫМИ
(ГРЕБЕНЧАТЫМИ)
РЕЗЬБОВЫМИ ФРЕ-
ЗАМИ:
а — цилиндрической;
б — конической
Рис. 199. СХЕМА РАСЧЕТА ДИАМЕТРА ФРЕЗЫ:
а — ось шпинделя станка параллельна оси детали; б — ось шпинделя станка на-
клонена к оси детали.
При фрезеровании остроугольных резьб небольшой длины с неболь-
шим шагом и небольшим углом подъема резьбы применяют гребенчатые
(многониточные) резьбовые фрезы. Процесс фрезерования резьбы происхо-
дит за один оборот заготовки, причем для образования винтовой линии
резьбы фреза перемещается За это время вдоль оси на один шаг. Резьбо-
вые гребенчатые фрезы изготовляют насадными и концевыми. На рис. 200, а
показана насадная гребенчатая фреза с затылованными зубьями
И кольцевой резьбой. Канавки фрез делают прямыми и винтовыми с не-
. большим углом наклона. Фрезы с винтовыми канавками работают более
плавно, но изготовление их сложнее.
Длина фрезы (в стандарте не задана) зависит от длины нарезаемой
Резьбы детали: ,£ф _ + (2+3)Р,
где Р —шаг резьбы, мм.
249
Рис. 201. СХЕМЫ РА-
БОТЫ ВРА-
ЩАЮЩЕЙСЯ
РЕЗЦОВОЙ
ГОЛОВКИ
ПРИ НАРЕЗА-
НИИ ВНУТ-
РЕННЕЙ (с) И
НАРУЖНОЙ
(б) РЕЗЬБЫ
Элементы затылованного зуба н канавки выбирают исходя из тех же
соображений, что и для обычных затылованных фрез. Так как высота про-
филя метрической и дюймовой резьбы незначительна, то можно брать ка-
навку более широкую, чем обычно. Угол канавки 0 делают в пределах
30—45°; радиус закругления г = 4,5 мм. Величину затылования К выби-
рают из расчета получения заднего угла в пределах 8 —12°. Размеры про-
филя фрезы определяют по заданному профилю резьбы.
Вершина резьбы на фрезе изнашивается быстрее боковых сторон про-
филя, поэтому по вершинам дается запас па износ. Но с увеличением этого
запаса уменьшается площадка вершины резьбы, затрудняется изготовле7
ние фрезы и снижается ее стойкость. Минимальную площадку 5 прини-
мают равной 3/4 площадки теоретического профиля резьбы. Для удоб-
ства контроля размеры- профиля резьбы задают от линии среднего
диаметра.
Резьбовые гребенчатые фрезы применяют также и для фрезерования
конических резьб (рис. 200,6). Отличительными особенностями конструк-
ции таких фрез являются винтовые канавки постоянного шага, выпол-
ненные на конической поверхности фрезы. Канавки приходится делать рас-
ширяющимися по направлению к большему диаметру фрезы.
При нарезании резьбы фреза вращается, и за каждый оборот детали
она перемещается на один шаг по направлению образующей конуса (на
рис. 200, б показано стрелкой). Получающаяся на детали коническая резь-
ба будет иметь переменный угол подъема; эти резьбы широко распростра-
нены для замков бурильных труб в нефтяной промышленности.
Разновидностью фрезерования резьбы можно считать способ скорост-
ного (вихревого) нарезания резьбы специальной вращающейся резцовой
головкой с твердосплавными режущими элементами. На суппорт станка
устанавливают головку с твердосплавными резцами (рис. 201), вращающи-
мися от специального электродвигателя с большой (до 500 м/мин) окруж-
ной скоростью. Центр вращения резьбовой, головки не совпадает с цен-
тром вращения заготовки, которую крепят в центрах станка, заготовка
вращается с малым числом оборотов. За время одного оборота заготовки
резцы обрабатывают- заготовку на длине, равной шагу Р резьбы.
Вращающимися головками нарезают неточные треугольные, трапецеи-
дальные и прямоугольные резьбы. При обработке точных резьб после на-
250
резания головкой необходимо калибрование другим резьбовым инстру-
ментом (например, чистовым резьбовым резцом). Резец во вращающейся
головке, применяемой для нарезания метрической резьбы, оснащен пласти-
ной твердого сплава Т15К6. Передний угол у = 0,6°, задний угол по верши-
не ав = 8° (на боковых режущих кромках угол а до 6°).
§ 9. ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ НАКАТЫВАНИЯ РЕЗЬБЫ
При накатывании процесс формирования резьбы происходит без снятия
стружки: резьба плашки или ролика вдавливается в металл, благодаря че-
му наружные слои металла деформируются и принимают форму резьбы.
Процесс накатывания таким образом представляет собой процесс пласти-
ческих деформаций, поэтому накатные плашки и ролики по принципу их
действия нельзя отнести к режущим инструментам. При накатывании во-
локна деформируются (рис. 202), но не перерезаются, поэтому прочность
накатанных деталей несколько выше, чем прочность нарезанных деталей
(на 20 — 40°;'), кроме того, при накатывании можно экономить материал за
счет меньшего диаметра заготовки и исключения снятия стружки. При на-
катывании резьб возрастает производительность, поэтому накатывание ре-
зьбы становится сейчас основным процессом получения резьбы, особенно
наружной.
В зависимости от конструкции инструмента существует несколько спо-
собов накатывания резьбы: плоскими накатными плашками (рис. 203, о);
накатными роликами (рис. 203,6); головками с роликами (рис. 203,в); роли-
ками и секторными накатными плашками (рис. 203, г) и другие разновид-
ности процесса (см. [17]).
При накатывании резьбы плашками одну из них укрепляют в неподвиж-
ном гнезде станка, другая движется вместе с ползуном станка (рис. 203, а).
На рабочих сторонах плашек нанесены под углом подъема резьбы резь-
бовые нитки, которые для образования резьбы болта смещены на полови-
ну шага резьбы у подвижной плашки относительно неподвижной. В про-
цессе работы возникают радиальная сила Рд, стремящаяся раздвинуть
плашки, и касательная сила Рт, преодолеваемая механизмом станка. Вели-
чины этих сил различны и зависят от шага и профиля накатываемой ре-
зьбы, а также от свойств обрабатываемого материала.
Основными частями плашек являются (рис. 204) заборная, калибрую-
щая и выходная. Конструктивные элементы плашки: длина подвижной
плашки Е„, длина неподвижной плашки £нп, угол подъема нитки т; длина
заборной части длина выходной чаши /2, глубина захвата а, ширина
плашки В, высота плашки Н, профиль резьбы.
Рис. 202. РАСПОЛОЖЕНИЕ ВОЛОКОН У НАКАТАННОГО (о) И У НАРЕЗАННОГО
(>) БОЛТОВ
251
Рис. 203. СХЕМЫ НАКАТЫВАНИЯ
Заборная Калибрующая Выходная
часть часть часть
Рис. 204. НАКАТНАЯ ПЛОСКАЯ ПЛАШКА
Тип Л
Длина L плаш ки зависит в основном от размеров гнезда в станке. Су-
ществуют выработанные практикой минимальные длины плашек в зависи-
мости от среднего диаметра нарезаемой резьбы. Длина подвижной плашки
Ln = кДср, где kt — коэффициент, равный 18—22; dcp — средний диаметр на-
катываемой резьбы. Длина неподвижной плашки LHn = k2dcp, где k2 — коэф-
фициент, равный 16 — 20.
252
Из формул следует, что длина подвижной плашки несколько больше
длины неподвижной плашки. Это делают для освобождения накатанной
детали в конце хода плашки, этим же устраняется возможное затягивание
детали при обратном ходе станка.
При накатывании резьбы важно, чтобы угол т подъема нитки у обеих
плашек в комплекте был одинаков и в точности соответствовал углу т,
подъема накатываемой резьбы. Угол т определяют, как обычно, по форму-
р
ле tg т =---, где Р — шаг резьбы, мм; den — средний диаметр резьбы, мм.
л<?ср
Допускаемые отклонения от расчетного угла т нс должны превы-
шать + Г.
Заборная часть шашки служит для профилирования резьбы на детали
путем постепенного вдавливания резьбы плашки в материал заготовки;
интенсивность процесса вдавливания резьбы плашки в материал зависит
от длины /,'заборной части плашки. Чем короче заборная часть, тем бы-
стрее должен происходить процесс вдавливания резьбы плашки в мате-
риал. Часто заборную часть делают только па неподвижной плашке. Чем
длиннее заборная часть плашки, тем более благоприятные условия со-
здаются для получения точного среднего диаметра резьбы. Обычно при
накатывании плашками с короткой заборной частью появляется эллиптич-
ность.
Ширина плашки В зависит от длины резьбовой части детали и должна
быть, согласована с размером гнезда (под плашку) на станке. Если на
одном и том же станке приходится накатывать длинные резьбы с крупным
шагом и короткие резьбы с мелким шагом, то ширина плашки должна
быть выбрана из расчета накатывания длинной резьбы с крупным шагом;
для короткой резьбы с мелким шагом для облегчения обработки резьбо-
вой части плашки последнюю следует выполнять с уменьшенной шири-
ной Вр
При определении толщины Н плашки необходимо учитывать не только
прочность плашки, но и запас на ее восстановление путем отжига и по-
вторного фрезерования и шлифования резьбовой части. Практически при-
меняют H = (7-?4)rf0 для резьб диаметром: от 3,5 до 6 мм; Н = (3-ъ2)</0
для резьб диаметром от 14 до 24 мм; где d0 — наружный диаметр резьбы.
Накатывание резьбы роликами производят на специальных накатных
станках, имеющих параллельные оси. Ролики вращаются в одну сторону
и постепенно сближаются. Резьба, нанесенная на наружной поверхности
роликов, под действием радиальных сил вдавливается в заготовку. В про-
цессе накатывания заготовка, помещенная между роликами, поддерживает-
ся специальным упором (см рис. 203,6). Есть и другие схемы накатывания.
У накатных роликов время вдавливания зависит от окружной скорости
вращения роликов и скорости их сближения. Тот и другой факторы легко
поддаются регулировке, благодаря чему, подобрав соответствующие ре-
жимы, можно накатывать резьбу даже на твердых малопластичных мате-
риалах, например на быстрорежущей стали. Изготовление роликов на ре-
зьбошлифовальных станках обеспечивает получение на них более точней
резьбы. Силы при накатывании, зависящие от интенсивности накатывания,
могут быть (по сравнению с плоскими плашками) значительно уменьшены,
253
Профиль резьбы ролика
Рис. 205. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НАКАТНОГО РОЛИКА
и благодаря этому имеется возможность накатывать даже тонкостенные]
трубки без риска раздавить их. Недостаток роликов по сравнению с пло-|
скими плашками — пониженная производительность и повышенная стои-1
мость. Поэтому ролики применяют при накатывании более точных резьб,!
а плашки — при накатывании менее точных резьб на крепежных деталях. I
При расчете ролика необходимо определить (рис. 205) число п заходов!
резьбы ролика; ход резьбы Рр; средний диаметр ролика — /Jcp; элементы!
профиля резьбы: шаг Р, угол е профиля, высоты головки ht и ножки й2,|
диаметр <1 отверсгия; ширину В ролика; наружный диаметр DHap ролика. I
Основным условием при расчете резьбонакатных роликов является ра-|
венство углов г подъема резьбы детали и ролика. Так как диаметры на-1
катных роликов делают в несколько раз больше, чем диаметры накаты-1
ваемых деталей, то для выполнения основного условия необходимо, чтобы!
резьба на ролике была многозаходнаяУгол подъема г (у болта) можно!
Р
определить по формуле tgr =---, а угол подъема тр (у ролика) — по фор-1
ТШср
Рр
муле tg tp = .
лЯср |
Приравняв эти выражения, обеспечим основное условие накатывания
Рр Р ,,
детали, длина резьбы которой равна ширине ролика В: ——— =—-—. По-
Ль/ср Ли ср
а
«I
_ Рр Den
еле преобразования получим —3- = —— = п, т. е. отношение среднего диа-
Р ^ср
метра резьбы ролика к среднему диаметру резьбы болта должно быть
целым числом и равно числу заходов резьбы ролика,
Для определения среднего диаметра ролика Dcp необходимо знать допу-
стимые диаметры роликов на данном станке. Эти сведения можно взять из
паспорта накатного станка. Зная паспортное значение допустимого наруж-
1 Число заходов ролика может быть и иным, подсчитанным пол другую величину угла
подъема т; в этом случае ролики при накатке будут втягивать накатываемую деталь, в ими
можно накатывать длинные- детали.
254
кого диаметра £>нар ролика, определим предварительно средний диаметр
ролика: Dcp « (DHap _ О, где f “ глубина резьбы.
, Dc~
Затем по формуле = п подсчитаем число заходов и. Округлим
“ср
полученное значение и до целого числа и снова подсчитаем средний
диаметр ролика: ЙСр. расчет —'^ср-
Расчетный средний диаметр ролика в чертеж не вносят, так как следует
учитывать запас на' перешлифование резьбы ролика. По практическим
данным допускаемые отклонения среднего диаметра не должны превы-
шать ± 0,0175Вср. расчет- Таким ОбраЗОМ, ДЛЯ НОВЫХ роЛИКОВ Лер. нов —
= 0,0175Лср. расчет, ДЛЯ ИЗНОШЕННЫХ роликов ЛСр.изн = 0,9825Лср. расчет (это
практические рекомендации, и они могут изменяться).
Угол подъема тр резьбы ролика при расчетном значении среднего диаме-
тра резьбы ролика Лср расчет соответ ствует углу т подъема резьбы накаты-
ваемой детали.
Определив' значение среднего диаметра Лср. нов резьбы нового ролика,
находим наружный диаметр О„ар = £>срнов + 2/ц, где — высота головки
резьбы ролика.
Ширина В ролика должна быть больше длины /0 накатанной части де-
тали на 2 — 3 шага резьбы.
Диаметр dOTB отверстия ролика и элементы профиля резьбы роликов
для накатки и допуска на них можно принимать по ГОСТу. Если ролик
рассчитывают для накатки специальной резьбы, например для накатки ре-
зьбы метчиков, то расчет производят с учетом получения соответствующе-
го профиля резьбы.
Угол е профиля резьбы. Допуск на половину угла е профиля резьбы резь-
бонакатных роликов для накатывания шпилек принимаем но соответ-
ствующему стандарту.
Шаг резьбы. Допуск на шаг резьбы накатных роликов для накатывания
шпилек и винтов установлен по ГОСТ. Допуск на шаг резьбы накатных
роликов при накатывании метчиков устанавливают равным допуску на
шаг шлифовальных метчиков. Направление резьбы ролика всегда обратно
направлению резьбы детали: если на детали правая резьба, то ролик дол-
жен быть с левой резьбой.
Резьбонакатные головки. В приведенной на рис. 206 вращающейся го-
ловке (может вращаться и заготовка болта) установлены три ролика,
имеющие кольцевую нарезку. Ролики установлены иод утлом т подъема
резьбы. Исследования ВНИИ показали, что при больших диаметрах и ша-
гах резьб целесообразно угол установки роликов брать больше т (даже на
ГЗО' при метрических резьбах от 30 до 52 мм).
Ролики могут при продольной подаче япрод> равной шагу Р накатывае-
мой резьбы за один проход (или за несколько проходов), полностью нака-
тать весь профиль резьбы, причем подача после начала работы осущест-
вляется самозатягиванием. В конструкции головки предусмотрена возмож-
ность регулирования среднего диаметра накатываемой резьбы.
Не раскрывающиеся головки (типа круглых плашек) выпускают следую-
щих моделей: НП1—для резьб 4 — 7 мм; НП2 — для резьб 8 — 16 мм;
НПЗ — для резьб 18—24 мм; НП4 —для резьб 27 — 33 мм.
255
Рис. 206. СХЕМА УНИВЕРСАЛЬНОЙ РЕЗЬБОНЛКАТНОЙ ГОЛОВКИ ЗАВОДА «ФРЕЗЕР»
Невращающиеся раскрывающиеся головки моделей: НГН2 — для резьб
4 — 6 мм; НГНЗ — для резьб 8 — 16 мм; НГН4 —для резьб 16 — 27 мм.
Универсальные вращаюи/иеся головки моделей: -ВНГН-1 — для резьб 2—
4 мм; ВНГН-2 — для резьб —4 —7 мм; ВНГН-3 — для резьб 8 — 16 мм;
ВНГН-4 —для резьб 16 — 27 мм; ВНГН-5 — для резьб 30 — 52 мм.
Изготовляют также резьбонакатные головки для накатывания трапе-
цеидальных резьб типа ВНГН-трап. и резьбонакатные головки для на-
катывания резьбы на трубах типа ВНГТ.
Для накатных роликов и плашек рекомендуются инструментальные
стали Х12М, Х12Ф1, Х6ВФ, твердость после закалки должна быть в узких
пределах — HRC 58 — 60. Это очень важно, так как, если твердость будет
ниже, инструмент быстро сминается, а если выше — выкрашивается.
Можно для накатки твердых материалов изготовлять накатные ролики из
быстрорежущей стали Р6М5, Р6МЗ, твердость после закалки и отпуска
должна быть в пределах HRC 62 — 64.
Примером устройства резьбонакатных головок может служить головка
ВНГН-3 (рис. 206). На трех осях 2, имеющих эксцентричную шейку, вра-
щаются резьбонакатные ролики 4, имеющие кольцевую резьбу. Для сниже-
ния трения имеются игольчатые подшипники 5. Один конец оси входит!
в отверстие втулки 1, другой имеет шпонку 8, и на него надевают шестер4
ню 7. При повороте этой шестерни благодаря эксцентриситету е накатный
ролики сближаются или разводятся. Ролики установлены в корпусе 6 под
углом подъема резьбы т. Эта головка универсальная, она может вращать-
ся (например, на болтонарезном станке) или быть стационарной, тогда
256
вращается накатываемый болт или винт. В конце накатывания головка
разводит ролики за счел плоской свернутой пружины 19, которая повора-
чивает центральное зубчатое колесо 23; последнее в свою очередь вращает
шестеренки 7 и, следовательно, оси 2. Диаметр резьбы устанавливают по-
воротом оси 18, па которой жестко закреплено зубчатое колесо 21, повора-
чивающее (при вращении) стакан 9; вместе со стаканом поворачиваются
корпус 6 и кольцо 3, в которых вмонтированы подшипники осей 2.
Выключение роликов 4 (их развод) может осуществляться либо путем
остановки вилкой станка кольца Пи последующего поворота стакана 9,
в отверстия которого с двух сторон вмонтированы пальцы 10 с кольцами
16 и 17, входящими в винтовые пазы (это внешнее воздействие на головку),
либо таким путем: шарик 22, когда в него упирается нарезаемый винт,
своим торцом задерживает винт 14 вместе с гайкой 15, последняя фикси-
рует положение винтов 10, и опять по винтовым пазам поворачивается
стакан 9 и разводит накатные ролики.
Головка ВНГН-3 универсальная. Можно по желанию потребителя ра-
ботать, используя вращающийся шпиндель, или вращая головку за хвосто-
в!ж 13 со втулкой 12. Можно головку не вращать, а вращать накаты-
ваемый винт. Выключать ее можно вилкой станка или упирая накаты-
ваемый винт в шарик 22.
И
I-
а-
о-
1Й
го
от
но
ICT
ль-
:че-
9 Г. А. Алексеев и др.
ГЛАВА
10
ЗУБОРЕЗНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
§ 1. ДИСКОВЫЕ МОДУЛЬНЫЕ ФРЕЗЫ
Зубчатые колеса и самые разнообразные зубчатые детали (шлицевые валы,
звездочки, зубчатые сектора и т. д.) нарезают методом копирования — на-
резание колеса фасонным инструментом, форма режущей кромки которого
соответствует форме впадины зуба, и методом обкатки, при котором зубья
колеса образуются в результате относительного движения режущей кром-
ки инструмента, представляющего собой профиль сопряженной рейки или
профиль зуба сопряженного колеса.
Все инструменты для нарезания зубчатых колес можно разбить, таким
образом, на две группы: 1) фасонные инструменты, работающие методом
копирования; к ним относятся фасонные дисковые и пальцевые фрезы, фа-
сонные зуборезные головки, накатные ролики для зубчатых колес и шли-
цевых валов и т. д.; 2) инструменты, работающие методом обкатки; к ним
относятся зуборезные гребенки, червячные фрезы, долбяки, строгальные
резцы, различные резцовые головки (для конических колес), шлифовальные
круги (со специальной заправкой профиля), накатные ролики для зубчатых
колес и шлицевых валов и т. д.
Дисковая модульная фреза (рис. 207) представляет собой фасонную
фрезу с затылованным зубом; профиль которого соответствует профилю
впадины нарезаемого колеса. В массовом и крупносерийном производстве
их почти не применяют, так как они заменены более производительными
и точными инструментами, работающими методами обкатки. Однако ди-
сковые фрезы позволяют нарезать зубчатые колеса на обычных фрезерных
станках, поэтому они распространены для индивидуальных и ремонтных
работ, а также для зубчатых колес крупных модулей в индивидуальном
производстве.
Точность зубчатых колес при нарезании дисковыми модульными фре-
зами из-за самого метода деления (с помощью делительной головки),
а также неточности профиля фрезы и се установки получается невысокой.
Можно фрезеровать только зубчатые колеса 10 и 9-й степени точности.
При особо точной установке фрезы и при проектировании специальной
фрезы для данного числа зубьев удается получить более высокую точность
колес.
Дисковые модульные фрезы — частный случай фасонных фрез с затыло-
ванными зубьями, поэтому разберем только отличные от фасонных фрез
элементы конструкции.
258
Профиль дисковой модульной фрезы для цилиндрических колес с прймым
зубом. Профиль зуба дисковой модульной фрезы для фрезерования цилин-
дрических колес с прямым зубом в точности соответствует профилю впа-
дины колеса (рис. 208). Разбиваем профиль впадины на два участка. Рабо-
чий участок зуба СВ представляет собой отрезок эвольвенты, нерабочий
участок зуба BOi — переходная кривая. Координаты профиля рабочего
эьольвентного участка СВ можно определить графическим построением
или аналитическим расчетом. Обычно при конструировании используют
и графический и аналитический способы. Графический способ неточен, но
зато нагляден, свободен от грубых ошибок. Аналитический — позволяет
получить координаты профиля с любой заданной точностью, но при боль-
шом числе подсчетов могут быть допущены грубые ошибки. Аналитнче-
9* 259
ский расчет можно производить и на ЭВМ. Аналитический способ опреде-
ления профиля эвольвентного участка зуба состоит в том, чтобы
подсчитать координаты точек. Поместим начало координат в центр зубча-,
того колеса. Ось OY совместим с серединой профиля впадины. Найдем
координаты х и у любой точки М профиля фрезы: x = rxsin8x; у=-
= rx cos 8Х, но угол 8Х - 80 + 0Х.
В свою очередь, угол 0х определяют из условия образования эволь-
венты, как развертки круга, при .котором длина отрезка МА должна быть
равна длине соответствующей дуги 13А, т. е. МА — В2, но МА = rotgax;
В А - г0 (ах + 0Х) (углы в радианах). Подставив, получим tg схх = ах + 0х или
0Х = tg ах — ах — это выражение обычно называют инволютой и обозна-
чают 0 = inv стх (таблицы значений invax (инволюты) приведены в справоч-
никах [25]) Подставив, получим: 8Х = 80 + invax. Тогда для точки Мд, ле-
жащей на делительной окружности, можно написать 8e = 80 + inv ос0. Из
этого выражения определим 80 = 8В — inva0 и, подставив в уравнение 8Х =
= 80 + 0Х, получим 8Х = 89 — invas + inv«x. Угол 39 = —— рад, но г =
mz Sg
= следовательно, 6„ =—— ; подставив это значение 8„, получим
2 “ mz а
$
8Х = — + (inv ах - inv ot0)
mz
Таким образом, координаты х и у любой точки эвольвенты можно
определить, решив уравнения x = rxsin8x; y = rxcos8x. Угол 8Х в радианах
определяют по приведенному уравнению, а затем для определения тригоно-
метрических функций полученный угол 8Х переводят в градусы.
Для получения координат различных точек эвольвенты задаем несколь-
ко значений гх. Для определения соответствующих им углов ах исполь-
зуем формулу cos ах = г0/гх.
Для определспия проф.щчя зуба фрезы недостаточно найти координаты
одной точки, необходимо найти координаты нескольких точек. Эти рас~-
четы отнимают много времени, поэтому для стандартных фрез разрабо-
таны таблицы, по которым можно просто и быстро найти координаты то-
чек профиля.
Число зубьев колеса входит во все расчеты, связанные с определением
профиля колеса, поэтому для каждого числа зубьев одного и того же мо-
дуля необходимо иметь дисковую модульную фрезу определенного профи-
ля. Но такое большое число фрез иметь очень дорого и нецелесообразно.
Поэтому нашли возможным применять одну и ту же фрезу для нарезания
колес с близкими числами зубьев (в определенных пределах). Неточности
профиля, получающиеся при этом, укладываются в допуски колес. В ос-
новном наборе (ГОСТ 10996—64), который изготовляют только для наре-
запия зубчатых колес небольшого модуля (до^ щ = 8_включительно),
имеются восемь различных фрез для каждого модуля. Все числа зубьев на-
резаемых колес начиная от 12 и до бесконечности (число зубьев рейки
можно считать равным бесконечности) разбиты на восемь групп. Фреза
определенного номера нарезает колеса со следующим числом зубьев:
260
Номер фрезы . . .
Число зубьев колеса .
1
12-
13
2 3
14- 17-
16 20
4 5 6
21- 26- 35-
25 34 54
7 8
55-134 135 и более
Чем больше модуль колеса, тем сильнее будут сказываться неточности
из-за объединения нескольких чисел зубьев в одну группу. Поэтому дая
больших модулей разбивают все числа зубьев не на 8, а на 15 номеров,
а для более точных колес с очень крупными модулями — даже на 26 номе-
ров фрез. Для подсчета профиля фрезы, обслуживающей, например, зуб-
чатые колеса с числом зубьев 26 — 34 (фреза № 5 из набора в 8 шт), берут
наименьшее число зубьев. Для данного случая профиль фрезы должен
быть рассчитан по впадине шестерни, имеющей 26 зубьев. Рассчитывать
профиль по среднему или максимальному числу зубьев нельзя, так как
ошибки в зацеплении могут привести к заклиниванию колес.
При расчете профилей дисковых модульных фрез для эвольвентного за-
цепления можно использовать табл. 2 приложения к ГОСТ 10996 — 64. Для
каждого номера фрезы и каждой точки ее профиля даны координаты для
модуля 100. Умножая эти координаты на модуль нарезаемого колеса и де-,
ля на 100, можно определить координаты точек эвольвентной. части про-_
филя при угле зацепления а0 = 20° и высоте ножки зуба колеса, равной 1,25
модуля. В том же ГОСТе в таблГ1 указаны координаты неэвольвентной
-Части (переходной кривой) впадины зуба.
Дисковые модульные фрезы в основном изготовляют с затылованными
зубьями. Затачивают их по передней поверхности, профиль при переточке,
как и у всякого затылованного зуба, сохраняется. Однако можно изгото-
влять дисковые модульные фрезы и с острозаточенными зубьями, в этом
случае переточку приходится производить по профилю с использованием
специального приспособления.
По назначению фрезы подразделяют на черновые для предварительной
прорезки зуба и чистовые для окончательного фрезерования впадины зуба.
Черновые фрезы часто делаются со ступенчатым профилем. На рис; 209
показана схема одновременной работы черновой 1 и чистовой 2 фрезами,
укрепленными па одной оправке. Черновые фрезы для улучшения условий
резания затачивают с передним углом 8 — 10°. Часто черновые фрезы де-
лают с разнонаправленными косыми зубьями. Для обработки колес
крупных модулей применяют дисковые модульные фрезы сборной кон-
струкции со вставными ножами (рис. 210). Зубья по профилю затачивают
отдельно, затем их вставляют в корпус.
Чистовые фрезы применяют для снятия небольшого припуска. У них
важно сохранить точный профиль, поэ-
тому передний угол делают равным нулю
и фрезы затачивают радиально.
Основные конструктивные элементы дис-
ковой модульной фрезы показаны на рис.
211; наружный диаметр, диаметр отверстия
Рис. 209. ОБРАБОТКА ЗУБЧАТОГО (ПРЯМОЗУБО-
ГО) КОЛЕСА ДИСКОВЫМИ ЧЕРНОВОЙ
И ЧИСТОВОЙ ФРЕЗАМИ
Нарезаемое колесо
261
Рис. 210. ДИСКОВАЯ МОДУЛЬНАЯ ОСЗРОЗАТОЧЕННАЯ ФРЕЗА (га» 12+30 мм) ДЛЯ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС.
Рис. 211. ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДИСКОВОЙ МОДУЛЬНОЙ
ФРЕЗЫ:
а — без лодфрезероваиия канавки; б — с подфрезерованием канавок
и число зубьев следует выбирать по ГОСТ 10996-64. Величина затылования
TtD
К ------tgat. Угол аь подбирают с таким расчетом, чтобы обеспечить на
z
боковых сторонах профиля задние углы не менее 3°. Угол срл/ и at свя-
1g a,
заны между собой: tgab=-------. Угол <р для любой точки можно опре-
' Sill фМ
делить, построив касательную к профилю в этой точке. Он должен быть
не менее 30°, тогда угол оу получится равным 10—15°.
Зуб дисковой модульной фрезы выполняют без подфрезерования (рис.
211,«) и с подфрезерованием (с перемычкой между зубьями) (рис. 211,6).
Размер Н фрез с зубьями без подфрезерования определяют по формуле
Н = hnp + К + (0,5 4-1,5) мм. Размер Н1 для фрез с зубьями с подфрезерова-
нием определяют ориентировочно: Н1 =hnp. В эти формулы входит высо-
та Лпр профиля, которую определяют после расчета и построения профиля
фрезы. Угол и радиус г впадины определяют по формулам для обычных
затылованных фасонных фрез (см. гл. 4). Ширину В определяют после рас-
чета профиля фрезы.
Дисковые модульные чистовые фрезы (цельные) обычно изготовляют
из легированной или быстрорежущей стали. Черновые фрезы как для мел-
ких, так и крупных модулей снабжают по боковым сторонам профиля ка-
навками для дробления стружки. Дисковые модульные фрезы изготовляют
обычно с нешлифованным профилем. При изготовлении фрез из быстроре-
жущей стали со шлифованным профилем (это делают очень редко) лучше
делать зуб с двойным затылованием для обеспечения выхода шлифоваль-
ного круга при окончательном шлифовании профиля. Мелкомодульные
дисковые фрезы (до модуля 1,0 мм) изготовляют целиком из твердого
сплава; профиль шлифуют алмазными кругами.
§ 2. ПАЛЬЦЕВЫЕ МОДУЛЬНЫЕ ФРЕЗЫ
Пальцевые модульные фрезы (рис. 212) применяют в тяжелом машино-
строении для фрезерования профиля косозубых, шевронных и прямозубых
колес крупного модуля.
Чистовая пальцевая фреза 'представляет собой затылованную фрезу
с радиально заточенной передней поверхностью. Профиль ее измеряется
в осевом сечении и должен соответствовать профилю впадины колеса, если
зубчатое цилиндрическое колесо имеет прямые зубья. Если же чистовая
фреза предназначена для фрезерования шевронных или косозубых колес,
то профиль не соответствует профилю впадины. Черновая пальцевая мо-
дульная фреза в отличие от чистовой для улучшения условий резания мо-
жет иметь передний угол у до 8° и канавки для дробления стружки.
Как черновые, так п чистовые фрезы могут быть изготовлены сборной
конструкции. Существуют два типа крепления пальцевых фрез на оправке:
с внутренней цилиндрической выточкой и резьбой (тип а) и с наружной ци-
линдрической проточкой (тип б). Наибольшее распространение получил
первый тип крепления фрез, хотя второй тип, применяемый на некоторых
заводах тяжелого машиностроения, имеет технологические преимущества
263
Рис. 212. ПАЛЬЦЕВЫЕ МОДУЛЬ-
НЫЕ ФРЕЗЫ
перед первым. Такие фрезы
легче изготовлять без биения
по цилиндрическому буртику.
Рассмотрим фрезы типа а, как
наиболее распространенные.
Посадочнымиместами у этих
фрез являются торец и отвер-
стие. Внутреннюю резьбу де-
лают с гарантированным за-
зором, и она необходима
только для крепления фрезы.
Для навертывания фрезы па
оправку предусмотрены лыс-
ки под ключ.
Профиль фрез для прямо-
зубых колес рассчитываюг
так же, как и профиль
дисковых модульных фрез.
При профилировании пальцевых фрез для косозубых и шевронных
колес приходится производить более сложный расчет.
Впадина колеса с косыми зубьями изображена на рис. 213. На каждой
стороне впадины зуба взято по зри точки. Впадина косозубого колеса
в торцовом его сечении имеет эвольвентный профиль. На нижней проек-
ции показаны соответствующие винтовые линии, проходящие через точки
А', В', С с одной стороны профиля и точки £)', £', F' — с другой стороны
профиля. Точки касания этих винтовых линий с соответствующими окруж-
ностями дают истинный профиль пальцевой модульной фрезы в ее осевом
сечении. Эти точки не лежат в одной плоскости, следовательно, осевое се-
чение фрезы не совпадает с нормальным сечением впадины колеса.
Профиль косозубого колеса в его торцовом сечении должен быть
эвольвентным. Фактический же профиль фрезы сильно отличается от про-
филя колеса в торцовом сечении. Для определения профиля пальцевой мо-
дульной фрезы, предназначенной для косозубых колес, нельзя применять
ранее выведенные зависимости, пригодные для прямозубых колес. В этих
случаях следует или графически (по точкам) или более точным и надеж-
ным аналитическим расчетом (с помощью ЭВМ) определить профиль
фрезы [21].
Наружный диаметр фрезы D выбирают исходя из размеров рассчитан-
ного профиля с запасом 3—10 мм по сравнению с максимальной абсцис-
сой хпмх профиля (см. рис. 208), D = 2xmax + (34- 10) мм.
Длину режущей часги /р принимают в зависимости от максимальной
глубины утах профиля с запасом от 3 до 10 мм, /р = утак+(34-10)мм. Об-
щая длина фрезы L= (1,94-2,0) /р. Диаметр посадочного отверстия, диа-
метр резьбы и остальные элементы посадочного, отверстия должны со-
ответствовать размерам шпинделя станка, на котором устанавливают
фрезу.
264
Рис. 213. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОФИЛЯ ПАЛЬЦЕВОЙ ФРЕЗЫ ДЛЯ КОСОЗУБОГО КО-
ЛЕСА:
С —точка профиля колеса на окружности выступов; Е" — соответствующая ей
точка в сечении АЛ'; F2 — точка касания окружности радиуса Rp с винтовой
линией, проходящей иод углом Рр через точку Е"; Е’3 — точка пересечения окруж-
ности радиуса Rp со следом NN секцией плоскости; Е4 — искомая точка профиля
фрезы
Основные трудности при конструировании пальцевых фрез возникают
при определении профиля стружечных канавок, в особенности у более тон-
кого конца фрезы (у ее торца). Для того чтобы фреза работала хорошо, не-
обходимо, чтобы канавки были достаточными для размещения стружки.
При большой разнице между D и d для увеличения пространства для вы-
хода стружки приходится половину зубьев у торцовой части фрезы срезать
через один. Угол впадины принимают обычно в пределах 45 — 60°. Число
зубьев для чистовых фрез рекомендуется принимать четным для облегче-
ния измерений.
Канавки у черновых фрез (см. рис. 212) могут быть выполнены спи-
ральными. С целью улучшения условий резания передний угол у прини-
мают равным 8 — 10°. Режущие кромки снабжены стружкоразделительны-
ми канавками (расположенными в шахматном порядке), которые заты-
луют резцом после затылования профиля фрезы.
Пальцевые фрезы затыловывают в трех различных направлениях: ра-
диальном (рис. 214, а), осевом (рис. 214,6) и под углом (рис. 214, в).
Выше была выведена формула для определения заднего угла при заты-
К7
ловании по архимедовой спирали tg ос = ——. Величина К и число зубьев
265
Рис. 214. СХЕМЫ ЗАТЫЛОВАНИЯ
ПРОФИЛЯ ПАЛЬЦЕВЫХ
МОДУЛЬНЫХ ФРЕЗ:
а — радиальное затылование;
б — осевое затылование; в —
затылование иод углом т =
= 10-5-15° к оси фрезы
z постоянны по всей длине рабочей ча-
сти фрезы; диаметр D в различных точ-
ках профиля резко изменяется, следо-
вательно, задний угол а во всех точках
пальцевой фрезы различен; чем больше
диаметр, тем меньше задний угол. Наи-
лучшие результаты получают при за-
тыловании под углом т — 10 -и 15° к оси
фрезы. Задний угол а остается в этом
случае почти постоянным, так как изме-
нение направления затылования компен-
сирует разницу в диаметрах, а самое
главное заключается в том, что изме-
нение диаметра при переточках полу-
чается незначительным, затылование под углом применяют для чистовых
фрез.
Пальцевые модульные фрезы изготовляют из быстрорежущей стали
Р6М5 или из легированной стали в зависимости от условий работы
и магериала обрабатываемой детали.
§ 3. ФАСОННЫЕ ЗУБОРЕЗНЫЕ СПЕЦИАЛЬНЫЕ ИНСТРУ-
МЕНТЫ
В последнее время начали применять в массовом производстве сне-
циальные зубодолбежные головки конструкции Московского инструмсн-,
тального завода. Принцип действия такой головки состоит в том, что фа-
сонные резцы, укрепленные в головке, производят долбление впадин
заготовки (рис. 215, а). В головке укреплено столько резцов, сколько впадин-
имеет зубчатое колесо. Таким образом, каждый резец прорезает только
одну впадину. После каждого рабочего хода разводящее кольцо отводит
резцы.
Применение такой сложной головки оправдано только при массовом
производстве зубчатых колес. Производительность станка с головкой
очень высокая; она в несколько раз превышает производительность обыч-
ного зубодолбежного или соответствующего зубофрезерного станка. При-i
менение головки требует специальных зубодолбежных станков. После
обработки долблением зубчатые колеса обычно подвергают шевингова-
нию.
Все большее распространение при массовом изготовлении зубчатых де-
талей (зубчатых колес, шлицевых валов, цепных звездочек и т. д.) получает
накатывание зубьев, в том числе и инструментом, работающим метолом
копирования (накатной инструмент', работающий методом обкатки, будет
266
Рис. 215. СХЕМЫ СПЕЦИАЛЬНЫХ
ИНСТРУМЕНТОВ, РАБО-
ТАЮЩИХ ПО МЕТОДУ КО-
ПИРОВАНИЯ:
а — зубодолбежная головка
МИЗ; б — накатная головка
для шлицев; в — зуборезная
протяжка
рассмотрен далее вместе с
режущим инструментом для
метода обкатки). Имеется,
например, станок, который
позволяет за один или не-
сколько проходов получить
на заготовке точно опреде-
ленного диаметра шлицы пу-
тем холодной прокаткимежду
роликами, профиль которых
соответствует профилю впа-
дины накатываемого шлице-
вого вала (в сечении, пер-
пендикулярном оси вала).
Число роликов равно числу
впадин шлицевого вала.
Можно, конечно, при четном
числе впадин иметь головку
с двумя роликами, распо-
ложенными на одном диамет-
ре и, поворачивая головку
после каждого прохода на
один шлиц, накатать все
шлицы, однако более производительна и точна головка, одновременно
накатывающая все шлицы.
Очень высокой производительности при нарезании зубчатых колес
можно достичь протяжкой (особенно удобно протягивание прн нарезании
зубчатых колес, предназначенных для внутреннего зацепления). На рис.
215, в показана схема такой протяжки, работающей по методу копирования
при нарезании колеса для внутреннего эвольвентного зацепления.
§ 4. ЧЕРВЯЧНЫЕ ЗУБОРЕЗНЫЕ ФРЕЗЫ
Метод обкатки, или просто обкатка, представляет собой метод получения
профиля зуба колеса в результате взаимного зацепления инструмента с ре-
жущими зубьями в виде рейки или зубчатого колеса с нарезаемой заготов-
кой. По методу обкатки рейкой работают червячные фрезы, зуборезные
гребенки, зубострогальные резцы, зуборезные резцовые головки, зубошли-
фовальные круги, реечные шеверы; по методу обкатки зубчатым колесом
работают долбяки и дисковые шеверы (металлические и абразивные).
В отличие от метода копирования при методе обкатки профиль инстру-
мента не зависит от числа зубьев нарезаемого колеса, поэтому одной
267
Рис. 216. СХЕМА РАБОТЫ ЧЕР-
ВЯЧНОЙ ФРЕЗЫ (ИЛИ
ЧЕРВЯЧНОГО АБРА-
ЗИВНОГО КРУГА) ПРИ
ОБРАБОТКЕ ЦИЛИНД-
РИЧЕСКОГО ЗУБЧАТО-
ГО КОЛЕСА
и той же червячной фре-
зой или гребенкой можно
нарезать зубчатые колеса
с любым числом зубьев
(конечно, того же модуля).
Обкатка — непрерывный
процесс (при этом не тре-
буется производить от-
дельного деления и отсут-
ствуют холостые движе-
ния стола станка), поэтому он значительно производительнее метода
копирования.
Точность зубчатых колес, получаемых при обкатке, значительно выше
точности колес, получаемых методом копирования. Это объясняется пре-
жде всего непрерывностью и равномерностью процесса обкатки и отсут-
ствием случайных отклонений в профиле, возможных при установке фасон-
ного зуборезного инструмента. Указанные преимущества метода обкатки
способствовали быстрому распространению его при нарезании зубчатых
колес и подобных им деталей различных профилей.
К инструментам, работающим по методу обкатки и получившим широ-
кое распространение, относятся червячные фрезы (рис. 216).
По типу нарезаемых колес червячные фрезы делятся на фрезы для на-
резания цилиндрических колес с прямыми и косыми (винтовыми) зубьями,
фрезы для нарезания червячных колес; фрезы для нарезания шлицевых ва-
лов и т. д. К червячной фрезе можно причислить и червячно-шлифо-
вальный круг (иногда называют абразивным червяком), который имеет
массу режущих зерен, а профиль его в осевом сечении подобен профилю
червячной фрезы.
По конструкции крепления фрезы разделяют на насадные (с отверстием
для оправки) и хвостовые, по внутреннему устройству — на цельные
и сборные. Любая червячная фреза представляет собой червяк, снаб-
женный канавками [20, 21, 22].
Боковая поверхность витка червячка является винтовой поверхностью,
образующейся в результате винтового движения некоторой линии в про-
странстве. Вообще говоря, кривая, которая движется в пространстве по
винтовой траектории, может быть любой, но в технике приняты в основ-
ном винтовые поверхности, образованные движением отрезка прямой ли-
нии. На рис. 217, а изображена винтовая поверхность, которая образуется,
если прямую АВ, проходящую через ось червяка и наклоненную под неко-
торым углом к оси, вращать вокруг оси и одновременно (за каждый обо-
рот) перемещать равномерно вдоль оси. Червяк, боковые поверхности ко-
торого образованы таким образом, называют архимедовым червяком;
признаком его является образующая прямая линия, проходящая через ось
268
Рис. 217. ВИНТОВЫЕ ПОВЕРХНОСТИ, ОБРАЗОВАННЫЕ ВИНТОВЫМ ДВИЖЕНИЕМ
ПРЯМОЙ ЛИНИИ
червяка. Червячные фрезы, в основе конструкции которых лежит архиме-
дов червяк, называют червячными архимедовыми фрезами. Такое название
они получили потому, что в сечении их боковой поверхности плоскостью,
перпендикулярной оси, получается архимедова спираль. Поверхностью
червяка может быть и винтовая поверхность, образованная при движении
прямой АВ, не проходящей через ось червяка (рис. 217,6). Представим себе
некоторый цилиндр радиуса г0; линию АВ направим по касательной к бо-
ковой поверхности цилиндра. Угол наклона Tj этой линии к плоскости,
перпендикулярной оси цилиндра, возьмем равным углу подъема т винто-
вой линии на цилиндре радиуса г0. Тогда в результате винтового движения
линии АВ получается винтовая поверхность, которая носит название
эвольвентной винтовой поверхности. Это название она получила потому,
что в сечении плоскостью, перпендикулярной оси, получается эвольвента.
Цилиндр радиусом г0 называют основным цилиндром винтовой эволь-
вентной поверхности.
Третья винтовая поверхность, показанная на рис. 217, в, имеет прямоли-
нейный профиль в нормальном сечении, т. е. в сечении витка (или впадины)
под углом подъема тд винта к оси на делительном цилиндре. В сечении
плоскостью, перпендикулярной оси, третий тип червяка дает удлиненную
эвольвенту (такой червяк называют часто конволютным).
Итак, имеются три основных типа червяков, образованных движением
прямых по винтовой поверхности. Червячные фрезы, как и червяки, также
могут быть трех типов: архимедовы (с прямолинейным профилем в осе-
вом сечении), эвольвентные и, наконец, фрезы с прямолинейным профилем
в нормальном сечении (по витку или впадине). Применяют также и чер-
вячные фрезы, в основу которых положены другие, так называемые нели-
нейчатые поверхности, например фреза для зацепления Новикова, фрезы
Для шлицевых валов и т. д.
Архимедовы и эвольвентные червячные фрезы изготовляют В основном
для фрезерования червячных колес, причем первые из них получили боль-
шее распространение, так как их проще изготовлять чем Червячные эволь-
вентные фрезы.
269
Червячные фрезы с прямолинейным профилем в нормальном сечении
получили широкое распространение для фрезерования цилиндрических ко-
лес с прямыми и винтовыми зубьями, и до настоящего времени они
являются основным типом фрез для фрезерования цилиндрических колес;
находят применение архимедовы червячные фрезы с прямолинейным про-
филем в осевом сечении.
Кроме указанных типов цилиндрических червяков и червячных фрез
применяют глобоидальные червяки (образованные не на прямом цилиндре,
а на глобоиде) и глобоидальные фрезы для их изготовления.
§ 5. ЧЕРВЯЧНЫЕ ФРЕЗЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
С ЭВОЛЬВЕНТНЫМ ПРОФИЛЕМ
Черновые червячные фрезы делают с пониженной точностью, часто с не-
шлифованным профилем зуба. Для повышения производительности чер-
новые фрезы иногда делают двухзаходными. При увеличении числа захо-
дов фрезы в Определенное число раз во столько же раз должно
увеличиваться число оборотов нарезаемого колеса. Следовательно, если
сделать фрезу двухзаходной, получим увеличение числа оборотов детали
вдвое. Однако практика фрезерования и исследования процесса показы-
вает, что повышение производительности при применении двухзаходных
фрез сравнительно невелико (до .20%), так как благодаря увеличению угла
наклона канавок резко ухудшаются условия резания на боковых сторонах
профиля, и приходится снижать подачу. Поэтому применение трехза-
ходных фрез совершенно не оправдывается.
Чистовые червячные фрезы изготовляют однозаходными с прямоли-
нейным профилем в нормальном (или осевом) сечении. Червячная чисто-
вая однозаходная насадная фреза имеет следующие конструктивные эле-
менты (рис. 218): t„ —шаг профиля зуба в нормальном сечении; foc~-шаг
профиля в осевом сечении; а„ — угол профиля в нормальном сечении;
S„ — толщина зуба в нормальном сечении; h — высота зуба; и
h2 — соответственно высоты головки и ножки зуба; De — наружный диа-
метр фрезы; d — диаметр отверстия фрезы; L— общая длина; L± — длина
рабочей части; z — число зубьев; Dt — расчетный диаметр делительного ци-
линдра; со — угол наклона винтовых канавок (обычно равен углу т подъема
витков на делительном цилиндре); SK —шаг винтовых канайок; 9 —угол
канавочной фрезы; г — радиус закругления впадины; Н — глубина канавки;
— задний угол; у — передний угол; К и Кг — величина затылования;
Д — диаметр буртиков..
Перейдем к определению основных конструктивных элементов фрезы
в том порядке, в каком рассчитывают червячные фрезы. Профиль фрезы
в нормальном сечении должен соответствовать рабочему контуру рейки,
которой обкатывают нарезаемое колесо.
Модуль т профиля является исходной величиной при проектировании
червячной фрезы. Если фреза предназначена для нарезания цилиндриче-
ских колес с прямыми зубьями, модуль будет в точности соответствовать
270
Рнс. 218. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ:
а — червячных фрез; б — червячно-шлифовального круга
модулю колеса в торцовом сечении. Если фреза предназначена для цилин-
дрического колеса с косыми зубьями, модуль ес принимают равным моду-
лю тп зубчатого колеса в нормальном сечении.
271
Угол профиля а„ в нормальном сечении может быть принят равным
углу а зацепления колеса. Высота головки зуба Zzx = 1,25m (т. е. равна высо-
те ножки зубчатого колеса). Высота ножки зуба фрезы (с учетом зазора ме-
жду наружным диаметром заготовки и диаметром впадины червячной
фрезы) /12 = 1,25m. Полная высота зуба h = + h2, таким образом, для
нормального (20°) зацепления h = 2,5/;i.
• Шаг t„ должен быть равен шагу нарезаемого колеса при нарезании ко-
лес с прямыми зубьями; для колес с косыми зубьями шаг должен быть ра-
вен шагу колеса в нормальном сечении. Толщина зуба в нормальном сече-
нии S, =—.
2
Зуб червячной фрезы имеет закругления у вершины и впадины: радиус
у вершины Г] = (0,25 4-0,3) т, радиус у впадины г2 = (0,2 ч- 0,3) zzz. Если про-
филь должен быть фланкированным, то дают соответствующие элементы
фланкирования. Таким образом определяют все элементы стандартного
(20°) профиля в нормальном сечении.
Длину L червячной фрезы определяют так: проекция линии зацепления
рейки /зац = /i etg а0; на практике считают, что фреза может быть переста-
влена после небольшого притупления вдоль оси на несколько шагов, но
минимум па один шаг. Кроме’того, один крайний виток фрезы не может
участвовать в работе. Итак, минимальная длина фрезы Гд min =/зац+
+ ^перестановки + ^крайних витков-
Для стандартного зацепления Lt min = h etg oto + 21 = 2,5 m etg 20° +
+ 6,28 m
f Поставив значения a = 20° и округляя, получим Lt min = 12,5 nt, т. е. дли-
на рабочей части фрезы должна быть не менее 12,5 т. Чем больше будет
длина рабочей части, тем больше перестановок можно будет делать, а сле-
довательно, лучше использовать фрезу. Поэтому у фрез мелких модулей
длину L делают значительно больше, а у фрез самых крупных модулей
L близка к минимуму. Общая длина L фрезы увеличивается (по сравнению
с длиной Li рабочей ее части) на длину двух буртиков. Следует отметить,
что в особых случаях с увеличением диаметра (а следовательно и числа
зубьев) нарезаемого колеса необходимая длина фрезы должна быть увели-
чена, тогда делают фрезы с заборным конусом, при этом удается умень-
шить нагрузку на крайние зубья, что позволяет применять фрезы с умень-
шенной длиной и для обработки колес крупных диаметров.
У особо точных фрез следует делать диаметр отверстия под оправку по
возможное ги большим. Точно так же следует делать больший диаметр от-
верстия у червячных фрез со вставными гребенками или ножами. При
большом диаметре отверстия оправка фрезы будет более жесткой и про-
чной, кроме того, можно сделать больше зубьев, а это важно для увеличе-
ния производительности, и, самое главное, при этом резко возрастает точ-
ность фрез, так как уменьшается угол т наклона винтовых канавок.
Рекомендации по назначению модуля т, диаметра отверстия d, угла
подъема витка т, наружного диаметра De, общей длины фрезы L, числа
зубьев z для эвольвентного зацепления 20° и зацепления Новикова приве-
дены в табл. 26. Табл. 26 может служить руководством для расчета
любых червячных фрез, предназначенных для цилиндрических зубчатых дс-
272
26. Рекомендации по определению /я, J, т, Det L, z одцозаходиых червячных фрез
в зависимости от класса точности фрезы
Фреза т, мм (1, мм т Наружный диаметр De, мм L, мм 2
Эвольвентно<; зацепление а — 20"
Цельная 1,0-1,375 32 О"52’ -1° 12' (70-50) m ' (70-50) т 16
прецизионная 1,5-1,75 40 ' 1°08' —1°2Г (53—46)/» (53—46) in 16
класса АА 2,0-3,75 40 1°22'—2'07' (45 — 30)/» (45 — 30) т 14
4,0-5,5 50 2°01' —2°32' (31-25)/// (31-25) т 14
6-10 60 2'24'—2'54' (27-22)//! (26-21) т 12
Цельная общего 1,0-2,25 27 0°58'—2°02' (63-31)/!! (63-40) т 12
назначения 2,5-4,5 32 1°59'_2°58' (32—22)/» (40—28) /» 10
классов АВС 5,0-5,5 40 2°57' -3° 17' (23—20)/» (28-25) т 10
6-9 50 3°12'-4°30' (20-16) т (25—20) in 9
10 -14 50 4°21'-5“4Г (16—13) т (20—16) in 9
Сборная общего 8 50 2°55' 22 т 21 m 10
назначения 9-12 60 2°58'-3°37' (21-20) т (19-20) in 10
классов А, В, С 14-16 70 3°49'-4°10' (18 — 17) т 17 m 10
18-20 80 4°29'-4“42' (16-15) т 16 m 10
20—22 80 4°42'-5сГ5' (15-14) /п 15 m 10
24-30 100 4°21'—5°4Г (16-13) //! 15 m 10
Зацепление Новикова
Цельная общего 1,6-2,0 27 Г24'-1°46' (44—35) т„ (40 — 31) /»,, 12
назначения 2,25-2,5 32 1°44'—1°57' (35-32) т„ (31-29) mn 12
классов А, В, С 2,8-4,0 32 1°56'-2°32' (32-25) »/„ (29-22) m„ 10
4,5-8 40 2°33'-3°47' (25 — 18) ///„ (22-16) m„ 10
9-12,5 50 3-43'- 4°45' (18-14) ж,, (16-13) /»„ 10
14-16 60 4°48'—4'53' 14 т„ (13-12) »/„ 10
талей, зубчатых колес с эвольвентным 20-градусным зацеплением, колес
с зацеплением Новикова, шлицевых валов с прямобочным и с елочным
профилем шлицев, звездочек для ролико-втулочных цепей и т. д. В тех слу-
чаях, когда нет зафиксированной величины модуля т, величину условного
модуля ту следует считать равной отношению нормального шага t„ к чис-
лу л После получения т можно, используя таблицу, подсчитать
л
все указанные в ней величины.
Задние углы фрезы по вершине (см. рис. 211) и боковым сторонам про-
филя различны; при затылованных зубьях, как известно, задний угол ал по
боковой стороне профиля в нормальном сечении к режущей кромке опре-
деляют по формуле; tg ах = tg ab sin (р, где <р — угол наклона режущей
кромки к торцовой плоскости фрезы. Применительно к червячной фрезе
угол <р есть ни что иное как угол зацепления а0. Следовательно, задний
угол ах у червячной фрезы в нормальном сечении может быть определен
из формулы tgav = tga(, sina0.
Приняв минимальный задний угол — 4°, получим необходимый ми-
нимальный задний угол otb = 114-12° (при = 20°). Конечно, для резания
задний угол ах = 4° явно не является оптимальным, но увеличить его зна-
чительно невозможно у фрез с затылованным зубом. Это обстоятельство
273
побудило конструкторов искать выход Улучшения условий резания за счет
применения острозаточенных зубьев, у которых можно увеличить задний
угол осЛ и сделать его почти равным аь-
Исходя из этого угла аь рассчитывают величину затылования К =
TtD
=----tgab. У фрез со шлифованным профилем для обеспечения выхода
z
шлифовального круга делают двойное затылование; величина второго за-
тылования К} = (1,2-? 1,7) К.
Важным элементом фрезы является расчетный диаметр делительного
цилиндра. Представим себе червячную фрезу (рис. 218). Расчетный диаметр
делительного цилиндра D,, который будет соответствовать диаметру дели-
тельного цилиндра основного червяка. Но новая и переточенная фрезы
имеют различный наружный диаметр. Следовательно, новая и переточен-
ная фрезы будут иметь также соответственно разные диаметры делитель-
ной окружности Dtl и Dt2. Для расчета фрезы принимают некоторый сред-
ний между Dti и Di2 делительный диаметр D, = De — 2/ц — 0,25 К, или для
20-градусного зацепления Dt = De — 2,5т — 0,25К.
Если винтовую линию на делительном цилиндре развернуть на пло-
скость, то угол т подъема винтовой линии на делительном цилиндре мо-
жет быть рассчитан по формуле sinx =—где т — модуль зубчато-
r.Dt D,
го колеса. У червячных фрез для обеспечения одинаковых передних углов
и, следовательно, одинаковых условий резания на обеих сторонах зуба ме-
ждузубые канавки делают с углом наклона со, равным углу подъема т вин-
товой линии, т. с. направление канавок принимают нормальным к напра-
влению резьбы червяка.
Опыты советских исследователей, а также длительная работа завода
ЗИЛ показали полную возможность применения 90-градусных фрез, т. е.
фрез с прямыми канавками, направленными вдоль оси, угол со = 0.
В стандарте на червячные фрезы предусмотрено, наряду с винтовыми
канавками, изготовление червячных фрез с прямыми канадками, направ-
ленными вдоль осн. (при углах со не более 5°); на зубофрезерном станке та-
кие фрезы нужно устанавливать под углом т, поэтому червячные фрезы
всегда должны иметь клеймение с указанием угла т.
Фреза имеет в нормальном сечении равные углы ос0 боковых сторон
профиля. Углы боковых сторон профиля в осевом сечении фрезы (а часто
их измерение на приборах дает более точные результаты) подсчитывают
по формулам, близким к ранее данным формулам применительно к чер-
вячной архимедовой фрезе. В этом случае принимают углы боковых сто-
рон профиля схЛев и Оправ но формуле
Ctg алСВ = Ctg аос ± ——; Ctg anp = etg аос + ,
Т к кк
где Рк — осевой шаг винтовых стружечных канавок.
В этой формуле знак «плюс» относится к правозаходным фрезам, знак
«минус» — к левозаходным. Из-за наличия винтовой линии витков (под уг-
лом т) (см. рис. 218) углы аОСГр и а1уп сторон у червячных фрез
с прямыми канавками (при со — 0) различны [21].
274
Высоту рабочего участка по передней поверхности Лр подсчитывают
[21] так же, как и для фрез с осевыми канавками с учетом изменения угла
sin (у,- -у)
л =------:------,
sin у
“ixD
Шаг винтовых канавок (или ход винтовых канавок) Рк = -—i-.
tgt
Шаг в осевом сечении. На чертеже фрезы должен быть обязательно ука-
t„
зан шаг по оси toc =------•
COST
Элементы канавки и угол 0 канавочной фрезы лучше всего определять
после прочерчивания зуба фрезы. Глубина канавки H — h + K+r. Угол
0 канавочной фрезы принимают равным 22—25° (у цельных фрез).
Диаметр буртиков и выточек внутри отверстия, размер шпоночного па-
за можно определять аналогично определению их для обычных фрез.
Технические условия на изготовление червячных чистовых фрез для ци-
линдрических колес предусмотрены стандартами. Допуски на отдельные
элементы фрез (угол профиля, шаг и т. д.) принимают различными в зави-
симости от класса точности фрез. По точности червячные зуборезные
фрезы подразделяют на следующие классы: ...«•* -
Класс точности фрезы........... . AAA АА АВС
Степень точности, колеса......... 6 7 8 9 10
Фрезы классов AAA, АА, А, В нужно изготовлять со шлифованным про-
филем, фрезы класса С можно изготовлять как со шлифованным, так и
с нешлифованным профилем. Более точные фрезы для колес 5 и 6-й степе-
ней точности изготовляют по специальным техническим условиям с на-
именьшими допусками. В связи с необходимостью у фрез (классов А и В
и более точных) шлифовать профиль и получать высокую точность прихо-
дится фрезы изготовлять из быстрорежущей стали Р18, Р6М5, Р12. Другие
быстрорежущие стали хуже шлифуются, поэтому их применяют обычно
для фрез с нешлифованным профилем или черновых.
Особенности конструкции сборных червячных фрез. Для экономии бы-
строрежущей стали целесообразно червячные фрезы изготовлять сборны-
ми со вставными ножами; особенно целесообразно изготовление таких
фрез для цилиндрических зубчатых колес крупного модуля. Червячные
фрезы для цилиндрических зубчатых колес, начиная с модуля 10 и выше,
как правило, следует изготовлять только сборными. Исключение могут со-
ставлять специальные фрезы особой точности и многозаходные фрезы для
червячных передач, которые трудно изготовить сборными, а часто при
малом диаметре вообще невозможно.
Причиной изготовления крупных фрез сборными является также труд-
ность получения крупных качественных поковок из быстрорежущей стали.
Обычно поковки крупного размера из быстрорежущей стали имеют де-
фекты (раковины, трещины и т. д.), и что особенно важно — высокий балл
карбидной неоднородности. В последние годы сборные червячные фрезы
получили широкое распространение. Ниже приведены некоторые наиболее
распространенные конструкции червячных фрез отечественных заводов
и зарубежных фирм.
275
Рис. 219. ЧЕРВЯЧНЫЕ ФРЕЗЫ СО ВСТАВНЫМИ ГРЕБЕНКАМИ КОНСТРУКЦИИ ЗА-
ВОДА «ФРЕЗЕР»
Фреза со вставными гребенками крупного модуля (т = 10-4-28) завода
«Фрезер» показана на рис. 219. В корпусе 1 фрезы, изготовленном из кон-
струкционной стали 40Х, прорезаны пазы, имеющие наклонные стенки.
В эти пазы вставлены ножи 2, выступающие части которых у торцов шли-
фуют вместе с корпусом и на них по горячей посадке ставят кольца 3. Та-
кие фрезы затыловывают шлифовальным кругом, как цельные, конструк-
ция очень жесткая, однако допускает немного переточек по передней
поверхности.
Стремление создать конструкцию червячной сборной фрезы, позволяю-
щую (в связи с небольшими сечениями заготовок по сравнению с заготов-
ками для цельных фрез) использовать полностью возможность изготовле-
ния реек из хорошо прокованной и быстрорежущей стали с минимальной
карбидной неоднородностью, с таким условием, чтобы максимально
облегчить технологию изготовления сборных фрез и освободиться от опе-
рации затылования профиля привело к созданию червячных сборных фрез
с так называемыми поворотными рейками (гребенками), особенность ко-
торых заключается в том, что режущие рейки (гребенки) могут занимать
по отношению к оси фрезы два разных положения. При изготовлении чер-
вячной фрезы (рис. 220) рейку устанавливают в корпусе приспособления
(в первом положении) так, чтобы боковые стороны профиля зуба были
расположены по образующей определенного диаметра, в этом случае не
потребуется производить затылование профиля, так как последний получает-
ся шлифованием на резьбошлифовалыюм станке. Второе положение
рейки — рабочее, в котором ее устанавливают в корпусе готовой червячной
фрезы, передняя поверхность направлена радиально (или под заданным
углом у), а задние поверхности образуют задний угол а.
Фрезы подобного типа выпускает фирма Fette (рис. 220, а). Интерес-
на конструкция червячных фрез подобного типа фирмы Samputensili
(рис. 220, в). Эти фрезы применяют на Волжском автомобильном заводе в
г. Тольятти. В корпусе прорезаны пазы, боковые стороны пазов имеют раз-
личный наклон по отношению к центральной оси паза (левая под углом А,
правая под углом В). Если рейку поставить в паз в рабочем положении
так, чтобы передняя поверхность располагалась радиально, тогда задние
276
Рис. 220. КОНСТРУКЦИИ ЧЕРВЯЧНЫХ ФРЕЗ С ПОВОРОТНЫМИ РЕЙКАМИ:
а — конструкция фирмы Fette (ФРГ); б — конструкция ВНИИинструмент (авторы Шев-
ченко, Симонян); в — конструкцияфирмы8атри1еп5111(Италия);г — конструкция фирмы
Fette (ФРГ)
поверхности зубьев будут расположены под соответствующим задним
углом а (на рис. 220 это положение показано сплошными линиями). Если
же рейку перевернуть (т. е. поставить в положение, показанное на рисунке
штриховыми линиями), тогда задние поверхности будут располагаться по
окружности, в таком положении зуб рейки может быть прошлифован на
резьбошлифовальном станке, соответственно рассчитывают, углы А и В.
Сначала закаленные рейки, прошлифованные по опорным плоскостям,
устанавливают в окончательно изготовленный корпус фрезы, снабженный
пазами с углами А и В, и шлифуют в этом корпусе по профилю на резь-
бошлифовальном станке. Шлифование профиля на резьбошлифовалыюм
станке позволяет получить более точный профиль и шаг, чем шлифование
Цельной червячной фрезы на затыловочном станке. Предусмотренные
в конструкции фрезы две точные полукольцевые шпонки 3 (рис. 221) обес-
печивают точную установку в корпусе 1 всех реек в диаметральной пло-
скости фрезы. После шлифования профиля рейки 2 переставляют в рабочее
положение и закрепляют за концы плотно посаженными торцовыми коль-
цами 5. Для надежности кольца привертывают винтами 4. Все фрезы с по-
воротными рейками допускают большое число переточек.
277
Рис. 221. СБОРНАЯ ЧИСТОВАЯ ЧЕРВЯЧНАЯ ФРЕЗА ФИРМЫ Samputensili
В последнее время стремятся предусмотреть в конструкциях червячных
фрез, особенно для обработки зубчатых колес крупных модулей, усовер-
шенствования, улучшающие и облегчающие процесс резания. К одному из
таких усовершенствований можно отнести применение червячных фрез
(рис. 222) с острозаточенными ножами конструкции ВНИИинструмент, ко-
торые благодаря созданию на боковых сторонах профиля оптимальных
задних углов (10—15° вместо 3—4° у цельной червячной фрезы с затылован-
ными зубьями) имеют стойкость, в несколько раз большую.
В корпусе фрезы 1 имеются точные пазы, в которые вставляют оконча-
тельно прошлифованные по профилю и заточенные одиночные ножи 2 из
быстрорежущей стали; ножи прижимают винтами 5 через прокладки 4
к торцовым упорам 3 (упоры изготовлены в виде полуколец); чтобы винты
5 не ослаблялись во время работы фрезы, их контрят винтами 6.
Червячные фрезы с твердыми сплавами. В связи с развитием скорост-
ных методов обработки ведут работы по созданию червячных фрез, осна-
щенных твердыми сплавами. Применение таких фрез может дать большой
производственный эффект. Примером может служить показанная на рис. 223
опытная конструкция чистовой твердосплавной сборной фрезы с от-
дельными зубьями из твердого сплава, вставленными в корпус и закре-
пленными в нем клиновидными сухарями. Мелкомодульные монолитные
фрезы, изготовленные из твердого сплава целиком и обработанные ал-
мазными кругами, применяют в приборостроении. На заводе ГАЗ
успешно применяют сборные фрезы с твердосплавными зубьями или
гребенками. Сборные червячные фрезы по своим основным элементам
(профилю, делительному диаметру, длине и пр.) рассчитывают так же, как
и цельные фрезы. Необходимо только для определения наружного диаме-
тра, диаметра отверстая и размеров гребенки вычерчивать фрезу в нату-
ральную величину.
278
Рис. 222. ЧЕРВЯЧНАЯ ФРЕЗА С ОСТРОЗАТОЧЕННЫМИ НОЖАМИ
Рис. 223. ЧЕРВЯЧНАЯ ТВЕРДОСПЛАВНАЯ ЗАТЫЛОВАННАЯ ФРЕЗА КОНСТРУКЦИИ
УкрНИИСМИ
§ 6. ЧЕРВЯЧНЫЕ ФРЕЗЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС
С ЗАЦЕПЛЕНИЕМ НОВИКОВА
Зубчатые передачи с высокой нагрузочной способностью были разрабо-
таны в СССР д-ром техн. наук М. Л. Новиковым (рис. 224). Зацепление
представляет собой выпукло-вогнутое кругловинтовое зацепление с на-
чальным касанием в точке или по линии, расположенной в торцовом сече-
нии колес. Передача Новикова между параллельными осями может быть
выполнена только косозубой или шевронной с углом рд= 154-30° (рис.
224, п). Выпуклый зуб делают на шестерне (с меньшим числом зубьев), во-
гнутый — на колесе (с большим числом зубьев). При расчетах определяют
279
Рис. 224. ЧЕРВЯЧНАЯ ФРЕЗА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ШЕСТЕРЕН И КОЛЕС С ЗАЦЕП-
ЛЕНИЕМ НОВИКОВА:
а — схема передачи с одной линией зацепления; б — профиль фрезы для шестерен;
в — профиль фрезы для колеса; г — профиль исходной рейки в нормальном сече-
нии с двумя линиями зацепления; д — общий вид червячной фрезы
нормальный модуль колес т„. Для нарезания могут быть использованы
почти вес инструменты, применяемые для обработки зубьев эвольвептпых
передач. Однако чаще всего применяют червячные фрезы.
Профиль зубьев передач Новикова должен иметь круговую форму
в осевом сечении фрезы. Такое профилирование инструмента требует изго-
товления специальных фрез для каждого угла рд наклона зубьев колеса.
В настоящее время принято профиль зуба инструмента очерчивать по
дуге окружности в нормальном сечении зубьев с учетом того, что после
первоначальной приработки колес зацепление выправляет все неточности
связанные с приближенным профилированием фрезы. Проектирование чер
вячных фрез для нарезания колес зацепления Новикова аналогично проек
тированию червячных фрез для цилиндрических колес эвольвентпого зац<
пления (см. табл. 26). -
Длительные и обстоятельные исследования показали, что лучшим пр<
филем зуба является двойной профиль «Урал 2Н» (рис. 224, г). В ГСК.'
16771-71 принят исходный профиль инструментальной рейки, показании
на рис. 224,6 с двумя линиями зацепления.
Толщина зуба S„ = S + AS + 5S, где S = 0,5лш„ — теоретическая толщин
зуба; AS — абсолютное значение наименьшего утонения зуба шестерни ил
колеса; 5S — абсолютное значение допуска на толщину зуба шестерни
колеса. В принятых исходных контурах угол давления <х0 — 30°.
280
Выбор кулачка для затылования рекомендуется производить по обыч-
„ л г- „ „г
нои формуле К =— -------. Числовые значения К необходимо округлять
до целого числа.
Минимальное значение заднего утла па боковой стороне профиля про-
веряют по формуле tgaxmin = tgaBsina0; угол а0 показан па рис. 224,6 как
угол между начальной прямой и радиусом, проведенным из центра кри-
визны теоретического рабочего профиля в точку, лежащую па границе тео-
ретического рабочего профиля. Угол otxmin должен быть не меньше 1°30'.
§ 7. ЧЕРВЯЧНЫЕ ФРЕЗЫ ДЛЯ ШЛИЦЕВЫХ ВАЛОВ
Наибольшее распространение получили червячные шлицевые фрезы, пред-
назначенные для обработки различных шлицевых валиков, имеющих пря-
молинейный профиль. Эти фрезы можно подразделить по конструкции
и по методу получения профиля на несколько основных видов: червячные
фрезы без усиков; червячные фрезы с усиками; червячные фрезы с удли-
ненным зубом; фрезы определенной установки; фрезы-улитки.
В основе конструкции всех перечисленных червячных фрез лежит обыч-
ная червячная фреза, работающая по методу обкатки. Червячная фреза
и нарезаемый валик находятся в зацеплении. Профиль червячной фрезы
представляет собой профиль рейки, а профиль нарезаемого валика — про-
филь зубчатого колеса, находящегося в зацеплении с рейкой. При относи-
тельном движении валика последний своей начальной окружностью катит-
ся по начальной прямой рейке без скольжения. Резание осуществляется за
счет вращения фрезы. Таким образом, аналогично нарезанию зубчатого
колеса с эвольвентным профилем в данном случае мы имеем обкатку.
Обыкновенные шлицевые червячные фрезы без усиков (рис. 225) обеспе-
чивают прямолинейный профиль стороны выступа валика, причем прямо-
линейный профиль обеспечивается не па всей глубине выступа. У основа-
ния шлица имеется некоторый переходный участок /, ограниченный
некоторой кривой. Наличие этого переходного криволинейного участка не-
желательно. Чтобы обеспечить прямолинейный выступ валика, применяют
шлицевые червячные фрезы с усиками (рис. 226,«). Зуб такой фрезы в нор-
мальном сечении (рис. 226,6) имеет небольшие выступы (усики) па углах,
которые при фрезеровании валика врезаются глубже, чем вершина зуба
фрезы, и тем самым обеспечивают в углах, у основания шлицев, неболь-
шие углубления (рис. 226, в). Если глубина такой канавки будет больше
глубины f переходной кривой, то сторона шлица до пересечения ее
с окружностью внутреннего диаметра шлицевого валика будет прямоли-
нейной. Фрезы с усиками, обеспечивая правильную геометрию (прямоли-
нейность стороны шлица), не дают возможности применять высокие ско-
рости резания и большие подачи, так как усики фрезы являются слабым
местом и быстро изнашиваются. Кроме того, шлицевый валик, обрабо-
танный фрезой с усиками, благодаря углублениям у основания шлица
имеет меньшую прочность, чем валик без этих углублений. Поэтому сле-
дует применять червячные фрезы с усиками по возможности реже.
Задачу получения прямолинейного шлица по всей глубине (до основа-
Дия) можно решить, применяя червячную фрезу с удлиненным зубом
281
Рис. 225. СХЕМА РАБОТЫ ЧЕРВЯЧНОЙ ШЛИЦЕВОЙ ФРЕЗЫ:
а — фреза; б — валик
Ряс. 226. ЧЕРВЯЧНЫЕ ШЛИЦЕВЫЕ ФРЕЗЫ С УСИКАМИ
Рис. 227. НЕКОТОРЫЕ ЧЕРВЯЧНЫЕ ФРЕЗЫ ДЛЯ ШЛИЦЕВЫХ ВАЛИКОВ:
а — фреза с удлиненным зубом; б — фреза определенной установки; е — фреза-улитка
I
(рис. 227, а). Боковые стороны профиля зубьев этой фрезы работают по методу
обкатки, как боковые стороны обычной шлицевой червячной фрезы. Но
в отличие от обычной фрезы вершины зубьев такой фрезы обработаны по
внутреннему диаметру валика и обрабатывают профиль впадины копиро-
ванием профиля фрезы.
Фрезы с удлиненным зубом применяют для шлицевых валиков, у ко-
торых требуется сохранить прямолинейный профиль до внутреннего диа-
метра. Такая фреза должна быть установлена в определенном положении
относительно оси нарезаемого валика. При установке фрезы ось детали
должна совпадать с центром окружности вершин зубьев. Если у червячной
фрезы с усиками или без усиков перемещение фрезы вдоль осп не изменяет
профиля валика, то фреза с удлиненным зубом при перемещении вдоль
своей оси и при неправильной установке будет обязательно искажать про-
филь валика.
Червячные фрезы с удлиненным зубом определенной установки
(рис. 227, б) представляют собой, строго говоря, режущий инструмент, не по-
лностью работающий по методу обкатки. Такую фрезу необходимо также
установить на оправке в строго определенном положении в заданной точке
оси фрезеруемого валика, т. е. нельзя перемещать произвольно вдоль оси
оправки, как это можно делать с обычной червячной фрезой. Зубья ее бу-
| 1 Дут обрабатывать деталь путем постепенного врезания в материал. При
эгом фреза, имеющая винтовой зуб, связана с вращением детали так же,
'. как и червячная фреза. Все зубья фрезы определенной установки произво-
! Ляг предварительную обработку впадины, и только последний зуб, имею-
I 1ций профиль, в точности соответствующий профилю впадины, оконча-
Р ’елыю обрабат ывает впадину. Фрезы определенной установки применяют
& в тех случаях, когда профиль детали не может быть обкатан обычной фре-
I; юй. Примером таких деталей служат храповые колеса с остроугольной
Г' впадиной, шлицевые валики с сужающимися шлицами и т. д. Недостатком
L Фрез определенной установки является сложность их изготовления.
! Имеются также конструкции червячных фрез короткой длины (рис. 227, в),
[ имеющих всего навсего один или два витка. У этих фрез работа
распределена между отдельными зубьями, имеющими разную высоту. Они
283
о
АО О, О, О, Ot 05 Ое О, А
Рис. 228. ГРАФИЧЕСКОЕ ПОСТРОЕНИЕ ПРОФИЛЯ ЗУБА ФРЕЗЫ (ПЕРВЫЙ ВАРИАНТ)
несколько напоминают завиток панциря улитки и поэтому носят название
фрез-улиток. Фрезы-улитки получили распространение при фрезеровании
эвольвентных колес или различных неэвольвентных профилей, их приме-
няю! большей частью при фрезеровании крупных деталей.
Фреза-улитка представляет собой как бы винтовую протяжку. Каждый
зуб фрезы срезает определенный слой металла, и только последний зуб,
в точности соответствующий профилю требуемой впадины, обрабатывает
впадину окончательно. Особенность конструирования шлицевых чер-
вячных фрез заключается в определении профиля зуба такой фрезы.
Фреза, совершая обкаточное движение, катится без скольжения по на-
чальной окружности и образует при этом профиль детали (рис. 228). Необ-
ходимый профиль фрезы можно определить графическим способом, т. е.
путем построения профиля фрезы по точкам; аналитическим способом,
т. е. путем расчета координат кривой профиля фрезы; возможен также спо-
соб получения профиля фрезы механическим путем, при котором необхо-
димый профиль фрезы обеспечивается специальным обкаточным механиз-
мом затыловочного станка.
В практике конструирования фрез имеют распространение два первых
способа.
Графический способ дает возможность наглядно представить себе об-
катку. Однако недостаток его в том, что при графических построениях
всегда возможны неточности, вызванные неточностями инструмента (цир-
куля, линейки и т. п.) и различной толщиной проводимых линий.
Аналитический (расчетный) способ позволяет с любой точностью вы-
числить координаты кривой профиля фрезы, ио благодаря большому объе-
му вычислений возможны ошибки в расчетах. Поэтому практически при-
меняют оба способа, причем графическим способом проверяю! наличие
грубых ошибок в расчете профиля, аналитический способ позволяет при-
менять ЭВМ.
Графическое пост роение профиля инст румента копированием последова-
тельных положений (первый вариант). Для построения профиля инструмен-
та достаточно вычертить на бумаге в большом масштабе профиль детали.
На рис. 228 слева вычерчены выступ и впадина шлицевого валика с прямо-
линейными сторонами шлицев. Окружность радиуса RK представляет со-
бой начальную окружность детали. Разделим эту окружность на несколько
частей. Для этого следует из крайних точек профиля детали провести ра-
диусы и ограниченный этими радиусами сектор разделить на определенное
284
Рис. 229. ГРАФИЧЕСКОЕ ПОСТРОЕНИЕ ПРОФИЛЯ (ВТОРОЙ ВАРИАНТ)
число равных отрезков. Для обкатывания детали без скольжения необхо-
димо спрямлять дуги. Если дуга меньше х/г5 радиуса, ее можно без особой
погрешности заменить хордой. Таким образом, мы получили па начальной
окружности точки 1, 2, 3, 4 и т. д., расположенные на равном расстоянии
друг от друга. Длину полученных дуг 0 — 1, 1—2, 2—3 приравняем к длине
соответствующих хорд 0-1, 1-2, 2-3.
Проведем касательную к начальной окружности (удобнее это сделать
на отдельном листке кальки). На кальке проводим линию А — А. По этой
линии будет перемещаться центр валика при обкатке его по начальной
прямой. На расстоянии проводим параллельную линию В — В. Эта линия
будет являться начальной прямой инструмента (фрезы). Отложим на пря-
мой В—В дуги 0—1, 1—2, 2 — 3 и т. д. Для этой цели раствором измерите-
ля, соответствующим длине отрезков 0 — 1, 1 —2, 2—3 и т. д., наносим точ-
ки 0,1, 2, 3 и т. д. Проведем прямые 01 — 1, 02—2, 03—3, перпендикулярные
линии В — В. При движении обкатки деталь будет занимать последова-
тельно положения 1, 2, 3, 4 и т. д. Накладывая кальку па вычерченный про-
филь детали и совмещая при этом соответствующие линии 01—1, 02—2
с соответствующими радиусами 1—0, 2—0 и т. д., можно, очерчивая про-
филь детали на кальке в каждом определенном положении, получить ряд
линий, изображающих профиль детали в различных положениях: 1, 2, 3,
4 и т. д. Проведя плавную кривую, огибающую полученные профили, мож-
но получить искомый профиль фрезы.
Графическое построение профиля инструмента (второй вариант). Вычер-
чиваем начальную окружность и начальную прямую (рис. 229); проводим
прямую профиля А — В. Откладываем от точки С одинаковые дуги 1 — 2,
-~3, 3 — 4 и т. д. Проводим из полученных точек радиусы до центра дета-
ли 0. Для удобства профиль фрезы строим в правой части чертежа. Отрсз-
ки 1—2,2 — 3,3 — 4 и т. д. соответствуют дугам 1~^2, 2^3, 3^4, и их от-
кладывают по начальной прямой вправо от точки Ог. Из точек 1, 2, 3
и т. д. на начальной прямой строим прямые 1 — 1", 2—2"', 3 — 3" и т. д., па-
раллельные соответствующим радиусам 1—0, 2 — 0, 3—0 и т. д. Например,
из конца отрезка 5 (точка 5 начальной прямой) проводим линию 5—5", па-
раллельную радиусу 5—0. На этой линии откладываем отрезок 5—5",
Равный длине перпендикуляра 5—5', восстановленного из точки 5 на на-
чальной окружности до пересечения с прямой А — В профиля детали. На
285
9
Рис. 230. СХЕМЫ ОБКАТКИ:
а — шлицевого вала; б — квадрата
других отрезках, параллельных соответствующим радиусам, также от-
кладываем длины соответствующих перпендикуляров. Через полученные
точки 1", 2", 3" и т. д. проводим плавную кривую. Она будет представлять
собой профиль зуба инструмента. При построении можно определить так-
же крайнюю точку профиля фрезы и соответствующую высоту /Д профи-
ля зуба. Для этой цели из точки В опускаем перпендикуляр до пересечения
с начальной окружносгью, получаем точку В', затем проводим радиус
В' — О из центра окружности детали. Находим для этой точки соответ-
ствующее положение В2 на начальной прямой и, проведя из полученной
точки В2 в направлении, параллельном радиусу, отрезок, равный перпенди-
куляру В'В2, получим точку В". J
Аналитический способ определения профиля фрезы. Существует несколь-j
ко способов расчета профиля фрезы. Разберем наиболее простой из них,1
предложенный д-ром техн, наук Г. Н. Сахаровым. Для каждого прямоли-
нейного профиля детали (шлицевого валика, квадрата и т. д.) основными
элементами, определяющими профиль фрезы, будут радиус RH начальной
л h
окружности и угол р. Радиус в любой точке К профиля детали г к =
или для любой точки h = г к sin рк, причем величина h остается постоян-
ной.
, b
Для валика с прямолинейными шлицами и где ь ~ ширина шлица.
Для квадрата h —
где а - сторона квадрата (рис. 230).
У любого прямолинейного профиля можно найти величину /1. Для точ-
ки А, лежащей на начальной окружности, справедливо выражение h —
= RH sin р.
Вывод уравнения профиля фрезы. Представим себе процесс обкатки
шлицевого валика рейкой, профиль которой требуется найти. На рис. 231
показаны два положения такой обкатки. В положении I профиль рейки
и профиль детали касаются друг друга в точке Р полюса зацепления. В по-
ложении II рейка переместилась вправо на некоторый отрезок РВ. Точкой
касания профилей рейки и детали будет уже точка С. Основным условием
любого зубчатого зацепления рейки с колесом является качение без сколь-
286
рис 231. АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД
РАСЧЕТА ПРОФИЛЯ
жения начальной прямой рейки
по начальной окружности коле-
са. В данном случае рейкой
будет являться профиль фрезы,
а колесом — профиль детали.
Следовательно, за время пере-
мещения рейки на отрезок
РВ деталь должна повернуться
па некоторый угол ср, равный
(в радианах) отрезку РВ, де-
ленному на радиус Ru начальной окружности; <р = или РВ — RHq>.
Ria
Из основных условий зубчатой передачи мы знаем также, что общая
нормаль к сопряженным профилям в точке касания их должна проходить
через полюс Р зацеплештя. Следовательно, линия СР должна быть перпен-
дикулярна к прямой профиля в точке С и должна обязательно проходить
через полюс зацепления Р.
Проведем оси координат, причем начало координат возьмем в точке В,
ось X направим по начальной прямой рейки. При продольном перемеще-
нии рейки начало координат будет двигаться вместе с ней. Г. Н. Сахаров
предлагает для нахождения кривой профиля использовать следующую тео-
рему: сумма проекций замкнутой ломаной линии на ось всегда равна ну-
лю. В нашем случае такой ломаной замкнутой линией будет линия
PCDBP. Спроектируем ломаную по частям па_ось X: проекция отрезка PC
на ось X равна PC cos а; проекция отрезка CD на ось X равна_нулю; про-
екция отрезка DB на ось X равна х; проекция отрезка ВР на ось X
равна — Rn<p (знак минус показывает, что отрезок ВР направлен в обрат-
ную сторону и должен при сложении вычитаться).
Складываем все проекции и их сумму (алгебраическую) приравниваем
нулю PC cos а + О + х — RH<p = 0. Но отрезок PC = РЕ — СЕ или PC —
= RH sin а — RH sin p. Подставив, получим x = Rh(p — RH (sin а — sin p) cos a,
но угол Ф = a — p, и окончательно
x = RH [(a — p) — (sin a — sin p) cos a].
Теперь спроектируем ломаную линию PCDBP на ось У: проекция от-
резка PC на ось У равна PC sin а; проекция отрезка CD на ось У равна—у
(знак минус показывает, что проекция направлена в обратную сторону
и Должна вычитаться); проекция отрезка DB на ось У равна нулю, проек-
ция отрезка ВР на ось Утакже равна нулю. Складывая проекции, получим
•PC sin а — у = о, или у = PC sin а. Подставив значите PC = RH (sin a —
s,np), получим у = RH(sina — sin p) sin a.
равнения для x и для у есть искомые уравнения профиля фрезы. Зада-
и пСЬ значениями У> можно по ним найти соответствующие значения х
остроить кривую профиля фрезы по точкам.
ни nPe°ejlet<ue радиуса RH начальной окружности. В полученных уравне-
К профиля имеется RH — радиус начальной окружности. Этот радиус не
287
может быть задан произвольно, так как от принятого радиуса зависит ве-
личина / переходной кривой (см. рис. 225). Для определения наивыгодней-
шего радиуса RH начальной окружности рассмотрим линию зацепления рей-
ки и валика.
Линией зацепления (рис. 232) называется линия, каждая точка которой
является точкой касания сопряженных профилей. Следовашлыю, точки С,,
С3, С4, С5 касания профилей в различных положениях будут являться точ-
ками линии зацепления. Для вывода уравнения линии зацепления рассмо-
трим одну из точек линии зацепления, например точку С3. Для этого про-
ведем оси координат XOY с началом_в точкеО. Из^ рис. 232 видно, что
х = PC3cosa; у = RH — PC3sina. Но РС3 — РЕ — С3Е или РС3 =RHsina—
-Ji.
В результате получим:
х = (RH sin a — //) cos a, у = RH — Rti sin2 a + h sin a.
Это и есть уравнения линии зацепления, по которым можно вычислить
координаты отдельных точек и построить линию зацепления. Если на-
ружный радиус валика будет больше радиуса Ru, валик по вершинам будет
срезаться. Следовательно, необходимо выбрать радиус Rn начальной
окружности таким, чтобы он был равен наружному радиусу Rm детали
(валика).
Найдем координаты точки М. Эта точка является наивысшей точкой
линии зацепления. Следовательно, в этой точке значение у будет макси-
мальным. Для того чтобы определить максимальное значение у следует
найти производную от функции у=/(а):
— — 2RU cos a sin а. + h cos a. |
Jo |
Приравняв —— пулю, получим для точки М: — 2RHcos ам xsina +
da
+ /) cos a = О или sin ад/ = --. Подставив это значение в выведенное вы-
2RH
/г Jr
ше уравнение для у, получим ум = rh~ ~~ или, сократив,
получим
Jr
-m=JR,,+ 4RH-
Подставив значение sinotM = ^-i— в выведенное выше уравнение для
2К„
получим хл/ =
Rh 2R„ h
1-^
4R,
или, сократив, получим хм — —
h2
4*Г
288
Максимальный радиус наружной окружности в точке М равен R\i ~
= Хд/ + Ум-
Подставляя значения хм и ум и решая относительно К„, получим RH —
==]/к^-О,75/Л
По этой формуле, зная наружный радиус RHap и полагая его равным
Им, можно найти Ra, а затем подсчитать координаты профиля.
Замена кривой профиля фрезы дугами окружности. Изготовление ша-
блона для фрезы с криволинейным профилем затруднительно, поэтому ча-
сто прибегают к замене кривой профиля зуба фрезы дугами окружности.
Для этой цели можно найти координаты трех точек профиля и по ним по-
строить соответствующую окружность с радиусом q (см. рис. 226); при за-
мене кривой профиля окружностью мы допускаем некоторую ошибку. Ве-
личину этой ошибки Apt и Др2 можно определить по соответствующим
формулам, приводимым в книгах [20, 22].
Выбор конструктивных элементов фрез. Наружный диаметр De червяч-
ной шлицевой фрезы выбирают с учетом достаточной жесткости оправки
н прочности зуба фрезы. Можно использовать следующую приближенную
формулу для проверки выбранного диаметра фрезы (см. рис. 226): De =
— 2(Н + т) + d, где т — толщина тела фрезы (с учетом углубления шпон-
ки); Н — полная высота зуба с учетом величины затылования К; d — диа-
метр оправки (отверстия). Принимают для фрез диаметром De = 65 4- 80
мм — диаметр отверстия d=21 мм; для фрез диаметром De = 80—100
мм — d = 32 мм.
tcD
Величина затылования К = —— tg с/.в, где ав — задний угол, который
Z
следует брать не менее 10° у вершины зуба; z — число зубьев фрезы, прини-
мают обычно для фрез диамет ром 55 — 80 мм равным 12, для фрез диаме-
тром 80—100 мм — равным 14; следует по возможности брать большее
число зубьев, так как такие фрезы дают более гладкую поверхность.
Фрезы следует изготовлять со шлифованным профилем, применяя ме-
тод двойного затылования; величину второго затылования Кг =
= (1,2 4-1,7) К. Угол наклона со винтовых канавок определяют по формуле
sin со = ——.
itD,'
R , 2лЛ„
о эту формулу входит шаг по нормали t„ =-------, где RH — радиус на-
~ и
чальнои окружности; п — число шлицев шлицевого валика.
Средний диаметр фрезы D, = De — 2/с ( — О,35К, где De — наружный диа-
метр фрезы; h, — высота профиля зуба по начальной прямой (т. е. коорди-
ната у крайней точки профиля).
Высота профиля зуба = Кн sin ccn (sin «к — sinpjc); причем угол «к
в этой формуле может быть определен для крайней точки (см. рис. .232) по
Формулам cos ак = sin а =
где R
ццщ л/ Расчетныи наружный диаметр шлицевого валика; b — ширина
Шаг винтовых канавок PR = После подсчета шага необходимо
tgco
Ю Г- А. Алексеев и др. 289
Рис. 232. СХЕМА ПОСТРОЕНИЯ ЛИНИИ ЗАЦЕПЛЕНИЯ
проверить его по данным станка. Если полученный шаг на станке нарезать
нельзя, то следует изменить диаметр или угол наклона канавок. Угол ка-
навки принимают обычно в пределах 20 — 25°. Впадина должна быть за-
круглена; радиус закругления г принимают в пределах 1,5 —2 мм.
Остальные элементы рассчитывают аналогично червячным зуборезным
фрезам; допуски на отдельные элементы фрезы можно устанавливать по
данным, приведенным в табл. 27,
§ 8. ЧЕРВЯЧНЫЕ ФРЕЗЫ ДЛЯ ЧЕРВЯЧНЫХ КОЛЕС
Выше были разобраны конструкции и расчет червячных фрез для цилин-
дрических колес. Мы видели, что габаритные размеры фрезы выбирали
в зависимости от точности профиля, прочности фрезы и т. д. Таким обра-
зом, диаметр Dt и угол со фрезы не зависели от конструкции зубчатого ко-
леса. Иное положение получается при разработке червячных фрез для чер-
вячных колес. Фреза для червячного колеса должна быть копией червяка,
поэтому диаметр фрезы, шаг и угол должны в точности соответствовать
тем же элементам червяка.
290
27 Допуски на основные элементы червячных шлицевых фрез, мкм
Проверямый элемент фрезы Класс точности фрезы Допускаемое отклонение, при шаге фрезы, мм
До 10 Св. 10 до 20 Св. 20 до 30 Св. 30
Осевой шаг А В ±10 + 15 1+ !+ о о ±15" ±25 ±15 ±30
————— Суммарная ошибка на длине трех шагов А В + 20 + 30 + 20 + 40 + 30 ±50 ±30 ±60
Конусность по наружному диаметру А В 15 25 20 30 25 35 30 45
Биение по наружному диаметру А В 20 30 25 40 30 50 35 60
Биение но диаметру буртиков А В 15 20 20 25 20 30 20 30
Неравномерность окружного шага А 100 120 150 180
В
Радиальность передней грани А 30' Допускается отклонение от ра-
В 1° диальности только поднутрения в сторону
Для червячной передачи могут быть приняты все три типа червяков
(архимедов, эвольвентный и с прямолинейным профилем в нормальном се-
чении). Выбор типа червячной фрезы зависит от типа червяка, принятого
в червячной передаче.
Различают два способа фрезерования червячных колес: с радиальной
(рис. 233, а) и с тангенциальной (рис. 233,6) подачами. В первом случае
углубление фрезы в деталь происходит в радиальном направлении путем
постепенного сближения детали и фрезы. Во втором случае расстояние
А между осями червячного колеса и фрезы остается постоянным, а фреза
имеет поступательное движение вдоль своей оси. Фрезы, предназначенные
для тангенциальной подачи, имеют заборный конус. Второй способ фрезе-
рования является более точным, поэтому первый способ применяют толь-
ко в тех случаях, когда на сганке не имеется возможности сообщить фрезе
тангенциальную подачу. Фрезы для червячных колес выполняют как на-
садными, так и хвостовыми (это зависит от диаметра и модуля червяка).
АвОстовые фрезы употребляют лишь в тех случаях, когда не представляет-
ся возможным сделать отверстие во фрезе. Насадная фреза (рис. 234, и)
имеет отверстие со шпоночным пазом, а хвостовая (рис. 234,6) — конусный
хвост и цапфу для закрепления на станке.
Червячная эвольвентная фреза с насечеными мелкими зубьями предста-
яет собой инструмент для снятия очень мелкой стружки. Зубья такой
Рис. 234. ЧЕРВЯЧНЫЕ ФРЕЗЫ ДЛЯ ЧЕРВЯЧНЫХ КОЛЕС:
а — насадная с крупными зубьями для архимедова червяка; б — хвостовая с мел-
кими.зубьями эвольвентиая, чистовая (червячный шевер)
фрезы срезают тонкие стружки (скоблят профиль червячного колеса). Та-
кие фрезы применяют для окончательной обработки червячных колес для
червячной передачи с эвольвентным червяком. Фреза, предназначенная для
работы с тангенциальной подачей, имеет заборный конус с углом <р3. Зубев
фрезы на заборной части должны быть затылованы по конусу. -Л
Существуют червячные одпозубые фрезы-летучки (рис. 235). Фреза-лв
тучка 1 имеет один режущий зуб, выполненный по профилю рейки и всгЯ
пленный в оправку 2. Фреза очень проста в изготовлении, но малопроизвСЯ
дительна, и поэтому ее применяют только в случае крайней необходим;"]
сти, когда требуется нарезать одно или несколько червячных кол .-4
а обычную червячную фрезу изготовить сложно. j
292 1
Рис 235. ЧЕРВЯЧНАЯ ОДНОЗУБАЯ ФРЕЗА-ЛЕ-
ТУЧКА
Расчет червячной фрезы для червячного
колеса. Широкое распространение получили
червячные фрезы, в основу конструкции
которых положена архимедова винтовая
поверхность. Это объясняется простотой
изготовления точного архимедова червяка,
так как профиль его в осевом сечении
прямолинейный. Кроме того, изготовление
эвольвентного червяка сложнее (для этого требуются специальные шлифо-
вальные станки). Применение эвольвентных червяков в машинах массового
производства объясняется тем, что передача с эвольвентным червяком
имеет высокий КПД, более износоустойчива и допускает большую нагрузку,
чем передача с архимедовым червяком.
Исходными данными при проектировании червячной фрезы, в основу
которой положен архимедов червяк, имеющий прямолинейный профиль
в осевом сечении, являются модуль т; число заходов червяка и; средний
диаметр червяка Z>cp; угол зацепления а0; максимальное число зубьев чер-
вячного колеса; высота ножки зуба червячного колеса h2; высота ножки
червяка h2. Разберем расчет основных элементов червячной фрезы в том
порядке, в каком его обычно ведут.
Определение делительного диаметра D,. Нам известен средний диаметр
DCp червяка. Необходимо учесть, что фрезу надо перетачивать, поэтому
диаметр D, принимают больше среднет о диаметра червяка па величину за-
паса на переточки. Этот запас устанавливают до (0,1— 0,05) т, т. е. D, —
— Dcp + (0,10,05) ш (чем больше модуль, тем меньше относительный
запас).
Угол наклона канавок на расчетном диаметре D, определяют по форму-
ле tg со —
тп
D,
где т — модуль, и — число заходов червяка.
Высота головки зуба /ц фрезы должна быть равна высоте К ножки зуба
червячного колеса.
Высота ножки зуба h2 фрезы должна быть равна высоте h2 ножки
червяка.
Полная высота профиля й = /11+/12.
Осевой шаг toc от зуба к зубу должен соответствовать осевому шагу
червяка toc = тли.
Если червяк миогозаходный, то осевой ход будет равен осевому шагу,
Умноженному на число заходов, т. е. tocn.
Радиусы закругления головки г, и ножки г2 зуба фрезы принимают по
профилю исходной рейки для червячной передачи (профиль исходной рей-
ки должен быть задан при проектировании).
Наружный диаметр фрезы должен складываться из делительного диа-
метра и двух высот головки: +
Задний угол аъ находим, исходя из минимального у1ла ах в нормаль-
293
Чисм междузубых канавок z =
к . «х
ном сечении, можно определить по формуле tgaB =-------.
sin cz0
2я
Л 4,4 т \
arc cos (1---1
После такого предварительного расчета следует вычертить зуб фрезы
и убедиться в правильности принятого числа зубьев.
Шаг винтовых канавок такой же, как у червячных фрез для цилиндриче
ских колес, SK = nDt ctg со.
Угол канавочной фрезы 9 вначале задают, а затем проверяют его проб-
ным вычерчиванием впадины. Обычно угол 9 = 22-? 30°.
itDe .. .
Величина затылования К = —— tgaB, где ав — задний угол (принимают
от 8 до 10°).
Если профиль фрез шлифуют, следует делать двойное затылование:
К, =(1,2-1,3) К.
к ।
Глубина канавки H — h-\---—----1- (0,5— 1,0).
Радиус закругления г дна канавки фрезы задают из конструктивных со-
ображений. Можно использовать для расчетов формулу
л(Пе-2Н)
' ~ IQz
Угол <рх наклона верхних участков профиля к оси фрезы рассматривают
в осевом сечении. Прежде чем перейти к определению этого угла, рассмо
трим, какие особенности вносит затылование в построение профиля зуба
в осевом сечении. Так как исходным червяком для фрезы принят архиме
дов червяк, профиль фрезы в осевом сечении должен быть прямоли-
нейным. Но червячная фреза отличается от червяка наличием междузубых
винтовых канавок, идущих под углом со, а также наличием затылования
зубьев по архимедовой спирали.
Схема затылования боковых сторон профиля зуба червячной фрезы по-
казана па рис. 236, а. Резец, начинающий затылование первого зуба в точке
Dh при вращении фрезы и перемещения затыловочного супорта должен за
один оборот фрезы занять положение, показанное штриховой линией. При
этом точка Dt переместится в положение D2. На рис. 236, а показана секу
щая плоскость, проходящая через ось фрезы. Так как каждый зуб фрезы
должен быть затылован по архимедовой спирали, то благодаря наличию
винтовых канавок с углом со точка D, ближе к оси фрезы, чем точка Pi
Следовательно, каждый зуб фрезы будег находиться в разных стадиях за
тылования, и в сечении осевой плоскостью вершины зубьев будут накло
пены под утлом срх к оси фрезы.
Для определения угла срл пользуемся ранее выведенной формулой
Kz
tg<px = , где 5К — шаг канавок фрезы; К — величина затылованщ
Ок
фрезы; z — число зубьев фрезы.
294
>*ис. 236. СХЕМА ЗАТЫЛОВАНИЯ БОКОВЫХ СТОРОН ПРОФИЛЯ ЧЕРВЯЧНОЙ ФРЕЗЫ
Углы профиля аПр, «лев (правой и левой стороны профиля) определяют
следующим образом. На рис. 236,6 сплошными линиями показана сторона
профиля червяка с углом а0. Когда площадки зубьев будут наклонены под
утлом фх исказится и весь профиль. Точка А переместится в положение А',
точка В — в положение В', но осевой шаг toc как в первом, так и во втором
случае останется постоянным. Отсюда можно найти следующие соотноше-
ния: для правой стороны профиля отрезок А"С = СО — А"0, но С0 =
= ~3~ ct8 «0; А"0 = tg ср ; А"С = ~~ ctg апр; подставив найденные
z. 2 2
Длины отрезков, получим ctg апр = —— ctg а0 — tg <рх. После сокра-
щения получим Ctg 0-пр = ctg а0 - tg <рх.
Для левой стороны профиля получим соответственно ctg с/.лев = ctg cz0 +
+ tg<px.
быть° Этим Ф°РмУлам определяют углы аЛев и с/.пр. Эти углы должны
проставлены на чертеже осевого сечения затылованного зуба.
295
Высота головки зуба в осевом сечении /ц = h± cos <px.
toe ttm i
Толщина зуоа на начальном диаметре S =—-----------= —------. 1
2 cos ср* 2cos<pv ;
Угол ср, заборного конуса фрезы определим по формуле cos<p3 =
]/т2 + 4/\2 — т _
= 1-----—---------, где т — модуль; R - наружный радиус червячного
колеса.
Длина заборного конуса /2=H1ctgcp3, где 1Д =(0,8 0,9) й.
Длина рабочей части фрезы Lt = /, + /1 etg а0 + toe- Остальные элементы
фрезы (общая длина, тип крепления, номер конуса и т. д.) должны быть -
увязаны со шпинделем зубофрезерного станка, на котором производят ра-
боту. Рекомендуется при этом вычертить в масштабе два положения дета- •
ли (в начале и в конце нарезания), вычертить фрезу и графически опреде- ‘
лить все остальные элементы фрезы.
Во всех случаях конструктор должен стараться проектировать насадные
фрезы, так как они дешевле. И только в тех случаях, когда диаметр фрезы
мал и не позволяет делать фрезы с отверстием, допускается проектирова-
ние хвостовой фрезы. Хвостовые фрезы делают сварными: рабочая часть
их — из быстрорежущей стали, а цапфа и хвост — из конструкционной ста- ,
ли 45 или 40Х.
Особенности конструкции других типов червячных фрез для червячных
колес. Червячные эвольвентиые фрезы большей частью изготовляют как
чистовые с мелкими насеченными зубьями (см. рис. 234, б). Вначале изгото- ;
вляют червяк, затем в определенном направлении наносят на боковые сто-
роны профиля мелкие зубья (это червячный шевер). Если направление дви-
жения долбежных резцов совпадает с направлением образующей прямой,
тогда получится прямолинейный зуб. Можно зубья располагать и радиаль-
но, тогда профиль режущей кромки зуба будет криволинейный.
Червячные эвольвентные фрезы для тангенциальной подачи можно из-
готовлять комбинированными, т. е. состоящими из двух частей: первая, за- j
тылованная часть фрезы — для черновой обработки впадин колеса, вторая -
часть фрезы (с мелкими зубьями) работает как чистовая фреза. ।
Некоторые особенности имеют фрезы для многозаходных передач у
(рис. 237). При такой передаче угол подъема т червяка очень большой, и даже \
небольшие изменения диаметра фрезы (при заточках) приводят к резким
колебаниям угла подъема фрезы. Для устранения влияния изменения диа-
метра фрезы при переточках на качество передачи (появляется шум, бы-'
стрый износ передачи и другие недостатки) можно применять два способа.
1. Конструируют фрезу с зубом увеличенной ширины и высоты. Тогда;
колеса, нарезанные новой фрезой, будут иметь утоненный зуб (конечно, ве->
личина утонения должна быть в пределах допуска). Колеса, нарезанные^
переточенной фрезой (с сохраненным межцентровым расстоянием М), 6)’%
дут иметь утолщенный зуб. При первом способе число переточек фрезМ;
будет зависеть от допуска на толщину зуба червячного колеса. V
2. При втором способе изгот овляют сборную фрезу, состоящую из тре*'
частей. Черновая часть J представляет собой обычную червячную фрезУ-'
После переточки черновая фреза уменьшится в диаметре и профиль ее
296
237 СОСТАВНАЯ ЧЕРВЯЧНАЯ
’ ФРЕЗА ДЛЯ ЧЕРВЯЧНЫХ
(МНОГОЗАХОДНЫХ) ПЕ-
РЕДАЧ
переместится в положение,
показанное штриховой лини-
ей. На одну оправку с черно-
вой фрезой посажена вторая
промежуточная часть П.
Между первой и второй ча-
стью проставлено кольцо оп-
ределенной ширины На
второй части имеются зубья,
затылованные по бокам, а по
вершине — незатылованныс.
Рядом с этой частью за про-
межуточным кольцом шири-
ной помещают третью часть фрезы, в точности совпадающую со второй.
На первой части фрезы число зубьев может быть любое, па второй и третьей
ее частях число зубьев должно быть равно числу заходов червяка. После
переточки зубьев второй и третьей частей из-за наличия затылования с бо-
ков они уменьшаются по толщине. Для того чтобы сохранить первона-
чальную толщину зуба колеса, можно кромки А и В поставить в первона-
чальное положение путем изменения толщины прокладок и Ъ2. После
изменения толщины прокладок кромка А второй части фрезы и кромка
В третьей части фрезы будет давать точный зуб колеса как по высоте, так
и по толщине.
§ 9. ЗАТОЧКА ЧЕРВЯЧНЫХ ФРЕЗ
Червячные фрезы в основном изготовляют с затылованными зубьями, по-
этому их надо перетачивать по передней поверхности зуба. Заточка чер-
вячных фрез — очень ответственная операция, и ее нужно производить спо-
собами, обеспечивающими получение заданной геометршт режущей части
фрезы.
Принципиальная схема заточки фрезы с винтовыми канавками показа-
на на рис. 238. Заточку нужно производить обязательно конической сторо-
ной тарельчатого круга (рис. 238, о). Заточка плоской стороной крута при
® > 0 недопустима, так как при этом получается «развал» канавки. Если
форма крута коническая, то касание крута с передней винтовой поверх-
ностью происходит по линии, и канавка фрезы получается по винтовой по-
верхности без развала.
Поскольку передняя поверхность зуба фрезы является винтовой с опре-
деленным шагом SK, при заточке должно быть обеспечено относитсль-
^перемещение крута по этой винтовой поверхности с тем же шагом SK.
ном НистРУментальных и заточных цехах применяют заточку на специаль-
ц cTIlHKe> на универсально-заточном станке с применением копира.
рвьш способ, являющийся лучшим, предусматривает использование спе-
297
Рис. 238. СХЕМА ЗАТОЧКИ ЧЕРВЯЧНЫХ
ФРЕЗ ПО ПЕРЕДНЕЙ ПОВЕРХ?
НОСТИ ПРИ УГЛЕ НАКЛОНА КА-
НАВОК ы > О (КОНИЧЕСКОЙ
СТОРОНОЙ КРУГА)
цпального станка. Фрезу устанавливают на цилиндрическую оправку, кото-
рую вставляют в шпиндель специального станка. Станок обеспечивает
перемещение круга (в одних моделях) или перемещение детали (в други?
моделях) относительно круга по винтовой поверхности. Это достигаете?
кинематической цепью станка. Заточной станок обеспечивает кроме винто
вого перемещения при заточке автоматическое деление от зуба к зубу
Станок настраивают на определенный, указанный в чертеже червячиот
фрезы шаг винтовых канавок 8К. Круг вводят в канавку фрезы. Необходи-
мо при этом обеспечить радиальное направление передней поверхностг
Для этого можно применять шаблон 1, показанный на рис. 238, с
Второй способ затачивания (на универсально-заточном станке) следуе
применять при отсутствии специального станка. Фрезу насаживают на цг
линдрическую оправку. На другом конце оправки закреплен специальны
винтовой копир, представляющий собой цилиндр с профрезерованными н
нем с утлом w> 0 винтовыми пазами. Шаг винтовых пазов должен быт
равен шагу SK винтовых канавок червячной фрезы. Число винтовых пазо
по окружности также должно быть равно числу канавок фрезы; копир гв
своим элементам должен полностью соответствовать фрезе.
Оправку вместе с копиром и фрезой вставляют в центры заточного
станка. При продольном перемещении стола упор, имеющийся на станке,
входит в один из пазов копира и заставляет копир вместе с фрезой мед-
ленно поворачиваться. Таким образом, относительно круга фреза совср|
шает винтовое движение. Установка круга при этом способе заточки ан»
логична первому способу. а
При заточке фрезы могут возникать ошибки в профиле, которьЯ
влияют па точность профиля нарезаемого зубчатого колеса. I
1. Неравномерный окружной шаг фрезы; если деление при заточке нЯ
правильное, окружной шаг зубьев будет различный. Это приведет к бив*
нию зубьев фрезы и, следовательно, к неточностям колеса.
2. Отклонение от радиальности передней поверхности в любую сторонУ
приводит к искажению профиля зуба, одна сторона становится вогпугои>
298
рис 239. СХЕМА ЗАТАЧИВАНИЯ ЧЕРВЯЧНОЙ ФРЕЗЫ С КА-
НАВКАМИ, НАПРАВЛЕННЫМИ ПО ОСИ ФРЕЗЫ ПО
ПЕРЕДНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТАРЕЛЬЧАТЫМ КРУГОМ
другая выпуклой, и колесо, нарезанное такой фрезой,
также имеет искаженный профиль.
3. Отклонение шага винтовой канавки от теоре-
тического шага, заданного на чертеже, приводит к
конусности фрезы.
фрезы с прямыми канавками, направленными вдоль
оси, затачивают аналогично, но при этом тарельчатый
крут может работать и более производительно (рис. 239).
Затачивание можно производить на тех же станках,
но при ю = 0. Все перечисленные отклонения недо-
пустимы; после заточки фрезы должны быть строго
проверены по всем элементам.
§ 10. ЗУБОРЕЗНЫЕ ГРЕБЕНКИ
Зуборезная гребенка представляет собой зубчатую рейку, превращенную
в фасонный строгальный резец. Гребенки применяют для обработки зуб-
чатых колес на специальных зубострогальных станках (рис. 240). Заготовку
колеса устанавливают на стол и сообщают ей медленное вращение вокруг
своей оси. С вращением заготовки связано ее продбльное перемещение
«ирод- В результате этих двух движений зубья гребенки, представляющие
собой прямолинейные зубья рейки, обкатывают профиль зуба колеса. Гре-
бенка имеет возвратно-поступательное движение. Это движение является
главным движением резания. Гребенка, таким образом, строгает профиль
колеса методом обкатки.
Длина гребенки должна была бы быть равной длине начальной окружно-
сти колеса, но для упрощения изготовления ее делают короткой. В связи
с этим в конструкции станка предусмот рен специальный механизм, позво-
ляющий после нарезания одного — трех зубьев отводить колесо в исходное
положение и начинать процесс сначала.
В сравнении с червячной фрезой нарезание гребенкой более точный, по
менее производительный метод. При нарезании червячной фрезой число
резон на одну впадину зуба колеса зависит от числа канавок червячной
Фрезы и не может быть отрегулировано. Число проходов гребенки за вре-
мя обработки одной впадины колеса легко поддается регулировке путем
изменения скорости обкаточного s06 движения. При изготовлении червяч-
ной фрезы профиль зуба есть кривая, полученная от пересечения винтовой
передней поверхности канавки с винтовой боковой поверхностью зуба,
и только с известной степенью приближения она может быть принята за
прямую линию. Профиль гребенки представляет собой прямую линию без
всяких искажений. Гребенка движется возвратно-поступательно относи-
тельно заготовки. При рабочем ходе гребенка врезается в заготовку и снн-
ег стружку. При обратном ходе она отходит от заготовки, обеспечивая
Учение гладкой поверхности обрабатываемой детали и предохраняя от
вреждення и излома режущие кромки гребенки.
299
Рис. 240. ЗУБОРЕЗНЫЕ ГРЕБЕНКИ:
а — схема работы; б — тип I с углом у = О; в — тип 11 с углом у > 0 (у = 4°|
Гребенки делят на две основные группы: прямозубые — для нарезания^
цилиндрических колес и косозубые — для нарезания шевронных колес.
Прямозубые гребенки. Прямозубые гребенки (рис. 240,6 и в) изгото-
вляют двух типов: гребенки типа I не имеют переднего угла, Последний
получается в результате наклонной установки гребенки под углом 6°30' на
станке. Гребенка типа II имеет передний угол 4°, ее устанавливают перпен-
дикулярно направлению резания. Как первый, так и второй типы гребенок
могут быть предназначены для: 1) чистового нарезания колес, при этом их
называют чистовыми гребенками и обрабатывают только боковые ст0"
роны зуба, не касаясь дна впадины, предварительно обработанной черно-
вой гребенкой или фрезой; 2) чернового нарезания колес, их называют чер-
новыми; они предназначены для предварительной обработки впадины
колеса; зубья черновой гребенки делают тоньше зубьев чистовых на вели-
чину припуска; 3) нарезания колес, подвергающихся термической обработ- .
ке, а затем шлифуемых по профилю; в размерах толщины зуба такой rpSjj
бенки нужно учитывать припуск на шлифование зуба колеса; эти гребейЯ!
называют шлифовочными.
300
Рис 241. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГ-
ЛА ПРОФИЛЯ ГРЕ-
БЕНКИ В РАЗНЫХ
СЕЧЕНИЯХ
Если наложить друг па
друга профили зуба черно-
вой, шлифовочной и чис-
товой гребенок, то наи-
большую ширину зуба бу-
дет иметь чистовая гре-
бенка.
Основные конструкти-
вные элементы гребенки
(рис. 240,6): z — число зубь-
ев; L— длина; Н — шири-
на; В — толщина; а — рас-
стояние от вершины зубь-
ев до сварочного шва (у
сварных гребенок).
К элементам профиля
гребенки (рис. 241) отнесем
следующие: t — шаг, рав-
ный шагу зуба колеса на
делительной окружности;
“в — угол профиля гребен-
ки в плоскости В — В пе-
редней поверхности; а0 —
угол зацепления исходной
зубчатой рейки; гх, г2 —
радиусы закругления вершины и впадины зуба; S — толщина зуба;
hi — высота головки зуба; h — полная высота зуба. Рабочую часть
гребенки изготовляют из быстрорежущей стали, а державку — из
стали 45 или 40Х, их сваривают встык. Габаритные размеры гребенки
должны быть согласованы с гнездом станка. Для крепления гре-
бенки на станке имеется специальный паз с прижимом. Под гребенку
ставят часто стальную подкладку для обеспечения жесткости крепления,
ио характеру своей работы зуборезная гребенка — фасонный призматиче-
ский строгальный резец; следовательно, все расчеты nq искажению профи-
ля, необходимые для проектирования резцов, применимы и для гребенки.
Представим себе зубья гребенки типа I в рабочем положении. Передняя
грань гребенки будет наклонена под углом у (в гребенках типа I наклон
осуществляется на станке, гребенки типа II имеют угол у).
На рис. 241 показаны три секущие плоскости: плоскость А — А является
ходной; профиль гребенки в этой плоскости должен соответствовать ра-
гпГУ КОНТУРУ рейки; плоскость В — В — плоскость передней поверхности
сти (НКН’ ВСе элементы профиля должны быть определены в этой плоско-
(Для удобства измерения их при изготовлении гребепки); плоскость
301
I
N — N направлена перпендикулярно к задней поверхности гребенки; раз-
меры профиля гребенки в плоскости необходимы для расчета профиля ин-
струмента второго порядка (фреза, шлифовальный круг).
Вначале определим все элементы профиля в плоскости А — А. В этой
плоскости профиль гребенки должен соответствовать рабочему контуру
рейки. Угол профиля а0 должен быть равен углу зацепления (по стандарту
угол зацепления а0 = 20°). Высота головки зуба чистовой гребенки /ц дол-
жна быть равна высоте ножки If зуба колеса (по стандарту Л" = 1,2511,).
У черновых и шлифовочных гребенок высоту головки зуба увеличивают на
величину с; для модуля от 1 до 1,75 с = 0,1 )/ш; для модуля от 2 до 24
с = 0,2 ]/т. Высоту зуба увеличивают для прорезки впадины зуба колеса не-
сколько глубже (для свободного выхода шлифовального круга или чисто-
вой гребенки).
Высота зуба гребенки h должна быть больше высоты зуба колеса на ве-
личину радиального зазора. Для стандартной рейки можно принять /1 =
= 2,5ш (при крупном модуле уменьшают величину радиального зазора).
Шаг гребенки t должен быть равен шагу зубьев колеса по делительной
окружности с = тпи.
Толщина зуба S должна быть равна у чистовых гребенок половине ша-
га, а у черновых и шлифовочных гребенок меньше на величину припуска.
Обычно принимают 5чсрн = S — 0,4j/ni; 5Шлиф = S — 0,2|Ли.
Радиус закругления вершины зуба чистовой гребенки принимают
равным радиусу закругления рабочего контура, т. е. rt = 0,38m. У черновых
и шлифовочных гребенок радиус закругления вершины делают меньше:
iy = 0,25m.
Для улучшения зацепления профиль зуба чистовых гребенок следовало
бы фланкировать аналогично фланкированию профиля червячной фрезы
Однако практически шлифование фланкированного профиля гребенок
сложно, поэтому гребенки в основном изготовляют с нефланкированным
профилем.
Произведем пересчет элементов профиля в сечение В — В. Из прямоу
сольного треугольника ODC видно, что сторона ОС равна высоте зуба /1
в плоскости АА. Высота зуба Ив в плоскости В — В будет равна гипотенуз
ОС /у h
OD. Можно написать: OD~---------или пд =------и «в —------
cos и cosy cosy
Так как все размеры вдоль оси гребенки (шаг t и толщина S) при перс
счете остаются постоянными, то и катеты (в сечении А — А катет /д =
= ht tg а0 и в сечении В — В катет 1в = йд tg «в) также равны, т. е. 1д = 1в 1
/ii
следовательно, /и tg а0 = /1д tg ад или, заменив нд =-, получим tg ад =
cos у
= tg а0 cosy.
Определение элементов профиля в сечении N — N: из прямоугольног
треугольника OED, в котором катет ED равен высоте йд' головки зуба, П
потенуза OD равна высоте h'B головки зуба и угол ODE равен (а3 + ’
Можно написать йд'= /i/jcos(a3 + y). Подставив значение /1д, получи:
, /у cos (а, + у)
=---------—-----
cosy
302
Рис 242. СХЕМА РАБОТЫ КОСОЗУБЫХ
ГРЕБЕНОК ПРИ ОБРАБОТКЕ
ШЕВРОННОГО КОЛЕСА С УГ-
ЛОМ [!:
v — скорость рабочего хода; —
скорость холостого хода
Нетрудно убедиться, что пере-
счет высоты зуба можно сделать
так же. Для определения угла aN
можно написать: = /i^tgaw; 1А =
= ft1tgno, но lA = lN (размеры
вдоль оси остаются без изменения),
следовательно, приравняв почлен-
но, получим = /it tga(), или
tg«№
—!~tga0- Подставив значение /г', получим tga^ =
cosylgotp
cos(a3 + у) '
Размеры шага и толщины зуба остаются также без изменения.
Углы резания гребенки. В рабочем положении для гребенок типа I (см.
рис. 240, б) задний угол а3 = 5°30', передний угол у = 6е 30', для гребенок ти-
па II (см. рис. 240, в) задний угол о, = 6°52', передний угол у = 4°. Эти углы
дают в плоскости, перпендикулярной линии вершин гребенки. Но боковые
режущие грани гребенки наклонены под углом, поэтому в сечении, перпен-
дикулярном боковым режущим граням, задний и передний углы изме-
няются. При пересчете задний боковой угол получается в пределах
Г54' — 2°, передний угол также получается около 2°. Так как эти утлы (осо-
бенно передний угол) совершенно недостаточны, применяют специальную
заточку с целью увеличения переднего угла.
Косозубые гребенки. Косозубые гребенки служат для нарезания ше-
вронных колес. Они имеют наклонные зубья, и их применяют на спе-
циальных зубострогальных станках. Гребенки работают в паре (рис. 242):
левая гребенка строгает зубья с одной стороны шеврона, правая — с дру-
гой. Движение совершается попеременно. Таким методом можно получить
шевронные зубчатые колеса без канавки.
На рис. 243 изображены косозубые гребенки со всеми элементами.
Угол р в косозубых гребенках принят равным 30°. В держателе станка гре-
бенку закрепляют так, чтобы передний угол у = 0, поэтому в плоскости
передней поверхности режущая кромка гребенки имеет угол профиля,
равный углу зацепления. Поскольку гребенки работают попарно, их надо
изготовлять комплектами. Для улучшения условий резания делают спе-
циальную заточку переднего угла с обеих сторон (см. сечения А — А
и В - В).
Заточка гребенок. Прямозубые гребенки типа I и II затачивают на пло-
скошлифовальном станке. Гребенку устанавливают на магнитной плите
(или в специальном приспособлении) и ш/шфуют по передней поверхности.
Ребенки типа II шлифуют на магнитной плите, наклоненной под углом.
Для улучшения условий резания прямозубых гребенок рекомендуется
затачивать их по передней поверхности небольшим шлифовальным кру-
°м. Такую заточку можно производить двумя способами (рис. 244). Как
303
при первом, так и при втором способе заточки шлифовальный круг и
большого диаметра затачивает вогнутую поверхность передней повсрхн
сти. При первом способе (рис. 244, а), который применяют для гребенок ;
модуля 10, вся передняя поверхность получается вогнутой. При вторй
способе (рис. 244,6), который применяют у гребенок крупного модуля с '
и выше, на передней поверхности вышлифовывают желобки.
Косозубые гребенки также затачивают по передней поверхности. Гр
бенку устанавливают в приспособлении и затачивают небольшим шлиф
валыгым кругом. Поскольку зуб гребенки наклонен, одна сторона зу<
имеет отрицательный передний угол. Для получения положительного пер
днего угла у на этой стороне гребенки делают подточку. На другой crop
не профиля, где передний угол очень большой (Р — 30"), уменьшают эт<
угол путем сошлнфовки узкой ленточки под утлом у.
304
Гребенки по точности изготовления разделяю! на два класса: А и В.
Для нарезания зубчатых колес 8-й степени точности применяют гребенки
класса А; для нарезания колес 9-й степени точности применяют гребенки
класса В.
§ 11. ДОЛБЯКИ
Долбяк представляет собой режущий инструмент, выполненный в виде
зубчатого колеса, имеющего режущие кромки. Зубчатое колесо обрабаты-
вают долбяком на зубодолбежном станке. Долбяк и обрабатываемая де-
таль обкатываются по начальным окружностям без скольжения. Кроме
движения обкатки долбяк имеет возвратно-поступательное движение вдоль
оси заготовки, которое и является главным движением — движением реза-
ния (рис. 245, а). Двигаясь вниз, долбяк своими режущими кромками сре-
зает стружку, при движении вверх деталь отводят от долбяка, и резание
прерывается. Движение обкатки долбяка п детали обеспечивается кинема-
тической цепью станка. В зависимости от скорости движения обкатки из-
меняется число двойных ходов долбяка за время прорезания одной впа-
дины зуба и тем самым меняется толщина стружки.
Долбяк — точный режущий инструмент, дающий возможность получать
зубчатые колеса 7 и 8-й степеней точности. Долбяки разделяют на долбяки
для прямозубых колес и долбяки для косозубых и шевронных колес. По
конструкции долбяки делят на дисковые хвостовые, чашечные, втулочные
и сборные с привернутыми зубьями и комбинированные.
305
Все перечисленные типы долбяков, несмотря на различие в отдельных
элементах, имеют общие основные элементы. Разберем конструкцию ди-
скового долбяка для прямозубых колес (рис. 246).
Рассчитывают следующие элементы долбяка; т - модуль; ад — угол
зацепления (на делительной окружности долбяка); z — число зубьев долбя-
ка; D, — диаметр делительной окружности (в расчетном сечении); а — рас-
стояние до расчетного сечения; ав — задний угол на вершинах зубьев;
S'e — толщина зуба долбяка по окружности выступов; S',, — толщина зуба
по дуге делительной окружности; Dc — диаметр окружности выступов;
Dt — диаметр окружности впадин; d — диаметр отверстия; h — ширина сту-
пицы; у — передний угол; // — высота головки зуба.
Долбяк представляет собой зубчатое колесо, но в огличие от последне-
го он имеет задний угол, и поэтому диаметры долбяка в сечениях на раз-
личном расстоянии от торца различны.
В любом сечении профиль зуба эвольвентното долбяка должен быть
очерчен по эвольвенте. Для расчета долбяка принимают определенное се-
чение II —II, отстоящее от торца I — I на расстояние а. В сечении II — М
элементы долбяка в точности соответствуют элементам зуба колеса. Но
306
допбяк по мере затупления его кромок необходимо перетачивать по пере-
дней поверхности, а эвольвентный профиль не должен изменяться в лю-
бом сечении долбяка. Неизменности эвольвентного профиля долбяка мож-
но достичь только тогда, когда боковые поверхности зубьев долбяка будут
представлять собой винтовые эвольвентные поверхности. Если в сечении
Л—II долбяк соответствует колесу и эвольвента профиля зуба его образо-
вана от определенной основной окружности Do, то переточенный долбяк
в сечении III—III должен также иметь эвольвентный профиль зуба, при-
чем во избежание искажений эвольвента должна быть образована от той
же основной окружности Do. Чтобы выдержать это условие, зуб в сечении
III-Ш должен быть тоньше зуба в сечении II—II.
Долбяк в различных сечениях можно рассматривать как корригирован-
ное колесо с определенным смещением исходного контура; при этом мож-
но считать, что при неизменном расстоянии между осями заготовки и дол-
бяка переточенный долбяк нарезает колесо с правильным эвольвентным
профилем зуба, но толщина зуба по начальной (делительной) окружности
будет больше. Сближая оси долбяка и нарезаемой заготовки, можно до-
биться получения правильной толщины зуба колеса. Однако смещение
х исходного контура допустимо в сравнительно небольших пределах, и по-
этому долбяки рассчитывают обычно на такое число переточек, при кото-
ром величина х будет наибольшая допустимая, но незначительная по абсо-
лютной величине.
Расчет долбяков и конструкция их для прямозубых и косозубых колес
несколько различны, хотя в принципе и в том и в другом случае долбяк
представляет собой колесо, рассчитанное в определенном исходном (рас-
четном) сечении.
В сечении II—II все размеры долбяка соответствуют размерам зубча-
того колеса. В этом сечении шаг по делительной окружности долбяка ра-
вен шагу обрабатываемого зубчатого колеса, т. е. t = пт. Диаметр основ-
ной окружности эвольвенты D0 = Dtcosam где Dt — диаметр начальной
(делительной) окружности долбяка; ад —угол зацепления долбяка (равен
углу зацепления колеса).
Толщина зуба, измеренная по дуге делительной окружности, в сечетши
II — II будет такая же, как и у зубчатого колеса: 5Д = —
пт
~2'
Сечение I — I отстоит от сечения II — II на величину а и благодаря нали-
чию заднего угла ав долбяк приобретает коническую форму. Это равно-
сильно тому, что в сечении I—I исходный контур образующей рейки сме-
тен на величину х, т. е. в сечении 1—1 колесо будет корригированным.
Величина смещения х = Е,ат, где — коэффициент смещения.
Если построить прямоугольный треугольник АВС, в котором гипотену-
за параллельна задней поверхности долбяка, а катет АВ = х, катет АС = а,
то можно определить (пренебрегая при этом наличием утла у, который
обычно равен 5°) величину а = =
тт ^8 «В ®В
а рис. 246 внизу показана развертка сечения зуба долбяка по дели-
^^льиому цилиндру. Из этой развертки можно определить толщину S„ зу-
Долбяка по дуге делительной окружности, измеренную в плоскости
307
передней поверхности (сечение 1 — 1):
S'u = Sn+ 2atgtix.
Угол ах бокового зазора можно определить, зная задний угол ав, г
вершинам зубьев долбяка и угол зацепления a: tg ах = tg ав tg а.
Подставив значения Sfl, a, tgax в формулу для $'д, получим
2
2%иш
tg О-В
tgaBltga
или окончательно
S'a = mfy+ 2^Htgal
Зная эти основные зависимости, можно приступить к расчету основных
элементов долбяка.
Определение диаметра делительной окружности долбяка и выбор числа
зубьев. Диаметр делительной окружности Dt долбяка необходимо делать
возможно меньшим, так как чем меньше этот диаметр, тем меньше вылет
режущих кромок относительно оси штосселя, тем более жестко и устойчи-
во будет закреплен долбяк. Но чем меньше диаметр делительной окружно-
сти, тем больше возможны искажения в эвольвенте, и поэтому необходимо
выбирать такой диаметр делительной окружности, который обеспечивал
бы как устойчивую работу долбяка, так и достаточную точность эволь-
венты профиля зуба нарезаемого колеса. Долбяки изготовляют пяти типов
и трех классов точности (табл. 28).
28. Типы и классы точности долбяков
Долбяк Тнп Dt, мм Класс точности 4
Дисковый: 75, 100, 125, 160, 20С
прямозубый I АА, Л, В
косозубый II 100 А,В
Чашечный прямозубый Хвостовой: III 50, 75, 100, 125 АА, А, В
прямозубый IV 25, 38 В
косозубый V 38 В
Примечание. Для обработки колес 6-й степени точности рекомендуй '. :ч
долбяки класса АЛ, для обработки колес 7-й степени точности - долбяки класса '•
и для 8-й степени точности — долбяки класса В. _—
Могут быть долбяки и с большим делительным диаметром, но для
применения таких долбяков необходимы крупные станки. Выбирая один из
приведенных делительных диаметров, намечают затем число зубьев и шаг
долбяка. Если, например, выбирают долбяк с делительным диаметром 75
мм и необходимо нарезать колесо с модулем т = 2, то, безусловно, при-
дется пересчитать делительный диаметр и принять долбяк С делительным
диаметром, равным Dt = mz = 2 • 38 = 76 мм.
При проектировании долбяка необходимо придерживаться также сЛе'
308
дуюших практических соотношений между диаметром делительной окруж-
ности долбяка и его модулем:
Диаметр D,, мм............. 75 100 150 360
Модуль т, мм............... 1-4,5 1-8 2-12 6-36
Долбяки с делительным диаметром свыше 300 мм изготовляют обычно
сборными.
Определение расстояния а от передней плоскости до исходного сечения.
Наметав делительный диаметр долбяка, определим расстояние а от пере-
дней плоскости долбяка до исходного сечения. Поскольку долбяк можно
рассматривать в исходном сечении как корригированное зубчатое колесо,
расстояние
тах,,!
а —--------
tg «в
где щах — максимальный коэффициент смещения на долбяке;
ав — задний угол на вершине долбяка; обычно ав = 6° (при 20° зацеплении).
По исследованиям д-ра техн, наук В. М. Матюшина задний угол ав сле-
дует увеличить до 9°, а передний угол у увеличить до 12 — 17°, тогда стой-
кость долбяков возрастает. Максимальный коэффициент смещения ^итах
можно определить, зная минимальную допустимую толщину 5' зуба дол-
бяка на окружности выступов. Если толщина зуба на окружности выступов
будет меньше допустимой величины, то такой долбяк будет быстро приту-
пляться, так как зуб будет слишком тонкий. Поэтому стараются выбирать
такой коэффициент смещения ^1Ь который давал бы возможность получить
еще достаточную толщину зуба S{, на окружности выступов.
По данным МИЗ допустимыми минимальными значениями толщины
зуба S' являются следующие:
Модуль т долбяка, мм Допустимая минимальная
толщина зуба S^, мм
1-1,5.......................... (0,46-0,41) т
1,75-2,75 ..................... (0,40—0,31) т
3,00-4,0 ...................... (0,30-0,25) т
4,25-6,0 ...................... (0,25-0,20) т
6,5-8,0........................ (0,20-0,10) т
Толщина зуба пр окружности выступов
(S„ 2cHtga . \
S" = О / —5- 4----—— + inv 0! + mv ае ,
\ mz z /
где а — угол зацепления; ае — угол давления эвольвенты у вершины зуба.
Практически удобнее для определения максимального коэффициента
смещения пользоваться графиками, изображенными на рис. 247. Задав-
шись значением минимальной допустимой толщины зуба и числом зубьев
Долбяка, находим по график)' соответствующее значение ^и- Найдя по фор-
муле или по графику максимальный коэффициент смещения, можно опре-
делить расстояние а по приведенной выше формуле. Чем больше величина
а> тем дальше относим мы исходное расчетное сечение долбяка и, следова-
тельно, идем на большее изменение толщины зуба. Если коэффициент сме-
309
Рис. 247. ГРАФИКИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНТА СМЕ
ЩЕИИЯ (ПО М. С. ПОЛОЦКОМУ):
а — высота головки зуба долбяка в расчетном сечении равна 1,25 т; б — высот;
головки зуба долбяка равна 1,3m (1 рафики рассчитаны для m = 1 мм и углг
зацепления 20е)
щения £и очень большой, появляется опасность подрезания долбяком зубь-
ев колеса. В зависимости от числа зубьев нарезаемого колеса подрезали!
появляется при различных значениях Е,и. На рис. 248 даны кривые, по ко-
торым можно определить, будет ли иметь место подрезание при соответ-
ствующем коэффициенте смещения исходного контура. Например, для чис-
ла зубьев долбяка zt = 19 и коэффициента смещения исходного контург
~ 0,158 находим z2 = 65. Это значение числа z2 зубьев будет макси-
мальным числом зубьев колеса^ которое еще может быть обработан!
данным долбяком. Если мы будем обрабатывать данным долбяком колес!
с числом зубьев, большим чем 65, то у нас будет происходить подрезание
Отсюда можно сделать очень важный вывод, что долбяк не дает возмож-
ности обрабатывать колесо с любым числом зубьев, и имеются некоторые
пределы использования долбяка для определенного числа зубьев.
Часто приходится для возможности обработки определенного колеса
особенно при малых значениях числа зубьев долбяка, несколько изменят!
окружности впадин и окружности выступов колеса. Если долбяк подвер
гается переточкам, то расстояние уменьшается, и когда оточенный ело!
будет настолько большим, что долбяк будет иметь форму, показанную н£
рис. 246 штриховой линией, также наступает опасность подрезания этих
долбяком нарезаемого колеса с малым числом зубьев.
Максимально допустимое уменьшение длины зуба долбяка посл<
переточек
А п
ДВтах —а ~
tg<XB
где min — минимальный коэффициент смещения, выбранный из усг
допустимого срезания кромок и отсутствия подрезания.
Поскольку сточенный долбяк будет иметь отрицательное смен
х исходного контура, коэффициент смещения будет со знаком минус (
29).
310
_ 248 ГРАФИК ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСЛО-
* ’ ВИЙ ПОДРЕЗАНИЯ (ПО М. С. ПОЛОЦ-
КОМУ}
Для определения минимального числа
зубьев шестерен, свободных от подрезания,
при некотором коэффициенте £Hmin сме-
щения долбяка можно воспользоваться
табл. 29, в которой приведено минимальное
число зубьев колеса, свободных от подреза-
ния Если после проверки по таблице ока-
жется, что зубья будут подрезаться, то необ-
ходимо изменить коэффициент Е,„ смешения
исходного контура с тем, чтобы уменьшить
величину АВ сточенного долбяка.
Определение остальных конструктивных
элементов долбяка. Для вычерчивания дол-
бяка необходимо определить еше некото-
рые конструктивные элементы: диаметр от-
верстия, глубину выточки, общую толщину
долбяка. Эти элементы следует брать по
стандартам. В рабочем чертеже долбяка
кроме рассчитанных нами элементов долж-
ны быть приведены элементы, по которым
контролируют долбяк.
Толщина зуба долбяка в торцовом сече-
нии по делительной окружности 5д=8д +
+ 2otgax. Эта толщина зуба долбяка дол-
жна быть проставлена в чертеже долбя-
ка (для контроля зуба при изготовлении
долбяка).
Диаметр окружности выступов нового
долбяка De = Dt + 2/1' + 2С + 2х, где К -
высота головки зуба (в расчетном сечении);
С — радиальный зазор (в расчетном сечении);
а — смещение исходного контура.
Высоту зуба по передней поверхности в сечении I— I (см. рис. 246) /1( =
2 ’
Для улучшения условий зацепления и работы зубчатых передач можно
производить фланкирование зуба долбяка (рис. 249). Фланкирование про-
изводят путем изменения формы образующей шлифовального круга. Оно
может производиться со стороны ножки зуба долбяка; в этом случае
фланкирование дает некоторый дополнительный срез головки зуба колеса
и возможность избежать кромочного зацепления. Но можно производить
также фланкирование головки зуба долбяка, что позволяет усилить ножку
зуба нарезаемого колеса.
Выбор конструктивных элементов долбяка для косозубых и шевронных
колес. В зависимости от направления зуба долбяки могут быть для правых
зп
29. Минимальное Число зубьев колеса, свободных от подрезания (по данным М. С. Полоцкого)
Число зубьез долбяка Минимальный коэффициент смещения
0.315 0,210 0,105 0,052 0,000 -0,052 -0,105 -0,158 -0,210 -0,263 -0,315
12 13 15 16 17 18 19 20 22 24 25 27 28 30 31 34 36 38 40 43 45 50 58 60 68 76 17 17 17 17 18 18 18 18 18 18 19 17 17 17 18 18 18 18 18 18 19 19 19 15 16 16 16 16 16 17 17 17 17 17 18 18 17 18 18 18 18 18 18 19 19 19 19 20 15 15 16 16 16 16 17 17 17 17 18 18 18 18 16 16 16 16 17 17 17 17 17 18 18 18 18 18 18 18 18 18 19 19 19 19 19 19 20 20 16 16 17 17 17 17 17 18 18 18 18 18 18 18 16 17 17 17 18 18 18 18 18 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 20 20 20 17 17 18 18 18 18 18 18 19 19 19 19 19 19 19 19 19 20 20 20 20 20 20 20 20 20 18 18 19 19 19 19 19 19 20 20 20 20 20 — — '5 — { 4 20 20 20 20 20 20 20 20 20 21 21 21
П р и м е ч а высота головки головки h = 1,3 ние. Таблица составлена /1=1,25 ш, и для числа т. для числа зубьев долбяка зубьев равного или менее более 30, если 30, если высота
и левых косых зубьев. Долбяк для косого зуба отличается от долбяка для
прямого зуба тем, что имеет не прямо, а косо направленные зубья
(рис. 250). Долбяк закреплен на штосселе зубодолбежиого станка и движется
вместе с ним возвратно-поступательно. Для того чтобы обеспечить вин-
товое движение долбяка, на станке устанавливается специальный копир,
который служит для придания штосселю вращательного движения допол-
нительно к поступательному движению вдоль оси. Эюч копир обеспечи-
вает движение долбяка по винтовой линии.
Долбяк для косозубых колес аналогично долбяку для колес с прямы: и1
зубьями имеет передний и задний углы. Боковые поверхности зубьев этого
долбяка, точно так же, как и боковые поверхности зубьев для долбяка
с прямыми зубьями, представляют собой эвольвентные винтовые поверх*
312
рис.
249. ФЛАНКИРОВАНИЕ ЗУБА
Рис
250- ДОЛБЯКИ ДЛЯ КОСОЗУБЫХ
(ВИНТОВЫХ) КОЛЕС:
а — схема работы; б — конструк-
тивные элементы; « - типы зубьев
ности. Долбяк для косозубых колес имеет также‘е™° Это расчетНре
ром все элементы долбяка соответствуют зу
торца долбяка.
сечение проходит на некотором расстоянии (р • ’ _ торцОвое АВ,
Но у косозубого долбяка следует различать Д е_пендИкулярное вин-
перпендикулярное оси долбяка, и нормально , ~ делительном ци-
товой линии, производящей поверхности дол
линдре (рис. 250, в). „„-„к,.™ колее, которые
Существуют две конструкции долбяков для ко , у расчеты про-
отличаются формой зуба (рис. 250, в). У долбяков типа I все рас
313
изводят в торцовом сечении АВ, но поскольку для улучшения условии ре-
зания необходимо создать соответствующие углы, то у этих долбяков за-
тачивают передний угол с правой стороны и немного притупляют с левой
стороны. Если колесо, для которого рассчитывают такой долбяк, имеет
определенный модуль т„ в нормальном сечении, то необходимо этот мо-
'"л
дуль пересчитать на модуль в торцовом сечении »1Т=--—.
cos р
После определения п»т можно рассчитать долбяк (по торцовому моду-
лю) по тем же формулам, которые были приведены для прямозубого
долбяка.
Долбяк типа II имеет заточку в плоскости, перпендикулярной к винто-
вой линии производящей поверхности. Это нормальное сечение (у такого
долбяка) называют исходным нормальным сечением. Переднюю поверх-
ность зуба долбяка в данном случае затачивают отдельно у каждого зуба,
и углы резания создаются на обеих сторонах зуба одинаковые. Для расче-
та долбяка типа II также необходимо определить модуль тт в торцовом
сечении, а затем рассчитывать, как и долбяк типа I.
Комбинированные долбяки. Для того чтобы повысить производитель-
ность труда при обработке зубчатых колес малых модулей и уменьшить
нагрузку на зубья долбяка, для чистовой обработки изготовляют комбини-
рованные долбяки, в которых часть зубьев является черновыми, а часть —
чистовыми (рис. 251). Черновые зубья имеют несколько уменьшенную тол-
щину по делительной окружности, а чистовые зубья имеют, расчетную
толщину зуба. За один оборот долбяка получается окончательно готовое
зубчатое колесо. Применение комбинированных долбяков возможно толь-
ко в том случае, когда диаметр делительной окружности долбяка позво-
ляет обрабатывать колесо за один оборот, т. е. когда длина окружности
долбяка более чем в 2 раза больше длины окружности нарезаемого колес i.
Образование боковой поверхности зуба долбяка. Чтобы ясно предста-
вить себе конструкцию долбяка, следует коснуться основной технологиче-
ской операции изготовления долбяка — шлифования боковой поверхности
зуба. Боковая поверхность долбяка должна быть прошлифована по эволый
венте. Для этого устанавливают долбяк на оправку зубошлифовалыюи|
станка и шлифуют боковую поверхность зуба. На рис. 252 показана наибе
лее распространенная схема установки долбяка при шлифовании профи.
на зубошлифовальном станке. Долбяк 1 устанавливают на оправку 2, Я
которой жестко закреплен копир 3 с эвольвентным профилем. Если начзЯ
поворачивать копир вместе с оправкой в направлении, указанном счрЯ
' кой, то копир, опираясь на неподвижный упор 4, будет передвигать цеМ
долбяка (так как он вращается на оправке в подвижном ползуне), в резуЩ
тате этого долбяк будет поворачиваться, и точки круга, которые соприяИ
саются с боковой поверхностью долбяка, будут описывать на боковой noj
верхности последнего эвольвенты. В станке предусмотрен также механизм
деления, который позволяет после окончания прохода по одной сторонч
первого зуба перевести шлифование па 2-й, 3-й и т. д. зубья долбяка. lloj
еле того как отшлифована одна сторона всех зубьев, долбяк поворачивает!
ся на оправке, и производится шлифование другой стороны зубьев
Для обработки неэвольвентных профилей применяют также enj
цпальные долбяки, по своей конструкции напоминающие обычные долбяк^
314
Рис. 252. СХЕМА ШЛИФОВАНИЯ ПРОФИЛЯ ЗУБА ДОЛБЯКА НА
СПЕЦИАЛЬНОМ СТАНКЕ
для зубчатых колес, но имеющие другой профиль зуба. Такими долбяками
можно обработать те же детали, что и обрабатывают червячными фреза-
ми, а, кроме того, детали, имеющие внутренние выступы или буртики, ко-
торые не могут быть обработаны червячной фрезой. В массовом про-
изводстве применяют долбяки для нарезания как наружных, так
и внутренних шлицев, причем долбяки допускают обработку в песквозных
отверстиях.
Заточка зубьев. Долбяк затачивают по передней поверхности. Схема
установки долбяка но отношению к шлифовальному кругу показана па
рис. 253. Заточку производят или на универсальном круглошлифовальном
станке, или на плоскошлифовальном станке с круглым патроном и горизон-
тальной осью вращения патрона. Для получения достаточно чистой пере-
дней поверхности долбяка шлифовальный круг должен кроме вращения
вокруг своей оси иметь также возвратно-поступательное движение в на-
правлении, показанном стрелками. Обычно передний угол у = 5° у чи-
г°вых и 10° у черновых долбяков. Для заточки косозубых долбяков мож-
чо применять универсальный заточной станок с соответствующим
РПснособлением, позволяющим правильно установить долбяк по отноше-
нию к шлифовальному кругу.
э После шлифования и заточки долбяки должны быть проверены по всем
' сментам. Различают долбяки классов точности АА, А, В, С. Допуски на
ле.менты долбяков установлены в ГОСТ, причем для чистовой обработки
Рименяют долбяки классов АА, А, В, для предварительной обработки —
х Я1'И KJiacea С. В технических условиях на долбяки указывают все необ-
, ~1Х1ые Допуски, в том числе допуски па отклонения ио шагу и огклоне-
* Эвольвенты.
315
Рис. 253. СХЕМА ЗАТОЧКИ ДИСКОВОГО ДОЛБЯКА ПО ПЕРЕДНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ
а — прямозубого; б — косозубою
§ 12. РЕЗЦЫ И РЕЗЦОВЫЕ ГОЛОВКИ
ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС
Для обработки конических колес применяют зубострогальные резцы (для
прямозубых конических колес) и резцовые головки (для конических колес
с криволинейными круговыми зубьями).
Зубострогальиые резцы. На рис. 254, а показана схема обработки прямо-
зубого конического колеса строгальными резцами на специальном зубо-
строгальном станке. Зуб нарезаемого колеса обрабатывают два резиа.
Люлька, в которой помещаются резцы, представляет собой некоторую
часть плоского (воображаемого) колеса, а попарно движущиеся резцы
представляют собой как бы стороны зуба этого колеса. Резцы двигаются
возвратно-поступательно, и каждый из них обрабатывает одну сторону зу-
ба нарезаемого колеса, движение резцов совершается попеременно. Если
один из резцов движется по направлению к точке А, другой резец в это
время отходит в обратном направлении. Плоское колесо и обрабатывае-
мая деталь связаны между собой кинематически и обкатываются без
скольжения по начальной плоскости и начальному конусу. В результате
этого обкаточного движения прямолинейная кромка резца обрабатывает
боковую поверхность зуба колеса. После обработки одного зуба дели-
тельный механизм станка поворачивает заготовку на следующий зуб и, та*
ким образом, обрабатываются все зубья шестерни.
Практически обработку производят в два приема. Вначале прорезают
впадину черновыми резцами, причем при черновом нарезании можно не
производить движения обкатки, а затем устанавливают чистовые резцы
и производят чистовую обработку колеса (с обкаткой).
Резцы представляют собой призматическое тело с определенными угла-
ми. Резец снабжен отверстиями с резьбой для крепления его на держателе
зубострогального станка. Рабочая часть резца представляет собой пл°'
скость, срезанную под углом а. При работе, для того чтобы создать за-
дний угол, резец устанавливают на специальной откидной державке, кото*
316
Воображаемый начальный
нон у с /
Рис. 254. ЗУБОСТРОГАЛЬНЫЕ
РЕЗЦЫ ДЛЯ НАРЕЗА-
НИЯ КОНИЧЕСКИХ
ПРЯМОЗУБЫХ КОЛЕС:
а — схема процесса нареза-
ния; б — зубострогальный
резец
рая для устранения трения откидывается при обратном ходе. Передний
угол на резце получается благодаря заточке передней поверхности под
углами 12 и 20°. В зависимости от размера зубострогального станка при-
меняют различные стандартные резцы.
Резцы нужно затачивать очень точно только по передней поверхности,
отступления от углов при заточке приводят к неправильности профиля на-
резаемого колеса и совершенно недопустимы.
Резцовые головки. Резцовые головки для нарезания конических зуб-
чатых колес с круговыми зубьями применяют на специальных зуборезных
станках (рис. 255). Головки работают почти так же, как торцовые фрезы;
в отличие от последних подача s осуществляется в направлении оси голов-
ки при одновременном обкаточном движении -ч>б- Из схемы видно, что го-
ловка представляет собой как бы зуб некоего воображаемого плоского ко-
леса или, точнее, нлосковершинного колеса. В практике в основном
применяют именно плосковершинное колесо, но для простоты называем
его плоским p2j. Это вносит некоторые ошибки в профиль колеса, однако
они компенсируются затем в работе пары колес за счет бочкообразное ги
317
Рис. 255. СХЕМА РАБОТЫ РЕЗЦОВОЙ ГОЛОВКИ
ДЛЯ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС С КРИВОЛИ-
НЕЙНЫМИ ЗУБЬЯМИ
Поворот
люльки
Червяк
Центр плоского колеса
Плоское колесо
Резцовая головка
Зуб головки (резец)
Деталь
зуба колеса и своеобразного пятна касания зубьев. Если конические колеса
с круговыми зубьями имеют сдвинутое на величину G (рис. 256) положение
точки Ок пересечения оси нарезаемого колеса по отношению к точке
центру плоского воображаемого колеса, то такую передачу называют ги-
поидной, а величину G — гипоидным смещением. В СССР широко приме-
няют конические и гипоидные передачи с углом зацепления ад = 20°. На
Свердловском инструментальном заводе по заказам изготовляют стан-
дартные резцовые головки: цельные (составляющие одно целое с резцами)
с поминальным диаметром D,l = 20-p80 мм по ГОСТ 11903 — 77; сборные
с привинченными резцами с номинальным диаметром Dn = 100у 1000 мм
по ГОСТ 11904 — 66. Сдельные головки предназначены для нарезания колес
с нормальным модулем. до 2,5 мм; сборные — для колес средних
и крупных модулей (нормальный модуль ж„ = Зт-25 мм; торцовый моду-пь
ms = 4ч-30 мм). В зависимости от принятых методов нарезания пар кониче-
ских колёс (обычно в паре работает большое зубчатое колесо и малое -
шестерня) резцовые головки различают по схемам резания и по уста-
новочным размерам резцов (величине развода резцов, ширине площади
при вершине резца и другие параметры).
Черновое и чистовое нарезание. Черновое нарезание ведут во всех сЛЯ
чаях по двойному двустороннему методу — с помощью черновых двусв
ронпих головок с попеременно расположенными резцами. Для чистовЯ
обработки распространены, следующие основные методы. Я
318 1
Односторонний метод, когда обе стороны зубьев колеса и шестерни на-
лезают раздельно. Для чистового нарезания этим методом обычно приме-
няют двусторонние зуборезные головки (такая головка показана схематич-
но на рис. 256, а). Развод резцов IF берут меньше, чем требуется при
двустороннем методе. Вначале нарезают одну, например выпуклую сторо-
ну колеса, затем меняют положение головки и нарезают вторую сторо-
ну — вогнутую. Такой метод следует применять в мелкосерийном про-
изводстве, так как всю работу можно вести на одном станке
с переналадкой его.
При одностороннем методе можно работать и с двумя головками, одна
из которых имеет только наружные резцы, втора я — только внутренние.
Этот метод позволяет варьировать применяемые головки [20, 22] и обес-
печивает достаточно благоприятную форму зуба и хорошее пятно контак-
та в зацеплении.
Простой двусторонний метод. Чистовую обработку боковых сторон
колеса этим методом производят двусторонней головкой одновременно
с одной установки на одном станке; при этом двусторонняя головка дол-
жна иметь определенный заданный развод резцов (К. Боковые поверхности
впадины шестерни обрабатывают раздельно односторонними головками.
Для обработки выпуклых и вогнутых поверхностей обычно устанавливают
отдельные станки с различной наладкой. Таким образом должно быть на-
лажено три станка. Этот метод наиболее распространен в крупносерийном
и массовом производстве, обеспечивает высокую производительность
и правильную, плавную работу зубчатой пары.
Двойной двусторонний метод характеризуется тем, что зубчатое колесо
и шестерню обрабатывают двумя двусторонними резцовыми головками,
имеющими рассчитанные разводы резцов и )Г2, нарезающими одно-
временно обе стороны впадин (одна — колеса и другая — шестерни).
В корпусе 1, резцовой головки (рис. 256, в) прорезаны пазы,
в которые вставляют наружные 2 и внутренние 3 резцы, и их приверты-
вают к корпусу головки винтами 6. Для того чтобы обеспечить регули-
ровку расположения каждого резца относительно центра резцовой голов-
ки, в пазах под каждым резцом имеются специальные регулировочные
клинья 4 и подкладки 5. Установку клиньев регулируют винтами 7, при
ввинчивании винта 7 клин передвигается, а резец в зависимости от напра-
вления перемещения клипа или приближается, или удаляется от центра ре-
зцовой головки. После получения необходимого диаметра Dt для на-
ружных ц D. для внутренних резцов их закрепляют винтами б.
тезцы для сборной резцовой головки разделяют на наружные и вну-
^Ренние, а также на правые и левые; ставят их в головку попеременно, ес-
и * °Ловка Двусторонняя. У односторонних головок все резцы одинаковые
к P^aiIOBJieiIbI одинаково. Режушая кромка резца должна по отношению
зовы Головки находитъся под строго определенным углом, поэтому ба-
тельн Плоско„сти Резца и пазы в головке должны быть обработаны тща-
На дне' <' ВОСВ базовой плоскостью резец опирается па подкладку и клин
мУса ( Па3а К0Рпуса головки. Размер Кб называют базовым размером крр-
вмеет^11С 256, о). Конструктор зубчатой конической передачи должен со-
ноЕиые° ° КОНСТРУктоРом"ннстРУментальШиком четко определить все ос-
элементы головки и резцов к ней, иначе зубчатая пара просто не
д-д
Ось плоского
колеса
Pt
н
U4
Колесо
„зерол’
Коническое
колесо Р
Проекция |
оси заготовки
Плоское (плосковершинное1
колесо
fi>0
Pt
9
ЗУБОШЛИФОВ*
Рис. 256. СХЕМА РАСЧЕТА РЕЗЦОВОЙ ГОЛОВКИ, А ТАКЖЕ
НОТО КРУГА ДЛЯ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС:
а — схема расположения; б — конструктивные элементы резца; в - резцовая,
ловка
/Торец плоского колеса
/ при зубонарезании
Ось круга и головки
Резцовая головка
б.
Гипоидное
" колесо
fi
(Кос
Заготовка
: Ре
Шлифобальный круг
Шлифуемое колесо
Торец плоского колеса
при зубошлшроватш
а)
сможет работать. Тесное взаимодействие этих двух конструкторов — важ-
нейшая особенность работы по конструированию пары колес и подбору
инструмента (зуборезных головок) для изготовления этой пары. Несмотря
на то, что зуборезные головки — стандартный инструмент, их изготовляют
только по заказам для определенных размеров зубчатых пар.
Основы подбора и расчета основных конструктивных элементов зуборез-
ных головок (подробно см. [20] и [22]). Номинальный диаметр Dn (рис. 256, а)
определяют по заданной ширине В венца зубчатых конических колес
с круговыми зубьями (рис. 256,«); обычно принимают Он более 2В. Важно
также правильно определить координаты центра головки (точки Р2, от-
носительно точки Ок — пересечения осей воображаемого плоского колеса
и нарезаемого колеса (или шестерни). Эти координаты Н и У легко найти,
задавшись наиболее благоприятной формой кругового зуба конической
передачи. Она, в свою очередь, определяется углами рх и р2, которые
являются изменениями угла р.
Отсюда видно, что при обработке зубчатой пары одной и той же дву-
сторонней головкой опа будет расположена в первом положении — для вы-
пуклой стороны зуба (с углом рх и координатами Нх и lj). Для обработки
вогнутой стороны зуба головка перемещается в другое положение с углом
р2 и координатами Н2 и У2. Отсюда ясно, что для обработки выпуклой
стороны зуба такой головки необходимо центр ее ставить в точку Plt
а для обработки вогнутой стороны зуба плоского колеса — в точку Р2. .На
нарезаемом колесе выпуклая и вогнутые стороны будут соответственно
зеркальным отражением.. Обычно для конических передач (когда гипоид-
ное смещение G = 0) координаты Н и У находят по формулам Н ~ L—
D„ . Ья
—-r-sinP; У= —т—cos р. Для гипоидной передачи формулы несколько из-
менятся (в них косвенно отразится величина G).
Затем устанавливают необходимый профиль зуба колеса и ширину впа-
дины у внутреннего диаметра (ширина И’к и Ищ). Зная величины и И-щ,
можно для колеса и для шестерни установить необходимые разводы резцов
W. У черновых головок размер Wразвода резцов, конечно, меньше на ве-
личину двойного припуска под чистовую обработку по сторонам зубьев.
Затем можно определить образующие диаметры черновых и чистовых го-
ловок, необходимые для их наладки и измерения: наружный диаметр De =
= Й>н + И’; внутренний диаметр £>; = £>„— W. Образующие диаметры
сборных односторонних головок определяют по формулам: наружный
е = Рн — 2А2; внутренний = Dn + 2А2, где А2 — суммарная поправка ра-
диуса головки, определяемая из расчета наладочных установок зуборезно-
го станка [20, 22]. Величины De и Dt округляют обычно до ближайших зна-
чений стандартного ряда образующих диаметров.
з многочисленных конструктивных элементов (головки и резцов для
но " к°т°Рые можно брать по стандартам, остановимся на определении
Ния Дело в том, что принятый для всех передач угол зацепле-
Раб Д "" 20 Ие полУчится, если не произвести корректировку угла профиля
чист И СТ0Р0НЫ наружного и внутреннего резцов. Эти углы профиля для
вых резцов у цельных головок связаны с номером резца N. Для рас-
И Г. А. Алексеев и др.
321
чета номера резца необходимо рассчитать поправку Да:
ае = ад — Да; а,- = ад + Да.
При расчетах принимают среднее [28] значение поправки
8. 4- 67
Да =------— sin р,
2
где 8j и 8, — углы ножек зубьев сопряженных колес zt и г2, рад;, р — угол
наклона зуба в средней точке С.
Для того чтобы зту формулу сделать приемлемой для расчетов, прини-
мают ряд номеров резцов. Разница в один номер N даст изменение углов
8, 4- 82
профиля на 10. Тогда номер резца N — ———sin р.
Зная номер, можно определить углы ае и а;: ае —ад —10Лг; —
4- 10W. Подробно такие расчеты изложены в работах [15, 28]. Все
остальные размеры элементов головки можно определить по ГОСТ
11902-77 и соответствующим стандартам на цельные и сборные головки
и резцы к ним.
j Точная наладка зуборезных станков и головок к ним по любому из
Перечисленных методов работы не всегда может обеспечить получение ка-
чественных колес. Для этого необходимы еще притирочные контрольно-
обкаточные станки, станки для заточки инструмента и т. д. Хороню изго-
товленная пара зубчатых конических колес или гипоидных колес должна
работать плавно, контактные пятна должны быть расположены в средней
части боковой стороны параллельно образующей зуба. При плохой налад-
ке может иметь место нежелательный, диагональный (косой) контакт (как
его избежать см. [22]). На зуборезных станках можно изготовлять три ос-
новных вида конических зубчатых передач с круговыми зубьями. Наиболее
'универсальны гипоидные колеса. Их не рекомендуют для тихоходных кони-
ческих передач с окружной скоростью менее 6 м/с.
Колеса с углом р = 0 (по терминологии фирмы Glisson колеса «зерол»)
тоже универсальны, но их не рекомендуют применять в бесшумных пере-
дачах, для работы в режиме максимальных нагрузок при обеспечении мак-
симальной плавности работы, при непересекающихся осях, для получения
максимальных передаточных отношений,, а также при минимальных моду-
лях и размерах зубчатой пары.
Спирально-конические колеса с углом р больше нуля применяют часто,
но они не рекомендуются при работе с низкими окружными скоростями
(ниже 6 м/с), в режиме максимальных нагрузок, при бесшумной работе
и при необходимости максимальной плавности работы/ пары.
Обычно резцы изготовляют нз быстрорежущих сталей высокопроизво-
дительных марок с кобальтом, при этом задние и передние поверхности
резцов шлифуют кругами из эльбора или монокорунда. В настоящее время
выпускают высокоскоростные станки, и для них головки оснащают резца-
ми с напаянными пластинами из твердого сплава. Такие резцы позволяют
производить зубонарезание с высокими скоростями резания (Д°
110—170 м/мин). Выпускают зубошлифовальные станки для конически*
передач с круговыми и прямыми зубьями. В этих случаях шлифован!":
производят специально заправленными кругами.
322
Резцы затачивают по передней поверхности, при переточках должно
быть выдержано правильное расположение режущей кромки. Резцы дол-
жны иметь задний угол. Это обеспечивается тем, что при обработке задней
поверхности резцов производят затылование по архимедовой спирали
с определенным рассчитанным в зависимости от заднего угла кулачком.
Задние поверхности резцов получают в результате обработки их в приспо-
соблениях, напоминающих корпус головки.
§ 13. ШЕВЕРА
Шеверами называют инструменты, предназначенные для окончательной
обработки боковых сторон зуба шестерен путем срезания очень тонких
стружек. Этот процесс напоминает скорее скобление или шабрение. Шевин-
гование осуществляют на специальных станках; существуют шевера-червя-
ки, шевера-рейки и дисковые шевера. Для того чгобы обеспечить относи-
тельное скольжение профилей, у шевсра-колеса и шевера-рейки делают
наклонные зубья. Процесс работы шевера-червяка несколько отличается от
процесса работы шевера-колеса и шевера-рейки. На рис. 257,а показана
схема работы дискового шевера (шевера-колеса).
Шевер, представляющий собой корригированное зубчатое колесо, зубья
которого снабжены канавками, образующими режущие кромки, вращается
вокруг оси, наклоненной по отношению к оси заготовки па некоторый
угол р. При сближении оси шевера, имеющего косые зубья, и оси заготов-
ки, имеющей прямые зубья, получается зубчатое зацепление шевера и заго-
товки. Если взять точку А на профиле зуба шевера, лежащую па оси, и со-
ответствующую ей точку на профиле зуба колеса, то при повороте шевера
и колеса на некоторый угол при взапмнохг зацеплении их точка, лежащая
на профиле шевера, из положения А переместится в положение Ат. Точка
же А, лежащая на профиле зуба колеса, переместится при этом в положе-
ние Лк. Точки Аш и Лк разойдутся между собой на некоторое расстояние J;
Поскольку в процессе зацепления шевера и колеса будет происходить то
же самое с каждой точкой профиля, то возникает некоторое относительное
скольжение профиля зуба птевера относительно профиля заготовки. Ско-
рость этого относительного скольжения и является скоростью резания при
шевинговании. Эта скорость переменна, и абсолютная величина ее зависит
от угла р скрещивания осей заготовки и шевера. Обычно угол скрещива-
ния осей Р можно выбирать в пределах 10—15°; необходимо делать шевер
с косыми зубьями, а при обработке косозубых колес — шевер с прямыми
зубьями.
Аналогично происходит работа шевера-рейки, только зацепление
в этом случае обеспечивается не между двумя колесами, а между рейкой
и колесом. Скорость главного движения при шевинговании можно созда-
вать и специальной кинематической схемой механизма станка, тогда мож-
но применять и прямозубые шевера (как колесо, так и рейку). Можно со-
здать и любой абразивный шевер (рис. 257,6).
Червячный шевер — это по всем элементам копия червяка с наружными
мелкими зубьями, он работает как червячная фреза только с той разницей,
что стружка из-за большого числа часто расположенных зубьев может
быть очень мелкой, и благодаря этому получается чистовая поверхность
обрабатываемого червячного колеса.
Шевингование позволяет окончательно обработать зубья колес с боль-
шой точностью по шагу, профилю, эксцентричности делительной окружно-
сти и форме зуба. Если даже предварительно обработанное колесо имеет
некоторые ошибки по шагу и профилю, то при шевинговании можно ис-
править все эти погрешности и получить точное колесо.
Дисковые шеверы применяют преимущественно в крупносерийном
и массовом производстве для обработки незакаленных или закаленных на
невысокую твердость зубчатых колес после зубофрезерования и зубодол-
блеиия. В последнее время применяют для обработки закаленных колес
абразивные шеверы.
Конструкция шеверов. Дисковый шевер, представляющий сЬбой зубча-
тое колесо, изготовляют обычно из быстрорежущей стали. Основными
конструктивными элементами дискового шевера являются (рис. 258) диа-
метр делительной окружности по торцу Dt, диаметр основной окружности
по торцу Do, модуль по торцу т-r, число зубьев шевера z, ширина шевера
В. Элементами стружечной канавки являются шаг, ширина выступов, глуби-
на канавок. Все эти конструктивные элементы должны быть определены
по соответствующим формулам [20 —22].
Дисковые шевера благодаря их небольшим габаритным размерам по-
лучили более широкое распространение, чем остальные виды шеверов. Ше-
вер'а изготовляют для шевингования колес с модулем до 8 мм (в от-
дельных случаях и выше). Для улучшения работы шевера применяют
иногда коррегированный профиль зуба, при котором получаются меньшие ,
искажения профиля зуба колеса. Дело в том, что профиль зуба колеса при
шевинговании несколько отличается от профиля теоретической эвольвенты
благодаря тому, что скорость скольжения и направления скорости резания
в разных точках профиля различны и углы резания режущих кромок шевс
324
ра также не везде одинаковы. Эти искажения профиля зуба колеса могут
быть установлены путем введения некоторых исправлений в профиль зуба
шевера. На рис. 258, б показано искажение профиля зуба косозубого колеса
при обработке его шевером. Для того чтобы избежать этих искажений,
в профиль зуба шевера вводят заранее некоторые отклонения, опреде-
ляемые опытным путем;
Число зубьев заготовки............... 20
Oi клонения, мм........................ 0,020 —0,025
35 50
0,015-0,020 0,010-0,015
Эти отклонения представляют собой отклонения от теоретической
‘эвольвенты. Их получают путем специальной правки шлифовального кру-
та при шлифовании зуба шевера. Кроме того, для улучшения рабош зуб-
чатой передачи можно рекомендовать бочкообразный зуб зубчатою коле-
са. Колеса с бочкообразными зубьями менее чувствительны к переносу
осей, дают меньший шум при работе. Бочкообразность зуба колеса при
Шевиш овании достигается с помощью специального приспособления.
Особую группу составляют шевера для мелкомодульных (модуль оз 0,4
ло 1,75) зубчатых колес (рис. 259). На московском инструментальном заво-
де изготовляют такие шеверы конструкции лауреатов Государственной
премии СССР Г. Н. Сахарова и Г. Г. Ильвера. При небольшом модуле
Невозможно изготовить даже неглубокие канавки на боковых сторонах
зубьев, поэтому вместо канавок у шевера имеются кольцевые выточки,
прорезающие зуб до основания. Профиль этих выточек угловой. Профиль
зуба мелкомодульною шевера шлифуют на специальном шлифовальном
етанке конструкции лауреата Государственной премии СССР М. С. Василь-
325
Рис. 259. МЕЛКОМОДУЛЬНЫЙ ШЕВЕР
1
чука. Станок имеет шлифовальный круг в виде абразивного червяка; шлиф1
ванне профиля проводят по методу обкатки.
Для облегчения обработки и эксплуатации шевср-рсйку обычно дела юр
сборным, отдельные зубья собирают на общей стальной колодке и затяги
вагот планками. Для того чтобы обеспечить процесс шевингования, шевер
рейка должен быть достаточных размеров. Длина рейки должна бып
больше развернутой длины начальной окружности заготовки. Шевср-репИ
для прямозубых колес имеет наклонные зубья; шевер-рейку для косозубы:
колес изготовляют с прямыми зубьями.
Несмотря на высокую стойкость шевср-рейки и большую точность, че
точность шсвер-колеса, шевер-рейка не нашел широкого применения из-з
сложности изготовления и сборки.
Червячный шевср, применяемый для обработки зуба червячных шееп
рен, по своей конструкции представляет червячную фрезу с мелкими зубы
ми. Так как червячный шевер можно изготовить по всем элементам, в то1
пости соответствующим червяку, который будет работать в па!
с червячной шестерней, и так как влияния затылования, которое вносит Д‘:
полнительные искажения в профиль фрезы, в червячном шевере можно из
бежать, то червячный шевер может быть совершенно точной копией черв
ка и может обработать впадину червячного колеса с необходимо
точностью. Канавки для стружки, которые образуют режущие кромки чер-
вячного шевера на боковых профилях винтов, делают обычно небольши-
ми Направлением канавок можно регулировать характер образования
стружки, а следовательно, и чистоту обрабатываемого колеса.
Червячный шевер может иметь профиль архимедова червяка, профиль
„вольвентного червяка или прямолинейный профиль в нормальном сече-
нии.' Эту возможность изготовить червячньш шевер для любого типа чер-
вяка используют в машиностроении, и в точных червячных парах рекомен-
дуется окончательную обработку колеса производить червячным шевером.
Профиль зуба червячного шевера шлифуют в зависимости от типа червяка
на различных шлифовальных станках для червяков.
§ 14. НАКАТНИКИ ДЛЯ ЗУБЧАТЫХ ДЕТАЛЕЙ,
РАБОТАЮЩИЕ ПО МЕТОДУ ОБКАТКИ
Одна из схем накатывания зубчатых колес (с применением метода обкат-
ки) при массовом производстве зубчатых колес показана на рис. 260, а. На-
катник представляет собой зубчатое закаленное колесо, имеющее заход-
ную (заборную) часть длиной 1. Накатывание производят при продвижении
заготовки вдоль оси; но может быть и прямое сближение наказников по
направлению к центру заготовки, при этом нет продвижения заготовки
вдоль оси, и ширина В накатника должна быть больше ширины обода на-
катываемого колеса. В этом случае у накатника заходная часть практиче-
ски не нужна.
Зубчатые колеса можно накатывать с подогревом и без подогрева
заготовки.
Производительность процесса
накатывания таким методом выше
очень производительного нареза-
ния колес зуборезной головкой.
Важнейший фактор при накаты-
вании — выбор материала накатни-
ка; обычно принято изготовлять,
накатники для тяжелых условий ра-
боты из стали Р6М5 (или другой
прочной быстрорежущей стали) с
последующей термической обра-
боткой до твердости HRC 60-62.
ожно успешно применять накат-
Хюк 113 лег1,рованных сталей
-м, Х6ВФ, т. е. из сталей, распро-
страненных для инструментов при
накатывании резьбы (см. гл. 9, § 9).
Р,,с- 260. НАКАТЫВАНИЕ ЗУБЧАТЫХ ДЕ-
ТАЛЕЙ:
а ~~ зубчатого колеса; б — шлицевого
валика
Эталонные колеса
327
Накатывание шлицевого валика с остроугольными шлицами (рис;
260,6) широко применяют в автомобильной промышленности. Две плоские
накатные плашки накатывают шлицевой валик за один проход, работа та-
ких плашек аналогична работе плоских накатных плашек для накатывания
резьбы. Этот метод очень производительный, и накатывание производят
без нагрева. Однако можно накатывать сравнительно небольшие валики
с остроугольными шлицами. Ширина плашек В должна быть равна или не-
много больше длины шлицевой части валика. Диаметр заготовки подби-
рают так же, как и при накатывании резьбы (из условия равных площадей
сечения заготовки и готового валика со шлицами).
Применяют черновое накатывание и конических колес с круговыми
зубьями, накатывание шлицевых валов с прямобочными шлицами и дру-
гих зубчатых деталей. Высокая производительность процесса пластическо-
го деформирования, экономичное расходование металла на заготовку (ее
масса существенно меньше массы обычной заготовки) стимулирует внедре-
ние этих процессов при массовом производстве зубчатых колес, валов.
ГЛАВА
11
КОМБИНИРОВАННЫЙ ИНСТРУМЕНТ
И ИНСТРУМЕНТ
ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СТАНКОВ
И ЛИНИЙ
§ 1. ОСНОВНЫЕ понятия
Комбинированным называют инструмент, который предназначен для
одновременной обработки нескольких поверхностей, в нем соединены два
или несколько однотипных или различных режущих инструментов. Приме-
нение1 комбинированного инструмента позволяет совмещать несколько
операций в одну. На некоторых рисунках в предыдущих главах уже были
представлены и описаны отдельные комбинированные инструменты.
Преимущества комбинированных инструментов совершенно очевидны
и заключаются в увеличении производительности (за счет уменьшения ма-
шинного и вспомогательного времени на обработку детали), удешевления
операций (за счет применения более простых станков), возможности удале-
ния значительных припусков (за счет совмещения работы нескольких режу-
щих кромок).
Принято подразделять все- комбинированные инструменты на две ос-
новные группы; комбинированные инструменты, применяемые для одно-
временного получения одной или нескольких деталей одним методом
обработки, комбинированные инструменты, в которых совмещается одно-
временно несколько методов обработки.
§ 2. КОМБИНИРОВАННЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ
ДЛЯ ОДНОГО МЕТОДА ОБРАБОТКИ
Комбинированный инструмент для одного метода обработки приведен на
рис. 261 я. Наружные резцы державки служат для обтачивания наружных
ступеней детали, внутренние резцы растачивают внутренние ступени в рт-
ьерстии детали. Инструменты подобного типа широко применяют и по-
зволяют резко увеличить производительность. Если между отдельными
Диаметрами детали большая разница, то целесообразно применять резцы
различных материалов: резцы для обработки отверстия можно изгото-
ить из быстрорежущей стали, резцы, обрабатывающие наружную поверх-
спь детали, работающие с более высокой скоростью резания, — из твер-
дого сплава.
Ча РаспР0СГРанен комбинированный инструмент для расточки ступен-
аеТЬ1Х ОТвеРстий. В расточной ойравке, имеющей сквозные пазы, укреплено
уДКОЛЬко Так называемых расточных вставок (рис. 261, б). В каждом блоке
овлены два резца, которые можно винтами регулировать по диаме-
329
Рис. 262. ВСТАВКИ С МЕХАНИЧЕСКИМ КРЕПЛЕНИЕМ ТВЕРДОСПЛАВНОЙ ПЛАС-
ТИНЫ И НАСТРОЙКОЙ НА ДЛИНУ L ВНЕ СТАНКА (у = +6')
тру. Такая расточная оправка (борштанга) позволяет обработать одновре-
менно несколько ступеней отверстия или несколько ступенчатых отвер-
стий.
Применение многогранных неперетачиваемых твердосплавных пластин
в конструкциях комбинированного инструмента позволяет резко повысить
производительность благодаря высоким режимам работы, снизить врсмя>
необходимое на наладку и замену инструмента. На рис. 262,6 показана ре'
жущая вставка, которую по своей длине до упора настраивают вне стайка,
затем такую вставку прямо вставляют в гнездо державки, и подналадка
330
станка благодаря точной длине Lire требуется. Точную многогранную пла-
стину после износа одной поверхности поворачивают, что также требует
минимальной затраты времени.
Комбинированный ступенчатый зенкер, оснащенный пластинами из
твердого сплава, показан на рис. 263. Канавки зенкера должны быть доста-
точными для отвода стружки от первой и второй ступени зенкера. Для
облегчения заточки ступенчатые зенкеры часто делают сборными, состоя-
щими из двух зенкеров: первая ступень зенкера выполнена в виде отдель-
ного зенкера, снабженного коническим хвостовиком, входящим в соответ-
ствующее коническое отверстие зенкера, предназначенного дая обработки
второй ступени. Для ступенчатых зенкеров с многогранными неперетачп-
наемыми пластинами можно делать цельный корпус.
Распространены ступенчатые сборные зенкеры со вставными ножами,
позволяют регулировать размер. В конструкции, показанной на рис.
и , ’ РегУЛ11Ровка осуществляется путем перестановки ножей на одно или
сколько рифлений в радиальном направлении. Существуют конструкции,
юоляющие производить более тонкую регулировку ножен или вставных
Гастин зенкера.
331
Примером комбинированного инструмента может служить набор фрез
для одновременного фрезерования нескольких поверхностей (рис. 264). Для
обработки торцов детали служат сборные двусторонние фрезы с правым
и левым направлением канавок. Комплектные фрезы нужно затачивать
или устанавливать на размер так, чтобы номинальная разница диаметров
входящих в комплект фрез оставалась постоянной после переточки ком-
плекта или перестановки ножей-пластинок по диаметру. Размеры вдоль
оси оправки * регулируют изменением ширины проставочных колец илц
другим методом. й
§ 3. КОМБИНИРОВАННЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ, 1
СОВМЕЩАЮЩИЕ РАЗЛИЧНЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ
Комбинированный зенкер-сверло (рис. 265) позволяет сверлить и одновре-
менно зенкеровать отверстие. В двузубый зенкер 2 вставляют сверло 1, ко-
торое имеет лапку на цилиндрическом хвосте, входящую в отверстие
оправки 4, имеющей на конце конус Морзе. Сверло в корпусе закрепляют
винтом 3 с конусным концом. Крутящий момент от оправки передается на
сверло лапкой, на зенкер — выступом на торце. Если глубина отверстия
большая, затрудняется выход стружки, и инструмент для успешной его ра-
боты должен иметь стружкоразделительные канавки, дробящие стружку.
Геометрия режущей части сверла, и особенно зенкера, должна предусма-
тривать завивание раздробленной стружки в отдельные мелкие спирали.
Для этого у зенкера передняя поверхность имеет узкие (1 — 1,5 мм) ленточ-
ки, заточенные под небольшим передним углом. Для обеспечения выхода
стружки используется струя охлаждающей жидкости. Предусмотрены от-
верстия, через которые охлаждающая жидкость под высоким давлением
поступает к режущим кромкам сверла. Охлаждающая жидкость захваты-
вает образующуюся стружку, гонит ее по каналу, образованному между
стенками отверстия и стеблем инструмента, и выбрасывает наружу.
Для сквозных отверстий применяют также комбинированный инстру-
мент, совмещающий сверло и развертку. Для обеспечения хорошего отво-
да стружки сверло-развертка работает последовательно. Вначале сверлят
отверстие, когда отверстие просверлено, вступает в работу развертка. 1 ак
же работает сверло-метчик.
Комбинированный инструмент для обработки овальных отверстий
в рельсах показан на рис.. 266. При сверлении отверстия работают режу-
щие кромки сверла, инструмент движется вдоль оси и вращается (рис.
Рис. 265. КОМБИНИРО-
ВАННЫЕ 0 ВЕ г;
Д/Х-ЗЕНКЕРЫ с
КОНИЧЕСКПМ
ХВОСТОВИ1ОМ
332
P„C 266. СХЕМА РАБОТЫ
’ КОМБИНИРО-
ВАННОЙ ФРЕЗЫ-
СВЕРЛА
266, а). После того как отверстие просверлено насквозь, переключается на-
правление подачи стола: подача происходит уже не в вертикальном напра-
влении, а в горизонтальном, перпендикулярном оси сверла (рис. 266,6).
С этого момента вступают в работу кромки, расположенные па цилиндри-
ческой части инструмента, и инструмент работает как фреза.
Широкое распространение получил показанный на рис. 267, а муфтора-
сточнои комбинированный патрон, обеспечивающий совмещение обточки
торца и фасок, расточки выточки, развергывапия внутреннего конического
отверстия муфты в одну операцию. Его применяют на специальных му-
фторасточных станках, которые обеспечивают вращение муфты. При про-
движении патрона вначале в работу вступают разверточные ножи, которые
предназначены для развертывания внутреннего конуса муфты. По мере
продвижения разверточных ножей в глубь муфты вступают в работу рас-
точные ножи, предназначенные для расточки выточки. Последними всту-
пают в работу торцовые ножи для расточки внутренней и наружной фаски
и подрезки торца муфты. На рис. 267,6 схематически показано расположе-
ние ножей в конце обработки муфты. В корпусе патрона просверлено
большое число отверстий, которые подводят охлаждающую жидкость не-
посредственно к режущим кромкам ножей. Струей охлаждающей жидко-
сти уносится стружка.
Муфторасточной патрон позволяет производить смену ножей и регули-
ровку их на размер. Разверточные ножи регулируют кольцом 1, которое
перемещает разверточные ножи в наклонных пазах; по мере их передвиже-
ния благодаря углу ф дна пазов увеличивается диаметр развертываемого
отверстия. Для установки расточных ножей предусмотрено второе кольцо
А при повороте которого перемещаются вдоль оси расточные ножи,
третье регулировочное кольцо 3 выдвигает торцовые ножи. Ножи закре-
пляют в определенном положении специальными зажимами.
Примером совмещения обточки и нарезания резьбы одним комбиниро-
^6?Н-,1М' ИНстРУментом может служить трубонарезной патрон. На рис.
~ >6 показана схема действия патрона завода МПЗ для обточки конца
РУ ы и нарезки резьбы. По мере продвижения патрона вдоль оси труба
Kv 11Т Ш ^ПОР’ К0Т0Рый связан с механизмом, постепенно раздвигающим
У-чачки с укрепленнымггйа них гребенками. Таким образом, в результате
У Движений — движения вдоль оси и более медленного движения в ра-
льном направлении кулачок головки движется по образующей конуса.
333
Гребенка комбинированная, ее передняя часть обтачивает конец трубы по
конусу, резьбовая часть нарезает резьбу на обработанной части конуса. Ес-
ли, например, нарезают резьбу с шагом 2,2 мм (И'/а ниток на 1 дюйм), то
за один оборот ножи и плашки продвинутся вдоль оси на 2,2 мм, но по-
скольку работа распределяется между несколькими гребенками, на долю
каждой приходится немного, и становится возможным совместить нареза-
ние резьбы с обтачиванием конца трубы.
§ 4. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ
КОМБИНИРОВАННОГО ИНСТРУМЕНТА
При конструировании комбинированного инструмента приходится решать
те же самые вопросы, что и при конструировании любого режущего ин-
струмента. К ним относятся выбор кинематической схемы резания, схемы
334
распределения нагрузки, материала; назначение углов режущей части;
Определение схемы заточки; обеспечение отвода стружки и тепла от режу-
щих кромок; прочность и т. д.
В отличие от обычного режущего инструмента при конструировании
комбинированного инструмента некоторые из этих вопросов приобретают
первостепенное значение. При конструировании любого комбинированно-
го инструмента режущие кромки обязательно должны перекрывать со-
ответствующие обработанные участки, и схема распределения нагрузки
должна быть построена с учетом этого важного обстоятельства. Необхо-
димо, чтобы в процессе работы режущие кромки инструмента перекрыва-
ли друг друга в местах стыка. Если не сделать такого перекрытия в местах
стыка, возможна’ неполная обработка поверхности детали, появление за-
усенцев, защемление стружки между режущими кромками, соприкасаю-
щимися между собой. Отвод стружки от режущих кромок инструмента
приобретает важное значение, особенно при конструировании комбиниро-
ванного инструмента для обработки внутренних поверхностей. Здесь при-
ходится учитывать не только достаточный объем канавок или каналов для
выхода стружки, но и придавать определенное направление сходу стружки,
избегать появления встречных, сталкивающихся стружек.
При работе зенкера-сверла (см. рис. 265) в сплошном материале от ре-
жущих кромок сверла отделяется стружка. Если обрабатывают вязкий ма-
териал, дающий сливную стружку, то отделяющаяся стружка, завивающая-
ся в спираль, должна быть направлена к выходу из отверстия. В этом
месте находится другая часть комбинированною инструмента — режущие
кромки зенкера. От них также отделяется стружка. Если направления отво-
да стружки от сверла и от зенкера совпадают, то две стружки встречаются,
и их отвод из отверстия задерживается,— может возникнуть спутывание
и сминание их в один общий пакет, который задерживает всю вновь отде-
ляющуюся стружку и приводит к поломке инструмента.
Самым удобным является разделение каналов для отвода ст ружки, при
котором стружка, отделяющаяся от сверла, идет по одному каналу,
а стружка, отделяющаяся от зенкера,— по другому. Разделение стружки
на более узкие и длинные полоски стружколомательными канавками не
всегда приводит к желаемым результатам, такие полоски спутываются
в клубок, и опасность поломки инструмента не устраняется. Следователь-
но, кроме разделения каналов, а также разделения стружки па узкие поло-
ски следует обеспечить завивание этих узких полосок в короткие спирали,
затачивая фаски с меньшим передним углом. Можно па передней поверх-
ности сделать лунку (аналогично лунке на резцах) или порожек, которые
закже приводят в определенных условиях к завиванию ст ружки.
Эти мероприятия дают эффект только в определенных условиях,
а именно при определенной подаче и глубине резания. Направление струи
охлаждающей жидкости нужно выбирать таким, чтобы помогать выход}'
ггружки из отверстия, а не забивать ее глубже в отверстие. Это эффектнв-
и° тогда, котда^идег процесс резания непрерывно. При прерывистом реза-
я, например фрезеровании, нет необходимости в определенном напра-
влении стружки.
консгРУировании комбинированных инструментов часто возникает
ходимость в целях удобства заточки делать инструмент разъемным
335
(из Отдельных частей). На рис. 263 изображен комбинированный зенкер. За-
точка такого двухступенчатого зенкера сложна, и выход шлифовального
круга чрезвычайно неудобен, так как шлифовальный круг при работе будет
врезаться в шейку между первой и второй ступенью зенкера. Если же сде-
лать зенкер разъемным из двух частей, то, разъединяя их, можно в отдель-
ности легко заточить зенкер меньшего и большего диаметров.
Очень часто набор фрез мог бы быть заменен одной фасонной фрезой,
если бы не сложность изготовления и заточки такой, фрезы. Разбивая на-
бор на отдельные фрезы, получаем инструменты простой конфигурации
поддающиеся заточке на обычных приспособлениях. Все фрезы, входящие
в. любой набор, приходится затачивать или переставлять пластины из
твердого сплава с учетом, необходимости сохранения, определенной задан-
ной разницы в диаметрах фрез.
Если в обычных режущих инструментах сборной конструкции уста-
новка на размер и регулирование имеет большое значение, то в
комбинированных инструментах значение регулирования резко возраста-
ет. Можно считать мало пригодной для. практики такую конструкцию
комбинированного инструмента, которая занимает много времени на
установку и регулирование размеров.
§ 5. ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО
ОБОРУДОВАНИЯ
Необходимость автоматизации технологических процессов выдвигает иа
первый план жесткие требования к инструменту — обеспечение заданной
стойкости и отсутствие поломок. Считая инструмент частью общей си-
стемы станок — приспособление — инструмент — деталь (СПИД), необхо-
димо добиться общей высокой надежности системы, одним из звеньев ко-
торой является режущий инструмент. Конечно, в идеальном случае, если
прочность инструмента, жесткость станка, детали, приспособления и дру-
гие факторы обеспечены в достаточной степени и поломки отсутствуют, то
основным показателем надежной работы системы является стойкость ин-
струмента до переточки или замены и общая суммарная стойкость. Для
хорошей работы автоматической линии или станка с ЧПУ необходима си-
стема принудительной замены инструмента после оптимальной заданной
работы (например, полсмены, полная рабочая смена и т. д.). Хаотические
случайные остановки из-за потери стойкости, поломок будут дезоргани-
зовывать работу линии или станка с ЧПУ. Требование к режущему ин-
струменту для станков с числовым программным управлением по суще-
ству такое же, как к оборудованию для автоматических линий, т. е.
должны быть обеспечены размерная стойкость, быстросменност ь и воз-
можность регулирования инструмента вне станка, чгобы при установке его
на станок не тратить много времени, так как простои станков с пр0'
граммным управлением очень дороги.
Размерной стойкостью инструмента принято называть машинное время
или соответствующее ему число деталей, полученное в пределах допуска
на изготовление без регулирования или смены инструмента. Обычно раз-
мерная стойкость составляет только известную долю общей стойкости ин-
струмента, так как изменение размера детали, выходящее за границу поля
336
пуска (верхнюю — при обработке вала, и нижнюю — при обработке от-
СТ1(я), получается до наступления полного износа инструмента.
® размерная стойкость обусловливается размерным износом Дразм ин-
тпумента; упругой деформацией Дуируг системы СПИД, увеличивающейся
мере затупления инструмента; рассеянием размеров деталей Драс, уве-
нчивающемся при износе; погрешностью первоначальной настройки ин-
струмента Днастр- Общая погрешность обработки Л = Дразм 4-Дуг1руг 4-
+ Драс + Ацастр-
Необходимо стремиться обеспечить условия минимальной погрешно-
сти Дупруг путем создания жесткой системы станок — инструмент — при-
способление —деталь; обеспечить минимальную погрешность рассеяния
Драс путем повышения геометрической и кинематической точности станка
и оснастки, повышения жесткости, устранения причин неравномерности
припусков, твердости материала, температуры и других факторов, от ко-
торых зависит рассеяние размеров; добиться минимальной погрешности
при настройке Диастр путем облегчения настройки, применения установки
на станок уже отрегулированного инструмента. Таким образом, чем мень-
ше эти величины, тем большую часть из общей допустимой погрешности
А можно оставить на долю собсгвенно размерной стойкости износа
Драз и таким образом выдать максимальное число обработанных де-
талей или обеспечить максимальное машинное время работы инструмента
до смены его или регулирования.
Можно добиться увеличения размерной стойкости многих инструментов
(резцов, фрез и т. д.) применением в станке системы автоматической
подналадки их во время работы. Предположим, что наступает износ
режущей кромки инструмента (например, резца), превышающий допустимую
величину размерного износа, и размер детали (например, диаметр при
обточке) выходит за пределы допуска, тогда автоматически от датчика,
измеряющего все время (или периодически) размер готовой детали, поступа-
ют сигнал и команда механизму, подводящему резец, подойти ближе к
обрабатываемой поверхности, сократить тем самым размер детали до
требуемой величины. Этот метод применяют тогда, когда износ резца
еще небольшой и им можно продолжать обработку. Некоторые ав-
томатические линии и станки-автоматы с программным управлением
снабжают подобными системами подналадки. Лауреатами Ленинской
премии д-рами техн, наук Б. С. Балакшиным, Ю. М. Соломенцевым и
Другими разработана адаптивная система управления, которая может
например, обеспечить устойчивую связь между силой Р:,’воздействующей
на инструмент (нагрузкой на инструмент), и перемещением системы
х-ПИД, и регулировать ес, изменяя подачу. Можно, например, адаптивной
системой связать изменение величины износа инструмента с получаемыми
Размерами детали и надежно обеспечивать длительное время размер
Детали в допустимых пределах. Подобными системами оснащают новейшие
станки.
Работа на автоматах с программным управлением, на токарных копи-
ровальных станках всех систем требует применения не обычных про-
>- ЛНЬ1Х> а копирных проходных резцов (рис. 268), которые позволяют снять
°°льшие припуски за один проход или небольшое число проходов и полу-
337
Рис. 268. СХЕМА КОПИРНЫХ РЕЗЦОВ ДЛЯ КОПИРОВАЛЬНЫХ РАБОТ:
о — с круглой пластиной; б — пластиной с двумя режущими кромками; в, • -
установка платины на подрезном копирном и проходном резцах
чип фасонный профиль детали сразу. Их сейчас изготовляют в основном
с механическим креплением поворотных (двугранных) твердосплавных пла-
стин. Большие силы резания и широкая стружка заставляют обращать
особое внимание на прочность крепления'пластин, при этом используют
пластины специальной формы.
Обеспечение быстрой смены или регулирования инструмента во время на-
ладки или подналадки на автоматических линиях, особенно с большим
числом инструментов (например, на линиях обработки головок или блоков
двигателей работает одновременно до 500—600 шт. инструментов), очень
важно. Поэтому в конструкции всех инструментов как чистовых, так и чер-
новых, должна быть обеспечена быстрая смена или регулирование пнет РУ
мента. Для уменьшения затрат времени на смену инструмента можно прН'
менять устройства для автоматической смены отдельных видов штстрУ
ментов. Ниже приведены отдельные конструкции инструментов Д1Я
автоматических линий с указанием их особенностей.
338
Рис. 269. СХЕМЫ БЫСТРОСМЕННОГО КРЕПЛЕНИЯ:
а — вставок с режущей пластиной; б — резцовых вставок; е — г — осевого режущего
инструмента
На новых автоматических линиях применяют в основном резцы,
оснащенные пластинами из твердого сплава, которые закрепляют ме-
ханически или в отдельных случаях пайкой. На рис. 269, а показан корпус
Резца 1 (конструкции ВНИИинсгрумент) с механическим креплением мно-
Гогранной твердосплавной пластины 2, закрепленной с помощью клиновид-
ного сухаря 4, зажатого винтом 5. Винт 3 позволяет настраивать длину L
Резца вне станка на/специальном приспособлении. Настройка резца вне
станка дает возможность уменьшить время, необходимое на смену ин-
струмента.
339
Рис. 270. ТИПЫ ХВОСТОВИКОВ:
а — конический с лыской для зажима.
б — цилиндрический с регулирОВоч’
ным винтом; в — цилиндрический
регулировочной гайкой и контргайкой
В зарубежной практике имеется
много конструкций резцов с много-
трапными пластинами, в них исполь-
зуют плоские, чаще трех- или четырех-
гранные пластины, не имеющие струж-
козавиваюгцих канавок и задних углов.
Поэтому после затупления всех (трех
или четырех) граней их переворачи-
вают и используют еще (три-четыре
раза), т. е. суммарно их используют
столько раз, сколько имеется режущих
граней у пластинки.
На рис. 269,6 показана схема
быстросменного закрепления резцов. В отличие от рис. 269, а при этом
креплении используют принцип окончательного закрепления инстру-
мента с помощью сил, возникающих в процессе резания.
Основное отличие сверл, зенкеров, зенковок, разверток и другого, так.
называемого осевого инструмента, применяемого на линиях, от обычного
инструмента сводится, как правило, к конструкции специальных хвостови-
ков и повышенной точности размеров, уменьшением биения режущих кро-
мок относительно оси. Конический хвостовик (рис. 270, а) обычно имеет лы-
ску для дополнительного зажима с помощью винта. Часто применяемые
конструкции цилиндрических хвостовиков служат для быстрого закрепле-
ния инструмента (рис. 270,6). Регулировочный винт позволяет обеспечить
настройку на длину £вне станка. Для настройки в линии применяют хво-.
стовики с передней резьбовой частью с регулировочной гайкой и контргаш.
кой (рис. 270, в). Примером быстросменного патрона, применяемого для
крепления сверл и зенкеров, может служить патрон, показанный на рпс.-,
269,,-. Патрон допускает крепление сверл с коническим хвостовиком.;
в переходной оправке или цилиндрических сверл с лапкой, тогда кроме!
переходной оправки необходимо применять разрезную коническую втулку,
входящую в оправку. Патрон в шпинделе станка можно закреплять nod
средством гладкого соединения со шпонкой (рис. 270, е). Регулировочная!
гайка позволяет регулировать вылет патрона из шпинделя. I
Па агрегатных станках и в автоматических линиях широко примеряюй
спиральные сверла обычной конструкции, но повышенной точности изгоя
товления. Часто при обработке корпусных деталей в линии требуется с 'ч
вместить в одну операцию сверление отверстия и снятие фаски или сверлен
ние отверстия двух ступеней под головку болта. Для этой цели применяю^
ступенчатые сверла (см. рис. 96,о), переточенные из стандартных, а тайЧ
специальные четырехленточные сверла. Применяют также ружейные све;п
ла для сверления глубоких отверстий и сверла с отверстиями доя подвоДЯ
охлаждающей жидкости. Для обработки ступенчатых отверстий, выточеч
торцовых поверхностей широко применяют комбинированные инстрУт
340
Рнс. 271. СЛОЖНАЯ ДЕТАЛЬ (с) И СХЕМА КОМБИНИРОВАННОГО ИНСТРУМЕНТА
ЗЕНКЕРА ДЛЯ ЕЕ ОБРАБОТКИ (6):
1—.6 — обрабатываемые поверхности детали и соответствующие им пластинки
менты (рис. 271). Конечно, целесообразность применения сложного комби-
нированного инструмента в каждом отдельном случае должна быть прове-
рена экономическим расчетом. Проектировать крупный сборный комбини-
рованный инструмент лучше из стандартных или нормализованных
элементов, что облегчает и удешевляет его изготовление.
Можно рекомендовать также различные конструкции расточного ком-
бинированного инструмента с механическим креплением твердосплавных
многогранных неперетачиваемых пластин. Широко применяют для авто-
матизированного оборудования расточные резцы-вставки (рис. 272) с ми-
крометрическим регулированием вылета (а следовательно, и диаметра рас-
точки). Некоторые иностранные фирмы применяют эти резцы в гамме
станков с ЧПУ для различных работ по растачиванию отверстий. Могут
быть два исполнения таких резцов: резец с напаянной пластиной из твер-
дого сплава (или с закрепленной вставкой из зльбора и другого сверхтвер-
дого материала), этот резец обычно применяют для отверстий диаметром
°г 20 до 50 мм; резец с многогранной неперетачиваемой твердосплавной
Дластиной применяют начиная с диаметра 40 мм и выше. Один из таких
Резцов показан на рис. 272. Корпус 2 резца снабжен точной микрометриче-
ской резьбой. На эту резьбу навинчена гайка 3 с делениями по окружно-
341
Рис. 272. РАСТОЧНЫЙ РЕЗГтт
ВСТАВКА, ОСНАЩЕН
ПАЯ ТВЕРДЫМ СППд
ВОМ, С МИКРОМЕТРА
ЧЕСКИМ РЕГУЛИРо
ВАННЕМ
сти; зазор в резьбе выбираю?
контргайкой 4, а между гай.
кой 3 и контргайкой распо-
ложена плоская пружина 5
Резец вставляют в корпус
оправки 1 и закрепляют в
нем винтом 6 и шайбой 7.
Для предохранения от пово-
рота корпус 2 снабжен выступами, входящими в пазы 8 отверстия в оправке
1. Точность установки резца по диаметру может достигать 0,01—0,02 мм.
Чаще всего такой резец настраивают в специальном оптическом приспосо-
блении вне станка.
Для -нарезания резьбы на станках, входящих в автоматические линии,
применяют метчики, резьбонарезные и резьбонакатные головки. Наиболее
рациональные конструкции метчиков выбирают в зависимости от обра-
батываемого материала. Можно рекомендовать для легких сплавов и вяз-
ких металлов метчики с шахматным расположением зубьев (см. рис. 181,6).
Для фрезерных операций на автоматических линиях применяют тор-
цовые, цилиндрические, концевые, дисковые фрезы. Наибольшее примене-
ние получили торцовые фрезы сборных конструкций с твердым сплавом.
Рекомендуется снабжать торцовые фрезы одним или двумя широкими за-
чистными ножами, выступающими на небольшую величину (0,02 — 0,04 мм)
по отношению к другим ножам, что позволяет при больших подачах полу-
чить высокую чистоту поверхности. Для удобства смены и настройки кон-
цевые фрезы изготовляют с цилиндрическим хвостовиком (см. рис. 135) и на-
страивают вне станка на определенный размер.
На автоматических линиях протяжки применяют как для обработки
корпусных деталей, так и для обработки тел вращения. Для повышения
размерной стойкости все чаще применяют протяжки, оснащенные твердым
сплавом. Например, для полуотверстий крышек коренных подшипников
применяют сборные круглые протяжки (рис. 273), состоящие из колец, стя-
нутых общим стержнем. Широко применяют для обработки плоскости
протяжки со вставными зубьями, оснащенными твердым сплавом, а также
неперетачиваемыми пластинами из твердого сплава.
Для обработки цилиндрических зубчатых колес можно применять на
автоматических линиях червячные фрезы с последующим шевингованием-
Для обработки закрытых венцов, а также колес с небольшим модулем сле-
дует рекомендовать долбяки с последующим шевингованием. Весь зубо-
резный инструмент изготовляют из быстрорежущих сталей высокопроиз-
водительных марок (Р18, Р10К5Ф5 и близких к ним). Твердосплавный зу-
борезный инструмент пока не нашел широкого применения, однако
работы в этом направлении ведут, например на автоматической линии, со-
342
зданной ЭНИМСом, закрытый венец обрабатывают зубодолбежной го-
ловкой (см. рис. 215, а).
Станки с числовым программным управлением (ЧПУ) позволяют в ус-
ловиях мелкосерийного и даже индивидуального производства применять
автоматизацию. Поэтому в отличие от автоматических линий, где приме-
няют определенный специально из! оговлениый инструмент, станки с ЧПУ
требуют применения такого инструмента, который, с одной стороны, дол-
жен удовлетворять всем отмеченным выше основным требованиям к ин-
струменту для автоматизированного производства, с другой стороны, он
должен быть достаточно универсальным-, чтобы обрабатывать различные
детали. На рис. 274 показаны резцы, которые необходимы при проектиро-
вании набора инструментов для токарного станка с ЧПУ. Стрелками ука-
заны возможные направления рабочих движений в этих сложных условиях
наладки станка с ЧПУ. Конечно, детали, обрабатываемые на этом станке,
могут не иметь всех предусмотренных поверхностей.
При проектировании инструмента для автоматических станков или ли-
нии следует использовать все возможности для увеличения размерной
стойкости за счет применения твердых сплавов, быстрорежущих сталей по-
вышенною качества, а также различных сверхтвердых материалов. Однако
не всегда удается найти достаточно приемлемое решение. Тогда следует
Вак можно быстрее заменять инструмент, ие останавливая линии на время
Регулирования и смены инструмента.
Проектирование инструмента для автоматической линии —это задача,
связанная с точным знанием технологии обработки детали до мельчайших
° Дроби остей, так как линии, как правило, предназначены на одно изделие
иногда нескольких типоразмеров). В последнее время имеются уже пере-
налаживаемые комплексные линии на базе станков с числовым про-
Раммным управлением.
343
Рис. 274. СХЕМА РАСПОЛОЖЕНИЯ РЕЗЦОВ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ КОМПЛЕКТА
ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ СТАНКА С ЧПУ МЕТОДОМ ОБОБЩЕННОЙ ДЕТАЛИ
На рис. 274 обозначены основные операции, выполняемые на токарном
станке с ЧПУ; показаны также формы пластин из твердых сплавов (мине-
ралокерамики, эльбора). Чтобы станок с ЧПУ мог изготовить комплекс
деталей, в которых имеется часть операций из состава обобщенной схема-
тической детали, к станку должна быть приложена гамма всех предусмо-
тренных резцов возможных размеров и форм. Задача консгруктора-инсгру-
ментальщика рассмотреть все возможные наладки и типы деталей на
станке и оснастить станок с ЧПУ комплектом необходимых инструментов.
Эго можно сделать только с помощью обобщенной схематично детали.
Такой комплексный подход дает возможность конструктору максимально
унифицировать инструменты и уменьшить их возможное число, а техноло-
гу, соответственно, более экономно использовать инструмент.
Механизм для автоматической замены инструментов работает по прин-
ципу, близкому к принципу работы магазинов автоматического стрелково-
го оружия. В кассетном магазине набраны настроенные на размер
инструменты.
Команда подается специальным устройством, и затупившийся инстру-
мент выталкивается из гнезда держателя, на место него автоматически
вставляется новый, поданный из магазина. На станках с программными
устройствами применяют специальные магазинные устройства, в которые
заранее вставлено необходимое число различных режущих инструментов,
затем захватывающее устройство станка по заданной программе вставляет
необходимые инструменты и после определенной работы заменяет их на
друт не.
Работа инструмента в автоматической линии или на станке с про-
граммным управлением должна обеспечивать бесперебойную эксплуата-
цию станков. Массовый характер производства таких инструментов, как
сверла, метчики, развертки, фрезы и т. д., обеспечивают их высокое каче-
344
счво и количественный выпуск. Иногда считают, что для автоматических
линий и станков-автоматов нужно выпускать только специальные инстру-
менты (со специальным техническим условием), однако в ряде случаев это
неправильно. Наоборот, качество стандартных инструментов, конечно выс-
jniix категорий; должно обеспечить работу на автоматических линиях;
кстати, именно работы в области повышения качества инструментов веду-
щих заводов страны («Фрезер», МИЗ, Сестрорецкий инструментальный им.
Воскова, «Калибр») позволили математикам разработать математическо-
статИстические методы оценки качества; оценки вероятности хорошей ра-
боты инструмента; применения методов выборочного статистического
контроля, обеспечивающего вероятность высокого качества инструментов
[8]. Сейчас методы теории вероятности находят все большее применение
р оценке экспериментальных работ, в опенке качества режущих инструмен-
тов. Применение электронно-вычислительных машин, снабженных коорди-
натографами, даст возможность упростить работу конструктора, обеспе-
чить высокое качество конструирования, отсутствие неточностей й ошибок
в чертежах и таблицах.
ГЛАВА.
12
АБРАЗИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Шлифование — процесс резания металлов с помощью абразивного инстру.
мента, режущим элементом которого являются зерна. Зерна, обладающие
высокой твердостью, теплостойкостью и имеющие острые кромки, соеди-
нены специальными связующими веществами в шлифовальные крути, сег-
менты, головки, бруски и шкурки; применяют зерна и в виде паст
и порошков.
Выступающие зерна (рис. 275, п) абразивного материала, прочно закре-
пленные в шлифовальном круге связующим (цементирующим) веще-
ством, при вращении круга с большой скоростью (до 80 м/с) срезают (ца-
рапают) слой металла с заготовки в виде очень мелкой стружки. Большое
число стружек (до сотни миллионов в минуту) и их малая толщина (не-
сколько микрометров) обусловливаются малым размером самих режущих
зерен-резцов и большим количеством зерен, одновременно участвующих
в резании (царапании). Вследствие малого сечения среза и большой скоро-
сти резания шлифование обеспечивает высокую точность1 * и малую шеро-
ховатость обработанной поверхности; этот процесс чаще всего является
окончательной (отделочной) операцией. Однако шлифование успешно при-
меняют и для снятия больших объемов металла, заменяя обработку заго-
товки резцом или фрезой.
Процесс стружкообразования при шлифовании приближается к реза-
нию, осуществляемому зубом фрезы. Несмотря на малые размеры срезае-
мого слоя, получаемая при шлифовании стружка имеет то же строение
и вид, что и стружка, получаемая при фрезеровании. Здесь также имеют
место упругое и пластическое деформирование, тепловыделение, упрочне-
ние, износ и др. Но так как не все зерна одинаково участвуют в работе, Ю
наряду с нормальной (мелкой) стружкой при шлифовании получается еШе
и металлическая пыль, которая при высокой температуре спекается.
В шлифовальном абразивном круге, бруске, сегменте, головке и т. Д-
зерна абразива могут иметь самое разнообразное положение, т. е. они рас"
полагаются хаотично. Правильно закреплены и работает только некоторая
часть зерен (рис. 275, а), и нет никаких методов, ориентирующих зерн3
1 Применительно к новым стандартам точность цилиндрических и конических гладких по
верхяостей определяют в соответствии с ИСО и стандартами СЭВ соответствуюЩ11'1
хвалит етами.
346
определенном, заданном, наиболее выгодном положении. Если рассмо-
в тЬ; как расположены зерна у такого инструмента, как шкурка, абразив-
лента, фибровый круг и т. д. (рис. 275,6), то увидим, что зерна закре-
пчсны в одном определенном положении и работают все с наивыгодней-
щимп углами. Это обеспечивается наклейкой зерен в камере, с электроста-
тическим полем. Длинная ось зерна в этих условиях всегда перпендикуляр-
да поверхности основы (ткани, фибры, бумаги и т. д.). При приклеивании
зерна к гибкой основе (ткани, бумаге и т. д.) вместо хаотического располо-
жения зерен в связке круга, бруска и другого абразивного инструмента со-
здаются более рациональные условия использования абразивных зерен;
лучшие показатели процесса шлифования; затраты энергии на шлифование
уменьшаются в- 1,5—2 раза; получается более чистая поверхность после
шлифования, поскольку все зерна работают; есть возможность увеличить
скорость резания v (по сравнению с абразивным кругом, где она лимити-
руется прочностью связки) за счет более прочной основы. Эти преимуще-
ства очень сильно влияют на быстрый рост числа ленточно-шлифовальных
станков; быстрый переход на ленточное шлифование в некоторых отрас-
лях промышленности (производство древесно-стружечных плит, стального
шлифовального листа, шлифовальных лопаток для паровых и газовых тур-
бин и т. д.). Такие современные заводы, как Волжский автомобильный, все
шире применяют ленточное шлифование абразивными инструментами на
гибкой основе. Лентами можно получать поверхности с шероховатостью
Кд = 0,3754-0,125 мкм с допусками- 0,025 = 0,006 мкм. Ленты даже при
большой скорости v не требуют балансировки, так как они очень легкие
и не имеют дисбаланса (конечно, если шов бесконечной ленты хорошо
выполнен).
Высокая температура при шлифовании (до 1000—1500'С) возникает
в результате наличия у зерен своеобразной геометрии режущей части (от-
рицательного переднего уч ла) и большой скорости резания. С увеличением
износа зерен температура при шлифовании повышается, что может вы-
звать деформацию детали, прижог, структурные изменения и трещины на
обработанной поверхности. Для снижения температуры при шлифовании
сталей применяют обильное (10-60 л/мин) охлаждение. Смазочно-охла-
347
ждающие жидкости способствуют также удалению абразивной и металл^
ческой ныли из воздуха и очищению пор круга от продуктов отхода, новы'
шают производительность и уменьшают шероховатость обработанной
поверхности; снижается и размягчение связки круга, которое получается
вследствие нагрева.
При шлифовании заготовок из сталей наибольшее распространение
имеют следующие смазочно-охлаждающие жидкости: 1%-ный раствор
кальцинированной соды и 0,15%-ный раствор нитрита натрия; 2%-ный во-
дный раствор мыльного порошка; 5— 7%-ный водный раствор эмульсола-
3,5%-ный водный раствор нейтрального эмульсола на основе олеиновой
кисло™. При шлифовании заготовок из алюминия применяют керосин
или керосин с добавкой минеральных масел. Заготовки из. чутуна и меди
часто шлифуют без охлаждения, но при этом желательно наличие
пылеотсосов.
Наряду с общими явлениями, присущими и другим видам обработки ме-
таллов резанием, процесс шлифования имеет особенности: 1) режущая
кромка шлифовального круга не сплошная, а прерывистая, так как зерна
отстоят друт от друга на некоторое расстояние; 2) зерна шлифовального
круга неправильной, округленной в вершинах геометрической формы, про-
извольно расположены в круге, что является причиной отрицательного
и непостоянного значения переднего угла; 3) вследствие пирамидальной
и округленной формы режущей части зерна возникает сложная зависи-
мость между глубиной и шириной впадины, образуемой на обработанной
поверхности каждым зерном-резцом; 4) в процессе работы шлифовальный
круг может самозатачиваться, т. е. под действием повышенной нагрузки на
затупленное зерно последнее может расколоться или чаще всего выкро-
шиться из связки, обнажив новые острые зерна, которые и будут продол-
жать резание; 5) вследствие округления вершины зерна и нулевой тол-
щины среза в момент, предшествующий царапанию — срезанию (т. е. при
врезании), зерна подвергаются большому трению о поверхность резани^
образованную впереди идущими зернами-резцами; 6) процесс снятия
стружки происходит за короткий промежуток времени (0,0001 —0,00005 с).
Эти особенности делают процесс резания при шлифовании более
сложным, чем при других видах обработки, и создают трудности как при
теоретическом, так и экспериментальном его исследовании.
§ 2. ХАРАКТЕРИСТИКА АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА
Абразивные материалы. Применяющиеся в виде режущих зерен материалы
делят на две группы: естественные и искусственные. К естественным абра-
зивным материалам относятся алмаз, корунд и наждак. Основной соста-
вляющей частью корунда и наждака является окись алюминия (глинозеМЬ
они содержат также посторонние примеси, снижающие качество, а пото>9
в современном машиностроении почти не применяют. К искусственна
абразивным материалам относятся электрокорунд, карбид кремния,
бид бора, синтетический алмаз, эльбор. «
Электрокорунд (искусственный корунд) является кристальнее
окисью алюминия Л12О3, получаемой путем электроплавки бокситов,
торые состоят в основном из окиси алюминия и некоторых примесей, г
348
рдавке (температура плавления 2200 —2400°С) из бокситов выделяются
приМеси, а окись алюминия кристаллизуется. Электрокорунд обладает вы-
сокой твердостью (уступая карбиду кремния, карбиду бора, алмазу и эль-
бору)г значительной вязкостью, выдерживает высокую температуру (до
2050сС); при его дроблении образуются острые режущие кромки. Твер-
дость и вязкость корунда зависят от содержания окиси алюминия. Чем
болыне в корунде окиси алюминия, тем больше твердость и меньше вяз-
кость (выше хрупкость). В зависимости от содержания окиси алюминия,
рримесей и присадок, а также от технологии изготовления электрокорунд
делят на четыре вида.
1. Электрокорупд нормальный — содержит 91—96% кристаллической
окиси алюминия А12О3; выпускают его пяти марок — 12А; 13А; 14А; 15А;
16А; в марке 12А 95% А12О3.
2. Электрокорунд белый — изготовляют из чистого глинозема, в нем
содержится 97—99% А12О3. Он имеет более высокие, чем электрокорунд
нормальный, режущие свойства; выпускают четырех марок 22А; 23А; 24А;
25А, электрокорунд 24А более качественен, чем 22А, и его применяют для
абразивного инструмента класса А. Электрокорунды применяют при обра-
ботке металлов и сплавов с высоким пределом прочности на разрыв (ста-
ли, ковкого чугуна, мягких бронз).
3. Монокорунд — содержит 97—98% А!2О3 и до 0,9% окиси железа, по-
лучают его непосредственно в виде зерен; выпускают трех марок — 43А;
44А; 45А. Имеет более высокие режущие свойства, чем электрокорунд,
применяют его при шлифовании труднообрабатываемых легированных
статей и сплавов.
4. Легированный электрокорунд (хромистый 32А; ЗЗА; 34А цирко-
ниевый 38А и титанистый 37А). Легирование зерен электрокорунда окисла-
ми хрома повышает его ударную вязкость и абразивные свойства; легиро-
вание окислами титана повышает прочность зерна электрокорунда.
В результате этого шлифовальные круги из легированных электрокорундов
более производительны, чем из электрокорундов нормального и белого.
Карбид кремния (карборунд) является химическим соединением крем-
ния и углерода (SiC). Его получают из кварцевого песка при сплавлении
его с углеродом (коксовым порошком). При нагреве в электропечах до
1920°С кремнезем, содержащийся в кварцевом песке, вступает во взаимо-
действие с углеродом, образуя при этом карбид кремния. Карбид крем-
ния имеет высокую твердость (уступая карбиду бора, алмазу и эльбору), те-
плоустойчивость (до 2050°С) и режущие свойства. Последнее объясняется
тем, что при дроблении карбида кремния образуются острые режущие
кРомки. Карбид кремния выпускают двух видов: черный: 53С; 54С; 55С,
^зеленый: 63С; 64С; черный карбид кремния содержит 98% SiC, зеленый —
У8>5% SiC.
Черный карбид кремния менее качественен, чем зеленый. Зеленый кар-
кремния имеет несколько большую твердость (HV до 3600 кгс/мм2)
обеспечивает большую производительность (что объясняется его более
рьхми режущими кромками). При его изготовлении применяют чистый
и ^РВДвый песок (с содержанием кремния выше 99%), более чистый углерод
Зтрачивают значительно больше электроэнергии; зеленый карбид крем-
я Дороже черного. Карбид кремния хрупок, поэтому его применяют при
349
обработке материалов с малы?! пределом прочности па разрыв (чугун»
бронзовых и алюминиевых отливок, твердых сплавов и др.), причем зеленый
’карбид кремния используют в основном при затачивании инструмента, ос-
нащенного твердым сплавом. Карбид кремния применяют также и для без-
алмазной правки шлифовальных кругов после их затупления в процессе
шлифования.
Карбид бора В4С является химическим соединением бора с углеродом
Он обладает большой твердостью, приближающейся к самому твердому
материалу — алмазу, но хрупок. Карбид бора применяют для доводки
твердых сплавов при притирочных работах, требующих режущего инстру.
мента высокой твердости.
Абразивные материалы дробят в шаровых мельницах, после чего полу-
ченные зерна сортируют по размерам. Размер зерен указанных выше мате-
риалов колеблется от 3,5 до 2500 мкм. В зависимости от размера зерен
установлены следующие их номера (зернистость): 200, 160, 125, 100, 80, 63
50, 40, 32,25, 20, 16, 12, 10, 8, 6, 5, 4, 3, М63, М50, М40, М28, М20..М14, М1о’
М7 и М5. Наибольший размер зерна имеет номер 200, наименьший — М5.
Абразивные материалы номеров 200—16 называют шлифзерном, номеров
12 — 3 — шлнфпорошками, номеров М40 — М14 — микропорошками,
М10 — М5 — тонкими микропорошками. Для шлифзерна 200—16 и шлиф-
порошков 12 — 6 устанавливают метод испытания с помощью сита; для
микропорошков М40 — М5 — микроскопический анализ; для шлпфпорош-
ков 5—3 и микропорошков М63 и М50 — комбинированный анализ.
Зернистость алмазных (природных синтетических) порошков классифи-
цируют по ГОСТ 9206 — 70. В зависимости от размера зерен, метода пх по-
лучения и контроля алмазные порошки делят на шлифпорошкл ।
и микропорошки. Размер шлифпорошков колеблется от 6.30 до 40 мкм (по |
размерам ячеек верхнего и нижнего сита в микрометрах), а размер микро-
порошков — от 60 до 1 мкм и менее (контролируют с помощью микроско-
па). Зернистость алмазных порошков обозначается дробью, в которой чис-
литель соответствует наибольшему размеру зерен основной фракции,
а знаменатель — наименьшему. Для алмазных шлифпорошков предусмо-
трены два диапазона зернистости — широкий и узкий. В широком диапазо-
не — пять номеров зернистости (400/250, 250/160, 160/100, 100/63, 63/40);
в узком диапазоне — 12 номеров зернистости (630/500, 500/400, 400/315,
315/250; 250/200, 200/160, 160/125, 125/100, 100/80, 80/63, 63/50, 50/40).
Для алмазных мпкропорошков по ГОСТ 9206—70 предусмотрено И
зернистостей (60/40, 40/28, 28/20, 20/14, 14/10, 10/7, 7/5, 5/3, 3/2, 2/1, 1/°);
Зернистость эльборных зерен обозначают после буквы Л в виде дроби-
Л315/250 (Л25), JI250/200 (Л20), Л200/160 (Л16), Л160/125 (Л12), Л125/ДО
(ЛЮ), Л100/80 (Л8), Л8ОУ63 (Л6), Л63/50 (Л5), Л50/40 (Л4), Л40/28 (ЛМ^>
Л28/20 (ЛМ28). Л20/14 (JTM20), Л14/10 (ЛМ14), (Л10/7 (ЛМ10), Л7/5 (ЛМ0-
Л5/3 (ЛМ5) Л3/1 (ЛМ3), Л1/0 (ЛМ1).
Для соединения зерен в одно целое применяют связующие (иемеК\.
руютцне) вещества, так называемые связки. От связок зависит прочи0
удержания зерна в круге и прочность самого круга, при вращении коТ , .с
го возникают большие центробежные силы. Связки делят на органичсс
и неорганические. К органическим связкам относятся вулканитовая (»)>
келитовая (Б) и глифталевая (ГФ).
350
Вулканитовая связка (В, Bl, В2, ВЗ и др.) состоит из каучука (резины)
Л серы (30"„). Ее получают смещением размягченной бензином резины с се-
рой. Абразивный инструмент, изготовленный на вулканитовой связке,
обладает высокой прочностью, эластичностью и не боится влаги. Благода-
ря прочности и эластичности инструмент на такой связке может иметь ма-
дую толщину (0.5 мм) при большом диаметре (до 150 мм), что для от-
дельных работ важно. Шлифовальные круги на вулканитовой связке
допускают большие окружные скорости (до 75 м/с) и обладают высоким
полирующим действием. Недостатком этой связки является быстрое заса-
ливание абразивного инструмента, снижающее его производительность.
Бакелитовая связка (Б, Б1, Б2, БЗ и др.) состоит из бакелита — искус-
ственной смолы, приготовленной из карболовой кислоты и формалина.
Крути на этой связке прочны, эластичны, допускают большие окружные
скорости вращения, но разрушаются от действия щелочной охлаждающей
жидкости. Во избежание этого рекомендуется пропитывать круг парафи-
ном. К недостаткам бакелитовой связки относится и то, что она теряет
прочность при нагреве выше 180°С. Для уменьшения шероховатости обра-
ботанной поверхности абразивный инструмент на бакелитовой связке де-
лают иногда с графитовым наполнителем.
Глифталевую связку ГФ (синтетическая смола из глицерина и фталевого
ангидрида) применяют для изготовления абразивного инструмента, ко-
торый необходим для доводочных и полировальных работ.
К неорганическим связкам относятся керамическая (К), магнезиальная
(М) и силикатная (С).
Керамическая связка (КО, К1, КЗ, К5 и др.) получила наибольшее рас-
пространение. Ее приготовляют из огнеупорной глины, полевого шпата,
кварца, талька, мела и жидкого стекла. Основным материалом являются
первые три. Связка эта огнеупорная и химически стойка, а абразивные ин-
струменты, приготовленные на ней, обладают большой производитель-
ностью, хорошо сохраняют профиль рабочей кромки, не боятся влаги. Не-
достатком связки является хрупкость, что делает абразивные инструменты
чувствительными к ударной нагрузке. Большим достижением абразивной
промышленности является изготовление и внедрение специальных высоко-
прочных керамических связок, позволяющих осуществлять высокопроизво-
дительное (скоростное) шлифование (окружная скорость шлифовального
кРУга 50 м/с и выше).
Магнезиальная М (магнезит и хлористый магний) и силикатная (смесь
глины, кремневой пыли и жидкого стекла) связки делают абразивный ин-
СгРУмент мягким, малопрочным и малопроизводительным, а потому при-
меняют их редко.
Для изготовления алмазных и эльборных кругов используют бакели- .
т°вые, керамические, а также металлические связки (чаще бронзу).
Твердость абразивного инструмента. Под твердостью абразивного ин-
струмента подразумевается способность связки удерживать зерно в ин-
струменте при воздействии на него внешних сил. Чем легче выкрашивается
РНо из инструмента, тем мягче инструмент, и наоборот. Твердость —
а*иая характеристика абразивного инструмента, от которой во многом
Псят производительность и качество обработанной поверхности. Слиш-
-т твердый круг будет способствовать возникновению прижогов на обра-
351
ботанной поверхности или требовать частой правки, так как затупившиеся
зерна не выкрашиваются из твердой связки. Работа затупленными зернами
приводит к большой затрате мощности, к большему трению и тепловыде- ;
лению, что может вызвать не только прижоги обработанной поверхности, |
но и коробление детали. Слишком мягкий круг будет осыпаться, т. е. бы-
стро изменять свою форму и размеры, поэтому для каждого конкретного '
случая обработки требуется инструмент определенной твердости.
Твердость характеризуется и определяется стандартом, согласно кото-
рому установлена следующая шкала твердости абразивного инструмента: I
Ml — М3 — мягкий; СМ1 -и СМ2 — среднемягкий С1 и С2 — средний-
СТ1 — СТЗ — среднетвердый; Т1 и Т2 — твердый; ВТ1, ВТ2 — весьма
твердый; ЧТ1 — ЧТ2 — чрезвычайно твердый. Цифры 1,2 -и 3 характери-
зуют твердость абразивного инструмента в порядке ее возрастания. Опре-
деление и контроль твердости абразивных инструментов производят дву-
мя основными методами: пескоструйным (по глубине лунки на инструмен-
те, образованной под действием определенного объема кварцевого песка,
выбрасываемого под давлением 1,5 кгс/см2); вдавливанием стального
шарика.
Структура абразивного инструмента. Кроме материала зерна, зернисто-
сти, твердости и связки, абразивный инструмент определяет еще и структу-
ра. Структура характеризует строение абразивного инструмента в зависи-
мости от количественного соотношения между зернами, связкой и порами
в единице объема.
Абразивный инструмент имеет 13 основных номеров структур (0—12),
которые разделены на три группы: плотные (0—3), средние (4—6) и откры-
тые (7 — 12) (см. рис. 275). Номер структуры определяет промежутки (рас-
стояние) между зернами: чем больше номер, тем больше промежуток.
Правильный выбор структуры абразивного инструмента будет способство-
вать меньшему заполнению пор стружкой, а следовательно, и повышению
производительности. При повышении номера структуры уменьшаются
прижоги обработанной поверхности. В отдельных случаях применяют вы-
сокопористые круги (номер структуры от 13 до 1.8), в которых размер и ко-
личество пор увеличены [25].
Маркировка абразивного инструмента. Для конкретных условий обра-
ботки требуется абразивный инструмент с определенными физико-механи-
ческими данными. В связи с этим его маркируют с указанием марки заво-
да-изготовителя, вида абразивного материала, номера зернистости, индек-
са зернистости, степени твердости, номера структуры, вида связки, класса
инструмента, класса дисбаланса, формы и размеров инструмента (на-
ружный диаметр, высота, диаметр отверстия), допустимой окружной
скорости. Пример маркировки круга Косулинского абразивного завода.
КА314А 40 II С26К5 А 2-й кл-ПП 500 x 50 x 305 - 35 м/с.
§ 3. ФОРМА АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА
Шлифовальные круги. Основные формы шлифовальных кругов предста
влены на рис. 276. По ГОСТ 2424 — 75 предусмотрены профили шлиф0
вальных кругов диаметром 3 — 1060 мм с диаметром отверстий 1 — 305 М»
Плоские круги прямого профиля ПП применяют для круглого нарУ*
352
ного, внутреннего и бесцентрового шлифования, для плоского шлифования
периферией крута и для заточки инструмента. В последнем случае в каче-
стве рабочей поверхности используют как торцовые, так и цилиндрическую
поверхности. Плоские круги с двусторонним коническим профилем 2П
применяют для шлифования зубьев шестерен и шлифования резьбы. Пло-
ские круги с выточкой ПВ и с двусторонней выточкой ПВД характерны
тем, что в выточках помещаются зажимные фланцы, которые позволяют
более свободно подвести круг к обрабатываемой заготовке и совместить
круглое шлифование с подрезкой торца. Круги формы ПВД применяют
также при бесцентровом шлифовании, (для ведущих кругов). Цилиндриче-
ские круги чашки ЧП применяют для заточки Инструментов и для плоско-
го шлифования торцом, имея надежное (фланцевое) крепление к шпинделю
станка; Чашечные конические круги ЧК применяют для заточки режущего
инструмента и для плоского шлифования. Работа ведется торцом круга,
который вследствие малой поверхности, легко поддается правке. Кониче-
ская форма чашки облегчает подвод затачиваемого инструмента к рабочей
поверхности круга. Тарельчатые круги Т имеют две конические поверхно-
сти (под углом а = 25° и 0 = 5°), что облегчает правку круга по конической
поверхности, которая при заточке винтовых поверхностей режущего ин-
струмента является рабочей поверхностью.
Абразивные инструменты (в том числе и шлифовальные круги) по стан-
дарту изготовляются по классам А и Б. Круги класса А более качественны
(выше геометрическая точность, меньше неуравновешенность, более равно-
мерная твердость).
Алмазные и эльборные круги. Алмазные круги имеют алмазоносное коль-
цо толщиной 1 — 5 мм, закрепленное на корпусе из дуралюмина, специальной
пластмассы или стали (рис. 277). Концентрация алмазных зерен в единице
объема алмазоносного слоя 50, 75, 100 и 150% (за 100%-ную концентрацию
Условно принято содержание 0,878 мг алмазного порошка в 1 мм3 алмазо-
носного слоя). Слой состоит из алмазных зерен, связки и наполнителя
(твердых минералов). Плоские алмазные круги прямого профиля малых
Размеров (диаметром до 13 мм) делают цельными, без металлического
корпуса.
По ГОСТ 9206—70 шлифпорошки из синтетических алмазов, исполь-
зуемые для кругов и другого вида алмазного инструмента, выпускаются
®яти марок: АСО, АСР, АСВ, АСК и АСС. По мере перехода от марки
^СО к марке АСС прочность шлифпорошков на сжатие повышается; на-
®Ример для зернистости 160/125 прочность зерен алмазов указанных по
12 Г. А. Алексеев и др. 353
ОСНОВНЫЕ ВИДЫ АЛМАЗНЫХ КРУГОВ:
а — отрезной с внутренней кромкой; б — отрезной с наружной кромкой; в — плоской
формы ПП; г — конической формы
Рис. 277.
порядку марок выражается как 1:2; 14:2; 96 :5; 35:10. Шлифпорошки из
природных алмазов выпускают одной марки А. Алмазные микропорошки
из синтетических алмазов выпускают двух марок: АСМ и АСИ, а из при-
родных алмазов — марок AM и АН. Микропорошки марок АСН и АН
имеют более высокую абразивную способность, чем микропорошки АСМ
и AM. Алмазные зерна имеют более острые углы между гранями, что спо-
собствует получению более качественной обработанной поверхности по
сравнению с другими абразивными материалами (Э, ЭБ, ЭТ, КЧ, КЗ,
ВЦС).
Наряду с кругами плоского прямого профиля алмазные круги делают
чашечными, тарельчатыми, специальными (профильными); в соответствии
С ГОСТ 16167—70ч-16181— 70 выпускают различные формы алмазных
кругов.
Алмазные круги применяют для заточки и доводки инструмента, осна-
щенного твердым сплавом (что по сравнению с обычной заточкой и до-
водкой способствует повышению стойкости инструмента в 2 раза), а такж<
для шлифования различных заготовок из твердых сплавов, из труднообра
батываемых и неметаллических материалов.
Эльборные круги с режущим зерном из эльбора (Л) делают подобие
алмазным кругам в виде эльборного слоя, закрепленного на металличе
ском корпусе. Концентрация эльборных зерен в слое 100, 125 и 150%. П'
сравнению со стандартным абразивным и алмазным инструментом №
струмент из эльбора имеет более высокие режущие свойства и стойкост
почти не имеет засаливания в процессе шлифования и работает с меныпи
тепловыделением. Все это делает эльбор одним из самых перспективнь
абразивных материалов. Наибольший эффект эльборовые круги обеспеч!
354
ГШЦ ГШ ГКЗ ГС8 ГШ° ГУ ГЦ
Рис. 278. ШЛИФОВАЛЬНЫЕ ГОЛОВКИ
Рис. 279. НЕКОТОРЫЕ ФОР- ЙуЛ
МЫ СЕЧЕНИЙ ШЛИ-
ФОВАЛЬНЫХ СЕГ-
МЕНТОВ СП
1С 2С ЗС ЬС SC
на ют при шлифовании деталей из закаленных до высокой твердости (HRC
60 и более) сталей и сплавов, при чистовой заточке режущего инструмента
из быстрорежущих сталей, при чистовом шлифовании точных деталей из
жаропрочных и коррозионно-стойких сталей, при чистовом шлифовании
профиля резьбы.
Шлифовальные головки. По стандарту шлифовальные головки выпу-
скают семи форм (рис. 278). Их применяют для внутреннего шлифования
и для зачистки заготовок, когда не могут быть применены шлифовальные
круги. Головки не имеют сквозных посадочных отверстий, и их приклеи-
вают к специальным цилиндрическим державкам — стержням; диаметр го-
ловки 3 —40 мм.
Шлифовальные сегменты. ГОСТ 2464 — 75 предусмотрены сегменты раз-
личных форм; некоторые из них приведены на рис. 279; длина сегмента
60— 300 мм. Сегменты применяют для плоского шлифования; шлифо-
вальный круг в этом случае состоит пз нескольких сегментов, закре-
пленных тем или иным способом в головке (рис. 280) или в патроне. К до-
стоинствам сегментных кругов относится то, что при повреждении
Какого-либо сегмента не надо выбрасывать весь круг, так как повре-
жденный сегмент легко заменяется новым. Пространство между сегмента-
ми облегчает подвод смазочно-охлаждающих жидкостей к месту резания,
отвод стружки и отработавших частиц круга. Меньшая площадь соприкос-
новения круга с заготовкой способствует и уменьшению нагрева шлифуе-
мой заготовки.
Шлифовальные бруски. По ГОСТ 2456—75 предусмотрены шесть форм
сечений брусков (рис. 281). Шлифовальные бруски применяют для
Ручных слесарных работ, а также для хонингования и суперфиниширова-
ния (отделочных операций); в последних случаях бруски квадратные, пря-
моугольные и специальные плоские хониш овальные, которые закрепляют
в специальных головках.
Шлифовальные шкурки. Шкурки состоят из основы (бумаги, хлопчато-
бумажной ткани), на которую наклеены абразивные зерна, их применяют
Для ручной и машинной зачистки и отделки различных деталей. Для шку-
12* 355
A-A
Рис. 2S0. КРЕПЛЕНИЕ СЕГМЕНТОВ В СЕГМЕНТНОЙ ГОЛОВКЕ
Рис. 281. ФОРМЫ СЕЧЕНИЙ ШЛИФОВАЛЬНЫХ ЪРУСКОВ
рок, работающих без водяного охлаждения, применяют мездровый клей
для работы
с водяным
охлаждением шкурку
на специальных лаках
и
смолах. Шкурки делают в
(водостойкую)
виде
изготовляют
листов
и лент.
Кроме рассмотренных основных форм абразивного инструмента, абра
зпвные зерна используют для шлифовальных дисков на
фибровой
основе,
для отрезных кругов, для бесконечных лепт (на тканевой основе),
для абра-
зивных пасг (когда зерна связываются маслами, воском, живо тными жира
ми, стеарином и др.). Пасты применяют для доводки (притирки) режушегс
инструмента и отдельных деталей машин.
Основные схемы работы абразивных инструментов принято подразде
лять на наружное круглое шлифование в центрах (рис. 282, а), причем он>
может быть осуществлено и лентой (рис. 282,6); наружное бесцентровое
шлифование кругами (рис. 282,в) и лентами (рис. 282,г); внутреннее круто!
шлифование абразивным крутом (рис, 282, <)) вращающимся с большой ча
стотой (с большим числом оборотов). При плоском шлифовании нерифе
рией абразивного крута (рис. 282, е) или при шлифовании торцом круп
(рнс. 282, ж) можно получать точные плоские поверхности. Особо высокук
точность можно получить при шлифовании периферией крута. В последнее
время широкое распространение получило разрезание тонким прочны!*
(армированным) отрезным круюм (рис. 282,з). На рис. 282,и показана одШ
из распространенных схем ленточного шлифования листовой стали, кото
рая находится на гибком столе 1, поддерживаемом роликом 2. Бесконеч
пая абразивная, лента натягивается специальными роликами. Контактны!
356
Лента
Рис. 282. СХЕМЫ ШЛИФОВАНИЯ КРУГАМИ И ЛЕНТАМИ
ролик 3 обеспечивает хорошую сцепляемость и ровную обрабатываемую
поверхность.
§ 4. ЗАКРЕПЛЕНИЕ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА
(СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ)
Для успешной и безопасной работы шлифовальный крут должен быть про-
чно закреплен на шпинделе, хорошо отбалансирован, испытан на про-
чность (перед установкой на станок) и надежно огражден защитным кожу-
хом. Крут должен свободно надеваться на посадочную поверхность
(диаметр отверстия круга должен быть на 0,1 —1,5 мм больше диаметра
посадочной поверхности). Между зажимными поверхностями и кругом
Должны быть поставлены прокладки (резина, картон, кожа) толщиной
0,5 — 3 мм (в зависимости от диаметра круга).
По ГОСТ 2270 — 69 предусмотрено несколько основных методов кре-
пления абразивного инструмента. Шлифовальные головки приклеивают
357
Рис. 283. ТИПЫ КРЕПЛЕНИЯ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ
к шпильке (рис. 283, а). Круги малых диаметров (DK до 70 мм) крепят вин-
том (рис. 283,6). Для DK до 100 мм применяют крепление на шпинделе
(оправке) винтом (рис. 283,в); для кругов диаметром Ьк до 500 мм — крепле-
ние на шпинделе фланцами (рис. 283, г). Крепление на переходных фланцах
(рис. 283,6) предусматривается для до 1100 мм и в том случае, когда
диаметр отверстия круга больше диаметра шпинделя. Крепление сегмен-
тов в сегментной головке показано на рис. 280. Крепление на переходны.х
фланцах наклеиванием показано на рис. 283, е.
Уравновешивание (балансировку) кругов производят как после их изго-
товления (заводом-изготовителем), так и при установке кругов на станок,
особенно при креплении кругов DK 125 мм на переходных фланцах. Это
необходимо делать потому, что при неуравновешенности круга могут воз-
никнуть вибрации, приводящие к ухудшению качества обработанной по-
верхности и к усилению износа подшипников шпинделя; возрастает
и опасность разрыва круга.
Статическая неуравновешенность круга вызывается несовпадением его
центра тяжести с осью вращения. Неуравновешенность на заводах-изго-
товителях проверяют на специальных балансировочных станках и устра-
няют заливкой свинца в гнезда, специально вырубленные для этого в кру-
ге. На заводе-потребителе круги уравновешивают как на балансировочных
приспособлениях, так и непосредственно на шлифовальном станке переме-
щением сухариков в специальных балансирных фланцах. Хорошо уравно-
358
Рис. 284. СХЕМЫ РАСПОЛОЖЕНИЯ ЗАЩИТНОГО КОЖУХА
вешенный круг должен иметь устойчивое равновесие при повороте и оста-
новке его в любом положении по окружности. Круги, работающие со
скоростями v > 50 м/с, должны уравновешиваться после каждой их
правки.
Круги испытывают на прочность на специальных станках путем враще-
ния круга со скоростью, в 1,5 раза превышающей рабочую скорость, в те-
чение определенного времени (7—10 мин).
Круг во время работы должен быть огражден .защитным кожухом, сде-
ланным из стали или ковкого чугуна. Кожух должен иметь достаточную
прочность, надежное закрепление на станке и предохранять рабочего от
разбрызгиваемой жидкости. Расположение защитного кожуха и наиболь-
шие углы раскрытия должны соответствовать стандарту (рис. 284). При ра-
боте на обдирочных и заточных станках максимальный угол раскрытия
90° (рис. 284, а); если при работе на тех же станках деталь расположена
ниже оси круга —угол раскрытия 125 и 65° (рис. 284,6); при работе на
круглошлифовальных бесцентрово-шлифовальных станках — 180 и 65°
(рис. 284, в); при работе на плоскошлифовальных станках периферией кру-
га — 150 и на 15° .ниже горизонтальной осп (рис. 284,г); для переносных
станков с гибким валом й для обдирочных станков с качающейся рамой
180 и 0° (рис. 284,6); максимальный угол раскрытия 60е применяют для
кругов, работающих наиболее высокой своей точкой (рис. 284, е).
По стандарту зазор между новым кругом и внутренней цилиндрической
поверхностью кожуха 3—25 мм (в зависимости от диаметра круга); зазор
между крутом и боковой стенкой кожуха 10—15 мм. Край подручника,
применяемого для поддержки деталей, подаваемых к кругу вручную, дол-
жен отстоять от рабочей поверхности круга не менее чем на половину тол-
щины шлифуемой детали; но этот зазор должен быть не более 3 мм.
359
§ 5. ИЗНОС И ПРАВКА АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА
В процессе шлифования зерна абразивного инструмента (например, круга)
изнашиваются, и он теряет режущую способность. На уменьшение режу-
щей способности круга наряду с износом зерна влияет и заполнение про-
странства между зернами отходами шлифования (спекшаяся металличе-
ская пыль, продукты износа зерен и связки). Изношенный и засаленный
круг перестает резать, и для восстановления его режущих способностей не-
обходима правка (заточка). Наряду с удалением затупленных зерен и отхо-
дов шлифования при правке восстанавливается и правильная геометриче-
ская форма круга, потерянная им в результате неравномерного износа. Так
как шлифование является в основном чистовой (отделочной) операцией, то
за критерий износа круга принимают технологический критерий (дробле-
ная обработанная поверхность, прижоги обработанной поверхности, ри-
ски). За период стойкости часто принимают не время работы круга от
правки до правки, а число обработанных деталей или поверхностей.
При определенных условиях может происходить самозатачивание шли-
фовальных кругов во время работы. У самозатачивающихся кругов зату-
пившиеся абразивные зерна вырываются из связки (или разрушаются) под
действием возросшей в результате затупления нагрузки. При выпадении
затупленных зерен в круге обнажаются новые, острые зерна, которые
и продолжают процесс резания. Если при работе круга без самозатачива-
ния силы резания и температура резания растут по мере увеличения време-
ни работы (износа), то при самозатачивающемся режиме силы резания
и температуре колеблются в незначительных пределах в течение всего
времени работы. Правку самозатачивающихся кругов делают лишь для
придания кругу правильной формы, искаженной вследствие неравномерно-
го износа.
Несмотря на определенные достоинства самозатачивания, оно, однако,
может получиться лишь при специальном подборе характеристик круга
и элементов режима обработки. Чаще это возможно при обработке
твердых металлов специальными мягкими кругами при высоких элементах
режима резания, характерных для обдирочных работ. В практике чаще
встречаются условия, когда шлифовальный круг по мере его затупления
необходимо править принудительно. Исследованиями ВНИИАШа устано-
влено, что для восстановления режущей способности круга достаточно
удалить с затупившейся поверхности слой толщиной 0,08 мм.
Режим и способ правки влияют на качество обработанной поверхности,
получаемой после шлифования заправленным кругом, так как чем меньше
неровности на поверхности шлифовального круга, тем чище обработанная
поверхность детали. Существуют два метода правки абразивного инстру-
мента: алмазная и безалмазная правка. При алмазной правке в качестве
правящего инструмента применяют алмаз в виде одного зерна (0,25 —
2 кар), закрепляемого в стальной оправке (механически, зачеканкой или пай-
кой), или в виде алмазно-металлических карандашей, когда несколько мел-
ких зерен алмаза (0,003 — 0,3 кар) заделывают в специальный вольфрамо-
медноалюминиевый сплав (в форме цилиндриков). Алмазно-металлические,
карандаши (рис. 285) изготовляют небольших размеров (4 —10 мм) и закре-
пляют в специальных оправках. На станке алмазный правящий инструмент
360
рис. 285. НЕКОТОРЫЕ ВИДЫ АЛ-
МАЗНОЙ ПРАВКИ:
а — алмазно-металлическим
карандашом; б — кристаллом
алмаза
нужно устанавливать с наклоном в сторону вращения шлифовального кру-
га на 10 — 15° и так, чтобы рабочая кромка алмаза находилась на уровне
оси круга или ниже ее на 1—2 мм.
Режимы правки алмазным карандашом: скорость вращения круга —
максимально допустимая; продольная подача 0,05—0,4 м/мин; поперечная
подача 0,005—0,03 мм/ход; число проходов черновых 2 — 3, чистовых 1 —2.
Чем меньше величина продольной и поперечной подач, тем меньше шеро-
ховатость рабочей поверхности шлифовального круга. Кроме алмазных
карандашей для правки абразивного инструмента применяют и алмазные
круги из синтетических алмазов АСС.
При безалмазной правке в качестве инструмента применяют моно-
литные твердосплавные (ВКЗМ, ВК6М) диски (рис. 286,«б); диски из зерен
твердого сплава, сцементированных латунью (рис. 286, в); металлические
диски и звездочки (сталь ШХ15, 20Х; рис. 286, ?,<)); абразивные диски (из
черного карбида кремния на керамической связке, диаметр 60—150 мм,
высота 20 — 32 мм). Безалмазная правка хот я и менее эффективна по срав-
нению с алмазной, но пе требует применения дорогих алмазов, обеспечи-
вая после правки получение высокого качества шлифованной поверхности.
Рис. 286. ТИПЫ ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ БЕЗАЛМАЗНОЙ ПРАВКИ:
п - диск из твердого сплава цельный; б — диск сборный; к - круг с зернами
iBep.ioio сплава; г — металлический диск; й — мет ал л ическая звездочка
361
Рис. 288. ПРАВЯЩИЕ ИНСТРУМЕНТЫ С ВРАЩАТЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ:
а — безалмазный диск (релшовый на оправке); б—алмазный ролик (круг) с при-
нудительным вращением
Безалмазную правку применяют в настоящее время ограниченно; в основ-
ном правят алмазами.
Правку осуществляют двумя методами: обкатыванием (рис. 287, а), ког-
да правящий инструмент вращается от шлифовального круга вследствие
сил зрения; шлифованием (рис. 287,6), когда правящий инструмент полу-
чает принудительное вращение (от специального привода или от привода
передней бабки шлифовального станка). При этом методе в последнее вре-
мя применяют так называемые .алмазные ролики, которые по существу
являются алмазными кругами на металлической связке с довольно
крупными зернами алмаза.
362
По методу обкатывания, когда удаление затупленных зерен из круга
происходит вследствие внедрения (вдавливания) в круг правящею инстру-
мента, могут работать все виды безалмазного правящего инструмента. По
методу шлифования работают в основном абразивные диски и алмазные
ролики.
Безалмазный правящий инструмент закрепляют в специальных оправ-
ках (металлические диски и звездочки крепят по несколько штук) (рис. 288).
Оси вращения шлифовального круга и правящего инструмента чаще всего
располагают параллельно, но они могут находиться и под углом 10—15°.
В массовом производстве начинает получать распространение правка ал-
мазными роликами (рис. 288,6).
Алмазные круги правят только при потере ими точности формы. При
правке алмазных кругов на металлической связке применяют абразивные
бруски из зеленого карбида кремния на керамической связке, зернистостью
16 и 12, твердостью СМ1 — СМ2; алмазные круги на бакелитовой связке
правят куском пемзы; правку проводят при рабочей скорости круга,
с охлаждением.
§ 6. ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОЕ (СКОРОСТНОЕ)
ШЛИФОВАНИЕ
Машинное время [1] Тм —
Lh
n3sRBt
к, где L— длина рабочего хода в напра-
влении продольной подачн, мм; h — припуск на сторону, мм; п3 — частота
вращения заготовки, об/мин; хд — долевая подача (в долях ширины круга
за 1 оборот заготовки); В — ширина круга, мм; t — глубина резания (попе-
речная подача), мм/ход; к — коэффициент точности (коэффициент выхажи-
вания).
Машинное время может быть понижено, а производительность повы-
шена при увеличении параметров и3, Хд, В и t. Чрезмерное увеличение ши-
рины круга В приводит к необходимости применять тяжелые и более до-
рогие шлифовальные круги; увеличение п3 и t вызывает возрастание
глубины резания, приходящееся па одно зерно, а следовательно, и увеличе-
ние износа шлифовального круга, снижение его стойкости и ухудшение ка-
чества обработанной поверхности, на ухудшение качества обработанной
поверхности влияет и увеличение хд. С увеличением скорости гк вращения
шлифовального круга уменьшается глубина резания, приходящаяся на
одно зерно, а следовательно, уменьшается износ круга, повышается его
стойкость и улучшается качество (микрогеометрпя) обработанной поверх-
ности. Но увеличение скорости вращения шлифовального круга (скорости
резания) на обычной керамической связке более 30 — 35 м/с вызывает раз-
рыв круга вследствие его малой прочности. Необходимо выбрать такую
связку, которая обеспечивает повышение скорости вращения крута без опа-
сения его разрыва.
Абразивная промышленность выпускает высокопрочные пористые шли-
фовальные круги на специальной керамической связке, допускающие ско-
рость вращения круга 50 м/с и более. Разрыв таких кругов происходит при
окружных скоростях 87—95 м/с. Высокопроизводительные круги широко
внедрены в металлообрабатывающую промышленность, и на скоростное
363
шлифование переведены не только отдельные станки, но и целые участки.
Абразивным материалом режущих зерен кругов дня скоростного шлифо-
вания являются электрокорунд и монокорунд. Круги для скоростного
шлифования изготовляют только плоскими прямого профиля. Крути фа-
сонного профиля и с выточками не делают, так как выточки на торцовой
поверхности круга снижают его прочность.
Увеличение скорости вращения круга до 50 м/с позволило повысить
скорость вращения заготовки (до 50 м/мин), а также продольную и попе-
речную подачи. Примерными элементами режима резания при скоростном
шлифовании заготовок типов валиков являются цк = 50 м/с; г3 = 50 м/мин;
5Д = 0,25 4-0,33; t = 0,01 4-0,025 мм на один продольный ход. Таким обра-
зом, vK/v-3 = 60.
При скоростном шлифовании вследствие уменьшения шероховатости
обработанной поверхности весь припуск можно снимать с указанными ре-
жимами, не разделяя его на черновое и чистовое шлифование. Значение
t =0,014-0,025 мм назначают лишь при черновом шлифовании; при чисто-
вом шлифовании величина t поперечной подачи (глубины резания) значи-
тельно меньше. При скоростном шлифовании высокое качество обрабо-
танной поверхности получается и при г = 0,014-0,025 мм на один
продольный ход.
Скоростное шлифование повышает производительность в 1,5 — 2 раза
при одновременном снижении расхода шлифовального круга на каждую
деталь примерно па 40% и повышении качества обработанной поверхно-
сти. Такие преимущества скоростного шлифования открывают для его
применения большие перспективы, и на скоростное шлифование переводят
не только круглошлифовальные станки для наружного шлифования, но
и станки для внутреннего, плоского, бесцентрового шлифования, зубошлп-
фования и шлицешлифования.
При скоростном шлифовании: 1) станок должен быть достаточно
мощным и высокоскоростным, обеспечивающим получение высокой ско-
рости вращения крута (50 м/с) и заготовки (50 м/мин); 2) станок должен
быть достаточно жестким, способным выдерживать увеличенные силы ре-
зания (особенно возрастает сила Ру); 3) все детали станка, вращающиеся
с большой скоростью, должны быть тщательно уравновешены; 4) станок
должен обеспечивать возможность работы с увеличенной продольной ми-
нутной подачей; 5) охлаждающая система станка должна обеспечивать
бесперебойный и достаточный подвод смазочно-охлаждающей жидкости
к месту резания; 6) станок должен быть установлен на жестком фундамен-
те; 7) для уменьшения вспомогательного времени рабочий цикл станка
должен быть автоматизирован (ускоренные перемещения — рабочая пода-
ча — зачистные проходы — отвод шлифовального круга — остановка
шпинделя).
Защитные кожухи при скоростном шлифовании должны быть более
прочными из стали или ковкого чугуна с толщиной стенок в 2 раза больше
толщины стенок кожуха, принятых при работе круга с гк = 35 м/с. За-
щитный кожух должен быть передвижным, для того чтобы между ободом
кожуха и периферией круга по мере износа круга зазор можно было Ре1У'
пировать. Этот зазор должен быть не более 1—2 мм. Вследствие большой
частоты вращения круга происходит сильное разбрызгивание смазочно-ох-
364
лаждающеи жидкости, а потому жидкость следует подводить как можно
ближе к зоне резания и ставить соответствующие щитки, защищающие ра-
бочего от разбрызгивающейся жидкости. Правку шлифовальных кругов
для скоростного шлифования производят обычными методами. Для
уменьшения загрязнения воздуха станок рекомендуется оснастить пылеу-
лавливающими и пылеотсасывающими вентиляционными устройствами.
§ 7. ВЫБОР ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ
Для качественного и произвольного шлифования шлифовальный круг дол-
жен быть выбран в зависимости от конкретных условий обработки. Абра-
зивный материал зерен круга назначают в зависимости от материала заго-
товки. Так, электрокорунды применяют при шлифовании сталей (незака-
ленных и закаленных), ковкого чугуна и мягких бронз. Черный карбид
кремния применяют при заточке инструмента, оснащенною твердым спла-
вом. Зернистость круга выбирают в зависимости от требуемого качества
обработанной поверхности и величины поверхности соприкосновения кру-
га с заготовкой. При черновом шлифовании применяют круги с более
крупным зерном, чем при чистовом. При шлифовании вязких и мягких ме-
таллов во избежание быстрого засаливатшя круга используют крупнозер-
нистые круги, при шлифовании хрупких и твердых металлов — мелкозер-
нистые. Чем больше поверхность соприкосновения круга с заготовкой, тем
более крупнозернистым должен быть круг.
На твердость шлифовального круга влияют условия, обеспечивающие
самозатачивание круга в процессе шлифования, поэтому чем тверже мате-
риал заготовки, тем мягче должен быть круг, и наоборот, так как при
твердом материале зерно круга будет изнашиваться интенсивнее, быстрее
выпадет из круга и уступит место новому, острому зерну. Более твердыми
кругами во избежание осыпания должны быть крупнозернистые круги, так
как при прочих одинаковых условиях на зерно крупнозернистого круга
приходится большая нагрузка, чем на зерно мелкозернистого круга. Чем
больше площадь соприкосновения круга с заготовкой, тем меньшая глуби-
на резания приходится на одно зерно, больше условии для засаливания
круга и перегрева обработанной поверхности, а потому мягче должен быть
шлифовальный круг. Таким образом, при одинаковых t и DK круг должен
быть мягче при плоском шлифовании, чем при наружном круглом шлифо-
вании. Из связок наибольшее распространение находит керамическая, обес-
печивающая высокую производительность и позволяющая вести шлифова-
ние с применением смазочно-охлаждающей жидкости. По структуре круг
выбирают исходя из условий обработки. Круги с плотной структурой, хо-
рошо сохраняющие форму, применяют для чистовых и фасонных работ;
круги со среднеплотной структурой — для обработки заготовок из зака-
ленных сталей: для заточки режущего инструмента, для всех видов кругло-
го шлифования и для плоского шлифования периферией круга; крути с от-
крытой структурой применяют при обработке заготовок из вязких
и мягких металлов и при плоском шлифовании торцом круга. Режимы
Шлифования выбирают по соответствующим рекомендациям.
ГЛАВА
13
НАПИЛЬНИКИ
§ 1. ТИПЫ НАПИЛЬНИКОВ
Напильник — один из самых распространенных режущих инструментов,
предназначен для обработки металлов, в основном вручную. Основные
профили и размеры напильников определяют стандартами. Напильники
делят на обыкновенные, специальные, рашпили и надфили.
К обыкновенным (слесарным) напильникам относятся плоские тупо-
носые (рис. 289, а), плоские остроносые (рис. 289,6), квадратные (рис. 289,г),
трехгранные (рис. 289,в), полукруглые (рис. 289,е) и круглые (рис. 289,6).
Сортамент на эти напильники дан в стандартах.
К специальным слесарным напильникам относятся: ножовочные (рис.
290, о), ромбические (рис. 290,6), плоские с овальными ребрами (рис. 290, в),
овальные (рис. 290, г) и напильники-брусовки (рис. 290,6). Сорта-
мент на эти перечисленные типы напильников дан в стандартах. К спе-
циальным напильникам относятся также напильники для заточки ручных
поперечных пил по дереву, которые делают ромбическими, трехгранными,
квадратными и круглыми. Размер и технические условия на них приведены
в соответствующих стандартах. Есть специальные напильники, выпол-
ненные в виде круглых дисков, на которых сделана насечка для образова-
ния зубьев; в виде цельных лент; в виде лент, на которых закреплены сег-
ментные напильники; в виде концевых мелкозубых фрез, иначе назы-
ваемых борнапильниками (борфрезами). Их применяют для работы на
специальных станках или на механизированном инструменте (электриче-
ском, пневматическом).
Рашпили (рис. 291) — одни из видов напильников, имеют крупную (раш-
пильную) насечку, их подразделяют по форме на плоские тупоносые (см.
рис. 289,и), плоские остроносые (см. рис. 289,6), полукруглые (см. рис.
289, с), круглые, сапожные и конские. Рашпили применяют для обработки
дерева, кожи (с мелким зубом) и опиловки конских копыт (с крупным
зубом).
Надфили — мелкие напильники, применяющиеся для отделочных работ
в местах, трудно поддающихся обработке обычным напильником. Типы
надфилей приведены на рис. 292. Сортамент и технические условия на над-
фили определены стандартами.
Зубья напильника расположены на его рабочей части L (см. рис. 289),
хвостовик служит для укрепления его в рукоятке, обеспечивающей удоо-
ство держания напильника в руке, так как напильник в основном ручной
366
Рис. 289. СТАНДАРТНЫЕ ОБЫКНОВЕННЫЕ НАПИЛЬНИКИ
Рис. 290. СПЕЦИАЛЬНЫЕ СЛЕСАРНЫЕ НАПИЛЬНИКИ
A-А
Рис. 292. НЕКОТОРЫЕ ТИПЫ НАДФИЛЕЙ:
а - плоские тупоносые: б — плоские остроносые; в — квадратные; г — ipexi ранные;
<) —полукруглые: е — круглые; ж — овальные; з — ромбические; и — ножовочные;
к — баррет (равнобедренный треугольник)
слесарный инструмент. При станочных работах применяют шлифовальные
круги, которые дают более чистую поверхность и более производительны.
Напильник имеет канавки (насечки), образующие его режущие зубья.
Насечки бывают простые или одинарные (рис. 293, н); перекрестные или
двойные (рис. 293,(5) и рашпильные (см. рис. 291). При простой (одинарной)
насечке зуб напильника режет по всей своей длине, снимая широкую
счружку. Это приводит к возникновению больших усилий, что делает ра-
боту таким напильником тяжелой, поэтому напильники с такой насечкой
пригодны для обработки мягких (цветных) металлов. Угол р (см. рис. 293)
между насечкой и осью обыкновенного напильника делают 70°. При оди-
нарной насечке напильников для заточки ручных поперечных пил по.дере-
ву лот угол делают 55° для напильников ромбических, трехгранных и ква-
драшых и 70° — для круглых.
368
Гис. 293. ВИДЫ НАСЕЧЕК НАПИЛЬНИКА
Для раздробления стружки и облегчения работы применяют перекрест-
ную (двойную) насечку. В результате такой насечки зуб получается в виде
пирамидки, ребра которой и будут представлять собой режущие кромки
такого зуба-резца. Чем больше углы |) и а, тем больше будет зуб по пло-
щади, но тем меньшее число зубьев будет приходиться на единицу поверх-
ности напильника.
При равных шагах насечки зубья будут расположены по прямой 1—1,
параллельной оси напильника. При движении напильника в направлении
его оси на детали будут оставаться канавки. Во избежание этого у сле-
сарных напильников одну насечку (нижнюю) делают под углом а = 55°,
а другую (верхнюю) — под углом Р = 70° и шаг насечек делают неодина-
ковым (у нижней насечки больше, чем у верхней). При такой насечке зубья
располагают на прямой, составляющей некоторый угол с осью, и при дви-
жении будут перекрывать друг друга, обеспечивая получение более чистой
поверхности.
У напильников для заточки ручных поперечных пил по дереву нижнюю
насечку делают под утлом 60 , а верхнюю — под углом 55°. У надфилей
углы насечек такие же, как и у обыкновенных напильников (55° и 70°).
К двойным насечкам относится и елочная насечка, которую делают
У круглых, полукрутлых и овальных напильников. Углы насечек те же (55°
и 70°). Число рядов насечек колеблется от 4 до 23. Рашпильную насечку
получают с помощью специального зубила. Ее применяют в напильниках
для обработки мягких металлов, дерева, кости и т. п. Режущая кромка зу-
ба рашпиля должна быть расположена перпендикулярно к оси рашпиля.
Основание зуба не имеет обычного закругления, что приводит к прочному
заполнению впадины опилками.
По числу насечек, приходящихся на 1 см длины, напильники делят на
шесть классов и соответственно их этому называют драчсвыми (1-й класс),
личными (2-й класс) и бархатными (3—6-й классы). Чем больше число на-
сечек, тем мельче зуб напильника, тем больше номер класса, к которому
он принадлежит. Плоские напильники с овальными ребрами выпускают
369
двух классов (драчевые и личные). Наиболее грубыми напильниками, при-
меняемыми для обдирки, являются напильники-брусовки, имеющие всего
один класс (драчевые). По стандарту их делают трех длин, для которых
предусматривается соответствующее число насечек на 1 см длины;
Длина напильника,
мм.............. 400 450 500
Число насечек... 5 4,5 4
Драчевые напильники применяют для грубой опиловки, личные — для
чистовой обработки поверхностей, но их не рекомендуется применять для
опиловки цветных металлов, так как они быстро засаливаются стружкой.
Бархатные напильники, имеющие самую мелкую насечку, применяют для
отделки (полирования).
Надфили имеют шесть номеров насечек в зависимости от их числа на
1 см длины. Первый номер имеет 22 насечки, второй — 30, третий — 40, че-
твертый — 50, пятый — 60, шестой — 80 для всех диаметров надфилей.
Напильники для заточки ручных поперечных пил по дереву на классы
не делят, они имеют 20 — 21 насечку на 1 см длины. Указанное число насе-
чек относится к нижней насечке. У напильников (слесарных) число верхних
насечек на 1 см длины больше числа нижних на 1 — 2 для 1 и 2-го классов
и на 3 — 5 — для 3 —6-го классов. У надфилей число верхних насечек на 3 — 5
больше числа нижних. У напильников для заточки ручных поперечных пил
по дереву число верхних насечек равно 22.
Число насечек на 1 см длины и ширины рашпиля стандартизовано.
В зависимости от числа насечек рашпили делят на два класса. Для 1-го
класса число насечек на 1 см длины делают от 3,6 до 2,0 (в зависимости от
рабочей длины рашпиля), а на 1 см ширины — от 2,8 до 1,2. Дчя 2-го клас-
са соответственно 6,8 —4,4 и 4,8—2,4; следовательно, 2-й класс имеет более
мелкую насечку, а потому его применяют для чистовой опиловки.
§ 2. ФОРМА И УГЛЫ ЗУБА НАПИЛЬНИКА
Форма зуба насеченного напильника (рис. 294) зависит в основном от
углов заточки зубила, твердости металла напильника и силы удара. Заго-
товку I закрепляют па наклонной каретке 2 станка, зубило 3 в бойке, ко-
торый под действием пружины совершает периодические удары.
При ударе зубило производит наклонный подрез материала с одновре-
менным отворотом его во внешнюю сторону, что приводит к возвышению
зубьев под телом напильника на величину /ц. Спинка этой части зуба
имеет криволинейную форму. Спинка части зуба, лежащей в теле напиль-
ника (высота h2), имеет прямолинейную форму как след от соприкоснове-
ния с поверхностью зубила. Из рассмотрения действительного профиля зу-
ба напильника видно, что зуб имеет отрицательное значение переднего
угла у и большой задний угол а, т. е. углы зуба напильника не благо-
приятны для процесса резания. Получить насеканием положительное зна-
чение переднего угла у трудно, так как даже для угла у = 0 при наклоне ка-
ретки на угол р = 17° угол зубила х должен быть 17е, а угол у = 43", дня
прочности зубила угол его заострения (.х + у) не должен быть меньше 60 .
Уменьшение угла х для получения положительного значения угла у приво-
дит к быстрому выкрашиванию зубила. Больший же поворот каретки по
370
Рис. 294. СХЕМА НАСЕЧЁНИЯ ЗУБА НА-
ПИЛЬНИКОВ
отношению к оси зубила приво-
дит к большому отвороту мате-
риала и искажению формы зуба.
Представленный на рис. 294
случай, когда х= 17° (углу' нак-
лона каретки), имеет место при
расположении насечки перпен-
дикулярно к оси напильника.
При перекрестной насечке, на-
правленной под углом а и 0, .
угол х = у + рь где у — перед-
ний угол зуба напильника; pi —
угол наклона заготовки, изме-
ренный в плоскости, перпен-
дикулярной к направлению на-
сечки.
В свою очередь, для нижней насечки sin pt = sin р cos (90° — сх), для
верхней насечки sin pt = sin p cos (90е — 0).
Отрицательное значение переднего угла у, пзмерешюго в сечении, пер-
пендикулярном к направлению основной (верхней) насечки, не должно
быть больше 12°. Отношение высоты зуба II к нормальному шагу основ-
ной насечки должно быть не менее 0,45. У напильников с двойной насеч-
кой возвышение /ц зубьев над телом напильника равно (иногда немного
меньше) высоте h2 зуба в теле напильника. У напильников с одинарной на-
сечкой /|1:/)2 = 3:2, т. е. возвышение в 1,5 раза больше впадины.
Так как насеченный зуб имеет неблагоприятные углы резания и острое
основание впадины, в которую забирается стружка, то за последнее время
широкое распространение находят различные методы фрезерования зубь-
ев. Эти методы наряду с обеспечением повышения режущих способностей
напильника являются и более производительными при его изготовлении.
Однако есть случаи, когда заменить насекание напильников другим про-
цессом не удалось.
Напильники делают из инструментальной углеродистой стали (У 12,
У12А, У13 и У13А), а также из хромистой (И1Х6, ШХ9, ШХ15). Надфили из-
готовляют из сталей У10, У10А, У12 и У12А. Твердость и острота зубьев
напильника должны обеспечивать снепляемость их со стальной пластинкой
твердостью не ниже HRC 54.
ГЛАВА
14
СЛЕСАРНО-МОНТАЖНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ
§ 1. РУЧНЫЕ СЛЕСАРНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ
До сих пор в машиностроении и металлообработке (включая и такое мас-
совое производство, как производство автомобилей) большое место зани-
мают операции по сборке и слесарной обработке деталей. Конечно, общая
тенденция во всех отраслях машиностроения направлена на исключение
ручных пригоночных работ, одиако это не сразу и не всегда удается.
Наиболее распространенный вид слесарных ручных инструментов — на-
пильники — разобран в гл. 13. с описанием основных видов напильников
и их конструктивных элементов. К ручным слесарным инструментам
(рис. 295) также относятся зубила. Зубило работает как резец, только силу Р:
в данном случае заменяет ударная сила молотка. Инструмент этот рабо-
тает как бы толчками, снимая постепенно элементы стружки после каждо-
го удара молотком. Зубилом можно также разрубить полосу или пруток.
Для окончательной обработки особенно точных поверхностей чугунных
и стальных деталей применяют шабер. Работа шабером основана на том,
что на поверхности, подвергаемой обработке как бы «выскребаются»
участки шириной (меньше Ь — ширины шабера), длиной / и глубиной /1.
Затем поверхность проверяют точной плитой или широкой линейкой, на
которой нанесена специальная краска. Когда плиту после опускания на
обработанную поверхность поднимают, видно, на каких наиболее высоких
участках остается краска, эти участки снова выскабливают (выскребают)
или, как принято говорить, шабрят лезвием шабера. Эту операцию повто-
ряют многократно до тех пор, пока па поверхности не будут равномерно
распределены пятна краски, число и размер этих пятен служит характери-
стикой обработки поверхности. Вначале шаберы изготовляли цельными из
углеродистой стали, но в настоящее время все больше начинают употре-
блять шаберы с напаянными или прикрепленными механическим зажимом
пластинами твердого сплава. Это выгодно, так как хотя твердосплавные
шаберы дороже, но ими можно работать без переточки значительно доль-
ше по времени, стойкость их чрезвычайно высока, благодаря чему и оку-
паются все расходы на алмазную заточку шабера и твердосплавную
пластину.
Силу Р. к шаберу прилагают просто рукой. В последнее время на-
чинают получать все более широкое применение механизированные ша-
беры, у которых есть электрический или пневматический привод.
Ручные ножовки (рис. 296) представляют собой тонкое полотно 1 с мел-
372
Рис. 295. СЛЕСАРНЫЕ РУЧНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ:
а — зубило и схема работы зубилом; б - шабер и схема работы шабером; в —
заточка шабера с твердосплавной пластиной
Рис. 296. РУЧНАЯ НОЖОВКА ДЛЯ МЕТАЛЛА
кимп зубьями, закрепляемое в ручной станочек 2. Длина полотен между
отверстиями для крепления L= 250ч-300 мм. толщина /i = 0,65 мм. Ножов-
ки для ручной разрезки легированной стали изготовляют из быстрорежу-
щих сталей Р6М5, Р12 и т. д., а для обработки более мягкой стали — из ле-
гированных Х6ВФ, В2Ф и углеродистых У10, У12 сталей. Зубья ножовок
как зубья всяких пил разведены, чтобы полотно ножовки не застревало
в пропиленной щели.
Специальные ножовочные полотна (более длинные и широкие) приме-
няют на ножовочных станках, где сила резания сообщается механизмом
стайка. Полотна эти обычно изготовлены из быстрорежущей стали длиной
300 ч-600 мм, толщиной h = 0,65 ч- 2,5 мм.
Бородок (рис. 297, а) — это инструмент для пробивания отверстий в ли-
стовом материале 1 (металле, пластмассе и т. д.). Листовой материал кла-
373
ных углублений на заготовке. Керном
Рис. 297. РУЧНЫЕ СЛЕСАРНЫЕ
ИНСТРУМЕНТЫ
дут на плиту 2 с отверстием,
диаметр которого равен или
больше диаметра d бородка.
Силу Р. прилагают ударом мо-
лотка.
Крейцмессель (рис. 297, б) —
это то же зубило, но более
узкое, и им можно вырубить
паз в стальной или чугунной
заготовке. Ширина b крейцмес-
селя составляет от 5 до 12 мм.
Силу Р. прилагают ударом мо-
лотка (рис. 297,6).
Керн (рис. 297, в) —это ин-
струмент также ударного дейст-
вия для нанесения конусообраз-
можно нанести углубление с
углом а и глубиной h для того, чтобы затем при сверлении сверло
направлялось само по оси углубления. Это не очень точный метод
расположения просверливаемых отверстий, однако его применяют в прак-
тике при разметке под сверление там, где не нужны очень точные расстоя-
ния между отверстиями. Керны применяют также при разметке деталей
в индивидуальном или мелкосерийном производстве для обозначения ли-
нии разметки мелкими углублениями.
Чертилка (рис. 297, г) — инструмент в виде заостренного стержня, ко-
торым можно на заготовке нанести бороздку; применяют при разметке.
Все перечисленные ручные инструменты или режут или давят металл
обрабатываемой заготовки.
§ 2. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ СЛЕСАРНО-МОНТАЖНЫЕ
ИНСТРУМЕНТЫ
Типов вспомогательных инструментов (рис. 29S) очень много, они необхо-
димы для монтажных работ слесарям, электрикам и т. д. К ним относятся
инструменты, которые служат для удара (молотки, кувалды), для закрепле-
ния инструмента (плашкодержагели, патроны, губцы), для закрепления де-
талей гаек, болтов или винтов (ключи гаечные, отвертки), для разметки
и измерения (разметочные циркули, штангенциркули). Например, молотки
гиг2
и кувалды служат для нанесения удара, живая сила которого Q — где
«1 — масса молотка, кг; v — скорость в момент удара, м/с.
В зависимости от назначения и вида работы подбирают и необходи-
мую массу молотка; молоток можно применять как слесарный инструмент
(для ударов по зубилу, крейцмесселю, керну и т. д.) и как рихтовальный
(для правки прутков, полос, листов и т. д.).
374
Рис. 298. ТИПЫ СЛЕСАРНО-МОН-
ТАЖНЫХ ИНСТРУМЕН-
ТОВ:
а — кувалда; б — молоток; е —
гаечный двусторонний ключ;
г — отвертка для винтов со
шлицем; д — отвертка для
винтов с крестообразным уг-
лублением
Ключи и отвертки служат
для развертывания; первые —
болтов и гаек, вторые — винтов
с прорезью или крестообразной
выемкой на головке. Имеется
огромная номенклатура подоб-
ных инструментов.
Все слесарно-монтажные ин-
струменты и ряд других режу-
щих инструментов (сверло, шли-
фовальный круг и т. д.) в целях
повышения производительности
труда и снижения утомляемости
рабочего могут быть снабжены
слесарно-монтажный инструмент
переносным приводом. В этом случае
называют механизированным.
§ 3. МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ
Применение средств малой механизации повышает в несколько раз про-
изводительность труда, высвобождает рабочую силу, облегчает труд
и поднимает культуру производства. Механизированные инструменты (по
существу машины) разделяют по виду привода на электрические, пневма-
тические, гидравлические и с мотоприводом; по назначению на свер-
лильные, резьбозавертывающпе, шлифовальные и т. д.
Под приведенными в технических характеристиках электродвигателей
машин режимами работы следует согласно стандартам подразумевать
номинальные режимы работы, при которых их следует использовать, од-
нако в процессе работы могут иметь место дополнительные нагрузки.
Рассмотрим несколько распространенных типов электрических механи-
зированных инструментов (или машин).
Сверлильные машины ЭИ 1002 (С-451) и ЭИ1009А предназначены для
сверления отверстий диаметром до 6 и 9 мм (соответственно) в сталях
средней твердости, цветных металлах, пластмассах и дереве (рис. 299).
Машины используют для механизации трудоемких операций при мон-
тажных, ремонтных и сборочных работах на строительных объектах и
в промышленности. Питание электродвигателя сверлильных машин осу-
ществляется от переносных преобразователей частоты тока или от спе-
циальной сети трехфазного переменного тока частотой 200 Гц и напряже-
нием 36 В (или от других источников тока и с другим напряжением).
В комплект поставки входят соответствующий сверлильный патрон
и штепсельное соединение.
375
Рис. 299. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СВЕРЛИЛЬНЫЙ МЕХАНИЗИРОВАННЫЙ ИНСТРУМЕНТ
(а) И ЕГО КИНЕМАТИЧЕСКАЯ СХЕМА (б):
/ — корпус; 2 — ротор двигателя; 3 — статор двигателя; 4 — шарикоподшипник;
5 - корпус редуктора; 6 — крышка редуктора; 7 —шпиндель; 8 — зубчатое колесо;
9 —зубчатое колесо на осп двшатсля; 1U — выключатель; 11 — шнур
Электрические завертывающие машины. Например, электроотвертка
М-215, предназначена для завертывания винтов и шурупов диаметром до
3 мм (рис. 300, и), используется в сборочных цехах приборостроительных
заводов, па предприятиях элекгро- и радиотехнической промышленности.
В отвертке предусмотрен механизм рыулировки момента затяжки резьбо-
вого соединения.
Электрические шлифовальные машины. Например, электрошлифоваль-
ная машина 9688-108 (рис. 300,6) предназначена для выполнения шлифо-
вальных и доводочных работ абразивными кругами при изготовлении
шт ампов, пресс-форм, кокилей и других деталей, а также для зачистки тон-
кого художественного литья из чугуна, цветных металлов и различных не-
металлических материалов. В качестве режущих инструментов применяют
твердосплавные борфрезы, шлифовальные круги и шлифовальные головки.
Шлифовальную машину используют для механизации слесарных работ
в механосборочных и инструментальных цехах машиностроительных заво-
дов. Питание электродвигателя шлифовальной машины осуществляется от
переносных преобразователей частоты тока или от специальной сети грех-
фазного переменного тока частотой 200 Гц и напряжением 36 В, Диаметр
абразивно! о крут а до 50 мм. частота вращения шпинделя до 11 400 об/мин.
Электрические резьбонаре шые машины. Например, резьбонарезная
машина 33401 (рис. 300, в) предназначена для нарезания внутренней и па-
376
i
Мурта Редуктор стутнчотыи.
Ст&ртт
Прумт
Двигатель
тремрозный
Рис. 300. СХЕМЫ НЕКОТОРЫХ ЭЛЕКТРИЧЕ-
СКИХ МАШИН:
а — отвертка М-215; б — шлифовальная
Мощность »15 Вт
машина 9688 -iOS; в - резьбонарезная
машина ЭЗ-401
ружной резьбы диаметром до 4 мм в сталях средней твердости и цветных
сплавах. Резьбонарезная машина может быть использована при выполне-
нии слесарных, сборочных и монтажных работ на машиностроительных
предприятиях различных отраслей промышленности и в ремонтных ма-
стерских. Машину комплектуют быстросъемными сменными держателями.
Скоба, установленная на машине, позволяет подвешивать ее в вертикаль-
ное положение.
Электроножницы. Питание электродвигателя ножниц осуществляется от
переносных преобразователей частоты тока или от специальной сети пре-
образователей частоты тока. Наибольшая толщина разрезаемого стально-
го листа (ств = 45 кгс/мм2) до .1,2 мм.
Электрические машины ударного действия. Например, электромолоток
ИЭ4206 (6-1015) (рис. 301,6) предназначен для пробивки борозд, гнезд, вые-
мок в кирпичной кладке, камне, асфальте и бетоне при электромонтажных,
санитарно-технических и строи гельно-монтажных работах в закрытых по-
мещениях. Электромолоток применяют для обработки иоверхпостн строи-
тельного камня (бетона, известняка, мрамора), для обрубки асфальта, при
ремонте дорог и тротуаров при отсутствии влажности и атмосферных
осадков.
Молоток комплектуют штемпельным соединением и сменным рабочим
инструментов (пика, штрабнпк, зубило).
Имеются другие электрические машин. Так, применяют сверлильную
377
Рис. 301. СХЕМА ОТДЕЛЬНЫХ
ЭЛЕКТРОИНСТРУМЕ-
НТОВ:
а — вырубные ножницы;
б — электромолоток; в —
универсальная электрома-
шина с насадками (г) для
УИарный
। | инструмент
V
сверления, завертывания
гаек и т. д.
машину’ ИЭ6002 с комплектом насадок (рис. 301, в). В комплект входят
сверлильная машина ИЭ1021 для сверления отверстий диаметром до
14 мм, насадки-гайковерты ИК8406 и ИК8407 для завертывания и от-
вертывания болтов и гаек с резьбой до 20 и до 24 мм; насадки-ножницы
вырубные ИК88О5 и ножевые ИК8804 для резки листовой стали толщиной
до 2,5 мм, насадка — щетка ИК8203 для очистки различных металлокон-
струкций от ржавчины и краски. Для удобства переноски и храпения весь
комплект поставляют в специальном чемодане.
Пневматические машины имеют пневматические двигатели и служат ДДЯ
тех же целей, что и электрические. Они нуждаются в получении сжатого
воздуха (подается по шлангу) от компрессорной установки. Пневматиче-
ские машины (в отличие от электрических) можно использовать в условиях
дождливой погоды, они не боятся сырости, поэтому их применяют при от-
крытых работах на земле, под землей (в шахтах). Электрические машины
не применяют для наружных работ, если сырость может испортить изоля-
цию и машина будет замкнута накоротко, может быть пробой корпуса
и даже смертельные случаи. Пневматическая угловая сверлильная машина
378
•• **ия» /'as* **
Рис. 302. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ МАШИНЫ:
a — угловая сверлильная; б — отвертка; в — шлифовальная
(рис. 302, а) предназначена для сверления отверстий диаметром до 4,6
и 10 мм (соответственно) в труднообрабатываемых и титановых сталях.
Пневматическая отвертка ОП-6 (рис. 302,6) предназначена для заверты-
вания винтов, гаек и шурупов с резьбой диаметром до 3 мм. Отвертка мо-
жет быть использована для механизации монтажных и сборочных работ
в различных отраслях промышленности.
Пневматическая шлифовальная машина ТПМ-3 (рис. 302, в) с шлифо-
вальной головкой диаметром 8 мм предназначена для выполнения шлифо-
вальных и доводочных работ при изготовлении штампов, пресс-форм, ко-
килей и др. Машину используют для механизации слесарных работ
в механосборочных и инструментальных цехах машиностроительных пред-
приятий различных отраслей промышленности. На машине установлен
глушитель, предназначенный для снижения уровня шума, создаваемого
отработавшим воздухом! Рабочими интрументами являются твердо-
сплавные борфрезы и шлифовальные головки различной формы.
Пневматические отбойные молотки (рис. 303, д) состоят из трубчатого
корпуса 1, в котором под давлением сжатого воздуха перемещается цилин-
дрический молоток 2, выполненный в виде поршня. Удар молотка пере-
379
дается на пику 3, которая врезается в обрабатываемый материал.
Молотки
предназначены для прорубки угля, добычи различных рудных ископаемых
вскрытия дорожных покрытии, разрушения кирпичных, бетонных
сооружений.
и прочих
Молотки выпускают трех моделей и в зависимости or вида работ
МО-8П для прорубки и отбойки мягких и весьма мягких углей и разбпвкт
мягких грунтов и глин; МО-9Г1 для подрубки и or бойки мягких и среднег
крепости углей, отбойки мягких руд и пород, разбивки плотных грунтов
глин и сланцев: МО-ЮП для подрубки и отбойки крепких углей, отбойкг
средней крепости руд и пород, разбивки мерзлых грунтов и дорожных по
крытий из асфальта и бетона, разбивки бетонных, железобетонных кон
струкций, кирпичных кладок, пробивки проемов и отверстий в стенах. От
бойные молотки используют в угольной и горнорудной промышленное!!
при разработке карьеров, на строительных и дорожных работах. Рабочие
инструментом молотка является стальная пика, которая удерживается о
выпадания из буксы пружиной, навинченной на ствол молотка. На молот
ках установлен глушитель, предназначенный для снижения уровня шума
создаваемого отработавшим воздухом.
Гидравлические машины применяют значительно реже, чем электрпче
окне и пневматические. Достоинство их — отсутствие шума. В основном из
готовляют клепальные гидравлические скобы (рис. 303,6). Они предназна
380
.iu.l||liinyi.^ i и hi д..№||»|пin- w uh ,. дj. 11 ци цццп i.iihiii i.h .
Slinl&Ufe- «•••“ A'-rtlciZi-. jr.t !>4« Л- iji». #£a -.'чЛЬЬы - И.. .. г wn. Л. г »&>» *-<ль*иЬл-и*><Й?Л— . .-Л-иХе—J»—ч1лс
чены для безударного склепывания конструкции заклепками, например из
алюминиевых сплавов. Гидроскобы могут быть использованы в механо-
сборочных цехах машиностроительных заводов, в судостроении и доугих
производствах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аршинов В. А., Алексеев Г. А. Резание металлов и режущий инструмент. 3-е изд.,
перераб. и доп. М., Машиностроение, 1976. 440 с.
2. Армарего И., Браун Р. Обработка металлов резанием. Пер. с англ. М., Машинострое-
ние, 1977. 325 с.
3. Абразивная и алмазная обработка материалов. Справочник,'Под ред. д-ра техн, наук
проф. А. Н. Резникова. М., Машиностроение, 1977. 391 с.
4. Вульф А. М. Резание металлов. Л., Машиностроение, 1975. 496 с.
5. Геллер IO. А. Инструментальные стали. М., Металлургия, 1968. 568 с.
6. Грановский I’. И. Кинематика резания. М., Машгнз, 1948. 200 с.
7. Грановский Г. И., Панченко К. П. Фасонные резцы. М., Машиностроение, 1975. 309 с.
8. Длин Л. М. Магматическая статистика в технике. М., Советская наука, 1958. 446 с.
9. Ипполпюв Г. М. Абразивно-алмазная обработка. М., Машиностроение, 1969. 334 с.
10. Кацев П. Г. Статистические методы исследования режущего инструмента. М., Машино-
строение, 1974, 240 с.
11. Котельников В. К. Приспособления для изготовления металлорежущего инструмента.
М., Машиностроение, 1977. 175 с.
12. Каталог-справочник по инструменту. М., НИИМАШ, 1971. Ч. 1. Резцы и-фрезы.
431 с. Ч. 2. Инструмент для обработки отверстий. 290 с. Ч. 3. Гезьбообразующин,
трубо- и муфтообрабатывающий и зуборезный инструмент. 474 с. Ч. 4. Протяжной инстру-
мент. 424 с.
13. Лашнев С. И.. Юликов М. И. Расчет и конструирование металлорежущих инстру-
ментов с применением ЭВМ. М., Машиностроение, 1975. 392 с.
14. Либерман А. И. Расчет многолезвийных инструментов, работающих методом копи-
рования. М„ Машгнз, 1962. 360 с.
15. Маргулис Д. К. Протяжки переменного резания. 2-е изд. МашГпз, Свердловск, 1962.
270 с.
16. Нефедов П. А., Осипов К. А. Сборник задач и примеров по резанию металлов и
режущему инструменту. Изд. 2-е, М., Машиностроение, 1969. 336 с.
17. Нисарсвский М. И. Новый инструмент для накатывания резьб и шлицев. Л., Маши-
ностроение, 1966. 152 с.
18. Производство зубчатых колес. Под ред. проф. Д-ра техн, наук Б. А. Тайца. 2-е изд.,
М., Машиностроение, 1975. 728 с.
19. Резание конструкционных материалов, режущие инструменты н станки. Под ред.
П. Г. lleipyxir. 2-е изд. М., Машиностроение, 1974. 616 с,
20. Родии II. Р. Металлорежущие инструменты. Киев, Вшца школа, 1974. 339 с.
21. Романов В. Ф. Расчет зуборезных инструментов. М., Машиностроение, 1969. 256 с.
22. Семенченко И. И., Матюшин В. М., Сахаров Г. Н. Проектирование металлорежущих
инструментов. М„ Машпи, 1962. 952 с.
23. Синтетические алмазы в обработке металлов и сплавов/Под ред. Н. А. Розно, 2-е
изд. М., Машиностроение, 1968. 256 с.
24. С'1аночный дереворежущий инструмент. Каталог-справочник/Соетавлен ВНПИинсгру-
мент. М, НИИМАШ, 1972, 351 с.
25. Справочник .металлиста. В 5-ти т. 3-е изд. персраб. М., Машиностроение. Т. I, 1976.
768 с. Т. 111, 1977. 748 с. Т. IV, 1977. 720 с.
26. Су.панов Т. А. Резьбонакатные головки. М., Машиностроение, 1966. 136 с.
27. UIcio.icb А. В. Конструирование протяжек. Л., Машгнз, 1960. 352 с.
28. Эльбор в машиностроенпи/Под ред. В. С. Лысанова, Л., Машиностроение, 1978. 352 с.
381
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .................................................................. 3
Глава 1.
ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА (Г. А. Алексеев)
§ 1. Общие понятия................................................... 6
§ 2. Классификация........................................... .... 6
§ 3. Основные части.................................................. И
§ 4. Задачи конструирования......................................... 12
§ 5. Рабочая часть ................................................. 13
§ 6. Соединительная часть.......................................’. 32
§ 7. Рабочий чертеж и технические условия ,......................... 37
Г л а в а 2.
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА (В. А. Аршинов)
§ 1. Инструментальные углеродистые стали............................ 40
§ 2. Инструментальные легированные стали............................ 40
§ 3. Инструментальные быстрорежущие стали........................... 41
§ 4. Твердые сплавы................................................. 42
§ 5. Минералокерамические материалы................................. 45
§ 6. Алмазы......................................................... 46
§ 7. Эльбор......................................................... 46
§ 8. Конструкционные стали для корпусов............................. 46
Глава 3.
РЕЗЦЫ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ (Г. А. Алексеев)
§ 1. Основные положения............................................. 48
§ 2. Расчет резцов на прочность и жесткость......................... 49
§ 3. Токарные резцы, оснащенные твердыми сплавами................... 52
§ 4. Строгальные резцы.............................................. 65
§ 5. Стружколоматели (стружкозавиватели)............................ 67
§ 6. Минсралокерамнчсские резцы.................................... 69
§ 7. Алмазные резцы............................................... 70
§ 8. Резцы из эльбора............................................... 73
Глава 4.
ФАСОННЫЕ РЕЗЦЫ (В. А. Аршинов)
§ 1. Основные положения............................................. 75
§ 2. Графический способ определения профиля фасонного круглого резца ... 81
§ 3. Аналитический расчет профиля круглого резца.................... S3
§ 4. Расчет профиля призматического фасонного резца................. 84
§ 5. Расчет круглого фасонного резца................................ 85
J 6. Заточка фасонных резцов........................................ 87
382
Глава 5.
ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ (Р. М. Кричевская)
§ 1. Сверла............................................................................. 88
§ 2. Спиральные сверла . . ............................................................. 89
§ 3. Перовые сверла....................................... • • • • 107
§ 4. Комбинированные сверла (центровочные, ступенчатые). . .107
§ 5. Сверла, оснащенные твердым сплавом......................... . 110
§ 6. Сверла для глубокого сверления........................ 112
§ 7. Зенкеры.. 121
§ 8. Конструктивные элементы зенкеров.................... 121
§ 9. Зенкеры для увеличения диаметра отверстий.. 126
6 10. Зенкеры для различных поверхностей................................................. 131
§ 11. Заточка... 133
§ 12. Развертки................................. 134
§ 13. Конструкция разверток. 134
§ 14. Особенности основных типов разверток........... 142
§ 15. Раскатникн для отверстий................................... 148
Глава 6.
ФРЕЗЫ (Р. М. Кричевская)
§ I. Основные положения......................................... . . 150
§ 2. Геометрические параметры режущей части фрез..................... 151
§ 3. Фрезы с остроконечными зубьями.................................. 153
§ 4, Цилиндрические фрезы с остро конечными зубьями ... ......... 154
§ 5. Торцовые фрезы с остроконечными зубьями........................ 162
§ 6. Дисковые фрезы с остроконечными зубьями......................... 167
§ 7. Концевые и фасонные фрезы с остроконечными зубьями.............. 173
§ 8. Фрезы с затылованными зубьями.................................... 175
§ 9. Заточка фрез.................................................... 181
Глава 7.
ПИЛЫ (Р. М. Кричевская)
§ 1. Основные положения...................................................................................................... 184
§ 2. Дисковые пилы.......................................................................................................... 184
§ 3. Ленточные и цепные пилы................................................................................................. 189
Глава 8.
ПРОТЯЖКИ И ПРОШИВКИ (Р. М. Кричевская)
§ 1. Основные понятия......................................................................... 152
§ 2. Расчет и конструирование протяжек. 153
§ 3. Протяжки для круглых отверстий............................................................. 204
§ 4. Шлицевые протяжки н протяжки для многогранных отверстий .... 206
§ 5. Комбинированные протяжки......................................................................... 207
§ б. Шпоночные протяжки..................................................................................... 207
§ 7. Протяжки для наружного протягивания.....................' - 208
§ 8. Заточка протяжек и прошивок............................................................................................. 209
§ 9. Пример расчета и конструирования протяжки................ . . 211
§ 10. Особенности конструирования протяжек со схемой переменного резания 214
Глава 9.
РЕЗЬБОНАРЕЗНОЙ ИНСТРУМЕНТ (Р. М. Кричевская)
§ 1. Основные понятия.......................................... 216
§ 2. Резьбовые резцы и гребенки.................................. 217
§ 3. Нарезание резьбы метчиками............................. ... 223
§ 4. Особенности конструкции различных метчиков.................. 228
§ 5. Силы, возникающие при резьбонарезании метчиками............. 235
§ 6. Плашки резьбонарезные круглые.............................. 237
§ 7. Резьбонарезные головкн................................. ... 243
§ 8. Резьбонарезные фрезы........................................ 248
§ 9. Инструменты для накатывания резьбы.........................
Глава 10.
ЗУБОРЕЗНЫЙ ИНСТРУМЕНТ (Г. А. Алексеев)
§ 1. Дисковые модульные фрезы...................................... 258
§ 2. Пальцевые модульные фрезы.................................... 263
§ 3. Фасонные зуборезные специальные инструменты................... 266
383
§ 4. Червячные зуборезные фрезы...................................267
§ 5. Червячные фрезы для обработки цилиндрических зубчатых колес с эволь-
вентным профилем..................................................270
§ 6. Червячные фрезы для обработки цилиндрических колес с зацеплением
Новикова..................................,.......................279
§ 7. Червячные фрезы для шлицевых валов...........................281
§ 8. Червячные фрезы для червячных колес..........................290
§ 9. Заточка червячных фрез.......................................297
§ Ю. Зуборезные гребенки.........................................299
§ 11. Долбяки.....................................................305
§ 12. Резцы и резцовые головкц для нарезания конических колес.....316
§ 13. Шевера.................,....................................323
§ 14. Накатники для зубчатых детален, работающие по методу обкатки . . . 327
Г лава 11.
КОМБИНИРОВАННЫЙ ИНСТРУМЕНТ И ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ АВТОМАТИ-
ЧЕСКИХ СТАНКОВ И ЛИНИЙ (Г. А. Алексеев)
§ 1. Основные понятия.............................................329
§ 2. Комбинированные штструменты для одного метода обработки......329
§ 3. Комбинированные инструменты, совмещающие различные методы обра-
ботки............................................................ 332
§ 4. Особенности конструирования комбинированного инструмента.....334
§ 5. Инструменты для автоматического оборудования.................336
Глава 12.
АБРАЗИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ (В. А. Аршинов)
§ 1. Общие сведения...............................................346
§ 2. Характеристика абразивного шгструмента.......................34S
§ 3. Форма абразивного инструмента................................352
§ 4. Закрепление абразивного инструмента (соединительная часть)...357
§ 5. Износ и правка абразивного инструмента.......................360
§ 6. Высокопроизводительное (скоростное) шлифование.............. 363
§ 7. Выбор шлифовальных кругов....................................365
Глава 13.
НАПИЛЬНИКИ (В. А. Аршинов)
§ 1, Типы напильников.............................................366
§ 2. Форма и углы зуба напильника.........•..................... 370
Глава 14.
СЛЕСАРНО-МОНТАЖНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ (Р. М. Кричевская)
§ 1. Ручные слесарные инструменты.................................372
§ 2. Вспомогательные слесарные инструменты........................374
§ 3. Механизированные инструменты............................, . 375
Список литературы. . . .................................................381
ИБ № 644
Г еоргий Александрович Алексеев, Василий Андреевич Аршинов, Розалия Мордковна Кричевская
КОНСТРУИРОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТА
Редактор Н. П. Гурвнч. Художественный редактор И. К. Капралова. Технический редактор
Л. П. Гордеева. Корректор И. М. Борейша. Переплет художника А. Н. Ковалева
Сдано в набор 24.11.78. Подписано в печать 19.07.79. Т-14611. Формат бОхЭО/щ.
Бумага типографская №2- Гарнитура «Таймс». Печать высокая. Уел. печ. л. 24,0. Уч.-изд. л. 26,4.
Тираж 40 000 экз. Заказ 312. Цена 1 руб.
Издательство «Машиностроение», 107885, Москва, ГСП-6, 1-ый Басманный'пер., д. 3-
Ордена Октябрьской Революции, ордена Трудового Красного Знамени Ленинградское
производственно-техническое объединение «Печатный Двор» имени А. М. Горького ^О?33"
полиграфпрома» при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграф11*1
и книжной торговли. 197136, Ленинград, П-136, Гатчинская, 26.